نکاتی که باید در مورد موتور خودروهای الکتریکی بدانید

علاقه مندان به خودرو همیشه نسبت به موتورها متعصب بوده اند، اما برقی شدن غیرقابل توقف است و دانش برخی از افراد ممکن است نیاز به به روز رسانی داشته باشد.

امروزه آشناترین موتور سیکل چهار زمانه است که منبع قدرت بیشتر خودروهای بنزینی است.مشابه موتورهای روتور چهار زمانه، دو زمانه و وانکل موتورهای احتراق داخلی، موتورهای وسایل نقلیه الکتریکی را می توان با توجه به تفاوت روتورها به موتورهای سنکرون و موتورهای ناهمزمان تقسیم کرد. به موتورهای آسنکرون، موتورهای القایی نیز گفته می شود، در حالی که موتورهای سنکرون حاوی آهنرباهای دائمی هستند. و جریان برای تحریک موتور.

استاتور و روتور

انواع موتورهای وسایل نقلیه الکتریکی از دو بخش اصلی تشکیل شده است: استاتور و روتور.

استاتور ▼

استاتور بخشی از موتور است که ثابت می ماند و محفظه ثابت موتور است که مانند بلوک موتور روی شاسی نصب می شود.روتور تنها قسمت متحرک موتور است، شبیه به میل لنگ که گشتاور را از طریق گیربکس و دیفرانسیل به بیرون می فرستد.

استاتور از سه بخش تشکیل شده است: هسته استاتور، سیم پیچ استاتور و قاب.بسیاری از شیارهای موازی در بدنه استاتور با سیم پیچ های مسی به هم پیوسته پر شده اند.

این سیم‌پیچ‌ها حاوی درج‌های مسی مرتبی هستند که چگالی پر شدن شکاف و تماس مستقیم سیم به سیم را افزایش می‌دهند.سیم‌پیچ‌های متراکم ظرفیت گشتاور را افزایش می‌دهند، در حالی که انتها به‌طور منظم‌تر تکان‌خورده‌اند، و حجم آن را برای یک بسته کلی کوچک‌تر کاهش می‌دهد.

استاتور و روتور ▼

عملکرد اصلی استاتور تولید میدان مغناطیسی دوار (RMF) است، در حالی که عملکرد اصلی روتور این است که توسط خطوط نیروی مغناطیسی در میدان مغناطیسی دوار برای تولید جریان (خروجی) قطع شود.

موتور از جریان متناوب سه فاز برای تنظیم میدان دوار استفاده می کند و فرکانس و توان آن توسط الکترونیک قدرت که به شتاب دهنده پاسخ می دهد کنترل می شود.باتری‌ها دستگاه‌های جریان مستقیم (DC) هستند، بنابراین لوازم الکترونیکی قدرت خودروهای الکتریکی شامل یک اینورتر DC-AC است که جریان AC لازم را برای ایجاد میدان مغناطیسی متغیر و متغیر بسیار مهم به استاتور تأمین می‌کند.

اما شایان ذکر است که این موتورها ژنراتور نیز هستند، به این معنی که چرخ‌ها روتور را در داخل استاتور به عقب هدایت می‌کنند و میدان مغناطیسی چرخشی را در جهت دیگر القا می‌کنند و از طریق مبدل AC-DC نیرو را به باتری باز می‌گردانند.

این فرآیند که به ترمز احیا کننده معروف است، باعث ایجاد کشش و کاهش سرعت خودرو می شود.بازسازی نه تنها هسته اصلی گسترش محدوده خودروهای الکتریکی، بلکه در مورد هیبریدی های بسیار کارآمد است، زیرا بازسازی گسترده باعث بهبود مصرف سوخت می شود.اما در دنیای واقعی، بازسازی به اندازه "غلتاندن ماشین" کارآمد نیست، که از اتلاف انرژی جلوگیری می کند.

اکثر خودروهای برقی برای کاهش سرعت چرخش بین موتور و چرخ‌ها به گیربکس تک سرعته متکی هستند.مانند موتورهای احتراق داخلی، موتورهای الکتریکی در دورهای کم و بار زیاد بیشترین کارایی را دارند.

در حالی که یک خودروی برقی با یک دنده می‌تواند برد مناسبی داشته باشد، پیکاپ‌های سنگین‌تر و شاسی‌بلندها از گیربکس‌های چند سرعته برای افزایش برد در سرعت‌های بالا استفاده می‌کنند.

خودروهای برقی چند دنده غیر معمول هستند و امروزه فقط آئودی e-tron GT و پورشه تایکان از گیربکس های دو سرعته استفاده می کنند.

سه نوع موتور

روتور موتور القایی که در قرن نوزدهم متولد شد، متشکل از لایه‌های طولی یا نوارهایی از مواد رسانا است که معمولاً مس و گاهی اوقات آلومینیوم است.میدان مغناطیسی دوار استاتور جریانی را در این صفحات القا می کند که به نوبه خود یک میدان الکترومغناطیسی (EMF) ایجاد می کند که شروع به چرخش در میدان مغناطیسی دوار استاتور می کند.

