PHÂN LOẠI CÁC LOẠI ĐỘNG CƠ ĐIỆN TRÊN XE ĐIỆN (EV)

1. Giới thiệu chung

Xe điện (Electric Vehicle – EV) đang trở thành xu hướng phát triển tất yếu của ngành công nghiệp ô tô nhờ ưu điểm về hiệu suất năng lượng, giảm phát thải và vận hành êm ái. Thành phần quan trọng quyết định hiệu năng của EV chính là động cơ điện (electric motor). Không giống như động cơ đốt trong, động cơ điện biến đổi trực tiếp năng lượng điện thành năng lượng cơ học với hiệu suất có thể lên tới 90–95%. Hiện nay, các nhà sản xuất sử dụng nhiều loại động cơ khác nhau tùy theo yêu cầu về công suất, mô-men xoắn, giá thành và chiến lược thiết kế.

2. Phân loại động cơ điện trên xe điện

Có nhiều cách phân loại động cơ điện: theo nguyên lý hoạt động (AC/DC), theo cấu tạo rô-to (có chổi than, không chổi than), hoặc theo ứng dụng. Dưới đây là các loại động cơ phổ biến nhất được sử dụng trên xe điện:

2.1. Động cơ DC chổi than (Brushed DC Motor)

• Nguyên lý: Sử dụng dòng điện một chiều và bộ cổ góp – chổi than để chuyển đổi năng lượng.
• Ưu điểm: Cấu tạo đơn giản, dễ điều khiển tốc độ bằng cách thay đổi điện áp hoặc dòng điện.
• Nhược điểm: Hao mòn cơ khí do ma sát chổi than, cần bảo dưỡng định kỳ, hiệu suất thấp hơn các loại khác.
• Ứng dụng: Chủ yếu ở các xe điện cỡ nhỏ, xe golf, xe đạp điện thế hệ cũ. Ngày nay ít dùng trên ô tô EV hiện đại.
• 

2.2. Động cơ DC không chổi than (BLDC – Brushless DC Motor)

• Nguyên lý: Sử dụng nam châm vĩnh cửu trên rô-to và bộ điều khiển điện tử (inverter) để tạo từ trường quay, loại bỏ chổi than.
• Ưu điểm: Hiệu suất cao (85–90%), tuổi thọ dài, bảo dưỡng thấp, vận hành êm.
• Nhược điểm: Chi phí chế tạo cao do sử dụng nam châm đất hiếm, cần bộ điều khiển phức tạp.
• Ứng dụng: Phổ biến trên các xe điện nhỏ, xe máy điện, và một số ô tô cỡ nhỏ.

2.3. Động cơ cảm ứng AC (Induction Motor – IM)

• Nguyên lý: Dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ: từ trường quay của stato tạo dòng điện cảm ứng trong rô-to, sinh ra mô-men quay.
• Ưu điểm:
  • Không cần nam châm vĩnh cửu (giảm phụ thuộc đất hiếm).
  • Bền bỉ, chịu quá tải tốt.
  • Chi phí thấp hơn so với động cơ dùng nam châm.
• Nhược điểm: Hiệu suất thấp hơn BLDC ở tải thấp, cần dòng khởi động cao.
• Ứng dụng: Tesla Model S, Model X sử dụng động cơ cảm ứng 3 pha ở cầu sau. Đây là lựa chọn phổ biến cho xe yêu cầu công suất lớn.

2.4. Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSM – Permanent Magnet Synchronous Motor)

• Nguyên lý: Giống BLDC nhưng sử dụng dạng sóng hình sin và điều khiển vector để tối ưu mô-men.
• Ưu điểm:
  • Hiệu suất rất cao (>90%) ở nhiều dải tốc độ.
  • Mô-men xoắn lớn ngay từ tốc độ thấp.
  • Vận hành êm ái, điều khiển chính xác.
• Nhược điểm: Giá thành cao do nam châm đất hiếm, làm mát phải tối ưu để tránh khử từ.
• Ứng dụng: Rất phổ biến trên các EV hiện đại như Nissan Leaf, BMW i3, Hyundai Kona EV.
• 

2.5. Động cơ đồng bộ kích từ (Excited Synchronous Motor – ESM)

• Nguyên lý: Không dùng nam châm, rô-to có cuộn dây kích từ cấp điện riêng, tạo từ trường đồng bộ với stato.
• Ưu điểm:
  • Có thể điều khiển dòng kích từ để tối ưu hiệu suất ở từng chế độ.
  • Không phụ thuộc nam châm đất hiếm.
• Nhược điểm: Cấu tạo phức tạp, cần vành trượt hoặc bộ kích từ không tiếp xúc.
• Ứng dụng: Được BMW áp dụng trên iX3 để giảm chi phí nam châm.

2.6. Động cơ từ trở đồng bộ (SRM – Synchronous Reluctance Motor)

• Nguyên lý: Mô-men được tạo ra nhờ xu hướng từ thông đi theo đường có điện kháng thấp trong rô-to đặc biệt.
• Ưu điểm:
  • Không cần nam châm, giá thành thấp.
  • Hiệu suất cao gần bằng PMSM.
• Nhược điểm: Điều khiển phức tạp, tiếng ồn lớn nếu không tối ưu điều khiển.
• Ứng dụng: Tesla Model 3 RWD 2021 trở đi sử dụng biến thể “Permanent Magnet Switched Reluctance Motor” (PMSRM) kết hợp ưu điểm của PMSM và SRM.