Как работает гибрид Toyota — Автоцентр.ua

Гибрид модели Toyota Prius за три ее поколения успели настолько усовершенствовать, что сегодня этот силовой агрегат можно встретить и в ряде более популярных массовых моделях Toyota. Так в чем же конструктивные ноу-хау тойотовского гибрида?

Гибридный силовой агрегат Toyota включает в себя ДВС, два электромотора и планетарный механизм.

Конструкция

Гибридная силовая установка Toyota Prius представляет собой последовательно-параллельную конструкцию (комбинированная), в которой крутящий момент на колеса может передаваться от двигателя внутреннего сгорания напрямую и от тягового электромотора в любых пропорциях. Для реализации работы по такой схеме в конструкцию силовой установки был внедрен, так называемый, делитель мощности. Это планетарный механизм с четырьмя шестернями-сателлитами. К наружной шестерне этого механизма подключен тяговый электродвигатель. Так же она непосредственно связана с главной передачей, которая передает крутящий момент к межколесному дифференциалу и далее на колеса.

Четыре сателлита в этой конструкции подключены к двигателю внутреннего сгорания, т.е. их оси вращаются вокруг оси центральной солнечной шестерни. Последняя, в свою очередь, связана с управляющим мотор-генератором. Чтобы понять, как эта конструкция работает, следует по отдельности рассмотреть режимы ее работы.

Расположение основных и вспомогательных элементов гибридной силовой установки Toyota Prius.

Общий принцип работы

Начальный разгон машине обеспечивает тяговый электромотор-генератор MG2. Он вращает внешнюю шестерню планетарной передачи, через которую момент передается на колеса. Когда мощности тягового электромотора становится недостаточно, в работу вступает бензиновый двигатель. При этом он работает в самом экономичном режиме. Вращая шестерни сателлиты, приводятся в действие как наружная шестерня, так и внутренняя, солнечная, которой управляет мотор-генератор MG1. И именно от поведения MG1 зависит на сколько усилие ДВС передастся на колеса, иными словами это называется «формирование передаточного числа трансмиссии».

Очень гибкое распределение крутящего момента в гибридной силовой установке Toyota обеспечивает планетарный механизм.

Так же MG1 отвечает за подзарядку батареи в любом режиме (даже стоя на месте) и за запуск двигателя, что делает систему очень гибкой, вне зависимости от режима эксплуатации. Благодаря этому инженерам Toyota удалось получить универсальную систему распределения крутящего момента, которая максимально оптимально распределяет энергию, полученную при сгорании топлива в ДВС. Эта система так же обладает уникальной механической надежностью, поскольку управление крутящим моментом происходит по проводам, минуя традиционное множество сложнейших механических и гидравлических узлов.

ДВС

Делая эко-мобиль с очень умной силовой установкой инженеры Toyota серьезно подошли и к выбору двигателя внутреннего сгорания. Он, как и в целом автомобиль, разработан для максимальной экономии топлива. А так как эта характеристика напрямую зависит от коэффициента полезного действия мотора, т. е. от эффективности использования теплоты сгораемого топлива, было принято решение создавать ДВС, работающие по циклу Аткинсона. В данном моторе, в отличии от двигателей, работающих по циклу Отто, сжатие начинается не в начале хода поршня вверх, а чуть позже, поэтому часть топливо-воздушной смеси выталкивается обратно во впускной коллектор. Благодаря этому удается увеличить рабочий ход, чем увеличивают время использования энергии давления расширяющихся газов, т.е. повышают КПД мотора с соответствующим снижением расхода топлива. Цикл Аткинсона в гибридах более актуален по причине работы ДВС в данной конструкции в более узком диапазоне оборотов.

Во время торможения один из электродвигателей начинает работать в режиме генератора, подзаряжая АКБ.

В последнем 4-м поколении Toyota Prius используется 1,8-литровый бензиновый двигатель, мощностью 98 л.с.. В Toyota Yaris Hybrid применен 1,5-литровый двигатель, мощностью 75 л.с., в модели Auris – 1,8-литровый 99-сильный ДВС, и в последней новинке Toyota RAV4 Hybrid использован 2,5-литровый ДВС мощностью 155 л. с. Суммарная мощность силовых установок этих гибридов составляет, соответственно, 122 л.с., 100 л.с., 136 л.с., 197 л.с.

Стоит отметить, что инженеры Toyota продолжают совершенствовать конструкцию ДВС, работающего по циклу Аткинсона. На данный момент уже выпускаются моторы с тепловым КПД (коэффициент полезного действия), который достигает 40%. Ранее этот показатель для данных моторов составлял 38 %, а для ДВС, работающих по циклу Отто – еще меньше. Более высокий коэффициент полезного действия означает более эффективное использование тепла, выделяемого при сгорании топлива. Соответственно, удельная мощность и экономичность новых гибридных агрегатов Toyota  стали еще выше.

Кстати, понятие «холостого хода двигателя» у гибридов Тойота отсутствует. Если блок управления запустил мотор, это означает что: либо заряжается батарея, либо прогревается ДВС, либо обогревается салон, либо автомобиль движется.

Электромоторы

В конструкции гибридной силовой установки Toyota используется два электромотора – управляющий мотор-генератор (MG1) и тяговый мотор-генератор (MG2). Мощность тягового электромотора:

Yaris Hybrid – 45 кВт, 169 Нм;

Auris Hybrid – 60 кВт, 207 Нм;

Prius – 56 кВт, 163 Нм;

RAV4 Hybrid – 105 кВт, 270 Нм; задний электромотор – 50 кВт, 139 Нм;

Кстати, управляющий мотор-генератор в данной конструкции выполняет и функцию стартера. Это позволило исключить из конструкции ДВС классический стартер, которые в случае с ДВС, работающими по циклу Аткинсона не могут запускаться на низких оборотах (у обычных ДВС Отто – 250 об/мин). Данный агрегат для запуска нужно «раскрутить» до оборотов не менее 1000, что и делает управляющий мотор-генератор.

Электроника

За обеспечение работы гибридной силовой установки Toyota отвечают еще ряд систем. Это преобразователь напряжения (инвертор), 520В / 600В / 650В. В него входит бустер, инвертор преобразователь постоянного тока в постоянный ток 14 вольт (для питания бортовой сети, DC/DC) и жидкостная система охлаждения. Последняя нужна для создания наиболее благоприятных условий работы электроники.

Она работает с наибольшей производительностью и наименьшими потерями при комнатной температуре (порядка 20 градусов Цельсия). Поскольку инвертор оборудован мощными каскадами транзисторов – они требуют быстрого отвода тепла. Этого же требуют и электромоторы в трансмиссии. Для этого к инвертору и трансмиссии подведена жидкостная система охлаждения, температурный диапазон которой гораздо ниже, чем нормальный температурный диапазон двигателя внутреннего сгорания.

Аккумуляторы

На борту гибридов Toyota установлено два типа аккумуляторных батарей. Одна основная никель-металл-гидридная, которая в разных моделях может иметь разную характеристику:

Yaris Hybrid – 120 ячеек, напряжение – 144 В, емкость – 6,5 А/ч;

Auris Hybrid – 168 ячеек, напряжение – 201,6 В, емкость – 6,5 А/ч;

Prius – 168 ячеек, напряжение – 201,6 В, емкость – 6,5 А/ч;

RAV4 Hybrid – 204 ячейки, напряжение – 244,8 В, емкость – 6,5 А/ч;

Батарея имеет собственную систему охлаждения.

У подзаряжаемых гибридов (имеется ввиду Prius PHV) применяется литий-ионная батарея на 95 ячеек с напряжением 351,5 вольт и емкостью 25 А*ч и вспомогательная на 12 вольт (35 А/ч, 45 А/ч, 51 А/ч).

 

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Принцип работы бензиново-электрических гибридных автомобилей

Как работает гибридный автомобиль? Какие процессы происходят под его капотом во время движения? В этой статье мы поможем вам понять принцип работы гибридной силовой установки.

Любое транспортное средство, использующее в своей работе два или более источника энергии, является гибридом. Огромная часть выпускаемых в наше время автомобилей являются бензиново-электрическими гибридами, силовая установка которых сочетает двигатель внутреннего сгорания и электромотор.

Бензиново-электрические гибридные автомобили — это своеобразный симбиоз автомобилей с бензиновыми двигателями и электромобилей. Различие, как известно, между бензиновыми и электрическими автомобилями заключается в источнике и механизме их питания. В бензиновом автомобиле топливо поступает к двигателю с топливного бака, в электромобиле же электрический мотор обеспечивают электроэнергией аккумуляторные батареи. Можно сказать, что гибридный автомобиль является своеобразным компромиссным вариантом между этими двумя автомобильными механизмами.

Для того, чтобы автомобиль был комфортным для пользователя в процессе эксплуатации, он должен отвечать определенным требованиям. Необходимо чтобы автомобиль был в состоянии:

— обеспечивать большой пробег до момента дозаправки/подзарядки;

— заправлялся быстро и легко.

Бензиновые автомобили отвечают вышеизложенным требованиям, но являются источником значительного загрязнения окружающей среды. Электрические же автомобили в процессе своей работы практически не образуют загрязняющих веществ, однако их пробег на одном заряде аккумуляторных батарей, как правило, не превышает 80-160 км. Главным недостатком электрических автомобилей является довольно продолжительный процесс их подзарядки.

Бензиново-электрические гибридные автомобили сочетают в себе преимущества как электрических, так и бензиновых машин, позволяя объединить в одной системе бензиновое топливо и электроэнергию. Совместное использование двигателя внутреннего сгорания и электродвигателя позволяет значительно повысить топливную эффективность силовой установки транспортного средства, обеспечить быстрое достижение необходимого показателя скорости движения путем практически моментальной подачи энергии, снизить объемы образуемых вредных выхлопов, а также увеличить пробег автомобиля благодаря эффективному функционированию системы рекуперативного торможения, позволяющей преобразовывать кинетическую энергию движения в электроэнергию. К тому же, применение гибридной силовой установки в автомобиле создает возможность уменьшения его суммарного вес по сравнению с бензиновым аналогом.

Широкое использование гибридные автомобилей на дорогах способствует значительному снижению выбросок оксида азота в атмосферу (на 50%), а также сажи и углекислого газа.

Термин «гибридный автомобиль», чаще всего применяется к средствам передвижения, сочетающим в своей конструкции двигатель внутреннего сгорании и один или несколько электродвигателей. Однако, не исключена возможность использования в гибридных автомобилях и иных источников питания, помимо бензина и электроэнергии. В последнее время ряды гибридных автомобилей начали пополняться гибридными моделями, механизм работы которых предполагает сочетание ДВС и двигателя, работающего на сжатом воздухе, или же электромотора и двигателя, использующего в своей работе энергию солнца, ветра, биологического топлива.

Гибридные автомобили делятся на два вида: умеренные и полные. Движение умеренных гибридов обеспечивается преимущественно работой двигателя внутреннего сгорания, а электромотор при этом используется только в качестве дополнительного тягового механизма (яркий пример — Honda Insight). Полным же гибридам свойственна возможность перемещения исключительно только на одной электротяге, независимо от ДВС.

Наиболее популярными в мире гибридные автомобили — Toyota Prius, Shevrolet Volt, Honda Insight. В модели Toyota Prius реализован следующий механизм: движения автомобиля на низкой скорости (до 40 км/ч) происходит благодаря работе электродвигателя, питаемого литий-ионной аккумуляторной батареей, но при большем разгоне активизируется двигатель внутреннего сгорания, который обеспечивает тягу на высокой скорости. При этом электроника регулирует работу моторов и генератора.

Противоположный механизм работы реализован в гибриде Shevrolet Volt. Передвижение этого автомобиля происходит благодаря электродвигателю, функции же ДВС сводятся только к подзарядке его аккумуляторных батарей.

Для гибридных автомобилей свойствен механизм рекуперации энергии при торможении – электрический двигатель переходит в режим генератора, преобразующего кинетическую энергию в электрическую, которая способствует восполнению заряда аккумуляторных батареи.

