ডুয়াল মোটর EV লজিক: সামনে স্থায়ী চুম্বক মোটর এবং পেছনে ইনডাকশন মোটর কেন ব্যবহৃত হয়?

যুগ্ম মোটরযুক্ত ইলেকট্রিক গাড়িতে সামনের ও পিছনের অ্যাক্সেলে দুটি ভিন্ন মোটরের ব্যবহারের কারণ একটি সহজ প্রকৌশল ভারসাম্য: স্থায়ী চুম্বকীয় সিঙ্ক্রোনাস মোটরের সর্বোচ্চ দক্ষতা বেশি হওয়ায় এটি ক্রমাগত চাপে থাকা অ্যাক্সেলে এবং অ্যাসিঙ্ক্রোনাস মোটর বিদ্যুৎ না দেওয়া হলে প্রায় ক্ষতিহীনভাবে অবাধে ঘুরতে পারে বলে সেটি সহায়ক অ্যাক্সেলে কাজ করে। এভাবে একটি AWD EV ক্রুজ মোডেও দক্ষ থাকে এবং টর্ক প্রয়োজন হলে চার চাকা থেকে শক্তি গ্রহণের নমনীয়তাও পায়।

দুটি মোটর কেন একই নকশায় তৈরি করা হয় না?

দুটি অ্যাক্সেলকেই স্থায়ী চুম্বকীয় মোটর দিয়ে সজ্জিত করা কাগজে-কলমে যুক্তিসঙ্গত মনে হয়: শেষ পর্যন্ত বেশি দক্ষ, হালকা ও কম্প্যাক্ট একটি মোটর। সমস্যা হলো PM মোটরের চৌম্বক ক্ষেত্র কখনোই বন্ধ হয় না। এই মোটরগুলির রোটরের চুম্বকগুলি প্রতিনিয়ত ক্ষেত্র তৈরি করে; গাড়ি কোস্ট মোডে থাকলেও, অর্থাৎ মোটরের শক্তি বন্ধ থাকলেও, ঘূর্ণায়মান চুম্বকীয় রোটর স্টেটর কয়েলে অবাঞ্ছিত কারেন্ট ও কোর ক্ষতি সৃষ্টি করে। সংক্ষেপে, PM মোটরকে সত্যিকার অর্থে "ঘুম পাড়ানো যায় না"।

অ্যাসিঙ্ক্রোনাস (ইন্ডাকশন) মোটরে রোটর কারেন্ট স্টেটর কর্তৃক পরোক্ষভাবে সৃষ্টি হয়। স্টেটরে বিদ্যুৎ সরবরাহ বন্ধ হলে রোটর চৌম্বক ক্ষেত্রহীনভাবে যান্ত্রিকভাবে অবাধ হয় এবং টানাটানির ক্ষতি প্রায় শূন্য স্তরে নেমে আসে। এই একটি বৈশিষ্ট্যই যুগ্ম মোটর স্থাপত্যের মূল যুক্তি ব্যাখ্যা করে: ব্যবহৃত না হওয়া অ্যাক্সেলটিকে বিনামূল্যে ঘুরতে হবে, আর তা সম্ভব করতে পারে অ্যাসিঙ্ক্রোনাস মোটর।

দুই ধরনের মোটরের চরিত্র: দক্ষতা, ওজন, টর্ক ঘনত্ব

স্থায়ী চুম্বকীয় সিঙ্ক্রোনাস মোটরের (PMSM) শ্রেষ্ঠত্ব কেবল সর্বোচ্চ দক্ষতায় নয়, বরং দক্ষতার বণ্টনে। রোটর কারেন্টের ক্ষতি না থাকায় এটি বিস্তৃত গতি ও টর্ক পরিসরে দক্ষ থাকে; দৈনন্দিন ব্যবহারে এটি প্রায়শই একটি নির্দিষ্ট বিন্দুর সর্বোচ্চ দক্ষতার চেয়ে বেশি মূল্যবান। অ্যাসিঙ্ক্রোনাস মোটরে ক্ষতির একটি অংশ সম্পূর্ণ কাঠামোগত: রোটর যত বেশি স্টেটর ক্ষেত্রের গতির চেয়ে পিছিয়ে থাকে (slip), রোটরে তত বেশি কারেন্ট এবং ফলে তাপ সৃষ্টি হয়। একই ফ্লাক্স তৈরি করতে অ্যাসিঙ্ক্রোনাস মোটরের বেশি লোহা ও তামা প্রয়োজন - 50 kW-এর একটি অ্যাসিঙ্ক্রোনাস মোটরের ওজন 45-60 কেজি হলে সমতুল্য PMSM-এর 22 কেজি। PM মোটরের টর্ক ঘনত্বও 2-3 গুণ বেশি, অর্থাৎ একই পারফরম্যান্স আরও কম্প্যাক্ট প্যাকেজে ধরে।

