Tìm hiểu sơ bộ về động cơ điện trên ô tô qua 2 loại chính

Nhìn chung, có 2 loại động cơ điện trên ô tô. Để có thể dễ hình dung hơn, hãy lấy ví dụ cho chiếc quạt cây trong nhà. Nó gồm có 2 phần: phần đứng im là cái vỏ quạt (stator) và phân quay là cánh quạt (rotor).

Tất nhiên, động cơ ô tô không phải là motor quạt điện, nhưng nguyên lý làm việc là giống nhau: dòng điện ở vỏ (stator) tạo ra từ trường và từ trường làm quay lõi (rotor). Dựa vào cấu tạo của lõi thì động cơ điện trên ô tô gồm có 2 loại, các bạn hãy cùng VATC tìm hiểu như sau:

Động cơ điện trên ô tô không đồng bộ (Induction motor)

Động cơ điện trên ô tô không đồng bộ — Induction motor

Động cơ không đồng bộ hay còn gọi là động cơ cảm ứng, được sáng chế bởi Nikila Tesla vào thế kỷ 19 và áp dụng trên tất cả các dòng xe của hãng Tesla (trừ Model Tesla 3).

Rotor được chế tạo như một chiếc lồng chim, thực chất là các vòng dây khép kín. Nó rất phổ biến trong công nghiệp từ trước cho tới nay và sở hữu nhiều ưu điểm như: chi phí sản xuất thấp, không cần bảo dưỡng thường xuyên. Tuy nhiên, nhược điểm của nó là thường to và nặng, sinh nhiệt khi hoạt động.

Hiệu suất của nó mang lại từ 85 – 96% tùy vào cấu tạo và điều kiện vận hành. Chẳng hạn, nếu quay nhanh thì hiệu suất mang lại sẽ lớn hơn so với khi quay chậm. So với động cơ chạy xăng thì hiệu suất mà động cơ điện trên ô tô mang lại đã rất ấn tượng.

Các kỹ sư của Tesla đã rất thành công trong việc tạo ra các motor dạng này, với kích thước có thể xem là rất nhỏ so với công suất mà nó mang lại. Ví dụ trong công nghiệp, động cơ dạng này có công suất 20 HP thì nặng khoảng 200kg. Trong khi đó của Tesla chỉ khoảng 30kg mà có thể sinh ra 360 HP.

Bởi động cơ cảm ứng dựa trên nguồn điện xoay chiều AC 3 pha, vậy trong cấu tạo động cơ điện trên ô tô sẽ đi kèm với một bộ biến đổi xoay chiều sang xoay chiều 3 pha, ngược lại với cấu tạo sạc pin điện thoại thuộc chuyển đổi điện xoay chiều trong ổ cắm tường nhà thành dòng điện một chiều. Tổng cộng bộ biến tần và motor có cân nặng khoảng 150kg (loại dùng cho Tesla).

So sánh giữa bảng giá xe Tesla bản 1 cầu và bản AWD, bạn sẽ thấy chúng chênh lệch nhau khoảng 4.000 USD. Từ đó ta có thể suy ra, motor điện lắp thêm có giá khá rẻ (khoảng 2.000 USD). Điều này khiến các chủ xe chạy loại motor này không sợ cháy máy, bởi chi phí để thay mới là khá rẻ.

Tuy nhiên, việc motor sinh nhiệt lại đặt ra các nhu cầu về hệ thống làm mát cho động cơ, và các chủ xe đa phần không hiểu được điều này. Các hãng xe điện thường bị những người tiêu dùng kiện vị tội “xe cứ đi khoảng 1km là cầu nóng ran”, có lẽ họ cần phải giải thích cho người tiêu dùng biết rằng, điểm nóng ran ấy chính là động cơ nằm ở giữa 2 bánh sau.

Động cơ nam châm vĩnh cửu – Permanent Magnet Motor

Khi thay ruột (rotor) bằng nam châm vĩnh cửu, ta có được động cơ nam châm vĩnh cửu. Về nguyên lý hoạt động thì nó vẫn dựa trên dòng điện 3 pha, nhưng nam châm vĩnh cửu tạo ra động cơ nhỏ gọn và hiệu suất tốt hơn so với loại động cơ không đồng bộ (92 – 97%).

Thực ra, loại 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, kết hợp với 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 tới giá thành của dạng động cơ điện trên ô tô.

Theo Alibaba, thì 1kg kim loại này có giá khoảng 100 USD, chưa kể việc chế tạo thành rotor. Có thể dễ đoán rằng, động cơ nam châm vĩnh cửu sẽ có giá đắt hơn nhiều so với loại động cơ không đồng bộ (giá khoảng 10.000 USD).

So với dạng động cơ không đồng bộ, thì động cơ nam châm vĩnh cửu nhỏ và nhẹ hơn, hạn chế được sự sinh nhiệt, hiệu suất cao hơn, đặc biệt ở các chế độ toàn tải (ví dụ như khi đạp hết ga). Cũng dễ hiểu khi các xe đua ở giải Formula E sử dụng loại động cơ này.

Hiện nay, ngành công nghiệp ô ô tô điện trên toàn thế giới đang trong giai đoạn phát triển mạnh để đáp ứng các nhu cầu về bảo vệ môi trường, các thành tựu khoa học và công nghệ được nghiên cứu và ứng dụng liên tiếp.

Tất cả đều phục vụ cho mục tiêu chuyển đổi dạng năng lượng trong giao thông. Động cơ điện trên ô tô chỉ là một bộ phận rất nhỏ của cả một chiếc xe điện, và còn rất nhiều điều mới lạ mà chúng ta cần nghiên cứu.