İki Motorlu EV Məntiqi: Niyə Öndə Daimi Maqnitli, Arxada Asinxron Motor İstifadə Olunur?

İki mühərrikli elektrikli avtomobillərdə ön və ar oxlarda iki fərqli mühərrik tipindən istifadənin səbəbi sadə bir mühəndislik balansıdır: daimi maqnitli sinxron mühərrik zirvə səmərəliliyi yüksək olduğundan daimi yüklənən oxda, asinxron mühərrik isə qidalanmadıqda demək olar ki, itkisiz sərbəst fırlaya bildiyindən ehtiyat oxda işləyir. AWD EV beləcə həm kreyser rejimində səmərəli qalır, həm də moment lazım olduqda dörd təkərdən gücü istifadə edə bilən çevikliyə malik olur.

Niyə iki mühərrik eyni dizaynla hazırlanmır?

Hər iki oxu daimi maqnitli mühərriklə təchiz etmək kağız üzərində məntiqli görünür: nəticədə daha səmərəli, daha yüngül və daha kompakt bir mühərrik. Problem ondadır ki, PM mühərrikin maqnit sahəsi heç vaxt sönmür. Bu mühərriklərin rotorundakı maqnitlər hər an sahə yaradır; avtomobil kreyser rejimində olanda, yəni mühərrikin gücü kəsilibsə belə, fırlanan maqnitli rotor stator sarımlarında arzuolunmaz cərəyanlar və nüvə itkiləri yaradır. Qısacası, PM mühərrik tam mənasında "yuxuya gedə bilməz".

Asinxron (induksiya) mühərrikində isə rotor cərəyanı stator tərəfindən dolayı yolla qıcıqlandırılır. Stator qidası kəsildikdə rotor maqnit sahəsiz, mexaniki olaraq sərbəst qalır və sürükləmə itkisi sıfıra yaxın səviyyəyə enir. Bu tək xüsusiyyət iki mühərrikli memarlığın əsas məntiqini izah edir: istifadə olunmayan ox pulsuz fırlanmalıdır, bunu təmin edə bilən mühərrik isə asinxron mühərrikdir.

İki mühərrik tipinin xarakteri: səmərəlilik, çəki, moment sıxlığı

Daimi maqnitli sinxron mühərrikin (PMSM) üstünlüyü yalnız zirvə səmərəliliyində deyil, səmərəliliyin paylanmasındadır. Rotor cərəyanı itkisi olmadığından geniş sürət və moment aralığında səmərəli qalır; bu, gündəlik istifadədə çox vaxt sabit bir nöqtədəki zirvə səmərəliliyindən daha dəyərlidir. Asinxron mühərrikində itkilərin bir hissəsi tamamilə strukturdur: rotor, stator sahəsindən sürət fərqi (sürüşmə) qədər geridə qaldıqca rotorda cərəyan və bununla da istilik yaranır. Eyni maqnit axınını yaratmaq üçün asinxron mühərrik daha çox dəmir və mis tələb edir - 50 kVt-lıq asinxron mühərrik 45–60 kq gəldiyi halda ekvivalent PMSM 22 kq-dır. PM mühərrikin moment sıxlığı da 2–3 dəfə yüksəkdir, yəni eyni performans daha kompakt bir paketə sığır.

Səmərəlilik xəritəsi üzərində uyğunlaşdırma məntiqi

Hər elektrik mühərrikinin bir səmərəlilik xəritəsi var: sürət-tork müstəvisində hansı bölgədə nə qədər səmərəli olduğunu göstərən kontur diaqramı. İtkilər üç əsas qrupdan gəlir - sarım müqavimətindən yaranan ohmik itkilər, dəmirin dəyişən axınından doğan dəmir itkiləri və PM mühərriklərdə maqnitlərin özünün yaratdığı əlavə itkilər. Yaxşı bir cüt mühərrikli quruluş bu xəritələrin ən səmərəli bölgələrini avtomobilin tipik istifadə profilində ən çox vaxt keçirdiyi nöqtələrə uyğun gətirir.

