Что движет электромобилем

В 1831 году британский физик Майкл Фарадей открыл явление электромагнитной индукции и описал условия возникновения магнитного поля.

Первый в мире электродвигатель постоянного тока изобрел и запатентовал в 1834 году электротехник Морис Якоби. Работая в Петербургском университете, Якоби оформил заявку на изобретение «электрохода» с гребными колесами. В основе коллекторного двигателя лежали три компонента: ротор, статор и коммутатор из четырех металлических колец. «Электроход» катал по Неве пассажиров со скоростью 15 км/час. Этот и все аналогичные электродвигатели питались от гальванических батарей.

Во второй половине XIX века учеными Чарльзом Уинстоном и Элиу Томсоном независимо друг от друга были разработаны однофазные электродвигатели с подключением к источнику постоянного тока. Шесть магнитов статора включались последовательно и формировали магнитные потоки, приводящие ротор в движение. Подобный тип двигателя назвали синхронным.

Асинхронный двигатель был изобретен в 1880-х годах одновременно двумя инженерами: Николой Тесла и Галилео Феррарисом. Основывается асинхронный, или индукционный, двигатель на концепции вращающегося магнитного поля. По типу двигатель двухфазный, его обмотка состоит из двух частей с перпендикулярными потоками электрического тока.

Русский инженер Михаил Доливо-Добровольский в 1890 году применил трехфазную передачу электроэнергии, которая используется до сих пор.

Доведенный конструкторами и инженерами до практического состояния, электрический двигатель стал важнейшей частью любого крупного производства. Началась электрификация промышленности, паровые машины ушли в прошлое.

1. высокий КПД – до 98%
2. позволяет не пользоваться тормозной системой
3. бесшумен
4. обеспечивает высокий крутящий момент
5. обладает компактными конструкциями

Электродвигатель не любит двух вещей: экстремальных перепадов температур и высокую влажность. Также электродвигателю, как и двигателю с ДВС, вредны постоянные пробуксовки и езда по бездорожью на большой скорости.

Рассмотрим основные типы электродвигателя:

• асинхронный;
• синхронный с постоянными магнитами;
• синхронный с медными обмотками;
• тяговый;
• интеллектуальный.

Как и во всех других типах, в асинхронном двигателе главными частями являются ротор и статор. Статор выполнен в виде магнитопровода, собранного из стальных листов. В пазах магнитопровода находятся обмотки, запитанные трехфазным переменным током.

В статоре рождается магнитное поле, затем оно с некоторым замедлением переходит на ротор, поэтому двигатель называется асинхронным. Приведенный во вращение ротор передает возникающую силу тока на колеса и приводит их в движение. Подобный процесс наблюдается в бензиновых двигателях внутреннего сгорания.

КПД полезного действия трехфазного двигателя превышает 95%.

Асинхронные двигатели обладают явными плюсами:

• прочностью;
• длительным сроком службы;
• возможностью изготовления из широкого ряда материалов;
• невысокими затратами на производство.

Недостатки:

• необходимость в постоянном охлаждении;
• эффективность ниже, чем у синхронного двигателя.

Асинхронные двигатели установлены на Tesla Model 3, Y, X, Ora 03 GT, Mercedes-Benz EQC, Audi e-Tron.

В синхронном двигателе магнитные поля вращаются в унисон на одной частоте. Магнитное поле создается в роторе постоянными магнитами, а не статором. За счет включения в конструкцию постоянных магнитов размер двигателя становится компактнее, при этом значительно возрастает эффективность силовой установки.

Синхронные двигатели на постоянных магнитах используются как в чисто электрических моделях, так и в гибридах. Стоимость синхронных двигателей высока по причине изготовления их из редкоземельных элементов, поступающих в Россию из Китая.

Синхронный вариант двигателя устанавливается при наличии в электромобиле единственной силовой установки.

