Електродвигун - пристрій, який займається перетворенням електроенергії на механічну. Він працює, використовуючи принцип електромагнітної індукції. Останнім часом він все сильніше популяризується на автомобільному ринку як перспективний напрямок розвитку автопромисловості. Тому є сенс докладніше ознайомитись із пристроєм електромобіля, його двигуна, за яким може бути майбутнє галузі.
Принцип роботи та пристрій:
Електродвигун включає статор і ротор. Магнітне поле в статорі, що обертається, діє на обмотку ротора і наводить в ньому струм індукції, виникає крутний момент, який приводить в рух ротор. Електроенергія, що надходить на обмотки двигуна, перетворюється на механічну енергію обертання.
Завдяки розвитку технології електродвигуни знайшли застосування у різних галузях, наприклад, автомобілебудуванні. Причому вони можуть використовуватися або окремо, або разом з двигуном внутрішнього згоряння (ДВС). Останній варіант – гібридні авто.
Від електродвигунів, які застосовуються на виробництвах, агрегат для авто відрізняється малими габаритами, але підвищеною потужністю. До того ж, сучасні розробки все більше віддаляють двигуни для автомобілів від інших подібних пристроїв. Характеристиками електромобілів є не тільки показники потужності, моменту, що крутить, але і частота обертання, струм і напруга. Оскільки від цих даних залежить пересування та обслуговування авто.
Щоб краще розібратися в різноманітті, яке нам дарує авторинок, варто розглянути види електродвигунів для електромобілів.
Їх можна умовно класифікувати за типом струму:
пристрої змінного струму;
конструкції постійного струму;
рішення універсального зразка (здатні функціонувати від постійного та змінного струму).
Електродвигуни змінного струму поділяються на групи:
асинхронні – швидкість обертання магнітного поля статора вище за швидкість обертання ротора;
синхронні – частоти обертання магнітного поля статора та ротора збігаються.
З урахуванням використовуваної кількості фаз електричні пристрої поділяють на: одно-, дво-, трифазні.
Якщо навести реальні зразки, які використовуються відомими автовиробниками, то гарний приклад застосування трифазного агрегату асинхронного типу Volt від Chevrolet. Він є гібридним автомобілем. Приклад трифазного синхронного двигуна – i-MiEV від Mitsubishi. А цей автомобіль є виключно електричним.
Слід зазначити, що у різних виробників різні двигуни, що відрізняються масою, потужністю, габаритами та іншими параметрами.
Є ще одна класифікація – за конструкцією щітково-колекторного вузла. Такі агрегати бувають:
Безколекторні. Є замкнутою системою, до якої входять: перетворювач координат, інвертор і сповіщувач положення.
Колекторні. Щіточно-колекторний вузол відіграє роль такої конструкції одночасно і сповіщувача положення ротора, і перемикача струму в обмотках. В основному використовується струм постійної частоти.
колекторний роторРотор електродвигуна
У конструкціях електромобілів часто використовуються колекторні двигуни, але є приклади і з іншими моделями. Як варіант — автомобіль «Санрейсер», в якому встановлений безколекторний двигун від компанії General Motors. При масі 3,6 кг його ККД становить 92%.
Не можна не відзначити ще один тип двигуна, який використовується у деяких сучасних моделях авто. Це система мотор-колесо. Приклад – спорт-кар Volage. У такій конструкції передбачено можливість регенерації енергії гальмування. Для цього використається тяговий двигун Active Wheel. Він важить всього 7 кг, що дозволяє досягти прийнятної маси колеса - 11 кг.
Найпоширенішою сьогодні конструкцією є рішення з живленням від акумуляторної батареї. Вона потребує регулярної зарядки, здатної реалізуватися за рахунок зовнішніх джерел, генератора в конструкції та рекуперації енергії гальмування. Генератор діє від ДВС, тому така схема роботи вже не належить до суто електричних. Подібні машини називають гібридними.
Переваги та недоліки електродвигунів
Виділимо переваги електричних агрегатів:
високий коефіцієнт корисної дії – до 95 відсотків;
компактність, мала вага;
простота використання;
екологічність;
довговічність;
створюється максимальний показник моменту, що крутить, на будь-якій відмітці швидкості;
повітряне охолодження;
здатні функціонувати як генератора;
не потрібна коробка передач;
можливість рекуперації енергії гальмування.