Strategiya belə işləyir: avtomobildə sabit sürətlə gedərkən (kruiz) yalnız PM mühərrik işləyir və ölçüləri tam da bu aşağı-yük ssenarisində səmərəlilik xəritəsinin ən səmərəli adasına oturacaq şəkildə seçilir. Asinxron mühərrik bir invertor əmri ilə söndürülür; rotor sərbəst fırlanır, drag demək olar sıfırdır. Sürətlənmə, rampa və ya çəkmə itkisi işə düşəndə ikinci mühərrik tork istehsalına başlayır. Avtomobilin proqram təminatı ön və arxa ox arasındakı tork bölgüsünü hər an istehlakı optimallaşdıracaq şəkildə tənzimləyir; bu tork bölgüsü alqoritmləri eyni zamanda əsas tork vektorlaşdırmasının da infrastrukturunu qurur və hər oxun yan qüvvə tutumunu balanslaşdırmağa çalışır.

Regenerativ əylədə də asimmetriya var: PM mühərrik generator rejiminə təbii keçid edir, çünki sahəsi həmişə hazırdır. Asinxron mühərriki generator kimi istifadə etmək bir az daha mürəkkəbdir; rotor sahəsi dolayı induksiya ilə yarandığı üçün idarəetmə qatı əvvəlcə bu sahəni qurmaq məcburiyyətindədir. Yenə də müasir cüt mühərrikli avtomobillərdə hər iki ox enerji bərpasına qatıla bilər.

İstehsalçılar hansı uyğunlaşdırmanı niyə seçir?

Tesla: öndə induksiya, arxada IPM

Tesla Model 3 Dual Motor bu memarlığın ən çox müzakirə olunan nümunəsidir: ön oxda üç fazlı, dört qütblü induksiya mühərriki; arxa oxda üç fazlı, altı qütblü daxili daimi maqnitli (IPM) mühərrik. Şirkətin tarixi əyrisi də təlimatvericidir - ilk Roadster və Model S tamamilə induksiyalı idi; Model 3 və Y ilə birlikdə əsas ötürücü vahidi PMSM əsasına keçdi. Səbəb aydındır: PM mühərrikin daha yüksək dəyəri, verdiyi səmərəlilik qazancına dəyər. Tesla həmçinin daimi maqnitları relüktans (maqnit müqavimət torku) dizaynı ilə birləşdirərək səmərəliliyi bir addım daha irəli aparır. PMSR adlanan bu nəsil mühərriklərdə IPM-SynRM hibrid memarlığının izləri görünür.

Mercedes-Benz: güzgü görüntüsü

Mercedes-Benz EQ modelləri eyni məntiqi tərsinə tətbiq edir: arxa oxda daimi qovularyalı sinxron mühərrik, ön oxda induksiya mühərriki. Bu, "PM hansı oxda olmalıdır" sualının tək doğru cavabının olmadığını göstərir; qərar avtomobilin çəki paylanmasına, tipik sürüş yükünə və istilik idarəetməsi memarlığına görə verilir. Arxa ox əksər EV-də daha yüksək daimi güc daşıdığı üçün PM mühərriki arxaya qoymaq, kruiz yükünün ən səmərəli mühərrikə düşməsini təmin edir - Teslada da əsasən eyni məntiq işləyir.

Sənaye ümumiyyətlə

BYD, Toyota, Hyundai ve Volkswagen kimi markalar yüksək moment sıxlığı və geniş sürət diapazonundakı səmərəliliyə görə əsasən PMSM sistemlərinə söykənir. BEV-lərin böyük əksəriyyəti daimi maqnitli mühərrikdən istifadə edir; Renault Zoe və köhnə Tesla Model S bu qaydanın məlum istisnalarıdır. Sənaye araşdırmaları deyir ki, PM mühərriklər proqnozlaşdırılan gələcəkdə də üstün mühərrik növü olaraq qalacaq; komponent nəhəngi Bosch da yeni nəsil seriya istehsalı daimi maqnitli sinxron e-mühərrik ailəsini təqdim edib.

PM hər halda üstündürmü? Asinxronun hələ də qazandığı sahələr

Müqayisə tək istiqamətli deyil. Asinxron mühərrik üç konkret üstünlük daşıyır: daimi maqnitsiz olduğu üçün nadir torpaq elementlərindən asılılığı yoxdur, mühərrikin maya dəyəri tipik olaraq 20-30% daha aşağıdır və maqnitin maqnitliyini itirməsinə davamlıdır - 120°C-dən yuxarı mühitlərdə belə sahə itkisi problemi yoxdur. PM mühərriklərdə isə yüksək temperatur, maqnitlərin ömür boyu riski kimi nəzərə alınmalıdır. Bundan əlavə, PM rotorun fırlanması tətbiq olunan gərginliyə əks bir gərginlik (back-EMF) yaradır; bu, mühərrikin yükünün tələb etdiyi cərəyanı çəkməsini təmin edir, amma yüksək dövrlərdə gərginlik və itki idarəetməsi dizaynın kritik mövzusuna çevrilir.

