Электродвигатель для электромобиля: Электродвигатели для электромобилей — купить на сайте IskraMotor

В настоящее время широкой популярностью пользуются двигатели, работающие от электроэнергии

Содержание

• 1 Об электродвигателе
  • 1.1 Принцип работы
  • 1.2 Виды двигателей
• 2 Выбор двигателя

Об электродвигателе

Двигатели для электромобилей подразделяются на:

• синхронные;
• асинхронные.

Практически сила авто – несложная установка, которая в процессе функционирования оправдывает себя. При работе на нейтрале аккумулятор заряжается. КПД составляет почти 90%. Это значит, что объем выделяемой энергии полностью направлен на создание движения. Получается преобразование электрической энергии в механическую с излучением тепла.

Принцип работы

Имеется несколько особенностей двигателя:

1. Перед непосредственным запуском крутящий момент максимальный. На основании этого показателя не следует производить зацепление за стартер либо за сцепление.
2. Работа происходит в большом спектре оборотов. Поэтому установка коробки для переключения передач необязательна. Чтобы изменить направление вращения, следует переставить местами полярности, вследствие этого на задней передаче можно получить выигрыш.

О достоинствах конструкции:

• удобство и безопасность;
• гарантийные обязательства прочностных характеристик;
• компактность;
• простота в управлении;
• современность конструкции;
• доступность.

Для работы разных типов электродвигателей в основе лежит магнитная индукция. Как правило, такие конструкции состоят из ротора и статора. Элементарные познания электротехники указывают, что ротор – это крутящийся элемент, а статор – неподвижный. На катушки, размещенные на статоре, периодически поступает постоянный ток, а такое явление обеспечивает создание магнитного поля. В конструкции двигателя стоит элемент, необходимый для управления. Он производит отключение тока с одной катушки на другую. На основании этого процесса происходит вращение ротора. Его скоростной режим определяется частотой переключения создаваемых оборотов напряжения с первой катушки на вторую. Роторы для двигателя подразделяются на следующие виды:

• накоротко замкнутый;
• фазный, используемый при вращении для снижения скорости тока при запуске и для контроля крутящих скоростей. Подобные двигатели применяются в крановых системах, а забор энергии происходит от природы.

Для маломощных конструкций используется магнитный индуктор. Якорь – это элемент, обеспечивающий вращение двигателя. Такой тип имеет активацию обмотки и индуктора. Различие определяется лишь по качеству обмотки. На постоянном токе отсутствует сопротивление.

Виды двигателей

Электродвигатели, зависящие от природной энергии, делятся на группы, согласно заданным критериям. По моменту вращения:

1. Гистерезисные. При этом постоянное вращение достигается при изменениях магнитного поля ротора. Такая группа не применяется в производственных процессах.
2. Магнитоэлектрические. Их применение довольно актуально в производстве и потребительской сфере. К такой группе относятся конструкции переменного и постоянного показателей токов.

Электродвигатель для электромобиля постоянного тока представляет собой мотор, работающий на постоянном токе, а двигатель, функционирующий на переменном токе, называется двигателем непостоянного тока. Лишь только в скорости включения гармоники можно найти их отличия. В первом случае такая скорость приравнивается к количеству частоты оборотов. Во втором – эти скоростные характеристики имеют отличительные черты.

Электродвигатель на электромобиль неизменного тока состоит:

 

• из якоря;
• на нем устанавливается сердечник для полюса;
• на полюсе производится обмотка;
• из статора;
• вентиляционной установки;
• установленных щеток;
• коллектора для накапливания электрических зарядов.

Двигатели постоянного тока подразделяются на:

1. Электродвигатель на электромобиль синхронного типа.Он напоминает мотор, функционирующий на переменном токе. Обеспечивает движение в такт с напряжением магнита. Такой тип больше подходит на электромобили с характеристиками мощности 100 и выше кВт. Одним из видов этих движков являются шаговые моторы, характеризующиеся угловым движением ротора. Питание подается на специально предназначенную обмотку. Для того чтобы обеспечить изменение положения ротора из одного места в иное, достаточно произвести перенаправление между линиями напряжений установленных обмоток.Вентильный двигатель – это одна из разновидностей синхронных. Его питание осуществляется через полупроводники.
2. Асинхронный двигатель на электромобиле.Это мотор непостоянного тока, и скорость вращения ротора отличается от показателя магнитной индукции, которая, в свою очередь, создается напряжением. Именно эти движки обладают повышенным спросом.

Согласно узлу коллектора, различают:

• бесколлекторные;
• коллекторные.

В зависимости от вида активации:

• моторы, работающие от электрических или постоянных магнитов;
• самовозбуждающиеся от природных условий подвижные механизмы.

Разновидность двигателей также различается, от какой фазы он работает. Как правило, они бывают одно-, двух-, трех- и многофазными.

Новые разработки подобных механизмов можно приобрести в розничной продаже, а можно сконструировать самим.

Выбор двигателя

Новейшая технология производства позволяет выбрать нужный механизм для задания движения транспорту.

Критерии выбора:

• длительность рабочего цикла;
• мощность;
• потребление энергии;
• режимы работы;
• стоимость.

При непосредственном выборе двигателя немаловажно обратить внимание на ресурс работы и обслуживание, в том числе профилактические мероприятия. Сегодня они имеются как отечественного, так и зарубежного производства. Для выбора наиболее подходящей модели стоит получить консультацию специалиста.

‘; blockSettingArray[0][«setting_type»] = 6; blockSettingArray[0][«elementPlace»] = 2; blockSettingArray[1] = []; blockSettingArray[1][«minSymbols»] = 0; blockSettingArray[1][«minHeaders»] = 0; blockSettingArray[1][«text»] = ‘

‘; blockSettingArray[1][«setting_type»] = 6; blockSettingArray[1][«elementPlace»] = 0; blockSettingArray[3] = []; blockSettingArray[3][«minSymbols»] = 1000; blockSettingArray[3][«minHeaders»] = 0; blockSettingArray[3][«text»] = ‘

Двигатель электрический для электромобиля, прошлое, настоящее и будущее

Где применяется электрический автомобильный двигатель

Содержание статьи

• 1 Где применяется электрический автомобильный двигатель
• 2 История создания
• 3 Принцип работы электромобиля
• 4 Устройство тягового электродвигателя автомобиля
• 5 Характеристики электродвигателей автомобильных
• 6 Перспективы развития

Электродвигатель для автомобиля, в качестве тягового устройства применялся на автомобилях (вернее на их прототипах), еще раньше, чем двигатель внутреннего сгорания. Однако на сегодняшний день автомобильные электрические машины (именно так они правильно называются), применяются на электромобилях, работающих исключительно на аккумуляторах или других накопителях электрической энергии, а также на гибридных автомобилях.

Гибридные автомобили называются так, потому, что в них есть и двигатель внутреннего сгорания (ДВС), и аккумуляторная батарея.

История создания

Первая, можно сказать лабораторная, модель-прототип электромобиля была создана почти 200 лет назад. Известно, что в 1828 году венгерский изобретатель Джедлик продемонстрировал тележку, которая двигалась за счет электрической энергии. Но этот образец только показал принцип электрической тяги. Ведь настоящий электродвигатель постоянного тока, способный работать достаточно долго, был изобретен в 1833 году физиком из Великобритании Уильямом Стёрдженом. В 1835 году в Голландии Кристофер Беккер и  Стратин Гронинген построили первый электромобиль. Конечно, он был несовершенен и в серийное производство не пошел.

Первый патент на электрический двигатель был получен в 1837 году Томасом Дэвенпортом, именно с этого времени можно сказать, что началось строительство электромобилей. Проблема электромобилей того времени была в очень небольшом заряде тогдашних аккумуляторов. Эту проблему пытались решить американец Томас Давенпорт и голландец Роберт Андерсон, которые создали автомобиль, двигающийся за счет электричества от одноразовых гальванических элементов в 1842 году.

Больших успехов в использовании электрической энергии для тяги достигли в 19-том веке железнодорожники. Уже в 1847 году в Питсбурге (США) работал локомотив (можно назвать его первым электровозом), который получал электричество по рельсам. Аккумуляторы были очень ненадежные и с очень небольшим ресурсом, да и энергии они запасали мало. И только улучшение рабочих характеристик аккумуляторных батарей решило проблему использования электромобилей. Нужно отметить, что первый рекорд скорости превышающей 100 км/час был зафиксирован именно электромобилем.

Так в 1899 году бельгиец Камиль Женатци на электромобиле «La Jamais Contente» разогнался до 105,882 км/ч. Как видно на рисунке (слева) этот электромобиль на резиновом ходу (на пневматических шинах), это тоже было новшеством на тот момент.

Немногим раньше в Лондоне было запущено движение электрических омнибусов (тогдашних автобусов) благодаря Ральфу Уорду. В это же время в Нью-Йорке начали работать такси на электротяге, стали выпускаться электровелосипеды и многие другие подвижные единицы на электричестве. В России они (электромобили, точнее омнибусы) появились в 1901 году (фото справа) разработки инженера Романова. Уже в 1902 году заводом «Дукс» в Москве выпускался электромобиль для частного использования (фото слева).

 

 

Напомним, что только в 1878 году Николаусом Отто был запущен в серию четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, который можно было устанавливать на автомобиль. Он с некоторыми доработками служит «верой и правдой» автомобилистам и по сей день.

Да, двигатель Отто и резкое падение цен на нефть, из которой получают бензин, вытеснило электромобили почти на 100 лет с рынка, но они вновь завоевывают себе «место под солнцем», тесня классические ДВС. Все это благодаря тому, что электромобили практически бесшумны, экологически безвредны и экономически выгодны в эксплуатации. Нужно напомнить, что КПД электродвигателя высокий и составляет (85…95 %), да и электричество дешевеет. Если его (электричество) получать при помощи солнечных батарей или ветрогенераторов, то эксплуатация электромобиля получается почти бесплатной.

На сегодняшний день доля электромобилей среди всего автопарка составляет около 1%, но это пока. За последние 2 года количество продаж электрокаров увеличилось на 45%. Осталось только подождать, когда бензиновые и дизельные автомобили потихоньку сойдут с рынка.

Принцип работы электромобиля

Классическая схема электромобиля представлена на рисунке справа. Аккумуляторы расположенные здесь вдоль кузова отдают свою энергию через устройство управления (УУ) электродвигателю (ЭД), а он вращает колеса. Но эта компоновка далека от совершенства. Дело в том, что электропривод имеет очень важное преимущество перед любыми другими типами приводов – рекуперация. Рекуперация, это преобразование энергии движения в электрическую. Все мы с вами знаем, что энергия никуда не исчезает, она может только преобразовываться из одного вида в другой. Так вот, энергия движения (кинетическая энергия) при торможении автомобиля преобразуется в тепловую. Мы с вами просто нагреваем тормозные колодки, и это тепло отдаем атмосфере. То есть, по сути дела выбрасываем эту энергию. В электромобилях и в гибридах мы можем большую часть кинетики преобразовать в электричество и опять накопить его в аккумуляторе.

Гибридные автомобили всегда имеют кроме аккумулятора и двигатель внутреннего сгорания. Зачем? Для того чтобы удлинить расстояние езды на электромобиле. Дело в том, что даже современные аккумуляторы могут накопить энергии на 100, ну максимум на 200 километров пробега. Согласитесь, что это совсем немного. При использовании ДВС, в качестве дополнительного источника энергии можно удлинить путь до 800, а иногда и до 1000 километров без подзарядки аккумулятора и без дозаправки бензином или дизельным топливом.

Как правило, на авто такого типа (гибридных автомобилях) нет прямого воздействия двигателя на ведущие колеса. ДВС вращает генератор, который вырабатывает электрическую энергию, и уже эта энергия подается на электродвигатели либо на накопители энергии, если автомобиль едет по инерции или стоит (на светофоре, например). Накопителями энергии могут быть не только аккумуляторы, в последнее время все большей популярностью пользуются суперконденсаторы.

Двигатель  на гибридных автомобилях может быть подключен к генератору, который вырабатывает электричество. Электричество это можно использовать для разгона (его обычно не хватает, аккумулятор плохо отдает электроэнергию на старте), или для зарядки аккумулятора, если авто на выбеге или стоянке. Крайне редко ДВС не подключен к генератору. При такой схеме ДВС помогает электродвигателю разгонять автомобиль.Где же экономия? Все дело в том, что при любой схеме подключения ДВС и электродвигателя, двигатель внутреннего сгорания всегда работает в номинальном режиме. В котором достигается максимальная экономия. КПД у ДВС всегда указывается для номинального режима и он колеблется от 36 до 42. Для малых оборотов этот КПД не превышает 7…10%.

Существует и более сложные системы. Вот, например, как взаимодействуют  детали в современном гибридном автомобиле «Тойота Приус». Здесь ДВС может работать на генератор, а может и помогать вращать ведущие колеса через планетарный механизм. При торможении, мотор/генератор (MG2) преобразует кинетическую энергию в электрическую, заряжая аккумулятор. В результате чего достигается неплохая экономия. Да это сложно, но это того стоит. Расход у Тойоты-Приус около 3-х литров бензина на 100 километров.

Устройство тягового электродвигателя автомобиля

Устройство электродвигателя автомобиля зависит, от многих факторов.  Электродвигатели для электромобилей могут быть как постоянного, так и переменного тока. В последнее время на машину такого типа ставят только двигатель переменного тока (синхронный или асинхронный).  Первые электромоторы для автомобилей были, конечно, постоянного тока. Это и логично, потому как аккумулятор выдает постоянный ток, и двигатель электрический также постоянного тока. Их применяют и сейчас, но уже гораздо реже. Однако, все не так просто, как кажется на первый взгляд. Электродвигатели переменного тока гораздо экономичнее и надежнее. Выглядеть они могут точно так же как и электродвигатели постоянного тока. Разные типы электродвигателей имеют различную маркировку. AC – говорит о том, что этот двигатель переменного тока, DC – постоянного.

