JENIS-JENIS MOTOR YANG DIGUNAKAN DALAM KENDARAAN LISTRIK

Desain motor listrik pada sistem propulsi kendaraan listrik (EV) berkembang dengan cepat, untuk memenuhi kebutuhan topologi motor yang terus berubah dan seiring dengan perkembangan ini, berbagai jenis motor listrik digunakan dalam kendaraan listrik, seperti motor DC, motor induksi, motor sinkron magnet permanen, motor DC brushless, dan switched reluctance motors. Masing-masing motor ini dipilih sesuai dengan kebutuhan.

1. Motor DC:

Sumber : e-katalog.lkpp.go.id

Motor DC tradisional telah lama digunakan dalam kendaraan listrik karena prinsip kontrolnya yang sederhana dan karakteristik torsi-kecepatan yang sesuai untuk traksi EV. Menggantikan kumparan medan dengan magnet permanen berenergi tinggi (PM) dapat mengurangi diameter stator. Meskipun motor DC memiliki keuntungan ini, kelemahan utama terletak pada komutator dan brush yang membuatnya kurang baik dan membutuhkan perawatan. Meski demikian, motor DC pernah menjadi pilihan utama karena teknologi yang matang dan kontrol yang sederhana.

2. Motor Induksi:

Sumber : id.made-in-china.com

Motor AC telah mengalami kemajuan teknologi yang signifikan, menawarkan efisiensi lebih tinggi, kepadatan daya yang lebih besar, biaya lebih rendah, dan keandalan yang lebih baik dibandingkan motor DC. Motor induksi AC menjadi menarik untuk kendaraan listrik karena keandalan dan perawatannya yang minimal. Namun, kontrol konvensional seperti variable-voltage variable-frequency (VVVF) tidak memberikan kinerja optimal untuk EV. Dengan kemajuan mikrokomputer, prinsip kontrol berorientasi medan (FOC) untuk motor induksi telah diterima secara luas.

3. Motor Sinkron Magnet Permanen:

Sumber : indonesian.alibaba.com

Motor sinkron PM menggantikan kumparan medan dengan magnet permanen berenergi tinggi, menghilangkan brush konvensional, cincin slip, dan kerugian tembaga medan. Motor ini beroperasi dari suplai sinusoidal atau PWM tanpa komutasi elektronik. Dengan kepadatan daya tinggi dan efisiensi yang tinggi, motor sinkron PM menunjukkan potensi besar untuk bersaing dengan motor induksi dalam propulsi EV. Efisiensi motor ini telah meningkat dengan penerapan kontrol self-tuning untuk operasi daya konstan yang optimal.

4. Motor DC brushless :

Sumber :directindustry.com

Dengan menukar posisi stator dan rotor pada motor PM DC, kita dapat membuat motor AC yang diberi masukan oleh gelombang persegi panjang, yang dikenal sebagai motor DC brushless PM. Keuntungan utama motor ini adalah tidak adanya brush, sehingga menghilangkan banyak masalah yang biasanya terkait dengan penggunaan brush. Keuntungan lainnya adalah motor ini dapat menghasilkan torsi yang lebih besar pada arus dan tegangan puncak yang sama. Selain itu, konfigurasi brushless memberikan lebih banyak ruang untuk kumparan jangkar, yang membantu dalam pembuangan panas melalui rangka dan meningkatkan beban listrik serta kepadatan daya.

Meskipun konfigurasi motor ini sangat mirip dengan motor sinkron PM, ada perbedaan penting yaitu motor DC brushless PM diberi masukan oleh gelombang AC persegi panjang, sementara motor sinkron PM diberi masukan oleh gelombang AC sinusoidal atau PWM. Tidak seperti motor sinkron PM, motor ini biasanya dilengkapi dengan sensor posisi poros. Karena kepadatan daya dan efisiensi yang tinggi, motor ini sangat cocok untuk aplikasi kendaraan listrik. Perkembangan terbaru telah sangat aktif, memperluas rentang operasi daya konstan secara signifikan. Dengan menerapkan kontrol self-tuning, motor ini dapat mencapai operasi daya konstan dengan efisiensi optimal.

