Động cơ điện mới có thể tăng hiệu quả của các xe điện, xe máy điện và tua-bin gió

Công ty Linear Labs cho biết tua-bin điện Hunstable của công ty có thể tạo ra mô-men xoắn gấp hai đến năm lần so với các động cơ hiện có trong cùng gói kích thước.

Các nhà sản xuất xe điện, xe đạp điện hoặc xe máy điện và những chủ sở hữu yêu thích chúng có xu hướng quan tâm rằng các loại pin và xe của họ trở nên tốt hơn bao nhiêu khi pin giảm trọng lượng, kích thước và giá thành.

Nhưng động cơ điện là khía cạnh thường bị bỏ qua trong nhận định đó. Công ty Linear Labs cho biết các máy điện của họ có thể cách mạng hóa ô tô, tua-bin gió và điều hòa không khí cũng như robot, máy bay không người lái và phương tiện di chuyển nhỏ.

Công ty có trụ sở tại Ft. Worth, Texas, Mỹ đã phát minh ra cái mà họ gọi là Hunstable Electric Turbine (hay HET, tạm dịch là tua-bin điện Hunstable). Công ty tuyên bố, tua-bin điện HET đã được cấp bằng sáng chế có thể tạo ra mô-men xoắn gấp hai đến năm lần so với các loại động cơ hoặc máy phát hiện có, trong cùng gói kích thước. Mô-men xoắn là lượng công việc mà một động cơ hoặc máy điện quay tạo ra, thường được đo trên cơ sở mỗi vòng quay.

Brad Hunstable, người sáng lập và Chủ tịch của công ty cho biết: “Chúng tôi tin rằng chúng tôi đã chế tạo được một loại động cơ điện hoàn toàn mới và điều đó đã không xảy ra có lẽ trong 30 năm”.

Brad Hunstable trước đây từng là giám đốc điều hành của UStream, một công ty lưu trữ và phát trực tuyến video (nay được gọi là IBM Cloud Video) mà IBM đã mua lại với giá 150 triệu đô-la Mỹ vào năm 2016. Cha của Brad Hunstable và cũng là Giám đốc công nghệ của Công ty Linear Labs, ông Fred Hunstable, là một nhà phát minh và kỹ sư điện từng làm việc trong lĩnh vực công nghiệp điện hạt nhân cho các công ty Raytheon và Ebasco. Công ty Linear Labs ra đời cách đây khoảng 5 năm như một dự án chung của hai cha con.

Hai cha con nhà Hunstable tập trung và nhấn mạnh vào nhiều ưu điểm về thiết kế và kỹ thuật cho tua-bin điện HET của họ, mà họ định nghĩa như là từ thông chu vi 3D, động cơ nam châm vĩnh cửu bốn rô-to. Không giống như các thiết kế điển hình, động cơ điện một chiều đồng bộ không có cuộn dây cuối thừa, vì vậy 100% vật liệu đồng của chúng tham gia vào quá trình biến đổi năng lượng. Họ nói rằng hàm lượng đồng của một động cơ điển hình có thể giảm 30%, trong khi vẫn tạo ra mô-men xoắn tương đương. Vì vậy, đối với một mức mô-men xoắn nhất định, HET tiêu thụ năng lượng ít hơn đáng kể so với các thiết kế cạnh tranh khác.

Các nghiên cứu của công ty Linear Labs về các nền tảng ô-tô hiện có, bao gồm Tesla và Toyota Prius, cho thấy rằng động cơ của họ giúp tăng phạm vi lái xe lên hơn 10%; hoặc cho phép những chiếc xe đó mang những bộ pin tương đối nhỏ hơn để cung cấp một phạm vi hoạt động tương đương. Bản thân HET đã hoạt động hiệu quả một cách ngoạn mục, tạo ra mô-men xoắn lên đến 150 newton mét (Nm) ở tốc độ chỉ 3000 vòng/phút (rpm), trong một mô hình đóng gói cỡ ô tô Prius theo như công bố.

