Типы двигателей для электромобилей: какой выбрать и какие характеристики они имеют

Асинхронный двигатель

Асинхронный двигатель был изобретен практически одновременно двумя учеными – Галилео Феррари и Николой Тесла. Патент на него получил Тесла в 1888 году. С тех пор он занимает прочное место в жизни каждого человек.

Асинхронные двигатели используются во многих устройствах, которые мы используем ежедневно:

• насосах,
• холодильниках,
• вентиляторах,
• миксерах,
• блендерах и множестве других бытовых приборов.

Также они широко применяются в электромобилях.

Как уже говорилось выше, двигатель в электромобилях установлен не под капотом. Он располагается непосредственно на оси автомобиля. Основными компонентами данного типа двигателя являются неподвижный статор, состоящий из сердечника, обмотки и корпуса, и ротор.

Внутри статора, благодаря проходящему через обмотку электрическому току, создается магнитное поле, в котором ротор, являющийся магнитом, начинает вращаться. Скорость этого вращения зависит от количества витков обмотки в статоре. За счет вращения ротора колеса автомобиля приводятся в движение.
Асинхронный двигатель получил свое название из-за разницы между скоростью вращения ротора и магнитного поля статора. Ротор всегда вращается медленнее, чем магнитное поле. Разница между этими скоростями называется «скольжением». Чем больше скольжение, тем больше крутящий момент развивает двигатель.

Для работы асинхронного двигателя необходим инвертор – устройство, преобразующее постоянный ток, хранящийся в батарее, в переменный.
Асинхронные моторы в своих электромобилях используют такие известные автопроизводители как Tesla и Audi. Они просты в конструкции, надежны и экономичны. На данный момент они довольно распространены.

Синхронный двигатель имеет тот же принцип действия, что и асинхронный. Он также состоит из 2 главных компонентов – статора и ротора. Конструкция ротора в синхронном моторе более сложная, чем в асинхронном, он содержит постоянные магниты, что позволяет иметь большую мощность мотора при его меньших габаритах. Эти магниты состоят из дорогостоящих металлов, что повышает стоимость производства двигателя. Скорость вращения ротора в синхронном двигателе равна скорости вращения магнитного поля.

КПД синхронных двигателей выше, чем у асинхронных. Они обеспечивают более быстрый разгон и легкую управляемость, а также работают тише. Для их работы также необходим инвертор, преобразующий постоянный ток в переменный.

В последнее время синхронные двигатели пользуются все большей популярностью у автопроизводителей и многие новые электромобили выпускаются именно с таким типом двигателя. Такие двигатели в основном используют в премиальных электрокарах, таких как Porsche Taycan и Jaguar I‑Pace.

В основе работы ДПТ лежит принцип электромагнитной индукции. Двигатель состоит из:

• статора, содержащего обмотку по которой проходит ток, создавая магнитное поле,
• ротора, который состоит из магнитов, вращающихся под действием магнитного поля статора,
• коммутатора – щеточно-коллекторного узла, который обеспечивает периодическое изменение направления тока в обмотках ротора.

К преимуществам двигателей постоянного тока относят высокий крутящий момент, плавный ход и широкий диапазон регулирования скорости.

Основным недостатком данного типа моторов является подверженность щеточно-коллекторного узла износу. Кроме того, ДПТ имеют высокую стоимость.

При выборе типа двигателя для электромобиля следует учитывать несколько ключевых критериев:

• Производительность и эффективность: синхронные моторы обычно обеспечивают более высокий КПД и более эффективны по сравнению с асинхронными двигателями.
• Стоимость: асинхронные моторы являются самыми доступными по стоимости производства. Если бюджет ограничен, то авто с асинхронным мотором может стать отличным выбором.
• Управляемость: синхронные моторы отличаются более простым и точным управлением скоростью и крутящим моментом, что может помочь в оптимизации работы двигателя в разных условиях.
• Надежность и долговечность: тут выигрывают асинхронные двигатели, благодаря своей простой конструкции, ДПТ напротив уступают из-за риска износа щеток.

При выборе электромобиля вы можете опираться на свои требования и возможности бюджета.

Тип двигателя оказывает большое влияние на производительность электромобиля.

• Запас хода. На первый взгляд может показаться, что на запас хода электромобиля влияет только емкость его батареи, однако это не так. Запас хода также обусловлен энергоэффективностью двигателя. Двигатель постоянного тока имеет самую низкую энергоэффективность, и, соответственно, обеспечивает наименьший запас хода. Лидером же в энергоэффективности является синхронный двигатель, обеспечивающий наибольший пробег на одной зарядке.
• Время зарядки. Время зарядки никак не зависит от типа двигателя. Оно определяется емкостью батареи и мощностью зарядного устройства.
• Динамические характеристики. Лидером в этой области являются двигатели постоянного тока, благодаря высокому крутящему моменту на низких оборотах они обеспечивают лучшую динамику разгона. На втором месте по этому показателю находятся синхронные двигатели, а самую низкую динамику демонстрируют асинхронные моторы.
• КПД. Наивысший КПД у синхронных двигателей, на втором месте асинхронные, а вот двигатели постоянного тока отстают из-за трения, происходящего в щеточно-коллекторном узле.
• Шум. Самой тихой работой может похвастаться синхронный двигатель, а вот ДПТ напротив – самый шумный из-за трения щеток.
• Ресурс. Самым большим ресурсом обладают асинхронные двигатели, что обусловлено их простой конструкцией. А вот самым низким – ДПТ, все из-за тех же щеток, которые со временем подвергаются износу.

На данный момент не существует идеального двигателя для электромобилей, который был бы оптимальным решением для всех ситуаций. Выбор зависит от ваших предпочтений и бюджета.

В автомобилях с ДВС генератор играет роль источника электроэнергии, питая бортовые системы и заряжая аккумулятор во время движения. В электромобиле генератора нет. Его наличие существенно снизило бы динамические характеристики автомобиля за счет потери энергии на его вращение.

В связи с этим для подзарядки батареи во многих электромобилях используется рекуперативный режим торможения. Его принцип заключается в том, что во время торможения электромотор переходит в режим генератора, вырабатывая электричество, передаваемое в батарею автомобиля. Во многих современных электромобилях можно регулировать уровень рекуперации, что позволяет водителю выбрать уровень торможения под свои условия и предпочтения.

Рекуперативная тормозная система значительно повышает эффективность автомобиля, она позволяет увеличить запас хода автомобиля на 10-20%. Кроме того, она снижает износ тормозных колодок и облегчает управление электромобилем. По сути у водителя появляется возможность в большинстве ситуаций управлять электромобилем с помощью 1 педали – акселератора. При ее отпускании автомобиль замедляется, а производимая двигателем энергия возвращается в аккумулятор.

Выбор типа двигателя для вашего будущего электромобиля – важное решение, влияющее на его производительность и удобство использования. Внимательный анализ плюсов и минусов каждого типа двигателей поможет вам принять взвешенное решение.