Liên minh AZL Aachen bắt đầu chế tạo và thử nghiệm ống bọc rotor bằng sợi carbon cho động cơ điện tốc độ cao

Theo ChargedEVs, liên minh công nghiệp do trung tâm nghiên cứu AZL tại Aachen (Đức) điều phối vừa chính thức bước vào giai đoạn chế tạo thực nghiệm trong chương trình đối chuẩn (benchmark) có hệ thống dành cho ống bọc rotor bằng nhựa gia cường sợi carbon — viết tắt là CFRP (carbon-fiber-reinforced plastic). Đây là linh kiện quan trọng giúp giữ nam châm vĩnh cửu trên rotor của động cơ điện tốc độ cao, đảm bảo an toàn và hiệu suất ở vận tốc quay lớn.

Nội dung chính

Chương trình nghiên cứu tập trung so sánh hai chiến lược thiết kế chính: ống bọc lắp ép (press-fit sleeve) — được chế tạo riêng rồi lắp lên rotor, và quấn trực tiếp (direct winding) — sợi carbon được quấn thẳng lên bề mặt rotor. Mỗi phương pháp có ưu nhược điểm riêng về độ chính xác, chi phí sản xuất và khả năng chịu tải.

Bên cạnh đó, liên minh còn đánh giá ba quy trình sản xuất khác nhau:

• Quấn sợi ướt (wet filament winding) — sợi carbon được tẩm nhựa ngay trong quá trình quấn
• Quấn towpreg (towpreg winding) — sử dụng sợi đã được tẩm nhựa sẵn từ nhà cung cấp
• Quấn băng nhiệt dẻo (thermoplastic tape winding) — dùng vật liệu nhựa nhiệt dẻo thay vì nhựa nhiệt rắn truyền thống

Toàn bộ thử nghiệm được thực hiện trên một rotor tham chiếu có vận tốc bề mặt khoảng 200 m/s, đảm bảo điều kiện so sánh nhất quán giữa các phương án. Đây là tốc độ điển hình của các động cơ điện hiệu suất cao dùng trong xe điện hiện đại.

Vật liệu được đối chuẩn

Liên minh AZL đối chuẩn cả hai nhóm sợi carbon: loại hiệu suất cao (high-performance) và loại tối ưu chi phí (cost-effective), với các mức độ cứng và độ bền khác nhau. Về vật liệu nền (matrix), chương trình sử dụng nhựa epoxy cùng nhiều loại polymer nhiệt dẻo, được lựa chọn dựa trên đặc tính cơ học ở gần giới hạn nhiệt độ vận hành.

Phương pháp thử nghiệm chuyên biệt

Để đánh giá toàn diện, nhóm nghiên cứu đang phát triển các thiết bị thử nghiệm chuyên dụng bao gồm:

• Thử nghiệm đĩa tách cải tiến (adapted split-disk test)
• Thiết bị đo ứng suất trước (pre-stress measurement apparatus)
• Giàn thử tải hướng tâm không quay (non-rotating radial-load test rig)
• Hệ thống thử nghiệm nhiệt độ cao và chịu tải dài hạn

Mỗi phương pháp đều được xác nhận giá trị (validation) trong khuôn khổ dự án để đảm bảo kết quả đáng tin cậy.

Theo ông Philipp Fröhlig, Trưởng bộ phận Dịch vụ Công nghiệp của AZL: "Dự án hợp tác này kết nối những đơn vị sử dụng, sản xuất và phát triển động cơ điện với ngành công nghiệp vật liệu composite."

Các đối tác tham gia sẽ nhận được ma trận đối chuẩn, dữ liệu tương quan giữa mô phỏng CAE và thực nghiệm, so sánh chi phí, đánh giá quy trình, hướng dẫn lựa chọn vật liệu và các phương pháp thử nghiệm đã được xác nhận.

Ý nghĩa với thị trường Việt Nam

Dù nghiên cứu về ống bọc rotor CFRP diễn ra tại châu Âu, kết quả của nó có tác động gián tiếp nhưng quan trọng đến thị trường xe điện Việt Nam. VinFast — nhà sản xuất xe điện hàng đầu Việt Nam — đang không ngừng nâng cấp công nghệ động cơ điện cho các dòng xe của mình. Việc tối ưu hóa ống bọc rotor bằng vật liệu composite sẽ giúp động cơ điện hoạt động ở tốc độ quay cao hơn, từ đó tăng mật độ công suất và giảm kích thước, trọng lượng tổng thể.

Khi động cơ điện ngày càng hiệu quả hơn, xe điện sẽ đi được quãng đường dài hơn với cùng dung lượng pin — yếu tố then chốt để thúc đẩy người tiêu dùng Việt Nam chuyển sang xe điện. Đồng thời, hạ tầng trạm sạc xe điện tại Việt Nam đang được mở rộng nhanh chóng, tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của toàn bộ hệ sinh thái xe điện trong nước.

Ngoài ra, nếu quy trình quấn băng nhiệt dẻo chứng minh được hiệu quả về chi phí, điều này có thể mở ra cơ hội cho các doanh nghiệp sản xuất linh kiện composite tại Việt Nam tham gia vào chuỗi cung ứng toàn cầu của ngành xe điện.

Tổng kết

Chương trình nghiên cứu của liên minh AZL Aachen đánh dấu một bước tiến quan trọng trong việc tiêu chuẩn hóa quy trình sản xuất và thử nghiệm ống bọc rotor CFRP cho động cơ điện. Bằng cách so sánh có hệ thống nhiều phương pháp thiết kế, quy trình sản xuất và hệ vật liệu, dự án này sẽ cung cấp dữ liệu quý giá giúp ngành công nghiệp xe điện toàn cầu — bao gồm cả Việt Nam — phát triển những động cơ điện hiệu suất cao hơn, bền bỉ hơn và tiết kiệm chi phí hơn.

Nguồn: ChargedEVs