Những người đam mê ô tô luôn cuồng nhiệt về động cơ, nhưng điện khí hóa là điều không thể ngăn cản và kho kiến thức của một số người có thể cần được cập nhật.
Quen thuộc nhất hiện nay là động cơ chu trình 4 thì, đây cũng là nguồn cung cấp năng lượng cho hầu hết các loại xe chạy bằng xăng.Tương tự như động cơ rôto bốn thì, hai thì và động cơ rôto Wankel của động cơ đốt trong, động cơ xe điện có thể được chia thành động cơ đồng bộ và động cơ không đồng bộ tùy theo sự khác biệt về rôto. Động cơ không đồng bộ còn được gọi là động cơ cảm ứng, trong khi động cơ đồng bộ chứa nam châm vĩnh cửu. và dòng điện để kích thích động cơ.
Stator và Rotor
Tất cả các loại động cơ xe điện đều bao gồm hai phần chính: stato và rôto.
Stator▼
Stator là bộ phận của động cơ luôn đứng yên và là vỏ cố định của động cơ, được gắn trên khung xe giống như khối động cơ.Rôto là bộ phận chuyển động duy nhất của động cơ, tương tự như trục khuỷu, truyền mô-men xoắn ra ngoài qua hộp số và bộ vi sai.
Stator bao gồm ba phần: lõi stato, cuộn dây stato và khung.Nhiều rãnh song song trên thân stato được lấp đầy bằng các cuộn dây đồng nối với nhau.
Những cuộn dây này có chứa các miếng đồng kẹp tóc gọn gàng giúp tăng mật độ lấp đầy khe và tiếp xúc trực tiếp giữa dây với dây.Các cuộn dây dày đặc giúp tăng công suất mô-men xoắn, trong khi các đầu được sắp xếp so le gọn gàng hơn, giảm khối lượng cho tổng thể nhỏ hơn.
Stator và rôto▼
Chức năng chính của stato là tạo ra từ trường quay (RMF), trong khi chức năng chính của rôto là cắt các đường sức từ trong từ trường quay để tạo ra dòng điện (đầu ra).
Động cơ sử dụng dòng điện xoay chiều ba pha để đặt từ trường quay, tần số và công suất của nó được điều khiển bởi các thiết bị điện tử công suất phản ứng với máy gia tốc.Pin là thiết bị dòng điện một chiều (DC), do đó, thiết bị điện tử công suất của xe điện bao gồm bộ biến tần DC-AC cung cấp dòng điện xoay chiều cần thiết cho stato để tạo ra từ trường quay biến đổi cực kỳ quan trọng.
Nhưng điều đáng nói là những động cơ này cũng là máy phát điện, nghĩa là các bánh xe sẽ dẫn động ngược rôto bên trong stato, tạo ra từ trường quay theo hướng khác, truyền năng lượng trở lại pin thông qua bộ chuyển đổi AC-DC.
Quá trình này, được gọi là phanh tái tạo, tạo ra lực cản và làm xe giảm tốc độ.Tái tạo là cốt lõi không chỉ của việc mở rộng phạm vi hoạt động của xe điện mà còn của xe hybrid hiệu quả cao, vì khả năng tái tạo rộng rãi giúp cải thiện khả năng tiết kiệm nhiên liệu.Nhưng trong thế giới thực, việc tái tạo không hiệu quả bằng việc “lăn xe” để tránh thất thoát năng lượng.
Hầu hết các xe điện đều dựa vào hộp số một tốc độ để làm chậm quá trình quay giữa động cơ và bánh xe.Giống như động cơ đốt trong, động cơ điện hoạt động hiệu quả nhất ở vòng tua thấp và tải cao.
Trong khi một chiếc xe điện có thể đạt được phạm vi hoạt động khá tốt chỉ với một số, thì những chiếc xe bán tải và SUV nặng hơn lại sử dụng hộp số đa tốc độ để tăng phạm vi hoạt động ở tốc độ cao.
Xe điện nhiều cấp không phổ biến và ngày nay, chỉ có Audi e-tron GT và Porsche Taycan sử dụng hộp số hai cấp.
Ba loại động cơ
Ra đời từ thế kỷ 19, rôto của động cơ cảm ứng bao gồm các lớp hoặc dải vật liệu dẫn điện dọc, phổ biến nhất là đồng và đôi khi là nhôm.Từ trường quay của stato tạo ra dòng điện trong các tấm này, từ đó tạo ra một trường điện từ (EMF) bắt đầu quay trong từ trường quay của stato.