Як приклад успішної розробки моделі з високими характеристиками можна навести мотор від Yasa Motors. Інженери компанії створили агрегат, який при вазі 25 кг здатний видавати до 650 Нм моменту, що крутить.
Що ж до недоліків безпосередньо електродвигуна, їх немає. Більше питань викликає живлення агрегату, що, власне, гальмує поширення, широке використання технології. Тому зараз більшою популярністю користуються гібридні автомобілі, ніж електромобілі. Завдяки такій схемі збільшується запас ходу, можна використовувати менш потужні і дорогі акумуляторні батареї.
Пристрій електромобіля
Якщо порівнювати електромобіль з авто, де використовується ДВС, він характеризується більш простою схемою, мінімальним числом елементів, що рухаються. Отже, таке рішення є надійнішим.
Головні складові електромобіля:
безпосередньо електродвигун;
живлення акумуляторна батарея різної ємності, яка пов'язана з потужністю двигуна;
спрощена трансмісія;
інвертор;
зарядний пристрій на борту;
електронна система керування елементами конструкції;
перетворювач.
Живлення двигуна в цій схемі організовує, звичайно ж, тягова акумуляторна батарея. Найчастіше задіюється літій-іонний тип, що включає кілька модулів, підключених послідовно. На виході акумулятора формується напруга від 300 (В) постійного струму. Це значення визначається моделлю авто. Сучасні зразки здатні створювати 700 В. Приклад – автомобілі Lola-Drayson, розроблені для гонок. Вони оснащуються батареями напругою 700 (В) та ємністю 60 кВт⋅год.
Для коректної взаємодії ємність батареї підбирається з урахуванням потужності двигуна. Цей показник у переважній більшості конструкцій становить від 15 до 200 (кВт). Якщо порівняти електричний двигун з ДВС, то перший ККД становить 95%, а й другого – 25%. Різниця суттєва.
Є приклади у автомобілебудуванні, як у конструкції використовується кілька агрегатів. Вони можуть рухати певні колеса. Такий принцип організації дає змогу збільшити тягову потужність авто. Двигун, інтегрований у колесо, має масу переваг, однак такий пристрій тягового електродвигуна характеризується погіршеною керованістю транспортного засобу. Тому розробники продовжують активну діяльність у цьому напрямі.
електродвигун із редукторомЕлектродвигун із редуктором (вид знизу)
Що стосується трансмісії, то електромобіль має спрощений вигляд. Багато конструкцій оснащені одноступінчастим редуктором. Завдяки інвертору відбувається перетворення високої напруги постійного струму батареї. За рахунок наявності у конструкції бортового зарядного пристрою гарантується заряджання акумулятора від електромережі побутового призначення.
Забезпеченням заряджання додаткової батареї на 12 (В) займається перетворювач. Ця батарея задіюється як живильний елемент різних пристроїв транспортного засобу:
аудіосистеми;
клімат-контролю;
освітлення;
опалювальної системи;
інших елементів.
Система управління організовує такі процеси:
моніторинг використовуваної енергії;
керування рекуперацією енергії гальмування;
оцінка рівня заряду;
керування динамікою руху;
забезпечення необхідного режиму переміщення транспортного засобу;
регулювання тяги;
керування напругою.
Система поєднує блок керування, датчики та інші елементи інших систем авто. Завдяки датчикам оцінюється рівень тиску в гальмівній системі, розряду батареї, а також положення селектора перемикання передач, гальмівної педалі та педалі газу. За даними цих пристроїв, забезпечується оптимальне переміщення електромобіля з урахуванням поточних умов. На панелі приладів зазвичай відображаються головні характеристики функціонування тс.
Зовні електромобіль не має відмінностей від традиційного автомобіля з ДВЗ, проте основні розбіжності знаходяться в галузі експлуатації: висока вартість, необхідність тривалої зарядки, обмежений перебіг. Тому пристрій електромобіля має певні розбіжності із складом традиційного транспортного засобу.
Витрати на утримання електромобіля найчастіше нижчі, ніж авто з ДВС, особливо в тих державах, де вартість електроенергії низька.
