Устройство Электродвигателя .Как он работает? — E-Motors

4 октября 2021

Электродвигатель – устройство, которое занимается преобразованием электроэнергии в механическую. Он работает, используя принцип электромагнитной индукции.В последнее время он все сильнее популяризируется на автомобильном рынке в качестве перспективного направления развития автопромышленности. Поэтому есть смысл подробнее ознакомиться с устройством электромобиля, его двигателя, за которым может быть будущее отрасли.

 

Принцип работы и устройство:

Электродвигатель включает в себя статор и ротор. Вращающееся магнитное поле в статоре действует на обмотку ротора и наводит в нём ток индукции, возникает вращающий момент, который приводит в движение ротор. Электроэнергия, поступающая на обмотки мотора, преобразуется в механическую энергию вращения.

Благодаря развитию технологии электродвигатели нашли применение в разных отраслях, например, автомобилестроении. Причем они способны использоваться либо отдельно, либо совместно с двигателем внутреннего сгорания (ДВС). Последний вариант – гибридные авто.

От электродвигателей, применяемых на производствах, агрегат для авто отличается малыми габаритами, но повышенной мощностью. К тому же современные разработки все больше отдаляют двигатели для автомобилей от иных подобных устройств. Характеристиками электромобилей являются не только показатели мощности, крутящего момента, но и частота вращения, ток и напряжение. Поскольку от этих данных зависит передвижение и обслуживание авто.

Чтобы лучше разобраться в многообразии, которое нам дарит авторынок, стоит рассмотреть существующие виды электродвигателей для электромобилей.

Их можно условно классифицировать по типу тока:

устройства переменного тока;

конструкции постоянного тока;

решения универсального образца (способны функционировать от постоянного и переменного тока).

Электродвигатели переменного тока делятся на группы:

асинхронные – скорость вращения магнитного поля статора выше скорости вращения ротора;

синхронные – частоты вращения магнитного поля статора и ротора совпадают.

С учетом используемого количества фаз, электрические устройства разделяют на: одно-, двух-, трехфазные.

Если привести реальные образцы, используемые известными автопроизводителями, то хороший пример применения трехфазного агрегата асинхронного типа – Volt от Chevrolet. Он является гибридным автомобилем. Пример трехфазного синхронного двигателя — i-MiEV от Mitsubishi. А этот автомобиль является исключительно электрическим.

Следует отметить, что у разных производителей разные двигатели, отличающиеся массой, мощностью, габаритами и прочими параметрами.

Есть еще одна классификация – по конструкции щеточно-коллекторного узла. Такие агрегаты бывают:

Бесколлекторными. Представляют собой замкнутую систему, в которую входят: преобразователь координат, инвертор и извещатель положения.

Коллекторными. Щеточно-коллекторный узел играет роль в такой конструкции одновременно и извещателя положения ротора, и переключателя тока в обмотках. В основном используется ток постоянной частоты.

коллекторный роторРотор электродвигателя

В конструкциях электромобилей зачастую задействуются коллекторные моторы, хотя есть примеры и с иными моделями. Как вариант — автомобиль «Санрейсер», в котором установлен как раз бесколлекторный двигатель от компании General Motors. При массе 3,6 кг его КПД составляет 92%.

Нельзя не отметить еще один тип двигателя, который используется в некоторых современных моделях авто. Это система мотор-колесо. Пример — спорт-кар Volage. В такой конструкции предусмотрена возможность регенерации энергии торможения. Для этого используется тяговый двигатель Active Wheel. Он весит всего 7 кг, что позволяет добиться приемлемой массы колеса – 11 кг.

Самой распространенной сегодня конструкцией является решение с питанием от аккумуляторной батареи. Она нуждается в регулярной зарядке, способной реализоваться за счет внешних источников, генератора в конструкции и рекуперации энергии торможения. Генератор действует от ДВС, поэтому такая схема работы уже не относится к чисто электрическим. Подобные машины называют гибридными.

Преимущества и недостатки электродвигателей

Выделим достоинства электрических агрегатов:

высокий коэффициент полезного действия – до 95 процентов;

компактность, малый вес;

простота использования;

экологичность;

долговечность;

создается максимальный показатель крутящего момента на любой отметке скорости;

воздушное охлаждение;

способны функционировать в режиме генератора;

не нужна коробка передач;

возможность рекуперации энергии торможения.