Схемы подключения двигателей гибридного автомобиля:

— Последовательная схема – маломощный ДВС соединен только с генератором электроэнергии, а электрический двигатель — с колесами. ДВС приводит в движение небольшой генератор электрического тока, вырабатываемая электроэнергия от которого поступает к аккумуляторным батареям, обеспечивающим питание электрического мотора. При такой схеме подключения, ДВС никогда непосредственно не приводит транспортное средство в движение, и главным силовым механизмом является электромотор. Конструкция подобных гибридных автомобилей предполагает использование аккумуляторов увеличенной емкости. Данная схема подключения двигателей была использована в первых гибридных автомобилях, сконструированных Фердинандом Порше. На сегодняшний день представителями Plug-in Hybrid являются модели Chevrolet Volt, Opel Ampera.

— Параллельная схема – ДВС, электрический двигатель и коробка передач соединяются с помощью автоматических муфт. Данная схема свойственна практически для всех умеренных гибридов и для ряда полных (например, Audi Duo). Для гибридный автомобилей с параллельной схемой характерна возможность как одновременного, так и раздельного использования возможностей ДВС и электродвигателя для движения колес. Электрический мотор способствует быстрому разгону транспортного средства, а также обеспечивает выполнение функции рекуперативного торможения. Гибриды с параллельной схемой — Hyundai Elantra Hybrid, Civic Hybrid, BMW Active Hybrid 7, Volkswagen Touareg Hybrid.

— Последовательно-параллельная схема (смешанная) – планетарный редуктор обеспечивает связь ДВС, электрогенератора и электрического двигателя. Яркими примером гибридных автомобилей с последовательно-параллельной схемой (Full Hybrid ) является Toyota Prius, Ford Escape Hybrid, Lexus RX 450h.

Последовательная схема подключения двигателей гибридного автомобиля

 

Параллельная схема подключения двигателей гибридного автомобиля (слева)

Последовательно-параллельная схема подключения двигателей гибридного автомобиля (справа)

Гибридную силовую установку автомобиля могут образовывать следующие компоненты:

Двигатель внутреннего сгорания. В гибридных автомобилях также, как и в традиционных – бензиновых, используется ДВС, однако он значительно меньше и более усовершенствован в направлении сокращения уровня вредных выбросов в атмосферу и увеличения работоспособности.

Топливный бак. Топливный бак в гибридах является устройством хранения бензинового топлива для работы ДВС.

Электрический двигатель. Современные автомобилестроительные технологии позволяют использовать электродвигатель как в качестве силового двигателя, так и генератора энергии при торможении, тоесть электромотор способен ускорять автомобиль, питаясь от аккумуляторных батарей, или же может работать в генеративном режиме при спусках автомобиля по склону и торможении, обеспечивая восполнение энергии батарей.

Генератор. По механизму своей работы генератор схож с силовым электродвигателем, однако в ряде гибридном автомобиле он используется только для производства электрической энергии.

Аккумуляторные батареи – устройства хранения энергии для работы электродвигателя гибридного автомобиля. В то время, когда для бензинового двигателя свойственно только черпание бензина из топливного бака, электрический двигатель гибридного автомобиля может как использовать энергию батарей, так и восполнять её посредством механизма рекуперативного торможения.

В гибридных автомобилях, как правило, применяются более компактные и легкие аккумуляторные батареи, нежели в электромобилях.

Коробка переключения передач выполняет в гибридном автомобиле ту же функцию, что и бензиновом, с тем только различием, что контролирует работу как ДВС, так и электрического двигателей.

Для контроля потока энергии между генератором, батареей и электромотором используется блок управления энергией и полупроводниковое устройство переключения.

Ряд приемов позволяет увеличить эффективность использования бензинового топлива и энергии аккумуляторных батарей в гибридном автомобиле. Итак, в гибридном автомобиле с этой целью:

— Восполняется энергия, запасаемая в батареях, благодаря функции рекуперативного торможения электродвигателя.

— Приостанавливается работа ДВС. Гибридному автомобилю не нужно все время полагаться на бензиновый двигатель, поскольку в нем, как правило, есть полноценный тяговой электромотор.

— Используется развитая аэродинамика с целью уменьшения лобового сопротивления.

— Применяются легкие материалы. Снижение общего веса автомобиля является простым способом увеличения его пробега. Более легкий автомобиль потребляет значительно меньше энергии при ускорении и подъемах вверх по холмам. Композитные материалы, такие как углеродное волокно или же легкие металлы (алюминий, магний) могут использоваться для снижения веса общей конструкции гибридного транспорта.

— Используются специальные шины с пониженным сопротивлением качению.

Существует несколько эффективных методов обеспечения максимального пробега гибридного автомобиля:

 

— Поездки на небольших скоростях – аэродинамическое сопротивление резко возрастает при увеличении скорости.

— Поддержание стабильной скорости – при изменении скорости автомобиля, значительная часть энергии тратится впустую; поддержание скорости позволяет более эффективно использовать топливо.

— Предотвращение резких остановок – если транспортное средство будет останавливаться более длительный промежуток времени, электродвигатель сможет сгенерировать больше энергии.

Все о гибридах: история, принцип работы, преимущества

Они комфортны, они безопасны и надежны, но самое главное – они существенно снижают ваши расходы на топливо. Вот основные причины, по которым гибридные автомобили с каждым годом становятся все популярнее на рынке. Однако гибридной технологии понадобилось больше ста лет, чтобы стать массовой.

История гибридов

Формально первым в мире гибридным автомобилем является Lohner-Porsche, который был представлен широкой публике на Парижском автосалоне в 1900 году. Этот передовой для своего времени автомобиль был устроен таким образом: два бензиновых двигателя, установленных посередине шасси, служили приводом для двух электрических генераторов. Динамо-машины вырабатывали ток, который подавался на двигатели в колесах, а избыточная мощность с колес поступала в аккумуляторные батареи. Уже тогда инженеры Порше создали технологию, которая позволяла использовать генераторы в качестве стартеров для бензиновых двигателей. Машина произвела фурор на выставке и была готова к выпуску в серию, но до широкого потребителя так и не дошла.

К разработкам в области гибридных автомобилей вернулись американские инженеры в 60-х годах прошлого века. Подобные идеи приходили в голову и советским разработчикам в 70-х. Однако ни у тех, ни у других не получилось создать пригодную для выпуска в серию и поистине массовую машину.

Это оказалось под силу японцам.

В 1997 году компания Toyota представила миру первый массовый гибридный легковой автомобиль – модель Prius. Еще в 1993 году руководство компании поручило талантливому японскому инженеру Такеши Учиямада создать проект под кодовым названием G21. Целью проекта было изучить технологии, которые позволили бы радикально снизить расход топлива у серийного автомобиля. Прежде чем у инженеров Тойоты получилось создать первый жизнеспособный образец, они перепробовали 80 различных вариантов гибридной системы: были проблемы с перегревами и низкой надежностью. В начале 1995 года руководство Тойоты приняло решение о серийном выпуске гибридного автомобиля, и команде господина Учиямада пришлось спешно разрабатывать уже не прототипы, а пригодную для массового производства модель.

В марте 1997 года японский концерн представил собственную гибридную систему, которую назвал просто – Toyota Hybrid System (THS). Основные компоненты системы Тойота производила сама, а батареи для гибридов поставляла компания Panasonic. Японские инженеры сильно переживали за жизнь молодой технологии, поэтому после старта продаж первых Приусов в компании был создан специальный отдел, который отслеживал все сообщения о неисправностях. Но вопреки всем опасениям, модель «прижилась» и даже начала набирать популярность.

Приус на рынке с 1997 года по сегодняшний день, модель пережила уже четыре поколения и три рестайлинга. Гибридная Тойота предлагается на рынке в кузове минивен и хэтчбек. Есть и компактная версия – Toyota Aqua. Сегодня японский концерн – лидер по производству и продажам гибридных автомобилей: с 1999 по 2007 год в США было их продано более миллиона. Тойота устанавливает гибридные установки не только на бюджетные, но и на автомобили премиум класса, например, Lexus LS 600h. Гибридную технологию от Toyota также лицензировали Ford и Nissan. Благодаря развитию технологий гибрид купить становится по силам все большему кругу потребителей.

Принцип работы гибридной установки

Гибридный синергетический привод (англ. Hybrid Synergy Drive, HSD) – запатентованная технология от Toyota, в основе которой лежит синергетический эффект. HSD состоит из семи основных элементов: бензиновый двигатель, электродвигатель, электрогенератор, планетарная передача, аккумуляторная батарея, инвертор и электронный вариатор.
Силовая установка разделена на два модуля – электрическая подсистема и подсистема внутреннего сгорания.

Их работа происходит в синергии, т.е дополняя и усиливая друг друга, они достигают нужного эффекта. Так на малой скорости (до 50 км/ч) автомобиль приходит в движение только за счет батареи. На средней скорости бензиновый двигатель передает часть энергии через водило и планетарную передачу на передние колеса, другая часть энергии поступает на электрогенератор. В генераторе энергия также разделяется: одна часть идет на подзарядку батареи, другая – возвращается в электромотор, который вращает передние колеса. В режиме ускорения весь ток от батареи и электрогенератора поступает на электромотор. При торможении бензиновый двигатель отключается, а электродвигатель возвращает энергию в батарею. Таким образом, автомобиль заряжается самостоятельно, пока вы жмете педаль тормоза.

Автомобили на электротяге сейчас разделяются на два класса: plug-in hybrid electric vehicle (PHEV) – это гибридные установки, которые могут заряжаться как от движения, так и от домашней электросети, но у них есть и бензиновый агрегат; и электромобили – в конструкции нет бензиновых двигателей, движение осуществляется только за счет электромотора.

Преимущества гибридных автомобилей

1. Снижение расхода топлива
   Бензиновый агрегат в гибридных автомобилях включается в работу только в определенных режимах, но не работает постоянно. За счет этого автомобиль не потребляет топливо при прогреве, в пробках и во время движения с низкой скоростью. Средний расход топлива моделей Приус, например – 5-6 л на 100 км.
2. Увеличение моторесурса бензинового агрегата
   Бензиновому двигателю помогает электромотор, который берет на себя часть нагрузки. Компьютер распределяет усилие в зависимости от скорости и режима движения, не позволяя двигателю работать при повышенных нагрузках. За счет этого ресурс ДВС увеличивается.
3. Снижение вредных выбросов
   Есть исследования, которые показывают, что больше всего вредных выбросов в атмосферу бензиновые двигатели производят, когда работают на холостом ходу – в пробках и во время прогрева. Гибридные установки снижают количество вредных выбросов, поскольку гибридный автомобиль в этих режимах работает полностью на электротяге.

 

Продажи гибридов в мире

Швейцарское аналитическое агентство EVvolumes каждый квартал приводит статистику по продажам гибридных автомобилей в мире. По данным агентства в первом квартале 2018 года было продано 321 400 единиц гибридной техники что на 59% больше, чем за аналогичный период прошлого года. Электромобили выросли на 52%, а плагин-гибриды – на 39%.
Активнее всего рынок гибридных авто развивается в Китае (+113%). В Европе лидером продаж гибридов является Норвегия, но по темпу роста ее уже обходит Германия. Гибридные автомобили в России пока только набирают популярность, и большая их часть из-за близкого соседства с Японией сконцентрирована на Дальнем Востоке. Так выглядит общий рейтинг самых продаваемых электромобилей и гибридов:

Мировые бренды видят будущее за гибридными автомобилями, поэтому в модельном ряду всех лидеров автомобилестроения есть как минимум по одной версии с электромотором. Для потребителя сегодня рынок предлагает широкий выбор гибридов почти что на любой вкус. Купить гибридный автомобиль очень просто: свяжитесь с нами по телефону, и наши менеджеры расскажут обо всех актуальных предложениях и о том, как купить машину на японском аукционе. Ниже собраны самые популярные гибридные автомобили и актуальные цены на них:

Toyota Aqua NHP10

Toyota Prius ZVW30

Toyota Prius ALPHA ZVW41W

Toyota Prius ZVW55

Toyota Vellfire ANh30W

Nissan Leaf AZEO

Honda Fit GP5

Honda CR-Z ZF2

Honda Insight ZE2

Honda Vezel RU1

Mitsubishi Outlander PHEV GG2W

*****
Если Вам нравится любой из этих авто, звоните: 8-800-555-69-16
Мы расскажем все подробности, как приобрести такой автомобиль из Японии, с автоаукциона!

