İçten yanmalı motor teknolojisine derinlemesine dalmak ilginizi çekiyorsa birçok farklı konseptin bombardımanına hazırlıklı olmalısınız. Doğal emişli motorlar, turboşarjlı motorlar, direkt enjeksiyonlu, dolaylı enjeksiyonlu veya hem direkt hem de dolaylı enjeksiyonlu! Benzin, dizel, CNG, LPG, Atkinson çevrimi, Miller çevrimi, Budack çevrimi, Dizel ve Otto çevrimi (bkz. Mazda Skyactiv-X motor), sabit geometrili turbo, değişken geometrili turbo, çift kaydırmalı turbo, değişken eksantrik mili zamanlaması… liste uzayıp gidiyor.
Neredeyse otomatik olarak ortaya çıkan soru şu: Neden bu kadar çok içten yanmalı motor tasarımımız ve konseptimiz var? Cevap basit; çünkü hiçbiri verimlilik açısından yeterince iyi değil. Verimliliği artırma arayışında otomotiv tarihi boyunca mühendisler tarafından birçok tasarım ortaya konmuştur. Bu tasarım çeşitliliği elektrik motorları için de geçerli mi? E-mobilitede kaç çeşit motorumuz var? Cevap sadece 3 ana cevaptır. Onları tanıyalım.
Asenkron asenkron motor - Kısa tarih dersi
Asenkron endüksiyon motoru yeni bir şey değil. İki bağımsız araştırmacı tarafından icat edildi; biricik Nikola Tesla ve Galileo Ferraris. Görünüşe göre İtalyan mucit bu motoru ilk kez 1885'te geliştirmiş olsa da, Nikola Tesla 1888'de patent başvurusunda bulunan ilk kişi oldu.
Asenkron motorun icadı, hiç şüphesiz, elektriğin yaşamlarımıza güç sağlamak için kullanılmasındaki en büyük başarılardan biridir. Bu motor tipinin benimsenmesi günümüzde o kadar yaygın ki, onsuz günlük yaşamı hayal etmek çok zor. Birçok elektrikli cihaz bu motorları kullanır ve endüstriyel motorların büyük çoğunluğu asenkron endüksiyon tipindedir.
Asenkron asenkron motor nasıl çalışır?
Tüm elektrik motorlarının iki ana parçası vardır. Statik parçaya stator, dönen parçaya ise rotor adı verilir. Statorla başlayalım; genellikle belirli bir geometriyle örülmüş yuvalara ve bakır bobinlere sahip çelik bir silindirdir. Bu bobinler, güç elektroniğinde DC'den (akü tarafından sağlanan) dönüştürülen 3 fazlı AC akımla beslenir. Bu akım statorda dönen bir manyetik alan oluşturur ve bu dönen manyetik alanın hızına senkron hız denir.
Temel olarak, bu tip motor şu şekilde çalışır: Bakır bobinlere (veya sargılara) AC voltajı uygulanır ve sonuç olarak dönen bir manyetik alan elde ederiz, bu alan rotorda voltajı indükler ve bu da akımın akmasına neden olur. Bu akım akışı, statorun manyetik alanının gerisinde kalan, rotorda kendi dönen manyetik alanını üretir. Rotoru hareket ettiren iki manyetik alan arasındaki kuvvete Lorentz Kuvveti denir. Rotorun hareketi daha sonra uygun redüksiyon yoluyla arabanın tekerleklerine aktarılır.
Bu motora asenkron denir çünkü rotor ve statorun dönen manyetik alanı senkronize değildir. İndüksiyon kısmı, stator tarafından indüklenen dönen manyetik alan, voltaj ve akımdan gelir. Gaz pedalına bastığımızda rotorun manyetik alanı statorun manyetik alanının biraz gerisinde kalır. Yavaşladığımızda ve motor bir jeneratör gibi çalıştığında (rejeneratif frenleme), rotorun dönen manyetik alanı statorun önündedir. Dönen manyetik alanlardaki bu farka "kayma" denir ve motor tasarımına bağlı olarak genellikle %5'e kadar çıkar.