В качестве примера удачной разработки модели с высокими характеристиками можно привести мотор от Yasa Motors. Инженеры компании создали агрегат, который при весе 25 кг способен выдавать до 650 Нм крутящего момента.

Что касается недостатков непосредственно электродвигателя, то их нет. Больше вопросов вызывает питание агрегата, что, собственно, и тормозит распространение, широкое использование технологии. Поэтому на данный момент большей популярностью пользуются гибридные авто, нежели электромобили. Благодаря такой схеме увеличивается запас хода, позволительно использовать менее мощные и дорогостоящие аккумуляторные батареи.

Устройство электромобиля

Если сравнивать электромобиль с авто, где используется ДВС, он характеризуется более простой схемой, минимальным числом движущихся элементов. Следовательно, такое решение является более надежным.

Главные составляющие электромобиля:

непосредственно электродвигатель;

питающая аккумуляторная батарея разной емкости, которая связана с мощностью мотора;

упрощенная трансмиссия;

инвертор;

зарядное устройство на борту;

электронная система управления элементами конструкции;

преобразователь.

Питание мотора в этой схеме организовывает, конечно же, тяговая аккумуляторная батарея. Зачастую задействуется литий-ионный тип, включающий в себя несколько модулей, подключенных последовательно. На выходе аккумулятора формируется напряжение от 300 (В) постоянного тока. Это значение определяется моделью авто. Современные образцы способны создавать и 700 В. Пример – автомобили Lola-Drayson, разработанные для гонок. Они оснащаются батареями напряжением 700 (В) и емкостью 60 кВт⋅ч.

Для корректного взаимодействия емкость батареи подбирается с учетом мощности двигателя. Этот показатель в подавляющем большинстве конструкций составляет от 15 до 200 (кВт). Если сравнить электрический двигатель с ДВС, то у первого КПД составляет 95%, а у другого – 25%. Разница существенна.

Имеются примеры в автомобилестроении, когда в конструкции используется несколько агрегатов. Они могут приводить в движение определенные колеса. Такой принцип организации позволяет увеличить тяговую мощность авто. Двигатель, интегрированный в колесо, имеет массу преимуществ, однако такое устройство тягового электродвигателя характеризуется ухудшенной управляемостью транспортного средства. Поэтому разработчики продолжают вести активную деятельность в этом направлении.

электродвигатель с редукторомЭлектродвигатель с редуктором (вид снизу)

Что касается трансмиссии, то у электромобиля она имеет упрощенный вид. Многие конструкции оснащены одноступенчатым редуктором. Благодаря инвертору происходит преобразование высокого напряжения постоянного тока батареи. За счет наличия в конструкции бортового зарядного устройства гарантируется зарядка аккумулятора от электросети бытового назначения.

Обеспечением зарядки дополнительной батареи на 12 (В) занимается преобразователь. Эта батарея задействуется в качестве питающего элемента различных устройств транспортного средства:

аудиосистемы;

климат-контроля;

освещения;

отопительной системы;

прочих элементов.

Система управления организовывает такие процессы:

мониторинг используемой энергии;

управление рекуперацией энергии торможения;

оценка уровня заряда;

управление динамикой движения;

обеспечение необходимого режима перемещения транспортного средства;

регулировка тяги;

управление напряжением.

Система объединяет блок управления, датчики и прочие элементы других систем авто. Благодаря датчикам оценивается уровень давления в тормозной системе, разряда батареи, а также положение селектора переключения передач, тормозной педали и педали газа. По данным этих устройств обеспечивается оптимальное перемещение электромобиля с учетом текущих условий. На панели приборов традиционно отображаются основные показатели функционирования транспортного средства.

Внешне электромобиль не имеет отличий от традиционного автомобиля с ДВС, однако основные расхождения находятся в области эксплуатации: высокая стоимость, необходимость длительной зарядки, ограниченный ход. Поэтому устройство электромобиля имеет определенные расхождения с составом традиционного транспортного средства.