Как работает гибридный двигатель, автомобиль гибрид

Критическая ситуация с экологией и постоянный рост цен на топливо заставляют искать производителей транспорта новые решения. Двигатели внутреннего сгорания (ДВС) усовершенствуются, модифицируются и «смешиваются» с электродвигателями. Для чего это делается, как работает гибридный двигатель, рассмотрим в сегодняшней публикации.

Идею соединить два агрегата (двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель) новой не назовешь. В 1897 году французская компания Parisienne des Voitures Electriques начала производство авто с гибридными двигателями, а немногим позднее американская General Electric выпустила первый гибрид с бензиновым четырехцилиндровым двигателем. Но тогда такое новшество оказалась экономически нецелесообразным. Топливо было дешевым, а мощность автомобиля-гибрида уступала мощности традиционных моделей. Но времена изменились. Топливо дорожает, экологическая обстановка ухудшается. Автомобили со смешанными силовыми агрегатами стали актуальными и начали набирать популярность.

Простыми словами о сложном

Что же представляет собой гибридный двигатель? Гибридный двигатель – это система, состоящая из двух связанных между собой агрегатов: электрического и бензинового. Они могут работать как по отдельности, так и одновременно. Управляет этой системой бортовой компьютер автомобиля. Он решает, в зависимости от режима движения, какой тип силового агрегата нужно задействовать в конкретный момент времени.

Для движения по городу, когда от двигателя не требуется выработки большой мощности, используется электродвигатель. Во время движения по загородным трассам компьютер отключает электродвигатель и задействует топливный агрегат.

При смешанном режиме езды, когда двигатель автомобиля работает под нагрузкой с периодическими ускорениями и остановками – два агрегата работают в тандеме. Причем во время работы топливного двигателя, идет зарядка электрического. Отдельного внимания заслуживают двигатели, работающие на водороде.

Экономия электроэнергии в гибридных двигателях

Известно, что на движение автомобиля затрачивается огромное количество энергии. В связи с этим возникает закономерный вопрос: как электромотор даже в условиях малых нагрузок может долго работать без дополнительного прицепа с аккумуляторами. Чтобы понять принцип работы электродвигателя автомобиля, нужно проследить весь процесс от начала движения до остановки.

Когда автомобиль трогается либо движется на малых скоростях, всю работу осуществляет электродвигатель, который питается от аккумулятора. Далее в его задачу входит разогнать автомобиль до предельно возможной для электродвигателя скорости. После этого компьютер дает команду на включение топливного двигателя. При этом ДВС часть энергии отдает на генератор, который подменяет АКБ и продолжает вместо нее питать электромотор, параллельно заряжая аккумулятор. Автомобиль при этом работает на двух силовых агрегатах одновременно.

При движении со средней скоростью электродвигатель отключается, работает только ДВС, пополняя запас энергии аккумулятора. При повышении нагрузки на ДВС ему на помощь снова приходит электромотор. Но электроэнергия пополняется не только за счет работы ДВС. Тормозной механизм автомобиля с гибридным двигателем устроен таким образом, что образовавшаяся во время торможения энергия, преобразовывается в электрическую и тоже идет на питание электромотора. Такое торможение получило название «рекуперативное».

Рассмотренный выше алгоритм работы описывает общую картину работы гибридного силового агрегата автомобиля. На сегодняшний день существует три типа таких двигателей: последовательный, параллельный и смешанный.

Последовательная схема гибрида

Принцип работы такой схемы можно считать самой простой из гибридов. Двигатель внутреннего сгорания в данном типе является вспомогательным элементом и предназначен для работы генератора. Генератор, получая энергию от ДВС, преобразует ее в электрическую и запитывает электромотор, который приводит автомобиль в движение.

Такая схема, как правило, применяется в маломощных автомобилях (малолитражках). Но используемый аккумулятор имеет большую емкость, с возможностью зарядки от обычной электросети. Большая емкость АКБ позволяет минимизировать использование ДВС, то есть автомобиль может двигаться на электродвигателе, который питается только от аккумулятора. Chevrolet Volt – это одна из моделей автомобилей, в которой использована последовательная схема гибрида.

Параллельная схема гибридного автомобиля

Принцип работы параллельной схемы заключается в том, что ДВС и электромотор установлены таким образом, что появляется возможность их использовать как вместе, так и по отдельности. Но все же основная функция электромотора в такой схеме – это создание дополнительной мощности ДВС при ускорении. Кроме того электродвигатель выполняет функции стартера и генератора. Аккумуляторы при такой схеме не требуют дополнительной подзарядки, им хватает энергии, вырабатываемой при движении.

Honda Insight, Honda Civic Hybrid, BMW Active Hybrid 7, Volkswagen Touareg Hybrid – модели с параллельной схемой гибридного двигателя.

Последовательно – параллельная схема гибрида

В этой схеме ДВС и электромотор связывает между собой планетарный редуктор, при помощи которого мощность от обоих двигателей передается на ведущие колеса.

Смешанная схема отличается от параллельной наличием генератора, создающего энергию для электродвигателя.

Toyota Prius, Lexus RX 450h, Ford Escape Hybrid – это представители полного гибрида.

Положительные стороны гибридных двигателей

1. Основное достоинство гибридов заключается в его экономичности. Минимальная экономия топлива составляет 20%, что в условиях роста цен довольно ощутимое преимущество.
2. Совместное использование двух двигателей снижает количество выбросов СО2.
3. Отличные ходовые характеристики, которые достигнуты благодаря рациональному накоплению и последующему перераспределению мощностей, выработанных совместно двумя двигателями.
4. В сравнении с традиционным автомобилем гибрид обладает ощутимым запасом хода, то есть он может продолжать движение даже с пустым баком.
5. Характеристики гибридных двигателей полностью идентичны традиционным моделям с ДВС, вопреки сложившимся стереотипам, а с учетом других преимуществ порой даже превосходит их.
6. Электродвигатели практически бесшумны, что добавляет комфорта при эксплуатации автомобиля.
7. В сравнении с электромобилем, АКБ гибрида заряжается от топливного двигателя, что увеличивает запас его хода.
8. Заправка автомобиля осуществляется тем же бензином, что и традиционные авто.

Недостатки гибридов

1. Высокая стоимость автомобиля.
2. Обслуживание автомобиля требует больших затрат. Ремонтировать такую машину самостоятельно вряд ли удастся, а квалифицированных мастеров найти большая сложность. С комплектующими также гарантированно будут проблемы.
3. Перепады климатических температур плохо влияют на АКБ и приводят к их саморазряду.

Внешне автомобили с гибридными силовыми агрегатами не отличаются от классических бензиновых собратьев. Конечно, если бы модели автомобилей с гибридными двигателями имели такую же стоимость, как аналоги с ДВС, а обслуживание не вызывало сложностей, вряд ли кто отказался бы от такой машины. Но на данный момент реалии таковы, что разница в цене гибрида и аналога составляет в среднем 4000 долларов. Даже если взять в расчет все плюсы таких машин, включая экономию топлива, то разница все равно будет несоразмерная. Если не будет поломок, а пробег будет значительным, машина окупится в лучшем случае лет через пять. Такое положение вещей не вселяет оптимизма. Но как говорится: «Сколько людей – столько и мнений», поэтому выбор всегда остается за конкретным человеком.

Toyota Hybrid: принцип работы гибридной системы

Сегодня компания Toyota является одним из крупнейших производителей гибридных автомобилей в мире. Этот тип автомобилей становится все более популярным из-за высокую производительность, надежность, экологичность и низкие эксплуатационные расходы. Но чем основной принцип работы гибридной системы автомобилей Toyota отличается от бензиновых и электрических автомобилей?

Гибридная система Toyota использует бензиновый двигатель и электромотор. Это «полный» гибрид — автомобиль может передвигаться как по принципу совместного использования двигателя внутреннего сгорания (ДВС) и HV-батареи, так и исключительно на электроэнергии. Этим Toyota Hybrid отличается от других «мягких» гибридных систем, в которых электромотор работает только для повышения производительности бензинового двигателя и исключительно вместе с ним.

Система Toyota Hybrid состоит из:

• бензинового двигателя, который работает по циклу Аткинсона. Самый эффективный ДВС при средних и высоких оборотах, имеет высокий КПД и низкие расход топлива и уровень шума
• управляющего электромотора. Выполняет роль генератора энергии от ДВС для подзарядки высоковольтной батареи, а также роль стартера ДВС;
• тягового электромотора. Предназначен для приведения автомобиля в движение. Также выполняет роль генератора при рекуперации;
• гибридной трансмиссии. Представляет собой планетарную передачу, является делителем мощности и распределяет крутящий момент между тяговым электромотором и ДВС. Гибридная трансмиссия не является вариатором в классическом его понимании, поскольку в ней отсутствуют валы, фрикционы, ремни / цепи;
• инвертора. Преобразует переменный ток (АС) с электродвигателя на постоянный (DC) для подзарядки батареи и наоборот. Также конвертирует напряжение 250В с HV-батареи в 650В для запуска и работы тягового электромотора;

высоковольтной батареи. Имеет высокую плотность энергии. Никель-металл-гидридных батарея обеспечивает стабильное подзарядки / разрядки от 30% до 90% для наиболее эффективной работы батареи, идеально подходит для работы при низких температурах и не требует внешнего подзарядки.

Toyota Hybrid может работать в трех режимах: CHARGE, ECO и POWER. В зависимости от режима движения и манеры управления водителя автомобиль определяет оптимальный режим и соответственно отображает его на индикаторе гибридной силовой установки.

CHARGE — автоматическая зарядка HV-батареи гибридной системы автомобиля происходит при плавном и стабильном торможении за счет рекуперации кинетической энергии. HV-батарея также автоматически заряжается при движении накатом. Накопленный заряд используется электромотором для дальнейшего движения, позволяет экономить на топливе. В режиме ECO гибридный привод используется максимально эффективно. Во время движения в городе в режиме ECO система часто позволяет двигаться исключительно на электротяге. POWER — при ускорении, обгоне или движении на высокой скорости автомобиль использует синергию мощности ДВС и гибридной системы для получения высоких динамических показателей.

Гибридная система в Toyota Camry HybridГибридна система в Toyota Camry Hybrid Description:

Применяя такой эффективный принцип совместного использования бензинового двигателя и электрических компонентов, автомобиль может преодолевать расстояния, и подзарядка не нужна. Благодаря этому гибридный автомобиль Toyota является оптимальным выбором как для передвижения по городу, так и для длительных путешествий. Современный водитель стремится стать владельцем автомобиля, который бы отвечал требованиям нового smart-стиля жизни и повышенным стандартам качества. Самозарядные бензиново-электрические гибриды Toyota удовлетворяют современные критерии эффективности, надежности и прогрессивности.

За дополнительной информацией о Toyota Hybrid, включая ценам на доступный модельный ряд, просим обращаться по телефону: (044) 537-54-54 или по адресу Харьковское шоссе 179.

Принцип работы гибридного двигателя | myelectromobile.com

  Тема некоторой классификации двигателей гибридов уже немного обсуждалась в статье «Некоторые сокращения (акронимы) электромобильной тематики. Или в чем разница между PHEV и BEV». В данном материале делается уклон на понимание общего принципа работы гибридного двигателя на примерах видео гибридов от Volvo и Toyota.

Принцип работы гибридного двигателя от Volvo

   Изначально электрический привод использовался в железнодорожном транспорте и сверхтяжелых (карьерных) самосвалах. Это обусловливается тем, что передать крутящий момент на колеса крупногабаритного транспортного средства механическим способом довольно сложно. Общий принцип работы двигателя гибрида заключается в том, что обычный двигатель внутреннего сгорания приводит в действие электрогенератор, электроэнергия от которого, через схему управления, питает электродвигатели, которые, в свою очередь, заставляют передвигаться транспортное средство. Такая себе электростанция на колесах, работающая во благо своего же движения.

