Động cơ điện không dùng đất hiếm
(renaultgroup.com)- Động cơ đồng bộ kích từ điện (EESM) chuyển đổi điện từ pin thành năng lượng cơ học để dẫn động bánh xe bằng cách làm rô-to chuyển động nhờ từ trường do dòng điện trong stato tạo ra, và không dùng nam châm hay đất hiếm
- Trong thị trường ô tô, 90% xe điện dùng động cơ có nam châm, nhưng Renault Group đã thương mại hóa hàng loạt động cơ điện EESM từ năm 2012
- Động cơ EESM của Renault Group bắt đầu từ Kangoo Z.E và Zoe, sau đó được áp dụng trên Megane E-Tech electric, Scenic E-Tech Electric, Alpine A290, Renault 5 E-Tech electric, Renault 4 E-Tech electric và các mẫu khác
- E7A dự kiến ra mắt năm 2027 đặt mục tiêu công suất 200kW, mô-men xoắn 400Nm, kích thước nhỏ hơn 30% so với thế hệ trước, giảm 30% tác động carbon và hiệu suất khoảng 92%
- Việc sản xuất đất hiếm và nam châm phụ thuộc rất lớn vào Trung Quốc, nên lựa chọn rô-to dây quấn trở thành quyết định chiến lược để tránh phụ thuộc vào các nước sản xuất nguyên liệu thô và nam châm
Bối cảnh của động cơ điện không dùng đất hiếm
- Renault Group từ lâu đã khẳng định vị thế là doanh nghiệp tiên phong lịch sử trong công nghệ động cơ điện không nam châm, tức động cơ điện không dùng đất hiếm
- Trong một thị trường mà 90% xe điện sử dụng động cơ có nam châm, Renault Group đang tạo khác biệt bằng động cơ không dùng đất hiếm {p:90}
Các loại động cơ điện chính
- Động cơ xe điện chuyển đổi năng lượng điện từ pin thành năng lượng cơ học mà không cần piston hay xi-lanh
- Trong stato, dòng điện tạo ra từ trường, và từ trường này làm rô-to chuyển động để dẫn động bánh xe
- Động cơ điện được chia thành ba họ chính với khác biệt công nghệ rất lớn
-
Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu
- Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu được chế tạo từ đất hiếm và hiện là công nghệ chiếm ưu thế trên thị trường ô tô
- Công nghệ này kết hợp hiệu suất cao với yêu cầu không gian được tối ưu hóa
-
Động cơ không đồng bộ
- Động cơ không đồng bộ (ASM) còn được gọi là động cơ cảm ứng không đồng bộ (IM)
- Công nghệ này có hiệu suất thấp hơn nên hiện thường được dùng làm động cơ phụ cho trục trước
-
Động cơ đồng bộ kích từ điện
- Động cơ đồng bộ kích từ điện (EESM) có kích thước lớn hơn đôi chút nhưng mang lại hiệu suất cao mà không cần nam châm
- Động cơ điện này không dùng đất hiếm
- Renault Group bắt đầu thương mại hóa hàng loạt động cơ điện EESM vào năm 2012, và chuyên môn này đã dẫn tới một dải sản phẩm động cơ điện có sức cạnh tranh
Dải động cơ thuần điện của Renault Group
- Renault Group là doanh nghiệp tiên phong trong lĩnh vực xe điện từ năm 2011 và đã lựa chọn thương mại hóa hàng loạt công nghệ EESM
-
Thế hệ động cơ thứ nhất
- Thế hệ động cơ đầu tiên được trang bị trên Renault Kangoo Z.E năm 2011 và Renault Zoe năm 2012
- Động cơ này dùng mã tham chiếu linh kiện 5A và có công suất trong khoảng 57~100kW
- Năm 2020, bản nâng cấp cuối cùng của hệ truyền động này được áp dụng trên Twingo Electric, với mã tham chiếu 5AL và công suất 60kW
-
Động cơ EESM thế hệ thứ hai