Затраты на содержание электромобиля зачастую ниже, чем авто с ДВС, особенно в тех государствах, где стоимость электроэнергии низкая.

Рассказать

Поделиться

Поделится

Поделится

Новый комментарий

Войти с помощью

Отправить

Устройство электромобиля.

Технические отличия от обычного автомобиля » Эксплуатация электромобиля в России

24 января 2019 в 06:37

Сейчас электромобилестроение развивается огромными темпами (особенно внесла вклад в эту тему компания Tesla Motors, запустив в серийное производство свои имеющие оглушительный успех электрокары и заставив таким образом шевелиться конкурентов). Инженеры частенько балуют нас особенными схемами работы электрокаров, например, оборудуя машины двумя электродвигателями или изобретая новые гибридные силовые установки. В этой статье я опишу устройство электромобиля и то, чем средний современный электромобиль технически отличается от классических авто с ДВС. Напомню, из каких частей состоит любой автомобиль:

• двигатель, который создает механическую энергию, приводящую в конечном итоге в движение транспортное средство;
• кузов, к которому крепятся все элементы конструкции;
• шасси, основной задачей элементов которого является передача крутящего момента с двигателя на колеса;
• электрооборудование, которое пронизывает весь автомобиль: тут и стартер, и подогрев, и свет и множество других вещей, в зависимости от комплектации.

Пройдемся по каждой из них и выясним, почему электрокары такие особенные.

В электромобиле он электрический. В нем нет коленвала, поршней, камер сгорания, клапанов и много чего еще, что есть в двигателях внутреннего сгорания. За то есть статор, внутри которого благодаря электромагнитной силе вращается ротор. Подробнее об электродвигателе электромобиля можно прочесть здесь. Немаловажной особенностью электродвигателя является возможность не только производить вращательную энергию, но и создавать ток для заряда батареи, то есть работать в режиме генератора. Это основной принцип так называемой рекуперации: грубо говоря, при нажатии на педаль газа электродвигатель вращает колеса, и энергия батареи тратится, а если педаль отпустить, на движущейся машине уже колеса будут вращать вал двигателя, создавая в обмотке напряжение и генерируя ток, заряжающий батарею.

Благодаря простоте и почти полному отсутствию трущихся частей в электромоторе (кроме подшипников), в отличие от ДВС, ресурс его намного превышает ресурс классического бензинового или дизельного двигателя.

Кузов электромобиля отличается наличием отсека для аккумуляторной батареи (чаще всего располагающейся в днище автомобиля). При этом благодаря трансмиссии, занимающей в электрокаре значительно меньший объем, чем в обычном авто, водителю и пассажирам, электрической машины доступно больше пространства в салоне при тех же внешних габаритах.

Шасси состоит в свою очередь из ходовой части, механизмов управления и трансмисси. Ходовая часть электромобиля, включающая мосты, подвеску и колеса, не имеет принципиальных отличий от ходовой привычных нам авто. О рулевом управлении и тормозной системе так же сказать особо нечего, кроме того, что благодаря существенному торможению двигателем (как раз когда происходит рекуперация), тормозные колодки и диски электромобиля изнашиваются значительно меньше. Главное же отличие шасси электрического от шасси классического авто кроется в трансмиссии. Конкретно — в коробке передач. В электрокаре её нет :). Вместо нее устанавливается очень простой понижающий редуктор (в котором практически нечему ломаться), имеющий огромный ресурс по сравнению даже с механическими коробками передач, не говоря уже об автоматических коробках и вариаторах. Сцепление, соответственно, тоже отсутствует.

Электрическое оборудование электромобиля имеет значительные отличия от электрооборудования автомобиля, приводимого в движение двигателем внутреннего сгорания. Отличия эти касаются электрооборудования мотора; в салоне всё примерно одинаково. В электромобиле отсутствует стартер и нет системы зажигания рабочей смеси, за то там есть аккумуляторная батарея, инвертор (согласующий токи подаваемый от батареи в электродвигатель и генерируемый электродвигателем во время рекуперации), а также модулем, питающим батарею во время зарядки и рекуперации и двигатель через инвертор во время ускорения. Подробнее об аккумуляторной батарее для электромобиля можно прочесть тут. Еще в электромобиле отсутствует система охлаждения двигателя, но часто присутствует система контроля температуры батареи (с подогревом или охлаждением) и электрическая печка.