  Гибридные машины используют тот же принцип за некоторым исключением. Первоочередным является использование аккумуляторных батарей. Следует учесть, что батарея гибридного автомобиля имеет меньшую емкость, нежели аккумулятор электромобиля, следовательно, она легче и компактнее.   Гибридный двигатель изначально разрабатывался с целью уменьшения числа вредных выбросов в атмосферу, что является предпочтительным для городского транспорта. Данная система приводит к снижению выбросов оксида азота на 50%, а сажи и углеводородов на 90%. В сравнении с обычными автобусами и дизельными двигателями экономия топлива гибридных машин составляет 60%, а увеличение стартового ускорениея на 50%.
   На данный момент, гибридные автомобили в Украине можно купить таких моделей как Lexus RX450h, LS600h, GS450h, Nissan Altim hybrid, Toyota Prius, Honda Civic Hybrid и т.д.

Принцип работы двигателя гибрида от компании Toyota ( гибрид Toyota Prius)

Самозаряжающиеся гибриды Toyota | Toyota Эстония

В соответствии с данными WLTP комбинированный расход топлива 4,5–6,4 л/100 км, комбинированный выброс CO₂ 103–144 г/км.
Изображение носит иллюстративный характер.

Предложение действительно до 31.03.2021 или пока автомобили есть в наличии. Рекомендуемая розничная цена. Для получения конкретного предложения, пожалуйста, обращайтесь в представительство Toyota.

10-летняя гарантия гибридного аккумулятора распространяется на все новые гибридные модели Toyota.

Пример расчета ежемесячного платежа:
Поставщики лизинговой услуги Toyota: Luminor Liising AS, Swedbank Liising AS и эстонский филиал SIA UniCredit Leasing.
Пример калькуляции составлен Swedbank Liising AS. Ознакомьтесь с условиями и обратитесь за консультацией. Ставка затратности кредита составляет 2,84% при следующих показательных условиях, стоимость имущества 19 100 € c НСО, первый взнос 15%, остаточная стоимость 30%, пробег 20000 км в год,период кредита – 5 лет, количество возвратных платежей – 60, плата за договор 225 €, незафиксированная процентная ставка 2,29% в год + Euribor за 6 месяцев (29.12.2019 Euribor за 6 месяцев составлял -0,325% Зафиксированная в договоре ставка Euribor может меняться через каждые 6 месяцев. При отрицательном значении ставка Euribor считается равной нулю), сумма возвратных платежей 14 647. 15 €, общая сумма выплачиваемого кредита 14 705.71 €. Предложение является индикативным и может отличаться от окончательных условий.

Пример калькуляции составлен Swedbank Liising AS. Ознакомьтесь с условиями и обратитесь за консультацией. Ставка затратности кредита составляет 2,27% при следующих показательных условиях, стоимость имущества 23 400 € c НСО, первый взнос 15%, остаточная стоимость 32%, период кредита – 5 лет, плата за договор 195€, незафиксированная процентная ставка 1,89% в год + Euribor за 6 месяцев (17.12.2020 Euribor за 6 месяцев составлял –0,518%. Зафиксированная в договоре ставка Euribor может меняться через каждые 6 месяцев. При отрицательном значении ставка Euribor считается равной нулю), сумма возвратных платежей 17197.26€, общая сумма выплачиваемого кредита 17255.82€. Предложение является индикативным и может отличаться от окончательных условий.

Каков принцип создания гибридного автомобиля?

Гибридные автомобили — это первый шаг к переходу на электромобили, когда дело касается транспорта. Чтобы снизить уровень загрязняющих выбросов, производимых двигателями внутреннего сгорания, у них есть электродвигатель, который заменяет бензиновый или дизельный двигатель или поддерживает его в зависимости от того, как он используется. Существует несколько различных типов гибридных автомобилей со своими преимуществами и методами работы.

Различные типы гибридных автомобилей

Легкие гибридные автомобили

Легкие гибридные автомобили являются лишь частично гибридными и могут снимать некоторую нагрузку со стороны двигателя внутреннего сгорания для снижения расхода топлива.В этих автомобилях есть небольшая батарея, которая может обеспечивать резервное копирование двигателя внутреннего сгорания, но эта технология не позволяет использовать электрическую езду.

Поскольку при движении автомобиля расходуется больше всего энергии, такая низкоуровневая гибридизация может снизить расход топлива при движении по городу (на 5–10%). Он заряжается кинетической энергией, возникающей при торможении и замедлении, что делает его автономной системой, которую не нужно заряжать от розетки.

Однако до сих пор он показал ограниченную производительность, а экономия на выбросах CO ₂ низкая.

Гибридные автомобили

Гибридный автомобиль (или HEV, сокращенно от Hybrid Electric Vehicle ) имеет аккумулятор с достаточной емкостью, чтобы проехать несколько километров в полностью электрическом режиме. Как и у мягкого гибрида, аккумулятор этого автомобиля заряжается за счет преобразования кинетической энергии, выделяемой при торможении и замедлении. При езде по городу это позволяет электродвигателю регулярно заменять двигатель внутреннего сгорания. Таким образом, водитель экономит топливо, наслаждаясь поездкой без шума и вибрации двигателя — качества, уникальные для электромобиля.

Модели последнего поколения предлагают более динамичные и гибкие характеристики, такие как новая линейка гибридных автомобилей Renault E-TECH с интеллектуальной многорежимной коробкой передач, позволяющей легко переключаться между режимами.

Например, новые гибриды Renault E-TECH могут ездить в полностью электрическом режиме до 80% пробега в городе. А их расход топлива для городской езды примерно на 40% ниже, чем у аналогичного автомобиля с газовым двигателем.

Перезаряжаемые гибридные автомобили

Перезаряжаемый гибридный автомобиль (или PHEV, сокращенно от Plug-in Hybrid Electric Vehicle), немного ближе к полностью электрическому транспортному средству с перезаряжаемой батареей большей емкости (9.8 кВтч для линейки Renault PHEV). Перезаряжаемый гибридный автомобиль подключается к подходящей домашней розетке или общественной точке зарядки, чтобы «зарядиться» электричеством. Эта способность заряжаться от сети дает ему полный запас хода в несколько десятков километров.

Перезаряжаемые гибридные автомобили идеально подходят, например, для всех еженедельных поездок по городу в полностью электрическом режиме, без использования ископаемого топлива и, следовательно, без выбросов *. Преимущества очевидны как для окружающей среды, так и для вашего кошелька! В длительных поездках перезаряжаемый гибридный двигатель ведет себя как обычный гибридный двигатель, поскольку автомобиль запускается от электричества и частично работает в электрическом режиме.

Благодаря моделям PHEV и их способности заряжаться от сети, водители делают большой шаг к переходу на полностью электрические.

Итак, как это работает в общих чертах? В отличие от мягкого гибрида, электродвигатель гибридного автомобиля или перезаряжаемого гибридного автомобиля фактически используется для поворота колес, чтобы обеспечить даже полностью электрическое вождение. Автомобили HEV и PHEV имеют тяговую батарею (в дополнение к обычной батарее автомобиля с двигателем внутреннего сгорания), которая используется только для питания электродвигателя.
Во время пуска и разгона электродвигатель гибрида и перезаряжаемого гибрида с его мгновенным крутящим моментом заменяет двигатель внутреннего сгорания и делает автомобиль более отзывчивым.

Какой бы ни была степень гибридизации, электродвигатель действует как генератор, который заряжает аккумулятор, пока автомобиль замедляется во время замедления и торможения. Благодаря этой бесплатной энергии снижается расход топлива, что соответственно снижает эксплуатационные расходы.
Перезаряжаемые гибридные модели также имеют тяговую батарею большей емкости.Автомобиль можно подключить к электросети для зарядки аккумулятора и тем самым увеличить запас хода в полностью электрическом режиме.

Преимущества гибридного автомобиля

Комбинируя электродвигатель с двигателем внутреннего сгорания, гибридные автомобили могут снизить выбросы при эксплуатации * и потребление ископаемого топлива на 5–40% в зависимости от уровня гибридизации. Гибридные и перезаряжаемые гибридные автомобили также имеют то преимущество, что они не имеют шума двигателя, а также обладают динамичным, но расслабляющим опытом вождения электрического режима.
Помимо этих основных качеств, мы можем добавить интеллектуальное управление энергопотреблением с помощью различных калькуляторов, которые оптимизируют урожайность автомобиля в режиме реального времени и обеспечивают наилучшую производительность в любых условиях.
Кроме того, в гибридных автомобилях Renault используются все знания и ноу-хау номер 1 в Европе на рынке электромобилей.

Гибрид и электромобили

Помимо того, что гибриды в меньшей степени зависят от зарядных устройств для преодоления больших расстояний, они также имеют высокопроизводительный газовый двигатель, отвечающий последним экологическим стандартам.
Что касается полностью электрического автомобиля, в любой поездке на него можно положиться в плане полной мощности при запуске, мощного устойчивого ускорения и динамичной плавной управляемости, при этом двигатель не шумит.

* Ни выбросы CO в атмосферу ₂ , ни загрязняющих веществ во время движения (за исключением изнашиваемых деталей)

Авторские права: Он и Я, Жан-Брис ЛЕМАЛЬ, Оливье МАРТЕН-ГЕМБЬЕ.

Строительство, работа и его применение

Двигатель — это электрическое устройство, используемое для преобразования мощности (P), вольт (В) и ампер (A) в механическую мощность, крутящий момент и скорость.В зависимости от требований доступны различные типы двигателей, в том числе шаговый двигатель одного типа. Шаговый двигатель очень точно контролирует скорость, а также угол поворота. Эти двигатели представляют собой двигатели BLDC, в которых используется электронный драйвер для регулирования вращения обмоток. Чтобы изменить вращение обмоток, на вход драйвера подаются электрические импульсы, так что двигатель поворачивается на один шаг за каждый импульс. Шаговые двигатели подразделяются на три типа: шаговые двигатели с постоянным магнитом, регулируемые и гибридные.В этой статье обсуждается обзор гибридного шагового двигателя.

Что такое гибридный двигатель?

Определение: Комбинация двух двигателей, таких как постоянный магнит и переменное магнитное сопротивление, известна как гибридный двигатель. Принцип работы гибридного двигателя заключается в том, что ротор в этом двигателе намагничен в осевом направлении, как у шагового двигателя с постоянным магнитом, тогда как на статор подается электромагнитное питание, как у шагового двигателя с переменным сопротивлением. Таким образом, это исполнительный механизм, который изменяет электрические импульсы на угловое смещение.

Гибридный шаговый двигатель

По сравнению с другими типами, этот тип двигателя обеспечивает высокий крутящий момент, включая меньший угол шага, и обладает хорошими динамическими характеристиками. День ото дня увеличивается развитие различных областей, таких как компьютерные технологии, полупроводники и материалы для постоянных магнитов. Аналогичным образом, использование шаговых двигателей также увеличивается в различных областях, таких как робототехника, промышленная автоматизация, медицина и т. Д.

Гибридные шаговые двигатели

доступны в различных типах, а именно: базовый, кодирующий, IP65, тормоз, интегрированный тип, включая привод и контроллер, тормоз , и приспособлен.

Конструкция гибридного шагового двигателя

Конструкция гибридного шагового двигателя может быть выполнена с использованием принципов двух двигателей, таких как шаговый двигатель с постоянным магнитом и переменным магнитным сопротивлением. Эти типы двигателей доступны с различным разрешением шага, например 0,9 °, 1,8 ° или 3,6 °. Стандартное разрешение шага этого двигателя составляет 1,8 °.