দক্ষতা ম্যাপে ম্যাচিংয়ের যুক্তি

প্রতিটি ইলেকট্রিক মোটরের একটি দক্ষতা ম্যাপ থাকে: গতি-টর্ক তলে কোন অঞ্চলে কতটা দক্ষ তা দেখানো একটি কনট্যুর ডায়াগ্রাম। ক্ষতি তিনটি প্রধান গোষ্ঠী থেকে আসে - ওয়াইন্ডিং রোধ থেকে উদ্ভূত ওমিক ক্ষতি, লোহার পরিবর্তনশীল ফ্লাক্স থেকে উদ্ভূত আয়রন ক্ষতি এবং PM মোটরে চুম্বক নিজেই যে অতিরিক্ত ক্ষতি সৃষ্টি করে। একটি ভাল যুগ্ম মোটর ব্যবস্থা এই ম্যাপগুলোর সবচেয়ে দক্ষ অঞ্চলগুলোকে গাড়ির সাধারণ ব্যবহার প্রোফাইলে সবচেয়ে বেশি সময় কাটানো বিন্দুগুলোর সাথে মিলিয়ে দেয়।

কৌশলটি এভাবে কাজ করে: গাড়ি স্থির গতিতে চলার সময় (ক্রুজ) শুধুমাত্র PM মোটর চালু থাকে এবং এর আকার এমনভাবে নির্বাচন করা হয় যেন এটি ঠিক এই কম-লোডের পরিস্থিতিতে দক্ষতা ম্যাপের সবচেয়ে দক্ষ দ্বীপে অবস্থান করে। অ্যাসিনক্রোনাস মোটর একটি ইনভার্টার কমান্ডে বন্ধ করা হয়; রোটর অবাধে ঘোরে, ড্র্যাগ প্রায় শূন্য। ত্বরণ, র‍্যাম্প বা ট্র্যাকশন ক্ষতি কাজে এলে দ্বিতীয় মোটর টর্ক উৎপাদন শুরু করে। গাড়ির সফটওয়্যার সামনের ও পেছনের অ্যাক্সেলের মধ্যে টর্ক বণ্টন প্রতিনিয়ত ভোগের সর্বোত্তম করার মতো করে সামঞ্জস্য করে; এই টর্ক বণ্টন অ্যালগরিদম একই সাথে মৌলিক টর্ক ভেক্টরিং-এর ভিত্তিও স্থাপন করে এবং প্রতিটি অ্যাক্সেলের পার্শ্বীয় বল ধারণক্ষমতা ভারসাম্য রাখার চেষ্টা করে।

রিজেনারেটিভ ব্রেকিং-এও অসামঞ্জস্য রয়েছে: PM মোটর স্বাভাবিকভাবেই জেনারেটর মোডে চলে যায় কারণ এর ফিল্ড সবসময় প্রস্তুত থাকে। অ্যাসিনক্রোনাস মোটরকে জেনারেটর হিসেবে ব্যবহার করা একটু বেশি জটিল; রোটর ফিল্ড পরোক্ষ উদ্দীপনায় সৃষ্টি হয় বলে কন্ট্রোল লেয়ারকে প্রথমে এই ফিল্ড তৈরি করতে হয়। তবুও আধুনিক যুগ্ম মোটরযুক্ত গাড়িতে উভয় অ্যাক্সেলই শক্তি পুনরুদ্ধারে অংশ নিতে পারে।

প্রস্তুতকারকেরা কোন ম্যাচিং কেন বেছে নেয়?

Tesla: সামনে ইন্ডাকশন, পেছনে IPM

Tesla Model 3 Dual Motor এই স্থাপত্যের সবচেয়ে আলোচিত উদাহরণ: সামনের অ্যাক্সেলে ত্রি-ফেজ, চার-পোল ইন্ডাকশন মোটর; পেছনের অ্যাক্সেলে ত্রি-ফেজ, ছয়-পোল অভ্যন্তরীণ স্থায়ী চুম্বকযুক্ত (IPM) মোটর। কোম্পানির ঐতিহাসিক বক্ররেখাও শিক্ষণীয় - প্রথম Roadster এবং Model S সম্পূর্ণ ইন্ডাকশন-ভিত্তিক ছিল; Model 3 এবং Y-এর সাথে প্রধান ট্রান্সমিশন ইউনিট PMSM ভিত্তিতে চলে গেল। কারণ স্পষ্ট: PM মোটরের বেশি খরচ, এটি যে দক্ষতা লাভ দেয় তার জন্য মূল্যবান। Tesla এছাড়াও স্থায়ী চুম্বককে রিলাকট্যান্স (চুম্বক প্রতিরোধ টর্ক) নকশার সাথে একত্রিত করে দক্ষতাকে আরও এক ধাপ এগিয়ে নিচ্ছে। PMSR নামে পরিচিত এই প্রজন্মের মোটরে IPM-SynRM হাইব্রিড স্থাপত্যের চিহ্ন দেখা যায়।

