NGHIÊN CỨU CÁC LOẠI ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG TRÊN XE Ô TÔ ĐIỆN HIỆN NAY

Động cơ điện sử dụng trên xe điện nói chung có nguyên tắc giống các động cơ điện thông thường khác ví dụ như cái quạt điện. Nó có 2 phần: Phần đứng im là cái vỏ quạt (startor), phần quay tít là cánh quạt (rotor). Tất nhiên động cơ ô tô không phải là động cơ quạt điện, nhưng làm việc trên nguyên lý như nhau. Dòng điện ở cái vỏ (startor) tạo ra từ trường, từ trường làm quay cái lõi (rotor).

Dựa vào cấu tạo cái lõi thì ta chia động cơ điện trên ô tô làm 2 loại sau:

1. Động cơ không đồng bộ (có thể gọi là động cơ cảm ứng) - Induction motor

Đây là loại động cơ được sáng chế bởi Nikolas Tesla vào thế kỷ 19, được dùng trên các xe Tesla, trừ Model Tesla 3. Rotor được chế tạo như cái lồng chim, thực chất là các vòng dây khép kín.

Hình 1. Tesla sử dụng động cơ điện cảm ứng

Nó rất phổ biến trong công nghiệp từ xưa đến nay, sở hữu các yếu tố là chế tạo rẻ tiền, không đòi hỏi bảo dưỡng thường xuyên. Nhược điểm là thường to nặng, sinh nhiệt khi hoạt động. Hiệu suất 85-96% tùy vào cấu tạo và điều kiện vận hành, ví dụ quay nhanh thì hiệu suất tốt hơn so với đi chậm. So với động cơ chạy xăng có hiệu suất 20-25% thì động cơ điện rất ấn tượng.

Hình 2. Động cơ điện trên xe Tesla

Các kỹ sư đã thành công trong việc tạo ra các mô tơ Tesla dạng này có kích thước có thể nói là rất nhỏ so với công suất của nó. Ví dụ trong công nghiệp, động cơ dạng này công suất 20 mã lực có thể nặng 200kg, còn trên Tesla thì chỉ với 30kg (70lbs) có thể sinh ra 360 mã lực. Bởi động cơ cảm ứng dựa trên nguồn điện xoay chiều AC 3 pha, vậy trong cấu tạo động cơ điện sẽ đi kèm 1 bộ biến đổi dòng điện từ DC sang AC 3 pha, ngược lại với cấu tạo sạc pin điện thoại quen thuộc chuyển đổi điện xoay chiều trong ổ cắm tường nhà thành dòng điện 1 chiều. Tổng cộng bộ biến tần và mô tơ có cân nặng khoảng 150kg (loại dùng cho tesla).

So sánh bảng giá xe Tesla bản 1 cầu và bản AWD, chênh lệch nhau khoảng 4.000 USD, ta có thể suy ra mô tơ điện lắp thêm có giá khá rẻ (loanh quanh 2.000 USD). Điều nay nói lên thực chất các chủ xe chạy dạng mô tơ này hoàn toàn không sợ cháy máy. Tuy nhiên việc mô tơ sinh nhiệt lại đặt ra các nhu cầu về hệ thống làm mát cho động cơ.

2. Động cơ nam châm vĩnh cửu (hay động cơ đồng bộ) - Pernament Magnet Motor

Thay cái ruột (rotor) bằng nam châm vĩnh cửu, ta có động cơ nam châm vĩnh cửu. Về nguyên lý hoạt động thì vẫn dựa trên dòng điện 3 pha, nhưng nam châm vĩnh cửu tạo ra động cơ nhỏ gọn hơn và có hiệu suất nhỉnh hơn so với loại trên (92÷97%).
 

Hình 3. Sơ đồ hoạt động của động cơ điện trên xe ô tô

Thực ra động cơ này chỉ thực sự trở nên khả thi về kích thước cũng như khả năng sau khi các nhà khoa học tìm ra các vật liệu siêu nam châm, đạt được nhờ những thành tựu về công nghệ chế tạo và luyện kim. Nam châm dựa trên luyện kim từ neodymium boron được sản xuất từ năm 1984 có giá khá đắt, và ảnh hưởng đến giá thành của dạng động cơ này. Theo giá thị trường thì 1kg kim loại này có giá tầm 100 USD, chưa kể việc chế tạo thành rotor. Có thể dễ đoán rằng, động cơ nam châm vĩnh cửu sẽ có giá trị rất đắt so với dạng phía trên. (Nguyên cái Rotor đã có thể có giá 10.000 USD).

So với dạng động cơ không đồng bộ, thì động cơ nam châm vĩnh cửu nhỏ nhẹ hơn, tránh được việc sinh nhiệt tốt hơn, đắt hơn, sở hữu hiệu suất nhỉnh hơn, đặc biệt ở các chế độ toàn tải (ví dụ khi đạp hết ga hay chạy nhanh hết cỡ). Cũng dễ hiểu khi các xe đua ở giải Formula E sử dụng động cơ loại này.