موتور برقی HET؛ افزایش راندمان و قدرت درکنار کاهش وزن

استارتاپی مستقر در تگزاس، ۴.۵ میلیون دلار سرمایه‌گذاری اولیه برای توسعه و تجاری‌سازی یک فناوری قابل‌توجه موتور برقی جمع‌آوری کرده است. تیمی متشکل از یک پدر و پسر آمریکایی ادعا می‌کند که این طرح می‌تواند اندازه و پیچیدگی پیشرانه‌های برقی را به‌طور گسترده کاهش دهد و همچنین باعث افزایش درخورتوجه کارایی و دو برابر شدن گشتاور می‌شود.

خودروهای الکتریکی، سرعت‌گیری بسیار خیره‌کننده‌ای دارند و نسبت به مدل‌های مجهز به پیشرانه‌ی احتراق داخلی با قیمت‌های چندبرابر آن‌ها، کارایی بالاتری از خود نشان می‌دهند. اما برای دستیابی به این گشتاور بسیار زیاد در شروع حرکت از موتورهای کوچک، بیشتر آن‌ها از جعبه‌دنده استفاده می‌کنند. البته نه جعبه‌دنده‌های چندسرعته مانند مدل‌هایی که در ترکیب با موتور احتراق داخلی استفاده می‌شود؛ بلکه جعبه‌دنده‌های تک سرعته که به موتور برقی اجازه می‌دهند در دورهای بالا و با کارایی بیشینه بچرخند در حالی که چرخ‌ها با سرعت کمتری می‌چرخند.

چنین جعبه‌دنده‌هایی سنگین، پیچیده، گران‌قیمت و غیرضروری هستند؛ بنیان‌گذاران استارتاپ آمریکایی ادعا می‌کنند نوع جدیدی از موتور الکتریکی را اختراع کرده‌اند که می‌تواند ضمن داشتن راندمان، گشتاور و قدرت زیاد، طراحی موتور الکتریکی را به‌طور اساسی ساده کند و علاوه بر آن مزایای دیگری نیز دارد.

لینیر (Linear Labs)، در آوریل امسال یک دوره سرمایه‌گذاری اولیه را به اتمام رساند و ۴/۵ میلیون دلار سرمایه برای توسعه‌ی طرح خود به ارمغان آورد: توربین الکتریکی هانستیبل یا HET. هانستیبل (Hunstable) در حقیقت نام خانوادگی دو بنیانگذار آن، برَد به‌عنوان مدیرعامل و پدرش فِرِد به‌عنوان مدیر ارشد فنی است.

HET یک موتور الکتریکی آهنربای دائمی بیرونی با شار محیطی سه‌بعدی و برخی مشخصات جالب است. در موتور الکتریکی HET، چهار روتور وجود دارد در حالی که در سایر موتورها معمولاً یک یا دو روتور کار می‌کنند. استاتور کاملاً در یک «تونل گشتاور آهنربایی» چهار طرفه محصور می‌شود که هر طرف دارای یک قطب یکسان است و اطمینان حاصل می‌کند که تمام میدان‌های مغناطیسی در جهت حرکت هستند و هیچ‌کدام از قسمت‌های انتهایی سیم‌های مسی، اتلاف انرژی ندارند. بنابراین تمام قدرتی که سیستم تولید می‌کند، برای ایجاد حرکت استفاده می‌شود و هر چهار طرف استاتور، گشتاور را به جریان خروجی می‌دهند.

همچنین موتور الکتریکی HET، تضعیف میدان را به روش منحصربه‌فردی انجام می‌دهد. تضعیف میدان برای افزایش دور موتور در هنگام کار با ولتاژ کامل به کار می‌رود؛ چنین هدفی در موتورهای متداول کنونی با کاهش شار میدان محقق خواهد شد که معمولاً با تزریق جریان اضافی در جهت مخالف انجام می‌شود. تزریق جریان، سرعت بیشتر را به گشتاور موتور تبدیل می‌کند و باعث کاهش کارایی موتور می‌شود. HET با چرخاندن یک یا هر دو صفحه آهنربایی در جهت مخالف، تضعیف میدان را انجام می‌دهد؛ به این معنی که موتور الکتریکی می‌تواند بدون کاهش کارایی، سرعت بیشتری تولید کند. در واقع راندمان کلی در سرعت‌های بالاتر افزایش می‌یابد.

