بهبود عملکرد موتورهای خودروهای الکتریکی با طراحی ساختاری جدید
گروهی از پژوهشگران دانشگاه صنعتی امیرکبیر ساختارهای جدید موتور الکتریکی برای بهبود عملکرد پیشرانه خودروهای برقی طراحی کرده‌اند که می‌تواند علاوه بر افزایش زمان بهره‌برداری و کاهش لرزش، افزایش چگالی گشتاور را در این موتورها به ارمغان آورد.
به گزارش گروه علم و آموزش ایرنا از دانشگاه صنعتی امیرکبیر، مهندس محمد امیرخانی مجری این طرح، خودروهای الکتریکی را یکی از بهترین گزینه‌های جایگزین خودروهای سوخت فسیلی در سال‌های اخیر دانست و گفت: پیشرانه خودروی الکتریکی یک موتور الکتریکی است که مشخصات و ویژگی‌های آن تاثیر مستقیم بر عملکرد کلی خودروی الکتریکی دارد. اما موتورهای موجود با محدودیت‌هایی مواجه بوده و همین امر توسعه خودروهای الکتریکی را تحت تاثیر قرار داده است.
وی بازدهی پایین این موتورها، تنش وارده بر آهن‌رباها و فرآیند ساخت زمان‌بر را اصلی‌ترین عامل محدودکننده بازدهی سیستم پیشرانه عنوان کرد و ادامه داد: با توجه به بالابودن سرعت موتورهای موجود، استفاده از یک گیربکس تک‌سرعته برای کاهش سرعت جهت اتصال به چرخ‌ها ضروری است که این‌کار سبب افزایش وزن، اتلاف انرژی و هزینه تمام شده می‌شود؛ پایین بودن چگالی گشتاور این موتورها نیز سبب افزایش وزن خودرو و اشغال بخش‌هایی از فضای موجود را نیز به دنبال دارد.
امیرخانی اضافه کرد: از سوی دیگر توان مورد نیاز برای خنک‌سازی این موتورهای الکتریکی بالاست و باعث کاهش میزان بهره‌برداری موثر از باتری خودرو می‌شود. ضمن آنکه با توجه به محل قرارگیری آهن‌رباهای مورد استفاده در قسمت دوار موتور الکتریکی، مهارکردن آهن‌رباها ضروری است که خود سبب سختی ساخت و افزایش هزینه تولید این موتورهای الکتریکی می‌شود.
به گفته وی، به دلیل بالا بودن مقاومت حرارتی این مهارکننده‌ها، در بلندمدت آهن‌رباها دچار مغناطیس‌زدایی شده و بازدهی سیستم کاهش می‌یابد. به منظور رفع چالش‌های موجود در این پایان‌نامه ساختارهای نویی برای سیستم پیشرانه خودروهای الکتریکی معرفی شد که قادر است مشکلات فوق را برطرف کند.
این دانش آموخته دانشگاه صنعتی امیرکبیر همچنین گفت: ساختارهای ارائه شده در این طرح پژوهشی، بازدهی چشمگیری نسبت به سایر موتورها داشته است و علاوه بر آن آهن‌رباها دیگر تحت‌تاثیر نیروی گریز از مرکز قرار نمی‌گیرند؛ زیرا از قسمت دوار (رتور) به قسمت ساکن (استاتور) موتور منتقل شده‌اند. بنابراین نیازی به استفاده از مهارکننده‌های قبلی نخواهیم داشت و ساخت این موتورها بسیار ساده‌تر و ارزان‌تر می‌شود. همچنین به دلیل سادگی، ساخت آنها نیز سریع‌تر خواهد بود.
به گفته وی به واسطه طراحی جدید مغناطیسی که برای این موتورها ارائه شد، چگالی گشتاور آنها بیشتر شده و فضای کمتری را نسبت به نمونه‌های قبلی اشغال کرده و وزن کمتری دارند.
با مطالعه و جایابی ویژه‌ای که برای آهن‌رباها در استاتور انجام شد، انرژی مورد نیاز برای سیستم خنک‌سازی نیز به شدت کاهش یافت. با رفع عوامل مغناطیس‌زدایی آهن‌رباها بازدهی موتور الکتریکی در درازمدت بالا نگه‌داشته شد. همچنین ریپل گشتاور، لرزش و سروصدای موتورهای ارائه شده نیز کاهش یافته است.
مجرح طرح اظهار داشت: با توجه به اهمیت مبحث خودروهای الکتریکی در کشور و با توجه به اینکه توسعه سراسری این زیرساخت‌ها ضروری است، زمان‌بر بودن تکمیل زیرساخت خودروهای الکتریکی ممکن است توسعه مسیر حرکت به سمت خودروهای الکتریکی را به خطر بیندازد. نوآوری ارائه شده در این پایان‌نامه می‌تواند گذار از خودروهای احتراق داخلی به خودروهای الکتریکی را سرعت بخشد. به عنوان نمونه، تعداد ایستگاه‌های شارژ خودروهای الکتریکی یکی از چالش‌های جدی خواهد بود که در صورت استفاده از پیشرانه‌های ارائه شده در این پایان‌نامه می‌توان میزان پیمایش به ازای هر بار شارژ را افزایش داد تا مشکل کمبود تعداد ایستگاه‌های شارژ تا حدی برطرف شود.
وی یادآور شد: یکی از پیچیدگی‌های موجود در این طرح، نویز (صدا) و تداخلات الکترومغناطیسی موجود در سیستم راه‌انداز موتورها بود که بعد از مطالعات فراوان و آزمودن روش‌های مختلف، یک ساختار مداری مناسب در جهت حل این چالش حاصل شد که توانست به خوبی و با موفقیت نویز سیستم را کاهش داده و از آسیب زدن و اختلال در عملکرد دستگاه‌های مانیتورینگ جلوگیری کند.
امیرخانی گفت: دستاوردهای این مطالعات در صنعت خودروهای الکتریکی و هر صنعتی که نیاز به پیشرانه الکتریکی برای حمل‌ونقل داشته باشد قابل استفاده است. از ساختارهای ارائه شده در کاربردهای مشابه همچون ون الکتریکی، دوچرخه برقی، اتوبوس برقی نیز می‌توان استفاده کرد.
محمد امیرخانی با راهنمایی دکتر مجتبی میرسلیم از اعضای هیات علمی دانشکده مهندسی برق دانشگاه صنعتی امیرکبیر، این طرح پژوهشی را با عنوان “طراحی، شبیه‌سازی و ساخت موتورهای دوگانه برجسته بهبودیافته با آهن‌ربا در استاتور برای کاربرد خودروی الکتریکی” اجرایی کردند.