Они показывают высокий статический и динамический крутящий момент и рабочие характеристики при чрезвычайно высокой скорости шага, поэтому эти двигатели в основном используются в промышленных приложениях.Важнейшими частями этого двигателя являются статор и ротор, потому что они соединяют гибридный двигатель. Этот мотор включает зуб, похожий на выступы. Эти зубцы соединены в различных конфигурациях на протяжении всего вращения.

Конструкция гибридного шагового двигателя

Конструкция статора аналогична конструкции шагового двигателя с переменным сопротивлением, в противном случае — шагового двигателя с постоянным магнитом. В этом двигателе ротор включает в себя два одинаковых пакета гибкого железа, которые соединены с двумя полюсами намагниченного в осевом направлении круглого постоянного магнита.

Зубья ротора соединены полюсами из мягкого железа, и он помещается на вал. Следовательно, эти зубцы становятся похожими на северный полюс и южный полюс на концах, и эти зубцы перемещаются на некоторый угол для правильного положения полюса ротора с помощью статора.

Работа гибридного шагового двигателя

Принцип работы гибридного шагового двигателя аналогичен принципу работы двигателя с постоянными магнитами. На приведенной выше схеме двигателя он имеет две фазы, четыре полюса и шестизубый ротор.Как только xx ’стимулируется с использованием источника постоянного тока, YY’ не может возбуждать. Таким образом, полюса ротора будут меняться с одного направления на другое.

Аналогичным образом, если фаза YY ’возбуждена, то XX’ будет отключен, поэтому положение полюсов будет изменено. Таким образом, ротор двигателя будет изменен в новое положение против часовой стрелки. Если YY ’возбуждается противоположно, то верхний полюс меняется на юг, а нижний полюс меняется на север, после чего ротор перемещается по часовой стрелке.
Чтобы двигатель работал в желаемом направлении, на статор должна подаваться соответствующая серия импульсов. Таким образом, для каждого возбуждения это будет защищено в новом месте. Если возбуждение отключено, этот двигатель будет сохранять заблокированное состояние из-за возбуждения в постоянном магните. Угол шага этого двигателя может составлять 30 градусов. Фактически, проектирование этих двигателей может быть выполнено с использованием нескольких полюсов ротора для достижения высокого углового разрешения.

Характеристики

Особенности гибридного шагового двигателя в основном включают

• Точное управление положением
• Двигатель включает электромагнитный тормоз
• Простое управление с помощью импульсных сигналов
• В остановленном месте этот двигатель удерживается
• Высокий крутящий момент может быть создан за счет компактного размера.

Разница между постоянным магнитом, переменным сопротивлением и гибридным шаговым двигателем

Разница между этими тремя двигателями обсуждается ниже в табличном формате.

да Нет Момент с фиксацией Высокий

Высокий

Постоянный магнит	Переменное сопротивление	Гибридный шаговый двигатель
Угол шага больше или 7,5 °	Меньше или 1,8 °
Простая конструкция	Умеренная	Сложная
Медленный отклик или ускорение	Быстрый	Быстрый
да Нет
Умеренный выходной крутящий момент	Низкий	Высокий
Тихий шум	Громкий	Тихий
Microstep есть Да	Нет	Да

Преимущества гибридного шагового двигателя

Преимущества гибридного шагового двигателя следующие: —

• У этого двигателя высокий крутящий момент
• Он обеспечивает фиксированный крутящий момент, включая обесточенные обмотки
• Длина шага меньше
• КПД этого двигателя высокий при меньшей скорости.
• Скорость шага низкая.

Недостатки гибридного шагового двигателя

Недостатки гибридного шагового двигателя следующие:

• Эти двигатели обладают высокой инерцией
• Этот двигатель имеет большой вес из-за наличия магнита ротора внутри двигателя
• Это может повлиять на производительность двигателя. из-за магнитной силы.
• Этот двигатель стоит дорого.

Приложения

Применения гибридного шагового двигателя следующие:

• Эти двигатели применимы в производстве автоматизированных устройств, датчиков и машин, используемых для резки, маркировки, упаковки, наполнения и т. Д. .
• Они используются в переключателях полосы движения, лифтах и ​​конвейерных лентах.
• Они используются в устройствах безопасности, таких как камеры CC
• Они применимы для бытовой электроники, такой как печатные машины, сканеры, цифровые камеры и т. Д.
• Эти двигатели используются в области медицины для фотосъемки цифровых стоматологических, жидкостных насосов, респираторов , оборудование для анализа крови и т. д.

Таким образом, в этой статье обсуждается обзор гибридного шагового двигателя.Он очень популярен, поскольку обеспечивает хорошие характеристики с точки зрения удерживающего момента, скорости и шагового разрешения по сравнению с ротором с постоянными магнитами. Но они более дорогие по сравнению с шаговыми двигателями с постоянными магнитами. Вот вам вопрос, какие три типа шаговых двигателей доступны на рынке?

Что такое гибридный электромобиль (HEV)? — x-engineer.org

Слово « гибрид, » означает смесь двух разных вещей. В автомобильной промышленности гибрид используется для описания трансмиссии транспортного средства.Гибридный электромобиль (HEV) — это транспортное средство, которое использует два источника энергии для приведения в движение, по крайней мере, одним из источников энергии является электрическая энергия. В подавляющем большинстве гибридных электромобилей используется комбинация бензиновых (бензиновых) двигателей и электродвигателей.

Существуют разные типы гибридных транспортных средств, например: гибридные воздушные транспортные средства, гибридные кинетические транспортные средства и т.д., но в этой статье мы сосредоточимся только на гибридных электромобилях .

Изображение: Принцип гибридного автомобиля

С точки зрения принципа работы, гибридный автомобиль использует 2 источника энергии с 2 преобразователями энергии. Эти законы регулируют работу гибридного электромобиля:

• есть первичный источник энергии (1) и вторичный источник энергии (2)
• есть первичный преобразователь энергии (1) и вторичный преобразователь энергии (2)
• для HEV первичный источник энергии — это топливный бак и вторичный источник энергии — батарея
• первичный источник энергии имеет гораздо большее энергосодержание, чем вторичный источник энергии
• энергия может быть передана от первичного источника энергии к вторичному источнику энергии, но не наоборот
• передача энергии от первичного источника к вторичному источнику осуществляется через преобразователи энергии
• для HEV, первичный преобразователь энергии является внутренним сгоранием двигатель и преобразователь вторичной энергии представляет собой электрическую машину (двигатель / генератор)
• часть кинетическая энергия транспортного средства может быть восстановлена ​​во время торможения только вторичным преобразователем энергии и сохранена во вторичном источнике энергии
• оба преобразователя энергии могут приложить тяговый крутящий момент к колесу одновременно

Гибридное электрическое транспортное средство (HEV) использует как двигатель внутреннего сгорания, так и по крайней мере одну электрическую машину для движения.

Существует три основных движущих силы развития гибридных электромобилей:

• сокращение расхода топлива и выбросы CO ₂
• сокращение выбросов выхлопных газов
• улучшение динамики автомобиля за счет увеличения крутящего момента и выходной мощности

Типы гибридных Автомобили

Степень улучшения расхода топлива или динамики автомобиля зависит от уровня гибридизации . Гибридный электромобиль представляет собой смесь транспортного средства с двигателем внутреннего сгорания (ICEV) и электромобиля с аккумулятором (BEV).Уровень энергии, содержащейся в аккумуляторе, и мощность электрической машины определяют уровень (тип) гибридного электромобиля.

Для более подробного сравнения типов гибридных электромобилей прочтите статью «Микро, легкие, полные и подключаемые гибридные электромобили».

Соотношение между различными источниками энергии и соотношением между различными силовыми установками определяет тип гибридного транспортного средства .

Изображение: Типы транспортных средств с функцией источника энергии и силовой установки

Различные типы гибридных транспортных средств обобщены в таблице ниже.

Тип	Источник энергии	Силовая установка	Характеристики
ICEV (Автомобиль с двигателем внутреннего сгорания)	— 100% топливо (бензин / бензин)	— 100% двигатель внутреннего сгорания	— обычный автомобиль
mHEV (микрогибридный электромобиль)	— 99% топлива (бензин / бензин, дизельное топливо) — 1% электроэнергии	— 100% внутренняя двигатель внутреннего сгорания	— он может использовать энергию батареи для электрических систем без получения энергии от генератора — может изменять профиль зарядки низковольтной батареи (12 В), увеличивая скорость заряда во время замедления транспортного средства
MHEV (мягкий гибридный электромобиль)	— 80-90% топлива (бензин / бензин, дизельное топливо) — 10-20% электроэнергии 9 0124	— 80-90% двигатель внутреннего сгорания — 10-20% электродвигатель	— электрическая машина может обеспечивать дополнительный крутящий момент во время фаз ускорения транспортного средства — электрическая машина может рекуперировать электрическую энергию во время замедления транспортного средства — имеет две электрические сети и батареи, низковольтная (12 В) и высоковольтная (48-150 В). — имеет преобразователь постоянного тока постоянного тока для обмена энергией между низковольтной и высоковольтной сетью. — имеет высоковольтную электрическую машину, обычно управляемую 3-фазный инвертор
HEV (гибридный электромобиль)	— 70-80% топлива (бензин / бензин, дизельное топливо) — 20-30% электроэнергии	— 70-80% двигатель внутреннего сгорания — 20-30% электродвигатель	— дополнительно к характеристикам MHEV: — автомобиль может двигаться в режиме EV — система высокого напряжения может работать до 300-400 В — высоковольтная батарея имеет более высокое энергосодержание — электрическая машина имеет более высокую выходную мощность
PHEV (Plug-in Hybrid Electric Vehicle)	— 60-70% топлива (бензин / бензин, дизельное топливо) -30-40% электроэнергии	-60 -70% двигатель внутреннего сгорания — 30-40% электродвигатель	— дополнительно к характеристикам HEV: — высоковольтная батарея может заряжаться от сети — автомобиль может двигаться в режиме EV до 50-60 км — высоковольтная батарея имеет более высокое содержание энергии — электрическая машина имеет более высокую выходную мощность
REEV (электромобиль с расширителем диапазона)	— 80% электроэнергии — 20% топлива (бензин / бензин)	— 100% электрическая машина	— может рассматриваться как последовательный гибрид — двигатель внутреннего сгорания используется только в качестве генератора энергии — имеет дополнительный электрический генератор, подключенный к двигателю внутреннего сгорания
BE V (электромобиль с аккумулятором)	— 100% электроэнергии	— 100% электрическая машина (и)	— электромобиль с полным аккумулятором
FCEV (электромобиль на топливных элементах)	— 50% энергии аккумулятора — 50% энергии водорода	— 100% электрическая машина	— топливный элемент используется в качестве преобразователя энергии — использует водородный бак в качестве дополнительного источника энергии

Наблюдение: электрическая машина может быть двигателем или генератор в зависимости от дорожной ситуации. Когда транспортное средство ускоряется и электрическая машина передает крутящий момент на колесо, оно становится электродвигателем . Во время замедления (торможения) транспортного средства электрическая машина действует как генератор и преобразует кинетическую энергию транспортного средства в электрическую энергию, заряжая аккумулятор.

В гибридном электромобиле, чем выше доступная электрическая энергия и мощность, тем ниже расход топлива и выбросы выхлопных газов. Это возможно благодаря тому, что электроэнергию можно использовать в течение более длительных периодов времени, а также на более высоких скоростях транспортного средства.

Улучшение расхода топлива является минимальным для микрогибрида и максимальным для подключаемого гибрида.

Изображение: функция экономии топлива на уровне гибридизации
Кредиты: [1]

Гибридный электромобиль (HEV) также известен как полногибридный или самозарядный гибрид . Полный гибрид исходит из того факта, что HEV может управляться в чистом EV-режиме по сравнению с MHEV. Самозарядный гибрид основан на том факте, что аккумулятор в HEV заряжается только на борту, от двигателя внутреннего сгорания или во время рекуперации энергии.Напротив, высоковольтная батарея в PHEV может заряжаться от электрической сети.

Основные функции гибридного электромобиля приведены в таблице ниже, в зависимости от уровня гибридизации [6].