اکثر موتورهای برقی در سرعت‌های کم دچار پالس گشتاور هستند که باعث می‌شود خودروی الکتریکی به‌صورت نامنظم عمل کند. در حالی که HET قادر است پالس‌های همپوشانی قدرت را در اطراف استاتور برای گشتاور بالا و روان در سرعت‌های پایین ایجاد کند و سپس با افزایش سرعت موتور، الگوهای کاری خود را با جمع‌ کردن قطب‌ها با یکدیگر تغییر دهد. HET کارکردی تقریباً مانند جعبه‌دنده‌ی الکترونیکی دارد و از طرح‌های ۶ فاز، سه فاز، دو فاز یا تک‌فاز استفاده می‌کند و به موتور اجازه می‌دهد تا بدون تغییر فرکانس یا ولتاژ یا جریان خود، سرعت را افزایش دهد.

لینیر می‌گوید که HET در نتیجه‌ی این ویژگی‌ها، یک موتور الکتریکی درخورتوجه است و دو تا پنج برابر چگالی گشتاور بیشتر، حداقل سه برابر چگالی نیروی بیشتر و حداقل دو برابر کل قدرت خروجی هر موتور برقی آهنربای دائم هم‌اندازه با خود تولید می‌کند.

این موتور برقی، نیاز به مبدل‌های DC / DC را از بین می‌برد و باعث کاهش درخورتوجهی در هزینه و وزن خودرو می‌شود. شرکت لینیر می‌گوید راندمان موتور در سرعت‌های مختلف و همچنین صرفه‌جویی در وزن که از طریق کاهش قطعات به دست می‌آید، می‌تواند باعث افزایش بین ۱۰ تا ۲۰ درصدی شعاع حرکتی با یک پکیج باتری شود. ساخت آن بیش از طراحی موتور الکتریکی سنتی هزینه‌ای ندارد و نیاز به ابزار تخصصی وجود ندارد؛ در صورت لزوم می‌توان اجزای آن را بدون استفاده از فلزات خاکی کمیاب ساخت. خنک‌کاری این موتور برقی (حداقل خنک‌کاری استاتور آن) آسان است، زیرا می‌توان در داخل سیم‌پیچ‌های مسی از مایع استفاده کرد.

شایان ذکر است که این شرکت فناوری خود را با موتورهای «آهنربای دائم برتر موجود در بازار» مقایسه می‌کند. البته احتمالاً آن‌ها را با موتورهای جدید آهنربای دائم مقاومت مغناطیسی سنکرون مقایسه می‌کند؛ موتورهایی که تسلا برای خودروی برقی مدل ۳ طراحی کرده است و هم‌اکنون در تسلا مدل اس نیز استفاده می‌شوند. قرار دادن یکی از این موتورها در محور جلوی تسلا مدل اس و یک موتور معمولی در محور عقب، باعث می‌شود تا تسلا بتواند از یک موتور برای بهینه کردن قدرت و گشتاور و از دیگری برای بهینه کردن کارایی و شعاع حرکتی بهره بگیرد. در نتیجه هنگام رانندگی عادی، شعاع حرکتی خودروی الکتریکی حدود ۱۰ درصد افزایش می‌یابد. 

در حالی که لینیر به نتایج فوق‌العاده‌ای در آزمایش رسیده و سرمایه‌گذاری زیادی برای پیشبرد امور انجام داده است، هنوز باید ببینیم که نتایج آن در عمل چگونه خواهد بود.