Mercedes-Benz: আয়নার প্রতিবিম্ব

Mercedes-Benz EQ মডেলগুলো একই যুক্তি বিপরীত দিক থেকে প্রয়োগ করে: পেছনের অ্যাক্সেলে স্থায়ী উদ্দীপিত সিনক্রোনাস মোটর, সামনের অ্যাক্সেলে ইন্ডাকশন মোটর। এটি দেখায় যে "PM কোন অ্যাক্সেলে থাকা উচিত" প্রশ্নের একক সঠিক উত্তর নেই; সিদ্ধান্ত নেওয়া হয় গাড়ির ওজন বণ্টন, সাধারণ ড্রাইভিং লোড এবং তাপ ব্যবস্থাপনা স্থাপত্যের ভিত্তিতে। পিএম মোটরটি পেছনে রাখা হলে ক্রুজ লোড সবচেয়ে দক্ষ মোটরের উপর পড়ে, কারণ অধিকাংশ ইভিতে পেছনের অ্যাক্সেলই বেশি ধারাবাহিক ক্ষমতা বহন করে - টেসলাতেও মূলত একই যুক্তি কাজ করে।

শিল্পের সাধারণ চিত্র

বিওয়াইডি, টয়োটা, হুন্ডাই এবং ফলক্সওয়াগেনের মতো ব্র্যান্ডগুলো উচ্চ টর্ক ঘনত্ব এবং বিস্তৃত গতির পরিসরে দক্ষতার কারণে মূলত পিএমএসএম সিস্টেমের উপর নির্ভর করে। বেশিরভাগ বিইভি স্থায়ী চুম্বকযুক্ত মোটর ব্যবহার করে; রেনল্ট জোই এবং পুরনো টেসলা মডেল এস এই নিয়মের পরিচিত ব্যতিক্রম। শিল্প গবেষণাগুলো বলছে, কাছাকাছি ভবিষ্যতে পিএম মোটরই প্রাধান্যশীল মোটর টাইপ হিসেবে থাকবে; কম্পোনেন্ট জায়ান্ট বসশও নতুন প্রজন্মের সিরিয়াল প্রোডাকশন স্থায়ী চুম্বকযুক্ত সিংক্রোনাস ই-মোটর পরিবারও উন্মোচন করেছে।

সব ক্ষেত্রেই কি পিএম শ্রেষ্ঠ? যেসব ক্ষেত্রে এখনও অ্যাসিনক্রোনাস এগিয়ে

তুলনাটা একমুখী নয়। অ্যাসিনক্রোনাস মোটরের তিনটি সুনির্দিষ্ট সুবিধা আছে: স্থায়ী চুম্বকহীন হওয়ায় বিরল আর্থ উপাদানের ওপর নির্ভরতা নেই, মোটরের খরচ সাধারণত 20-30% কম এবং চুম্বকের ডিম্যাগনেটাইজেশনের বিরুদ্ধে টেকসই - 120°C-এর বেশি তাপমাত্রার পরিবেশেও ক্ষেত্র হারানোর সমস্যা হয় না। আর পিএম মোটরের ক্ষেত্রে উচ্চ তাপমাত্রাকে চুম্বকের আজীবন ঝুঁকি হিসেবে বিবেচনা করতে হয়। এছাড়া পিএম রোটরের ঘূর্ণন প্রয়োগকৃত ভোল্টেজের বিপরীত একটি ভোল্টেজ (back-EMF) তৈরি করে; এটি মোটরকে তার লোডের প্রয়োজন অনুযায়ী কারেন্ট টানতে সহায়তা করে, তবে উচ্চ ঘূর্ণনে ভোল্টেজ ও ক্ষতি ব্যবস্থাপনা ডিজাইনের অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ বিষয় হয়ে দাঁড়ায়।

দক্ষতার পার্থক্যের মাত্রাও পরম নয়: 5-7% এমন একটি পরিসর সর্বজনীন হলেও পার্থক্যটি লোড পয়েন্টের ওপর ভিন্ন হয়ে সংকুচিত ও প্রসারিত হয়। পিএমের সুবিধা বিশেষত পরিবর্তনশীল লোডে স্পষ্ট; ধারাবাহিক ও স্থির লোডে পার্থক্য উল্লেখযোগ্যভাবে কমে যায়। প্রার্থী হিসেবে বৈদ্যুতিক উদ্দীপিত সিংক্রোনাস মোটর (ইইএসএম)ও আলোচ্যসূচিতে আছে: এটি চুম্বকহীন এবং উদ্দীপনা নিয়ন্ত্রণের নমনীয়তা দেয়, তবে আংশিক লোডে দক্ষতা সাধারণত পিএমএসএম-এর নিচে থাকে, কারণ এটি রোটর ক্ষেত্রকে ধারাবাহিকভাবে পরিচালনাকারী একটি উদ্দীপনা কারেন্টের প্রয়োজন করে।

প্রায়ই জিজ্ঞাসিত প্রশ্ন: দুটি মোটর কি রেঞ্জ বাড়ায়?