موتورهای القایی را موتورهای ناهمزمان می نامند زیرا میدان الکترومغناطیسی القایی و گشتاور دورانی تنها زمانی تولید می شوند که سرعت روتور از میدان مغناطیسی دوار عقب بماند.این نوع موتورها رایج هستند زیرا نیازی به آهنرباهای خاکی کمیاب ندارند و ساخت آنها نسبتاً ارزان است.اما آنها کمتر قادر به دفع گرما در بارهای بالا پایدار هستند و ذاتاً در سرعت های پایین کارایی کمتری دارند.

موتور آهنربای دائم همانطور که از نامش پیداست، روتور آن دارای خاصیت مغناطیسی خاص خود است و برای ایجاد میدان مغناطیسی روتور نیازی به برق ندارد.در سرعت های پایین کارایی بیشتری دارند.چنین روتوری به طور همزمان با میدان مغناطیسی دوار استاتور نیز می چرخد، بنابراین به آن موتور سنکرون می گویند.

با این حال، پیچیدن ساده روتور با آهنربا مشکلات خاص خود را دارد.اولاً، این به آهنرباهای بزرگتری نیاز دارد و با اضافه وزن، همگام نگه داشتن آن در سرعت های بالا دشوار است.اما مشکل بزرگ‌تر به اصطلاح «EMF پشتی» با سرعت بالا است که کشش را افزایش می‌دهد، قدرت بالا را محدود می‌کند و گرمای اضافی تولید می‌کند که می‌تواند به آهنرباها آسیب برساند.

برای حل این مشکل، اکثر موتورهای آهنربای دائم وسایل نقلیه الکتریکی دارای آهنرباهای دائمی داخلی (IPM) هستند که به صورت جفتی به شیارهای V شکل طولی می‌لغزند که در چندین لوب در زیر سطح هسته آهنی روتور قرار گرفته‌اند.

شیار V آهنرباهای دائمی را در سرعت های بالا ایمن نگه می دارد، اما یک گشتاور بی میلی بین آهنرباها ایجاد می کند.آهنرباها یا توسط آهنرباهای دیگر جذب یا دفع می شوند، اما بی میلی معمولی، لوب های روتور آهنی را به سمت میدان مغناطیسی دوار جذب می کند.

آهنرباهای دائمی در سرعت های پایین وارد بازی می شوند، در حالی که گشتاور ریلانس در سرعت های بالا قدرت را به خود اختصاص می دهد.در این ساختار از پریوس استفاده شده است.

آخرین نوع موتور تحریک شده با جریان اخیراً در خودروهای الکتریکی ظاهر شده است. هر دو مورد فوق موتورهای براشلس هستند. عقل متعارف بر این باور است که موتورهای براشلس تنها گزینه مناسب برای وسایل نقلیه الکتریکی هستند.و BMW اخیراً برخلاف معمول حرکت کرده و موتورهای سنکرون AC با جریان برس خورده را در مدل های جدید i4 و iX نصب کرده است.

روتور این نوع موتور دقیقاً مانند روتور آهنربای دائمی با میدان مغناطیسی دوار استاتور در تعامل است، اما به جای داشتن آهنرباهای دائمی، از شش لوب مسی پهن استفاده می کند که از انرژی باتری DC برای ایجاد میدان الکترومغناطیسی لازم استفاده می کند. .

این امر مستلزم نصب حلقه های لغزنده و برس های فنری بر روی محور روتور است، بنابراین برخی از افراد می ترسند که برس ها فرسوده شوند و گرد و غبار جمع شوند و این روش را کنار می گذارند.در حالی که آرایه برس در یک محفظه جداگانه با یک پوشش قابل جابجایی محصور شده است، باید دید که آیا سایش برس مشکلی است یا خیر.

عدم وجود آهنرباهای دائمی از افزایش هزینه خاک های کمیاب و اثرات زیست محیطی معدن جلوگیری می کند.این راه حل همچنین امکان تغییر قدرت میدان مغناطیسی روتور را فراهم می کند و بنابراین بهینه سازی بیشتر را ممکن می سازد.با این حال، تغذیه روتور همچنان مقداری نیرو مصرف می کند، که باعث می شود این موتورها راندمان کمتری داشته باشند، به خصوص در سرعت های پایین، که در آن انرژی مورد نیاز برای ایجاد میدان مغناطیسی نسبت بیشتری از کل مصرف است.

در تاریخ کوتاه خودروهای الکتریکی، موتورهای سنکرون AC با جریان نسبتاً جدید هستند و هنوز جای زیادی برای توسعه ایده‌های جدید وجود دارد و نقاط عطف بزرگی مانند حرکت تسلا از مفاهیم موتور القایی به دائمی وجود دارد. موتور سنکرون آهنرباو ما کمتر از یک دهه به دوران EV مدرن می گذریم و تازه در حال شروع هستیم.