Quên xi lanh, pít-tông và khói thải: mô tơ của ô tô điện được chế tạo xung quanh một bộ các bộ phận được thiết kế để biến đổi điện năng thành cơ năng thông qua việc tạo ra từ trường.
Mô tơ điện là gì?
Mô tơ điện ô tô điện hoạt động bằng quy trình vật lý được phát triển vào cuối thế kỷ 19. Điều này bao gồm việc sử dụng dòng điện để tạo ra từ trường tại bộ phận cố định của máy (“stato”) mà sự dịch chuyển của nó sẽ đặt một bộ phận quay (“rôto”) chuyển động. Chúng ta sẽ xem xét kỹ hơn hai phần này và hơn thế nữa, sâu hơn.
Nguyên lý của mô tơ điện?
Sự khác biệt giữa động cơ và mô tơ là gì? Hai từ thường được sử dụng thay thế cho nhau. Do đó, điều quan trọng là phải phân biệt chúng ngay từ đầu. Mặc dù ngày nay được sử dụng gần như đồng nghĩa, nhưng khi nói đến ngành công nghiệp ô tô, “mô tơ” dùng để chỉ máy biến năng lượng thành năng lượng cơ học (và do đó chuyển động), trong khi “động cơ” làm điều tương tự, nhưng cụ thể là sử dụng nhiệt năng lượng. Do đó, khi nói về việc chuyển đổi nhiệt năng thành cơ năng, chúng ta muốn nói đến sự đốt cháy – không phải là điện năng.
Nói cách khác, động cơ là một loại mô tơ. Nhưng mô tơ không nhất thiết phải là động cơ. Với xe điện, do năng lượng cơ học được tạo ra từ điện, nên chúng ta dùng từ “mô tơ” để mô tả thiết bị làm cho xe điện chuyển động (hay còn gọi là lực kéo).
Làm thế nào để động cơ ô tô điện hoạt động bên trong một chiếc xe điện?
Bây giờ chúng ta biết rằng chúng ta đang nói về mô tơ chứ không phải động cơ, mô tơ hoạt động như thế nào bên trong một chiếc xe điện?
Ngày nay, mô tơ điện có thể được tìm thấy trong nhiều thiết bị hàng ngày. Những loại mô tơ sử dụng dòng điện một chiều (DC) có các chức năng khá cơ bản. Mô tơ được kết nối trực tiếp với nguồn năng lượng và tốc độ quay của nó phụ thuộc trực tiếp vào cường độ dòng điện. Mặc dù dễ sản xuất nhưng những mô tơ điện này không đáp ứng được các yêu cầu về công suất, độ tin cậy hoặc kích thước của một chiếc xe điện, mặc dù bạn có thể thấy chúng cung cấp năng lượng cho cần gạt nước kính chắn gió, cửa sổ và các cơ cấu nhỏ hơn khác bên trong xe.
Stato và rô to
Nếu bạn muốn hiểu cách thức hoạt động của một chiếc xe điện, bạn cần phải làm quen với các yếu tố vật lý của mô tơ điện của nó. Và nó bắt đầu với việc hiểu nguyên tắc của hai bộ phận chính của nó: stato và rôto. Sự khác biệt giữa hai loại này rất dễ nhớ: stato tĩnh, trong khi rôto quay. Trong mô tơ, stato sử dụng năng lượng để tạo ra từ trường làm quay rôto.
Vậy mô tơ hoạt động như thế nào khi cấp nguồn cho xe điện ? Muốn vậy chúng ta phải chuyển sang mô tơ dòng điện xoay chiều (AC), mô tơ này yêu cầu sử dụng mạch chuyển đổi để biến đổi dòng điện một chiều (DC) do pin cung cấp. Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn hai loại khác nhau của dòng điện.
Cung cấp năng lượng cho xe điện: AC so với DC
Điều đầu tiên, nếu bạn muốn hiểu cách hoạt động của mô tơ ô tô điện, bạn cần biết sự khác biệt giữa AC và DC (dòng điện tử).
Dòng điện di chuyển qua vật dẫn theo hai cách. Dòng điện xoay chiều (AC) mô tả một dòng điện trong đó các electron chuyển hướng theo chu kỳ. Dòng điện một chiều (DC), như tên gọi của nó, chạy theo một hướng.
Các pin trong một chiếc xe điện chức năng sử dụng dòng điện một chiều. Nhưng, khi đến mô tơ chính của xe điện (cung cấp lực kéo cho xe), năng lượng DC này phải được chuyển hóa thành AC thông qua một bộ biến tần.
Vì vậy, điều gì sẽ xảy ra khi năng lượng này đến mô tơ? Còn tùy thuộc vào xe sử dụng mô tơ đồng bộ hay không đồng bộ.
Các loại mô tơ điện
Có hai loại mô tơ xoay chiều trong công nghiệp ô tô: mô tơ đồng bộ và mô tơ không đồng bộ. Khi nói đến xe điện, mô tơ đồng bộ và không đồng bộ đều có thế mạnh riêng – một mô tơ không nhất thiết phải “tốt hơn” mô tơ còn lại.