- Động cơ EESM thế hệ thứ hai của Renault Group được đưa vào sản xuất năm 2021 với mã tham chiếu 6A
- Renault Megane E-Tech electric là mẫu xe đầu tiên được trang bị động cơ mới vào đầu năm 2022, và động cơ mã 6AM nhỏ hơn, nhẹ hơn, mạnh hơn, cho công suất tối đa 160kW
- Sau đó, Renault Scenic E-Tech Electric và Alpine A290, mẫu Alpine thuần điện đầu tiên, tiếp nối xu hướng này
- Renault 5 E-Tech electric ra mắt vào tháng 10/2024 được trang bị động cơ điện 6AK công suất 110kW
- Renault 4 E-Tech electric, có thể đặt hàng từ tháng 3/2025, cũng được trang bị động cơ điện 6AK công suất 110kW
- Alpine A390 có hệ truyền động mới được công bố vào tháng 9/2025; ở trục trước là động cơ điện 6AM giống Alpine A290, còn trục sau sử dụng cấu hình mô-tơ đôi mới
- Cả ba động cơ điện trên Alpine A390 đều được sản xuất tại Cléon, với tổng công suất ước tính khoảng 345kW, tương đương khoảng 470 mã lực
Động cơ EESM thuần điện thế hệ tiếp theo vào năm 2027
- Các kỹ sư của Renault Group đã bắt đầu phát triển động cơ điện EESM thế hệ thứ ba mang tên E7A vào năm 2021
- Giai đoạn phát triển vẫn đang tiếp diễn, nhưng thông số kỹ thuật đã được chốt
- E7A đặt mục tiêu công suất 200kW, khoảng 270 mã lực, và mô-men xoắn 400Nm
- Nhờ kiến trúc all-in-one, E7A có kích thước nhỏ hơn 30% so với động cơ thế hệ trước
- E7A đặt mục tiêu giảm 30% tác động carbon và đạt hiệu suất khoảng 92%
- Động cơ điện này sẽ nâng điện áp hệ thống từ kiến trúc 400V hiện là tiêu chuẩn trong dải sản phẩm Renault lên 800V để rút ngắn thời gian sạc
Vì sao động cơ không dùng đất hiếm trở thành bài toán chiến lược hơn
- Renault Group chọn rô-to dây quấn thay cho nam châm vĩnh cửu để tránh phụ thuộc vào các nước sản xuất đất hiếm và nam châm
- Việc có hay không có đất hiếm trong động cơ điện không phải là chi tiết nhỏ mà là một vấn đề chiến lược
- Trung Quốc sản xuất 85% lượng đất hiếm nhẹ tinh luyện và 100% đất hiếm nặng đang được sử dụng trên toàn cầu
- Hiện nay Trung Quốc chỉ cung cấp các nguyên liệu thô này một cách hạn chế, ưu tiên thị trường nội địa và các sản phẩm giá trị gia tăng cao như nam châm vĩnh cửu
- Kết quả là Trung Quốc đang nắm vị thế gần như độc quyền hoàn toàn, với hơn 90% sản lượng toàn cầu đến từ nước này
- Đồng thời, Trung Quốc cũng là quốc gia sản xuất xe điện lớn nhất thế giới
Cléon, nhà máy động cơ điện của Renault Group
- Nhà máy Cléon đã sản xuất hệ truyền động của Renault Group từ năm 2015
- Đây là nơi bắt đầu sản xuất động cơ điện cho Renault Zoe, Twingo ZE, Kangoo ZE và Master ZE
- Các động cơ cho Megane E-Tech electric, Scenic E-Tech electric, Alpine A290, Renault 5 E-Tech electric và Renault 4 E-Tech electric cũng đều được sản xuất tại đây
- Từ năm 2027, nhà máy Cléon sẽ sản xuất động cơ điện thế hệ tiếp theo công suất 200kW
1 bình luận
Ý kiến Hacker News
Cách đặt tiêu đề kiểu như vừa mang tính đột phá về mặt lịch sử cho công nghệ phức tạp của động cơ điện không nam châm nghe khá buồn cười nếu bạn biết lịch sử máy điện
Các động cơ không có nam châm vĩnh cửu mới là những động cơ thực dụng đầu tiên, còn động cơ rôto dây quấn thì đã có tuổi đời hơn 100 năm
