طراحی ساختار‌های نو با انگیزه بهبود عملکرد موتور‌های خودرو‌های الکتریکی

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، به نقل از دانشگاه صنعتی امیرکبیر، محمد امیرخانی مجری 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 هستند و همین امر توسعه خودرو‌های الکتریکی را نیز تحت تاثیر قرار داده‌اند.

وی بازدهی پایین این موتورها، تنش وارده بر آهن‌ربا‌ها و فرآیند ساخت زمان‌بر را اصلی‌ترین عامل محدود کننده بازدهی سیستم پیشرانه عنوان کرد و ادامه داد: با توجه به بالابودن سرعت موتور‌های موجود، استفاده از یک گیربکس تک سرعته 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 می‌شود.

امیرخانی اضافه کرد: از سوی دیگر توان موردنیاز برای خنک‌سازی این موتور‌های الکتریکی بالاست و باعث کاهش میزان بهره‌برداری موثر از باتری خودرو می‌شود. ضمن آنکه باتوجه 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.

وی تاکید کرد: 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؛ چرا که 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.

وی با بیان اینکه با مطالعه و جایابی ویژه‌ای که برای آهن‌ربا‌ها در استاتور انجام شد، انرژی موردنیاز برای سیستم خنک‌سازی نیز بشدت کاهش یافت، خاطر نشان کرد: 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 کرد: نظر 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 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، طرح پژوهشی با عنوان "طراحی، شبیه‌سازی و ساخت موتور‌های دوگانه برجسته بهبود یافته با آهن‌ربا در استاتور برای کاربرد خودروی الکتریکی" را اجرایی کردند.