موتور جدید جریان محوری جنرال موتورز می تواند کلیدی برای خودروهای الکتریکی کوچکتر و ارزان تر باشد

امروزه تمامی BEV ها از موتورهای شار شعاعی استفاده می کنند. در یک موتور شار شعاعی، یک استاتور مسی زخمی به شکل دونات در اطراف یک روتور مرکزی قرار می گیرد که معمولاً با آرایه ای از آهنرباهای دائمی تعبیه شده است. آنها بسیار کارآمد و به خوبی برای کار مناسب هستند، اما محدودیت های خود را دارند. موتورهای شار محوری می‌توانند بر بسیاری از کاستی‌های خود غلبه کنند و جنرال موتورز قصد دارد برخی از مزایای طراحی این فناوری را از این هم بیشتر کند.

این خودروساز ده ها حق ثبت اختراع مربوط به توپولوژی موتور به دست آمده را صادر کرده است، اما یکی به ویژه توجه ما را به خود جلب کرد. این سیستم یک سیستم تضعیف میدان مکانیکی را توصیف می کند که سرعت یک موتور الکتریکی را با هزینه گشتاور افزایش می دهد، درست مانند یک گیربکس معمولی.

اگر کار کند، می تواند به معنای موتورهای کوچکتر و سبک تر با باند قدرت قابل استفاده تر باشد. بزرگترین برندگان خودروهای برقی فشرده و ارزان قیمت خواهند بود.

تضعیف میدان معمولاً از طریق کنترل های پیچیده اینورتر حاصل می شود. این منطقه “قدرت ثابت” منحنی خروجی موتور الکتریکی را تشکیل می دهد. اگر نمی دانید، تقریباً همه موتورهای آهنربای دائم دارای منحنی اسب بخار و گشتاور یکسان هستند، فقط با اندازه های مختلف. این در نمودار بالا نشان داده شده است.

سیستم‌های تضعیف میدان مکانیکی، تجسم نحوه کار آنها را بسیار آسان‌تر می‌کند. در اینجا نمونه ای از موتور شار شعاعی با استفاده از تضعیف میدان مکانیکی آورده شده است. این یک موتور شار شعاعی سبک “پیونیر” است که در آن روتور خارج از استاتور قرار دارد. آنها در برنامه های درایو مستقیم محبوبیت بیشتری دارند.

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

اگر نرم افزار تضعیف میدان بدون قطعات متحرک کار می کند، چرا مکانیکی باشد؟ انجام این کار به صورت الکترونیکی ضرر و زیان هایی دارد. به عنوان مثال، در ژاپن، مردم در مسابقاتی به نام «اکونو پاور» با یکدیگر رقابت می کنند و اکثر وسایل نقلیه از تضعیف میدان مکانیکی برای دستیابی به راندمان بالا استفاده می کنند.

از نظر مفهومی، دستیابی به تضعیف میدان مکانیکی با موتور شار محوری آسان‌تر است، اما هنوز مشکلات جدی وجود دارد. موتورهای شار محوری اساساً از دو دیسک متضاد با یک شکاف هوا بین آنها تشکیل شده است. وقتی روشن می‌شوند، البته 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 در مقادیر گشتاور بالا به هم نزدیک کند بسیار زیاد است. این معمولاً مشکل بزرگی نیست زیرا می توانید از یک تخت ثابت برای جدا نگه داشتن آنها استفاده کنید. هنگامی که می خواهید میدان مکانیکی را تضعیف کنید، 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 باقی 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. وقتی گشتاور کمتر اما سرعت بیشتری می‌خواهد، شکاف را بیشتر می‌کند.

مقطع موتور شار محوری ساخت YASA

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

خودروهای برقی کوچکتر و کم قدرت که بر روی معماری های ولتاژ پایین کار می کنند، می توانند گشتاور زیادی را از خط خارج کنند و سپس شکاف هوا را برای رسیدن به سرعت بزرگراه افزایش دهند. موتورهای کوچکتر و سبکتر بسیار مفیدتر خواهند بود. نمودار ثبت اختراع زیر این موضوع را به خوبی توضیح می دهد. گشتاور موجود کاهش می یابد، اما محدوده ای که می توان آن را اعمال کرد افزایش می یابد.

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 دائماً شکاف هوا را تنظیم کند تا ویژگی های موتور را با شرایط مختلف تطبیق دهد.

همه این فناوری‌ها مطمئناً جالب هستند، اما احتمالاً برای مدتی در دسترس نخواهند 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، اگر شخصی مانند جنرال موتورز به شدت روی جریان محوری کار می کند، باید فرض کنید که شرکت آینده ای در آن می بیند.