Động cơ hướng trục - niềm hy vọng mới cho người lái xe ô tô và phi công

Sự phát triển nhanh chóng của vận tải điện đã bộc lộ nhiều thách thức và vấn đề mới. Và nó không chỉ là tạo ra những loại pin nhẹ, rẻ tiền, bền lâu. Động cơ cũng cần được chú ý. Ngày nay, nỗ lực của các nhà thiết kế đều hướng tới việc phát triển một động cơ nhỏ gọn, mạnh mẽ với hiệu suất cao.


Một trong những lựa chọn cho bộ nguồn điện là động cơ có thông lượng hướng trục (khe hở). Một số công ty, cụ thể là YASA của Anh, Magnax của Bỉ, EMRAX của Slovenia và các công ty khác (Rolls-Royce cũng đang tiến hành nghiên cứu) đang tích cực phát triển một động cơ điện phi tiêu chuẩn, được gọi là trục.


Một trong những tính năng của nó là có thể được cài đặt trên ô tô, máy bay và tàu thủy. Nhưng trước tiên bạn nên hiểu nó là loại thiết bị gì và hoạt động như thế nào.

So sánh với động cơ điện thông thường

Các đơn vị được sử dụng ngày nay được đặc trưng bởi một hướng tâm, tức là hướng vuông góc từ tâm đến các cạnh, từ thông. Động cơ điện loại này còn được gọi là động cơ đồng bộ không chổi than (BLDC) hoặc hướng trục. Một đặc điểm khác của chúng là sử dụng nam châm làm từ các nguyên tố hóa học đất hiếm nằm dọc theo rôto. Từ phần đầu tiên, một dòng chảy bắt đầu đi qua một khe hở không khí nhỏ giữa stato và bộ phận quay của động cơ điện. Nhược điểm chính của động cơ truyền thống là kích thước và trọng lượng tương đối lớn. Ngay cả chiếc ô tô điện nhỏ gọn nhất cũng sẽ cần một bộ phận nặng hơn 45 kg.

Đặc điểm của động cơ hướng trục

Cái chính là hướng của từ trường song song với trục của động cơ. Nguyên lý hoạt động của một thiết bị như vậy đã được Nikola Tesla mô tả và cấp bằng sáng chế vào năm 1889. Mặc dù Michael Faraday trước đó đã chế tạo một động cơ trình diễn như vậy. Trong đó, nam châm vĩnh cửu được đặt trên các rôto (có hai cái, mỗi bên một cái), ở giữa có một stato.


Dòng chảy thẳng và một chiều. Điều này cho phép sử dụng thép có hạt định hướng để sản xuất nam châm, điều này cuối cùng làm tăng hiệu suất của động cơ.

Tất cả hoạt động như thế nào

Đầu tiên, cần đặt điện áp vào các cuộn dây stato để tạo ra trên chúng từ trường mà rôto nam châm vĩnh cửu đã có. Kết quả là một sự tương tác: chúng đẩy nhau hoặc hút nhau. Điều này đề cập đến nam châm stato và rôto. Chuyển động quay được truyền đến trục, nơi gắn các cơ chế cần thiết.

Ưu và nhược điểm của động cơ hướng trục

Ưu điểm dễ nhận thấy nhất là kích thước và trọng lượng so với sức mạnh. Ví dụ, trong một chiếc ô tô điện BMW i3 “đầy đủ”, có 1 kilowatt công suất trên 41 kg động cơ (tổng trọng lượng 225 kg). Trong khi đối với một đơn vị hướng trục (ví dụ: Magnax AXF14 nặng 15 kg), con số này đạt gần 10 kW - tức là gấp năm lần! Tất cả điều này không chỉ dẫn đến động lực học tốt hơn mà còn giúp tăng mức dự trữ năng lượng lên khoảng XNUMX%. Các ưu điểm khác bao gồm khả năng làm mát hiệu quả hơn. Dòng không khí hoặc chất lỏng dọc theo trục tản nhiệt nhanh hơn và làm giảm nhiệt độ. Và điểm tích cực cuối cùng là điều khiển động cơ thuận tiện: bạn có thể điều khiển tốc độ rôto và giá trị mô-men xoắn với độ chính xác cao.


Còn mặt kia, mặt tiêu cực thì sao? Thiết kế phức tạp hơn khi so sánh với động cơ thông thường có từ thông hướng tâm. Do đó chi phí bảo trì cao hơn. Đúng, trong động cơ hướng trục, tất cả các cuộn dây đều hoạt động 100%, vì không có cái gọi là. "nhô ra" và không có đồng nào bị lãng phí. Và một điểm nữa là nhu cầu sản xuất thiết bị và vị trí đặt thiết bị một cách chính xác. Độ tin cậy khi vận hành có thể bị suy giảm do rung động mạnh hoặc tiếp xúc với từ trường khác. Nhưng lý thuyết đã đủ rồi - đã đến lúc chuyển sang thực hành: Động cơ điện từ thông hướng trục được lắp đặt ở đâu và bởi ai?