Посмотрите это видео, которое показывает устройство электромобиля на примере Tesla Model S.

О том, какие бывают электромобили и гибриды, я написал в Часто Задаваемых Вопросах. Гибридами они называются за то, что имеют и электродвигатель, и двигатель внутреннего сгорания в своей силовой установке. Соответственно, механизмы их значительно сложнее, так как включают в себя системы, необходимые для передачи крутящего момента и работы обоих моторов.

Как работает двигатель электромобиля — Easy Electric Life

Что такое электродвигатель?

Двигатель электромобиля работает с использованием физического процесса, разработанного в конце 19 века. Он заключается в использовании тока для создания магнитного поля в неподвижной части машины («статор»), смещение которого приводит в движение вращающуюся часть («ротор»). Мы подробнее рассмотрим эти две части и многое другое ниже.

Принцип работы электродвигателя

В чем разница между двигателем и мотором? Эти два слова часто используются взаимозаменяемо. Поэтому важно различать их с самого начала. Несмотря на то, что в настоящее время это почти синоним, когда речь идет об автомобильной промышленности, «двигатель» относится к машине, которая преобразует энергию в механическую энергию (и, следовательно, в движение), в то время как «двигатель» делает то же самое, но использует тепловую энергию. энергия. Поэтому, говоря о преобразовании тепловой энергии в механическую, мы имеем в виду горение, а не электрическую энергию.

Другими словами, двигатель — это тип двигателя. Но мотор — это не обязательно двигатель. В случае с электромобилями, поскольку механическая энергия создается из электричества, мы используем слово «двигатель» для описания устройства, которое приводит электромобиль в движение (так называемая тяга).

Как двигатель электромобиля работает внутри электромобиля?

Теперь, когда мы знаем, что речь идет о двигателях, а не двигателях, как двигатель работает внутри электромобиля?

В наши дни электродвигатели можно найти во многих бытовых устройствах. Те, которые используют двигатели постоянного тока (DC), имеют довольно простые функции. Двигатель подключается непосредственно к источнику энергии, и скорость его вращения напрямую зависит от силы тока. Несмотря на простоту производства, эти электродвигатели не соответствуют требованиям по мощности, надежности или размеру электромобиля, хотя вы можете обнаружить, что они приводят в действие стеклоочистители, окна и другие более мелкие механизмы внутри автомобиля.

Статор и ротор

Если вы хотите понять, как работает электромобиль, вам необходимо ознакомиться с физическими элементами его электродвигателя. И это начинается с понимания принципов работы двух его основных частей: статора и ротора. Разницу между ними легко запомнить: статор статичен, а ротор вращается. В двигателе статор использует энергию для создания магнитного поля, которое затем вращает ротор.

Итак, как работает двигатель, когда дело доходит до питания электромобиля ? Для этого мы должны обратиться к двигателям переменного тока (AC), которые требуют использования схемы преобразования для преобразования постоянного тока (DC), подаваемого аккумулятором. Рассмотрим подробнее два разных вида тока.

Питание электромобиля: переменный и постоянный ток

Прежде всего, если вы хотите понять, как работает двигатель электромобиля, вам нужно знать разницу между переменным и постоянным током (электронными токами).

Электричество проходит по проводнику двумя путями. Переменный ток (AC) описывает электрический ток, при котором электроны периодически меняют направление. Постоянный ток (DC), как следует из его названия, течет в одном направлении.

Аккумулятор в электромобиле работает от постоянного тока. Но когда дело доходит до основного двигателя электромобиля (который обеспечивает тягу транспортного средства), эта энергия постоянного тока должна быть преобразована в переменный ток через инвертор.

Так что же происходит, когда эта энергия достигает двигателя? Это зависит от того, использует ли транспортное средство синхронный или асинхронный двигатель.

Типы электродвигателей

В автомобильной промышленности используются два типа двигателей переменного тока: синхронные и асинхронные двигатели. Когда дело доходит до электромобиля, синхронные и асинхронные двигатели имеют свои сильные стороны — один не обязательно «лучше» другого.

