Năm 1890, kỹ sư người Anh W.M. Mordey phác thảo thiết kế máy phát từ thông ngang (transverse flux generator) với ý tưởng cốt lõi là chuyển hướng từ thông sang chiều ngang thay vì chiều dọc truyền thống, từ đó tạo ra mô-men xoắn hiệu quả hơn. Ý tưởng đơn giản nhưng vượt thời đại — ông không thể hình dung rằng phải mất hơn một thế kỷ, nguyên lý của ông mới thực sự tìm được chỗ đứng trong công nghiệp.

Sau nhiều thập kỷ chỉ xuất hiện trên các tạp chí học thuật mà không được ứng dụng thực tế, công nghệ này được hồi sinh vào năm 1937 trong hệ thống đường sắt treo chống trọng lực, rồi tiếp tục được tái thiết kế năm 1971 như động cơ tuyến tính cho hệ thống tàu đệm từ Transrapid của Siemens và ThyssenKrupp. Đến thập niên 1980, các nhà nghiên cứu mới nhận ra tiềm năng thực sự của hình học Mordey trong việc tạo ra thế hệ động cơ dẫn động trực tiếp với mật độ mô-men xoắn vượt trội. Dù vậy, tiến độ vẫn giậm chân tại chỗ vì bài toán sản xuất đại trà chưa có lời giải.

Khám phá tình cờ và bước ngoặt thương mại hóa

Bước ngoặt đến vào năm 2007, khi các kỹ sư của công ty ETM tại Flagstaff, Arizona tình cờ phát triển một khái niệm động cơ mới mà không hề biết mình đang tái phát minh nguyên lý từ thông ngang. "Phải mất vài năm chúng tôi mới nhận ra đó là điều mình đang làm," Scott Reynolds, Giám đốc Thương mại hóa Công nghệ tại ETM, cho biết. Đột phá đến từ việc sắp xếp lại các linh kiện quen thuộc theo một hình học khác bên trong động cơ — một thay đổi tưởng chừng đơn giản nhưng mang hệ quả sâu rộng.

Từ đó, ETM đầu tư mạnh vào cả thiết kế lẫn khả năng sản xuất của dòng động cơ từ thông ngang (TFM). Mục tiêu là hiện thực hóa tiềm năng mật độ mô-men xoắn vào sản phẩm có thể sản xuất thực tế — một quá trình đòi hỏi nhiều năm nghiên cứu và hoàn thiện. Ngày nay, ETM đã xây dựng được dây chuyền sản xuất tự động với sản lượng hàng chục nghìn động cơ TFM mỗi năm.

Hình ảnh động cơ ETM đang được sản xuất

Hình học vượt trội vật lý truyền thống

Điều làm nên sự khác biệt của TFM nằm ở kiến trúc dây quấn độc đáo. Trong động cơ truyền thống, cuộn dây được luồn qua các rãnh hẹp trên stato — thiết kế tạo ra điện trở cao và tổn hao nhiệt đáng kể. TFM thay thế bằng các vòng đồng độc lập quấn quanh trục động cơ, giảm đáng kể điện trở và từ đó giảm tổn hao năng lượng dưới dạng nhiệt.

Lợi thế thứ hai là mật độ cực từ. Trong TFM, mỗi răng tương ứng với một cực từ riêng biệt, cho phép đạt số cực cực kỳ cao. Trong một stato, các kỹ sư ETM có thể bố trí tới 60 cực trong không gian mà động cơ từ thông hướng kính thông thường chỉ chứa được 4 đến 8 cực. Điều này cho phép động cơ vận hành hiệu quả ở vùng 100 vòng/phút — một ngưỡng mà các thiết kế truyền thống gần như bất lực. "Đó là điều chưa từng có tiền lệ," Reynolds nhấn mạnh.

Loại bỏ hộp số — đơn giản hóa toàn bộ hệ truyền động

Lợi thế mô-men xoắn cao ở tốc độ thấp của TFM đang thúc đẩy một xu hướng mang tính cách mạng: loại bỏ hộp số truyền động trong nhiều ứng dụng công nghiệp. ETM đã thương mại hóa các trường hợp trong đó công nghệ từ thông ngang thay thế hoàn toàn hộp số hai tầng giảm tốc 20:1 hoặc 30:1, đưa hệ thống về dẫn động trực tiếp. Hộp số vốn nặng, dễ mài mòn và chỉ đạt hiệu suất đỉnh 90% trong điều kiện lý tưởng — nhưng thực tế vận hành thường rơi xuống dưới 50%. Bằng cách kết nối động cơ trực tiếp với tải mà không qua bánh răng truyền động, hệ thống trở nên nhẹ hơn, đơn giản hơn, hiệu quả hơn và ít hỏng hóc hơn.

Graco — Đối tác chiến lược đưa TFM ra thị trường toàn cầu

Câu chuyện về sự hậu thuẫn của Graco mang màu sắc đặc biệt. Năm 2018, một kỹ sư của Graco tình cờ lật qua một tạp chí thương mại và chú ý đến mẩu quảng cáo về công nghệ từ thông ngang của ETM. Tò mò, ông gọi điện, sắp xếp buổi gặp mặt và đưa ra thách thức: hãy chứng minh rằng nó hoạt động được. Buổi trình diễn nguyên mẫu không chỉ thuyết phục được Graco mà còn khởi đầu một mối quan hệ đối tác sâu sắc, dẫn đến việc Graco chính thức thâu tóm ETM vào năm 2020. Với 3.700 nhân viên, doanh thu 1,6 tỷ USD và vốn hóa thị trường gần 13 tỷ USD, Graco không chỉ tiếp nhận ETM mà còn trao cho họ nền tảng sản xuất công nghiệp đủ sức đưa công nghệ ra thị trường toàn cầu.

Máy phun Graco XT được trang bị công nghệ động cơ từ thông ngang (ETM).

Một thế kỷ sau bản phác thảo của Mordey, hình học từ thông ngang đang tái định hình hệ thống truyền động hiện đại — minh chứng rõ ràng rằng những ý tưởng bị lãng quên đôi khi chỉ cần đúng thời điểm, đúng công nghệ sản xuất và đúng đối tác để bùng phát thành đột phá thực sự.