Những động cơ lớn nhất từ xưa cũng thường được thiết kế theo kiểu này, vì kích thước nam châm cần thiết sẽ khiến chúng quá đắt, nguy hiểm, và công suất trên kích thước cũng không đủ
Cuộn kích từ có thể tạo ra từ trường miễn là dòng điện và nhiệt do điện trở của dây quấn còn nằm trong mức cho phép, trong khi nam châm đất hiếm có một giới hạn cố định về cường độ từ trường
Không có nam châm, nhưng nối vào pin thì nó vẫn quay tốt
Với tinh thần cậu bé mê khoa học, tôi nghĩ nếu nối vào điện xoay chiều thì nó sẽ còn chạy tốt hơn, nên gắn dây nguồn rồi cắm vào, kết quả là nó rung dữ dội rồi bốc cháy, và mẹ tôi thì không thích điều đó
Mọi máy phát điện cỡ lớn đều có cuộn kích để tạo từ trường, và ưu điểm của chúng là có thể điều chỉnh kích từ để điều khiển điện áp hiệu quả hơn nhiều so với việc tinh chỉnh sau đó
Cả động cơ lẫn máy phát đều phải cấp điện để tạo từ trường nên có tổn hao hiệu suất, nhưng hệ thống càng lớn thì dùng nam châm điện lại càng hiệu quả hơn trong thực tế
Nếu còn tính đến cả sự thiếu hụt khoáng sản đất hiếm thì điều này càng hợp lý hơn
Nó cũng bị giới hạn bởi độ bền cơ học của dây quấn và lõi, và ngay cả các nam châm siêu dẫn ở CERN hay các cơ sở nhiệt hạch cũng bị chặn bởi giới hạn này
Việc chế tạo một động cơ dùng từ trường cảm ứng ở cả stato lẫn rôto rõ ràng không phải là điểm đột phá ở đây
Vì khá nhiều động cơ công nghiệp không dùng nam châm vĩnh cửu
Có lẽ điểm đột phá nằm ở chỗ làm nó nhỏ gọn và hiệu quả mà vẫn tạo được mô-men xoắn đáng kể, nhưng những tuyên bố kiểu động cơ điện hiệu suất 93% thường là kết quả của việc cho một cỗ máy khổng lồ 2kW chạy ở mức 400W
Nếu ai biết Renault đang làm gì ở đây thì tôi rất muốn nghe
BMW cũng đang làm động cơ không dùng đất hiếm cho xe điện, và xét theo tình hình hiện tại thì họ đang đi trước khá xa
Công suất gần như gấp đôi (tối đa 300kW so với 160kW), và dùng kiến trúc 800V
Tôi không chắc có thể xem hai hãng này là đang ở cùng một phân khúc thị trường hay không
Thiết kế đó dùng rất nhiều đất hiếm, và phụ thuộc vào nam châm vĩnh cửu hiệu năng cao thuộc hàng cao cấp nhất
Tuy vậy, sản lượng mục tiêu của Mercedes có lẽ sẽ thấp hơn BMW hay Renault
Câu “thay nam châm bằng nam châm có thể điều khiển” có lẽ là cách diễn đạt đậm chất kỹ thuật ô tô nhất trong mọi câu chữ kỹ thuật ô tô
Điều thú vị là đây là kiểu có chổi than
Trong cộng đồng xe RC, người ta thường xem động cơ không chổi than là tốt hơn, nhưng dĩ nhiên bên đó lại vướng bài toán nam châm đất hiếm
Về mặt kỹ thuật, chổi than có thể bị mòn, nhưng cũng có những ý kiến cho rằng chúng có thể đi được cỡ 150.000 đến 250.000 dặm
Kiểu thiết kế động cơ này rất giống máy phát điện xoay chiều trên ô tô, chỉ là được phóng to lên khoảng 100 lần theo công suất
Chổi than không phải để cấp điện cho rôto; rôto rốt cuộc là nam châm, còn nhiệm vụ của nó là báo cho stato biết khi nào cần đổi cực
Động cơ DC không chổi than đổi cực stato bằng mạch điện tử cảm nhận vị trí rôto mà không có bộ phận ma sát, nên không có hồ quang