Công nghệ nam châm vĩnh cửu của công ty không yêu cầu sử dụng các kim loại hiếm để sản xuất động cơ điện. Trong đa số các ứng dụng động cơ cần sinh ra mô-men lớn, việc không sử dụng bộ hộp số giảm tốc là cần thiết. Hệ thống xe phối hợp với sự truyền tải hoàn toàn bằng điện năng giúp giảm các tổn hao năng lượng, và trọng lượng xe có thể được cắt giảm ít nhất là 45 kg ở quy mô sản xuất. Do đó độ phức tạp và giá thành cho việc thiết kế và sản xuất sẽ giảm theo.

Nhiều xe điện phải tích hợp các bộ biến đổi điện một chiều DC-DC, ví dụ bộ tăng hoặc giảm áp, để kích hoạt toàn giải tốc độ, tương ứng với nhiều tải khác nhau. Tuy nhiên, vì động cơ HET có thể tạo ra momen lớn tại số vòng quay

trên phút (rpms) thấp hơn, điều này cho phép loại bỏ bộ tăng áp trên xe. Vì vậy, các động cơ HET có thể tạo ra một chuỗi hiệu ứng domino lên các ngành kỹ thuật giao thông: kích thước của động cơ nhỏ hơn, hiệu suất hơn mà không cần đến bộ hộp số giảm tốc cũng như bộ biến đổi điện DC-DC. Điều này cho phép pin có khối lượng nhỏ và nhẹ hơn, các bộ điều khiển đơn giản và ít tốn kém, hệ thống giảm xóc và các thành phần của khung xe nhẹ hơn.

“Những bo mạch điện tử dùng để cấp nguồn cho động cơ thường là có giá thành cao hơn bản thân động cơ”, Brad nói.

Linear Labs đã bắt đầu làm việc với những khách hàng giấu tên, cùng nhau phát triển các ứng dụng về xe điện, phương tiện di chuyển nhỏ, robot và các hệ thống điện xoay chiều cao áp (HVAC). Công ty Linear Labs nói: “Một công ty chia sẻ xe máy điện yêu cầu chúng tôi đánh giá động cơ Segway Ninebot ES4”.

Kết quả là động cơ Segway đã được tăng 50% về dải hoạt động và mô-men xoắn thì tăng 4 lần, điều đó đã giúp nâng cao tốc độ tối đa của xe máy điện sử dụng động cơ này và cho phép nó vượt đoạn dốc có độ nghiêng 20%.

“Trong vòng một năm, mọi người sẽ thấy sự có mặt của chúng tôi trong một ứng dụng về phương tiện di chuyển nhỏ với những động cơ được làm mát bằng không khí”, Fred Hunstable nói.

Hai cha con nhà Hunstable bổ sung thêm rằng: với 45% lượng điện trên thế giới lưu thông qua động cơ điện trong tương lai, những thành tựu quyết định trong điện năng và sự hiệu quả có thể bao gồm những lợi ích chưa kể đến trong việc tiết kiệm năng lượng và hiệu suất. Một ví dụ: Công ty ước tính rằng đối với tua-bin gió lớn có công suất 8 MW, công nghệ HET có thể giảm trọng lượng tua-bin đến 80 tấn, tiết kiệm được hàng triệu đô-la Mỹ và hiệu suất tăng thêm 3%.

“Chúng tôi cảm thấy mình là một phần của phong trào năng lượng sạch hơn, thông minh hơn, với các ứng dụng vượt xa mục đích tính di động”. Brad Hunstable, nhấn mạnh.

Đường dẫn tham khảo của bài báo gốc tiếng Anh

[1]

https://spectrum.ieee.org/cars-that-think/transportation/advanced-cars/new-electric-motor-could-boost-efficiency-of-evs-scooters-and-wind-turbines

Theo LAWRENCE ULRICH

Dịch: Nguyễn Gia Minh Thảo (Đại học Nagoya, Nhật Bản), Nguyễn Thế Tiên (Đại học quốc gia Kyungpook, Hàn Quốc)