Принцип работы любого электродвигателя состоит во взаимодействии магнитных полей. Еще Фарадей на заре электричества заметил, что если проводник, по которому течет ток, поместить в постоянное магнитное поле, то этот проводник стремится вырваться из этого поля отклоняясь в ту или иную сторону в зависимости от направления движения тока. Если этих проводников много, и магнитное поле сильное, то и работа такого двигателя постоянного тока  будет соответствующей.

В каждом электродвигателе есть ротор (его иногда называют якорь) и статор (его еще называют индуктором). Ротором является вращающееся часть, статором – не вращающееся (стационарная). И ротор и статор имеют обмотки состоящие из отдельных проводников. Для подачи электрического тока на вращающуюся часть двигателя существует коллектор (набор медных пластин собранных в цилиндр). От статора на коллектор ток передается при помощи специальных щеток. Взаимодействие магнитных полей заставляет ротор совершать вращение.

Электродвигатели переменного тока работают несколько по-другому. Статор создает магнитное поле, которое само вращается. Оно (поле) может увлекать за собой стальные предметы, то есть заставлять вращаться ротор. По этой причине на роторе обмотка не нужна. Но в этом случае скорость вращения ротора будет отставать от скорости вращения магнитного поля статора. Такие электродвигатели нарываются асинхронными.

Для того, чтобы точно знать с какой частотой вращается ротор и регулировать эту частоту, необходимо на роторе разместить электрическую обмотку.   Такие электродвигатели называются синхронными. Но вновь появляется слабое звено электродвигателя – коллектор. Щетки изнашиваются и их нужно менять. Асинхронные двигатели в обслуживании не нуждаются.

На рисунке представлено два вида синхронных двигателей (с явными и неявными полюсами). Повторимся, что асинхронный двигатель отличается лишь тем, что на якоре нет обмотки.

При работе каждый электродвигатель нагревается. По этой причине тема охлаждения электрических машин очень важна. Система охлаждения может быть автономная и принудительная. На электродвигателях большегрузных автомобилей, например БелАЗ, охлаждение принудительное (воздух для охлаждения подается специальным вентилятором). У машин малого класса и легковых, на самом двигателе есть крыльчатка, которая продувает воздух через двигатель, тем самым охлаждая его.

Характеристики электродвигателей автомобильных

Характеристика электродвигателя, это соотношение его параметров к его цене. Лучше всего это представить в табличной форме. В таблице представлены популярные электродвигатели как постоянного DC, так и переменного AC тока. Напряжение у некоторых двигателей имеет несколько значений, это значит, что они способны работать на всех указанных напряжениях. Мощность N указана номинальная. Вращающий момент M, тоже при номинальном режиме работы. Частота вращения указана как максимально допустимая.

Характеристики электрического двигателя автомобиля невозможно сравнивать спонтанно. Для каждого конкретного случая, для определенного автомобиля, может быть разработан свой, оригинальный электродвигатель. Но электродвигатель переменного тока, а он здесь представлен один, явно отличается в лучшую сторону, от электродвигателей постоянного тока той же мощности, хотя бы по соотношению цены и вырабатываемой мощности (AC – 10.7 $/кВт, DC – 450 $/кВт).

Перспективы развития

Внедрение синхронных и асинхронных двигателей на автомобилях тормозилось медленным развитием электроники способной контролировать процессы в этих самых двигателя. Теперь эти барьеры снимаются, электроника становится надежной и относительно дешевой. По этой причине в скором времени электродвигатели переменного тока на электромобилях скорее всего будут внедряться практически повсеместно.

Изобретение новых конструкционных материалов позволяет повышать надежность и долговечность электродвигателей.

Что касается электромобилей в целом, то за ними большое будущее.

Тяговый электропривод для электромобилей

  НТЦ «ПРИВОДНАЯ ТЕХНИКА» разрабатывает и изготавливает тяговые преобразователи, электродвигатели, бортовые зарядные устройства для любого колесного и гусеничного транспорта. 
На сегодняшний день мы являемся одной из самых компетентных компаний в области разработки тяговых электроприводов в России.   Среди наших проектов (TEM9-H (Synara), Бульдозеры ДЭТ-400 и ДЭТ-20 (ЧТЗ), электромобиль ГАЗель NEXT)    

Ниже приведен пример реализации одно из проектов для нашего партнера.

Комплект силового электропривода (СЭ) электромобиля состоит из:

• тягового электродвигателя, управляющего его работой 
• тягового преобразователя, 
• бортового зарядного устройства, выполняющего также роль вспомогательного инвертора, 
• DC/DC преобразователя для питания бортовой сети,
• Тяговой аккумуляторной батареи с системой BMS

Состав оборудования:

​Тяговый преобразователь ТП80-200 ​Параметры тягового преобразователя: 

​      —   Тип……………………………………………….Трехфазный инвертор напряжения на IGBT транзисторах 

     —   Номинальная мощность.

………………………………………………………….30 кВт  
      —   Максимальная мощность*…………………………………………………………80 кВт
      —   Номинальное напряжение питания (от АКБ)………………………………192 В
      —   Ток максимальный…………………………………………………………………… 365 А
      —   Климатическое исполнение……………………………………………. ………..“У”, категория 2
      —   Температура эксплуатации………………………………………………………..от минус 40 до плюс 40 °С
      —   Номинальная частота вых. напряжения……………………………………..50 Гц
      —   Максимальная частота вых. напряжения……………………………………166 Гц
      —   Масса…………………………………………………………………… ………………….15 кг
      —   Габариты…………………………………………………………………………………..413x262x207
      —   Исполнение……………………………………………………………………………….IP54
      —   Способ охлаждения……………………………………………………………………Жидкостное
      —   Расход охлаждающей жидкости………………………………………………….не более 11 л/мин
      —   Падение давления охлаждающей жидкости………………………………..0,2 бар
      —   Способ управления АД………………………………………………………………Векторное управление
​

Тяговый электродвигатель AFMT 30/80.

Параметры тягового двигателя:
​      —   Тип двигателя……………………………. ………………………………….. Асинхронный с короткозамкнутым ротором
      —   Номинальная мощность…………………………………………………..30 кВт
      —   Максимальная мощность *……………………………………………….80
      —   Входное напряжение……………………………………………………….3 фазы 140 В
      —   Номинальный момент………………………………………………………288 Нм
      —   Максимальный момент…………………………………………………….600 Нм
      —   Номинальная скорость…………………………………………………….1000 Об/мин
      —   Максимальная скорость……………………………………………………5000 Об/мин
      —   Система охлаждения………………………………………………………..Жидкостная
      —   Расход охлаждающей жидкости. ………………………………………..не более 15 л/мин
      —   Падение давления охлаждающей жидкости……………………….0,2 бар
      —   Масса………………………………………………………………………………214 кг

​

Бортовое зарядное устройство+вспомогательный инвертор ПЗ 16/200.
      Зарядное устройство ПЗ 16/200 (в дальнейшем «изделие») обеспечивает заряд тяговой батареи от сети 220/380 В, формирование сети 220/380 В для питания потребителей через Подкузовную розетку ПЗ 16/200, а также обеспечивает питанием вспомогательный привод насосов гидроусилителя руля и вакуумных тормозов при передвижении транспортного средства.
Параметры бортового зарядного устройства:
​
      —   Тип зарядного устройства…………………………………………….на IGBT транзисторах без гальванической развязки от сети 

      —   Номинальное напряжение питания. ………………………………………………………………..~3ф, 380 В/~1ф, 220 В
      —   Номинальная мощность зарядного устройства от сети ~3ф, 380В…………………….12 кВт
      —   Номинальная мощность зарядного устройства от сети ~1ф, 220В……………………..3,5 кВт
      —   Выходное напряжение питания батареи………………………………………………………….=160-240 В
      —   Выходной ток заряда батареи …………………………………………………………………………40 А
      —   Выходное напряжение для питания DC/DC………………………………………………………400-600 В
      —   Выходной ток питания DC/DC………………………………………………………………………….3 А
      —   Способ охлаждения………………………………………………………………………………….. ……Жидкостное
      —   Расход охлаждающей жидкости……………………………………………………………………….не более 3 л/мин
      —   Падение давления охлаждающей жидкости……………………………………………………..0,2 бар

Зарядное устройство (ЗУ) во время движения обеспечивает питанием вспомогательный электродвигатель со следующими параметрами:
​      —   Номинальная мощность………………………………………………………………………………….2,4 кВт
      —   Номинальное напряжение питания………………………………………………………………….=160-240 В
      —   Выходное напряжение…………………………………………………………………………………….~3 ф,  220/380 В
Зарядное устройство во время стоянки обеспечивает питанием от АКБ потребителей со следующими параметрами 

(при отсутствии заряда АКБ):
​      —   Номинальное выходное напряжение. ……………………………………………………………….~3 ф, 380 В/~1ф, 220 В
      —   Номинальная выходная мощность ~3ф, 380В…………………………………………………..10 кВт
      —   Номинальная выходная мощность ~1ф, 220В……………………………………………………3 кВт
      —   Перегрузочная способность……………………………………………………………………………..120 % в течении одной минуты
      —   Режим работы нейтрали…………………………………………………………………………………..IT (изолированный)

 ​

DC/DC преобразователь ППН 1.0/200/12
    DC/DC ППН 1.0/200/12 обеспечивает питанием потребители 12 В, а так же обеспечивает заряд аккумулятора автомобиля.
    Электропитание изделия осуществляется от питающей распределительной сети постоянным напряжением 600 В, а так же постоянным напряжением 12 В от свинцово-кислотного аккумулятора для питания внутренних цепей.
    Параметры DC/DC преобразователя:
​
      —   Тип зарядного устройства………………….с гальванической развязкой от тяговой батареи и ЗУ    
      —   Входное напряжение……………………………………………………….=500-600 В
      —   Выходное напряжение…………………………………………………….14 В
      —   Мощность……………………………………………………………………….1 кВт
      —   Способ охлаждения…………………………………………………………Жидкостное
      —   Степень защит………………………………………………………………..IP54
      —   Рабочий диапазон температур эксплуатации…………………….от минус 40 до +50 ˚С
      —   Относительная влажность воздуха……………………………………95 %
      —   Габаритные размеры. ………………………………………………………500×217×135 мм
      —    Вес………………………………………………………………………………..8 кг

Электродвигатель в электрических, гибридных и плагин-гибридных автомобилях — статья ⚡ HEvCars

Экологичные автомобили, будь-то «чистые» электромобили или плагин-гибриды объединяет наличие электродвигателя, в качестве основной движущей силы. Работа современного электрического двигателя основана на принципе электромагнитной индукции, в базе которого лежит выработка электродвижущей силы в замкнутом контуре с изменением магнитного потока. Технология не нова, однако современные достижения науки и техники позволили развить ее до невероятных высот. Немалую роль в этом сыграла и возросшая в десятки раз мощность и емкость аккумуляторных батарей, которые выполняют роль топливного бака в современных электрических и гибридных автомобилях.

Электромобиль Nissan Leaf в «разрезе»: батарея с электродвигателем

Тем не менее, нельзя со 100% уверенностью утверждать, что все электродвигатели одинаковы. Многие ошибочно считают электродвигатель довольно простой установкой, однако стоит, к примеру, учитывать тот факт, что в отличии от ДВС, у электрического двигателя практически 90% КПД выделяемой энергии идет на создание крутящего момента. Согласитесь, что подобную мощность необходимо обуздать и уметь с ней обращаться, а для этого нужно знать некоторые нюансы о работе и разновидностях электрических двигателей.

Электродвигатели – особенности эксплуатации и принцип работы

К главным особенностям электрического двигателя относится несколько важных характеристик:

1. Крутящий момент мотора достигает своего максимума сразу при включении, таким образом, электромобили не требуют наличия характерных для ДВС стартеров и сцеплений.
2. Работа агрегата на обширном числе оборотов, позволяет электромобилю обходиться без коробки переключения передач. Для изменения стороны вращения двигателя (включение заднего хода) достаточно поменять полярности.

Электродвигатель Nissan Leaf

Однако все понимают, что стартовать на электромобиле со всего потенциала крутящего момента, который гораздо мощнее многих автомобилей с ДВС, никто не будет. По меньшей мере, это небезопасно, и что немаловажно это влечет неэффективный расход заряда батарей. Поэтому традиционно электродвигатели должны отвечать следующим требованиям:

• иметь безопасное и удобное для эксплуатации строение;
• обладать гарантией длительной эксплуатации;
• иметь компактные габариты.

Как уже упоминалось, работа современного электродвигателя основана на давно известном принципе электромагнитной индукции. Традиционно агрегат состоит из недвижимого элемента – статора, и крутящегося – ротора. Статор имеет ряд обмоток на которые поступает электрический ток, что приводит к появлению магнитного поля, при котором ротор начинает свое движение. Скоростные показатели ротора определяются частотой, с которой происходит переключение тока с одной обмотки статора на другую.

Двигатели для электромобилей – разновидности и классификация

В современных автомобилях с электрической тягой серийного производства наиболее часто используют три типа электрических двигателей.

Асинхронные двигатели. Моторы непостоянного тока, в которых скорость вращения ротора различается с потенциалом напряжения магнитного поля, созданным источником питания. Различают одно, двух и трехфазные агрегаты асинхронного типа.

Асинхронный трехфазный электродвигатель переменного тока Tesla Model S

Синхронные двигатели. Электромотор, работающий на переменном токе, с движением ротора полностью симметричным электромагнитному полю. Подобные электродвигатели используют при повышенных мощностях. Различают шаговые и вентильные синхронные электродвигатели. Для первых характерно точное расположение ротора с подачей питания на конкретную обмотку, а чтобы изменить положение ротора, напряжение между обмотками необходимо перенаправить. Для второго типа агрегатов характерно питание от полупроводниковых составляющих.

