Bilentusiaster har alltid varit fanatiska när det gäller motorer, men elektrifieringen går inte att stoppa, och vissa människors kunskapsreserver kan behöva uppdateras.
Den mest kända idag är fyrtaktsmotorn, som också är kraftkällan för de flesta bensindrivna fordon.I likhet med fyrtakts-, tvåtakts- och wankelrotormotorer i förbränningsmotorer kan elfordonsmotorer delas in i synkronmotorer och asynkronmotorer beroende på skillnaden i rotorer. Asynkronmotorer kallas även induktionsmotorer, medan synkronmotorer innehåller permanentmagneter. och ström för att excitera motorn.
Stator och rotor
Alla typer av elfordonsmotorer består av två huvuddelar: en stator och en rotor.
Stator▼
Statorn är den del av motorn som förblir stationär och är motorns fasta hus, monterad på chassit som motorblocket.Rotorn är den enda rörliga delen av motorn, liknande vevaxeln, som skickar vridmoment ut genom transmissionen och differentialen.
Statorn består av tre delar: statorkärna, statorlindning och ram.De många parallella spåren i statorns kropp är fyllda med sammankopplade kopparlindningar.
Dessa lindningar innehåller snygga hårnålskopparinsatser som ökar spårfyllningens täthet och direkt tråd-till-tråd-kontakt.Täta lindningar ökar vridmomentkapaciteten, medan ändarna är mer prydligt förskjutna, vilket minskar bulk för ett mindre totalpaket.
Stator och rotor▼
Statorns huvudfunktion är att generera ett roterande magnetfält (RMF), medan rotorns huvudfunktion är att skäras av de magnetiska kraftlinjerna i det roterande magnetfältet för att generera (utgångs)ström.
Motorn använder trefas växelström för att ställa in rotationsfältet, och dess frekvens och effekt styrs av kraftelektronik som svarar på gaspedalen.Batterier är likströmsenheter (DC), så elfordonets kraftelektronik inkluderar en DC-AC-växelriktare som förser statorn med den nödvändiga växelströmmen för att skapa det så viktiga variabla roterande magnetfältet.
Men det är värt att påpeka att dessa motorer också är generatorer, vilket innebär att hjulen kommer att backdriva rotorn inuti statorn, vilket inducerar ett roterande magnetfält i den andra riktningen, vilket skickar tillbaka ström till batteriet via en AC-DC-omvandlare.
Denna process, känd som regenerativ bromsning, skapar motstånd och saktar ner fordonet.Förnyelse är kärnan, inte bara för att utöka utbudet av elfordon, utan också för högeffektiva hybrider, eftersom omfattande regenerering förbättrar bränsleekonomin.Men i den verkliga världen är regenerering inte lika effektivt som att "rulla bilen", vilket undviker energiförlust.
De flesta elbilar är beroende av en enväxlad växellåda för att bromsa spinn mellan motorn och hjulen.Liksom förbränningsmotorer är elmotorer mest effektiva vid låga varvtal och hög belastning.
Medan en EV kan få anständig räckvidd med en enda växel, använder tyngre pickuper och stadsjeepar flerväxlade transmissioner för att öka räckvidden vid höga hastigheter.
Flerväxlade elbilar är ovanliga, och idag är det bara Audi e-tron GT och Porsche Taycan som använder tvåväxlade växellådor.
Tre motortyper
Född på 1800-talet, induktionsmotorns rotor består av längsgående skikt eller remsor av ledande material, oftast koppar och ibland aluminium.Statorns roterande magnetfält inducerar en ström i dessa ark, vilket i sin tur skapar ett elektromagnetiskt fält (EMF) som börjar rotera inom statorns roterande magnetfält.
Induktionsmotorer kallas asynkronmotorer eftersom det inducerade elektromagnetiska fältet och rotationsvridmomentet endast kan genereras när rotorhastigheten släpar efter det roterande magnetfältet.Dessa typer av motorer är vanliga eftersom de inte kräver sällsynta jordartsmagneter och är relativt billiga att tillverka.Men de är mindre kapabla att avleda värme vid ihållande höga belastningar och är i sig mindre effektiva vid låga hastigheter.
Permanentmagnetmotor, som namnet antyder, har dess rotor sin egen magnetism och kräver ingen kraft för att skapa rotorns magnetfält.De är mer effektiva vid låga hastigheter.En sådan rötor roterar också synkront med statorns roterande magnetfält, så det kallas en synkronmotor.
Men att bara linda in rotorn med magneter har sina egna problem.För det första kräver detta större magneter, och med den extra vikten kan det vara svårt att hålla synk i höga hastigheter.Men det större problemet är den så kallade höghastighets "back EMF", som ökar motståndet, begränsar toppeffekten och genererar överskottsvärme som kan skada magneterna.
För att lösa detta problem har de flesta permanentmagnetmotorer för elektriska fordon interna permanentmagneter (IPM) som glider i par i längsgående V-formade spår, arrangerade i flera lober under ytan av rotorns järnkärna.
V-spåret håller permanentmagneterna säkra vid höga hastigheter, men skapar ett reluktansvridmoment mellan magneterna.Magneter attraheras antingen av eller stöts bort av andra magneter, men vanlig motvilja lockar järnrotorns lober till det roterande magnetfältet.
Permanentmagneterna spelar in vid låga hastigheter, medan reluktansvridmomentet tar över vid höga hastigheter.Prius används i denna struktur.
Den sista typen av strömupphetsad motor har först nyligen dykt upp i elfordon. Båda ovanstående är borstlösa motorer. Konventionell visdom säger att borstlösa motorer är det enda genomförbara alternativet för elfordon.Och BMW har nyligen gått emot normen och installerat borstade strömmatade AC-synkronmotorer på de nya i4- och iX-modellerna.
Rotorn på denna typ av motor interagerar med statorns roterande magnetfält, precis som en permanentmagnetrotor, men istället för att ha permanentmagneter använder den sex breda kopparlober som använder energi från ett DC-batteri för att skapa det nödvändiga elektromagnetiska fältet .
Detta kräver att släpringar och fjäderborstar installeras på rotoraxeln, så vissa människor är rädda för att borstarna ska slitas och samla damm och överge denna metod.Medan borstarrayen är innesluten i ett separat hölje med ett avtagbart lock, återstår det att se om borstslitage är ett problem.
Frånvaron av permanentmagneter undviker de stigande kostnaderna för sällsynta jordartsmetaller och miljöpåverkan från gruvdrift.Denna lösning gör det också möjligt att variera rotorns magnetiska fältstyrka, vilket möjliggör ytterligare optimering.Att driva rotorn förbrukar fortfarande en del ström, vilket gör dessa motorer mindre effektiva, speciellt vid låga hastigheter, där energin som krävs för att skapa magnetfältet är en större andel av den totala förbrukningen.
I elfordons korta historia är strömexciterade AC-synkronmotorer relativt nya, och det finns fortfarande mycket utrymme för nya idéer att utvecklas, och det har funnits stora vändpunkter, som Teslas övergång från induktionsmotorkoncept till permanenta magneter synkronmotor.Och vi är mindre än ett decennium in i den moderna elbilens era, och vi har precis börjat.
Posttid: 2023-jan-21