Знаете ли вы, какими бывают электромоторы

По мере увеличения количества электромобилей на дорогах зеленая индустрия также начинает развиваться более активно. Если вы подумываете о приобретении данного типа транспортного средства, вам следует сначала ознакомиться с оборудованием и разобраться в типах электродвигателей и чем они отличаются.

Вернуться к истории

Чтобы понять, чем отличаются электродвигатели, необходимо понять общие принципы их работы. Основная задача электродвигателя – преобразование электрической энергии в механическую. Есть много способов добиться этого, но в большинстве электродвигателей используются одни и те же два основных компонента: статор и ротор.

Статор представляет собой неподвижный магнит, а ротор — вращающийся блок, который попеременно притягивается и отталкивается магнитным полем статора. Изменяя магнитное поле внутри двигателя (быстро меняя полярность ротора или статора), ротор вращается. Электродвигатели вращают объекты, чтобы переместить их, включая колеса. Однако оказывается, что существует множество способов намагнитить объект и заставить ротор вращаться.

Первые электромобили, электрокары, созданные в начале 20 века, использовали простые электрические машины, также известные как двигатели постоянного тока (DC). Эти устройства имеют катушку непосредственно на роторе и магниты на статоре. Вращение ротора достигается путем направления тока к катушкам на нем и изменения его электромагнитного поля так, чтобы оно постоянно противодействовало магнитам на статоре.

В свою очередь, «щетки» на роторе используются для изменения направления тока. Первоначально эти щетки представляли собой пучки проволоки, которые в современных условиях выглядели как щетки; они сделаны из листов твердого углеродного графита.

Щетки контактируют с устройством, называемым коллектором, расположенным на статоре. Коммутатор изменяет направление тока, протекающего по проводам ротора, изменяя электромагнитное поле и заставляя ротор вращаться. Сегодня коллекторные двигатели работают от постоянного тока, который первоначально поступает от аккумуляторной батареи электромобиля.

По данным компании Parvalux, производящей коллекторные двигатели, к преимуществам этой конструкции относится чрезвычайно высокий пусковой момент, а благодаря простой конструкции она стоит намного дешевле, чем большинство других двигателей.

Конечно, недостатком этой технологии является то, что щетки физически контактируют с внешними краями двигателя, создавая трение и снижая эффективность. Это трение также может привести к износу щеток и необходимости их замены. Выделяемое тепло также ограничивает максимальную постоянную скорость, которую может достичь такой электродвигатель.

по этим причинам этот тип двигателя был полностью исчерпан за десятилетие, пока BMW не выпустила последнюю версию трансмиссии eDrive. Он основан на более сложной конструкции, чем старые двигатели постоянного тока: во-первых, они используют переменный ток, что делает их более мощными, чем старые коллекторные двигатели постоянного тока, и, во-вторых, он обеспечивает превосходную эффективность.

BMW заявила, что соотношение мощности и веса электрической трансмиссии пятого поколения «примерно на 30 процентов выше, чем у предыдущего поколения». Кроме того, производство таких двигателей исключает необходимость использования редкоземельных металлов, добыча которых становится все труднее и дороже. Баварцы ранее отмечали, что разработали специальный кожух, позволяющий уменьшить образование пыли на щетках. Это в свою очередь влияет на долговечность коробки передач.

Технология другая

Другим основным типом электродвигателя является бесщеточный двигатель. Вместо использования коммутатора для переключения направления тока магнитное поле можно переключать вообще без физического контакта. В то время как некоторые старые гибридные автомобили оснащены бесщеточными двигателями постоянного тока, в которых ток переключается электронным способом, а не через коммутатор, в большинстве современных электромобилей используются бесщеточные двигатели переменного тока. Сегодня на рынке представлено несколько конструкций двигателей переменного тока, но наиболее распространенными в автомобильной промышленности являются синхронные двигатели с постоянными магнитами (PSM) и асинхронные двигатели.

Асинхронные двигатели работают за счет вращения магнитного поля статора источника переменного тока.

Обратите внимание: Особенности покупки машины с аукциона. Снова Абхазия?Прочитайте и узнаете!.

В этом типе двигателя и статор, и ротор состоят из обмоток. Переменный ток подается на статор, создавая тем самым магнитное поле. Это магнитное поле индуцирует ток в роторе. Ток в роторе имеет собственное магнитное поле, которое противодействует статору, вызывая вращение. Движение магнитного поля статора всегда должно превышать вращение ротора (отсюда и термин «асинхронный»), и вращение будет продолжаться до тех пор, пока не будет отключено питание.

