Автомобилните ентусиасти винаги са били фанатични по отношение на двигателите, но електрифицирането е неудържимо и резервите от знания на някои хора може да се нуждаят от актуализиране.
Най-познатият днес е четиритактовият двигател, който е и източникът на енергия за повечето превозни средства, задвижвани с бензин.Подобно на четиритактовите, двутактовите и ванкеловите роторни двигатели на двигателите с вътрешно горене, двигателите на електрическите превозни средства могат да бъдат разделени на синхронни двигатели и асинхронни двигатели според разликата в роторите. Асинхронните двигатели се наричат още асинхронни двигатели, докато синхронните двигатели съдържат постоянни магнити. и ток за възбуждане на двигателя.
Статор и ротор
Всички видове двигатели за електрически превозни средства се състоят от две основни части: статор и ротор.
Статор▼
Статорът е частта от двигателя, която остава неподвижна и е неподвижният корпус на двигателя, монтиран на шасито като блока на двигателя.Роторът е единствената движеща се част на двигателя, подобно на коляновия вал, която изпраща въртящ момент през трансмисията и диференциала.
Статорът се състои от три части: ядро на статора, намотка на статора и рамка.Множеството успоредни жлебове в тялото на статора са изпълнени със свързани помежду си медни намотки.
Тези намотки съдържат спретнати медни вложки с фиби, които увеличават плътността на запълване на слота и директния контакт проводник-проводник.Плътните намотки увеличават капацитета на въртящия момент, докато краищата са по-прецизно подредени, намалявайки обема за по-малък общ пакет.
Статор и ротор▼
Основната функция на статора е да генерира въртящо се магнитно поле (RMF), докато основната функция на ротора е да бъде прекъсван от линиите на магнитната сила във въртящото се магнитно поле, за да генерира (изходен) ток.
Моторът използва трифазен променлив ток, за да зададе въртящото се поле, а честотата и мощността му се контролират от силовата електроника, която реагира на ускорителя.Батериите са устройства с постоянен ток (DC), така че силовата електроника на електрическото превозно средство включва DC-AC инвертор, който захранва статора с необходимия AC ток за създаване на изключително важното променливо въртящо се магнитно поле.
Но си струва да се отбележи, че тези двигатели също са генератори, което означава, че колелата ще задвижват ротора вътре в статора, предизвиквайки въртящо се магнитно поле в другата посока, изпращайки енергия обратно към батерията чрез AC-DC конвертор.
Този процес, известен като регенеративно спиране, създава съпротивление и забавя автомобила.Регенерацията е в основата не само на разширяването на обхвата на електрическите превозни средства, но и на високоефективните хибриди, тъй като екстензивната регенерация подобрява икономията на гориво.Но в реалния свят регенерацията не е толкова ефективна, колкото „търкалянето на колата“, което избягва загубата на енергия.
Повечето електромобили разчитат на едноскоростна трансмисия, за да забавят въртенето между двигателя и колелата.Подобно на двигателите с вътрешно горене, електрическите двигатели са най-ефективни при ниски обороти и високо натоварване.
Докато EV може да получи приличен пробег с една предавка, по-тежките пикапи и SUV използват многоскоростни трансмисии, за да увеличат обхвата при високи скорости.
Електромобилите с няколко предавки са необичайни и днес само Audi e-tron GT и Porsche Taycan използват двустепенни трансмисии.
Три типа мотори
Роден през 19 век, роторът на асинхронния двигател се състои от надлъжни слоеве или ленти от проводящ материал, най-често мед и понякога алуминий.Въртящото се магнитно поле на статора индуцира ток в тези листове, което от своя страна създава електромагнитно поле (ЕМП), което започва да се върти във въртящото се магнитно поле на статора.
Индукционните двигатели се наричат асинхронни двигатели, тъй като индуцираното електромагнитно поле и въртящият момент могат да се генерират само когато скоростта на ротора изостава от въртящото се магнитно поле.Тези типове двигатели са често срещани, защото не изискват редкоземни магнити и са сравнително евтини за производство.Но те са по-малко способни да разсейват топлината при продължителни високи натоварвания и по своята същност са по-малко ефективни при ниски скорости.
Двигател с постоянен магнит, както подсказва името, неговият ротор има собствен магнетизъм и не изисква мощност за създаване на магнитното поле на ротора.Те са по-ефективни при ниски скорости.Такъв ротор също се върти синхронно с въртящото се магнитно поле на статора, така че се нарича синхронен двигател.
Обаче простото обвиване на ротора с магнити има своите проблеми.Първо, това изисква по-големи магнити и с добавеното тегло може да бъде трудно да се поддържа синхрон при високи скорости.Но по-големият проблем е така нареченият високоскоростен „обратен ЕМП“, който увеличава съпротивлението, ограничава максималната мощност и генерира излишна топлина, която може да повреди магнитите.
За да решат този проблем, повечето двигатели с постоянен магнит за електрически превозни средства имат вътрешни постоянни магнити (IPM), които се плъзгат по двойки в надлъжни V-образни жлебове, подредени в множество части под повърхността на желязното ядро на ротора.
V-образният жлеб поддържа постоянните магнити в безопасност при високи скорости, но създава въртящ момент между магнитите.Магнитите се привличат или отблъскват от други магнити, но обикновеното нежелание привлича зърната на железния ротор към въртящото се магнитно поле.
Постоянните магнити влизат в действие при ниски скорости, докато въртящият момент на нежелание поема при високи скорости.В тази структура се използва Prius.
Последният тип двигател с ток се появи едва наскоро в електрическите превозни средства. И двата по-горе са безчеткови двигатели. Традиционната мъдрост твърди, че безчетковите двигатели са единствената жизнеспособна опция за електрически превозни средства.А BMW наскоро излезе срещу нормата и инсталира синхронни променливотокови двигатели с четка, възбуждани от ток, на новите модели i4 и iX.
Роторът на този тип двигател взаимодейства с въртящото се магнитно поле на статора, точно като ротор с постоянен магнит, но вместо да има постоянни магнити, той използва шест широки медни пластини, които използват енергия от DC батерия, за да създадат необходимото електромагнитно поле .
Това изисква плъзгащи пръстени и пружинни четки да бъдат монтирани на вала на ротора, така че някои хора се страхуват, че четките ще се износят и ще натрупат прах и изоставят този метод.Въпреки че масивът от четки е затворен в отделен корпус с подвижен капак, остава да се види дали износването на четките е проблем.
Липсата на постоянни магнити избягва нарастващите разходи за редкоземни елементи и въздействието върху околната среда от добива.Това решение също така дава възможност да се променя силата на магнитното поле на ротора, като по този начин позволява допълнителна оптимизация.Все пак захранването на ротора все още консумира известна мощност, което прави тези двигатели по-малко ефективни, особено при ниски скорости, където енергията, необходима за създаване на магнитното поле, е по-голяма част от общата консумация.
В кратката история на електрическите превозни средства синхронните двигатели с променлив ток, възбуждани от ток, са сравнително нови и все още има много място за нови идеи за развитие и имаше големи повратни точки, като преминаването на Tesla от концепции за индукционни двигатели към постоянни магнити синхронен двигател.И ние сме по-малко от десетилетие в ерата на модерния EV и едва започваме.
Време на публикуване: 21 януари 2023 г