موتور شار محوری جنرال موتورز؛ تکنولوژی کلیدی برای خودروهای برقی

جنرال موتورز آمریکا با ثبت اختراع مربوط به موتور شار محوری نشان داده به دنبال بهبود راندمان خودروهای برقی است.


تمامی خودروهای برقی امروزی از موتورهای شار شعاعی یا رادیال استفاده می‌کنند. در این نوع موتورها یک استاتور مسی به شکل دونات در اطراف یک روتور مرکزی که اغلب با یک سری آهن‌رباهای دائمی همراه است قرار می‌گیرد. چنین موتورهایی بسیار کارا هستند و با هدف مهندسان همخوانی دارند هرچند که محدودیت‌هایی هم در آن‌ها دیده می‌شود. موتورهای شار محوری می‌توانند بسیاری از مشکلات موتورهای یاد شده را رفع کنند و جنرال موتورز نیز با اختراعات جدید خود موتورهای شار محوری را بیش از پیش بهبود بخشیده است.

این خودروساز چندین پتنت مربوط به موتورهای یاد شده را ثبت کرده اما یکی از آن‌ها به‌طور خاص توجه را به خود جلب می‌کند. این پتنت سیستم تضعیف میدان مکانیکی را شرح می‌دهد که سرعت موتور برقی را درست همانند کاری که گیربکس انجام می‌دهد افزایش خواهد داد. این نوع طراحی می‌تواند به معنی تولید موتورهای کوچک‌تر و سبک‌تر با بازه ارائه قدرت کاربردی‌تر باشد. واضح است که بزرگ‌ترین برندگان این میدان خودروهای برقی جمع‌وجور و ارزان‌قیمت خواهند بود.

در این اختراع تضعیف میدان مکانیکی معمولاً از طریق کنترل‌های اینورتر پیچیده به دست می‌آید. این سیستم منطقه‌ای از قدرت مداوم برای منحنی خروجی موتور برقی را ارائه می‌کند. باید دانست تقریباً تمامی موتورهای آهن‌ربای دائمی دارای منحنی گشتاور و اسب بخار مشابه هم هستند و تنها در برخی جزئیات با یکدیگر تفاوت دارند. برای مثال می‌توانیم به یک موتور شار شعاعی با طرح اوت رانر اشاره کنیم که در آن روتور بیرون از استاتور قرار می‌گیرد. همان‌طور که استاتور از روتور دور می‌شود مغناطیس ناشی از استاتور هم نسبت به روتور ضعیف‌تر می‌شود و این به معنی گشتاور کمتر و البته سرعت بالاتر موتور است.

اما سؤالی که پیش می‌آید این است: اگر نرم‌افزار تضعیف میدان بدون قطعات متحرک کار می‌کند پس چرا سیستمی مکانیکی انتخاب می‌شود؟ در پاسخ باید گفت با به‌کارگیری سیستم الکترونیکی تلفاتی وجود خواهد داشت. برای مثال مردم ژاپن در مسابقاتی به نام اکونو پاور شرکت می‌کنند و بسیاری از خودروها برای دستیابی به راندمان بالا از سیستم تضعیف میدان مکانیکی استفاده می‌کنند. این سیستم‌ها از نظر مفهوم کلی مشابه دستیابی به یک موتور شار محوری هستند اما هنوز هم چالش‌های جدی‌ای وجود دارد.

موتورهای شار شعاعی اساساً از دو صفحه یا دیسک روبروی هم تشکیل شده‌اند و بین آن‌ها نیز هوا وجود دارد. زمانی که این موتورها روشن شوند دیسک‌ها می‌چرخند و تلاش دارند به یکدیگر نزدیک شوند. در واقع این دیسک‌های آهن‌ربایی همان کاری را می‌کنند که باید بکنند. نیرویی که تلاش دارد این صفحات را در گشتاور بالا به یکدیگر نزدیک کند بسیار زیاد است و البته این مشکل حادی نیست زیرا می‌توان از بیرینگ ثابت برای جدا نگه داشتن آن‌ها استفاده کرد. البته زمانی که بخواهید تضعیف میدان مکانیکی را انجام دهید روتور یا استاتور باید به‌صورت محوری حرکت کند تا گپ هوای موجود بین صفحات تنظیم شود. درعین‌حال هر دو صفحه باید در موقعیت جدید خود کاملاً مستحکم باقی بمانند.

جنرال موتورز می‌خواهد این کار را با استفاده از سیستمی هیدرولیک انجام دهد. این خودروساز از مایع هیدرولیک برای کم کردن گپ یاد شده در زمانی که گشتاور بیشتر و سرعت کمتر نیاز است استفاده می‌کند. زمانی که گشتاور کم و سرعت زیاد مدنظر باشد گپ هوا بیشتر خواهد شد. در نگاه اول چنین تکنولوژی‌ای هزینه‌بر، پیچیده و مشکل‌ساز به نظر می‌رسد اما در مقایسه با سیستمی همچون گیربکس اتوماتیک، سیستم جنرال موتورز ساده‌تر است و کاربردهای وسیع‌تری دارد.

خودروهای برقی کوچک‌تر و کم‌توان‌تر که از معماری‌های ولتاژ پایین استفاده می‌کنند قادر خواهند بود گشتاور زیادی را از همان ابتدای حرکت داشته باشند و سپس برای دستیابی به سرعت‌های بالاتر فاصله هوای بین صفحات را بیشتر کنند. موتورهای سبک‌تر و کوچک‌تر مشابه جنرال موتورز نیز به‌طور قابل‌توجهی کارا خواهند شد. این سیستم در روی کاغذ می‌تواند همانند یک گیربکس CVT کار کند و بی‌وقفه گپ هوا را تنظیم نماید. بی‌شک تمامی جزئیات تکنولوژی جدید جنرال موتورز جالب به نظر می‌رسد اما در آینده نزدیک تجاری نخواهد شد. پیش از چنین چیزی احتمالاً شاهد باتری‌های پیشرفته‌تر و بهبودهای جزئی در موتورهای شار شعاعی خواهیم بود اما قطعاً زمانی که شرکتی همچون جنرال موتورز روی موتور شار محوری کار می‌کند پس می‌توان روی عرضه آن در آینده حساب باز کرد.