Синхронные и асинхронные двигатели

Асинхронный двигатель, также называемый асинхронным двигателем, использует статор с электрическим приводом для создания вращающегося магнитного поля. Затем это вовлекает ротор в бесконечную погоню, как если бы он пытался догнать магнитное поле, но безуспешно. Асинхронный двигатель часто используется в электромобилях, которые в основном используются для движения на повышенных скоростях в течение длительных периодов времени.

В синхронном двигателе ротор сам действует как электромагнит, активно участвуя в создании магнитного поля. Таким образом, скорость его вращения прямо пропорциональна частоте тока, питающего двигатель. Это делает синхронный двигатель идеальным для городского вождения, которое обычно требует регулярных остановок и пусков на низких скоростях.

И синхронные, и асинхронные двигатели работают в обратном порядке, то есть они могут преобразовывать механическую энергию в электричество во время торможения. Это принцип регенеративного торможения , который происходит от генератора переменного тока.

Детали электродвигателей

Теперь давайте более подробно рассмотрим некоторые из различных частей двигателя электромобиля: от магнитов электродвигателя или синхронных двигателей с внешним возбуждением (EESM) до блока трансмиссии в целом.

Постоянные магниты

В некоторых синхронных двигателях в качестве ротора используется двигатель с постоянными магнитами. Эти постоянные магниты встроены в стальной ротор, создавая постоянное магнитное поле. Преимущество постоянного магнита электродвигателя заключается в том, что он работает без источника питания, но требует использования металлов или сплавов, таких как неодим или диспрозий. Эти «редкоземельные элементы» являются ферромагнитными, что означает, что они могут быть намагничены, чтобы стать постоянными магнитами. Они используются для различных промышленных целей: от генераторов ветряных турбин, беспроводных инструментов и наушников до динамо-машин для велосипедов и… тяговых двигателей для некоторых электромобилей!

Проблема в том, что цены на эти «редкоземельные элементы» очень изменчивы. Несмотря на свое название, на самом деле они не обязательно такие редкие, но встречаются почти исключительно в Китае, который, следовательно, имеет квазимонополию на их производство, продажу и распространение. Это объясняет, почему производители усердно работают над поиском альтернативных решений для двигателей электромобилей.

Синхронные двигатели с внешним возбуждением

Одно из этих решений, использованное Renault для нового ZOE, включает создание магнита электродвигателя из медной катушки. Это требует более сложного производственного процесса, но позволяет избежать проблем с питанием, сохраняя при этом превосходное соотношение между весом двигателя и развиваемым крутящим моментом.

Гийом Фори, руководитель технического отдела завода Renault Cléon во Франции, рассказывает о сложности и изобретательности нового двигателя ZOE: «Производство EESM требует специальных процессов намотки и пропитки катушек. Ограничения ожидаемых характеристик продукта, цель снижения соотношения веса и мощности и высокая скорость производства требуют от нас эффективного использования самых современных технологий для выполнения этих процессов».

Электрический силовой агрегат

В электромобиле двигатель, состоящий из ротора и статора, является частью более крупного узла, электрической трансмиссии , ансамбля, который заставляет электродвигатель работать.

Также в этом блоке силовой электронный контроллер (PEC) объединяет всю силовую электронику, отвечающую за управление питанием двигателя и зарядкой аккумулятора. Наконец, он включает в себя мотор-редуктор, часть, отвечающую за регулировку крутящего момента и скорости вращения, передаваемых двигателем на колеса.

Вместе эти элементы обеспечивают бесперебойную и эффективную работу электродвигателя. И результат? Ваш электромобиль бесшумный, надежный, дешевле и доставляет удовольствие от вождения!

Авторское право : Pagecran

Читать также

Электромобили

Различные способы хранения энергии

10 июня 2021

Подробнее 900 05

Электромобили

Все, что нужно знать о подключаемом гибридном автомобиле

10 июня 2021

Подробнее

Электромобили

Все, что нужно знать о зарядке подключаемого гибридного автомобиля

09 июня 2021

Подробнее

Как работают электродвигатели, Технические отличия и многое другое

|

| Особенности

Произведите впечатление на своих друзей и соседей своими новыми знаниями об электромобилях.

Нам всем это нужно.