Синхронный электродвигатель с постоянным магнитом Mitsubishi i-MiEV

Двигатель-колесо. Тип электромотора сила напряжения и крутящий момент которого рассчитан на конкретное колесо. Данный тип электропривода часто используется в плагин-гибридных автомобилях в рабочем тандеме с двигателем внутреннего сгорания. Агрегат может устанавливаться непосредственно в колесо, однако современные электромобили все больше отходят от такого расположения мотора, поскольку это увеличивает удельный вес шасси и снижает управляемость. Более рационально стало использовать двигатель в качестве полноценного привода для вращения колеса.

Двигатель-колесо

Что касается регулировок управления электродвигателя, то за преобразование постоянного тока от аккумуляторных батарей в трехфазный переменный – отвечает инвертор.Трансмиссия – выполняющая роль сцепления и коробки передач, зачастую представлена одноступенчатым зубчатым редуктором. Остальные параметры работы электродвигателя регулируют электронная система управления, которая индивидуальна для каждой марки электрокара или гибрида.

Видео как работает электродвигатель и другие механизмы электромобиля на примере Tesla Model S

Хотелось бы подчеркнуть, что представленная классификация и система работы электродвигателей далеко не финальная. Стремительное развитие отрасли эко автомобилей только входит в начальную стадию, поэтому кардинального изменения принципа работы, мощности, строения электромоторов можно ожидать уже в ближайшее время.

Какие электродвигатели используются в гибридных и плагин-гибридных автомобилях

Гибридные автомобили имеют собственную специфику использования электромоторов. Во многом электродвигатель гибрида выполняет роль вспомогательного элемента, повышающего мощность основного двигателя внутреннего сгорания и снижающего уровень потребления топлива.

Электродвигатели используемые в гибридах можно разделить на несколько разновидностей:

• Встроенная помощь мотору. Электродвигатель который берет на себя часть усилий по созданию крутящего момента при движении.
• Встроенный генератор стартера. Электродвигатель, который только приводит автомобиль в движение.
• Старт/стоп двигатель. Электродвигательная система, которая отключает основной ДВС при остановке и мгновенно запускает его при начале движения.

Кроме указанных подвидов классифицируют три типа использования электродвигателя:

• Параллельной работы. В данном типе электродвигатель питается от батарей, а ДВС от топливного бака. Обе категории двигателей создают крутящий момент для движения автомобиля.
• Последовательной работы. Заведенный двигатель внутреннего сгорания включает генератор, который или заводит электродвигатель или подзаряжает аккумуляторный блок.
• Параллельно-последовательной работы. Данный тип гибридного двигателя соединяет электромотор, генератор, ДВС и колеса редуктором.

По большей части в гибридах используется принцип параллельной работы электродвигателя и ДВС. Его применяют также в подключаемых гибридах (плагин-гибридах), в которых по мере истечения заряда аккумуляторных батарей подключается ДВС малой мощности, работа которого в направлена на восполнение заряда АКБ.

Видео работы новой гибридной системы плагин-гибрида Toyota Prius

Преимущества и недостатки использования электродвигателей

Как и любой двигатель, электромотор в электромобиле имеет собственные плюсы и минусы использования. Для понимания данных особенностей электромоторов приведем таблицу:

Преимущества	Недостатки
Небольшие габариты и малый вес. Максимальный крутящий момент доступен с момента включения (при нулевых оборотах) двигателя. Высокая, фактически ничем не ограниченная производительность. Возможность использования рекуперативной энергии. Экологически чистая работа. Минимум движущихся деталей требующих замены или ремонта. Отсутствие необходимости в КПП.	Зависим от настроек программного обеспечения, питания и производительности аккумуляторных батарей.

Будущие перспективы электродвигателя в автомобилях

Говорить о перспективах, при активном использовании электродвигателей в автомобилях, уже не разумно. Сейчас можно говорить только о происходящих и грядущих улучшениях электромоторов.

Сам электродвигатель, это достаточно совершенное устройство, апгрейд которого происходит исключительно в зависимости от потенциала использования. Ближайшие тенденции по улучшению электродвигателя направлены в сторону уменьшения размеров и массы, с сохранением и увеличением производительности.

Гораздо больше работы проводится по улучшению источников энергии для электродвигателя, а точнее аккумуляторных батарей. Их также стараются сделать меньше и легче, увеличивая объем, отдачу энергии, но при этом снижая время на подзарядку. Работа над АКБ устанавливаемых на электромобили, сейчас наиболее приоритетная в отрасли производства электромобилей, гибридных и плагин-гибридных авто.

Автор: hevcars.com.ua

Двигатели для электромобилей, Принцип работы электродвигателя, Принцип работы электромобилей, Ресурс электродвигателя Tesla, Ресурс электродвигателя автомобиля, Электродвигатели, Электродвигатели Tesla, Электродвигатель автомобиля

• ← 7 практичных советов тому, кто собирается в путешествие на электромобиле
• Особенности эксплуатации электромобиля зимой или как избежать потерю заряда АКБ →

HEVCARS 🔌 Автор

Читайте самые интересные новости и статьи о электрокарах в Telegram и Google Новости!

Журнал Автомобильных Инженеров

Мирзоев Г. К., к.т.н. / Казаров А.П., ОАО «АВТОВАЗ»

УДК 629.014.8

Следуя общемировой тенденции, в начале 1974 г. Министерство автомобильной промышленности СССР приняло решение о создании в стране производства электромобилей для работы в крупных муниципальных объединениях. Приказом № 135 от 18.04.1974 г. Генеральный директор АвтоВАЗа В.Н. Поляков создает конструкторское подразделение по созданию электромобилей. Заместителем главного конструктора по новой тематике был назначен В. Вершигора. Предстояла большая работа по созданию «с нуля» как самого электромобиля, так и его компонентов: силового привода, системы управления, тяговой аккумуляторной батареи, зарядного устройства и т.д. В составе УГК было создано несколько КБ и экспериментальный участок, которые активно включились в работу по сбору информации, ее обработке, макетированию и разработке первых опытных образцов. Кооперация с передовыми научно-исследовательскими предприятиями и организациями страны осуществлялась на основе хозяйственных договоров и программ ГКНТ. С организациями Московский завод «Дзержинец», НПО «Квант», Новосибирский электротехнический институт, Ленинградское НПО «Источник», ВНИИЭМ и другими совместно создавали первые вазовские электромобили.

Первые макетные образцы электромобиля были созданы на базе бензиновых автороллеров Э11011. Автороллер был разработан по предложению главного инженера АвтоВАЗа Е.А. Башинджагяна, как машина для молодежи, наиболее простая и дешевая, а для предприятия АвтоВАЗ, как продукт ширпотреба. Но такой продукт не был утвержден, так как в стране не хватало стального листа, и посоветовали перейти на чугунные сковородки и утюги. Автороллер по компоновке очень подходил для переоборудования в электромобиль.

Первый электромобиль Э11011 (рис. 1) с тяговым двигателем ДТ-11 завода «Дзержинец» и 10-ю стартерными аккумуляторами, обеспечившими напряжение 120 В был собран в декабре 1974 года. Испытания первых электромобилей позволили довести систему управления электропривода и способствовали дальнейшему развитию конструкции электромобилей. Генеральный директор В. Поляков уделял новому направлению в жизни завода повышенное внимание и сам садился за руль машины. Однажды, совершив пробную поездку и преодолев 22-процентный подъем на заводском треке, он дал высокую оценку работы инженеров, произнеся: «Я ездил на электромобиле в Германии, но наш — лучше…».

Проведенная работа позволяла продолжать поисковые работы по электромобилям.

В 1975 году были собраны два опытных электромобиля ВАЗ-2801 (рис. 2) на базе модели ВАЗ-2102 с кузовом фургон. Совместно с заводом «Дзержинец» были созданы новые двигатели постоянного тока мощностью 25 кВт (ПТ-125) и 40 кВт (ПТ-146). Тяговый электродвигатель ПТ-125 позволял двигаться электромобилю с максимальной скоростью 87 км/ч. Батарея никель-цинковых аккумуляторов НЦ-125 емкостью 125 Ач (НПО «Источник») размещалась под капотом и в передней части грузового отсека, и позволяла иметь запас хода до 110 км при движении со скоростью 40 км/ч.

По результатам испытаний электромобиля ВАЗ-2801 было принято решение по выпуску опытной партии. В 1980-81 годах первая партия электромобилей в количестве 47 штук направлена для проведения длительных эксплуатационных испытаний в города: Москва (ГлавМосавтотранс и НПО «Квант»), Тольятти (ГорПТУС и Горисполком), Киев (Укрбытрадиотехника), Миргород (курорт), а также они использовались на главном конвейере завода, подвозя горячее питание к рабочим местам слесарейсборщиков.

Созданные методом «конвертирования» электромобили модели 2801 оказались перетяжеленными, с уменьшенным (из-за размещения аккумуляторной батареи) грузовым отсеком. Их грузоподъемность также была существенно меньше, чем у бензиновых аналогов, т.к. масса аккумуляторов достигала 380 кг.

Создавая первые конструкции электромобилей на основе серийных моделей, конструкторы и дизайнеры понимали, что электромобили должны иметь оригинальную внешность, с учетом рациональной компоновки аккумуляторных батарей и систем обеспечения электропривода. И проекты подобных машин создавались. В 1977 году в составе Дизайн-центра было создано бюро электромобилей, которое возглавил А. Селин. В Дизайн-центре в 1978 году был разработан и изготовлен открытый, четырехместный электромобиль «Пони» для обслуживания курортов, выставок и парковых зон. Ведущим дизайнером проекта был Ю. Верещагин, ведущим конструктором — В. Барановский.

На базе этой разработки используя узлы и агрегаты шасси автомобиля ВАЗ-2108, был разработан электромобиль ВАЗ-1801 с кузовом из стеклопластика (рис. 3). Электромобиль был заднеприводным, с тяговым электродвигателем ПТ-125 и тиристорной системой управления, аккумуляторы НЦ-125 располагались в двух контейнерах: в передней части под капотом, и в задке. Он отличался оригинальной внешностью и легкостью управления, так как имел всего две педали — акселератора и тормоза, и рычаг стояночного тормоза.

Было изготовлено два образца для обслуживания выставки Экспо-84, посвященной 60-летию Минавтопрома, и использовали их для демонстрации в действии высокопоставленным гостям выставки, которые в большинстве своем были в восторге от пережитых впечатлений. Дело в том, что при максимальной скорости всего 70 км/ч (это было сделано с точки зрения безопасности т.к. электромобиль был открытым, и кроме ремней безопасности, ничто неудерживало пассажиров) электромобиль мог делать крутые виражи за счет очень низкого центра тяжести. По окончании выставки специалисты ВАЗа А. Селин, С. Усов, В. Кашканов и А.Михайлов были награждены медалями ВДНХ.

Электромобиль «Пони» вызывал симпатии и большой интерес у посетителей вазовского стенда. В частности, у французских специалистов, которые предлагали контракт на поставку этих машин для служб обслуживания строящегося туннеля через Ла-Манш. Аккумуляторную батарею предполагали комплектовать во Франции. Ориентировочная стоимость могла составлять 10 000 $ за один электромобиль. Однако мы не смогли быстро организовать выпуск таких электромобилей для выполнения этого заказа.

Следующей разработкой завода стал бортовой электромобиль ВАЗ-2802-01 с одноместной кабиной (рис. 4). Ведущим конструктором по нему был С. Докучаев, а ведущим дизайнером — А.Дегтярев. Рама, платформа и кабина этого транспортного средства были изготовлены из алюминиевого сплава, что позволило существенно снизить собственную массу и повысить его грузоподъемность.

Параллельно разрабатывалась конструкция электрофургона вагонной компоновки ВАЗ-2802-02 с кузовом из стеклопластика и стальной рамой (рис. 5). Ведущим конструктором этой модели был М. Маркиев, ведущим дизайнером — Г. Грабор. В 1980 году ВАЗ-2801-02 был собран в экспериментальном участке дизайн-центра. Его показывали на выставках, где неизменно отмечали удачную концепцию машины и ее дизайнерское воплощение.

Различные конструктивные решения, примененные на этих двух электромобилях позволили сделать выводы об их перспективности. Так, стальная несущая рама электромобиля ВАЗ-2802-02 оказалась очень тяжелой. Это заставило разработчиков вернуться к алюминиевым сплавам, благо, что опыт по сварке алюминия уже был благодаря сотрудничеству с лабораторией сварки Тольяттинского политехнического института.

Приобретенный опыт разработки этих двух электромобилей был использован при создании электромобиля ВАЗ-2702 (рис. 6). Была очень скрупулезно проработана компоновка, просчитана развесовка электромобиля и узлов электропривода для использования на 100% узлов шасси по грузоподъемности. Компоновка электромобиля была полукапотной, заднеприводной с электродвигателем ПТ-125, тяговая аккумуляторная батарея НЦ-125 размещалась в контейнерах под полом кузова. Кабина и фургон были сварными, из алюминиевых штампованных панелей из сплава АМг-2. Под руководством ведущего конструктора С. Усова конструктором С. Ивлевым была разработана легкая и прочная рама из алюминиевого сплава 1915. Пространственная рама из труб была рассчитана с помощью метода конечных элементов. В результате массу рамы удалось снизить до 67 кг, обеспечив при этом ее высокую прочность. Ведущим дизайнером электромобиля ВАЗ-2702 был Г. Грабор. Ему удалось создать современный, красивый и функциональный облик кабины с удобной посадкой. Рабочее место водителя отличалось лаконизмом, хотя и выглядело современно. ВАЗ-2702 предназначался для работы в службе бытовых услуг, он имел алюминиевый кузов-фургон с доступом внутрь через заднюю и правую боковую двери-жалюзи, поднимающиеся вверх.