Ученые разработали новый улучшенный вариант синхронного двигателя на постоянных магнитах — двигатель с осевым магнитным потоком. Ротор накладывается на статор, а не вставляется вовнутрь. Конструкция новинки более компактная, уплощенная и позволяет двигателю занимать меньше места.

Осевые или аксиальные двигатели уже начали устанавливаться на электромобили концерна Mercedes-Benz Group. Новым двигателем также оборудован Jeep Wrangler Magneto.

Производители электродвигателей нашли путь обходиться без дорогих редкоземельных материалов: стали использовать так называемые обмотки возбуждения. Вместо постоянных электромагнитов применяются медные обмотки и магнитопровод из стали.

Скользящие по кольцам щетки подают напряжение на медные обмотки, создавая необходимое для движения электромобиля магнитное поле.

Преимущества синхронных двигателей с медными обмотками:

• КПД 93%;
• упрощенная регулировка движением за счет изменения магнитного поля;
• низкая стоимость;
• нет угрозы размагничивания.

Минус:

• щетки и кольца недолговечны.

Синхронные двигатели с медными обмотками установлены на: BMW iX3, Renault Megane E-TECH, SMART EQ. На Enovate ME7 и Neta GT установлено по два синхронных реактивных двигателя.

В некоторых случаях производители считают уместным устанавливать на электромобиль два вида электродвигателя. Такой особенностью обладает, например, NIO ET 5 с синхронным двигателем спереди, асинхронным на задней оси.

На Audi 4 e-tron, напротив, передняя ось оборудована асинхронным двигателем, а задняя – синхронным.

Производители электрокаров считают, что установка на осях двух типов двигателя повышает эффективность их работы.

Тяговые электродвигатели используются в большинстве видов транспорта и отличаются высокими техническими качествами. В основе тягового двигателя лежит преобразование электрической энергии в механическую и обратно.

Тяговый двигатель состоит из нескольких комплектующих:

• коллектора;
• щеток;
• сердечника ротора;
• обмотки якоря;
• многогранной станины;
• вентилятора.

Все части тягового электродвигателя тесно связаны между собой и отделены воздушной подушкой от коллектора. Принцип работы основан на выталкивании проводника, в данном случае, обмотки якоря, из магнитного поля.

В электромобиле тяговый двигатель активно участвует как в самом движении машины, так и при рекуперации энергии.

Существуют два варианта тягового двигателя: переменного тока и постоянного тока. Чаще применяется тяговый двигатель постоянного тока, он компактен, прост в эксплуатации и обладает большой мощностью.

Главное достоинство тягового двигателя — возможность эксплуатации в сложных температурных условиях.

Современные производители стремятся использовать новейшие разработки в электронике для усовершенствования электродвигателей. Компания Nidec разработала электродвигатели со встроенными в них микрокомпьютерами.

Электроника позволяет поддерживать оптимальную работу двигателя, контролировать напряжение и частоту вращения.

Микрокомпьютеры способны в режиме реального времени сводить к минимуму возникающие вибрации. С включением микрокомпьютеров в двигатели редукторы и маховики стали ненужными элементами силовой установки.

Российское акционерное предприятие «Андроидная техника» в рамках импортозамещения предлагает синхронные бесколлекторные двигатели с постоянными магнитами. Безредукторная схема в несколько раз увеличивает срок активной эксплуатации двигателя.

В интеллектуальных двигателях используется оригинальная конструкция магнитной цепи для создания оптимального магнитного поля.

Преимущества интеллектуальных двигателей:

• снижение электромагнитных шумов;
• высокая эффективность с КПД до 98%;
• долгий срок службы.

Интеллектуальные двигатели сравнивают с датчиками, воспринимающими информацию об окружающей среде.

Интеллектуальные двигатели устанавливаются на робототехнике, используются в авиации и применяются в автомобильной промышленности. Двигатель Intelligent установлен на электромобиле Dongfeng M-NV.