Когда вы в последний раз останавливались, чтобы подумать о том, как на самом деле работают электромобили? Мы, суперфанаты автомобильного бизнеса, в основном развили разумное понимание того, как работают силовые агрегаты внутреннего сгорания. Большинство из нас может представить себе, как топливо и воздух входят в камеру сгорания, взрываются, толкают поршень вниз и вращают коленчатый вал, который в конечном итоге приводит в движение колеса. Обычно мы понимаем разницу между рядными, плоскими, V-образными и, возможно, даже роторными двигателями Ванкеля.

Подобные концепции машиностроения сравнительно легко понять. Но, вероятно, справедливо поспорить, что только меньшинство людей, читающих это, может объяснить на салфетке, как именно невидимые электроны вращают колеса автомобиля или чем двигатель с постоянными магнитами отличается от асинхронного двигателя переменного тока. Электротехника может показаться автомобильным фанатам черной магией и колдовством, поэтому пришло время демистифицировать этот смелый новый мир электромобильности.

Как работают электромобили: двигатели

Это связано с магнетизмом и естественным взаимодействием между электрическими и магнитными полями. Когда электрическая цепь замыкается, позволяя электронам двигаться по проводу, эти движущиеся электроны создают электромагнитное поле с северным и южным полюсами. Когда это происходит в присутствии другого магнитного поля — либо от другой группы мчащихся электронов, либо от гигантского подковообразного магнита Уайла Э. Койота, эти противоположные полюса притягиваются, а одноименные полюса отталкиваются друг от друга.

Электрические автомобильные двигатели работают путем установки одного набора магнитов или электромагнитов на вал, а другого — на корпус, окружающий этот вал. Периодически меняя полярность (меняя местами северный и южный полюса) одного набора электромагнитов, двигатель электромобиля использует эти силы притяжения и отталкивания для вращения вала, тем самым преобразуя электричество в крутящий момент и, в конечном итоге, вращая колеса. И наоборот, как и в случае рекуперативного торможения, эти магнитные/электромагнитные силы могут снова преобразовать движение в электричество.

Как работают электромобили: на переменном или на постоянном токе?

Электричество, подаваемое в ваш дом, поступает в виде переменного тока (AC), так называемого, потому что полярность север/юг или плюс/минус меняется (чередуется) 60 раз в секунду. (То есть в Соединенных Штатах и ​​других странах, работающих на 110 вольт; страны со стандартом на 220 вольт обычно используют переменный ток частотой 50 Гц.) Постоянный ток (DC) — это то, что входит и выходит из + и — полюсов каждая батарея. Как отмечалось выше, для вращения двигателей требуется переменный ток. Без него электромагнитная сила просто соединила бы их северный и южный полюса. Это цикл постоянного переключения севера и юга, который поддерживает вращение двигателя электромобиля.

Современные электромобили предназначены для управления как переменным, так и постоянным током на борту. Батарея хранит и распределяет постоянный ток, но опять же, двигателю нужен переменный ток. При подзарядке батареи энергия поступает в бортовое зарядное устройство в виде переменного тока во время зарядки Уровня 1 и Уровня 2 и в виде постоянного тока высокого напряжения на «быстрых зарядных устройствах» Уровня 3. Сложная силовая электроника (которую мы не будем здесь объяснять) обрабатывает многочисленные бортовые преобразователи переменного/постоянного тока, повышая и понижая напряжение от 100 до 800 вольт зарядной мощности до напряжения системы батареи/двигателя от 350-800 вольт до многих. освещение автомобиля, информационно-развлекательная система и функции шасси, для которых требуется электричество постоянного тока 12–48 вольт.

Как работают электромобили: какие типы двигателей?

Двигатель постоянного тока (матовый): Да, мы только что сказали, что двигатель вращается от переменного тока, и эти старые двигатели, которые приводили в действие ранние электромобили 1900-х годов, ничем не отличаются. Постоянный ток от батареи подается на обмотки ротора через подпружиненные «щетки» из углерода или свинца, которые возбуждают вращающиеся контакты, соединенные с проволочными обмотками. Каждые несколько градусов вращения щетки активируют новый набор контактов; это постоянно меняет полярность электромагнита на роторе при вращении вала двигателя. (Это кольцо контактов известно как коммутатор).

