Любителі автомобілів завжди були фанатиками щодо двигунів, але електрифікацію неможливо зупинити, і запаси знань деяких людей, можливо, потребують оновлення.
Найвідомішим сьогодні є чотиритактний двигун, який також є джерелом енергії для більшості автомобілів з бензиновим двигуном.Подібно до чотиритактних, двотактних і роторних двигунів Ванкеля двигунів внутрішнього згоряння, двигуни електромобілів можна розділити на синхронні двигуни та асинхронні двигуни відповідно до різниці в роторах.Асинхронні двигуни також називаються асинхронними двигунами, тоді як синхронні двигуни містять постійні магніти.і струм для збудження двигуна.
Статор і ротор
Всі типи електромоторів складаються з двох основних частин: статора і ротора.
Статор▼
Статор — це частина двигуна, яка залишається нерухомою і є нерухомим корпусом двигуна, встановленим на шасі, як і блок двигуна.Ротор є єдиною рухомою частиною двигуна, подібною до колінчастого вала, яка передає крутний момент через трансмісію та диференціал.
Статор складається з трьох частин: сердечника статора, обмотки статора і рами.Багато паралельних канавок у корпусі статора заповнені з’єднаними між собою мідними обмотками.
Ці обмотки містять акуратні шпилькові мідні вставки, які збільшують щільність заповнення пазів і прямий контакт між проводами.Щільні обмотки збільшують потужність крутного моменту, тоді як кінці акуратно розташовані в шаховому порядку, зменшуючи обсяг для меншої загальної упаковки.
Статор і ротор▼
Основною функцією статора є створення обертового магнітного поля (RMF), тоді як основною функцією ротора є розрізання силовими лініями магнітного поля в обертовому магнітному полі для генерування (виведення) струму.
Двигун використовує трифазний змінний струм для встановлення обертового поля, а його частота та потужність контролюються силовою електронікою, яка реагує на акселератор.Батареї є пристроями постійного струму (DC), тому силова електроніка електромобіля включає інвертор DC-AC, який постачає статор необхідним змінним струмом для створення надзвичайно важливого змінного обертового магнітного поля.
Але варто зазначити, що ці двигуни також є генераторами, тобто колеса рухатимуть ротор усередині статора, індукуючи обертове магнітне поле в іншому напрямку, надсилаючи енергію назад до батареї через перетворювач змінного та постійного струму.
Цей процес, відомий як рекуперативне гальмування, створює опір і сповільнює автомобіль.Регенерація є основою не лише розширення діапазону електромобілів, а й високоефективних гібридів, оскільки екстенсивна регенерація покращує економію палива.Але в реальному світі регенерація не така ефективна, як «перекочування автомобіля», що дозволяє уникнути втрат енергії.
Більшість електромобілів покладаються на одношвидкісну коробку передач, щоб уповільнити обертання між двигуном і колесами.Як і двигуни внутрішнього згоряння, електродвигуни найбільш ефективні при малих обертах і високому навантаженні.
У той час як EV може мати пристойний запас ходу з однією передачею, важчі пікапи та позашляховики використовують багатошвидкісні трансмісії для збільшення запасу ходу на високих швидкостях.
Багатоступінчасті електромобілі — рідкість, і сьогодні лише Audi e-tron GT і Porsche Taycan використовують двошвидкісні трансмісії.
Три типи двигунів
Народжений у 19 столітті ротор асинхронного двигуна складається з поздовжніх шарів або смуг провідного матеріалу, найчастіше міді та іноді алюмінію.Обертове магнітне поле статора індукує струм у цих пластинах, що, у свою чергу, створює електромагнітне поле (ЕМП), яке починає обертатися в обертовому магнітному полі статора.
Асинхронні двигуни називаються асинхронними, тому що індуковане електромагнітне поле та обертовий момент можуть створюватися лише тоді, коли швидкість ротора відстає від обертового магнітного поля.Ці типи двигунів поширені, тому що вони не потребують рідкоземельних магнітів і є відносно дешевими у виробництві.Але вони менш здатні розсіювати тепло при тривалих високих навантаженнях і за своєю суттю менш ефективні на низьких швидкостях.
Двигун з постійними магнітами, як випливає з назви, його ротор має власний магнетизм і не вимагає енергії для створення магнітного поля ротора.Вони більш ефективні на малих швидкостях.Такий ротор також обертається синхронно з обертовим магнітним полем статора, тому його називають синхронним двигуном.
Однак просте обгортання ротора магнітами має свої проблеми.По-перше, для цього потрібні більші магніти, а з додатковою вагою може бути важко підтримувати синхронізацію на високих швидкостях.Але більшою проблемою є так звана високошвидкісна «зворотна ЕРС», яка збільшує опір, обмежує максимальну потужність і генерує надлишок тепла, який може пошкодити магніти.
Щоб вирішити цю проблему, більшість двигунів електромобілів з постійними магнітами мають внутрішні постійні магніти (IPM), які ковзають попарно в поздовжні V-подібні канавки, розташовані у вигляді кількох пелюстків під поверхнею залізного сердечника ротора.
V-подібна канавка зберігає постійні магніти в безпеці на високих швидкостях, але створює обертовий момент між магнітами.Магніти або притягуються до інших магнітів, або відштовхуються ними, але звичайне небажання притягує пелюстки залізного ротора до обертового магнітного поля.
Постійні магніти спрацьовують на низьких швидкостях, тоді як на високих швидкостях діє крутний момент.У цій конструкції використовується Prius.
Останній тип двигуна, що збуджується струмом, лише нещодавно з’явився в електромобілях.Обидва перераховані вище є безщітковими двигунами.Звичайна мудрість стверджує, що безщіточні двигуни є єдиним життєздатним варіантом для електромобілів.А BMW нещодавно пішла проти норми та встановила синхронні двигуни змінного струму зі щітковим струмом на нові моделі i4 та iX.
Ротор цього типу двигуна взаємодіє з обертовим магнітним полем статора, як і ротор з постійним магнітом, але замість постійних магнітів він використовує шість широких мідних пелюсток, які використовують енергію від батареї постійного струму для створення необхідного електромагнітного поля. .
Для цього на валу ротора потрібно встановити контактні кільця та пружинні щітки, тому деякі люди бояться, що щітки зношуються та накопичуватимуть пил, і відмовляються від цього методу.Хоча масив щіток укладено в окремий корпус зі знімною кришкою, ще невідомо, чи є проблемою знос щіток.
Відсутність постійних магнітів дозволяє уникнути зростання вартості рідкоземельних металів і впливу видобутку на навколишнє середовище.Це рішення також дозволяє змінювати напруженість магнітного поля ротора, що забезпечує подальшу оптимізацію.Тим не менш, живлення ротора все ще споживає деяку кількість енергії, що робить ці двигуни менш ефективними, особливо на низьких швидкостях, де енергія, необхідна для створення магнітного поля, становить більшу частку від загального споживання.
У короткій історії електромобілів синхронні двигуни змінного струму, що збуджуються струмом, є відносно новими, і є ще багато можливостей для розвитку нових ідей, і відбулися важливі поворотні моменти, такі як перехід Тесла від концепції асинхронних двигунів до постійних магніти синхронний двигун.До ери сучасного електромобіля минуло менше десяти років, і ми тільки починаємо.
Час публікації: 21 січня 2023 р