Устройство Электродвигателя .Как он работает? — E-Motors

4 октября 2021

Электродвигатель – устройство, которое занимается преобразованием электроэнергии в механическую. Он работает, используя принцип электромагнитной индукции.В последнее время он все сильнее популяризируется на автомобильном рынке в качестве перспективного направления развития автопромышленности. Поэтому есть смысл подробнее ознакомиться с устройством электромобиля, его двигателя, за которым может быть будущее отрасли.

 
Принцип работы и устройство:
Электродвигатель включает в себя статор и ротор. Вращающееся магнитное поле в статоре действует на обмотку ротора и наводит в нём ток индукции, возникает вращающий момент, который приводит в движение ротор. Электроэнергия, поступающая на обмотки мотора, преобразуется в механическую энергию вращения.

Благодаря развитию технологии электродвигатели нашли применение в разных отраслях, например, автомобилестроении. Причем они способны использоваться либо отдельно, либо совместно с двигателем внутреннего сгорания (ДВС).

Последний вариант – гибридные авто.

От электродвигателей, применяемых на производствах, агрегат для авто отличается малыми габаритами, но повышенной мощностью. К тому же современные разработки все больше отдаляют двигатели для автомобилей от иных подобных устройств. Характеристиками электромобилей являются не только показатели мощности, крутящего момента, но и частота вращения, ток и напряжение. Поскольку от этих данных зависит передвижение и обслуживание авто.
Чтобы лучше разобраться в многообразии, которое нам дарит авторынок, стоит рассмотреть существующие виды электродвигателей для электромобилей.

Их можно условно классифицировать по типу тока:

устройства переменного тока;
конструкции постоянного тока;
решения универсального образца (способны функционировать от постоянного и переменного тока).
Электродвигатели переменного тока делятся на группы:

асинхронные – скорость вращения магнитного поля статора выше скорости вращения ротора;
синхронные – частоты вращения магнитного поля статора и ротора совпадают.
С учетом используемого количества фаз, электрические устройства разделяют на: одно-, двух-, трехфазные.

Если привести реальные образцы, используемые известными автопроизводителями, то хороший пример применения трехфазного агрегата асинхронного типа – Volt от Chevrolet. Он является гибридным автомобилем. Пример трехфазного синхронного двигателя — i-MiEV от Mitsubishi. А этот автомобиль является исключительно электрическим.
Следует отметить, что у разных производителей разные двигатели, отличающиеся массой, мощностью, габаритами и прочими параметрами.

Есть еще одна классификация – по конструкции щеточно-коллекторного узла. Такие агрегаты бывают:

Бесколлекторными. Представляют собой замкнутую систему, в которую входят: преобразователь координат, инвертор и извещатель положения.

Коллекторными. Щеточно-коллекторный узел играет роль в такой конструкции одновременно и извещателя положения ротора, и переключателя тока в обмотках. В основном используется ток постоянной частоты.
коллекторный роторРотор электродвигателя
В конструкциях электромобилей зачастую задействуются коллекторные моторы, хотя есть примеры и с иными моделями. Как вариант — автомобиль «Санрейсер», в котором установлен как раз бесколлекторный двигатель от компании General Motors. При массе 3,6 кг его КПД составляет 92%.

Нельзя не отметить еще один тип двигателя, который используется в некоторых современных моделях авто. Это система мотор-колесо. Пример — спорт-кар Volage. В такой конструкции предусмотрена возможность регенерации энергии торможения. Для этого используется тяговый двигатель Active Wheel. Он весит всего 7 кг, что позволяет добиться приемлемой массы колеса – 11 кг.

Самой распространенной сегодня конструкцией является решение с питанием от аккумуляторной батареи. Она нуждается в регулярной зарядке, способной реализоваться за счет внешних источников, генератора в конструкции и рекуперации энергии торможения. Генератор действует от ДВС, поэтому такая схема работы уже не относится к чисто электрическим. Подобные машины называют гибридными.

Преимущества и недостатки электродвигателей
Выделим достоинства электрических агрегатов:

высокий коэффициент полезного действия – до 95 процентов;
компактность, малый вес;
простота использования;
экологичность;
долговечность;
создается максимальный показатель крутящего момента на любой отметке скорости;

воздушное охлаждение;
способны функционировать в режиме генератора;
не нужна коробка передач;
возможность рекуперации энергии торможения.
В качестве примера удачной разработки модели с высокими характеристиками можно привести мотор от Yasa Motors. Инженеры компании создали агрегат, который при весе 25 кг способен выдавать до 650 Нм крутящего момента.
Что касается недостатков непосредственно электродвигателя, то их нет. Больше вопросов вызывает питание агрегата, что, собственно, и тормозит распространение, широкое использование технологии. Поэтому на данный момент большей популярностью пользуются гибридные авто, нежели электромобили. Благодаря такой схеме увеличивается запас хода, позволительно использовать менее мощные и дорогостоящие аккумуляторные батареи.