Пуск двигателя •

Функции	Гибридный тип
	mHEV	MHEV	HEV	PHEV
•	•
Рекуперация энергии	•	•	•	•
Электрический усилитель крутящего момента		•	•				•	•
Зарядка аккумулятора от сети				•

Архитектура гибридных электромобилей (HEV)

С точки зрения источника энергии и движителя, гибридный электромобиль представляет собой смесь обычного ICEV и BEV.

В транспортном средстве с двигателем внутреннего сгорания вся энергия для движения хранится в топливном баке . По топливопроводу топливо подается в двигатель , который вместе с трансмиссией приводит в действие ведущие колеса.

Изображение: Архитектура силового агрегата транспортного средства — ДВС

Изображение: Архитектура силового агрегата транспортного средства — EV

В электромобиле, работающем только на аккумуляторных батареях, вся энергия для движения сохраняется в высоковольтной батарее .Через линию электропитания энергия подается на электродвигатель , вместе с трансмиссией приводит в действие ведущие колеса.

Есть несколько способов комбинировать двигатель внутреннего сгорания, электрическую машину (двигатель / генератор) и высоковольтную батарею. Используются четыре базовых архитектуры гибридных электромобилей :

• серия HEV
• параллельная HEV
• разделенная HEV
• последовательно-параллельная HEV

В HEV серии двигатель внутреннего сгорания никогда не приводит в движение автомобиль напрямую. Вместо этого двигатель приводит в действие электрический генератор, и генератор может либо заряжать батареи, либо приводить в действие электродвигатель, который передает мощность на колеса.

Изображение: Архитектура трансмиссии транспортного средства — серия HEV

Серия

HEV — это более простой тип, в котором только электродвигатель обеспечивает всю тяговую мощность. Уменьшенный двигатель внутреннего сгорания на борту приводит в действие генератор, который дополняет высоковольтную батарею и может заряжать ее, когда уровень заряда (SOC) падает ниже минимального порога.Мощность, необходимая для движения транспортного средства, обеспечивается исключительно электродвигателем. За исключением двигателя внутреннего сгорания и электрического генератора, силовая установка такая же, как в BEV, поэтому требования к мощности электродвигателя такие же, как и в BEV.

Преимущества серии HEV:

• гибкость в упаковке и расположении генераторной установки
• простые трансмиссии
• простые стратегии управления двигателем внутреннего сгорания (работающие с наиболее экономичными оборотами и крутящим моментом)

Недостатками серии HEV являются:

• требуется дополнительная электрическая машина (генератор)
• без помощи двигателя, электродвигатель должен быть рассчитан на максимальную устойчивую мощность, которая может потребоваться транспортному средству, например, при подъеме на высокий класс; однако транспортное средство большую часть времени работает ниже максимальной мощности
• все три компонента трансмиссии должны быть рассчитаны на максимальную мощность для длительной, продолжительной и высокоскоростной езды; это необходимо, потому что батареи будут разряжаться довольно быстро, оставив двигатель для подачи всей энергии через генератор

В параллельном HEV двигатель внутреннего сгорания подключается к трансмиссии, а также к электродвигателю. Таким образом, как двигатель, так и электрическая машина (генератор / двигатель) могут подавать энергию на колеса, переключаясь вперед и назад при изменении условий движения.

Изображение: Архитектура трансмиссии автомобиля — параллельный HEV

В параллельном HEV двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель могут быть подключены к карданному валу через отдельные муфты. Требования к мощности электродвигателя в параллельном гибриде ниже, чем у BEV или последовательного гибрида, поскольку двигатель внутреннего сгорания дополняет общую требуемую мощность транспортного средства.Тяговая мощность может быть обеспечена двигателем внутреннего сгорания, электродвигателем или двумя системами, работающими параллельно.

Преимущества параллельного HEV:

• ему нужны только два компонента силовой установки: двигатель и электрическая машина (двигатель / генератор)
• меньший двигатель и меньший двигатель могут использоваться для получения той же производительности, пока батареи не будут истощены. Для коротких поездок оба могут быть рассчитаны на половину максимальной мощности, чтобы обеспечить полную мощность, при условии, что батареи никогда не разряжаются.Для дальних поездок двигатель может быть рассчитан на максимальную мощность, в то время как двигатель / генератор может быть рассчитан на половину максимальной мощности или даже меньше.

Недостатки параллельного HEV:

• Сложность управления значительно возрастает, потому что поток мощности должен регулироваться и смешиваться из двух параллельных источников
• смешивание мощности от двигателя и электродвигателя требует сложной трансмиссии.

В HEV с разделением на двигатель приводит в движение одну ось, а электродвигатель — другую.Нет никакой связи между двигателем и электрическими компонентами, кроме « через дорогу ».

Изображение: Архитектура трансмиссии автомобиля — Split HEV

В архитектуре HEV раздельного типа двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель могут приводить в действие транспортное средство одновременно на разных осях. Если аккумулятор нуждается в подзарядке, двигатель будет обеспечивать необходимый крутящий момент как для движения, так и для вращения электрической машины (генератора) на отдельной оси.

По сравнению с параллельным HEV преимущество разделенного HEV состоит в том, что он имеет простую трансмиссию, поскольку электрическая машина находится на отдельной оси. Недостатком является то, что при зарядке аккумулятора много энергии теряется, так как она передается «по дороге», что снижает энергоэффективность.

Для практичных дорожных транспортных средств лучшая архитектура — это комбинация последовательной и параллельной конфигураций HEV. В этой последовательно-параллельной архитектуре HEV двигатель также используется для зарядки аккумулятора и питания ведущего колеса.

Изображение: последовательно-параллельный гибридный силовой агрегат

В последовательно-параллельном HEV устройство разделения мощности (PSD) распределяет мощность от ДВС на передние колеса через карданный вал и электрический генератор, в зависимости от условий движения. Мощность генератора также используется для зарядки высоковольтной батареи. Электродвигатель также может передавать мощность на передние колеса параллельно с двигателем.

Инвертор является двунаправленным и используется для зарядки аккумуляторов от генератора или для управления мощностью, выдаваемой электродвигателем.При коротких скачках скорости мощность передается на карданный вал от двигателя и электродвигателя. Центральный блок управления регулирует поток мощности для системы, используя множественные сигналы обратной связи от различных датчиков. Использование двигателя для зарядки высоковольтной батареи должно быть сведено к минимуму для достижения максимальной эффективности. Энергия всегда теряется во время зарядки и разрядки аккумулятора, а также во время прохождения энергии через инвертор.

Изображение: Сравнение гибридных систем трансмиссии
Авторы и права: [2]

Последовательно-параллельная гибридная архитектура сочетает в себе преимущества последовательных и параллельных двигателей HEV. По этой причине это наиболее используемая архитектура для производства гибридных электромобилей.

Преимущества гибридных электромобилей (HEV)

По сравнению с обычным ICEV, гибридный электромобиль имеет следующие преимущества:

• снижение потерь энергии : гибридная система автоматически останавливает двигатель на холостом ходу (остановка на холостом ходу), таким образом уменьшая энергию, которая обычно тратится впустую
• рекуперация энергии : кинетическая энергия транспортного средства, которая обычно теряется в виде тепла во время замедления и торможения, восстанавливается как электрическая энергия, которая позже используется электродвигателем
• помощь от электродвигателя : электродвигатель помогает двигателю во время переходных процессов (ускорение), тем самым улучшая динамический отклик и сокращая выбросы выхлопных газов.
• высокоэффективная работа двигателя : с использованием электрической машины (машин) в качестве двигателя или генератор, рабочая точка двигателя (крутящий момент и частота вращения) может поддерживаться в наиболее экономичном регионе
• Чистое электрическое движение : на низкой скорости транспортное средство может двигаться в режиме EV, таким образом, имея нулевые выбросы выхлопных газов и потребление топлива

По сравнению с двигателем внутреннего сгорания, электродвигатель может обеспечивать мгновенный крутящий момент и имеет высокую энергоэффективность. Благодаря этим преимуществам электродвигатель может помогать ДВС на фазах разгона, а также обеспечивать дополнительный крутящий момент на короткие периоды времени.

Изображение: Влияние трансмиссии HEV на переходную скорость транспортного средства

Изображение: Динамический отклик гибридной трансмиссии Кредит: [4]

Двигатель внутреннего сгорания может работать в устойчивом состоянии ( постоянный крутящий момент и скорость) или переходное состояние (переменный крутящий момент и скорость).Переходный режим происходит во время разгона и замедления автомобиля. Фаза замедления обычно происходит при снятой педали акселератора, следовательно, в режиме прекращения подачи топлива (без сгорания). Фаза ускорения автомобиля требует от двигателя увеличения крутящего момента и скорости, что отрицательно сказывается на расходе топлива и / или выбросах выхлопных газов. В этой ситуации очень полезен электродвигатель, поскольку он может передавать часть крутящего момента, требуемого водителем, и позволяет двигателю работать более эффективно.

Toyota Hybrid System (THS)

Одним из первых и наиболее знаковых гибридных электромобилей (HEV) является Toyota Prius, которая имеет гибридную трансмиссию с архитектурой . Гибридная трансмиссия Toyota называется Toyota Hybrid System (THS) и сочетает в себе двигатель внутреннего сгорания, две электрические машины, устройство разделения мощности (планетарную передачу) и редуктор.

Изображение: гибридная трансмиссия Toyota

Изображение: Гибридная трансмиссия Toyota — компоненты

Существует несколько версий THS, в этой статье мы сосредоточимся на THS II, объясняя компоненты и как это работает.Основными компонентами THS II являются:

• высокоэффективный бензиновый двигатель (работающий по циклу Аткинсона, который представляет собой цикл с высокой степенью расширения)
• синхронный двигатель переменного тока с постоянным магнитом
• синхронный генератор переменного тока с постоянным магнитом
• высоковольтная никель-металлогидридная (Ni-MH) батарея
• блок управления силовой электроникой
• устройство разделения мощности (планетарный редуктор)
• металлическая цепь и редуктор

Этот блок управления силовой электроникой содержит — схема питания напряжения для повышения напряжения системы питания двигателя и генератора до высокого напряжения 500 В, в дополнение к инвертору AC-DC для преобразования между переменным током от двигателя и генератора в постоянный ток от аккумулятора гибрида. Другие ключевые компоненты включают устройство разделения мощности, которое передает механический крутящий момент от двигателя, двигателя и генератора путем их распределения и комбинирования. Блок управления мощностью точно управляет этими компонентами на высоких скоростях, чтобы они могли совместно работать с высокой эффективностью.

Режимы движения гибридных электромобилей (HEV)

По сравнению с обычным ICEV, HEV имеет как минимум два источника крутящего момента для тяги. Кроме того, во время замедления транспортного средства кинетическая энергия транспортного средства может рекуперироваться и преобразовываться в электрическую энергию с помощью генератора.Все эти ситуации усложняют поведение HEV, в частности, управление бортовой энергией.

Основные режимы движения Toyota Prius приведены в таблице ниже, но они являются стандартными для большинства автомобилей HEV. В зависимости от архитектуры HEV режим движения (работы) может быть другим, но не совсем.