5. Switched Reluctance Motors:

Sumber : alibaba.com

Switched Reluctance Motors (SR) telah mendapat perhatian baru-baru ini. Meskipun efisiensi dan kepadatan dayanya tidak setinggi motor AC PM, motor ini menawarkan keuntungan dari konstruksi yang sederhana dan biaya manufaktur rendah. Namun, desain dan kontrol motor ini cukup kompleks karena persentase berat dari ujung kutub dan efek pinggiran. Mereka juga memiliki masalah kebisingan. Penelitian terbaru mencakup pendekatan desain optimal untuk motor SR dan kontrol mode sliding fuzzy untuk menangani nonlinieritas.

Perbandingan antara berbagai jenis motor didasarkan pada parameter seperti kepadatan daya, efisiensi, keterkendalian, keandalan, kematangan teknologi, dan faktor biaya. Motor brushless magnet permanen adalah yang paling efisien, diikuti oleh motor induksi dan Switched Reluctance Motors. Motor DC adalah yang paling tidak efisien. Dalam hal kematangan teknologi, motor induksi dan motor DC menempati posisi tertinggi. Motor induksi dan reluktansi beralih paling andal, sementara motor DC paling tidak dapat diandalkan. Motor brushless magnet permanen memiliki kepadatan daya tertinggi, sedangkan motor DC terendah. Dalam hal biaya, motor induksi paling ekonomis, diikuti oleh motor DC dan Switched Reluctance Motors, sementara motor brushless magnet permanen paling mahal [1].

SPESIFIKASI MOTOR LISTRIK

Spesifikasi Topologi Motor[6]

KELEBIHAN MOTOR LISTRIK BLDC

Dalam dekade terakhir, motor BLDC (Brushless Direct Current) telah mendapatkan popularitas yang signifikan di berbagai sektor industri. Hal ini terutama disebabkan oleh kesederhanaan desainnya serta kinerja kontrol torsi yang unggul. Motor BLDC merupakan jenis motor sinkron, di mana medan magnet yang dihasilkan oleh rotor dan stator beroperasi pada frekuensi yang sama. Motor ini terdiri dari belitan di stator dan magnet permanen di rotor, tanpa menggunakan komutator mekanik untuk mengubah arah arus magnetisasi. Motor BLDC umumnya dikendalikan menggunakan inverter sumber tiga fasa Desainnya terdiri dari belitan yang ditempatkan pada stator dan magnet permanen yang dipasang pada rotor. Tidak seperti motor DC konvensional yang menggunakan komutator mekanik untuk mengalihkan arah arus magnetisasi, motor BLDC menggunakan inverter sumber tiga fasa untuk mengendalikan arus dan menghasilkan torsi [4].

1. Operasi dengan Kecepatan Tinggi: Salah satu keunggulan utama dari motor BLDC adalah kemampuannya untuk beroperasi pada kecepatan sangat tinggi. Motor ini mampu mencapai kecepatan di atas 10.000 Rpm, baik dalam kondisi dengan beban maupun tanpa beban. Ini membuatnya sangat cocok untuk aplikasi yang membutuhkan putaran cepat dan efisiensi tinggi.
2. Responsif dan Akselerasi Cepat: Motor BLDC dikenal karena kemampuan akselerasinya yang cepat. Dengan inersia rotor yang rendah, motor ini dapat dengan mudah dan cepat mempercepat, memperlambat, atau bahkan membalik arah putaran. Kecepatan respons ini sangat penting dalam aplikasi yang membutuhkan perubahan kecepatan dan arah yang cepat dan presisi, seperti dalam robotika dan kendaraan listrik.
3. Densitas Daya Tinggi: Motor BLDC menawarkan densitas daya yang sangat tinggi. Ini berarti bahwa motor ini dapat menghasilkan torsi yang lebih besar per satuan volume dibandingkan dengan motor DC lainnya. Dengan kata lain, motor BLDC mampu memberikan kinerja yang lebih tinggi dalam ruang yang lebih kecil, membuatnya ideal untuk aplikasi di mana ruang adalah faktor kritis.
4. Keandalan Tinggi dan Umur Panjang: Karena tidak memiliki brush seperti pada motor DC tradisional, motor BLDC lebih andal dan memiliki umur pemakaian yang lebih panjang. Motor ini dapat beroperasi selama hingga 10.000 jam sebelum memerlukan perawatan besar atau penggantian. Ketiadaan brush tidak hanya mengurangi kebutuhan perawatan, tetapi juga mengurangi risiko kerusakan komponen, sehingga mengurangi biaya operasional dan waktu henti.