Nó cũng có thể tinh chỉnh các xung dòng điện của stato để tăng hiệu suất trên dải tốc độ rộng, điều mà động cơ DC chổi than không làm được
Điều quan trọng hơn chuyện không có tiếp điểm quay là không có hồ quang
Động cơ AC có chổi than có vòng trượt là tiếp điểm quay, nhưng lý tưởng thì không có hồ quang nên sự xuống cấp tiếp điểm không nhanh như ở động cơ DC chổi than
Tuy vậy, nó vẫn phải kích từ rôto nên cần dòng điện lớn
Động cơ AC có chổi than không phải là lý tưởng, nhưng lợi ích khi làm động cơ AC thành “không chổi than” không lớn như với động cơ DC
Cuối cùng thì mọi động cơ đều cần dòng điện biến thiên liên tục, và khác biệt giữa động cơ AC/DC nằm ở chỗ bạn cấp sẵn dòng xoay chiều hình sin từ bên ngoài, hay để chính động cơ biến đổi nguồn DC bên ngoài thành một dạng AC nào đó
Việc một công ty xây dựng thương hiệu chuyên nghiệp lại dùng dấu chấm lửng trong kiểu câu như “At the same time, China is also the world's leading producer of electric cars...” nghe cũng hơi thú vị
Tò mò không biết đến khi nào động cơ không dùng đất hiếm sẽ được kết hợp với pin natri của CATL
Có vẻ sắp tới sẽ có cuộc chiến về giá và cuộc chiến về quãng đường di chuyển
Trước thời điểm đó, khả năng cao là sẽ khó thấy xe dùng pin natri
Vì nặng hơn trên mỗi Wh nên nó phải rẻ hơn LFP đáng kể, và tôi cũng từng nghĩ tuổi thọ của nó ngắn hơn
Tuy vậy, xin đính chính là CATL dường như đang cam kết 15.000 chu kỳ, dài hơn rất nhiều so với LFP vốn thường ở mức 7.000~10.000 chu kỳ
Nếu giá pin natri giảm mạnh, có lẽ nó sẽ đi vào lưới điện và các giải pháp pin gia dụng trước khi được dùng cho xe cộ
Máy điện đồng bộ kích từ điện (EESM) chủ yếu được sản xuất bởi các OEM châu Âu như ZF, MAHLE, Schaffler, AEM và các đối tác liên doanh tại Ấn Độ như Sona Comstar, Sterling, cùng các chi nhánh tại Ấn Độ của các OEM đó
Trong vài năm gần đây, họ bị chặn tiếp cận công nghệ pin Trung Quốc do kiểm soát xuất khẩu, và một lý do lớn khiến EESM được thúc đẩy cũng là để xây dựng chuỗi cung ứng ngoài Trung Quốc, đặc biệt sau khi Trung Quốc bắt đầu kiểm soát xuất khẩu đất hiếm sang EU [6]
Ngoài ra, xe điện của Trung Quốc và Mỹ, không giống xe điện châu Âu và gần đây là Ấn Độ, nhìn chung chủ yếu dùng động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSM)
EU đang gây sức ép mạnh lên xuất khẩu ô tô và các OEM từ những quốc gia không có hiệp định thương mại tự do, như một phần của EU Industrial Accelerator Act, và vì điều này mà Trung Quốc đã phản ứng gay gắt [2][3][4][5]
Trong khi đó, Nhật Bản và Hàn Quốc là đối tác FTA của EU, nên có vẻ khả năng cao hơn là họ sẽ dùng pin thể rắn do Idemitsu Kosan đang đưa vào sản xuất hàng loạt [0][1] hoặc pin thể rắn của LG [7]
[0] - https://www.chiyodacorp.com/en/projects/solidelectrolytefaci...
[1] - https://battery-tech.net/battery-markets-news/idemitsu-kosan...
[2] - https://www.globaltimes.cn/page/202605/1361926.shtml
[3] - https://www.globaltimes.cn/page/202605/1362200.shtml
[4] - https://www.globaltimes.cn/page/202605/1362161.shtml
[5] - https://www.ft.com/content/5903318c-319b-426e-b05d-062f7620f...
[6] - https://www.reuters.com/world/china/eu-lawmakers-rebuke-chin...