Səmərəlilik fərqinin böyüklüyü də mütləq deyil: 5-7% kimi bir zolaq ümumi qəbul olunsa da, fərq yük nöqtəsinə görə daralır və açılır. PM-nin üstünlüyü xüsusilə dəyişkən yüklərdə aydındır; davamlı və sabit yükdə fərq əhəmiyyətli dərəcədə kiçilir. Namizəd olaraq elektrik qidalanmalı sinxron mühərrik (EESM) də masadadır: maqnitsizdir və qidalana bilirlik nəzarət çevikliyi verir, amma qismən yük səmərəliliyi tipik olaraq PMSM-dən aşağı qalır, çünki rotor sahəsini davamlı qidalandıran bir qidalanma cərəyanı tələb edir.

Tez-tez verilən suallar: cüt mühərrik məsafəni artırırmı?

Sualın cavabı mühərrikdən asılıdır. Tək PM mühərrikli bir vasitə ilə, PM + asinxron qoşmalı AWD vasitə müqayisə edildikdə, cüt mühərrikli düzülüş məsafə itirmir - çünki istifadə olunmayan asinxron oxa sərbəst fırlanır və səmərəliliyə demək olar ki, heç dəymir. Qazanc isə momentin ehtiyac duyulan oxa doğru paylanması ilə, hər mühərrikin öz səmərə xəritəsinin ən səmərəli bölgəsində işlədilməsi ilə gəlir. Əgər hər iki ox da daimi maqnitli olsaydı, qıracda davamlı axan nüvə itkiləri məsafəni həqiqətən yeyərdi; qoşma məhz bu itkiyi aradan qaldırmaq üçün mövcuddur.

Bəs niyə bütün istehsalçılar eyni düzülüşdən istifadə etmir? PM oxunun mövqeysi modelə və istehsalçıya görə dəyişir; bəzi qiymətləndirmələr ön mühərriki daha səmərəli PM kimi təsvir edərkən, gövdə söküntü analizləri Model 3/Y-də arxa mühərrikin tipik sürüş yüklərində daha səmərəli PM tipi olduğunu təsdiqləyir. Sabit olan qayda deyil, prinsip: kruiz yükünü ən səmərəli mühərrik daşımalı, digəri lazım olmadıqca yatmalı.

Nəticə: şüurlu bir asimmetriya

Önde daimi mıknatıslı, arkada asenkron (veya əksinə) sxem; bu, mühərrik texnologiyalarından birinin digərinə üstünlüyü elan etmək deyil, iki fərqli xarakterin əmək bölgüsüdür. PM mühərrik geniş yük diapazonundakı 95-97% səmərəliliyi ilə davamlı yükü daşıyır, asinxron mühərrik isə sərbəst fırlanma qabiliyyəti ilə ehtiyat oxunu itki olmadan saxlayır. Maqnit xərci, termiki davamlılıq və nadir torpaq asılılığından azadlıq kimi faktlar bu uyğunlaşmanı iqtisadi baxımdan da möhkəmləndirir. Menzil itirmədən dört təkərdən çəkmə istəyən bir mühəndis üçün bu asimmetriya, mövcud texnologiyada ən balanslı cavab olmaqda davam edir.

Mənbələr

• PMSM və Asinxron Motor: Elektrikli Avtomobilinizin Quruluşunu Xilas Edən 3 Qərar
• Müqayisə: Elektrikli Avtomobillər üçün Asinxron və PM Motorlar
• Asinxron və Daimi Maqnitli Motorlar | Səmərəlilik və Moment
• AWD Tesla Model 3-də ön və arxa motor niyə fərqlidir
• Tesla Model Y və Model 3: Elektrik Motoru Texnologiyası Müqayisəsi
• Elektrikli Avtomobillərin Səmərəlilik Xəritələrində İtkilər: Ümumi Baxış
• Regenerativ əyləc: Regenerasiya üsullarının və hüdudlarının daha yaxından baxışı
• Elektrikli Avtomobil Ötürmələrində Asinxron Motorlar
• Elektrikli Avtomobillər üçün Elektrik Motorları 2026-2036
• Bosch növbəti nəsil daimi maqnitli e-motorlar