Động cơ từ thông hướng trục – cải tiến mới dành cho xe điện

Gần đây, Mercedes-Benz đã mua lại công ty thiết kế động cơ điện từ thông hướng trục YASA của Anh. Công nghệ động cơ điện hiệu suất cao của hãng đã được trình làng trên mẫu concept Vision One-Eleven. Cho tới nay, công nghệ động cơ điện của YASA mới chỉ được áp dụng trên một số mẫu xe hybrid như McLaren và Ferrari. Nhưng sắp tới đây, chúng ta sẽ được chứng kiến loại động cơ này trở nên phổ biến hơn.

Khi xét đến khả năng chuyển đổi năng lượng điện thành momen quay, động cơ từ thông hướng trục và từ thông hướng tâm có hiệu suất gần như tương đương. Sự khác biệt lớn nằm ở chỗ động cơ từ thông hướng trục có kích thước và khối lượng nhỏ hơn ở mọi mức công suất.

Theo lời giải thích của ông Tim Woolmer, nhà sáng lập và Giám đốc Công nghệ của YASA, việc tiết kiệm khối lượng và kích thước có “hiệu ứng thác nước” liên quan tới hiệu suất của xe điện.

Xe điện với trọng lượng nhẹ đem lại hiệu suất tốt hơn, và việc cắt giảm trọng lượng tại bất kỳ vị trí nào trên xe cũng sẽ đem lại tầm hoạt động xa hơn. Động cơ của YASA có kích thước chỉ bằng 1/6 và khối lượng khoảng một nửa so với nhiều loại động cơ từ thông hướng tâm.

Từ đó, cấu trúc chịu lực của hệ thống động cơ có thể được tinh giản, khối lượng pin có thể giảm đi và tương tự là cấu trúc dành cho gói pin của xe. Một số hệ thống con khác như hệ thống làm mát cũng có thể được thiết kế gọn nhẹ hơn.

Mẫu EV của Hummer là một ví dụ về hiệu ứng này. Gói pin với dung lượng lên tới 212 kWh chỉ đem lại tầm vận hành 531 km, bởi lẽ kết cấu thân xe và một số hệ thống cần thiết để hỗ trợ cho gói pin “quái vật” nặng tới 1,360 kg này đã dẫn tới tổng trọng lượng hơn 4 tấn của xe.

Tuy nhiên, không dễ để có thể đánh bại động cơ từ thông hướng tâm. Để có thể sản xuất động cơ từ thông hướng trục có hiệu quả ở quy mô lớn, có nhiều thách thức về kỹ thuật cần phải vượt qua. Ông Woolmer đã nghiên cứu về động cơ điện từ năm 2005 và kể từ đó, ông và đội ngũ tại YASA đã giải quyết nhiều vấn đề liên quan tới công nghệ.

Ví dụ, rô-to từ thông hướng trục được cấu thành bằng cách xếp chồng các tấm mỏng, từ đó có thể dễ dàng gia công. Kỹ thuật này không thể áp dụng đối với động cơ từ thông hướng tâm, và để có mức độ tương đồng về chi phí giữa hai công nghệ này cần có cải tiến kỹ thuật đáng kể.

Việc Mercedes mua lại YASA đã phần nào cho thấy công ty đã chuẩn bị đạt tới mục tiêu. Hãng xe nước Đức cho phép YASA tiếp tục cung cấp động cơ cho các nhà sản xuất thiết bị gốc (OEM) khác. Tuy nhiên, ưu tiên của hãng là triển khai công nghệ này trên các mẫu xe AMG nhằm đem lại những mẫu xe điện mạnh mẽ với hiệu suất tốt hơn cũng như các mẫu hybrid hiệu quả hơn.

Trong tương lai, nhiều khả năng các nhà sản xuất khác cũng sẽ tham gia ứng dụng công nghệ động cơ từ thông hướng trục hay thậm chí là những cấu hình đặc biệt hơn nữa, chẳng hạn như từ thông ngang (transverse flux).