Dengan semua keunggulan ini, motor BLDC menjadi pilihan utama dalam berbagai aplikasi industri, termasuk otomotif, aerospace, dan peralatan rumah tangga. Keandalannya yang tinggi, efisiensi energi, dan kemampuan untuk bekerja dalam kondisi ekstrem membuat motor ini sangat dihargai di berbagai sektor[5].

KOMPONEN UTAMA MOTOR BLDC

Motor DC brushless atau yang juga dikenal dengan motor AC brushless merupakan motor listrik sinkron AC tiga fasa. Perbedaan penamaan ini terjadi karena motor DC brushless memiliki BEMF trapezoid, sedangkan motor AC brushless memiliki BEMF sinusoidal, meskipun keduanya memiliki struktur yang sama [6].

Sumber : onexpirience.wordpress.com

Dibandingkan dengan motor DC, motor DC brushless memiliki biaya perawatan yang lebih rendah dan kecepatan yang lebih tinggi karena tidak menggunakan brush. Jika dibandingkan efisiensi antara motor DC brushless dengan motor induksi, motor DC brushless memiliki efisiensi yang lebih tinggi karena putaran rotor dan torsi awal lebih tinggi karena rotor terbuat dari magnet permanen. Meskipun memiliki kelebihan, kontrol motor brushless memberikan kontrol kecepatan dan torsi secara terus-menerus. Kelemahannya karena tidak adanya brush yang mendukung proses pergantian [7].

Sumber : id.vsdmotor.com

1. Rotor
Rotor merupakan bagian motor yang berputar karena adanya gaya elektromagnetik dari stator, dimana pada motor DC brushless bagian rotornya berbeda dengan rotor motor DC konvensional yang hanya terdiri dari sebuah elektromagnet tunggal yang terletak di antara rotor brushless yang dihubungkan dengan dua buah motor hingga sebanyak delapan pasang dengan kutub magnet permanen berbentuk persegi panjang yang direkatkan dengan sejenis epoxy dan tidak ada brushless-nya.

2. Stator
Stator merupakan bagian dari motor yang diam atau statis yang berfungsi sebagai medan putar bagi motor untuk memberikan gaya elektromagnetik pada rotor sehingga motor dapat berputar. Pada motor DC brushless, stator terdiri dari 12 lilitan atau kumparan elektromagnet yang beroperasi secara elektromagnetik. Stator motor DC brushless terhubung dengan tiga kabel untuk disambungkan ke rangkaian kontrol, sedangkan pada motor DC konvensional, stator terdiri dari dua kutub magnet permanen.

3. Sensor Hall
Berbeda dengan motor DC brushed, komutasi motor DC brushless diatur secara elektronik sehingga motor dapat berputar, stator harus dialiri daya secara berurutan dan teratur. Sensor efek hall ini berperan untuk mendeteksi bagian rotor mana yang dialiri fluks magnet sehingga berbagai proses komutasi (enam langkah komutasi) dapat dilakukan dengan baik oleh stator karena sensor efek hall ini terpasang pada stator [8].

4. Core
Core merupakan pusat stator dan rotor pada motor. Core terbuat dari bahan logam, yang memiliki kemampuan untuk menghasilkan gelombang feromagnetik dengan fluks maksimum. Komponen dasar Core biasanya terbuat dari steel. Steel memiliki kualitas magnetik yang sangat baik.