В 1982 году изготовили второй образец электромобиля, а в следующем — третий, модернизированный. В 1986 г. были проведены приемочные испытания, которые новинка завода с честью выдержала. На шасси ВАЗ-2702 был разработан и построен бортовой грузовик с тентом. Лицензия на его производство была продана одному предприятию из г. Кемерово.

В 1992 году был разработан легковой электромобиль на базе автомобиля «Ока». Силовой агрегат состоял из электродвигателя ПТ-125 и одноступенчатого редуктора. Тиристорная система управления электроприводом обеспечивала плавный разгон электромобиля, а также рекуперацию электрической энергии во время торможения двигателем. Никель-кадмиевые аккумуляторные батареи НКП-90 размещались в трех отсеках: под капотом, под задним сиденьем и в багажнике. Был успешно проведен комплекс испытаний электромобиля, включая фронтальный удар.

В 1994 году руководством НТЦ было принято решение начать опытное производство электромобилей «Ока» в Опытно-промышленном производстве (ОПП). Была уточнена компоновка электромобиля. Для обеспечения пробега в 110 км на одной зарядке подняли напряжение со 120 В до 132 В. Саратовский аккумуляторный завод поставлял усовершенствованные аккумуляторы НКП-120. Силовой тиристорный блок электропривода заменили транзисторным, что позволило снизить массу электропривода на 20 кг, уменьшить габариты и повысить электрический КПД электропривода. Все эти работы в течение года были реализованы при сборке новых электромобилей. Транзисторные блоки управления изготавливались в цехе электроники. Всего в ОПП было собрано 20 электромобилей ВАЗ-1111Э.

Электроприводом электромобиля «Лада Ока Электро» в 1996 году оснастили также один из экспериментальных образцов концепт-кара «Эльф», вызывавшего в течение долгого времени большой интерес у посетителей заводского стенда на российских и международных выставках.

Дальнейшим развитием конструкции электромобиля стал концепт «Рапан», разработанный в 1998 году. Концепт-кар наглядно продемонстрировал, каким может быть экологически чистое четырехместное транспортное средство для деловых поездок по городу или во время отдыха в зонах, где чистоте окружающей среды уделяется особое внимание.

«Рапан» — это трёхдверный однообъёмник, рамный, с приводом на передние колеса. Была применена стальная рама типа «активная платформа», на которой установлены передняя и задняя подвески, рулевое управление и тормозная система. Никель-кадмиевая аккумуляторная батарея НКП-120 емкостью 120 Ач располагалась в контейнерах внутри рамы. Электродвигатель ПТ-125 с редуктором установлен на передней оси, транзисторная система управления электроприводом размещена рядом с аккумуляторной батареей. Закрепленный на раме кузов сделан каркасным, с навесными пластмассовыми панелями. Пол высокий, ровный, без выступающих порогов и тоннеля. Остекление кузова очень эффектное и многофункциональное: обеспечен прекрасный круговой обзор, на дверях имеются дополнительные парковочные окна.

Представление концепт-кара «Рапан» на автосалоне Париж-98 убедительно продемонстрировало высокий технический и творческий потенциал Волжского автомобильного завода. Из нескольких тысяч экспонатов автосалона «Рапан» попал в престижный список рекомендуемых к просмотру объектов. Французы отметили, что мы нечаянно, а может и целенаправленно, открыли новый типаж автомобиля, который был определён как высокий, городской, хорошо остеклённый, с трансформируемым интерьером, с возможностью двигаться на электротяге.

В 1999 году по заказу московского гольф-клуба в Нахабино приступили к разработке электромобиля типа Гольф-кар. В течение года были разработаны два типа электромобилей Гольф-кар. Электромобиль Лада Гольф 1002 двухместный, с грузовой платформой и Лада Гольф 1004 — четырехместный (рис. 10).

Эти электромобили были переднеприводными. Передняя подвеска, рулевое управление, тяговый электродвигатель ПТ-125 с редуктором и электропривод на 48 В были с небольшими изменениями заимствованы с электромобиля «Лада Ока Электро». Свинцовая аккумуляторная батарея емкостью 120 Ач позволяла иметь запас хода до 40 км. Ведущим конструктором был С. Ивлев, ведущим дизайнером — В. Плешанов. Изготовлены электромобили были в УДА. Два Гольф-кара были отправлены в гольф-клуб Нахабино для показа и демонстрации технических характеристик. Специалисты и руководители гольф-клуба очень высоко оценили дизайн электромобилей, который выгодно отличался от электромобилей «Сlab Car» и «Yamaha».

При испытаниях грузового Гольф-кара с полной нагрузкой обнаружилось, что при движении по пересеченной местности по мокрой траве не хватает сцепного веса на переднюю ось для преодоления крутых подъемов. Было принято решение делать грузовые электромобили Гольф-кар заднеприводными. В течение года была разработана документация и в УДА изготовлены три грузовых электромобиля Лада Гольф 1002 с задним приводом (рис. 11). После приемки три грузовых электромобиля до настоящего времени эксплуатируются в гольф-клубе Нахабино.

В 2001 году на Московском автосалоне была продемонстрирована модификация четырехместного электромобиля Лада Гольф 1004Т с крышей (рис. 12).

Через год, также на Московском автосалоне, был продемонстрирован концепт-кар четырехместного электромобиля «Рикша» (рис. 13).

По заказу Управления Главного Механика ОАО «АВТОВАЗ» в 2002 г. был разработан ВАЗ-10031 «Бронтокар» — внутрицеховое транспортное средство. Этот заднеприводной электромобиль имеет грузовую платформу размером 1300 х 1800 мм и может перевозить 600 кг груза. Электромобиль комплектуется свинцово-кислотными батареями, которые обеспечивают пробег до 80 км. Максимальная скорость — 25 км/час. Базовое шасси позволяет обеспечивать сборку различных модификаций для внутризаводского применения.

Электромобили «Бронтокар», изготавливались на фирме «Бронто». Интерес к электромобилю «Бронтокар» был проявлен для использования его совсем в других сферах. Несколько экземпляров было продано в Международный торговый центр в Москве и в Санкт-Петербургскую резиденцию Президента Российской Федерации.

История разработки электромобилей на АВТОВАЗе была бы неполной без рассказа о спортивных достижениях экипажей на электромобилях «Лада Ока Электро» и концепт-каре «Эльф», на трассах международных соревнований в 1994-1997 гг.

1994 г. Первое ралли электромобилей «Солнце Кубани»:
1-е место заняла «Лада Ока Электро», экипаж — В. Палчевский и А. Гайдук;
2-е место заняла «Лада Ока Электро», экипаж — С. Аглотков и А. Фищев.

1995 г. Первое ралли серийных электромобилей в Монте-Карло:
3-е место заняла «Лада Ока Электро», экипаж — В. Палчевский и А. Брызгалов;
5 место заняла «Лада Ока Электро», экипаж — С. Аглотков и А. Фищев.

1996 г. Ралли серийных электромобилей «12 электрических часов г. Турина», Италия:
1-е место заняла «Лада Ока Электро», экипаж — С. Ивлев и А. Фищев.

1996 г. Второе ралли электромобилей в Монте-Карло:
Среди серийных электромобилей:
2-е место заняла «Лада Ока Электро», экипаж — В. Палчевский и В. Бойко;
3-е место заняла «Лада Ока Электро», экипаж — С. Ивлев и А. Фищев.
Среди электромобилей–прототипов:
2-е место занял концепт-кар «Эльф», экипаж — С. Аглотков и А. Дегтярев.

1997 г. Ралли «Солнечный кубок Дании»:
Среди серийных электромобилей:
1-е место заняла «Лада Ока Электро», экипаж — В. Палчевский и В. Бойко;
3-е место заняла «Лада Ока Электро», экипаж — С. Ивлев и А. Фищев.

Учитывая четко обозначившиеся к настоящему моменту в мировом автомобилестроении тенденции развития электротранспорта, в 2009 г. руководством АВТОВАЗа было принято решение возобновить работы по созданию перспективных электромобилей. При этом, вначале будет применяться конвертация последних разработок ВАЗа («Калина», «Приора») в электромобили с получением близких по большинству параметров показателей.

В таблице 1 кратко описана концепция одного из вариантов электромобиля.

Выбор тягового электродвигателя

В настоящее время в качестве тягового электродвигателя электромобилей, предназначенных для эксплуатации на дорогах общего пользования, применяются два основных типа электродвигателей переменного тока: асинхронные (“Inductor Motor”) и синхронные с постоянными магнитами, часто называемые бесщеточными двигателями постоянного тока (“Brushless Direct Current Motor”).

Асинхронные электродвигатели имеют значительно более простую конструкцию, более высокую надежность и примерно вдвое дешевле. Главным преимуществом синхронных электродвигателей являются в 1,5-2 раза более высокие удельные характеристики по максимальной мощности и крутящему моменту за счет применения современных высокоэффективных (но удорожающих конструкцию) магнитов и несколько больший КПД в зоне малых и средних частот вращения (не нужно тратить энергию для создания магнитного потока). Поэтому, там, где на первое место выступают размеры и вес, например, при попытке встроить электродвигатель в ступицу колеса, применяют исключительно синхронные электродвигатели с постоянными магнитами.

В обычных электромобилях и электромобилях с расширенным пробегом предпочтение какому-либо из двух указанных типов электродвигателей отдать пока сложно. Следует упомянуть еще один тип электродвигателя переменного тока, считающийся перспективным, — так называемый электродвигатель с переключаемым магнитным сопротивлением (“Switch Reluctance Motor”), однако, сведения о том, что какой-либо автопроизводитель собрался в ближайшее время их использовать, отсутствуют. Можно предположить, что это связано с такими их недостатками, как наличие вибраций, повышенный уровень шума при работе, а также необходимость применения специального типа силовых инверторов и систем управления.

Выбор тягового электродвигателя для электромобиля ВАЗ производился исходя из обеспечения требований по динамике автомобиля снаряженной массой 1300- 1400 кг. Для удовлетворения даже не слишком жестких требований по динамике необходим электродвигатель с максимальной мощностью не менее 60 кВт и максимальным моментом не менее 230 Н·м. При этом для обеспечения возможности движения со скоростью 110-120 км/час в течение длительного времени требуется часовая мощность электродвигателя порядка 30-40 кВт.

Указанные требования не позволяют применить электродвигатели постоянного тока ПТ125 и ПТ146, которые раньше находили применение в электромобилях ВАЗ. Попытки разработать современный электродвигатель переменного тока на постоянных магнитах с требуемыми для электромобиля характеристиками показали сложность решаемой задачи, показали, что для завершения разработки потребуется проведение значительного объема работ.

Из доступных в настоящее время электродвигателей зарубежных фирм предпочтение отдано электродвигателю MES200-330, как имеющему наиболее близкие к требуемым параметры при приемлемой цене единичных закупок.

Выбор аккумуляторных батарей для электромобиля

В качестве аккумуляторных батарей в настоящее время наиболее перспективными считаются литий-ионные и литий-полимерные батареи, т.к. они позволяют получить наиболее высокое значение запасаемой энергии в заданных габаритах и с приемлемой стоимостью. Наиболее близкие к ним по параметрам никель-металлгидридные аккумуляторы уступают литиевым по запасаемой энергии и применяются в настоящее время лишь в некоторых моделях гибридных автомобилей, постепенно уступая место литий-ионным батареям.

Дополнительным преимуществом литий-ионных батарей является отсутствие так называемого «эффекта памяти», благодаря чему максимальная отдаваемая емкость батареи в процессе эксплуатации при неполном разряде не снижается, а требования к режиму эксплуатации упрощаются (батарею не требуется постоянно доводить до состояния глубокого разряда). Кроме того, эти батареи имеют большие возможности в плане совершенствования технологии изготовления и увеличения допустимого зарядного тока, что позволяет довести время ускоренного заряда до 10-20 минут при использовании специальных зарядных станций.

При выборе аккумуляторов для тяговой батареи необходимо учитывать не только их энергетические и мощностные характеристики, но и их высокую стоимость, показатели долговечности, а также учитывать возможности их размещения в отведенном для батареи пространстве.

С учетом всех этих факторов были выбраны аккумуляторы фирмы «Thunder Sky» (Китай), которая уже несколько лет производит большой ассортимент литий-ионных аккумуляторов средней и большой емкости для различных сфер применения. Последняя разработка фирмы — аккумуляторы, выполненные по новой перспективной технологии с использованием фосфата железа (FePO4). Уступая немного в удельной энергии из-за меньшего напряжения литий-кобальтовым, новые аккумуляторы значительно выигрывают в максимально допустимой мощности, как при разряде, так и при заряде. Последнее позволяет эффективно использовать рекуперацию энергии при торможении и ускоренный заряд от стационарных зарядных станций.

Кроме того, эти аккумуляторы имеют гораздо больший срок службы и безопасность. Так, предварительные расчеты применительно к электромобилю на базе автомобилей семейства Калины показывают, что при среднем пробеге между зарядками порядка 130-140 км (соответствует примерно 70-процентной глубине циклирования), суммарный пробег электромобиля на одном комплекте батарей будет не менее 200 000 км.

Электромобиль: Эффективный под капотом | DEKRA

03.08.2021

Электромобиль: Эффективный под капотом

Если это был бы просто вопрос эстетики, то электронный двигатель вряд ли смог бы конкурировать с элегантностью шестицилиндрового двигателя. Поскольку он в основном состоит из компактного корпуса, магнитов, медной проволоки и вала, потенциал для грандиозного зрелища довольно ограничен. Электронные двигатели должны впечатлять своими внутренними ценностями. И у них их предостаточно.