[7] - https://blog.lgchem.com/en/2026/03/25_solid_state_battery/
Máy đồng bộ kích từ điện (EESM) hoặc máy đồng bộ kích từ bằng cuộn dây có những ưu và nhược điểm so với máy đồng bộ nam châm vĩnh cửu đặt chìm (IPMSM) hiện đang là xu hướng chủ đạo trên xe điện ở Bắc Mỹ
Ưu điểm là không bị ảnh hưởng bởi biến động giá cả và chuỗi cung ứng của nam châm vĩnh cửu đất hiếm, và trong chu trình vận hành thiên về đường cao tốc, hiệu suất theo chu trình có thể cao hơn IPMSM đời mới
EESM có đặc tính suy yếu từ thông rất tốt nên thường đạt hiệu suất tốt nhất ở dải mô-men trung bình và tốc độ cao, vì vậy có vẻ phù hợp với xe tải hạng 8 hoặc mô-tơ phụ trên ô tô có hai cầu dẫn động
Mô-men đầu ra không nhất thiết phải giảm khi nhiệt độ rô-to tăng lên, và nếu điều khiển phù hợp thì về lý thuyết có thể vận hành với hệ số công suất bằng 1 để hạ định mức kVA của inverter stato; đồng thời cũng có lợi thế về an toàn vì có thể khử kích từ rô-to khi inverter stato gặp sự cố
Nhược điểm là phải truyền dòng điện một chiều tới cuộn kích từ đang quay, nên hoặc phải dùng chổi than và vành trượt, hoặc dùng máy biến áp tần số cao có chỉnh lưu quay; dù theo cách nào thì phần tiết kiệm chi phí nhờ loại bỏ nam châm vĩnh cửu cũng bị bào mòn bởi linh kiện và điện tử công suất bổ sung
Nếu dùng chổi than và vành trượt cùng với làm mát phun dầu cho rô-to thì cần một khoang kín riêng, và việc Renault vẫn giữ chổi than và vành trượt thay vì dùng máy biến áp tần số cao kiểu cảm ứng là điều hơi bất ngờ
Có vẻ lựa chọn đó đã hạn chế mật độ công suất
Với những máy có mật độ mô-men rất cao, việc làm mát cuộn kích từ rô-to là khó, và tôi cho rằng làm mát bằng phun dầu là tốt nhất
Ở kích thước đóng gói dành cho ô tô, rất khó đạt tốc độ tối đa cao như IPMSM, và việc thiết kế kết cấu giữ cuộn dây rô-to để cuộn kích từ không bị ép bật ra khe hở không khí ở tốc độ cao là rất quan trọng
EESM thường có chiều dài trục theo phương dọc lớn hơn IPMSM ở phần vùng không hoạt động do đầu cuối cuộn kích từ và hệ thống kích từ, còn hiệu suất phụ thuộc rất nhiều vào hệ số lấp đầy rãnh của cuộn kích từ có thể chế tạo được
Việc điều khiển dòng điện và mô-men ở mức hiệu năng cao cũng khó hơn nhiều
EESM hiệu năng cao đã được dùng hàng chục năm trong các ứng dụng máy phát điện hàng không vũ trụ, nhưng chúng sử dụng hệ thống kích từ rô-to khác với loại dùng cho ô tô
Renault và nhà cung cấp Continental về thực chất đã dẫn dắt việc thương mại hóa sản xuất hàng loạt EESM cho ô tô, giờ thì BMW cũng đã theo sau, và nhiều nhà cung cấp như Mahle, ZF cũng có thiết kế EESM riêng
GM cũng từng công bố vào năm 2014 một thiết kế EESM rất tốt sử dụng phương thức kích từ bằng máy biến áp tần số cao
Tôi và các đồng nghiệp đã chế tạo nhiều thế hệ EESM trong một dự án của Bộ Năng lượng Mỹ (https://www.osti.gov/servlets/purl/1837809), và tôi cho rằng trong một số ứng dụng cụ thể, nó có chỗ đứng như một mô-tơ truyền động cho xe điện
Tôi biết rằng trong cấu hình dual motor của Tesla, mô-tơ trước là loại không dùng nam châm
Chỉ khi cần thêm công suất mới bật từ trường kích từ lên, còn ở tốc độ hành trình thì không tạo thêm lực “kéo lê”
Trong một video mổ xẻ được nhắc đến ở đây, họ thậm chí còn dùng IGBT rẻ hơn và kém hiệu quả hơn cho truyền động phía trước trên cùng một chiếc xe, còn mô-tơ sau thì dùng SiC MOSFET hiệu quả hơn
Nếu chỉ cần cho những pha tăng tốc ngắn thì có thể chấp nhận hiệu suất thấp hơn
Khi lo về quãng đường đi được của xe điện, đa số mọi người thực chất lo về quãng đường chạy cao tốc đường dài, nên đây có vẻ là ưu điểm cốt lõi của EESM
Tôi đang sở hữu một chiếc xe điện Renault và thấy nó rất tốt
Ngoài công nghệ mô-tơ, xe còn tương đối nhẹ, có sẵn bơm nhiệt theo tiêu chuẩn, và kích thước pin cũng hợp lý
Đó là lý do tôi chạy Zoe
Trước Model 3, bộ truyền động Tesla ACIM cũng không dùng nam châm đúng không?
Tôi nhớ là nó dùng các bó dây đồng cách điện và khai thác từ trở của chúng như thể là nam châm