Устройство электромобиля
Если сравнивать электромобиль с авто, где используется ДВС, он характеризуется более простой схемой, минимальным числом движущихся элементов. Следовательно, такое решение является более надежным.

Главные составляющие электромобиля:

непосредственно электродвигатель;
питающая аккумуляторная батарея разной емкости, которая связана с мощностью мотора;
упрощенная трансмиссия;
инвертор;
зарядное устройство на борту;
электронная система управления элементами конструкции;
преобразователь.
Питание мотора в этой схеме организовывает, конечно же, тяговая аккумуляторная батарея. Зачастую задействуется литий-ионный тип, включающий в себя несколько модулей, подключенных последовательно. На выходе аккумулятора формируется напряжение от 300 (В) постоянного тока. Это значение определяется моделью авто. Современные образцы способны создавать и 700 В. Пример – автомобили Lola-Drayson, разработанные для гонок. Они оснащаются батареями напряжением 700 (В) и емкостью 60 кВт⋅ч.

Для корректного взаимодействия емкость батареи подбирается с учетом мощности двигателя. Этот показатель в подавляющем большинстве конструкций составляет от 15 до 200 (кВт). Если сравнить электрический двигатель с ДВС, то у первого КПД составляет 95%, а у другого – 25%. Разница существенна.

Имеются примеры в автомобилестроении, когда в конструкции используется несколько агрегатов. Они могут приводить в движение определенные колеса. Такой принцип организации позволяет увеличить тяговую мощность авто. Двигатель, интегрированный в колесо, имеет массу преимуществ, однако такое устройство тягового электродвигателя характеризуется ухудшенной управляемостью транспортного средства. Поэтому разработчики продолжают вести активную деятельность в этом направлении.

электродвигатель с редукторомЭлектродвигатель с редуктором (вид снизу)
Что касается трансмиссии, то у электромобиля она имеет упрощенный вид. Многие конструкции оснащены одноступенчатым редуктором. Благодаря инвертору происходит преобразование высокого напряжения постоянного тока батареи. За счет наличия в конструкции бортового зарядного устройства гарантируется зарядка аккумулятора от электросети бытового назначения.

Обеспечением зарядки дополнительной батареи на 12 (В) занимается преобразователь. Эта батарея задействуется в качестве питающего элемента различных устройств транспортного средства:

аудиосистемы;
климат-контроля;
освещения;
отопительной системы;
прочих элементов.
Система управления организовывает такие процессы:

мониторинг используемой энергии;
управление рекуперацией энергии торможения;
оценка уровня заряда;

управление динамикой движения;
обеспечение необходимого режима перемещения транспортного средства;
регулировка тяги;
управление напряжением.
Система объединяет блок управления, датчики и прочие элементы других систем авто. Благодаря датчикам оценивается уровень давления в тормозной системе, разряда батареи, а также положение селектора переключения передач, тормозной педали и педали газа. По данным этих устройств обеспечивается оптимальное перемещение электромобиля с учетом текущих условий. На панели приборов традиционно отображаются основные показатели функционирования транспортного средства.
Внешне электромобиль не имеет отличий от традиционного автомобиля с ДВС, однако основные расхождения находятся в области эксплуатации: высокая стоимость, необходимость длительной зарядки, ограниченный ход. Поэтому устройство электромобиля имеет определенные расхождения с составом традиционного транспортного средства.

Затраты на содержание электромобиля зачастую ниже, чем авто с ДВС, особенно в тех государствах, где стоимость электроэнергии низкая.

Рассказать

Поделиться

Поделится

Поделится

Новый комментарий

Войти с помощью

Отправить

в чем его преимущества и недостатки?

Кажется, что скоро машины с ДВС уйдут в прошлое, а электромобили с огромными батареями станут им заменой. Кто-то только мечтает купить Tesla, а мировые производители уже тестируют автомобили с двигателями, получающими энергию из водорода. Стало интересно? Давайте узнаем о них подробнее!

Павел Горбачев

Pixabay

Обычный электромобиль очень прост и работает как мобильный телефон: зарядился, проехал-разрядился, снова зарядился. Подобно гаджетам, электромобилю постоянно нужна розетка. Небольшое число заправок для электромобилей и отсутствие инфраструктуры пока сдерживают рост числа таких машин.