Электродвигатели поражают своей эффективностью. Фото: Shutterstock – герр Лоффлер

“Одним из больших преимуществ электродвигателя является эффективность, с которой он преобразует электроэнергию в мощность механического привода. Особенно в условиях городского движения электродвигатель превосходит двигатель внутреннего сгорания”, — говорит Андреас Рихтер, инженер Центра компетенций DEKRA в области электромобилей. С технологической точки зрения нет причин, по которым вы не должны использовать электромобиль, чтобы, например, забрать булочки в пекарне. В отличие от двигателя внутреннего сгорания, у электромобиля нет проблем с холодным запуском и износом. Как объясняет Андреас Рихтер, двигатели электромобилей обладают очень высокой степенью эффективности, которая может превышать 90 процентов. Большая часть этой энергии используется для движения. Баланс для двигателей внутреннего сгорания намного хуже – в городе КПД может составлять менее десяти процентов, в то время как при средних и высоких нагрузках он достигает КПД в диапазоне от 25 до 40 процентов. Остальная энергия теряется в виде неиспользованного тепла.

Будь то электромобиль или стиральная машина – базовая конструкция двигателя одна и та же

Электродвигатели — это технология, которая была опробована и испытана в широком спектре применений в течение многих десятилетий. Поэтому базовая конструкция двигателя в электромобиле практически ничем не отличается от конструкции стиральной машины. В большинстве случаев используются двигатели переменного тока (AC), или, точнее, трехфазные двигатели. Это означает, что переменный ток поступает в корпус двигателя через три отдельных проводника (фазы). Внутри находятся два ключевых элемента привода, которые за счет взаимодействия электрических и магнитных сил преобразуют энергию, поступающую от батареи, в механическую энергию для приведения автомобиля в движение. Статор является неподвижной частью внутри корпуса и отвечает за мощность и эффективность. Ротор, в свою очередь, вращается внутри цилиндрического статора и прочно соединен со стальным валом для передачи энергии. Взаимодействие между ними начинается с момента запуска транспортного средства.

Взаимодействие магнитных сил заставляет вал двигателя вращаться

Во время электрической работы переменный ток поступает на катушки статора через клеммы на корпусе двигателя. Затем катушки непрерывно генерируют магнитное поле с короткими периодическими интервалами. Однако магнитные поля на различных катушках всегда генерируются с временным смещением друг от друга – это создает так называемое вращающееся поле внутри статора. Но как происходит вращательное движение ротора? Это зависит от конструкции электродвигателя.

Эксперты DEKRA проверяют соблюдение правил и мер безопасности на электромобилях. Фото: DEKRA Automobil

В синхронных двигателях роторы генерируют собственное магнитное поле. Используются магниты с постоянным магнитным полем – это называется синхронным двигателем с постоянными магнитами (PSM). Однако ротор также можно превратить в электромагнит с помощью постоянного тока – тогда система называется синхронным двигателем постоянного тока (FSM). В обоих случаях магнитные поля статора и ротора взаимодействуют путем притяжения и отталкивания их полюсов. Это приводит к вращательному движению, при котором ротор вращается синхронно с электромагнитным полем статора.

В асинхронных двигателях применяется другой принцип. Здесь ротор обычно не имеет ни магнитов, ни собственного источника питания. Вместо этого электромагнитное поле статора индуцирует ток в проводниках ротора, которые затем создают магнитное поле. В этой системе ротор всегда вращается немного медленнее, чем меняется электромагнитное поле статора – отсюда и название «асинхронный» двигатель. Эта конструкция считается особенно прочной и отличается высокой стабильностью на высоких скоростях. Синхронные двигатели, с другой стороны, обладают преимуществами с точки зрения плотности мощности и эффективности.

Силовая электроника берет на себя управление электропитанием

Одна из задач разработчиков двигателей состоит в том, чтобы подобрать автомобиль и силовой агрегат к желаемому профилю вождения. Это может быть проще для компактного автомобиля, чем для внедорожника с гораздо более широким использованием. Однако в обоих случаях силовая электроника является ключевым игроком в концепции привода автомобиля. Помимо прочего, электроника отвечает за управление питанием двигателя. Например, если автомобиль должен ускориться, силовая электроника определяет, сколько дополнительной энергии требуется, исходя из положения педали акселератора. Поскольку батарея отдает только постоянный ток, электроника должна обеспечивать ток в правильной форме, силе и частоте. С другой стороны, в случае рекуперации она берет на себя задачу преобразования энергии торможения в электрическую энергию постоянного тока и подачи ее в аккумулятор. Кроме того, силовая электроника постоянно следит за частотой вращения и мощностью двигателя. Она знает состояние аккумуляторных батарей и взаимодействует с зарядными станциями во время зарядки.

Полезно знать: Электрические двигатели также могут работать в режиме генератора. В этом случае они преобразуют механическую энергию в электрическую во время замедления, тем самым заряжая аккумулятор. Эта так называемая рекуперация увеличивает запас хода электромобиля. Это особенно эффективно там, где торможение требуется чаще – например, на трассах с уклоном вниз или в городском движении с часто меняющимися скоростями. По оценкам эксперта DEKRA Андреаса Рихтера, опытные водители могут увеличить запас хода на 20 процентов, умело используя рекуперацию.

Производительность электродвигателя становится очевидной на дороге

Измерение мощности: Теоретически электродвигатель также может работать в полную силу при движении задним ходом. Фото: DEKRA Automobil

Люди, которые используют электронный автомобиль в качестве второго автомобиля или чисто городского транспортного средства, могут довольствоваться меньшей мощностью. Даже при номинально слабом двигателе быстрая езда в городском движении вполне возможна. “Это связано с тем, что максимальный доступный крутящий момент электродвигателя почти полностью доступен при разгоне с места”, — говорит Андреас Рихтер. Однако на проселочных дорогах или шоссе крутящий момент слабого двигателя рано или поздно иссякает. Затем двигатель вырабатывает свой максимальный крутящий момент в доступном диапазоне оборотов – но только до тех пор, пока не достигнул максимальной мощности. В этот момент ускорение значительно уменьшается. Однако тем людям, которым нужна мощность, которые ценят максимально высокие скорости или динамичный спринт при обгоне, нужно электродвигатели более высокой мощности. Если бы существовала забавная формула для электромобиля, она звучала бы так: “Мощность можно заменить только еще большей мощностью”.

Полезно знать: Эффективная работа двигателя при любом вождении. Теоретически электродвигатель также может продемонстрировать свою полную работоспособность при реверсировании или рекуперации. Однако, как объясняет эксперт DEKRA Рихтер, производители проектируют электродвигатели таким образом, чтобы было возможно безопасное вождение с минимальным износом. По этой причине мощность электродвигателя обычно значительно снижается сразу же при реверсировании и рекуперации. Энергоэффективного использования электродвигателя также легко добиться на шоссе. Все, что нужно, – это снизить скорость — это уменьшает сопротивление воздуха, которое увеличивается со скоростью.

Трансмиссия является важным элементом в силовой установке

Чтобы механическая мощность наилучшим образом достигала колес, трансмиссия работает в качестве третьего элементы, наряду с двигателем и силовой электроникой. В отличие от двигателя внутреннего сгорания, для постоянного поддержания крутящего момента и мощности в оптимальном диапазоне скоростей нет необходимости в переключении передач, поскольку электродвигатели обеспечивают свою мощность в широком диапазоне скоростей. Тем не менее, у электромобилей также есть трансмиссия. Это связано с тем, что вал ротора может вращаться с чрезвычайно высокими скоростями. Однако приводной вал для передачи механической энергии на колеса должен вращаться гораздо медленнее. Для достижения этой цели автопроизводители обычно полагаются на одноступенчатую трансмиссию, которая снижает скорость. Однако в конструкции трансмиссии есть свобода действий. Porsche Taycan, например, оснащен двухскоростной коробкой передач, которая обеспечивает максимальное ускорение и высокие максимальные скорости. Высокопроизводительные седаны также могли бы воспользоваться двухскоростной коробкой передач. Автомобильный поставщик ZF считает, что это может повысить эффективность электропривода на пять процентов. На практике это означало бы увеличение запаса хода. Но как насчет передачи заднего хода электропривода? Инженеры обходятся без этого. В конце концов, достаточно просто изменить направление вращения электродвигателя, чтобы электромобиль поехал назад.

Полезно знать: трансмиссия становится все более важной в электронном автомобиле. Volkswagen оснащает ID3 одноступенчатой коробкой передач. Поскольку электромобиль развивает максимальную скорость 160 километров в час при максимальной скорости 16 000 оборотов в минуту, потребовалось решение для достижения передаточного отношения к медленной скорости для оборотов приводного вала. Чтобы сэкономить место для установки, инженеры используют две шестерни меньшего размера вместо одного большого зубчатого колеса, которые выполняют функцию промежуточного передаточного числа. Поставщики автомобилей также разрабатывают свои собственные разработки. Например, Bosch только что объединила усилия с Технологическим университетом Эйндховена для разработки автоматической коробки передач, которая непрерывно регулирует скорость и крутящий момент электронного двигателя в соответствии со скоростью автомобиля.

EV Motors: объяснение

Из апрельского выпуска журнала Car and Driver за 2022 год.

Любители автомобилей так долго были погружены в язык двигателей внутреннего сгорания, что неумолимый переход на электрификацию требует настройки нашей базы знаний. Многие из нас знакомы с ритмом всасывания-сжимания-выдоха четырехтактного двигателя, который приводит в действие большинство сегодняшних водителей, в то время как среди нас есть любители снегоходов и подвесных моторов, которые, вероятно, могут объяснить внутреннюю работу двухтактного двигателя. Некоторые ботаники могут даже иметь представление о эпитрохоидальных махинациях роторного двигателя Ванкеля, но опыт обычного редуктора с электродвигателями может начаться и закончиться с последним отказом стартера.

Все типы двигателей электромобилей состоят из двух основных частей. Статор — это стационарная внешняя оболочка двигателя, корпус которой крепится к шасси наподобие блока цилиндров. Ротор представляет собой единственный вращающийся элемент и аналогичен коленчатому валу в том, что он передает крутящий момент через трансмиссию на дифференциал.

В большинстве электромобилей используется блок с прямым приводом (с одним передаточным числом), который снижает скорость вращения между двигателем и колесами. Как и двигатели внутреннего сгорания, электродвигатели наиболее эффективны при низких оборотах и ​​более высоких нагрузках. В то время как электромобиль может иметь приемлемый запас хода на одной передаче, более тяжелые пикапы и внедорожники, предназначенные для буксировки прицепов, увеличат запас хода благодаря многоступенчатой ​​трансмиссии на скорости шоссе. Сегодня только Audi e-tron GT и Porsche Taycan используют двухступенчатую коробку передач. Многоступенчатые потери и затраты на разработку являются причинами редкости электромобилей с более чем одной передачей, но мы прогнозируем, что это изменится.

Унификация электродвигателей EV

Все три основных типа двигателей электромобилей используют трехфазный переменный ток для создания вращающегося магнитного поля (RMF), частота и мощность которого контролируются силовой электроникой, реагирующей на нажатие педали акселератора. Статоры содержат многочисленные параллельные пазы, заполненные соединенными между собой петлями медных обмоток. Это могут быть громоздкие пучки круглой медной проволоки или аккуратные шпилькообразные медные вставки квадратного сечения, увеличивающие как плотность заполнения, так и прямой контакт между проводами внутри канавок. Более плотные витки улучшают способность к крутящему моменту, а более аккуратное переплетение на концах приводит к меньшему объему и меньшему общему корпусу.

Аккумуляторы — это устройства постоянного тока, поэтому силовая электроника электромобиля включает инвертор постоянного тока в переменный, который обеспечивает статор переменным током, необходимым для создания важнейшего переменного RMF. Но стоит отметить, что эти электродвигатели также являются генераторами, а это означает, что колеса будут вращать ротор в статоре в обратном направлении, чтобы индуцировать RMF в другом направлении, которое возвращает мощность обратно через преобразователь переменного тока в постоянный, чтобы отправить мощность в батарея. Этот процесс, известный как рекуперативное торможение, создает сопротивление, замедляющее автомобиль. Регенерация не только играет центральную роль в расширении запаса хода электромобиля, это в значительной степени целый шарик воска, когда речь идет о высокоэффективных гибридах, потому что большое количество регенерации улучшает показатели экономии топлива EPA. Но в реальном мире рекуперация менее эффективна, чем выбег, что позволяет избежать потерь каждый раз, когда энергия проходит через двигатель и преобразователь при сборе кинетической энергии.

Три типа электродвигателей

Типы двигателей можно разделить по фундаментальным различиям роторов, которые представляют собой совершенно разные способы преобразования RMF статора в фактическое вращательное движение. Эти различия на самом деле достаточно разительны, чтобы отдать должное нашей первоначальной аналогии с четырьмя циклами, двумя циклами и Ванкеля. В асинхронной категории у нас есть асинхронные двигатели, в то время как синхронная группа включает двигатели с постоянными магнитами и двигатели с токовым возбуждением.

Асинхронные двигатели существуют с 19 века. Здесь ротор содержит продольные пластины или стержни из проводящего материала, чаще всего из меди, но иногда из алюминия. RMF статора индуцирует ток в этих пластинах, который, в свою очередь, создает электромагнитное поле (ЭДС), которое начинает вращаться внутри RMF статора. Асинхронные двигатели известны как асинхронные двигатели, потому что ЭДС индукции и связанный с ней вращающий момент могут существовать только тогда, когда скорость ротора отстает от RMF. Такие двигатели распространены, потому что им не нужны редкоземельные магниты и они относительно дешевы в производстве, но их сложнее охлаждать при длительных высоких нагрузках и они по своей природе менее эффективны на низких скоростях.

