Xu hướng điện khí hóa có thể nói là điều tất yếu trong tương lai. Hiện tại, xu hướng này cũng đang chớm nở trên toàn thế giới. Phần lớn mọi người vẫn quen với động cơ đốt trong (xe chạy xăng) và chủ yếu là loại 4 thì (nạp - nén - nổ - xả).

Mình có đọc và tìm hiểu thử về mô tơ xe điện. Nhìn chung, mô tơ hay động cơ điện được chia làm 3 loại và có một phần duy nhất trong động cơ chuyển động thôi. Còn cụ thể như nào thì mời anh em cùng tìm hiểu nhé.

Mọi động cơ xe điện hiện nay đều có hai phần chính. Phần thứ nhất là stator, không chuyển động, là lớp vỏ ngoài của động cơ. Phần này thường sẽ được gắn với khung xe. Anh em có thể hình dung nó như cái khoang động cơ. Phần thứ hai là rotor. Đây là phần chuyển động duy nhất, có trách nhiệm đưa mô men xoắn qua hệ thống truyền động tới một bộ vi sai.

Đơn giản vậy thôi =))))

Hầu hết xe điện hiện tại dùng hệ thống truyền động trực tiếp (direct-drive unit) để cân bằng tốc độ quay của mô tơ và bánh xe. Và tương tự với động cơ đốt trong, xe điện hoạt động hiệu quả nhất ở vòng tua thấp và tải cao. Vì thế, hiện nay, những mẫu sedan, coupe, xe gầm thấp, CUV, tóm lại là những kiểu xe đi hàng ngày, đô thị khá phù hợp với động cơ điện.

Những xe như bán tải, SUV cỡ lớn cần nhiều sức kéo hơn thì sẽ cần hộp số với nhiều cấp số hơn (điều này ít xe điện làm được do chi phí phát triển vẫn còn đắt đỏ). Hiện tại, chỉ có Audi e-tron GT và Porsche Taycan là được trang bị hệ truyền động 2 cấp số. Mình nghĩ trong tương lai, công nghệ phát triển thì việc xe điện với hộp số nhiều cấp sẽ có thôi.

Khả năng đồng bộ của động cơ EV

Như mình đã viết ở đầu bài, động cơ EV phần lớn được chia làm 3 loại chính. Và cả 3 loại này đều sử dụng nguồn điện 3 pha xoay chiều để có thể tạo ra từ trường xoay. Và từ trường xoay này mạnh hay yếu thì công suất dòng điện tác động lên máy gia tốc sẽ quyết định.

Cái phần stator sẽ có các rãnh xếp song song nhau và được quấn bằng dây đồng. Ngoài việc quấn dây đồng xung quanh thì nhiều động cơ sẽ được lắp các thanh đồng vuông vức hơn kiểu cái kẹp tóc với mặt cắt vuông (xe cao cấp thì làm như này). Mật độ dây cuốn càng dày thì mô men xoắn càng lớn. Các nút thắt ở phần đầu làm càng gọn thì khối lượng động cơ càng nhẹ.

Tuy nhiên, nguồn điện cung cấp cho động cơ là pin (thứ có dòng điện DC một chiều). Vì vậy, các xe EV hiện nay sẽ được trang bị một bộ biến tần DC-AC để có thể cấp cho stator dòng điện xoay chiều cần thiết tạo nên từ trường xoay.

Và có một điểm hay của xe điện mà mình thấy hơn xe xăng đó là động cơ này có thể sạc lại một phần. Cái này gọi là ‘phanh tái tạo’ (regenerative braking). Các bánh xe của ô tô có thể xoay theo hướng khác với rotor của động cơ, từ đó tạo ra một từ trường xoay khác gửi ngược năng lượng lại cho pin. Công nghệ này là một điểm quan trọng với các hãng sản xuất để làm được một chiếc xe với phạm vi di chuyển xa. Nó cũng được ứng dụng với một số xe hybrid.

3 loại động cơ điện

Nhìn chung, người ta sẽ phân loại động cơ điện dựa trên sự khác nhau giữa cách rotor biến từ trường xoay thành chuyển động quay. Và sự khác nhau này khá rõ, giống như máy 4 thì, 2 thì, Wankel vậy. Hiện nay, động cơ điện có 3 loại chính:

1. Động cơ cảm ứng
2. Động cơ chứa nam châm vĩnh cửu
3. Động cơ kích ứng dòng điện

Động cơ cảm ứng (Induction motor)

Động cơ cảm ứng đã xuất hiện từ thế kỷ 19 rồi. Rotor của nó sẽ có các thanh dọc làm bằng vật liệu dẫn điện, thường là đồng. Từ trường xoay của stator sẽ tạo ra dòng điện giữa các lớp này. Cuối cùng sẽ có một trường điện từ cảm ứng xoay đều bên trong stator.

Động cơ cảm ứng thuộc loại không đồng bộ vì trường điện từ cảm ứng và mô men xoay chỉ có thể tồn tại khi tốc độ của rotor chậm hơn từ trường xoay.

Loại động cơ này khá phổ biến vì nó rẻ, không cần nam châm đất hiếm để sản xuất. Tuy nhiên, điểm yếu của chúng là hoạt động yếu ở dải tốc thấp và khó làm mát khi liên tục phải chịu tải cao.

Động cơ chứa nam châm vĩnh cửu (permanent-magnet motor)

Như cái tên của nó luôn, rotor sẽ trang bị nam châm vĩnh cửu. Vì thế nó sẽ có từ tính riêng. Và đặc biệt, nó không cần điện để tạo ra từ trường nên loại động cơ này rất hiệu quả ở dải tốc thấp. Tốc độ quay của rotor và từ trường xoay của stator được đồng bộ với nhau nên không có độ trễ chân ga.

Tuy nhiên, loại động cơ này khá nặng và nó có thể kém ổn định nếu vận hành ở vận tốc cao quá. Với động cơ này, có một vấn đề gọi là ‘back EMF’. Hiểu nôm na là có một trường điện từ khác cản trở tốc độ quay của rotor, giảm công suất đầu ra và sinh ra nhiều nhiệt (có thể làm hỏng nam châm).

Nếu bạn nghĩ loại động cơ này khó hỏng vì nhiệt thì nó khá bền. Ví dụ là Toyota Prius đang sử dụng chúng.

Động cơ kích ứng dòng điện (current-excited motor)

Loại động cơ này mới xuất hiện gần đây và được cho là khá ấn tượng. Người sử dụng nó chính là BMW i4 và iX. Loại động cơ này có hiệu quả đồng bộ tương tự như động cơ nam châm vĩnh cửu nhưng loại không cần dùng loại vật liệu đó.

Phần chổi than của động cơ được để ở một khu vực riêng, giảm bụi chổi than sinh ra cho môi trường và giảm mài mòn theo thời gian (bền hơn). Mình đánh giá cao việc động cơ này không dùng nam châm vĩnh cửu (giảm giá sản xuất, giá sản xuất không bị phụ thuộc vào đất hiếm, giảm tác động tới môi trường từ việc khai thác mỏ làm nam châm).

Tuy nhiên, động cơ này có vẻ sẽ tốn nhiều điện hơn nếu đi chậm, vì nó sẽ sử dụng nhiều điện hơn trung bình để tạo ra từ trường.

Anh em thấy tương lai ngành xe điện sẽ ra sao?