Khi chi phí vật liệu giảm và công nghệ điều khiển được cải thiện, Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu dự kiến sẽ thống trị thế hệ hệ truyền động xe điện tiếp theo.
Khi ngành công nghiệp xe điện (EV) toàn cầu tiếp tục mở rộng, hiệu quả và hiệu suất đã trở thành yếu tố then chốt trong thiết kế hệ thống truyền động. Trong số các công nghệ động cơ khác nhau, Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSM) đã nổi lên như là sự lựa chọn ưa thích nhất cho các loại xe điện hiện đại nhờ hiệu suất cao, kích thước nhỏ gọn và mật độ mô-men xoắn vượt trội.
Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSM) là một loại động cơ đồng bộ xoay chiều sử dụng nam châm vĩnh cửu được gắn vào hoặc gắn vào rôto để tạo ra từ trường không đổi. Stator tạo ra một từ trường quay được cung cấp bởi dòng điện xoay chiều, tương tác với các nam châm rôto, khiến nó quay đồng bộ với từ trường stato.
Không giống như động cơ cảm ứng dựa vào dòng điện cảm ứng để tạo ra từ trường, PMSM sử dụng nam châm vĩnh cửu - thường được làm từ vật liệu đất hiếm như neodymium-iron-boron (NdFeB) - để có cường độ từ tính tốt hơn và tiết kiệm năng lượng hơn.
PMSM hoạt động theo nguyên tắc quay đồng bộ:
• Stator được cấp nguồn bằng dòng điện xoay chiều ba pha, tạo ra từ trường quay.
• Rôto được gắn nam châm vĩnh cửu, căn chỉnh và quay đồng bộ với từ trường stato.
• Cảm biến vị trí rô-to hoặc bộ mã hóa thường được sử dụng để duy trì sự đồng bộ hóa, đảm bảo mô-men xoắn trơn tru và điều khiển chính xác.
• Do hoạt động đồng bộ này, PMSM cung cấp mô-men xoắn cao ở tốc độ thấp, khiến chúng trở nên lý tưởng cho hệ thống truyền động xe điện.
Nam châm được gắn trên bề mặt rôto.
Ưu điểm: Thiết kế đơn giản, phản hồi động nhanh.
Ứng dụng: Xe điện nhẹ, xe tay ga và xe khách cỡ nhỏ.
Nam châm được nhúng bên trong rôto.
Ưu điểm: Mật độ mô-men xoắn cao hơn, hiệu suất làm suy yếu trường tốt hơn và hiệu suất được cải thiện ở tốc độ cao.
Ứng dụng: Hầu hết các ô tô điện hiện đại, bao gồm Tesla Model 3 và Nissan Leaf, đều sử dụng thiết kế IPMSM.
PMSM mang lại hiệu suất lên tới 95–97%, giảm tổn thất năng lượng và mở rộng phạm vi lái xe của xe điện. Hiệu suất cao này đến từ việc giảm tổn thất đồng rôto so với động cơ cảm ứng.
Việc sử dụng nam châm đất hiếm mạnh cho phép động cơ PMSM đạt được mô-men xoắn lớn hơn trên mỗi đơn vị trọng lượng, tạo ra hệ thống truyền động nhỏ gọn và nhẹ - một lợi thế quan trọng trong xe điện.
PMSM cung cấp phản hồi mô-men xoắn tức thì và khả năng tăng tốc mượt mà, góp phần mang lại trải nghiệm lái xe nhạy bén và thoải mái hơn.
Vì không có cuộn dây rôto nên PMSM tạo ra ít nhiệt hơn, giúp cải thiện độ tin cậy và tuổi thọ của hệ thống.
Hoạt động đồng bộ của PMSM cho phép kiểm soát tốc độ và vị trí chính xác, điều này rất cần thiết cho lực kéo và phanh tái tạo trên xe điện.
| tính năng | PMSM | Động cơ BLDC | Động cơ cảm ứng (IM) |
| Hiệu quả | Rất cao (95–97%) | Cao (90–95%) | Trung bình (85–90%) |
| Mật độ mô-men xoắn | Tuyệt vời | Tốt | Trung bình |
| Phạm vi tốc độ | Rộng (với trường suy yếu) | Bị giới hạn | rộng |
| Chi phí | Cao hơn (do có nam châm) | Trung bình | Hạ xuống |
| Bảo trì | Thấp | Thấp | Trung bình |
| Sử dụng điển hình | Xe điện, xe du lịch cao cấp | Xe đạp điện, xe điện cỡ nhỏ | Xe điện bình dân, thiết kế cũ hơn |
Động cơ PMSM vượt trội hơn hầu hết các lựa chọn thay thế về hiệu suất, mật độ mô-men xoắn và hiệu suất lái tổng thể, khiến chúng trở thành lựa chọn ưu tiên cho xe điện thế hệ tiếp theo.
• Xe điện chở khách (ví dụ: Tesla, Nissan, Hyundai)
• Xe buýt và xe tải điện
• Xe hai bánh và xe máy điện
• Xe điện hybrid (HEV)
• Xe điện và xe nâng công nghiệp
Tính linh hoạt của công nghệ PMSM cho phép các nhà sản xuất điều chỉnh các đặc tính hiệu suất - chẳng hạn như mô-men xoắn, tốc độ và hiệu suất - theo nhu cầu cụ thể của xe.
Động cơ PMSM nổi bật như một công nghệ cốt lõi thúc đẩy cuộc cách mạng xe điện. Với hiệu suất cao, thiết kế nhỏ gọn và hiệu suất mô-men xoắn vượt trội, nó cho phép các nhà sản xuất xe điện đạt được phạm vi hoạt động xa hơn, khả năng tăng tốc nhanh hơn và trải nghiệm lái mượt mà hơn.
Khi chi phí vật liệu giảm và công nghệ điều khiển được cải thiện, Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu dự kiến sẽ thống trị thế hệ hệ truyền động xe điện tiếp theo.
Khi chi phí vật liệu giảm và công nghệ điều khiển được cải thiện, Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu dự kiến sẽ thống trị thế hệ hệ truyền động xe điện tiếp theo.