Как следует из названия, роторы двигателей с постоянными магнитами обладают собственным магнетизмом. Для создания магнитного поля ротора не требуется энергии, что делает их гораздо более эффективными на низкой скорости. Такие роторы также вращаются синхронно с RMF статора, что делает их синхронными. А вот с простой обмоткой ротора магнитами поверхностного монтажа возникают проблемы. Например, для этого требуются более крупные магниты, а удерживать ротор на высокой скорости становится все труднее по мере того, как все становится тяжелее. Но более серьезной проблемой является так называемая «обратная ЭДС» на высоких скоростях, при которой обратное электромагнитное магнитное поле добавляет сопротивление, которое ограничивает максимальную мощность и создает избыточное тепло, которое может повредить магниты.

Для борьбы с этим большинство электродвигателей с постоянными магнитами оснащены встроенными постоянными магнитами (IPM), которые попарно вставляются в продольные V-образные пазы, расположенные в виде нескольких лепестков прямо под поверхностью железного сердечника ротора. Прорези обеспечивают безопасность IPM на высокой скорости, но преднамеренно сформированные области между магнитами создают противодействующий крутящий момент. Магниты либо притягиваются, либо отталкиваются от других магнитов, но обычное сопротивление, сила, которая прикрепляет магнит к ящику с инструментами, притягивает лепестки железного ротора к RMF. IPM выполняют работу на более низких скоростях, а реактивный крутящий момент берет верх на высоких скоростях. Чтобы вы не думали, что это новинка, Prius использует их.

Окончательный тип двигателя не существовал в электромобилях до недавнего времени, потому что общепринятое мнение гласило, что бесколлекторные двигатели, которые описаны выше, были единственным жизнеспособным вариантом для электромобиля. BMW недавно изменила эту тенденцию, установив щеточные синхронные двигатели переменного тока с токовым возбуждением на новые модели i4 и iX. Ротор этого типа взаимодействует с RMF статора точно так же, как ротор с постоянными магнитами, но в роторе отсутствуют постоянные магниты. Вместо этого он имеет шесть широких медных лепестков, питающихся от батареи постоянного тока для создания необходимой ЭДС. Для этого требуются контактные кольца и подпружиненные щетки на валу ротора, что заставило других отказаться от этого подхода из-за опасений по поводу износа щеток и связанной с ним пыли. Не будет ли здесь проблемой износ щеток? Это еще предстоит выяснить, но мы в этом сомневаемся. Массив щеток изолирован в изолированном отсеке со съемной крышкой, обеспечивающей легкий доступ. Отсутствие постоянных магнитов позволяет избежать проблем, связанных с ростом стоимости редкоземельных металлов и воздействием добычи полезных ископаемых на окружающую среду. Эта схема также позволяет варьировать силу магнитного поля ротора, что обеспечивает дальнейшую оптимизацию. Тем не менее, для питания этого ротора требуется мощность, что делает эти двигатели менее эффективными, особенно на низких скоростях, когда энергия, необходимая для создания поля, составляет больший процент от общего потребления.

Появление синхронного двигателя переменного тока с возбуждением током произошло настолько недавно в короткой истории электромобилей, что это показывает, насколько рано мы находимся на кривой развития. Есть много места для свежих идей, и уже были сделаны важные повороты, не в последнюю очередь включая отход Теслы от концепции асинхронного двигателя, которая является основой для ее собственного бренда и логотипа, к синхронным двигателям с постоянными магнитами. И нам едва исполнилось десятилетие в современной эре электромобилей — мы только начинаем.

Автомобиль и водитель

Этот контент импортирован из OpenWeb. Вы можете найти тот же контент в другом формате или найти дополнительную информацию на их веб-сайте.

Этот 17-летний парень разработал двигатель, который потенциально может изменить индустрию электромобилей | Инновация

Роберт Сансоне со своим новым синхронным реактивным двигателем. Общество науки

Роберт Сансоне — прирожденный инженер. От аниматронных рук до скоростных беговых ботинок и картинга, который может развивать скорость более 70 миль в час, изобретатель из Форт-Пирса, Флорида, считает, что в свободное время он выполнил не менее 60 инженерных проектов. А ему всего 17 лет.

Пару лет назад Sansone наткнулся на видео о преимуществах и недостатках электромобилей. В видео объясняется, что для большинства двигателей электромобилей требуются магниты, изготовленные из редкоземельных элементов, извлечение которых может быть дорогостоящим как с финансовой, так и с экологической точки зрения. Необходимые редкоземельные материалы могут стоить сотни долларов за килограмм. Для сравнения, медь стоит 7,83 доллара за килограмм.

«У меня есть естественный интерес к электродвигателям», — говорит Сансоне, который использовал их в различных проектах по робототехнике. «С этой проблемой устойчивости я хотел решить ее и попытаться разработать другой двигатель».

Старшеклассник слышал о типе электродвигателя — синхронном реактивном двигателе, — в котором не используются эти редкоземельные материалы. Этот тип двигателя в настоящее время используется для насосов и вентиляторов, но сам по себе он недостаточно мощный, чтобы его можно было использовать в электромобиле. Итак, Сансоне начал мозговой штурм, чтобы улучшить его производительность.

В течение года компания Sansone создала прототип нового синхронного реактивного двигателя, который обладал большей силой вращения (или крутящим моментом) и эффективностью, чем существующие. Прототип был изготовлен из напечатанного на 3D-принтере пластика, медных проводов и стального ротора и протестирован с использованием различных измерителей для измерения мощности и лазерного тахометра для определения скорости вращения двигателя. Его работа принесла ему первый приз и выигрыш в размере 75 000 долларов на Международной научно-технической ярмарке Regeneron (ISEF) в этом году, крупнейшем международном конкурсе STEM для старших классов.

В менее экологичных двигателях с постоянными магнитами используются такие материалы, как неодим, самарий и диспрозий, которые пользуются большим спросом, потому что они используются во многих различных продуктах, включая наушники и наушники-вкладыши, объясняет Хит Хофманн, профессор электротехники и компьютерной инженерии в Университет Мичигана. Хофманн много работал над электромобилями, в том числе консультировал Tesla по разработке алгоритмов управления их силовым приводом.

«Кажется, что число приложений, использующих магниты, становится все больше и больше, — говорит он. «Многие материалы добываются в Китае, поэтому цена часто может зависеть от нашего торгового статуса с Китаем». Хофманн добавляет, что Tesla недавно начала использовать постоянные магниты в своих двигателях.

Электродвигатели используют вращающиеся электромагнитные поля для вращения ротора. Катушки проволоки в неподвижной внешней части двигателя, называемой статором, создают эти электромагнитные поля. В двигателях с постоянными магнитами магниты, прикрепленные к краю вращающегося ротора, создают магнитное поле, которое притягивается к противоположным полюсам вращающегося поля. Это притяжение раскручивает ротор.

Синхронные реактивные двигатели не используют магниты. Вместо этого стальной ротор с прорезанными в нем воздушными зазорами выравнивается с вращающимся магнитным полем. Нежелание, или магнетизм материала, является ключом к этому процессу. Когда ротор вращается вместе с вращающимся магнитным полем, создается крутящий момент. Больший крутящий момент создается, когда коэффициент заметности или разница в магнетизме между материалами (в данном случае стальным и немагнитным воздушным зазором) больше.

Вместо использования воздушных промежутков Сансоне подумал, что может включить в двигатель другое магнитное поле. Это увеличило бы этот коэффициент заметности и, в свою очередь, произвело бы больший крутящий момент. В его конструкции есть и другие компоненты, но он не может раскрыть больше деталей, так как надеется запатентовать технологию в будущем.

Новый двигатель Sansone превзошел традиционный синхронный реактивный двигатель аналогичной конструкции в тестах на крутящий момент и эффективность. Роберт Сансоне

«После того, как у меня появилась эта первоначальная идея, мне пришлось сделать несколько прототипов, чтобы проверить, будет ли этот дизайн работать на самом деле», — говорит Сансоне. «У меня нет тонны ресурсов для создания очень продвинутых двигателей, поэтому мне пришлось сделать уменьшенную версию — масштабную модель — с помощью 3D-принтера».

Потребовалось несколько прототипов, прежде чем он смог протестировать свой дизайн.

«На самом деле у меня не было наставника, который мог бы мне помочь, поэтому каждый раз, когда двигатель выходил из строя, мне приходилось проводить массу исследований и пытаться устранять неполадки, — говорит он. «Но в итоге на 15-м моторе я смог получить работающий прототип».

Сансон проверил свой двигатель на крутящий момент и эффективность, а затем перенастроил его для работы в качестве более традиционного синхронного реактивного двигателя для сравнения. Он обнаружил, что его новая конструкция обеспечивает на 39 процентов больший крутящий момент и на 31 процент большую эффективность при 300 оборотах в минуту (об/мин). При 750 об/мин эффективность увеличилась на 37 процентов. Он не мог испытать свой прототип при более высоких оборотах в минуту, потому что пластиковые детали перегревались — урок, который он усвоил на собственном горьком опыте, когда один из прототипов расплавился на его столе, — рассказывает он 9.0003 Top of the Class , подкаст, созданный Crimson Education.

Для сравнения, двигатель Tesla Model S может развивать скорость до 18 000 об/мин, объяснил главный конструктор двигателей компании Константинос Ласкарис в интервью 2016 года Кристиану Руоффу для журнала об электромобилях Charged.

Сансоне подтвердил свои результаты во втором эксперименте, в котором он «изолировал теоретический принцип, согласно которому новый дизайн создает магнитную заметность», согласно презентации своего проекта. По сути, этот эксперимент исключил все другие переменные и подтвердил, что улучшения крутящего момента и эффективности коррелируют с большим коэффициентом значимости его конструкции.

«Он определенно правильно смотрит на вещи, — говорит Хофманн о Сансоне. «Есть потенциал, что это может стать следующей большой вещью». Однако он добавляет, что многие профессора работают над исследованиями всю свою жизнь, и «довольно редко они в конечном итоге захватывают мир».

Хофманн говорит, что материалы для синхронных реактивных двигателей дешевы, но машины сложны и, как известно, трудны в производстве. Таким образом, высокие производственные затраты являются препятствием для их широкого использования и основным ограничивающим фактором для изобретения Sansone.

Сансоне соглашается, но говорит, что «с новыми технологиями, такими как аддитивное производство [например, 3D-печать], построить его в будущем будет проще».

Сейчас Сансоне работает над расчетами и трехмерным моделированием 16-й версии своего мотора, которую он планирует построить из более прочных материалов, чтобы протестировать ее на более высоких оборотах в минуту. Если его двигатель продолжит работать с высокой скоростью и эффективностью, он говорит, что продолжит процесс патентования.

Вся экспериментальная установка Sansone. Роберт Сансоне

В старших классах Центральной средней школы Форт-Пирса Сансоне мечтает поступить в Массачусетский технологический институт. Его выигрыш от ISEF пойдет на оплату обучения в колледже.

Сансон говорит, что изначально не планировал участвовать в конкурсе. Но когда он узнал, что один из его занятий позволил ему завершить годовой исследовательский проект и написать статью по выбранной им теме, он решил воспользоваться возможностью и продолжить работу над своим двигателем.

«Я подумал, что если я смогу вложить в это столько энергии, то смогу сделать это проектом научной выставки и конкурировать с ним», — объясняет он. После хороших результатов на районных и государственных соревнованиях он перешел в ISEF.

Сансоне ждет следующего этапа испытаний, прежде чем обращаться к какой-либо автомобильной компании, но он надеется, что однажды его двигатель станет предпочтительным для электромобилей.

«Редкоземельные материалы в существующих электродвигателях являются основным фактором, подрывающим устойчивость электромобилей», — говорит он. «Увидеть день, когда электромобили станут полностью устойчивыми благодаря помощи моей новой конструкции двигателя, было бы мечтой».

Рекомендуемые видео

статей Маргарет Осборн | Смитсоновский журнал

Маргарет Осборн — независимый журналист, проживающий на юго-западе США. Ее работы были опубликованы в Sag Harbour Express и транслировались по WSHU Public Radio.

Дания возместит «убытки и ущерб» развивающимся странам за последствия изменения климата

Страна обязалась выделить 13 миллионов долларов, которые пойдут региону Сахель на северо-западе Африки и другим пострадавшим районам

21 сентября 2022 г. 16:52

Приблизительно 20 квадриллионов муравьев живут на Земле

Вес муравьев в мире превышает вес всех диких птиц и млекопитающих вместе взятых

21 сентября 2022 г. -сердце возрастом в миллион лет произошло от доисторической рыбы, которая является нашим самым ранним челюстным предком

16 сентября 2022

00 миллионов на зарядные устройства для электромобилей

Президент говорит, что хочет, чтобы эти устройства было «так же легко найти, как сейчас заправочные станции»

15, 2022, 5:02 p.m.»> 15 сентября 2022 г.

Дождевой червь на его заднем дворе

Новозеландский мальчик назвал существо «Мертвый Фред»

14 сентября 2022 г.

Омары внесены в «Красный список», что возмутило рыболовное сообщество штата Мэн потому что их ловушки угрожают находящемуся под угрозой исчезновения северному атлантическому киту

13 сентября 2022 г.

В чем разница между мозгом человека и неандертальца?

Одна небольшая вариация в ДНК, возможно, помогла Homo sapiens превзойти наших древних родственников

13 сентября 2022 г. в своем роде для этого заболевания, может поставить диагноз примерно за три минуты

12 сентября 2022 г.

Шимпанзе играют в свой фирменный барабанный бой, чтобы оставаться на связи

Новые исследования показывают, что животные транслируют свою личность и местонахождение, чтобы найти друг друга во время путешествия

12 сентября 2022 г. Бразильская Амазония

Быстрое обезлесение сделало тропические леса более уязвимыми для огня, говорят эксперты

9 сентября 2022 г.

0114

Ни в одном из предыдущих исследований не проводилось непрерывное наблюдение за дикими ночными мигрирующими насекомыми

8 сентября 2022 г.

