`
136
DOIMIY MAGNITLI SINXRON DVIGATELLAR: TUZILISHI, ISHLASH PRINSIPI
VA ELEKTROMOBILLARDA QO‘LLANILISHI
Mutalibov Sirojiddin Abduraximjon o’g’li
Andijon davlat texnika instituti
Avtomobilsozlik va transport fakulteti EM yo’nalishi 4-kurs talabasi
Akmalxonov A.
ADTI, Avtomobilsozlik va transport fakulteti
Avtomobilsozlik va transport kafedrasi o’qituvchisi
https://doi.org/10.5281/zenodo.15696849
Annotatsiya
Ushbu maqola doimiy magnitli sinxron dvigatellarning (PMSM) elektromobillarda
qo‘llanilishi, tuzilishi va ishlash prinsipiga bag‘ishlangan. Maqolada PMSM’ning stator, rotor
va inverterdan iborat tuzilishi, elektromagnit induksiya asosidagi ishlash mexanizmi va
energiya samaradorligi atroflicha yoritiladi. Dvigatelning afzalliklari (yuqori samaradorlik,
ixcham dizayn) va kamchiliklari (seyrek tuproq materiallariga bog‘liqlik, yuqori xarajatlar)
tahlil qilinadi. So‘nggi yutuqlar, jumladan, seyrek tuproqsiz texnologiyalar, yog‘li sovutish
tizimlari va in-wheel dvigatellar kabi innovatsiyalar muhokama qilinadi. Maqola elektromobil
dvigatellari sohasidagi kelajak istiqbollariga ham to‘xtalib, muhandislik mutaxassislari,
talabalar va texnologiyaga qiziquvchilar uchun foydali manba sifatida xizmat qiladi.
Kalit so‘zlar:
PMSM, doimiy magnit, sinxron dvigatel, elektromobil, samaradorlik,
seyrek tuproq, inverter, in-wheel dvigatellar, eAxle, sun’iy intellekt, ekologik barqarorlik.
Kirish
Zamonaviy transport sohasida elektromobillar (EV – Electric Vehicles) jadal
rivojlanmoqda, bu esa ekologik toza va energiya tejamkor transport vositalariga bo‘lgan
talabning ortishi bilan bog‘liq. Elektromobillar ichki yonuv dvigatellariga (ICE – Internal
Combustion Engine) muqobil sifatida energiya samaradorligi, past ekspluatatsiya xarajatlari
va atrof-muhitga minimal ta’siri bilan ajralib turadi. Ushbu texnologiyaning markazida
elektromobil dvigatellari yotadi, ulardan eng muhimi doimiy magnitli sinxron dvigatellardir
(PMSM – Permanent Magnet Synchronous Motor). PMSM yuqori samaradorlik, ixcham
o‘lchamlar va dinamik xususiyatlari tufayli Tesla, Nissan, BMW kabi yirik avtomobil ishlab
chiqaruvchilar tomonidan keng qo‘llanilmoqda. Ushbu maqola PMSM’ning tuzilishi, ishlash
prinsipi, afzalliklari, kamchiliklari, sohadagi so‘nggi yutuqlar va kelajak istiqbollarini
atroflicha yoritishga bag‘ishlanadi.
PMSM’ning tuzilishi
Doimiy magnitli sinxron dvigatel ikki asosiy qismdan iborat: stator va rotor. Ushbu
komponentlarning o‘zaro ta’siri dvigatelning aylanish harakatini ta’minlaydi.
Stator:
Stator dvigatelning harakatsiz qismi bo‘lib, odatda laminatsiyalangan po‘lat
yadro va mis simlardan iborat o‘rashlarga ega. Stator o‘zgaruvchan tok (AC) yordamida
aylanma magnit maydon hosil qiladi. Zamonaviy PMSM’larda hairpin simlari deb
ataladi o‘rash texnologiyasi qo‘llaniladi, bu issiqlik yo‘qotishlarini kamaytiradi va
samaradorlikni oshiradi.
Rotor:
Rotor dvigatelning aylanuvchi qismi bo‘lib, doimiy magnitlardan (ko‘pincha
neodimiy yoki samariy-kobalt asosida) tashkil topgan. Magnitlar rotor yuzasiga yoki
`
137
ichiga joylashtiriladi (yuzaki yoki ichki magnitli dizayn). Segmentlangan magnitlar
issiqlikni samarali boshqarish va magnit maydonning barqarorligini ta’minlaydi.
Inverter:
PMSM’ning ishlashi uchun zarur bo‘lgan qo‘shimcha komponent hisoblanadi.
