تکنولوژی

انواع مختلف موتور در ماشین های الکتریکی (موتور خودرو برقی)

وسایل نقلیه الکتریکی چیز جدیدی برای این دنیا نیستند، اما با پیشرفت تکنولوژی و افزایش نگرانی در مورد کنترل آلودگی، عنوانی از مسائل آینده به آن داده شده است. عنصر اصلی خودرو الکتریکی، به غیر از باتری های خودروی الکتریکی، که جایگزین موتور های احتراق داخلی می شود، یک موتور الکتریکی است. پیشرفت سریع الکترونیک قدرت و تکنیک های کنترل، فضایی را برای انواع مختلف موتور های الکتریکی برای استفاده در وسایل نقلیه الکتریکی ایجاد کرده است. موتور های الکتریکی مورد استفاده برای کاربرد های خودرو باید دارای ویژگی هایی مانند گشتاور راه اندازی بالا، چگالی توان بالا، بازده خوب و… باشند.

انواع موتور های الکتریکی مورد استفاده در وسایل نقلیه الکتریکی

  1. موتور سری DC
  2. موتور DC بدون جاروبک
  3. موتور سنکرون آهنربای دائم (PMSM)
  4. موتور های القایی AC سه فاز
  5. موتور های رلوکتانس سوئیچی (SRM)

1. موتور سری DC

قابلیت گشتاور راه اندازی بالا موتور سری DC آن را به گزینه ای مناسب برای کاربرد کششی تبدیل می کند. این موتور پرکاربردترین موتور برای کاربرد کششی در اوایل دهه 1900 بود. از مزایای این موتور می توان به کنترل آسان سرعت و همچنین تحمل افزایش ناگهانی بار اشاره کرد. همه این ویژگی ها آن را به یک موتور کششی ایده آل تبدیل می کند. عیب اصلی موتور سری DC تعمیر و نگهداری بالا به دلیل جاروبک ها و کموتاتورها است. از این موتور ها در راه آهن هند استفاده می شود. این موتور در دسته موتور های جادوبک دار DC قرار می گیرد.

2. موتور های DC بدون جاروبک (BLDC)

این موتور شبیه موتور های DC با آهنربا های دائمی است. به دلیل نداشتن  کموتاتور و جاروبک به آن موتور DC بدون جاروبک می گویند. کموتاسیون در این موتور به صورت الکترونیکی انجام می شود زیرا موتور های BLDC بدون نیاز به تعمیر و نگهداری هستند. موتور های BLDC دارای ویژگی های کششی مانند گشتاور راه اندازی بالا، بازده بالا در حدود 95-98٪ و.. هستند.

موتور براشلس BLDC برای دستیابی به چگالی توان بالا مناسب هستند. موتورهای  BLDC به دلیل ویژگی های کششی، مناسب ترین موتور ها برای کاربرد وسایل نقلیه الکتریکی هستند.

برای یادگیری آردوینو (برنامه نویسی، ساخت ربات، ارتباط با اندروید) روی دوره آموزش آردوینو کلیک کنید.
برای یادگیری کامل الکترونیک روی دوره آموزش الکترونیک کلیک کنید.

همچنین موتورهای BLDC دو نوع دارند:

1. موتور BLDC نوع بیرونی:

در این نوع، روتور موتور در خارج و استاتور در داخل قرار دارد. این موتور همچنین موتور هاب نیز نامیده می شود زیرا چرخ مستقیماً به روتور بیرونی متصل است. این نوع موتورها نیازی به سیستم چرخ دنده خارجی ندارند. در برخی موارد، خود موتور دارای چرخ دنده های سیاره ای داخلی است. این موتور فضای کمتری را در وسیله نقلیه اشغال می کند زیرا به هیچ سیستم دنده ای نیاز ندارد. محدودیتی در ابعاد موتور وجود دارد که توان خروجی را در پیکربندی درونی محدود می کند. این موتور به طور گسترده ای توسط سازندگان چرخه الکتریکی مانند Hullikal، Tronx، Spero و… ترجیح داده می شود. همچنین توسط سازندگان دو چرخ مانند موتور های 22 ، موتور های NDS Eco و… استفاده می شود.