«Бессмертная медуза» может подтолкнуть к открытиям о старении человека и повторить свой жизненный цикл

6 сентября 2022

Гавайи закрывают свою последнюю угольную электростанцию ​​

К 2045 году штат планирует полностью использовать возобновляемую энергию

6, 2022, 3:04 p.m.»> 6 сентября 2022 г.

Мертвая рыба выбрасывается на берег в районе залива

Скорее всего, виноват цветение водорослей «красного прилива», вызванное избытком питательных веществ и повышением температуры воды Португалец случайно нашел 82-футового динозавра на своем заднем дворе

Ученые говорят, что это может быть самый большой экземпляр, когда-либо обнаруженный в Европе0114

Акулы-погоны могут помочь ученым понять, как животные реагируют на суровые условия, в том числе вызванные изменением климата с помощью беседы продемонстрировал снижение пьянства на 83%

26 августа 2022 г.

Засуха обнажила следы динозавров в Техасе

Следы возрастом 113 миллионов лет в основном были оставлены плотоядным акрокантозавром

26 августа 2022 г.

Швейцарские ледники уменьшились вдвое с 1931 г.

25 августа 2022 г.

Косатки ломают руль у лодок в Европе

Эти взаимодействия вокруг Испании и Португалии могут быть тенденцией среди несовершеннолетних, говорят ученые

24 августа 2022 г.

Таинственный мужчина из Сомертона из Австралии идентифицирован как Карл Уэбб | Умные новости

Эксперты не смогли точно определить причину смерти, но трое медицинских свидетелей, давших показания во время расследования дела Сомертонского человека, согласились, что его смерть «не была естественной». Иллюстрация Мейлана Солли / Фотографии из Викисклада, находящиеся в общественном достоянии.

На протяжении десятилетий власти, ученые и общественность обменивались теориями о личности таинственного человека из Сомертона, чье тело было найдено на пляже недалеко от Аделаиды, Австралия, 1 декабря 19 года.48. Он был русским шпионом. Брошенный любовник, отравленный любовницей. Контрабандист. Бывшая артистка балета.

Правда, однако, выглядит более приземленной. Как сообщает Хилари Уайтман для CNN, новый анализ ДНК предполагает, что Человеком из Сомертона является Карл «Чарльз» Уэбб, инженер-электрик из Мельбурна, исчезнувший из публичного списка в апреле 1947 года.

Дерек Эбботт, физик и инженер-электронщик из Университета из Аделаиды, и Коллин Фитцпатрик, судебно-медицинский генеалог, которая специализируется на использовании ДНК для раскрытия нераскрытых дел, опознала Сомертонского человека по волосам, застрявшим в его посмертной маске. Хотя коронер штата еще не подтвердил выводы пары, Эбботт сообщает Хранитель Наташа Мэй, что «как ученый» он уверен в точности анализа.

Несмотря на усилия властей предать гласности дело, никто не смог точно опознать человека из Сомертона. Общественное достояние через Wikimedia Commons

«Мы просто говорим, что это то, что говорит нам ДНК, — говорит Эбботт в интервью New York Times », — говорит Алан Юхас. «Полицейские должны установить юридическое определение того, кем был этот парень».

Чтобы сузить круг потенциальных кандидатов, Эбботт и Фитцпатрик ввели ДНК мужчины из Сомертона в базу данных генеалогических исследований GEDmatch. Найдя совпадение с дальним родственником, исследователи построили генеалогическое древо примерно 4000 человек. Затем они использовали архивные записи для поиска людей, биографии которых отражали то, что было известно о человеке из Сомертона. Уэбб, родившийся в австралийском штате Виктория в 1905, отвечает всем требованиям.

«Во всем этом супе и океане кузенов ДНК мы смогли связать одного из них с отцом Карла, а другого с матерью Карла», — рассказывает Фитцпатрик Times . «Вы действительно сузили круг до такой степени, что это может быть любой из братьев и сестер Карла, но у Карла нет документально подтвержденной смерти».

Обнаружение человека из Сомертона

Ночью 30 ноября 1948 года две отдельные пары заметили «элегантно одетого мужчину, лежащего на песке, его голова прислонилась к морской стене», согласно Майк Дэш из журнала Smithsonian . Отмахнувшись от загадочной фигуры как от пьяного или крепко спящего отдыхающего на пляже, пары не предприняли никаких усилий, чтобы приблизиться к нему.

Полиция прибыла на место происшествия на следующее утро после получения сообщения о трупе на Сомертон-Бич. Согласно отчету о дознании 1949 года, врач, осматривавший останки мужчины из Сомертона, определил время его смерти около 2 часов ночи. Мужчина в возрасте от 40 до 50 лет ростом 5 футов 11 дюймов не имел ни денег, ни документов, удостоверяющих личность. На самом деле все бирки с его одежды были намеренно удалены. В его карманах были спрятаны сигареты, спички, пачка жевательной резинки Juicy Fruit, использованный билет на автобус, неиспользованный билет на поезд и два гребня для волос.

Вид на часть Сомертон-Бич, где было найдено тело Сомертонского человека (место, отмеченное знаком «Х») Общественное достояние через Wikimedia Commons

Эксперты не смогли установить причину смерти, но трое медицинских свидетелей, давших показания в ходе дознания, согласились, что смерть «не была естественной».

«Не было никаких признаков насилия, и я вынужден признать, что смерть наступила в результате отравления», — заключил городской коронер Томас Эрскин Клеланд. «[B] но я не могу сказать, управлял ли им сам умерший или какое-то другое лицо».

Несмотря на публичные призывы властей и растущее освещение тайны в СМИ, никто не смог точно идентифицировать Человека из Сомертона. Через месяц после его смерти полиция нашла на вокзале Аделаиды чемодан, предположительно принадлежавший ему. (Катушка ниток в чемодане совпадала с оранжевыми стежками, использованными для починки одежды мужчины.) Также внутри были кисточка для бритья, крем для обуви, нож, ножницы, отвертка и различная одежда, некоторые из которых были помечены вариантами название «Т. Кин. Портной, приглашенный для оценки одежды, пришел к выводу, что она была сделана в Соединенных Штатах, что придает вес теории о том, что человек из Сомертона был не из этого района.

Следующая подсказка в деле всплыла в мае 1949 года, когда патологоанатом Джон Клеланд повторно осмотрел труп и обнаружил свернутый лист бумаги, спрятанный в кармане брюк мужчины. На нем была фраза « Тамам Шуд » — по-персидски «все кончено» или «кончено» — и вскоре ее проследили до «Рубайат Омара Хайяма », сборника персидской поэзии XII века, популяризированного английским переводом 1859 года. .

Эбботт считает, что этот «код» на самом деле представляет собой список лошадей, на которых Уэбб делал ставку. Общественное достояние через Wikimedia Commons

«Трудно видеть в этом что-то иное, кроме преднамеренного», — говорит Фиона-Эллис Джонс, ведущая подкаста «Тайна Сомертонского человека», Бриджит Джадд из Австралийской радиовещательной компании (ABC). — Может быть, предсмертная записка? Или, может быть, последнее прощание с любовником».

В июле 1949 года местный житель принес экземпляр The Rubáiyát , который он нашел брошенным в багажник своей машины примерно во время смерти Сомертонского человека. Вырванный фрагмент, найденный в кармане Сомертонского человека, идеально совпал с пробелом на последней странице выброшенной копии. Интересно, что в книге было несколько рукописных аннотаций, в том числе предполагаемый код и номер телефона медсестры Джесси «Джо» Томсон, которая жила рядом с местом, где было обнаружено тело.

По словам сержанта-детектива Лайонела Лина, когда Томсон представили посмертную маску человека из Сомертона, она выглядела «полностью ошеломленной, вплоть до того, что создавала впечатление, что она вот-вот потеряет сознание». Тем не менее, она отрицала, что знала этого человека, и власти не давили на нее по этому поводу. Оттуда тропа остыла.

Непреходящая тайна Сомертонского Человека

В течение следующих 70 или около того лет в дискуссиях о Сомертонском Человеке доминировали спекуляции и все более диковинные теории. Некоторые наблюдатели ссылались на «код», найденный на его копии Rubáiyát , а также явные попытки скрыть его личность как свидетельство того, что он был русским шпионом. (Эксперты по криптографии утверждают, что строка букв на самом деле не представляет собой код; Эбботт, со своей стороны, сказал ABC, что они, вероятно, представляют собой имена лошадей, на которых Уэбб делал ставку. )

Другие утверждали, что человек из Сомертона был бывшим профессионалом. танцор балета, опираясь на комментарий коронера о том, что его икроножные мышцы были «высокими и хорошо развитыми, как у женщин», и на предположение, что «он имел привычку носить остроносые туфли на высоких каблуках».

Похороны Сомертонского человека 14 июня 1949 г. Общественное достояние через Wikimedia Commons

Возможно, самая убедительная теория была связана с сыном Томсона Робином, чьи отличительные уши и зубы очень напоминали человека из Сомертона. Родившийся в 1946 году, Робин сделал карьеру танцора в Австралийской балетной труппе. В беседе с Беном Чеширом и Сьюзен Ченери из ABC в 2019 году Эбботт предположил, что Робин был сыном человека из Сомертона; Он предположил, что Томсон не смогла опознать его, потому что она «была в отношениях с другим мужчиной, который впоследствии стал ее мужем, и она просто не хотела, чтобы этот призрак из прошлого вернулся и испортил ее нынешнее существование. ”

Эбботт, который исследовал Сомертонского человека более двух десятилетий, познакомился со своей нынешней женой Рэйчел Иган благодаря этому делу. Узнав, что Томсон умер в 2007 году, а Робин в 2009 году, он отправился на поиски живых потомков Робина. Иган была внучкой Робин. В детстве ее усыновили, и она выросла в Новой Зеландии, не подозревая о своей потенциальной связи с нераскрытым делом. Через день после знакомства Эббот и Иган решили пожениться.

«Люди говорили, что, возможно, Дерек женился на мне из-за моей ДНК», — пошутил Иган в интервью ABC в 2019 году.. — И я думаю, что в этом есть доля правды.

Власти Аделаиды эксгумировали тело человека из Сомертона в мае прошлого года и в настоящее время проводят генетическое тестирование останков. (ДНК, изученная Эбботтом и Фитцпатриком, была получена из посмертной маски Сомертонского человека, а не из его тела, и была проанализирована в рамках отдельного параллельного расследования.) Официальные лица отказались комментировать новые результаты, вместо этого сообщив CNN, что ответят, «когда получены результаты тестирования».

Решено! Однако до сих пор нет изображения, чтобы сравнить мою реконструкцию.

Блестящая работа @derek_abbott60 и @Identifinders https://t.co/KrCkrZdYPg pic.twitter.com/vOllqL73g1

— Дэн Вошарт (@dvoshart) 26 июля 2022 г.

Вопреки первоначальным подозрениям Эбботта, новая ДНК исследование не показало никакой генетической связи между Иганом и Уэббом, окончательно доказав, что Робин не был сыном Уэбба.

«То, была ли какая-то социальная связь с матерью Робин, все еще находится на рассмотрении, — говорит Эббот ABC, — но, возможно, это одна из тех вещей, о которых мы никогда не узнаем сейчас».

Помимо результатов ДНК, связывающих человека из Сомертона с Уэббом, Эбботт и Фитцпатрик нашли множество архивных доказательств, подтверждающих идентификацию. Родившийся в Футскрэе, пригороде Мельбурна, 16 ноября 1905 года, Уэбб был шестым ребенком в семье мужчины немецкого происхождения и австралийки, пишет Ребекка Опи из ABC. В октябре 1941 года он женился на Дороти Джин Робертсон, которая указана в свидетельстве о браке пары как 21-летний специалист по ногам. Уэбб был тогда 35-летним производителем инструментов.

Последнее упоминание Уэбба в исторических записях относится к апрелю 1947 года, когда он ушел от жены. В октябре 1951 года, через три года после смерти Сомертонского человека, Дороти разместила в газете Age объявление о том, что она начала бракоразводный процесс против Уэбба на основании дезертирства. К тому времени Дороти переехала из Мельбурна в Бьют, город в 89 милях к северо-востоку от Аделаиды.

«Возможно, что [Уэбб] пришел в такое состояние, чтобы попытаться найти ее», — сказал Эббот CNN. «Мы просто рисуем точки. Мы не можем с уверенностью сказать, что именно по этой причине он пришел, но это кажется логичным».

Записи показали, что Уэбб любил читать и писать стихи, а также делать ставки на скачках. У него была сестра, которая жила в Мельбурне и была замужем за человеком по имени Томас Кин — вероятно, Т. Кин, чье имя написано на одежде в чемодане Somerton Man. (Что касается американского происхождения одежды, Эбботт предполагает, что Кин купил одежду из секонд-хенда у солдата, дислоцированного в Австралии.) //t.co/c7KcGhtiuI

— ABC Adelaide (@abcadelaide) 2 августа 2022 г.

Эбботт и Фитцпатрик не смогли найти фотографию Уэбба, но Опи из ABC сообщает, что изображение брата Уэбба Роя, погибшего в качестве военнопленного в Малайе во время Вторая мировая война имеет «поразительное сходство» с человеком из Сомертона.

Остается много вопросов, связанных с этим делом: Почему Уэбб приехал в Сомертон-Бич? Что стало причиной его смерти? Он умер от самоубийства? Его убили? Какова была его связь с Томсоном? Исследователи надеются раскрыть эти и другие загадки с помощью архивных и генетических исследований.

«Некоторые ответы могут прийти скоро, на некоторые могут уйти годы, а на некоторые можно никогда не ответить», — говорит Эббот ABC.

Размышляя об опознании, Кэролин Билсбороу, режиссер, снявшая в 2018 году документальный фильм о Сомертонском человеке, рассказывает Guardian :

У нас были все эти грандиозные представления о том, что он русский, американец и европеец. Я был убежден, что он из Европы — может быть, переселенец после Второй мировой войны [который] был здесь один. Но узнать, что он австралиец, из Виктории, и что он умер, и никто явно не заметил, что он пропал, или никто не обратился в полицию за его исчезновением — я нахожу это особенно трагичным.

