Automobiloví nadšenci byli vždy fanatičtí do motorů, ale elektrifikace je nezastavitelná a vědomostní rezervy některých lidí možná bude třeba aktualizovat.
Nejznámější je dnes čtyřtaktní motor, který je také zdrojem energie pro většinu vozidel poháněných benzínem.Podobně jako u čtyřdobých, dvoudobých a Wankelových rotorových motorů spalovacích motorů lze elektromotory pro elektromobily podle rozdílu rotorů rozdělit na synchronní motory a asynchronní motory. Asynchronní motory se také nazývají indukční motory, zatímco synchronní motory obsahují permanentní magnety. a proud pro buzení motoru.
Stator a rotor
Všechny typy motorů elektrických vozidel se skládají ze dvou hlavních částí: statoru a rotoru.
Stator▼
Stator je část motoru, která zůstává nehybná a je pevnou skříní motoru, namontovanou na podvozku jako blok motoru.Rotor je jedinou pohyblivou částí motoru, podobně jako klikový hřídel, která posílá točivý moment ven přes převodovku a diferenciál.
Stator se skládá ze tří částí: jádra statoru, vinutí statoru a rámu.Mnoho paralelních drážek v těle statoru je vyplněno propojenými měděnými vinutími.
Tato vinutí obsahují úhledné vlásenkové měděné vložky, které zvyšují hustotu výplně štěrbiny a přímý kontakt mezi dráty.Husté vinutí zvyšují kapacitu točivého momentu, zatímco konce jsou úhledněji uspořádány, což snižuje objem pro menší celkové balení.
Stator a rotor▼
Hlavní funkcí statoru je generovat točivé magnetické pole (RMF), zatímco hlavní funkcí rotoru je přerušovat magnetickými siločarami v točivém magnetickém poli generovat (výstupní) proud.
Motor využívá k nastavení točivého pole třífázový střídavý proud a jeho frekvenci a výkon řídí výkonová elektronika, která reaguje na akcelerátor.Baterie jsou zařízení se stejnosměrným proudem (DC), takže výkonová elektronika elektrického vozidla zahrnuje DC-AC invertor, který dodává statoru potřebný střídavý proud k vytvoření velmi důležitého proměnného rotujícího magnetického pole.
Ale stojí za to zdůraznit, že tyto motory jsou také generátory, což znamená, že kola budou zpětně pohánět rotor uvnitř statoru, indukovat rotující magnetické pole v opačném směru a posílat energii zpět do baterie přes AC-DC měnič.
Tento proces, známý jako regenerativní brzdění, vytváří odpor a zpomaluje vozidlo.Regenerace je základem nejen prodlužování dojezdu elektrických vozidel, ale také vysoce účinných hybridů, protože rozsáhlá regenerace zlepšuje spotřebu paliva.Ale v reálném světě není regenerace tak účinná jako „projíždění auta“, které zabraňuje ztrátě energie.
Většina elektromobilů spoléhá na jednorychlostní převodovku, která zpomaluje prokluz mezi motorem a koly.Stejně jako spalovací motory jsou elektromotory nejúčinnější při nízkých otáčkách a vysokém zatížení.
Zatímco EV může získat slušný dojezd s jedním převodovým stupněm, těžší snímače a SUV používají vícerychlostní převodovky ke zvýšení rozsahu při vysokých rychlostech.
Vícerychlostní elektromobily nejsou běžné a dnes pouze Audi e-tron GT a Porsche Taycan používají dvourychlostní převodovky.
Tři typy motorů
Rotor indukčního motoru zrozený v 19. století sestává z podélných vrstev nebo pásů vodivého materiálu, nejčastěji mědi a někdy hliníku.Rotující magnetické pole statoru indukuje v těchto listech proud, který zase vytváří elektromagnetické pole (EMF), které se začíná otáčet v rotujícím magnetickém poli statoru.