Động cơ cảm ứng được gọi là động cơ không đồng bộ vì trường điện từ cảm ứng và mômen quay chỉ có thể được tạo ra khi tốc độ rôto chậm hơn từ trường quay.Những loại động cơ này phổ biến vì chúng không yêu cầu nam châm đất hiếm và chi phí sản xuất tương đối rẻ.Nhưng chúng ít có khả năng tản nhiệt ở mức tải cao liên tục và vốn kém hiệu quả hơn ở tốc độ thấp.
Động cơ nam châm vĩnh cửu, đúng như tên gọi, rôto của nó có từ tính riêng và không cần nguồn điện để tạo ra từ trường cho rôto.Chúng hiệu quả hơn ở tốc độ thấp.Rôto như vậy cũng quay đồng bộ với từ trường quay của stato nên gọi là động cơ đồng bộ.
Tuy nhiên, việc chỉ quấn rôto bằng nam châm cũng có những vấn đề riêng.Đầu tiên, điều này đòi hỏi nam châm lớn hơn và với trọng lượng tăng thêm, có thể khó giữ đồng bộ ở tốc độ cao.Nhưng vấn đề lớn hơn là cái gọi là “EMF ngược” tốc độ cao, làm tăng lực cản, hạn chế công suất cực đại và tạo ra lượng nhiệt dư thừa có thể làm hỏng nam châm.
Để giải quyết vấn đề này, hầu hết động cơ nam châm vĩnh cửu của xe điện đều có nam châm vĩnh cửu bên trong (IPM) trượt thành từng cặp thành các rãnh dọc hình chữ V, bố trí thành nhiều thùy dưới bề mặt lõi sắt của rôto.
Rãnh chữ V giữ cho nam châm vĩnh cửu an toàn ở tốc độ cao nhưng tạo ra mômen từ trở giữa các nam châm.Nam châm bị hút hoặc đẩy bởi các nam châm khác, nhưng lực từ trở thông thường sẽ hút các thùy của rôto sắt vào từ trường quay.
Các nam châm vĩnh cửu phát huy tác dụng ở tốc độ thấp, trong khi mô-men xoắn từ trở hoạt động ở tốc độ cao.Prius được sử dụng trong cấu trúc này.
Loại động cơ kích thích bằng dòng điện cuối cùng chỉ mới xuất hiện gần đây trên xe điện. Cả hai loại trên đều là động cơ không chổi than. Sự hiểu biết thông thường cho rằng động cơ không chổi than là lựa chọn khả thi duy nhất cho xe điện.Và BMW gần đây đã đi ngược lại quy chuẩn khi lắp đặt động cơ đồng bộ xoay chiều kích thích bằng dòng điện chải trên các mẫu i4 và iX mới.
Rôto của loại động cơ này tương tác với từ trường quay của stato, giống hệt rôto nam châm vĩnh cửu, nhưng thay vì có nam châm vĩnh cửu thì nó sử dụng sáu thùy đồng rộng sử dụng năng lượng từ pin một chiều để tạo ra trường điện từ cần thiết. .
Điều này đòi hỏi phải lắp vòng trượt và chổi lò xo trên trục rôto nên một số người sợ chổi sẽ bị mòn, tích tụ bụi nên từ bỏ phương pháp này.Mặc dù mảng bàn chải được đặt trong một vỏ riêng biệt có nắp có thể tháo rời nhưng vẫn còn phải xem liệu độ mòn của bàn chải có phải là vấn đề hay không.
Sự vắng mặt của nam châm vĩnh cửu giúp tránh được việc tăng giá đất hiếm và tác động đến môi trường của việc khai thác.Giải pháp này cũng có thể thay đổi cường độ từ trường của rôto, từ đó cho phép tối ưu hóa hơn nữa.Tuy nhiên, việc cung cấp năng lượng cho rôto vẫn tiêu thụ một lượng điện năng, khiến các động cơ này hoạt động kém hiệu quả hơn, đặc biệt là ở tốc độ thấp, nơi năng lượng cần thiết để tạo ra từ trường chiếm tỷ lệ lớn hơn trong tổng mức tiêu thụ.
Trong lịch sử ngắn ngủi của xe điện, động cơ đồng bộ xoay chiều kích thích bằng dòng điện còn khá mới và vẫn còn nhiều chỗ cho những ý tưởng mới phát triển và đã có những bước ngoặt lớn, chẳng hạn như việc Tesla chuyển từ khái niệm động cơ cảm ứng sang động cơ vĩnh cửu. động cơ đồng bộ nam châm.Và chúng ta chỉ mới bước sang kỷ nguyên của xe điện hiện đại trong chưa đầy một thập kỷ và chúng ta chỉ mới bắt đầu.
Thời gian đăng: Jan-21-2023