روتور کامپوزیتی فیبر کربن با ذرات مغناطیسی Fe₃Si برای موتور خودروی برقی

در خودروی برقی، موتور هم باید سبک باشد و هم بازده بالایی داشته باشد؛ هر کیلوگرم کمتر در قطعه های چرخان، به معنای انرژی کمتر برای شتاب گیری و برد بیشتر است. هسته روتور موتورهای معمولی معمولا از فولاد الکتریکی ساخته می شود؛ ماده ای سنگین که در سرعت بالا گرم می شود و تلفات جریان گردابی دارد. مقاله ای داوری شده که در ۲۹ اکتبر ۲۰۲۶ در ژورنال Advanced Composites and Hybrid Materials منتشر شد، جایگزینی کامپوزیتی برای همین هسته روتور معرفی می کند: روتوری از پلیمر تقویت شده با فیبر کربن که ذرات مغناطیسی نرم Fe₃Si در آن پخش شده است و برای موتور رلوکتانس سنکرون با سرعت بالا طراحی شده است.

به گزارش مقاله، پژوهشگران ذرات ریز Fe₃Si را به صورت یکنواخت در ماتریس کامپوزیت فیبر کربن قرار دادند؛ با روش لایه گذاری دستی و پاشش خشک ذرات. این کار، نفوذپذیری مغناطیسی ماده را بیشتر و رسانایی الکتریکی آن را کمتر کرد، در حالی که یکپارچگی ساختاری کامپوزیت حفظ شد. به گزارش مقاله، هسته روتور بهینه شده در مقایسه با هسته فولاد الکتریکی معمولی، وزن و لختی چرخشی را ۳۸٫۱۲ درصد کاهش داد و چگالی آن به ۴۸۵۷٫۹۵ کیلوگرم بر متر مکعب رسید.

یک نکته طراحی هم در مقاله آمده است: چون نفوذپذیری ذاتی کامپوزیت از فولاد کمتر است، پژوهشگران زاویه قوس قطب مغناطیسی روتور را از ۱۴۵ درجه به ۱۳۰ درجه کاهش دادند تا همین کمبود جبران شود. به گزارش مقاله، شبیه سازی های الکترومغناطیسی نشان داد که روتور کامپوزیتی بهینه شده به بازده اوج ۹۴٫۰ درصد می رسد؛ نزدیک به بازده ۹۵٫۴ درصدی روتور مرجع فولاد الکتریکی. همچنین شبکه رسانای ناپیوسته ماتریس پلیمری، جریان گردابی و گرم شدن هسته را سرکوب می کند.

این نتیجه، مربوط به شبیه سازی الکترومغناطیسی و آزمون ماده کامپوزیتی است، نه اندازه گیری بازده روی نمونه فیزیکی کامل موتور؛ پس نباید با بازده اثبات شده در موتور واقعی اشتباه گرفته شود و کاربرد خودرویی آن به ساخت نمونه، آزمون تجربی و تجربه تولید نیاز دارد. با این حال، این مقاله نشان می دهد که می توان در یک قطعه پلیمری، سبکی فیبر کربن و رفتار مغناطیسی را با هم داشت؛ ترکیبی که برای موتورهای سبک و پربازده خودروی برقی اهمیت دارد.

منبع: Advanced Composites and Hybrid Materials (اشپرینگر، مقاله داوری شده)، ۲۹ اکتبر ۲۰۲۶، https://doi.org/10.1007/s42114-026-02133-7

مرضیه رهنورد آهن