موتور BLDC نوع بیرونی
موتور هاب BLDC

موتور هاب BLDC بوش که توسط موتور های 22 استفاده می شود

2. موتور BLDC نوع درونی:

در این نوع، روتور موتور در داخل و استاتور در خارج مانند موتور های معمولی قرار دارد. این موتور ها برای انتقال نیرو به چرخ‌ ها به یک سیستم انتقال خارجی نیاز دارند، به همین دلیل پیکربندی بیرونی در مقایسه با پیکربندی درونی کمی بزرگتر است. بسیاری از تولید کنندگان سه چرخ مانند موتورهای الکتریکی Goenka، Speego Vehicle، Kinetic Green، Volta Automotive  از موتور های BLDC استفاده می کنند. سازندگان اسکوتر برای عملکرد کم و متوسط ​​نیز از موتور های BLDC برای نیروی محرکه استفاده می کنند.

موتور BLDC نوع درونی
موتور BLDC نوع درونی
نوع درونی BLDC مورد استفاده در اسکوتر Ather
نوع درونی BLDC مورد استفاده در اسکوتر Ather

این نوع موتور به طور گسترده ای برای کاربرد وسایل نقلیه الکتریکی ترجیح داده می شود. اشکال اصلی آن هزینه بالا به دلیل آهنربا های دائمی است. شارژ زیاد موتور بیشتر از یک حد معین باعث کاهش عمر آهنربا های دائمی به دلیل شرایط حرارتی می شود.

3. موتور سنکرون آهنربای دائم (PMSM)

این موتور نیز شبیه موتور BLDC است که دارای آهنربا های دائمی روی روتور است. مشابه موتور های BLDC، این موتورها همچنین دارای ویژگی های کششی مانند چگالی توان بالا و بازده بالا هستند. تفاوت ان این است که PMSM دارای EMF پشتی سینوسی است در حالی که BLDC دارای EMF پشتی ذوزنقه ای است. موتور های سنکرون آهنربای دائمی برای توان بالاتر در دسترس هستند. PMSM بهترین انتخاب برای کاربردهای با کارایی بالا مانند اتومبیل، اتوبوس است. علاوه بز هزینه بالا، PMSM رقابت سختی را برای موتور های القایی به دلیل افزایش بازده نسبت به موتور های القایی ایجاد می کند. PMSM همچنین از موتور های BLDC گرانتر است. اکثر خودروسازان از موتور های PMSM برای خودرو های هیبریدی و برقی خود استفاده می کنند. به عنوان مثال، تویوتا پریوس، شورولت بولت، فورد فوکوس الکتریک، موتورسیکلت های صفر S/SR، نیسان لیف، هوندا آکورد، بی ام و i3 و… از موتور PMSM بعنوان نیروی محرکه استفاده می کنند.

موتور سنکرون مگنت دائم تویوتا پریوس 2004
موتور سنکرون مگنت دائم تویوتا پریوس 2004

4. موتور های القایی AC سه فاز

موتور های القایی مانند موتور های سری DC تحت عملکرد ولتاژ ثابت و فرکانس ثابت دارای گشتاور راه اندازی بالایی نیستند. اما این مشخصه را می توان با استفاده از روش های کنترلی مختلف مانند روش های FOC یا v/f تغییر داد. با استفاده از این روش های کنترل، حداکثر گشتاور در هنگام راه اندازی موتور که برای اعمال کشش مناسب است، در دسترس قرار می گیرد. موتورهای القایی قفس سنجابی به دلیل نگهداری کمتر عمر طولانی دارند. موتور های القایی را می توان تا بازده 92-95 درصد طراحی کرد. نقطه ضعف موتور القایی این است که به مدار اینورتر پیچیده نیاز دارد و کنترل موتور دشوار است.

همچنین اگر در مورد این مطلب سوالی داشتید در انتهای صفحه در قسمت نظرات بپرسید
موتور القایی
موتور القایی
 ویژگی موتور القایی سه فاز
ویژگی موتور القایی سه فاز
 ویژگی موتور القایی سه فاز تحت کنترل شار جهت دار
 ویژگی موتور القایی سه فاز تحت کنترل شار جهت دار

در موتور های آهنربای دائم، آهنربا ها به چگالی شار B کمک می کنند. بنابراین، تنظیم مقدار B در موتور های القایی در مقایسه با موتورهای آهنربای دائم آسان است. به این دلیل است که در موتور های القایی مقدار B را می توان با تغییر ولتاژ و فرکانس (V/f) بر اساس نیاز گشتاور تنظیم کرد. این به کاهش تلفات کمک می کند که به نوبه خود بازده را بهبود می بخشد.