Электромобиль с водородным двигателем работает иначе: в особо прочный резервуар внутри машины на заправке закачивают чистый водород. При начале движения водород поступает в специальный агрегат с мембраной, которая разделяет положительный и отрицательный контакты из платины. Водород попадает в отсек с положительным контактом, а на отрицательный полюс попадает кислород из окружающей среды.

Через мембрану к отрицательной пластине начинают стремиться положительно заряженные частицы. На пути этого движения находится электромотор, который получает питания для движения на большой скорости. Так водородный двигатель сам генерирует электричество, на котором может двигаться автомобиль, а вместо выхлопа у него образуется водяной пар. При езде на малой скорости машина и вовсем использует электроэнергию, запасенную в небольшом аккумуляторе.

Преимущества водородного электромобиля

• В отличие от тяжелого литиевого аккумулятора классического электромобиля, у водородного электромобиля основная энергия запасена в резервуаре с несколькими килограммами жидкого водорода.
• Водородный двигатель не нуждается в широкой сети электрических заправок.
• Выхлоп водородного двигателя — это чистый водяной пар.
• Время заправки резервуара водородом — примерно 3 минуты.
• На одной заправке водородный автомобиль может проехать примерно 500 км.
• Водородный двигатель может работать в условиях даже очень низких температур, при которых классический электромобиль потеряет емкость аккумулятора.
• КПД водородного двигателя на 20 процентов больше, чем КПД у ДВС: 45 процентов против 25 процентов.
• Водородный автомобиль не нуждается в нефтепродуктах так, как автомобиль с ДВС

Недостатки водородного электромобиля

• Высокая стоимость производства из-за применения платиновых элементов.
• Высокая взрывоопасность водорода заставляет изобретать сложные и дорогие системы противопожарной защиты для такого автомобиля
• Постройка сети водородных заправок будет стоить дороже, чем обычных бензиновых.
• Для генерации жидкого водорода требуется большое количество ископаемых.
• КПД водородного электромобиля (от 45 процентов) существенно ниже, чем КПД классического электромобиля (90–96 процентов)

Пока что многие из этих проблем не решены, и мы на данном этапе развития техники можем наблюдать лишь единичные образцы автомобилей с водородными двигателями.

Требуется ли моторное масло в электромобиле?

• Дом
• Потребители
• Обслуживание/советы
• Нужно ли моторное масло для электромобилей?

В отличие от бензиновых и гибридных автомобилей, для электромобилей не требуется моторное масло . Электрические двигатели создают гораздо меньше трения, чем другие типы двигателей. Таким образом, моторное масло в электромобиле не требуется. Но есть и другие жидкости.

Электрические двигатели не требуют моторного масла

Чтобы лучше понять, почему электромобилям не требуется моторное масло, необходимо рассмотреть различия между двигателями внутреннего сгорания и электрическими двигателями.

Двигатели внутреннего сгорания очень сложны. Они состоят из множества постоянно движущихся металлических частей: коленчатого вала, клапанов, поршней, шатунов, распределительных валов и т. д. Роль этих механических компонентов состоит в том, чтобы поворачивать вертикальное движение поршней, производимое взрывом воздуха/топлива, в цилиндр, во вращательное движение , который будет перенесен на колеса.

Трение между этими различными частями приводит к снижению энергоэффективности, выделению тепла и образованию отложений. Проще говоря, двигатель изнашивается. Роль моторного масла заключается именно в уменьшении этого трения , замедлении повышения температуры и эрозии металла.

Для этого в классических двигателях внутреннего сгорания масло необходимо. В противном случае двигатель может быть серьезно поврежден уже через несколько миль.

С механической точки зрения, электрические двигатели гораздо менее сложны, чем двигатели внутреннего сгорания, поскольку они генерируют вращательное движение (круговое движение ротора, создаваемое магнитным полем). Таким образом, электрические двигатели могут приводить в движение колеса , не полагаясь на различные механические детали, необходимые для двигателей внутреннего сгорания . Вот почему электромобилям не требуется моторное масло . Тем не менее, они требуют других жидкостей для правильной работы.

Какие жидкости нужны электромобилям?

Несмотря на то, что они работают без моторного масла, электромобили нуждаются в других типах смазочных материалов, чтобы оставаться в хорошем рабочем состоянии.