5. Permanen Magnet
Permanen Magnet tersedia dalam berbagai jenis material. Pada sebagian besar material neodymium seperti NdfeB, NIB maupun magnet neo. NdFeB merupakan paduan material yang terdiri dari neodymium, ferit, dan boron. Dimana daya tarik magnet tersebut sangat tinggi. Sebaliknya, NdFeB juga banyak digunakan dalam implementasi motor listrik[9].

6. Kontroler, Driver, dan Inverter
Pada motor BLDC, tiga komponen utama yang berperan penting adalah kontroler, driver, dan inverter. Kontroler bertugas mengatur kecepatan motor melalui mikrokontroler yang sudah diprogram, sedangkan driver, yang terdiri dari MOSFET, berfungsi untuk mengatur proses switching. Inverter bertugas mengubah tegangan dari DC ke AC, dan kemudian kembali ke DC untuk mendukung kerja driver dalam mengoperasikan motor.

JENIS-JENIS PENEMPATAN MOTOR LISTRIK PADA KENDARAAN LISTRIK RODA DUA

Sumber : motorlistrikin.com

Menurut (motorlistrikin.com) Motor listrik pada kendaraan listrik, baik roda dua, tiga, atau empat, dapat dikategorikan menjadi tiga jenis utama berdasarkan posisi pemasangannya: side drive, mid drive, dan hub drive.

1. Hub Drive: Simpel dan Efisien
Sistem Hub Drive menempatkan motor listrik di dalam hub roda, biasanya di as roda belakang. Sistem ini sederhana dan memiliki sedikit komponen, sehingga lebih ringan dan mudah dirawat. Motor listrik yang menggunakan sistem penggerak Hub Drive sering kali lebih terjangkau dan memerlukan sedikit perawatan.

Kelebihan:

1. Desain Simpel dan Efisien: Dengan desain yang sederhana dan sedikit komponen, sistem ini ringan dan mudah dirawat. Komponen yang sedikit berarti potensi kerusakan juga lebih rendah.
2. Harga Terjangkau: Motor listrik dengan Hub Drive umumnya lebih murah dibandingkan dengan sistem penggerak lain. Hal ini karena proses produksi yang lebih sederhana dan biaya material yang lebih rendah.
3. Perawatan Mudah: Kesederhanaan desainnya membuat perawatan lebih mudah dan murah. Tidak banyak bagian yang perlu diservis secara rutin, dan komponen yang ada biasanya lebih tahan lama.

Kekurangan:

1. Performa Terbatas: Torsi dan tenaga yang dihasilkan umumnya lebih kecil dibandingkan sistem penggerak lainnya. Ini membuat Hub Drive kurang cocok untuk pengendara yang membutuhkan akselerasi cepat atau membawa beban berat.
2. Handling Kurang Optimal: Distribusi bobot yang terpusat di roda belakang dapat mempengaruhi handling, terutama saat menikung. Ini bisa membuat motor terasa kurang stabil, terutama pada kecepatan tinggi.
3. Kurang Cocok untuk Medan Berat: Performa Hub Drive kurang optimal di medan yang berat. Motor ini lebih cocok untuk penggunaan di jalan raya atau medan yang relatif datar.

2. Mid Drive: Keseimbangan Tenaga dan Handling
Sistem Mid Drive menempatkan motor penggerak di bagian tengah rangka motor. Sistem ini menggunakan rantai atau belt tambahan untuk meneruskan tenaga ke roda belakang. Mid Drive dikenal dengan keseimbangan yang baik antara tenaga dan handling, membuatnya ideal untuk berbagai kondisi jalan.