Поток мощности	Описание
Изображение: Режим работы THS — пусковой заряд	Стартовый заряд В зависимости от состояния заряда аккумулятора при запуске автомобиля -вверху, ДВС может запуститься и зарядить аккумулятор. Этот режим доступен до передачи каламбура в режим Drive.
Изображение: Рабочий режим THS — движение электромобиля	движение электромобиля ДВС выключен, а аккумулятор обеспечивает всю необходимую энергию для запуска и вождения автомобиля. Этот режим доступен для ограниченного времени и скорости автомобиля менее 15-25 км / ч. Этот режим также доступен в обратном направлении.
Изображение: Рабочий режим THS — двигатель и моторный привод	Двигатель и моторный привод При низкой скорости автомобиля и потребности водителя в крутящем моменте двигатель обеспечивает частичный крутящий момент для ведущих колес и частичный крутящий момент для генератора .Электродвигатель также обеспечивает приводной крутящий момент, используя энергию, выходящую из генератора.
Изображение: Режим работы THS — привод двигателя и зарядка аккумулятора	Привод двигателя и зарядка аккумулятора При низкой скорости автомобиля и потребности в крутящем моменте, если уровень заряда аккумулятора низкий, двигатель обеспечивает крутящий момент как для движения автомобиля, так и для зарядки аккумулятора. В этом режиме электродвигатель не передает крутящий момент, чтобы сэкономить электроэнергию и зарядить аккумулятор.
Изображение: Режим работы THS — двигатель и привод двигателя и зарядка аккумулятора	Двигатель и привод двигателя и зарядка аккумулятора В этом режиме двигатель передает крутящий момент на ведущие колеса, крутящий момент для генератора для выработки электроэнергии для электродвигателя и для зарядки аккумулятора одновременно.
Изображение: Рабочий режим THS — полная мощность	Полное ускорение В сценарии с пониженной педалью ускорения двигатель передает крутящий момент на ведущее колесо и генератор, а аккумулятор питает электродвигатель.В этом режиме максимальный крутящий момент обеспечивается как двигателем, так и электродвигателем.
Изображение: Рабочий режим THS — рекуперация энергии	Рекуперация энергии Во время замедления транспортного средства (отрыв педали ускорения или легкое нажатие педали тормоза) электродвигатель становится генератором и преобразует кинетическую энергию двигателя. автомобиль в электрическую энергию, заряжая высоковольтную батарею.

Резюме

По определению, гибридное транспортное средство объединяет любые два источника энергии для движения транспортного средства.Особым случаем в рамках этого широкого определения является гибридный электромобиль (HEV) . Комбинирование компонентов электромобиля (EV) и обычного автомобиля с двигателем внутреннего сгорания (ICEV) дает HEV.

Ссылки

[1] Джон М. Миллер, Гибридные силовые установки: сильный бензиновый электрический гибрид, 2005.
[2] Гибридная система Toyota — THS II, Toyota Motor Corporation, 2002.
[3] Крис Ми, Новые технологии гибридных электромобилей, Мичиганский университет — Дирборн.
[4] Кристоф Луттерманн, Полно-гибридная трансмиссия нового BMW Active Hybrid 5, Коллоквиум в Аахене, Китай, 2011 г.
[5] Икбал Хусейн, Основы проектирования электрических и гибридных транспортных средств, CRC Press, 2005 г.
[6] Bosch Справочник по автомобилестроению, 9-е издание, Wiley, 2014.

Инфографика

: как на самом деле работает двигатель гибридного автомобиля?

Оценка Агентства по охране окружающей среды (EPA) на 51 милю на галлон в городе и 48 миль на галлон на шоссе, Toyota Prius долгое время была одним из самых популярных гибридных автомобилей в Соединенных Штатах.Мы знаем о гибридных автомобилях и их впечатляющих продажах за последние несколько лет, но как они на самом деле работают? Что же внутри этого автомобиля, что позволяет ему увеличить пробег — чего мы все хотим, особенно летом, когда цены на бензин, кажется, всегда растут — чем у традиционных автомобилей?

AutoMD собрал воедино приведенную ниже инфографику, чтобы помочь пролить немного света на то, как работают гибридные двигатели. Сосредоточившись на третьем поколении Toyota Prius, которое дебютировало в 2010 году, AutoMD охватывает различные компоненты и объясняет, как все они работают вместе.

Инфографика всегда представляют собой мешанину статистических данных, взятых из множества источники. Здесь мы разбираемся в беспорядке и извлекаем некоторые из наших любимые факты и цифры:

• Цена на бензин — основная причина, по которой ожидается, что к 2016 году продажи экологичных автомобилей, в том числе гибридов, вырастут в четыре раза.
• Семьдесят пять процентов тех, кто считает, что они рассматривают гибридный автомобиль в качестве основной причины называют более низкие затраты на топливо.
• Toyota Prius, самый популярный в мире гибридный автомобиль, использует комбинацию двигателя внутреннего сгорания и аккумуляторной системы электропривода для повышения экономии топлива и сокращения выбросов.
• При трогании с места от остановки электродвигатель приводит в движение автомобиль, потребляя энергию от аккумулятора. На скорости до 15 миль в час автомобиль использует только электродвигатель. Это одна из причин, почему гибриды более эффективны при езде по городу, чем по шоссе.
• В нормальном крейсерском режиме используется только бензиновый двигатель, поскольку именно в этот период он наиболее эффективен. Во время круиза бензиновый двигатель также может приводить в действие генератор, который вырабатывает электроэнергию и накапливает ее в батареях для дальнейшего использования.
• При резком ускорении бензиновый двигатель и электродвигатель работают вместе, увеличивая мощность на колеса. Совместное усилие двигателя и двигателя, работающих вместе, возможно только благодаря трансмиссии с разделением мощности, которая объединяет крутящий момент, который каждый из них выдает. В это время бензиновый двигатель также приводит в действие генератор. Электродвигатель по мере необходимости использует электроэнергию от батареи и генератора.
• Prius достигает 51 миль на галлон в городе и 48 миль на галлон на шоссе.
• Toyota Prius выделяет на 71% меньше CO2, чем Hummer h4, и на 20% меньше метана, чем взрослая овца.
• Концепт-кар Volkswagen с дизельным двигателем L1 должен появиться на рынке в 2013 году и будет самым экономичным гибридом. L1 может добраться из Нью-Йорка в Лос-Анджелес всего на 11,8 галлона топлива. Он может проехать 100 км на одном литре топлива, что составляет 235 миль на галлон.
  

Узнайте больше Инфографика на канале технологий.

Шаговые двигатели — гибридные шаговые двигатели и гибридное управление с замкнутым контуром AlphaStep

Все двигатели преобразуют электрическую мощность, вольт и ампер, в механическую мощность, крутящий момент и скорость. Уникальная особенность шаговых двигателей заключается в том, что ими можно очень точно управлять скоростью и углом поворота. Шаговые двигатели — это бесщеточные двигатели постоянного тока, поэтому для коммутации обмоток требуется электронный драйвер. Для управления вращением в драйвер вводятся электрические импульсы, и двигатель вращается на один шаг для каждого импульса.Превосходная стабильность двигателя обеспечивает простую схему управления, поскольку двигатель может работать без обратной связи и никакой обратной связи не требуется.

Есть три типа шаговых двигателей; переменное сопротивление, двигатели с постоянными магнитами и гибридные шаговые двигатели. Эта статья будет посвящена гибридным шаговым двигателям, а также гибридной системе управления AlphaStep от Oriental Motor для шаговых двигателей.

Что такое гибридный шаговый двигатель?

Гибридный шаговый двигатель представляет собой комбинацию двигателей с переменным сопротивлением и двигателей с постоянными магнитами.Ротор гибридного шагового двигателя намагничен в осевом направлении, как шаговый двигатель с постоянным магнитом, а на статор подается электромагнитное питание, как у шагового двигателя с переменным магнитным сопротивлением. И статор, и ротор имеют несколько зубьев.

Гибридный шаговый двигатель имеет намагниченный в осевом направлении ротор, то есть один конец намагничен как северный полюс, а другой конец — как южный полюс. Чашечки зубчатого ротора размещены на каждом конце магнита, и чашки смещены на половину шага зубьев.

Сравнение типов шаговых двигателей

Oriental Motor предлагает три типа гибридных шаговых двигателей:

Гибридные системы управления

Система управления AlphaStep Hybrid Control

Oriental Motor — это гибридный шаговый двигатель и пакет драйверов, обеспечивающий улучшенный отклик и надежность. AlphaStep имеет уникальную систему управления, сочетающую в себе преимущества «управления без обратной связи» и «управления с обратной связью».

В системе управления AlphaStep всегда контролируется положение двигателя, а затем водитель автоматически переключается между двумя типами управления в зависимости от ситуации. В нормальных условиях работа двигателя контролируется, и управление осуществляется с использованием разомкнутого контура, как у стандартного шагового двигателя. Если возникает ошибка между командой и положением двигателя из-за нагрузки или подобного, система немедленно переключается на управление с обратной связью, как серводвигатель.Это исправляет положение и скорость, поддерживая желаемую работу. Комбинация этих двух методов управления обеспечивает высокую надежность и производительность.

Гибридная система управления AlphaStep доступна для стандартных и редукторных шаговых двигателей AlphaStep, поворотных приводов AlphaStep, линейных направляющих и цилиндров AlphaStep и компактных линейных приводов AlphaStep.

Обычно работает в режиме управления разомкнутым контуром для такой же простоты использования, что и шаговый двигатель

Высокий отклик

Благодаря высокой чувствительности шагового двигателя возможно перемещение на небольшое расстояние за короткое время.Двигатели могут выполнять команды без задержек.

Удержание позиции остановки без охоты

Во время позиционирования двигатель останавливается с собственной удерживающей силой без рывков. Благодаря этому он идеально подходит для применений, где низкая жесткость механизма требует отсутствия вибрации при остановке.

Без тюнинга

Поскольку он обычно работает с разомкнутым контуром управления, позиционирование все еще возможно без регулировки усиления, даже если нагрузка колеблется из-за использования ременного механизма, кулачкового или цепного привода и т. Д.

Переключение на управление по замкнутому контуру во время перегрузки для более надежной работы, как серводвигатель

продолжает работу даже при резких колебаниях нагрузки и резком ускорении

Он работает синхронно с командами, использующими управление без обратной связи в нормальных условиях. В условиях перегрузки он немедленно переключается на управление с обратной связью для корректировки положения.

Выходной сигнал тревоги в случае отклонения от нормы

Если перегрузка действует постоянно, выдается аварийный сигнал.Когда позиционирование завершено, выводится сигнал КОНЕЦ. Это обеспечивает тот же уровень надежности, что и серводвигатель.

Подробнее о системе управления AlphaStep

Как работает электродвигатель в автомобиле

Трехфазный четырехполюсный асинхронный двигатель состоит из двух основных частей: статора и ротора. Статор состоит из трех частей: сердечника статора, токопроводящей проволоки и рамы. Сердечник статора представляет собой группу стальных колец, которые изолированы друг от друга и затем соединены друг с другом.
Внутри этих колец есть прорези, через которые проводящий провод будет наматывать обмотки статора. Проще говоря, в трехфазном асинхронном двигателе есть три разных типа проводов. Вы можете назвать эти типы проводов фазой 1, фазой 2 и фазой 3.
Каждый тип проводов наматывается вокруг пазов на противоположных сторонах внутренней части сердечника статора. Как только токопроводящий провод находится внутри сердечника статора, сердечник помещается внутри рамы.

Как работает электродвигатель?

Из-за сложности темы ниже приводится упрощенное объяснение того, как четырехполюсный трехфазный асинхронный двигатель переменного тока работает в автомобиле.Все начинается с аккумулятора в автомобиле, который подключен к двигателю. Электроэнергия подается на статор через аккумуляторную батарею автомобиля. Катушки внутри статора (сделанные из токопроводящей проволоки) расположены на противоположных сторонах сердечника статора и в некотором смысле действуют как магниты. Следовательно, когда электрическая энергия от автомобильного аккумулятора подается на двигатель, катушки создают вращающиеся магнитные поля, которые тянут за собой проводящие стержни на внешней стороне ротора. Вращающийся ротор — это то, что создает механическую энергию, необходимую для вращения шестерен автомобиля, которые, в свою очередь, вращают шины.В обычном автомобиле, то есть неэлектрическом, есть и двигатель, и генератор. Аккумулятор питает двигатель, который приводит в действие шестерни и колеса. Вращение колес — это то, что затем приводит в действие генератор в автомобиле, а генератор перезаряжает аккумулятор. Вот почему вам советуют водить машину в течение некоторого времени после прыжка: аккумулятор необходимо перезарядить, чтобы он функционировал должным образом. В электромобиле нет генератора.
Итак, как же тогда аккумулятор заряжается? Хотя нет отдельного генератора переменного тока, двигатель в электромобиле действует как двигатель и как генератор переменного тока.