Mô tơ đồng bộ và không đồng bộ
Mô tơ không đồng bộ hay còn gọi là mô tơ cảm ứng dựa vào stato được cấp điện để tạo ra từ trường quay. Điều này sau đó kéo rôto vào một cuộc rượt đuổi bất tận, như thể nó đang cố gắng bắt kịp từ trường mà không bao giờ thành công. Mô tơ không đồng bộ thường được sử dụng trong các loại xe điện phần lớn được sử dụng để lái xe ở tốc độ cao trong thời gian dài.
Trong mô tơ đồng bộ, rôto tự hoạt động như một nam châm điện, tham gia tích cực vào quá trình tạo ra từ trường. Do đó, tốc độ quay của nó tỷ lệ thuận với tần số của dòng điện cung cấp năng lượng cho mô tơ. Điều này làm cho một mô tơ đồng bộ trở nên lý tưởng cho việc lái xe trong đô thị, vốn thường yêu cầu dừng xe thường xuyên và khởi động ở tốc độ thấp.
Cả mô tơ đồng bộ và không đồng bộ đều hoạt động theo phương thức ngược lại, nghĩa là chúng có thể chuyển đổi cơ năng thành điện năng trong quá trình giảm tốc. Đây là nguyên tắc của phanh tái sinh, bắt nguồn từ máy phát điện xoay chiều.
Các bộ phận của mô tơ điện
Bây giờ chúng ta hãy xem xét kỹ hơn một số bộ phận khác nhau được tìm thấy trong mô tơ của xe điện: từ nam châm động cơ điện hoặc mô tơ đồng bộ kích thích bên ngoài (EESM) đến bộ phận truyền động nói chung.
Nam châm vĩnh cửu
Một số mô tơ đồng bộ sử dụng nam châm vĩnh cửu cho rôto. Những nam châm vĩnh cửu này được nhúng vào rôto thép, tạo ra một từ trường không đổi. Nam châm mô tơ điện vĩnh cửu có ưu điểm là hoạt động mà không cần nguồn điện nhưng yêu cầu sử dụng kim loại hoặc hợp kim như neodymium hoặc dysprosi. Những “đất hiếm” này có tính sắt từ, có nghĩa là chúng có thể được từ hóa để trở thành nam châm vĩnh cửu. Chúng được sử dụng cho nhiều mục đích công nghiệp: từ máy phát điện tuabin gió, dụng cụ không dây và tai nghe, đến mô tơ xe đạp và… mô tơ kéo cho một số loại xe điện!
Vấn đề là giá của những loại “đất hiếm” này rất biến động. Mặc dù có tên như vậy, nhưng trên thực tế, chúng không nhất thiết phải hiếm như vậy, mà hầu như chỉ được tìm thấy ở Trung Quốc, do đó, quốc gia này gần như độc quyền về sản xuất, bán và phân phối. Điều này giải thích tại sao các nhà sản xuất đã nỗ lực tìm kiếm các giải pháp thay thế cho mô tơ xe điện.
Mô tơ đồng bộ kích thước bên ngoài
Một trong những giải pháp này, được Renault sử dụng cho New ZOE, liên quan đến việc chế tạo một nam châm động cơ điện từ một cuộn dây đồng. Điều này đòi hỏi một quy trình công nghiệp phức tạp hơn nhưng có thể tránh được các vấn đề về nguồn cung cấp, đồng thời duy trì một tỷ lệ tuyệt vời giữa trọng lượng mô tơ và mô-men xoắn được phân phối.
Guillaume Faurie, Trưởng bộ phận Kỹ thuật tại nhà máy Renault Cléon ở Pháp, đưa ra cái nhìn sâu sắc về sự phức tạp và khéo léo của động cơ New ZOE: “Việc sản xuất EESM đòi hỏi các quy trình tẩm và quấn cuộn dây chuyên dụng. Những hạn chế về kỳ vọng hiệu suất của sản phẩm, mục tiêu giảm tỷ lệ trọng lượng trên công suất và tốc độ sản xuất nhanh đòi hỏi chúng tôi phải sử dụng hiệu quả các công nghệ hiện đại nhất để thực hiện các quy trình đó. ”
Hệ thống truyền lực điện
Trong một chiếc xe điện, mô tơ bao gồm rôto và stato là một phần của một bộ phận lớn hơn, hệ thống truyền lực điện, một bộ phận làm cho mô tơ điện hoạt động.
Cũng trong thiết bị này, Bộ điều khiển Điện tử Công suất (PEC) tập hợp tất cả các thiết bị điện tử công suất chịu trách nhiệm quản lý nguồn điện của mô tơ và quá trình sạc pin. Cuối cùng, nó bao gồm mô tơ bánh răng, bộ phận có nhiệm vụ điều chỉnh mô-men xoắn và tốc độ quay do mô tơ truyền tới các bánh xe.
Kết hợp với nhau, các yếu tố này làm cho mô tơ điện hoạt động trơn tru và hiệu quả. Và kết quả? Xe điện của bạn không gây tiếng ồn, đáng tin cậy, ít tốn kém hơn và thú vị khi lái xe !