প্রশ্নের উত্তর নির্ভর করে মোটরের ওপর। একটি একক পিএম মোটরযুক্ত গাড়ির সঙ্গে পিএম + অ্যাসিনক্রোনাস জোড়াযুক্ত একটি এডাব্লুডি গাড়ির তুলনা করলে দেখা যায়, দ্বি-মোটর ব্যবস্থা রেঞ্জ নষ্ট করে না - কারণ অব্যবহৃত অ্যাসিনক্রোনাস অ্যাক্সেল অবাধে ঘোরে এবং দক্ষতাকে প্রায় স্পর্শই করে না। লাভটি আসে টর্ককে প্রয়োজনীয় অ্যাক্সেলের দিকে বণ্টন এবং প্রতিটি মোটরকে তার নিজস্ব দক্ষতা ম্যাপের সবচেয়ে দক্ষ অঞ্চলে পরিচালনার মাধ্যমে। যদি উভয় অ্যাক্সেলেই স্থায়ী চুম্বক থাকত, তাহলে ধারাবাহিকভাবে প্রবাহিত কোর ক্ষতি সত্যিই রেঞ্জ খেয়ে ফেলত; এই জোড়াটির অস্তিত্বের কারণই ঠিক এই ক্ষতি দূর করা।

তাহলে কেন সব নির্মাতা একই বিন্যাস ব্যবহার করে না? পিএম অ্যাক্সেলের অবস্থান মডেল ও নির্মাতা অনুযায়ী বদলায়; কিছু মূল্যায়ন সামনের মোটরকে অধিক দক্ষ পিএম হিসেবে চিহ্নিত করলেও, বডি টিয়ারডাউন বিশ্লেষণগুলো মডেল 3/ওয়াই-তে নিশ্চিত করে যে পেছনের মোটরটি সাধারণ ড্রাইভিং লোডে অধিক দক্ষ পিএম টাইপ। স্থির থাকে নিয়ম নয়, নীতি: ক্রুজ লোড বহন করবে সবচেয়ে দক্ষ মোটর, অন্যটি প্রয়োজন না হলে ঘুমাবে।

উপসংহার: সচেতন একটি অসমতা

সামনে স্থায়ী চুম্বকযুক্ত, পেছনে ইনডাকশন (বা তার বিপরীত) বিন্যাস; এটি মোটর প্রযুক্তিগুলোর কোনো একটির অন্যটির ওপর শ্রেষ্ঠত্বের ঘোষণা নয়, বরং দুটি ভিন্ন চরিত্রের কাজের বিভাজন। PM মোটর 95-97% দক্ষতার সাথে বিস্তৃত লোড পরিসরে ধারাবাহিক লোড বহন করে, আর ইনডাকশন মোটর মুক্ত ঘূর্ণন ক্ষমতা দিয়ে সহায়ক অক্ষকে ক্ষতিহীনভাবে ধরে রাখে। চুম্বকের ব্যয়, তাপীয় সহনশীলতা এবং বিরল মৃত্তিকা ধাতু থেকে স্বাধীনতার মতো বিষয়গুলো এই জুটিকে অর্থনৈতিক দিক থেকেও সুদৃঢ় করছে। মেন্ড হারানো ছাড়াই চার চাকায় টান চাওয়া একজন প্রকৌশলীর জন্য এই অসমতাই বর্তমান প্রযুক্তিতে সবচেয়ে ভারসাম্যপূর্ণ উত্তর হিসেবে রয়ে গেছে।

তথ্যসূত্র

• PMSM vs Induction Motor: 3 Decisions That Save Your EV Build
• Comparison, Induction Vs. PM Motors for EVs
• Induction vs. Permanent Magnet Motors | Efficiency & Torque
• In a AWD Tesla Model 3, why is the front and back motor different
• Tesla Model Y vs Model 3: Electric Motor Tech Comparison
• Losses in Efficiency Maps of Electric Vehicles: An Overview
• Regenerative braking: A closer look at the methods and limits of regen
• Induction Motors in EV Powertrains
• Electric Motors for Electric Vehicles 2026-2036
• Bosch next-generation permanent-magnet e-motors