Рис. 1. Термин «переменный ток» определяет тип электричества, характеризующийся напряжением и током, которые меняются во времени.

Это связано с переменным характером сигнала переменного тока, который позволяет легко повышать или понижать напряжение до различных значений. Это одна из причин, почему электромобили так уникальны.
Как упоминалось выше, аккумулятор запускает двигатель, который подает энергию на шестерни, которые вращают шины. Этот процесс происходит, когда ваша нога находится на акселераторе — ротор движется вращающимся магнитным полем, что требует большего крутящего момента.Но что происходит, когда вы отпускаете акселератор? Когда ваша нога отрывается от акселератора, вращающееся магнитное поле останавливается, и ротор начинает вращаться быстрее (в отличие от магнитного поля). Когда ротор вращается быстрее, чем вращающееся магнитное поле в статоре, это действие перезаряжает аккумулятор, действуя как генератор переменного тока.

Переменный ток и постоянный

Концептуальные различия этих двух типов токов должны быть очевидны; в то время как один ток (постоянный) постоянный, другой (переменный) более прерывистый.Однако все немного сложнее, чем это простое объяснение, поэтому давайте разберем эти два термина более подробно.

Постоянный ток (DC)

Непрерывный ток означает постоянный и однонаправленный электрический поток. Кроме того, напряжение сохраняет полярность во времени. На батареях, по сути, четко обозначен положительный и отрицательный полюсы. Они используют постоянную разность потенциалов для генерации тока всегда в одном и том же направлении.В дополнение к батареям, топливным элементам и солнечным батареям, скольжение между определенными материалами может производить постоянный ток.

Переменный ток (AC)

Термин «переменный ток» определяет тип электричества, характеризующийся напряжением (представьте давление воды в шланге) и током (представьте скорость потока воды через шланг), которые изменяются во времени (рис. 1). При изменении напряжения и тока сигнала переменного тока они чаще всего следуют по форме синусоидальной волны.Поскольку форма волны является синусоидальной, напряжение и ток чередуются с положительной и отрицательной полярностью во времени. Форма синусоидальной волны сигналов переменного тока обусловлена ​​способом генерации электричества.
Другой термин, который вы можете услышать при обсуждении электроэнергии переменного тока, — это частота. Частота сигнала — это количество полных волновых циклов, завершенных за одну секунду времени. Частота измеряется в герцах (Гц), а в США стандартная частота в электросети составляет 60 Гц.Это означает, что сигнал переменного тока колеблется с частотой 60 полных обратных циклов каждую секунду.

Почему это важно?

Электроэнергия переменного тока — лучший способ передачи полезной энергии от источника генерации (например, плотины или ветряной мельницы) на большие расстояния.

Рис. 2. Многофазная система использует несколько напряжений для сдвига фазы отдельно от каждого из них, чтобы намеренно выйти из строя.

Это связано с переменным характером сигнала переменного тока, который позволяет легко повышать или понижать напряжение до различных значений.Вот почему в розетках вашего дома будет указано 120 вольт переменного тока (безопаснее для потребления человеком), но напряжение распределительного трансформатора, который подает питание в район (те цилиндрические серые коробки, которые вы видите на полюсах линии электропередачи), может иметь напряжение до 66 кВА (66000 вольт переменного тока). Мощность переменного тока
позволяет нам создавать генераторы, двигатели и распределительные системы из электричества, которые намного эффективнее постоянного тока, поэтому переменный ток является самым популярным током энергии для приложений питания.

Как работает трехфазный четырехполюсный асинхронный двигатель?

Большинство крупных промышленных двигателей представляют собой асинхронные двигатели, которые используются для питания дизельных поездов, посудомоечных машин, вентиляторов и многих других вещей. Однако что именно означает «асинхронный» двигатель?
С технической точки зрения это означает, что обмотки статора индуцируют ток, протекающий в проводники ротора.
С точки зрения непрофессионала, это означает, что двигатель запускается, потому что электричество индуцируется в роторе магнитными токами, а не прямым подключением к электричеству, как у других двигателей, таких как коллекторный двигатель постоянного тока.
Что означает многофазность? Всякий раз, когда у вас есть статор, который содержит несколько уникальных обмоток на полюс двигателя, вы имеете дело с многофазностью (рис. 2).
Обычно предполагается, что многофазный двигатель состоит из трех фаз, но есть двигатели, которые используют две фазы. Многофазная система использует несколько напряжений для сдвига фазы отдельно от каждого, чтобы намеренно выйти из строя.

Рис. 3. Три фазы — это токи электрической энергии, которые подводятся к статору через аккумулятор автомобиля.

Что означает трехфазный ? Основываясь на основных принципах Николы Теслы, определенных в его многофазном асинхронном двигателе, сформулированном в 1883 году, «трехфазный» относится к токам электрической энергии, которые подводятся к статору через аккумуляторную батарею автомобиля (рис. 3).
Эта энергия заставляет катушки проводящих проводов вести себя как электромагниты. Простой способ понять три фазы — это рассмотреть три цилиндра в форме буквы Y, использующие энергию, направленную к центральной точке, для выработки энергии.Когда энергия создается, ток течет в пары катушек внутри двигателя таким образом, что он естественным образом создает северный и южный полюсы внутри катушек, позволяя им действовать как противоположные стороны магнита.

Лучшие электромобили

По мере того, как эта технология продолжает развиваться, характеристики электромобилей начинают быстро догонять и даже превосходить их газовые аналоги. Несмотря на то, что электромобилям еще предстоит пройти определенное расстояние, шаги, предпринятые такими компаниями, как Tesla и Toyota, вселили надежду на то, что будущее транспорта больше не будет зависеть от ископаемого топлива.На данный момент мы все знаем, какой успех Tesla испытывает в этой области, выпустив седан Tesla Model S, способный проехать до 288 миль, разогнаться до 155 миль в час и иметь крутящий момент 687 фунт-фут.
Тем не менее, есть десятки других компаний, которые добиваются значительного прогресса в этой области, например, Ford Fusion Hybrid, Toyota Prius и Camry-Hybrid, Mitsubishi iMiEV, Ford Focus, BMW i3, Chevy’s Spark и Mercedes B-Class Electric. (рис.4).

Электромобили и окружающая среда

Электродвигатели воздействуют на окружающую среду как напрямую, так и косвенно, на микро- и макроуровне. Это зависит от того, как вы хотите воспринимать ситуацию и сколько энергии вам нужно. С индивидуальной точки зрения, электромобили не требуют бензина для работы, что приводит к тому, что автомобили без выбросов заполняют наши шоссе и города. Хотя это представляет собой новую проблему с дополнительным бременем производства электроэнергии, оно снижает нагрузку на миллионы автомобилей, густонаселенных в городах и пригородах, выбрасывающих токсины в воздух (рис. 5).
Примечание. Значения MPG (миль на галлон), указанные для каждого региона, представляют собой комбинированный рейтинг экономии топлива для города / шоссе бензинового автомобиля, который будет иметь глобальное потепление, эквивалентное вождению электромобиля.Рейтинги выбросов глобального потепления в регионах основаны на данных электростанций за 2012 год в базе данных EPA eGrid 2015. Сравнения включают выбросы при производстве бензина и электрического топлива. Среднее значение в 58 миль на галлон в США — это средневзвешенное значение продаж, основанное на том, где были проданы электромобили в 2014 году. С большой точки зрения рост количества электромобилей дает несколько преимуществ.

Рис. 5. Значения количества миль на галлон для каждого региона страны — это комбинированный рейтинг экономии топлива бензинового транспортного средства, который при глобальном потеплении будет эквивалентен управлению электромобилем.

Во-первых, снижается уровень шумового загрязнения, так как шум, исходящий от электродвигателя, намного ниже, чем от газового двигателя. Кроме того, поскольку электрические двигатели не требуют того же типа смазочных материалов и технического обслуживания, что и газовые двигатели, количество химикатов и масел, используемых в автомагазинах, будет сокращено из-за меньшего количества автомобилей, нуждающихся в проверках.

Заключение

Электродвигатель меняет ход истории точно так же, как паровой двигатель и печатный станок изменили определение прогресса.Хотя электрический двигатель не открывает новые возможности в том же духе, что и эти изобретения, он открывает совершенно новый сегмент транспортной отрасли, ориентированный не только на стиль и производительность, но и на внешнее воздействие . Таким образом, хотя электрический двигатель, возможно, не реформирует мир из-за внедрения какого-то нового изобретения или создания нового рынка, он меняет определение того, как мы, как общество, определяем прогресс. Если ничего больше не должно произойти из-за достижений с электродвигателем, по крайней мере, мы можем сказать, что наше общество продвинулось вперед с осознанием своего воздействия на окружающую среду.Это новое определение прогресса, определяемое электрическим двигателем.
(Джилл Скотт)

Как работают гибридные электромобили?

Поскольку они могут работать на электричестве из сети и поскольку электричество часто является более чистым источником энергии, чем бензин или дизельное топливо, подключаемые к электросети гибриды могут производить значительно меньшее загрязнение в результате глобального потепления, чем их аналоги, работающие только на газе. Они не загрязняют выхлопную трубу при движении на электричестве, и они получают выгоду от использования топлива за счет наличия электродвигателя и аккумулятора. Поскольку они потребляют меньше газа, они также требуют меньше топлива: вождение PHEV может сэкономить сотни долларов в год на бензине и дизельном топливе.

Чтобы воспользоваться преимуществами гибридных транспортных средств с подключаемым модулем, водителям необходим доступ к парковке и место для подключения к сети, хотя обычно достаточно обычной розетки на 120 В. А поскольку большинство PHEV являются легковыми автомобилями, потенциальным покупателям не следует регулярно требовать места для более чем пяти пассажиров, и им не нужно буксировать.

Подключаемый гибридный модуль

PHEV сочетают в себе преимущества гибридов в экономии топлива с полностью электрическими возможностями транспортных средств на аккумуляторных батареях или топливных элементах.

Хотя не все модели работают одинаково, большинство плагинов могут работать как минимум в двух режимах: «полностью электрический», в котором двигатель и аккумулятор обеспечивают всю энергию автомобиля; и «гибрид», в котором используется как электричество, так и бензин. PHEV обычно запускаются в полностью электрическом режиме, работая от электричества до тех пор, пока их аккумуляторная батарея не разрядится: диапазон варьируется от 10 миль до более 40. Некоторые модели переключаются в гибридный режим, когда они достигают крейсерской скорости по шоссе, обычно выше 60 или 70 миль в час.

Электродвигатель и аккумулятор помогают PHEV использовать меньше топлива и меньше загрязнять окружающую среду, чем обычные автомобили, даже в гибридном режиме. Выключение холостого хода выключает двигатель на холостом ходу на светофоре или в движении, экономя топливо. Рекуперативное торможение преобразует часть энергии, потерянной во время торможения, в полезную электроэнергию, хранящуюся в батареях. А поскольку электродвигатель дополняет мощность двигателя, можно использовать двигатели меньшего размера, что увеличивает топливную экономичность автомобиля без снижения производительности.

Различные модели подключаемых к электросети гибридных электромобилей также могут иметь разные трансмиссии — механические компоненты, передающие мощность на ведущие колеса. Узнайте о последствиях использования различных гибридных трансмиссий здесь.

Различия между подключаемыми гибридами и другими электромобилями

Обычные гибриды имеют электродвигатель и аккумулятор, как и подключаемые модули, но всю свою энергию получают от бензина или дизельного топлива и не могут быть подзаряжены путем подключения к электросети. Из-за этого гибриды без подключаемых модулей не рассматриваются электромобили («электромобили»).Узнайте больше о том, как работают гибриды.

Аккумуляторные электромобили имеют только электродвигатель и аккумулятор, которые получают всю свою энергию от подключения к электросети. В отличие от PHEV, аккумуляторная электрика не имеет двигателя внутреннего сгорания и не может работать как гибрид. Но поскольку они полностью работают от электричества, они не производят выбросов из выхлопных труб и могут работать без выбросов при зарядке от возобновляемых источников энергии. Узнайте больше о том, как работает электрика аккумуляторной батареи.