İçten yanmalı motor teknolojisine derinlemesine dalmak istiyorsanız, çok sayıda kavram bombardımanına hazır olmanız gerekiyor. Atmosferik motorlar, turbo motorlar, direkt enjeksiyon, dolaylı enjeksiyon ya da her ikisi, benzin, dizel, CNG, LPG, Atkinson çevrimi, Miller çevrimi, Budack çevrimi, Diesel ve Otto çevrimi, sabit geometrili turbo, değişken geometrili turbo, çift kanallı turbo, değişken eksantrik zamanlaması… liste uzar gider.
Bu noktada akla şu soru gelir. Neden bu kadar çok içten yanmalı motor tasarımı ve kavramı var? Cevap basit, hiçbiri verimlilik açısından yeterince iyi değil. Ayrıca mühendisler verimliliği artırmak için otomotiv tarihinde sayısız tasarım geliştirdi. Peki bu çeşitlilik elektrik motorlarında da geçerli mi? E-mobilitede kaç tip motor var? Aslında yalnızca üç ana tip var. Gelin tanışalım.
Asenkron İndüksiyon Motoru – Kısa Bir Tarih Dersi
Asenkron indüksiyon motoru yeni bir şey değil. İki bağımsız araştırmacı, Nikola Tesla ve Galileo Ferraris tarafından icat edilmiştir. Görünüşe göre İtalyan mucit, motoru 1885’te geliştirse de patenti ilk olarak 1888’de Nikola Tesla aldı.
Bu motorun icadı, elektriğin hayatımızı güçlendirmesindeki en büyük başarılarından biridir. Böylece kullanımı o kadar yaygındır ki onsuz günlük hayatı düşünmek zordur. Dahası birçok elektrikli cihaz ve endüstride kullanılan motorların büyük bölümü asenkron indüksiyon tipindedir.
Asenkron İndüksiyon Motoru Nasıl Çalışır?
Tüm elektrik motorlarında iki ana kısım vardır: duran kısım stator, dönen kısım rotor. Stator genellikle yivli çelik bir silindir ve belirli geometrilerde sarılmış bakır bobinlerden oluşur. Bataryadan gelen DC akım, güç elektroniğiyle üç fazlı AC’ye çevrilir ve bu bobinlere verilir. Böylece statorda dönen bir manyetik alan oluşur; bu alanın hızı senkron hız olarak adlandırılır.
Temel işleyiş şöyledir: Bobinlere AC gerilim uygulanır, dönen manyetik alan oluşur. Böylece alan rotorda gerilim indükler, oluşan akım rotorda kendi dönen manyetik alanını yaratır; bu alan statordakinin gerisinde kalır. Dahası iki manyetik alan arasındaki kuvvet (Lorentz kuvveti) rotoru döndürür, hareket uygun dişlililer ile tekerleklere iletilir.
Motor asenkron adını alır çünkü rotor ve statordaki manyetik alanlar senkron değildir. İndüksiyon hali, manyetik alan, gerilim ve akımın stator tarafından indüklenmesinden gelir. Gaz pedalına bastığımızda rotor alanı statorun biraz gerisinde kalır. Ayrıca rejeneratif frenlemede ise rotor alanı statorun önündedir. İki alan arasındaki bu fark kayma olarak adlandırılır ve tasarıma bağlı olarak %5 civarındadır.
Otomotivde kullanılan üç fazlı asenkron motorların tipik verimi %90 civarındadır. Sağlam yapıları, basitlikleri, uzun ömürleri ve nadir toprak elementine ihtiyaç duymamaları nedeniyle endüstride yaygın; iyi aşırı yük karakteristikleri sayesinde AWD olan elektrikli otomobillerde ön aksta sıkça tercih edilirler.
Artıları
- İyi verimlilik
- Üretimi ucuz
- Nadir toprak elementine gerek yok
- Neredeyse kusursuz güvenilirlik
Eksileri
- Daha fazla soğutma ihtiyacı
- Düşük güç yoğunluğu
- Diğer motorlara kıyasla biraz daha düşük verim
Kullanan bazı modeller: Audi e-Tron SUV, Mercedes-Benz EQC, Tesla Model S/3/X/Y (ön aks), VW MEB platformlu araçların ön aksları.
Senkron Kalıcı Mıknatıslı Motor
Asenkron motorlardan temel farkı, rotor ve statordaki dönen manyetik alanların oluşma ve etkileşim şeklidir. Ayrıca senkron kalıcı mıknatıslı motorlarda rotorun içinde kalıcı mıknatıslar bulunduğundan doğal bir manyetik alan mevcuttur. Rotor ve statordaki alanlar kilitlidir, kayma yoktur.
Kalıcı mıknatıslar güç yoğunluğunu (düşük hacimde yüksek güç) ve verimliliği artırır. Bu yüzden PHEV’lerde neredeyse sadece bu motor kullanılır: şanzıman içine sığdırılmaları gerekir. Ancak mıknatıslar nadir toprak elementlerinden yapılır. Çoğu Çin’in kontrolündedir. Ayrıca madencilik sürecinin etik yönleri tartışmaya açıktır. Yine de bu motor verimlilikte kraldır; %94-95’e ulaşır. Araçta tek motor varsa genellikle tercih budur.
Artıları
- Çok yüksek verim
- Düşük soğutma gereksinimi
- Yüksek güç yoğunluğu
Eksileri
- Yüksek üretim maliyeti
- Nadir toprak elementlerine ihtiyaç
- Teorik demanyetizasyon riski
Kullanan bazı modeller: Hyundai Ioniq 5, Kia EV6, Tesla Model S/3/X/Y (arka aks), VW MEB (arka aks), Jaguar I-Pace, Audi e-tron GT, Porsche Taycan…
Elektriksel Uyarmalı Senkron Motor
Kalıcı mıknatıslı senkron motorlar en yüksek verimliliği sunar, ancak nadir toprak elementleri sorun yaratır. Bu nedenle bazı üreticiler, BMW, Renault Grubu, Smart gibi nadirsiz senkron motor tasarımına yöneliyor. Rotorda kalıcı mıknatıs yerine fırça ve slip-ringlerle akım uygulayarak alan oluşturuyorlar.
BMW’ye göre bu tasarım %93’e varan verimlilik sağlıyor; kalıcı mıknatıslı motora çok yakın. Umulan, kullanılan fırçaların servis ömrünün yeterince uzun olması.
Artıları
- Çok yüksek verim
- Kalıcı mıknatıslı motordan ucuz
- Demanyetizasyon riski yok
- Nadir toprak elementine ihtiyaç yok
Eksileri
- Fırçaların uzun vadeli dayanıklılığı
Bu tip motorlar BMW iX3, iX, i4; Renault Megane E-TECH ve SMART EQ’da kullanılmaktadır.