Корпус, окружающий электромагнитные обмотки ротора, обычно имеет постоянные магниты. («Последовательный двигатель постоянного тока» или так называемый «универсальный двигатель» может использовать электромагнитный статор.) Преимуществами являются низкая начальная стоимость, высокая надежность и простота управления двигателем. Изменение напряжения регулирует скорость двигателя, а изменение тока регулирует его крутящий момент. К недостаткам можно отнести меньший срок службы и стоимость обслуживания щеток и контактов. Сегодня этот двигатель редко используется на транспорте, за исключением некоторых индийских железнодорожных локомотивов.

Бесщеточный двигатель постоянного тока (BLDC): Щетки и их техническое обслуживание устраняются за счет перемещения постоянных магнитов к ротору, размещения электромагнитов на статоре (корпусе) и использования внешнего контроллера двигателя для поочередного переключения различных обмоток возбуждения. от плюса к минусу, тем самым создавая вращающееся магнитное поле.

Преимуществами являются длительный срок службы, низкие эксплуатационные расходы и высокая эффективность. Недостатками являются более высокая начальная стоимость и более сложные регуляторы скорости двигателя, которые обычно требуют трех датчиков Холла для правильной фазировки тока обмотки статора. Это переключение обмоток статора может привести к «пульсациям крутящего момента» — периодическому увеличению и уменьшению передаваемого крутящего момента. Этот тип двигателя EV популярен для небольших транспортных средств, таких как электрические велосипеды и скутеры, и он используется в некоторых вспомогательных автомобильных приложениях, таких как усилитель руля с электроусилителем.

Синхронный двигатель с постоянными магнитами (PMSM): Физически двигатели BLDC и PMSM выглядят практически одинаково. Оба имеют постоянные магниты на роторе и обмотки возбуждения в статоре. Ключевое отличие состоит в том, что вместо использования постоянного тока и периодического включения и выключения различных обмоток для вращения постоянных магнитов, СДПМ работает на непрерывном синусоидальном переменном токе. Это означает, что он не испытывает пульсаций крутящего момента и нуждается только в одном датчике Холла для определения скорости и положения ротора, поэтому он более эффективен и тише.

Слово «синхронный» указывает на то, что ротор вращается с той же скоростью, что и магнитное поле в обмотках. Его большими преимуществами являются удельная мощность и сильный пусковой крутящий момент. Основным недостатком любого двигателя электромобиля с вращающимися постоянными магнитами является то, что он создает «противную электродвижущую силу» (ЭДС), когда не приводится в действие на скорости, что вызывает сопротивление и нагрев, которые могут размагнитить двигатель. Этот тип двигателя также используется в системах рулевого управления с усилителем и тормозных системах, но он стал предпочтительной конструкцией двигателя в большинстве современных аккумуляторных электрических и гибридных транспортных средств.

Обратите внимание, что большинство двигателей с постоянными магнитами всех типов ориентированы по оси север-юг перпендикулярно выходному валу. Это создает «радиальный (магнитный) поток». Новый класс двигателей с «осевым потоком» ориентирует оси магнитов NS параллельно валу, обычно на парах дисков, зажатых между неподвижными обмотками статора. Компактная ориентация осевого потока с высоким крутящим моментом этих так называемых «блинчатых двигателей» может применяться как к двигателям типа BLDC, так и к двигателям PMSM.

Индукция переменного тока: Для этого двигателя мы выбрасываем постоянные магниты на роторе (и их все более дефицитные редкоземельные материалы) и сохраняем переменный ток, протекающий через обмотки статора, как в приведенном выше двигателе с постоянным магнитом.

Вместо магнитов используется концепция, запатентованная Николой Теслой в 1888 году: когда переменный ток протекает через различные обмотки статора, обмотки создают вращающееся поле магнитного потока. Когда эти магнитные линии проходят через перпендикулярные обмотки ротора, они индуцируют электрический ток. Затем это создает другую магнитную силу, которая заставляет ротор вращаться. Поскольку эта сила индуцируется только тогда, когда линии магнитного поля пересекают обмотки ротора, ротор не будет испытывать крутящий момент или силу, если он вращается с той же (синхронной) скоростью, что и вращающееся магнитное поле.