Kelebihan:

1. Tenaga Lebih Besar: Mid Drive mampu menghasilkan torsi dan tenaga yang lebih besar dibandingkan Hub Drive. Ini membuatnya lebih cocok untuk pengendara yang membutuhkan performa tinggi, seperti dalam kondisi menanjak atau membawa beban berat.
2. Handling Lebih Baik: Distribusi bobot yang lebih merata memberikan handling yang lebih stabil dan presisi. Posisi motor yang berada di tengah membuat keseimbangan motor lebih baik, sehingga lebih nyaman dikendalikan.
3. Cocok untuk Medan yang Beragam: Performa MID Drive lebih optimal di berbagai medan, termasuk tanjakan dan jalan berbatu. Sistem ini mampu menyesuaikan diri dengan baik pada berbagai kondisi jalan, membuatnya ideal untuk pengendara yang sering berpindah-pindah medan.

Kekurangan:

1. Desain Lebih Kompleks: Desain yang lebih kompleks membuatnya lebih berat dan membutuhkan perawatan lebih rutin. Sistem ini memiliki lebih banyak komponen yang perlu dijaga, seperti rantai atau belt, yang memerlukan pelumasan dan pengecekan rutin.
2. Harga Lebih Mahal: Motor listrik dengan Mid Drive umumnya lebih mahal dibandingkan dengan Hub Drive karena komponennya lebih kompleks dan membutuhkan rantai atau belt. Biaya produksi yang lebih tinggi dan kebutuhan perawatan ekstra juga meningkatkan total biaya kepemilikan.
3. Suara Rantai/Belt: Penggunaan rantai atau belt dapat menghasilkan suara yang lebih bising dibandingkan dengan sistem Hub Drive. Ini bisa menjadi gangguan bagi pengendara yang menginginkan perjalanan yang lebih senyap.

3. Side Drive: Tenaga Dahsyat untuk Petualangan
Sistem Side Drive menempatkan motor listrik di samping roda belakang. Sistem ini umumnya digunakan pada motor listrik off-road yang membutuhkan tenaga besar untuk menaklukkan medan berat.

Kelebihan:

1. Tenaga Dahsyat: Side Drive mampu menghasilkan torsi dan tenaga yang sangat besar, ideal untuk medan off-road. Motor ini dirancang untuk memberikan performa maksimal di kondisi ekstrem, seperti tanjakan terjal dan medan berbatu.
2. Ground Clearance Tinggi: Posisi motor listrik yang lebih tinggi memungkinkan ground clearance yang lebih tinggi. Ini memberikan keuntungan saat melintasi rintangan atau medan yang tidak rata.
3. Tampilan Unik: Desain Side Drive memberikan tampilan yang bagus. Posisi motor yang terlihat jelas di samping roda belakang menambah kesan kuat dan berbeda dari motor konvensional.

Kekurangan:

1. Desain Sangat Kompleks: Desainnya yang rumit membuatnya berat, mahal, dan membutuhkan perawatan ekstra. Banyaknya komponen dan posisi yang tidak biasa membuat perawatan lebih sulit dan memerlukan keahlian khusus.
2. Handling Kurang Optimal: Distribusi bobot yang tidak merata dapat mempengaruhi handling, terutama di jalan perkotaan. Motor ini bisa terasa kurang stabil dan lebih sulit dikendalikan dalam situasi tertentu.
3. Kurang Cocok untuk Penggunaan Sehari-Hari: Side Drive lebih cocok untuk penggunaan off-road dan kurang ideal untuk penggunaan sehari-hari. Motor ini dirancang untuk performa di medan berat, kurang kenyamanan dan efisiensi di jalan raya.

Setiap sistem penggerak memiliki kelebihan dan kekurangannya masing-masing. Tidak ada sistem yang secara mutlak lebih baik atau lebih buruk, semuanya tergantung pada kebutuhan dan preferensi masing-masing pengguna. Jika kamu mencari motor yang simpel dan mudah dirawat, Hub Drive bisa menjadi pilihan. Jika kamu membutuhkan performa tinggi dan handling yang baik, Mid Drive adalah opsi yang tepat. Namun, jika kamu sering berkendara di medan berat dan membutuhkan tenaga besar, Side Drive bisa menjadi solusi terbaik. Pertimbangkan kebutuhan dan gaya berkendaramu sebelum membuat Keputusan.