Động cơ ô tô điện: Các loại động cơ điện phổ biến hiện nay

Thay vì sử dụng nhiên liệu là xăng hoặc dầu để vận hành động cơ đốt trong, động cơ ô tô điện sử dụng năng lượng điện để biến đổi thành động năng. Qua đó giúp tiết kiệm về giá bán, đồng thời góp phần bảo vệ môi trường. Hiện nay, đa số các mẫu xe ô tô điện đều sẽ được trang bị ít nhất một motor điện. Để có thể truyền năng lượng cho xe ô tô điện, những chiếc xe này cần sử dụng một bộ nguồn ắc quy kéo và sạc điện bằng điện lưới hoặc sạc ở các trạm sạc.

Những ưu điểm nổi bật của động cơ ô tô điện

Chúng ta có thể dễ dàng biết được ưu điểm vượt trội nhất của động cơ điện đó là giảm thiểu tình trạng ô nhiễm môi trường, bởi động cơ điện không thải ra khí cacbonic giống như động cơ đốt trong. Đồng thời, động cơ điện được cấu tạo khá đơn giản và dễ lắp ráp giúp giảm thiểu chi phí sản xuất.

Bên cạnh đó, động cơ điện cao tạo cảm giác dễ chịu khi điều khiển do không có tiếng ồn khi di chuyển. Đặc biệt, động cơ điện có hiệu suất vận hành tốt hơn động cơ đốt trong rất nhiều.

Động cơ điện có khả năng đáp ứng momen xoắn một cách chính xác và nhanh gấp khoảng 100 lần so với động cơ đốt trong. Mỗi bánh xe còn có thể sử dụng hai hoặc bốn động cơ trong bánh xe (in-wheel), còn động cơ đốt trong thông thường chỉ được một động cơ đốt trong.

Việc tích hợp động cơ vào bánh xe làm kết cấu cơ khí của những chiếc xe động cơ ô tô điện thay đổi khá nhiều. Mặt khác, việc này còn cho phép điều khiển các bánh xe một cách độc lập, qua đó giúp khả năng điều khiển chuyển động của xe ô tô điện trở nên linh hoạt hơn nhiều.

Ngoài ra, động cơ trên xe ô tô điện có thể tính toán chính xác momen điện từ của động cơ bằng cách đo các thông số về dòng điện và điện áp từ động cơ. Điều này làm khả năng tính toán và điều khiển trở nên dễ dàng và chính xác hơn từ tác động giữa bánh xe và mặt đường.

Các loại động cơ ô tô điện phổ biến nhất hiện nay

Hiện nay, động cơ điện được chia ra thành nhiều loại khác nhau.

Động cơ ô tô điện một chiều (DC Motor)

Động cơ một chiều DC Motor là động cơ sử dụng dòng điện một chiều để vận hành chiếc xe. Động cơ một chiều chính là sự lựa chọn hàng đầu dành cho những ứng dụng cần điều khiển tốc độ, momen khi công nghệ bán dẫn và kỹ thuật điều khiển chưa được phát triển.

Tuy nhiên, động cơ một chiều lại cần phải sử dụng chổi than và bộ vành góp nên không thích hợp với điều kiện thời tiết nóng ẩm, bụi bảm dẫn tới giảm tuổi thọ động cơ.

Động cơ SynRM từ trở đồng bộ (Synchronous Reluctance Motor)

Động cơ từ trở đồng bộ SynRM Synchronous Reluctance Motor có cấu trúc stator giống động cơ xoay chiều thông thường, với dây quấn và lõi sắt từ. Từ trở dọc và trở ngang trục trên động cơ hoạt động không giống nhau, sinh ra momen từ trở làm động cơ quay.

Động cơ SRM từ trở thay đổi (Switched Reluctance Motor)

Động cơ SRM Switched Reluctance Motor được cấu tạo rất đặc biệt. Cụ thể, rotor là một khối sắt, không có nam châm hay dây quấn, trên stator có dây quấn tương tự như dây quán kích từ của động cơ một chiều. Điều này giúp động cơ SRM rất chắc chắn về cơ khí, thiết kế ở dải tốc độ cao có thể lên đến hàng chục nghìn vòng/phút.