Inverter batareyadan keladigan doimiy tokni (DC) o‘zgaruvchan tokka (AC) aylantirib,
dvigatelning aylanish tezligi va momentini aniq boshqaradi. Zamonaviy inverterlarda
silikon karbid (SiC) yarimo‘tkazgichlari qo‘llaniladi, bu energiya yo‘qotishlarini
kamaytiradi.
Boshqaruv tizimi:
Elektron boshqaruv bloki (ECU) va sensorlar (masalan, hol
sensorlari yoki enkoderlar) stator va rotor o‘rtasidagi sinxronlikni ta’minlaydi. Bu
tizim real vaqt rejimida dvigatel parametrlarini optimallashtiradi.
PMSM’ning tuzilishi an’anaviy dvigatellarga qaraganda kamroq harakatlanuvchi
qismlarga ega, bu uning ishonchliligini oshiradi va texnik xizmat ko‘rsatish xarajatlarini
kamaytiradi.
Ishlash prinsipi
PMSM’ning ishlash prinsipi elektromagnit induksiya va sinxron aylanma harakatga
asoslanadi. Quyidagi bosqichlar bu jarayonni tushuntiradi:
1.
Magnit maydon hosil qilish:
Stator o‘rashlariga o‘zgaruvchan tok berilganda, aylanma
magnit maydon hosil bo‘ladi. Bu maydonning tezligi tok chastotasi va stator qutblari
soniga bog‘liq.
2.
Sinxron aylanish:
Rotorning doimiy magnitlari statorning aylanma magnit maydoniga
“yopishadi” va bir xil tezlikda aylanadi. Bu sinxronlik PMSM’ning asosiy xususiyati
bo‘lib, undan “sinxron” nomi kelib chiqadi.
3.
Moment hosil qilish:
Stator va rotor magnit maydonlari o‘rtasidagi o‘zaro ta’sir
aylanish momentini hosil qiladi. Momentning kattaligi tok kuchi va magnit maydon
zichligiga bog‘liq.
4.
Boshqaruv:
Inverter va elektron boshqaruv tizimi stator tokining chastotasi va fazasini
sozlab, dvigatelning tezligi va momentini aniq nazorat qiladi. Bu elektromobillarning
silliq tezlashishi va energiya samaradorligini ta’minlaydi.
PMSM’ning samaradorligi 97% gacha yetishi mumkin, bu ichki yonuv dvigatellarining
30-40% samaradorligidan ancha yuqori. Bu xususiyat elektromobillarning uzoq masofani
bosib o‘tishiga va energiya sarfini kamaytirishga yordam beradi.
Afzalliklari
PMSM elektromobillar uchun afzal ko‘riladigan dvigatel turi sifatida quyidagi
afzalliklarga ega:
Yuqori samaradorlik:
Elektr energiyasining 90% dan ortig‘ini mexanik energiyaga
aylantiradi, bu yoqilg‘i tejash va masofani oshirish imkonini beradi.
Ixcham dizayn:
Doimiy magnitlarning yuqori magnit zichligi tufayli PMSM kichik
o‘lchamlarga ega, bu avtomobil ichidagi bo‘sh joyni tejaydi.
Dinamik xususiyatlar:
Tez tezlashish va silliq ishlash (masalan, Tesla Model 3 0-100
km/soatga 3,1 soniyada erishadi).
Kam texnik xizmat:
Cho‘tkasiz dizayn va kam harakatlanuvchi qismlar tufayli uzoq
muddatli ishonchlilik ta’minlanadi.
`
138
Aniq boshqaruv:
Inverter va elektron tizimlar yordamida dvigatelning ishlashi real
vaqt rejimida optimallashtiriladi.
Kamchiliklari
Barcha afzalliklariga qaramay, PMSM’ning ba’zi cheklovlari mavjud:
Seyrek tuproq materiallariga bog‘liqlik:
Doimiy magnitlar uchun neodimiy va
disproziy kabi seyrek tuproq materiallari ishlatiladi, bu ishlab chiqarish xarajatlarini
oshiradi va ekologik muammolar (kon qazish va qayta ishlash) keltirib chiqaradi.
Issiqlikka sezuvchanlik:
Yuqori haroratlarda magnitlarning kuchsizlanishi
(demagnetizatsiya) xavfi mavjud, bu esa dvigatelning ishlashiga ta’sir qiladi.
Qimmat ishlab chiqarish:
Magnit materiallar va murakkab boshqaruv tizimlari tufayli
PMSM ishlab chiqarish asinxron dvigatellarga qaraganda qimmatroq.
Ta’minot zanjiri muammolari:
Seyrek tuproq materiallarining global bozori, asosan,
Xitoy nazorati ostida bo‘lib, bu ta’minotda uzilishlar xavfini oshiradi.