Прелесть асинхронных двигателей в том, что эта технология была продемонстрирована Николой Теслой еще в 1888 году и вскоре после этого реализована. Большинство промышленных двигателей переменного тока, использовавшихся в конце 19 — начале 20 веков, были асинхронными двигателями, которые были дешевы и просты в производстве, поскольку они просто подавали электрический ток для создания магнитного поля.

Уолли Риппель, бывший главный инженер по силовой электронике Tesla, еще в 2007 году заявил, что недостатки таких двигателей заключаются в том, что «асинхронными двигателями труднее управлять, чем бесщеточными системами постоянного тока», а их пиковый КПД ниже, чем у большинства конкурирующих типов двигателей. Поскольку и статоры, и роторы требуют громоздких обмоток, они, как правило, большие и тяжелые. В результате сегодня асинхронные двигатели используются реже, но наиболее широко они используются в Teslas, от оригинального родстера до переднеприводной модели Y.

постоянный ток

С другой стороны, синхронный двигатель с постоянными магнитами подает ток только на статор. В этой системе меняется магнитное поле и ротор вращается с одинаковой скоростью, поэтому ее называют «синхронной». Хотя технически построить такой двигатель сложнее, чем асинхронный — он не может запуститься самостоятельно, а невозможность полностью отключить электромагнитное поле приводит к сопротивлению качению без питания. В то же время такие двигатели компактнее, легче и обеспечивают оптимальный крутящий момент.

Эти недостатки настолько серьезны, что почти все электромобили в последние годы используют двигатели с постоянными магнитами, включая Tesla, которая прекратила использование специализированных асинхронных двигателей в конце прошлого десятилетия. Самая большая проблема, с которой сталкивается большинство автопроизводителей при использовании двигателей с постоянными магнитами, — это производство самих магнитов, поскольку для их производства требуется большое количество редкоземельных металлов. Их добыча обходится дорого, а нынешние мировые поставки почти полностью проходят через Китай, что затрудняет поиск поставщиков для западных компаний.

дурацкий флюс

В то время как BMW полностью отказалась от редкоземельных металлов, используя коллекторные двигатели переменного тока, другие производители стремятся свести к минимуму использование этих металлов без снижения выходной мощности. Поэтому следующим большим достижением в электродвигателях может стать переход от радиального потока (который в настоящее время используется в каждом из вышеперечисленных типов электродвигателей) к осевому потоку.

Проще говоря, магнитный поток — это само магнитное поле. Радиальный поток — это движение поля, действующего в радиальном направлении (полезно, например, для вращения ротора внутри корпуса статора); напротив, в двигателях с осевым магнитным потоком проводники располагаются радиально, а магнитное поле перемещается вдоль оси ротора. Ротор в этой системе больше не находится внутри статора. Они работают как два диска параллельно друг другу. Идея осевых двигателей существует уже два столетия, но лишь недавно была достигнута напряженность магнитного поля, необходимая для работы в промышленных масштабах.

Однако с развитием электромобилей магнитные технологии значительно улучшились, и теперь возможны осевые двигатели, хотя массовое производство их еще долгое время не будет. Привод Quark от Koenigsegg Gemera представляет собой гибридный радиально-осевой электродвигатель, который обеспечивает лучшую удельную мощность среди всех электродвигателей, представленных сегодня на рынке. Производитель электродвигателей YASA (теперь принадлежащий Mercedes-Benz) утверждает, что его двигатель обеспечивает «в четыре раза больший крутящий момент и вдвое большую удельную мощность», чем радиальный двигатель, при этом весит лишь вдвое меньше, чем радиальный двигатель, но в 20 раз меньше.

Эти двигатели YASA были достаточно эффективны, чтобы привести Риса Миллена к его первой полной победе на Пайкс-Пике в гонке полностью электрических автомобилей 2015 года. Хотя осевые двигатели по-прежнему требуют мощных постоянных магнитов, они более эффективны, чем радиальные двигатели, поскольку для их производства требуется гораздо меньше редкоземельных металлов. Это означает, что по мере снижения затрат все больше и больше производителей могут начать рассматривать его как трансмиссию для электромобилей потребительского уровня.

[Мой] Трафик Автомобилистам Полезные Автомобили Автомобили Электромобили Технологии BMW История автомобилей Как Двигатели Водители Запчасти Текущие изобретения Гоночные Автомобили Длинный пост 2

Больше интересных статей здесь: Обзоры.

Источник статьи: Знаете ли вы, какими бывают электромоторы.