• Трансмиссионные жидкости: электромобили менее сложны, чем автомобили с бензиновым двигателем, но у них все еще есть некоторые механические детали (например, в блоке трансмиссии). Для эффективной смазки компонентов необходимо использовать полностью изолирующие жидкости с тепловыми свойствами, подходящими для электродвигателей. Quartz EV Fluids были разработаны для удовлетворения потребностей электромобилей. Трансмиссионные жидкости следует заменять редко: один-два раза за весь срок службы автомобиля.

• Охлаждающая жидкость двигателя : эта жидкость снижает риск перегрева аккумулятора и инвертора. В идеале первая замена охлаждающей жидкости должна производиться после того, как автомобиль проедет приблизительно 49 000 миль.
• Тормозная жидкость : хотя рекуперативное торможение играет важную роль, тормозная жидкость также необходима в электромобилях. Когда в электромобиле достаточно тормозной жидкости, тормозные колодки и дисковые тормоза работают исправно и гарантируют безопасность пассажиров. Вы должны заменять его каждые два года или каждые 24 000 миль.

Как работает рекуперативное торможение?

Рекуперативное торможение используется как в электрических, так и в гибридных автомобилях. Когда вы нажимаете педаль тормоза, электрический двигатель становится электрическим генератором, который приводится в действие кинетическим движением тормозных колес. Преимущество двоякое. Во-первых, двигатель участвует в торможении. Во-вторых, электроэнергия, вырабатываемая двигателем, тут же накапливается в аккумуляторах.

Электропривод

Повышенная устойчивость благодаря электромобильности

Мобильность меняется в стремлении еще более эффективно защищать окружающую среду. Новые формы мобильности часто имеют небольшое начало, возникающее из идей, вдохновения и любопытства.

Bosch предлагает решения с электроприводом для коротких поездок, поездок на работу и обратно, длительных поездок, а также для более приятного и захватывающего вождения.

Эффективная городская мобильность с электрическим приводом

В eAxles сочетаются силовая электроника, электродвигатель и трансмиссия.

Сегодня более половины населения мира проживает в городских районах. Компания Bosch разработала высокоинтегрированные экономичные решения с электроприводом для устойчивой и ресурсосберегающей мобильности в густонаселенных центрах. Bosch eAxles мощностью 50 кВт и более сочетают в себе силовую электронику, электродвигатель и трансмиссию в одном компактном системном блоке. Новые полупроводники из карбида кремния, используемые в силовой электронике, особенно во время многих фаз ускорения в городском движении, обеспечивают значительный прирост эффективности. Это позволяет уменьшить емкость батареи без ущерба для дальности действия.

Электризующая независимость в городе и за его пределами

Бортовое зарядное устройство со встроенным преобразователем постоянного тока

Дальние поездки за пределы города не проблема для электромобилей. Благодаря решениям Bosch с электроприводом они могут работать без стресса и быть экологически устойчивыми. Низкий уровень шума при вождении и силовые агрегаты с нулевым уровнем местных выбросов делают повседневные поездки на работу и регулярные семейные прогулки более спокойными. Что касается компактных и средних автомобилей, которые обычно используются для таких поездок, Bosch гарантирует клиентам максимальную свободу действий при реализации своих проектов электрификации. Ассортимент варьируется от высокопроизводительных eAxles до отдельных компонентов привода для интеграции в системные решения для конкретных транспортных средств. Ассортимент дополняется новым бортовым зарядным устройством со встроенным преобразователем постоянного тока для экономически привлекательного универсального решения.

Дополнительный заряд острых ощущений от вождения

eAxle 100 кВт

Скорость, производительность и острые ощущения — электромобильность готова удовлетворить острую потребность в большей мощности двигателя и запасе хода. Неважно, спорткар это или внедорожник; важен опыт за рулем. Решения для электроприводов выведены на новый уровень благодаря системному напряжению 800 В, более высокой плотности мощности благодаря полупроводниковой технологии на основе карбида кремния и КПД до 96%. Все компоненты привода координируются центральным высокопроизводительным ЭБУ. Преимущества очевидны: впечатляющее ускорение благодаря высокому крутящему моменту, а также быстрая зарядка аккумулятора и увеличенный запас хода. Все это обеспечивает максимальное удовольствие от вождения. И если этого недостаточно, Bosch также предлагает eAxle с дополнительной мощностью до 100 кВт для дополнительного повышения производительности.

Помощь в формировании мобильности завтрашнего дня

В настоящее время на дорогах мира насчитывается более 2,5 миллионов электрических и гибридных автомобилей, оснащенных технологиями Bosch, и несколько тысяч сотрудников Bosch работают в области электромобилей.