YASA

Đây là công ty của Anh được Mercedes-Benz mua lại vào mùa hè năm 2021. Phải nói rằng điều này xảy ra đúng vào thời điểm người Anh vừa ký kết thỏa thuận cung cấp động cơ điện có dòng chảy hướng trục cho xe thể thao Ferrari. Rõ ràng người Đức cảm nhận được hứa hẹn của những động cơ như vậy!


Và chiếc xe đầu tiên được trang bị động cơ cải tiến là chiếc Mercedes-Benz Vision One-Eleven của tương lai. Về ngoại hình, chiếc xe có thể gọi là “tham chiếu” đến mẫu C111 từng “gầm gừ” vào những năm 60, 70 của thế kỷ trước. Chiếc xe mới còn có cửa kiểu cánh chim mòng biển, phần đầu xe được hạ thấp và cùng màu thân xe với phiên bản tiền nhiệm. Rất tiếc, thông tin chi tiết về đặc tính kỹ thuật của ô tô điện không được cung cấp. Được biết, trọng lượng của động cơ mới chỉ bằng khoảng XNUMX/XNUMX trọng lượng của động cơ tiền nhiệm.


Động cơ tương tự đã được lắp trên xe điện McLaren Artura. Người ta cho rằng trong tương lai gần họ sẽ được trang bị những chiếc Mercedes nối tiếp. Việc sản xuất động cơ từ thông hướng trục sẽ được thực hiện bởi một doanh nghiệp thuộc sở hữu của công ty Berlin-Marienfelde của Đức. Mẫu concept Vision One-Eleven sẽ không được đưa vào dây chuyền sản xuất nhưng một số ý tưởng được sử dụng trong quá trình xây dựng có thể sẽ được sử dụng.

Magnax

Tên của công ty xuất phát từ sự hợp nhất của từ "từ tính" và "trục". Công ty đã nghiên cứu động cơ hướng trục trong hơn mười năm. Trong trường hợp này, đặc biệt chú ý đến công nghệ. Ví dụ, dây đồng có tiết diện hình vuông được sử dụng, giúp tăng khả năng lấp đầy của cuộn dây lên 90%.


Theo văn phòng đại diện hãng, nguyên mẫu đầu tiên của động cơ điện sẽ sẵn sàng vào cuối năm nay. Đây là đơn vị có đường kính 27,5 cm và nặng 22,5 kg, có thể phát triển được 400-550 “ngựa”! “Em trai” của nó nặng 7 kg và sản sinh công suất 113 mã lực cũng đang được thiết kế. Với. Điều này thật khó tin: trên thực tế, công ty hiện đang có động cơ AXF275 sản sinh công suất 407 mã lực. Với. với trọng lượng 26,5 kg. Magnax có kế hoạch lắp đặt động cơ điện trong xe máy, ô tô và tua-bin gió.

Emrax (trước đây là Enstroj)

Công ty có thể được gọi là một trong những công ty “lâu đời nhất” trong số những công ty sản xuất động cơ điện có từ thông hướng trục. Tổ máy đầu tiên được sản xuất vào năm 2008 và được lắp đặt trên máy bay điện. Vào năm 2016, công ty đã cung cấp nhiều loại động cơ. Chiếc nhỏ nhất có đường kính 18,8 cm nhưng thậm chí nó còn tạo ra công suất cực đại là 95 mã lực. Với. ở mô men xoắn cao nhất 100 N*m. Động cơ lớn nhất trong dòng xe là Emrax 348: công suất 571 mã lực. Với. với trọng lượng 42 kg. Để tăng sức mạnh, có thể ghép đôi các đơn vị năng lượng.


Công ty định vị sản phẩm của mình là động cơ điện có thể lắp đặt trên hầu hết mọi loại phương tiện. Đó có thể là xe đạp, xe máy, ô tô, máy bay và thậm chí cả tàu thủy.

Triển vọng của động cơ điện hướng trục

Tất cả các khả năng, ưu và nhược điểm của những động cơ này vẫn chưa được nghiên cứu đầy đủ. Tuy nhiên, những gã khổng lồ ô tô hàng đầu đang tiến hành thử nghiệm toàn diện xe của họ. Hơn nữa: ví dụ, Mercedes-Benz đã công bố ra mắt những chiếc ô tô điện AMG đầu tiên có động cơ hướng trục vào năm 2025. Có rất nhiều ý tưởng phía trước: ví dụ, Woolmer, người đứng đầu YASA, tuyên bố: việc cải tiến hơn nữa động cơ hướng trục sẽ giúp có thể từ bỏ ... truyền động - cái gọi là. ván trượt nằm dưới gầm ô tô điện. Không gian giải phóng có thể được sử dụng cho cốp xe, pin, v.v. Tất cả những gì còn lại là chờ đợi kết quả thực tế.