Tuy nguyên lý hoạt động có phần đơn giản, nhưng động cơ này có tính phi tuyến cao nên gặp khó khăn trong việc điều khiển. Đồng thời, thiết kế của động cơ lại khó điều khiển đối với ô tô điện chất lượng cai.

Động cơ ô tô điện IM không đồng bộ (Induction Motor)

Động cơ IM Induction Motor hoạt động cùng với tốc độ quay của rotor chậm hơn so với tốc độ quay của từ trường Stator. Với những ưu điểm như giá thành thấp, dễ chế tạo… thì động cơ điện IM hoàn toàn có thể được áp dụng sử dụng trên động cơ xe ô tô điện.

Động cơ IM đạt hiệu suốt cao khi chiếc xe được sử dụng thường xuyên, thích hợp khi chạy trên đường cao tốc. Hiệu suất cũng như quãng đường di chuyển sẽ không được tối ưu, nếu như sử dụng động động cơ IM trên những đoạn đường ngắn, hay dừng đỗ.

Động cơ BLDC motor – động cơ một chiều không chổi than (Brushless DC motor)

Động cơ BLDC động cơ một chiều không chổi than – Brushless DC motor là động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửa, có hiệu suất và khả năng sinh momen cao. Nhược điểm của loại động cơ này là có nhấp nhô momen lớn, xuất hiện 6 xung momen chỉ trong một chu kỳ.

Động cơ IPM – động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu chìm (Interior Permanent Magnet Motor)

Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu chìm – Interior Permanent Magnet Motor được xem là loại động cơ hoàn hảo nhất trong việc ứng dụng trên xe ô tô điện, trong đó có chiếc VF e34 của VinFast.

Động cơ IPM có nam châm được gắn trên bề mặt rotor, chúng vốn đã có đặc tính điều khiển rất tốt. Qua đó tạo khả năng sinh momen từ trở, cộng thêm vào momen vốn có do nam châm tạo ra. Động cơ IPM có khả năng giảm từ thông mạnh, cho phép nâng cao vùng điều chỉnh tốc độ và khả năng làm việc hiệu quả.

Ứng dụng của các loại động cơ điện ô tô nam châm vĩnh cửa trên VinFast VF e34

Chiếc ô tô điện đầu tiên của Việt Nam là VinFast VF e34 được trang bị khối động cơ điện nam châm vĩnh cửu, sản sinh công suấ tối đa lên đến 110 kW, momen xoắn cực đại đạt 242 Nm. Đi cùng với đó là hệ thống treo trước dạng MacPherson, hệ thống sau dạng thanh xoắn, giúp khả năng vận hành của xe được nâng cao, tiết kiệm nhiên liệu và thân thiện với môi trường.

Động cơ điện trên xe VinFast VF e34 được đặt phía trước nên xe là dẫn động cầu trước. Ngoài ra, xe sử dụng hộp số một cấp số mà không cần tới nhiều cấp do, nên khả năng thay đổi tốc độ của động cơ điện là liên tục và tức thời.

Bên cạnh đó, việc trang bị động cơ điện nam châm vĩnh cửu còn giúp thiết kế phần đầu xe VF e34 không có lưới tản nhiệt, qua đó phần đầu xe có thiết kế khá kín đáo.

VF e34 được trang bị loại pin Lithium-ion, giúp chiếc xe có thể di chuyển với quãng đường lên tới 180 km chỉ sau 15 phút sạc. Với mỗi lần sạc đầy, VF e34 có thể chạy với quãng đường lên đến 300 km.

Đáng chú ý, pin lithium-ion của xe động cơ ô tô điện VF e34 được quản lý thông qua ứng dụng thông minh của xe, cho phép người sử dụng theo dõi hiện trạng pin và phát cảnh báo khi pin gặp vấn đề.