Bilentusiaster har alltid vært fanatiske når det gjelder motorer, men elektrifisering er ustoppelig, og noens kunnskapsreserver må kanskje oppdateres.
Den mest kjente i dag er firetaktsmotoren, som også er kraftkilden for de fleste bensindrevne kjøretøyer.I likhet med firetakts-, totakts- og wankelrotormotorene til forbrenningsmotorer, kan elektriske kjøretøymotorer deles inn i synkronmotorer og asynkronmotorer i henhold til forskjellen i rotorer. Asynkronmotorer kalles også induksjonsmotorer, mens synkronmotorer inneholder permanente magneter. og strøm for å stimulere motoren.
Stator og rotor
Alle typer elektriske kjøretøymotorer består av to hoveddeler: en stator og en rotor.
Stator▼
Statoren er den delen av motoren som forblir stasjonær og er det faste huset til motoren, montert på chassiset som motorblokken.Rotoren er den eneste bevegelige delen av motoren, lik veivakselen, som sender dreiemoment ut gjennom girkassen og differensialen.
Statoren består av tre deler: statorkjerne, statorvikling og ramme.De mange parallelle sporene i statorens kropp er fylt med sammenkoblede kobberviklinger.
Disse viklingene inneholder pene hårnåls-kobberinnsatser som øker spaltens fyllingstetthet og direkte ledning-til-ledning-kontakt.Tette viklinger øker dreiemomentkapasiteten, mens endene er mer pent forskjøvet, noe som reduserer bulk for en mindre totalpakke.
Stator og rotor▼
Statorens hovedfunksjon er å generere et roterende magnetfelt (RMF), mens rotorens hovedfunksjon er å kuttes av de magnetiske kraftlinjene i det roterende magnetfeltet for å generere (utgangs)strøm.
Motoren bruker trefaset vekselstrøm for å stille inn rotasjonsfeltet, og dens frekvens og effekt styres av kraftelektronikk som reagerer på akseleratoren.Batterier er likestrømsenheter (DC), så det elektriske kjøretøyets kraftelektronikk inkluderer en DC-AC-omformer som forsyner statoren med den nødvendige AC-strømmen for å skape det viktige variable roterende magnetfeltet.
Men det er verdt å påpeke at disse motorene også er generatorer, noe som betyr at hjulene vil tilbakedrive rotoren inne i statoren, indusere et roterende magnetfelt i den andre retningen, og sende strøm tilbake til batteriet via en AC-DC-omformer.
Denne prosessen, kjent som regenerativ bremsing, skaper luftmotstand og bremser kjøretøyet.Regenerering er kjernen, ikke bare for å utvide rekkevidden til elektriske kjøretøy, men også for høyeffektive hybrider, ettersom omfattende regenerering forbedrer drivstofføkonomien.Men i den virkelige verden er ikke regenerering like effektivt som å «rulle bilen», noe som unngår energitap.
De fleste elbiler er avhengige av en enkelt-trinns girkasse for å redusere spinn mellom motoren og hjulene.I likhet med forbrenningsmotorer er elektriske motorer mest effektive ved lavt turtall og høy belastning.
Mens en EV kan få anstendig rekkevidde med ett enkelt gir, bruker tyngre pickuper og SUV-er multi-speed girkasser for å øke rekkevidden i høye hastigheter.
EV-er med flere gir er uvanlig, og i dag er det kun Audi e-tron GT og Porsche Taycan som bruker to-trinns girkasser.
Tre motortyper
Induksjonsmotorens rotor ble født på 1800-tallet og består av langsgående lag eller strimler av ledende materiale, oftest kobber og noen ganger aluminium.Statorens roterende magnetfelt induserer en strøm i disse arkene, som igjen skaper et elektromagnetisk felt (EMF) som begynner å rotere innenfor statorens roterende magnetfelt.
Induksjonsmotorer kalles asynkronmotorer fordi det induserte elektromagnetiske feltet og rotasjonsmomentet bare kan genereres når rotorhastigheten henger etter det roterende magnetfeltet.Disse motortypene er vanlige fordi de ikke krever sjeldne jordmagneter og er relativt billige å produsere.Men de er mindre i stand til å spre varme ved vedvarende høye belastninger, og er iboende mindre effektive ved lave hastigheter.
Permanentmagnetmotor, som navnet antyder, har rotoren sin egen magnetisme og krever ikke strøm for å skape rotorens magnetfelt.De er mer effektive ved lave hastigheter.En slik rotor roterer også synkront med det roterende magnetfeltet til statoren, så det kalles en synkronmotor.
Men bare det å pakke inn rotoren med magneter har sine egne problemer.For det første krever dette større magneter, og med den ekstra vekten kan det være vanskelig å holde synkronisert i høye hastigheter.Men det største problemet er den såkalte høyhastighets "back EMF", som øker luftmotstanden, begrenser toppeffekten og genererer overflødig varme som kan skade magnetene.
For å løse dette problemet har de fleste permanentmagnetmotorer for elektriske kjøretøy interne permanentmagneter (IPM) som glir parvis inn i langsgående V-formede spor, arrangert i flere lober under overflaten av rotorens jernkjerne.
V-sporet holder permanentmagnetene trygge ved høye hastigheter, men skaper et motviljemoment mellom magnetene.Magneter er enten tiltrukket av eller frastøtt av andre magneter, men vanlig motvilje, tiltrekker lober av jernrotoren til det roterende magnetfeltet.
Permanentmagnetene spiller inn ved lave hastigheter, mens reluktansmomentet tar over ved høye hastigheter.Prius brukes i denne strukturen.
Den siste typen strømbegeistret motor har først nylig dukket opp i elektriske kjøretøy. Begge de ovennevnte er børsteløse motorer. Konvensjonell visdom mener at børsteløse motorer er det eneste levedyktige alternativet for elektriske kjøretøy.Og BMW har nylig gått mot normen og installert børstet strømbegeistrede AC-synkronmotorer på de nye i4- og iX-modellene.
Rotoren til denne motortypen samhandler med det roterende magnetfeltet til statoren, akkurat som en permanentmagnetrotor, men i stedet for å ha permanente magneter, bruker den seks brede kobberlober som bruker energi fra et DC-batteri for å skape det nødvendige elektromagnetiske feltet .
Dette krever at sliperinger og fjærbørster skal installeres på rotorakselen, så noen mennesker er redde for at børstene vil slites og samle støv og forlate denne metoden.Mens børstearrayen er innelukket i et separat kabinett med et avtagbart deksel, gjenstår det å se om børsteslitasje er et problem.
Fraværet av permanente magneter unngår de økende kostnadene for sjeldne jordarter og miljøpåvirkningen av gruvedrift.Denne løsningen gjør det også mulig å variere magnetfeltstyrken til rotoren, og dermed muliggjøre ytterligere optimalisering.Likevel bruker det fortsatt en del strøm å drive rotoren, noe som gjør disse motorene mindre effektive, spesielt ved lave hastigheter, hvor energien som kreves for å skape magnetfeltet er en større andel av det totale forbruket.
I den korte historien til elektriske kjøretøyer er strømbegeistrede AC-synkronmotorer relativt nye, og det er fortsatt mye rom for nye ideer å utvikle seg, og det har vært store vendepunkter, som Teslas overgang fra induksjonsmotorkonsepter til permanente magneter synkron motor.Og vi er mindre enn et tiår inn i den moderne elbilens æra, og vi er så vidt i gang.
Innleggstid: 21-jan-2023