تسلا مدل S بهترین مثال برای اثبات عملکرد بالای موتور های القایی در مقایسه با مشابهان خود است. با انتخاب موتور های القایی، تسلا ممکن است بخواهد وابستگی به آهنربا های دائمی را از بین ببرد. حتی Mahindra Reva e2o از یک موتور القایی سه فاز برای نیرو محرکه خود استفاده می کند. سازندگان بزرگ خودرو مانند تاتا موتورز قصد دارند از موتور های القایی در خودرو ها و اتوبوس های خود استفاده کنند. سازنده موتور های دو چرخ TVS یک اسکوتر برقی را روانه بازار خواهد کرد که از موتور القایی برای نیرو محرکه خود استفاده می کند. موتور های القایی به دلیل ارزان بودن، انتخاب اول برای خودرو های برقی عملکرد محور هستند. مزیت دیگر این است که می تواند شرایط محیطی ناهموار را تحمل کند. با توجه به این مزایا، راه آهن هند شروع به جایگزینی موتور های DC خود با موتور های القایی AC کرده است.

5. موتور های رلوکتانس سوئیچی (SRM)

موتور های رلوکتانس سوئیچی دسته ای از موتور های رلوکتانس متغیر با ویژگی های زیادی هستند. موتور های رلوکتانس سوئیچی از نظر ساخت و ساز ساده و مقاوم هستند. روتور SRM قطعه ای از فولاد چند لایه است که هیچ سیم پیچ یا آهنربای دائمی روی آن وجود ندارد. این باعث می شود که اینرسی روتور کمتر شود که به شتاب زیاد کمک می کند. ماهیت قوی SRM آن را برای کاربرد های با سرعت بالا مناسب می کند. SRM همچنین چگالی توان بالایی را ارائه می دهد که ویژگی مورد نیاز برخی وسایل نقلیه الکتریکی است. از آنجایی که گرمای تولید شده بیشتر به استاتور محدود می شود، خنک کردن موتور آسان تر است. بزرگترین اشکال SRM پیچیدگی در کنترل و افزایش مدار سوئیچینگ است. همچنین صدای زیادی تولید می کند. هنگامی که SRM وارد بازار تجاری شد، می تواند در آینده جایگزین موتور های PMSM و القایی شود.

موتور رلوکتانس سوئیچی
موتور رلوکتانس سوئیچی

انتخاب موتور مناسب برای خودروی برقی شما

برای انتخاب موتور های وسیله نقلیه الکتریکی، ابتدا عملکردی که وسیله نقلیه باید داشته باشد، شرایط عملیاتی و هزینه ‌های مرتبط با آن مشخص شود. به عنوان مثال، برای وسایل نقلیه کارتینگ و کاربردهای دو چرخ که به عملکرد کمتر (عمدتا کمتر از 3 کیلو وات) با هزینه کم نیاز دارند، بهتر است از موتور های هاب BLDC استفاده کنید. برای سه چرخ و دو چرخ نیز خوب است موتور های BLDC با یا بدون سیستم دنده خارجی را انتخاب کنید. برای کاربرد های با توان بالا مانند موتور های دو چرخ، اتومبیل‌ ها، اتوبوس ‌ها، کامیون‌ ها، موتور ایده‌آل موتور های PMSM یا القایی است. هنگامی که موتور رلوکتانس سنکرون و موتور رلوکتانس سوئیچی به عنوان موتور های PMSM یا القایی مقرون به صرفه ایجاد شدند، می ‌توان گزینه‌ های بیشتری از انواع موتور را برای کاربرد وسایل نقلیه الکتریکی داشت.

5/5 - (2 امتیاز)

دوره آموزش الکترونیک

برای دریافت مطالب جدید کانال تلگرام یا پیج اینستاگرام آیرنکس را دنبال کنید.

تصویر از محمد رحیمی

محمد رحیمی

محمد رحیمی هستم. سعی میکنم در آیرنکس مطالب مفید را قرار دهم. (در خصوص سوال در مورد این مطلب از قسمت نظرات همین مطلب اقدام کنید) سعی میکنم تمام نظرات را پاسخ دهم.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *