موتور جدید جریان محوری جنرال موتورز می‌تواند کلیدی برای خودروهای الکتریکی کوچکتر و ارزان‌تر باشد


امروزه تمام BEVها از موتورهای شار شعاعی استفاده می کنند. در یک موتور شار شعاعی، یک استاتور مسی به شکل دونات در اطراف یک روتور مرکزی قرار می گیرد که اغلب با یک سری آهنرباهای دائمی تعبیه شده است. آنها بسیار کارآمد و مناسب برای کار هستند، اما محدودیت هایی دارند. موتورهای شار محوری می‌توانند بسیاری از کاستی‌های خود را برطرف کنند و جنرال موتورز برنامه‌ای دارد تا برخی از مزایای طراحی این فناوری را حتی بیشتر ببرد.

این خودروساز ده ها حق ثبت اختراع مربوط به توپولوژی موتور در حال ظهور را منتشر کرده است، اما یکی از آنها به طور خاص توجه ما را به خود جلب کرد. این سیستم یک سیستم تضعیف میدان مکانیکی را توصیف می کند که سرعت یک موتور الکتریکی را به قیمت گشتاور افزایش می دهد، درست مانند یک گیربکس معمولی.

این می تواند به معنای موتورهای کوچکتر و سبکتر با باند قدرت مفیدتر باشد. بزرگترین برندگان خودروهای برقی فشرده و ارزان قیمت خواهند بود.

تضعیف میدان محوری-شار-ب

تضعیف میدان معمولاً از طریق کنترل های پیچیده اینورتر حاصل می شود. این منطقه “قدرت ثابت” منحنی خروجی موتور الکتریکی را ایجاد می کند. اگر نمی دانستید، تقریباً همه موتورهای آهنربای دائمی دارای منحنی اسب بخار و گشتاور یکسان هستند، فقط در بزرگی های مختلف. این در نمودار بالا ارائه شده است.

سیستم های مکانیکی تضعیف میدان، تجسم نحوه عملکرد آن را بسیار آسان تر می کند. در اینجا مثالی از یک موتور شار شعاعی است که از تضعیف میدان مکانیکی استفاده می کند. این یک موتور شار شعاعی سبک “بیرونی” است که روتور در خارج از استاتور قرار دارد. آنها در برنامه های درایو مستقیم محبوبیت بیشتری دارند.

همانطور که استاتور از روتور دورتر می شود، مغناطیس ناشی از استاتور نسبت به روتور ضعیف تر می شود، که به معنای گشتاور کمتر و همچنین سرعت موتور بالاتر است. درست مانند تعویض دنده دوم، انتقال موتور – برقی در این مورد – به یک منطقه عملیاتی متفاوت که برای یک موقعیت خاص بهتر عمل می کند، یک مصالحه است.

اگر نرم‌افزار تضعیف میدان بدون قطعات متحرک کار می‌کند، چرا باید مکانیکی شود؟ انجام آن به صورت الکترونیکی ضرر و زیان هایی دارد. به عنوان مثال، در ژاپن، مردم در مسابقات به اصطلاح “اقتصاد پاور” با یکدیگر رقابت می کنند و بسیاری از وسایل نقلیه از تضعیف میدان مکانیکی برای به دست آوردن راندمان بالا استفاده می کنند.

تضعیف میدان مکانیکی از نظر مفهومی با موتورهای شار محوری ساده‌تر است، اگرچه هنوز چالش‌های جدی وجود دارد. موتورهای شار محوری اساساً دو دیسک هستند که در مقابل یکدیگر قرار دارند و بین آنها یک شکاف هوا وجود دارد. وقتی روشن می‌شوند، مطمئناً می‌چرخند، اما سعی می‌کنند همدیگر را جمع کنند. آنها آهنربا هستند، این کاری است که انجام می دهند. اگر این کار را نمی کردند عجیب بود.

نیرویی که سعی می کند این دو صفحه را با گشتاورهای بالا به هم نزدیک کند بسیار زیاد است. این معمولاً مشکل بزرگی نیست زیرا می توانید از یک یاتاقان ثابت برای جدا نگه داشتن آنها استفاده کنید. با این حال، زمانی که می‌خواهید تضعیف میدان مکانیکی انجام دهید، روتور یا استاتور باید به صورت محوری حرکت کند تا شکاف هوا را تنظیم کند، اما هر دو باید پس از یافتن موقعیت جدید کاملاً صلب بمانند.

جنرال موتورز قصد دارد این کار را با استفاده از یک سیستم هیدرولیک انجام دهد که منطقی است. هنگامی که گشتاور بیشتر اما سرعت کمتری می خواهد از مایع هیدرولیک برای کاهش شکاف استفاده می کند. زمانی که گشتاور کمتر اما سرعت بیشتری بخواهد فاصله را بیشتر می کند.

yasa-axial-flux-inline-c

برش یک موتور شار محوری ساخته شده توسط YASA

اگر این هزینه، پیچیدگی و دردسر زیاد به نظر می رسد، در نظر بگیرید که خودروسازان و تامین کنندگان تا چه حد در ساخت چیزی مانند گیربکس اتوماتیک موفق بوده اند. این بسیار ساده تر از آن است و پیامدهای آن چشمگیر است.

خودروهای برقی کوچکتر و کم‌قدرت‌تر که در معماری‌های ولتاژ پایین‌تر کار می‌کنند، می‌توانند گشتاور زیادی را از خط خارج کنند و سپس شکاف هوا را برای دستیابی به سرعت بزرگراه افزایش دهند. موتورهای کوچکتر و سبکتر بسیار مفیدتر خواهند بود. این نمودار زیر از پتنت آن را به خوبی توضیح می دهد. گشتاور موجود کاهش می یابد، اما دامنه ای که در آن می توان اعمال کرد، افزایش می یابد.

تضعیف میدان محوری-شار-ا

محور Y در این نمودار، گشتاور موتور است. محور X سرعت موتور است.

این سیستم از نظر تئوری می تواند مانند یک CVT عمل کند و به طور مداوم شکاف هوا را تنظیم کند تا ویژگی های موتور را برای موقعیت های مختلف تنظیم کند.

مطمئناً همه این فناوری جالب است، اما احتمالاً برای مدتی در دسترس نخواهد بود. قبل از اینکه شاهد چنین چیزی باشیم، نسل بعدی خودروهای برقی بازار انبوه احتمالاً دارای فناوری‌های باتری پیشرفته‌تر و پیشرفت‌های جزئی در موتورهای شار شعاعی خواهند بود. با این حال، زمانی که شخصی مانند جنرال موتورز سخت در حال کار بر روی شار محوری است، باید فرض کنید که شرکت آینده‌ای در آن می‌بیند.



منبع