Hozirgi natijalar
PMSM elektromobillar dvigatellari sohasida yetakchi o‘rinni egallaydi va so‘nggi yillarda
sezilarli yutuqlarga erishildi:
Samaradorlikni oshirish:
Zamonaviy PMSM’lar 97% samaradorlikka erishdi, bu
hairpin o‘rashlari va silikon karbidli inverterlar tufayli mumkin bo‘ldi. Masalan, Tesla
Model Y dvigateli energiya yo‘qotishlarini minimallashtiradi.
Issiqlik boshqaruvi:
Yog‘li sovutish tizimlari va segmentlangan magnitlar issiqlikni
samarali boshqarishga yordam beradi, bu dvigatelning ishlash muddatini uzaytiradi.
Seyrek tuproqsiz alternativlar:
Tesla va Toyota kabi kompaniyalar sinxron reluktans
va PMSM kombinatsiyasini (SynRM-IPM) joriy etmoqda, bu neodimiyga bo‘lgan
ehtiyojni kamaytiradi. Ames Laboratoriyasining BREM loyihasi arzon va ekologik
magnit materiallarini ishlab chiqmoqda.
Yuqori tezlikli dvigatellar:
20,000 RPM’dan yuqori tezlikda ishlaydigan PMSM’lar
quvvat zichligini oshiradi, bu Hindiston va Xitoy bozorlarida talabning o‘sishiga olib
kelmoqda.
Muhokama
PMSM elektromobillar uchun ideal dvigatel sifatida o‘z o‘rnini mustahkamladi, chunki u
yuqori samaradorlik, ixcham dizayn va dinamik xususiyatlarni ta’minlaydi. Biroq, seyrek
tuproq materiallariga bog‘liqlik va yuqori xarajatlar sohaning rivojlanishiga to‘sqinlik
qilmoqda. Seyrek tuproqsiz texnologiyalar va SI kabi innovatsiyalar ushbu muammolarni hal
qilishga yordam berishi mumkin. Shu bilan birga, global ta’minot zanjiridagi muammolar va
ekologik talablar PMSM ishlab chiqaruvchilarni yangi yechimlar izlashga majbur qilmoqda.
Kelajakda PMSM’ning in-wheel va eAxle kabi tizimlarda kengayishi elektromobillarni yanada
arzon va samarali qiladi.
Xulosa
Doimiy magnitli sinxron dvigatellar elektromobillar dvigatellari sohasida yetakchi
o‘rinni egallab, yuqori samaradorlik va dinamik xususiyatlari bilan ajralib turadi. Ularning
tuzilishi stator, rotor va inverterdan iborat bo‘lib, elektromagnit induksiya asosida sinxron
aylanma harakatni ta’minlaydi. Afzalliklari orasida energiya samaradorligi, ixcham o‘lchamlar
va kam texnik xizmat talab qilishi bor, lekin seyrek tuproq materiallariga bog‘liqlik va yuqori
`
139
xarajatlar muammo sifatida qolmoqda. So‘nggi yutuqlar, masalan, seyrek tuproqsiz
alternativlar va yog‘li sovutish tizimlari, PMSM’ni yanada samarali qilmoqda. Kelajakda in-
wheel dvigatellar va SI integratsiyasi ushbu texnologiyani transportning barqaror kelajagiga
yaqinlashtiradi.
References:
Используемая литература:
Foydalanilgan adabiyotlar:
1.
S&P Global Mobility. (2023).
Elektromobil quvvat tizimlari tendensiyalari: eAxle va
dvigatel
texnologiyalari
.
Manba:
https://www.spglobal.com/mobility/en/research-
analysis/electric-vehicle-powertrain-trends.html
2.
AQSh Energetika Vazirligi. (2022).
Ilg‘or elektr dvigatellarni tadqiq qilish va rivojlantirish
maqsadlari
. Manba: https://www.energy.gov/eere/vehicles/advanced-electric-motors
3.
Xitoy Avtomobil Muhandislari Jamiyati. (2020).
Energiya tejash va yangi energiyali
transport vositalari texnologiyasi yo‘l xaritasi 2.0
. Pekin: CSAE.
4.
Ames Laboratoriyasi. (2023).
Seyrek tuproq magnitlaridan tashqari (BREM) loyihasi
.
Manba: https://www.ameslab.gov/brem
5.
Tesla, Inc. (2021).
Model 3 va Model Y quvvat tizimlari: PMSM va SynRM texnologiyalari
.
Manba: https://www.tesla.com/engineering
6.
Mercedes-Benz Guruhi. (2021).
YASA Limited kompaniyasini sotib olish: Aksial oqimli
dvigatel
texnologiyasini
rivojlantirish
.
Manba:
https://group.mercedes-
benz.com/innovation/yasa-acquisition.html