Indukční motory se nazývají asynchronní motory, protože indukované elektromagnetické pole a rotační moment mohou být generovány pouze tehdy, když otáčky rotoru zaostávají za rotujícím magnetickým polem.Tyto typy motorů jsou běžné, protože nevyžadují magnety ze vzácných zemin a jejich výroba je relativně levná.Ale jsou méně schopné odvádět teplo při trvalém vysokém zatížení a jsou ze své podstaty méně účinné při nízkých rychlostech.
Motor s permanentním magnetem, jak název napovídá, jeho rotor má svůj vlastní magnetismus a nepotřebuje energii k vytvoření magnetického pole rotoru.Jsou účinnější při nízkých rychlostech.Takový rotor se také otáčí synchronně s točivým magnetickým polem statoru, proto se nazývá synchronní motor.
Pouhé obalení rotoru magnety má však své vlastní problémy.Za prvé to vyžaduje větší magnety a s přidanou hmotností může být obtížné udržet synchronizaci při vysokých rychlostech.Větším problémem je ale takzvaný vysokorychlostní „back EMF“, který zvyšuje odpor, omezuje špičkový výkon a generuje nadměrné teplo, které může poškodit magnety.
K vyřešení tohoto problému má většina motorů s permanentními magnety elektrických vozidel vnitřní permanentní magnety (IPM), které se po párech zasouvají do podélných drážek ve tvaru V, uspořádaných do více laloků pod povrchem železného jádra rotoru.
V-drážka udržuje permanentní magnety v bezpečí při vysokých rychlostech, ale vytváří reluktanční moment mezi magnety.Magnety jsou buď přitahovány nebo odpuzovány jinými magnety, ale obyčejná váhavost přitahuje laloky železného rotoru k rotujícímu magnetickému poli.
Permanentní magnety vstupují do hry při nízkých otáčkách, zatímco reluktanční moment přebírá při vysokých otáčkách.V této struktuře je použit Prius.
Poslední typ proudově buzeného motoru se v elektrických vozidlech objevil teprve nedávno. Oba výše uvedené jsou bezkomutátorové motory. Konvenční moudrost tvrdí, že bezkomutátorové motory jsou jedinou schůdnou možností pro elektrická vozidla.A BMW nedávno šlo proti normě a do nových modelů i4 a iX nainstalovalo střídavé synchronní motory s buzením proudu.
Rotor tohoto typu motoru interaguje s rotujícím magnetickým polem statoru, přesně jako rotor s permanentními magnety, ale namísto permanentních magnetů používá šest širokých měděných laloků, které využívají energii ze stejnosměrné baterie k vytvoření potřebného elektromagnetického pole. .
To vyžaduje instalaci sběracích kroužků a pružinových kartáčů na hřídel rotoru, takže se někteří lidé obávají, že se kartáče opotřebovávají a hromadí prach, a tuto metodu opouštějí.Zatímco řada kartáčů je uzavřena v samostatném pouzdře s odnímatelným krytem, zbývá zjistit, zda opotřebení kartáčů není problémem.
Absence permanentních magnetů zabraňuje rostoucí ceně vzácných zemin a dopadu těžby na životní prostředí.Toto řešení také umožňuje měnit intenzitu magnetického pole rotoru a tím umožňuje další optimalizaci.Napájení rotoru stále spotřebovává určitý výkon, což činí tyto motory méně účinnými, zejména při nízkých otáčkách, kde energie potřebná k vytvoření magnetického pole tvoří větší podíl na celkové spotřebě.
V krátké historii elektrických vozidel jsou proudem buzené střídavé synchronní motory relativně nové a stále existuje velký prostor pro vývoj nových nápadů a došlo k velkým zlomům, jako je přechod Tesly od konceptů indukčních motorů k trvalým synchronní motor s magnety.A to jsme méně než deset let v éře moderních elektromobilů a jsme teprve na začátku.
Čas odeslání: 21. ledna 2023