Otomotiv endüstrisinde kullanılan 3 fazlı asenkron motorun tipik verimliliği %90 civarındadır. Sağlamlığı, basitliği, uzun ömürlülüğü ve sıfır egzotik malzeme gereksinimi nedeniyle bu motor neredeyse yalnızca endüstriyel işlemlerde kullanılır. Ayrıca, iyi aşırı yük özellikleri onu mükemmel bir isteğe bağlı motor haline getirir ve bu nedenle AWD elektrikli otomobillerde sıklıkla ön motor olarak kullanılır.
Asenkron endüksiyon motorlarını kullanan arabalardan bazıları şunlardır: Audi e-Tron SUV,Mercedes-Benz EQC,Tesla Model S,3,XandYon ön akslarda ve VW Group MEB arabalarında da ön akslarda bu motorlar kullanılmaktadır.
Senkron sabit mıknatıslı motor
Asenkron asenkron motorlar ile senkron sabit mıknatıslı motorlar arasındaki temel fark, rotor ve statordaki dönen manyetik alanların üretilme ve etkileşimde bulunma şeklidir. Senkron sabit mıknatıslı motorlarda, rotordaki kalıcı mıknatıslar (motorun adı da buradan gelmektedir) tarafından oluşturulan doğal bir dönen manyetik alan vardır. Bu motorlarda rotor ve statorun dönen manyetik alanları kilitlenir ve kayma olmaz.
Rotordaki kalıcı mıknatıslar, güç yoğunluğunu artıran ve motorun verimliliğini artıran temel unsurlardan biridir. Artan güç yoğunluğu, düşük hacimde yüksek güç anlamına gelir; bu nedenle sabit mıknatıslı motorlar yalnızca PHEV'lerde kullanılır. Bu araçlarda elektrik motoru şanzımanın içinde yer alıyor ve yer sınırlaması var.
Kalıcı mıknatıslar, çoğunluğunu Çin'in kontrol ettiği nadir toprak malzemelerinden yapılıyor. Madencilik sürecinin etik yönleriyle ilgili sorular var ve bu nedenle birçok üretici bu malzemelerin motorlarında kullanımını azaltmaya çalışıyor. Bununla birlikte, senkron sabit mıknatıslı motor verimliliğin kralıdır - %94-95'e kadar ulaşabilir ve arabada yalnızca bir motor olduğunda kullanılan motor türü budur.
Hyundai Ioniq 5,Kia EV6,Tesla Model S,3,XandY modellerinde arka akslarda sabit mıknatıslı motorlar kullanılmaktadır. VW Grubu MEB otomobilleri bunları arka akslarda da kullanıyor; Jaguar i-pace, Audi e-tron GT ve Porsche Taycan bunlardan sadece birkaçı.
Elektrikle uyarılan senkron motor
Kalıcı mıknatıslı senkron motorlar en yüksek verimliliği sağlar, ancak bunların nadir toprak elementlerine bağımlılığı endişelere yol açmaktadır. Bu sorunu çözmek için BMW, RenaultGroupe ve Smart gibi üreticiler, nadir toprak mıknatıslarına dayanmayan senkronize motorlar olan hibrit motor mimarisine yöneldiler.
Bu makineler nasıl çalışıyor? Akı üretmek için rotorda kalıcı mıknatıslar kullanmak yerine fırçalar ve kayar halkalar kullanılır. BMW'ye göre bu tür bir motor %93'e varan bir verimlilik sağlıyor ve bu da kalıcı mıknatıslı motorların verimliliğine çok yakın. Konsept umut verici görünse de, fırçaların dahil edilmesi, bunların eninde sonunda değiştirilmesi gerekeceği anlamına geliyor. Bu motor tipini geliştiren üreticilerin yeterince uzun hizmet ömrüne sahip fırçaları seçeceğini umuyoruz.
Bu motor tasarımı BMW iX3, iX ve i4'te kullanılmıştır; Renault MeganeE‑TECH; ve Akıllı EQ.