Это означает, что асинхронные двигатели переменного тока по своей природе асинхронны. Скорость ротора регулируется изменением частоты переменного тока. При малых нагрузках инвертор, управляющий двигателем, может снизить напряжение, чтобы уменьшить магнитные потери и повысить эффективность. Отключение асинхронного двигателя во время движения, когда в нем нет необходимости, устраняет сопротивление, создаваемое двигателем с постоянными магнитами, в то время как электромобили с двумя двигателями, использующие двигатели PMSM на обеих осях, всегда должны питать все двигатели. Пиковая эффективность может быть немного выше для конструкций BLDC или PMSM, но асинхронные двигатели переменного тока часто достигают более высокой средней эффективности. Еще одним небольшим компромиссом является немного более низкий пусковой крутящий момент, чем у PMSM. GM EV1 середины 19-го90-х годов, и в большинстве автомобилей Tesla использовались асинхронные двигатели переменного тока.

Нежелательный двигатель: Думайте о «нежелательном сопротивлении» как о магнитном сопротивлении: степени, в которой объект сопротивляется магнитному потоку. Статор реактивного двигателя имеет несколько полюсов электромагнита — сосредоточенные обмотки, которые образуют сильно локализованные северные или южные полюса. В реактивном реактивном двигателе (SRM) ротор изготовлен из магнитомягкого материала, такого как многослойная кремнистая сталь, с множеством выступов, предназначенных для взаимодействия с полюсами статора. Различные полюса электромагнита включаются и выключаются почти так же, как обмотки возбуждения в двигателе постоянного тока BLDC. Использование неравного количества полюсов статора и ротора гарантирует, что некоторые полюса выровнены (для минимального сопротивления), а другие находятся непосредственно между противоположными полюсами (максимальное сопротивление). При переключении полярности статора ротор вращается с асинхронной скоростью.

Синхронный реактивный двигатель (SynRM) не зависит от дисбаланса полюсов ротора и статора. Скорее, двигатели SynRM имеют более распределенную обмотку, питаемую синусоидальным переменным током, как в конструкции PMSM, со скоростью, регулируемой частотно-регулируемым приводом, и ротор сложной формы с пустотами в форме линий магнитного потока для оптимизации сопротивления.

Последней тенденцией является размещение небольших постоянных магнитов (часто более простых ферритовых) в некоторых из этих пустот, чтобы использовать преимущества как магнитного, так и реактивного крутящего момента при минимизации затрат и неэффективности обратной ЭДС (или противоэлектродвижущей силы) на высоких скоростях, которые двигатели с постоянными магнитами страдают.

Преимущества включают более низкую стоимость, простоту и высокую эффективность. Недостатки могут включать шум и пульсации крутящего момента (особенно для вентильных реактивных двигателей). Toyota представила синхронный реактивный двигатель с внутренним постоянным магнитом (IPM SynRM) на Prius, а Tesla теперь сочетает один такой двигатель с асинхронным двигателем переменного тока на своих моделях с двумя двигателями. Tesla также использует IPM SynRM в качестве единственного двигателя для своих моделей с задним приводом.

Электрические моторы никогда не будут петь так, как маленький блок или плоская рукоятка Ferrari. Но, может быть, через десятилетие или около того мы будем относиться к трансмиссии Tesla Plaid так же нежно, как и к этим двигателям, и каждый автолюбитель сможет подробно описать, какие двигатели она использует.

Trending Pages

• Hyundai Santa Fe 2024 года выпуска был намеренно спроектирован в обратном направлении

• Ford F-150 Lightning XLT 2023 года Годовые испытания: ухабистый старт с «RangeLiar»

  9 0205

• 24 часа Ле-Мана MotorTrend Часто задаваемые вопросы: что нужно знать о гонке

• Новые фотографии показывают, что Lexus GX следующего поколения выглядит чертовски крутым

• Новый трехрядный внедорожник Lexus TX вмещает до 8 пассажиров

Рекомендованные истории MotorTrend

Посмотрите рекорд Tesla Model S Plaid, разогнавшийся до 60 миль в час

Кристиан Сибо|