Рекомендуемые видео

Различные типы электродвигателей, используемых в электромобилях

Если вы заинтересованы в глубоком погружении в технологию двигателей внутреннего сгорания, вы должны быть готовы к тому, что вас обстреляют множеством различных концепций. Безнаддувные двигатели, двигатели с турбонаддувом, непосредственный впрыск, непрямой впрыск или как прямой, так и непрямой впрыск! Бензин, дизель, СПГ, СНГ, цикл Аткинсона, цикл Миллера, цикл Будэка, цикл Дизеля и цикл Отто (см. двигатель Mazda Skyactiv-X), турбо с фиксированной геометрией, турбо с изменяемой геометрией, турбо с двойной прокруткой, регулируемые фазы газораспределения… список продолжается. на.

Почти автоматически возникает вопрос: почему у нас так много конструкций и концепций двигателей внутреннего сгорания? Ответ прост — потому что ни один из них не является достаточно хорошим с точки зрения эффективности. В поисках повышения эффективности инженеры внедряли множество конструкций на протяжении всей истории автомобилестроения. Актуально ли это разнообразие конструкций и для электродвигателей? Сколько типов двигателей используется в электромобилях? Ответ только 3 основных. Познакомимся с ними.

Асинхронный асинхронный двигатель — Краткий урок истории

Асинхронный асинхронный двигатель не является чем-то новым. Он был изобретен двумя независимыми исследователями — единственным и неповторимым Николой Теслой и Галилео Феррарисом. Несмотря на то, что итальянский изобретатель впервые разработал этот двигатель в 1885 году, Никола Тесла первым подал заявку на патент в 1888 году.

Изобретение асинхронного двигателя, без сомнения, является одним из величайших достижений в использовании электричества для обеспечения нашей жизни. Внедрение этого типа двигателя настолько широко распространено в наши дни, что без него очень трудно представить повседневную жизнь. Эти двигатели используются во многих электрических устройствах, и подавляющее большинство промышленных двигателей относятся к асинхронному асинхронному типу.

Исторический патент Николы Теслы на асинхронный двигатель

Как работает асинхронный асинхронный двигатель?

Все электродвигатели состоят из двух основных частей. Статическая часть называется статором, а вращающаяся часть называется ротором. Начнем со статора — обычно это стальной цилиндр с прорезями и медными катушками, сплетенными с определенной геометрией. Эти катушки питаются трехфазным переменным током, который был преобразован из постоянного тока (обеспечиваемого аккумулятором) в силовой электронике. Этот ток создает вращающееся магнитное поле в статоре, и скорость этого вращающегося магнитного поля называется синхронной скоростью.

По сути, вот как работает этот тип двигателя: переменное напряжение подается на медные катушки (или обмотки), и в результате мы получаем вращающееся магнитное поле, это поле индуцирует напряжение в роторе, которое, в свою очередь, вызывает протекание тока. . Этот поток тока создает собственное вращающееся магнитное поле в роторе, которое отстает от магнитного поля статора. Сила между двумя магнитными полями, которые приводят в движение ротор, называется силой Лоренца. Затем движение ротора передается на колеса автомобиля через соответствующий редуктор.

Этот двигатель называется асинхронным, потому что вращающееся магнитное поле ротора и статора не синхронизированы. Индукционная часть возникает из-за вращающегося магнитного поля, напряжения и тока, индуцируемых статором. Когда мы нажимаем на педаль акселератора, магнитное поле ротора немного отстает от поля статора. Когда мы замедляемся и двигатель работает как генератор (рекуперативное торможение), то вращающееся магнитное поле ротора опережает статор. Эта разница во вращающихся магнитных полях называется «скольжением» и обычно составляет до 5 % в зависимости от конструкции двигателя.

Типовой КПД трехфазного асинхронного двигателя, используемого в автомобильной промышленности, составляет около 90 %. Благодаря своей надежности, простоте, долговечности и отсутствию требований к экзотическим материалам этот двигатель используется почти исключительно в промышленных процессах. Кроме того, его хорошие характеристики перегрузки делают его идеальным двигателем по требованию, поэтому его часто используют в качестве переднего двигателя в электромобилях с полным приводом.

Плюсы

• Хорошая эффективность
• Дешево сделать
• Отсутствие необходимости в редкоземельных материалах
• Почти идеальная надежность

Минусы

• Большие потребности в охлаждении
• Меньшая удельная мощность
• Более низкий КПД по сравнению с другими двигателями

Некоторые автомобили, использующие асинхронные асинхронные двигатели: внедорожник Audi e-Tron, Mercedes-Benz EQC, Tesla Model S, 3, X и Y на передних осях, а автомобили VW Group MEB также используют их на передних осях.

Асинхронный двигатель, используемый в Mercedes-Benz EQC

Синхронный двигатель с постоянными магнитами

Основное различие между асинхронными асинхронными двигателями и синхронными двигателями с постоянными магнитами заключается в способе создания и взаимодействия вращающихся магнитных полей в роторе и статоре. . В синхронных двигателях с постоянными магнитами в роторе имеется собственное вращающееся магнитное поле, создаваемое постоянными магнитами (отсюда и название двигателя). Вращающиеся магнитные поля ротора и статора в этих двигателях заблокированы, и скольжение отсутствует.

Постоянные магниты в роторе являются одним из ключевых элементов, повышающих удельную мощность и повышающих эффективность двигателя. Повышенная удельная мощность означает высокую мощность при малом объеме, поэтому двигатели с постоянными магнитами используются исключительно в PHEV. Электродвигатель в этих транспортных средствах размещен в коробке передач, и существуют ограничения по пространству.

Постоянные магниты изготавливаются из редкоземельных материалов, и большинство из них контролируется Китаем. Есть вопросы об этических аспектах процесса добычи, и по этой причине многие производители стараются сократить использование этих материалов в своих двигателях. Тем не менее, синхронный двигатель с постоянными магнитами является королем КПД — он может достигать до 94-95% и когда в машине только один мотор, то используется именно этот тип мотора.

Плюсы

• Очень высокая эффективность
• Нижнее охлаждение требуется
• Высокая удельная мощность

Минусы

• Себестоимость производства
• Потребность в редкоземельных материалах
• Теоретическая опасность размагничивания

Hyundai Ioniq 5 Двигатели с постоянными магнитами

Двигатели с постоянными магнитами используются в Hyundai Ioniq 5, Kia EV6, Tesla Model S, 3, X и Y на задних осях. Автомобили VW Group MEB также используют их на задних мостах, Jaguar i-pace, Audi e-tron GT и Porsche Taycan, и это лишь некоторые из них.

Синхронный двигатель с электрическим возбуждением

Синхронные двигатели с постоянными магнитами обеспечивают наилучший КПД из всех, но для их конструкции требуются редкоземельные материалы. Для решения этих проблем некоторые производители, а именно BMW, Renault Groupe и Smart в настоящее время, используют гибридную конструкцию двигателя — они используют синхронные двигатели, для которых не требуются редкоземельные материалы.

Итак, как работают эти моторы? Что ж, вместо использования постоянных магнитов в роторе для создания тока в этих двигателях используются щетки и контактные кольца. По данным BMW, этот тип двигателя обеспечивает КПД до 93%, что очень близко к эффективности двигателей с постоянными магнитами. Несмотря на то, что этот тип двигателя кажется очень многообещающим, тот факт, что в нем используются щетки, означает, что в какой-то момент потребуется замена этих компонентов. Будем надеяться, что производители, разрабатывающие такой мотор, используют щетки с достаточно долгим сроком службы.

Синхронный двигатель BMW с электрическим возбуждением

Pros

• Очень высокий КПД
• Дешевле в производстве, чем синхронный двигатель с постоянными магнитами
• Отсутствие риска размагничивания
• Отсутствие необходимости в редкоземельных материалах

Минусы

• Щетки долговременная надежность

Этот тип двигателя используется в BMW iX3, iX и i4; Renault Megane E-TECH и SMART EQ.

Выбор двигателя — Electrogenic

Выбор двигателя является сердцем переоборудования электромобиля и имеет далеко идущие последствия, но первое, что нужно сказать, это то, что вы не можете выбрать двигатель в отрыве от остальных дизайн системы. Количество энергии, выдаваемой двигателем, зависит не только от двигателя, но и от аккумулятора и его способности выдавать мощность. Это в сочетании с весом автомобиля повлияет на производительность и диапазон между зарядками. Измените одно, и оно повлияет на другое. Все они будут влиять на стоимость конвертации. Существует также вопрос, где все может быть установлено, поскольку ретро-электромобили, можно с уверенностью сказать, никогда не были рассчитаны на массу аккумуляторов.

Начните думать о крутящем моменте

Так как же выбрать двигатель для переоборудования? Первое, что нужно решить, это какой уровень производительности вы хотите от него. Заманчиво просто сравнить мощность двигателя в кВт или л.с. с мощностью оригинального двигателя внутреннего сгорания (ДВС), но это не лучшая отправная точка. Чтобы отскочить от огней, вам нужен крутящий момент. Электродвигатели развивают максимальный крутящий момент при 0 об/мин и поддерживают его до тех пор, пока двигатель не достигнет максимальной мощности. Нетгейн Hyper9кривая мощности дает хорошую иллюстрацию.

Это невозможно с двигателем с ДВС, и для увеличения крутящего момента, доступного на низких оборотах, большинство производителей автомобилей с ДВС просто увеличивают мощность. Ретро-электромобили очень забавны, потому что крутящий момент, доступный на более низких оборотах, очень велик. Поэтому, если вы не зациклены на максимальной скорости (где вам нужна мощность), хорошей отправной точкой будет выбор двигателя с таким же крутящим моментом, как у оригинального двигателя (или немного больше!).

Вольты определяют амперы

Следующим пунктом является напряжение двигателя. Это определит размер аккумуляторной батареи и ток, который он должен обеспечить, чтобы двигатель мог передавать крутящий момент. Коммерческие электромобили обычно работают при напряжении около 350-400 В, но некоторые автомобили работают при напряжении до 800 В. Поскольку мощность двигателя представляет собой напряжение x ток, чем выше напряжение, тем меньший ток необходим для обеспечения определенной мощности.

Все это имеет смысл, поэтому вам нужен двигатель с более высоким напряжением, верно? Да, но установки высоковольтных систем обходятся дороже, и, хотя может показаться заманчивым установить двигатель Tesla Ludricus в Morris Minor, остальная часть автомобиля может не справиться или не иметь места для батарей. И для обеспечения мощности двигатели с более высоким напряжением часто имеют более высокие обороты, поэтому вам нужно учитывать влияние на трансмиссию — больше передач или использовать двигатель только в части его диапазона? В результате многие переоборудованные электромобили работают на более низком напряжении, например, от 100 до 150 В, и есть несколько интересных двигателей, доступных на этих уровнях напряжения.

Например,

Хорошим примером является Hyper9 от Netgain — потрясающий автомобильный двигатель с герметичным корпусом, который выпускается в двух версиях: 110 В или 144 В. Два разных варианта напряжения дают больше гибкости при выборе комбинаций аккумуляторов. Это наш первый выбор для переоборудования автомобилей среднего класса, и он очень легко адаптируется. Hyper9 развивает пиковый крутящий момент 235 Нм (при нулевых оборотах — это электродвигатель!) и мощность 80 кВт в диапазоне от 5000 до 8000 об/мин. К счастью для больших автомобилей, Hyper9также могут работать как сдвоенные двигатели, поэтому, если вы сделаете это, вы сможете удвоить показатели производительности.

Tesla Model S 85D (имеет аккумуляторную батарею емкостью 85 кВт·ч, буква D означает «двойной двигатель») . Главный двигатель может вращаться со скоростью до 18 000 об/мин и работает при напряжении 350 В. Официально он развивает 660 Нм при 0 об/мин (хотя краткосрочные показания Dyno намного выше) и 375 кВт при 6150 об/мин. Однако ему также требуется аккумуляторная батарея, которая обеспечивает ток более 1000 А при напряжении 350 В. Вот почему Теслы с меньшим аккумуляторным блоком не такие быстрые: двигатель ограничен батареей. В качестве альтернативы, Yasa 750 R производит 790 Нм пикового крутящего момента, 200 кВт пиковой мощности и диапазон скоростей 0–3250 об/мин при осевой длине всего 98 мм. Однако для этого ему нужен аккумулятор на 750 В.

Вообще говоря, более низкое напряжение дешевле: все детали, такие как разъемы, контакторы, системы зарядки и т. д., стоят дешевле при более низком номинальном напряжении и т. д. Не забывайте, что некоторым более крупным двигателям также потребуется система охлаждения.

Итак, какой двигатель лучше всего подходит для вашего проекта по переоборудованию?

Это сложный вопрос, и на него лучше всего отвечать на основе опыта, а не расчетов. Выбор двигателя для переоборудования вашего электромобиля — это повторяющийся процесс. Начните с желаемого крутящего момента, сравните параметры напряжения с доступным объемом аккумуляторной батареи, сравните скорость двигателя с вариантами трансмиссии, оцените последствия для цены всего автомобиля, а не только двигателя, а затем снова вернитесь в цикл. Мы часто прорабатываем несколько комбинаций вместе с нашими клиентами, прежде чем найти правильный баланс.

Конечно, если бюджет и место в машине не имеют значения, то весь мир в ваших руках.

Вкратце

В конечном счете, в ретро-электромобиле важно, как он ощущается при вождении, в широком смысле:

• Свойства автомобиля, такие как размер, вес и аэродинамика, являются решающими характеристиками, которые определяют скорость , требования к крутящему моменту и мощности электродвигателя.