Nguyên tắc làm việc và phân tích cấu trúc của bánh xe động cơ

1. Bánh xe động cơ là gì?

Bánh xe động cơ , thường được gọi là bánh xe động cơ hoặc động cơ trung tâm bằng tiếng Trung, là một hệ thống truyền động trực tiếp lắp đặt động cơ điện ở giữa bánh xe. Nó khác với cách các phương tiện truyền thống truyền năng lượng đến các bánh xe thông qua các cấu trúc cơ học phức tạp như động cơ, hộp số, trục lái và vi sai, nhưng cho phép động cơ trực tiếp lái vòng quay của bánh xe.

Thiết kế này có thể tiết kiệm rất nhiều bộ phận truyền cơ học, làm cho cấu trúc xe đơn giản và nhỏ gọn hơn, giảm trọng lượng của toàn bộ xe, giảm tổn thất cơ học và cải thiện hiệu quả truyền tải tổng thể. Đồng thời, công nghệ này đặc biệt phù hợp với các phương tiện nhẹ và trung bình như xe đạp điện, xe máy điện và xe điện, và thúc đẩy sự đổi mới và ứng dụng công nghệ xe năng lượng mới.

2. Nguyên tắc làm việc của bánh xe động cơ
Chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ học
Động cơ trong bánh xe động cơ thường là động cơ DC không chổi than (BLDC) hoặc động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSM). Khi pin cung cấp năng lượng cho động cơ thông qua hệ thống điều khiển điện tử, dòng điện chảy qua cuộn dây stato để tạo ra từ trường quay. Từ trường này tương tác với các nam châm vĩnh cửu trên rôto để tạo ra mô -men xoắn cơ học.
Tương tác giữa từ trường và rôto
Rôto thường được làm bằng vật liệu từ tính cố định cao và được lắp đặt ở trung tâm của trục bánh xe. Khi từ trường quay được tạo ra bởi cuộn dây stator hoạt động trên rôto, rôto sẽ bị thu hút bởi lực từ tính và xoay với nó, do đó điều khiển bánh xe quay. Quá trình này rất hiệu quả vì động cơ trực tiếp điều khiển bánh xe, tránh mất năng lượng trong truyền cơ học truyền thống.
Mô -men xoắn trực tiếp lái xe
Các phương tiện truyền thống cần truyền điện thông qua nhiều cơ chế như trục truyền động và hộp số, có ma sát cơ học và tổn thất hiệu quả. Thiết kế bánh xe động cơ trực tiếp lắp đặt động cơ bên trong bánh xe và mô -men xoắn của động cơ được chuyển đổi trực tiếp thành công suất quay của bánh xe, cải thiện đáng kể hiệu suất truyền tải điện và tốc độ phản ứng.
Hệ thống điều khiển điều chỉnh tốc độ và mô -men xoắn
Bộ điều khiển động cơ điều chỉnh biên độ và tần số của dòng cung cấp trong thời gian thực theo yêu cầu gia tốc và giảm tốc của xe. Bằng cách điều khiển chính xác tốc độ và mô -men xoắn của động cơ, sự khởi động trơn tru, gia tốc và phanh của xe được đảm bảo. Đồng thời, có thể đạt được phanh tái tạo và năng lượng phanh có thể được đưa trở lại pin để cải thiện độ bền.

3. Cấu trúc của bánh xe động cơ
Rôto
Rôto là phần quay của động cơ, thường được làm bằng các vật liệu nam châm vĩnh cửu hiệu suất cao như boron sắt neodymium. Các nam châm vĩnh cửu này tạo ra một từ trường ổn định và mạnh mẽ, là chìa khóa cho việc tạo mô -men xoắn của động cơ. Rôto được cố định vào trục bánh xe và xoay với ổ đĩa của động cơ, trực tiếp lái bánh xe quay.
Stato
Stato là một phần cố định được cài đặt bên trong trung tâm bánh xe. Các stato bao gồm một lõi sắt và một cuộn dây quanh co. Sau khi bật nguồn, cuộn dây stato tạo ra từ trường quay, tương tác với từ trường rôto để tạo ra động lực. Thiết kế stator yêu cầu độ chính xác và các cuộn dây được sắp xếp đồng đều để đảm bảo từ trường ổn định và hiệu quả.
Hệ thống mang
Vòng bi là các thành phần cơ học chính hỗ trợ xoay bình thường của rôto và bánh xe. Vòng bi chất lượng cao có thể làm giảm ma sát, đảm bảo hoạt động ổn định của rôto và trung tâm, và chịu được các lực trục và xuyên tâm do xe tạo ra trong quá trình lái, đảm bảo độ bền và độ tin cậy của hệ thống truyền động.
Trung tâm
Trung tâm không chỉ mang các thành phần động cơ, mà còn mang tải trọng cơ học của bánh xe. Nó là cấu trúc cơ bản để lắp đặt lốp. Trung tâm phải có sức mạnh cơ học và khả năng chống ăn mòn tốt, và cũng cung cấp một kênh tản nhiệt hiệu quả cho động cơ để ngăn vận động quá nóng.
Cảm biến và đơn vị điều khiển
Để đạt được điều khiển chính xác, bánh xe động cơ được trang bị các cảm biến vị trí (như cảm biến hiệu ứng Hall) và cảm biến nhiệt độ. Cảm biến vị trí được sử dụng để phát hiện góc và tốc độ thời gian thực của rôto và đưa nó trở lại bộ điều khiển động cơ, điều chỉnh pha và biên độ hiện tại để đạt được điều hòa tốc độ chính xác. Cảm biến nhiệt độ bảo vệ động cơ khỏi quá nhiệt và hư hỏng.

4. Ưu điểm của bánh xe động cơ

Cấu trúc nhỏ gọn và tiết kiệm không gian: Hệ thống truyền tải phức tạp được loại bỏ, động cơ và bánh xe được kết hợp thành một, và khối lượng của toàn bộ xe bị giảm.

Giảm mất truyền cơ học và cải thiện hiệu quả: Ma sát và mất năng lượng được giảm bằng cách loại bỏ các liên kết trung gian như chuỗi truyền và bánh răng.

Bảo trì đơn giản, không cần phải bôi trơn chuỗi hoặc bánh răng: giảm chi phí hao mòn và bảo trì của các bộ phận cơ học.

Phản ứng nhanh và truyền năng lượng trực tiếp: Tăng tốc ngắn và thời gian phản ứng phanh, trải nghiệm lái xe nhạy cảm hơn.

Dễ dàng đạt được sự kiểm soát thông minh và phanh tái tạo: Quản lý năng lượng hiệu quả đạt được thông qua các hệ thống điều khiển điện tử để cải thiện hiệu suất sức bền.

5. Khu vực ứng dụng
Bánh xe động cơ được sử dụng rộng rãi trong:
Xe đạp điện và xe máy điện: nhẹ, dễ lắp đặt, hiệu quả cao và cải thiện trải nghiệm di chuyển khoảng cách ngắn ở các thành phố.

Xe điện: Đặc biệt là các phương tiện vi mô đô thị, đơn giản hóa cấu trúc và cải thiện phản ứng năng lượng.
Thiết bị tự động hóa công nghiệp: robot nhỏ, AGV (xe tự động có hướng dẫn) và các lĩnh vực khác, vì chúng hiệu quả và nhỏ gọn.

Thiết bị di động thông minh: chẳng hạn như xe tay ga điện, xe lăn điện, v.v., rất dễ tích hợp và kiểm soát.