Электромоторы в автомобилях: устройство и тенденции развития

Вся информация про: Lexus, Mercedes-Benz, Toyota

По материалам сайта: www.autoexpert.in.ua

Электромоторы упрощают конструкцию автомобиля

Электромоторы, используемые в современных электромобилях и гибридах вряд ли можно сравнить с обычным мотором стеклоочистителя или стеклоподъемника. Его задача - поддерживать двигатель внутреннего сгорания, а в некоторых случаях и обеспечивать самостоятельное движения автомобиля исключительно на электротяге. В настоящее время различают два вида электромоторов:

  • синхронный электромотор
  • асинхронный электромотор

электромобиль BMW

   В продолжение темы:

Для инженеров электромотор является настоящей мечтой. У него крутящий момент является максимальным с момента пуска. Это значит, что можно отказаться от стартера и сцепления. Электромотор способен работать в широком диапазоне оборотов, - значит коробка переключения передач в большинстве случаев тоже не нужна. Возможность поменять направление вращения электромотора путем простой перестановки местами «плюса» и «минуса» экономит нам заднюю передачу. Все это делает силовую линию автомобиля простой, надежной и легкой.

В режиме движения автомобиля накатом или во время торможения автомобиля электромотор можно использовать в роли генератора, вращение которого выполняют колеса движущегося автомобиля. Вырабатываемая энергия используется для заряда аккумулятора - это называется рекуперацией энергии.

Электромотор обладает высоким коэффициентом полезного действия - до 90%. Такой показатель свидетельствует о том, что почти вся энергия превращается в движение. Для сравнения - КПД бензинового двигателя составляет около 27%.

Устройство электромотораУстройство электромотора

Стандартный электромотор состоит из неподвижной части, называемой статором, и вращающегося ротора. В статор интегрированы катушки, на которые подается переменный ток.

Переменное напряжение, подаваемое на обмотки статора через управляющую электронику, создает магнитное поле, которое отталкивает ротор к следующей обмотке статора.

Электроника отключает предыдущую обмотку, переключает напряжение на следующую и так далее по кругу.

Скорость переключения напряжения на обмотках влияет на скорость вращения электромотора.

 

Синхронный электромоторСинхронный электромотор

В синхронном электромоторе в статоре размещены многочисленные катушки (они служат электромагнитами), а ротор выполнен из постоянного магнита. Ротор электромотора вращается синхронно изменению электромагнитного поля интегрированных катушек.

Преимущества

  • Точная управляемость благодаря тому, что ротор точно следует создаваемым магнитным полям катушек статора

  • Высокий коэффициент полезного действия (КПД), так как не нужно создавать дополнительное электромагнитное поле в роторе.

Недостатки

  • Большие расходы на изготовление в сравнении с асинхронным электромотором. Это связано с необходимостью создавать сердечник ротора для повышении эффективности не из простого магнита, а из специальных дорогостоящих сплавов.

  • Из-за тяжелого ротора общий вес синхронного двигателя выше. Чем у асинхронного двигателя.

Применение

Благодаря точной управляемости синхронный электромотор часто используется в гибридном приводе, так как дает возможность согласовать его работу с двигателем внутреннего сгорания. Такой тип электромотора использовался также в первых электромобилях, главным образом в комбинации с топливными ячейками.

Асинхронный электромоторАсинхронный электромотор

Асинхронный электромотор также состоит из статора с многочисленными катушками. Главным отличием от синхронного электромотора является ротор - он не оснащен магнитами, а представляет собой конструкцию из стержней, соединенных по краям замыкающими кольцами.

В асинхронном моторе на катушки также подается переменный ток. В результате этого вокруг катушек образуется переменное магнитное поле, а внутри стержней ротора под воздействием этого поля возникает переменный ток. Таким образом, вокруг стержней ротора также создается переменное магнитное поле.

В асинхронном электромоторе ротор следует за переменным магнитным полем катушек статора и вращается медленнее за ротор синхронного электромотора.

Принцип работы асинхронного электромотораПреимущества:

  • надежный, широко распространен

  • способен кратковременно выдерживать большую перенагрузку (до 2,5 раз). Способность переносить нагрузку ограничивается только теплоотводом от катушек статора. Даже при сильной нагрузке ротор не прекращает вращение, а только замедляется

  • меньший вес из-за отсутствия постоянных магнитов в роторе

Недостатки:

  • меньший коэффициент полезного действия, чем в синхронном электромоторе, особенно в момент запуска

  • инертное начало работы, так как в роторе сначала необходимо создать магнитное поле

Использование

Асинхронный электромотор используется в гибридах, электромобилях и в системах с топливными ячейками. В настоящее время автопроизводители отдают предпочтение синхронным электромоторам.

Тенденции

Toyota в настоящее время (2010) является единственным автопроизводителем, который для своей модели Prius III самостоятельно разработал электромотор, в то время как Lexus покупает электромоторы у фирмы Aisin. Mercedes использует для своей гибридной модели Mercedes S 400 Hybrid продукцию фирмы ZF-Sachs, а для Smart ED - фирмы Zytek. Сегодня поставщики имеют все шансы хорошо заработать на рынке электромоторов. Ставку современные автопроизводители делают на синхронные электромоторы с внутренним, либо внешним расположением ротора.

Типы конструкций электромоторов

Если в автомобиле используется только электромотор, то он, как правило, располагается непосредственно по центру приводного моста и образует с ним одно целое. Такое расположение электромотора под днищем автомобиля образует компактную моноблочную конструкцию.

Электромотор в КПП для использования в гибриде Совсем по-другому расположен электромотор в гибридах. Здесь такие производители как ZF Sachs и Bosch сделали ставку на форму электромотора в виде диска, который располагается между двигателем внутреннего сгорания и КПП.

В зависимости от метода установки ротор в электромоторе может располагаться внутри, либо снаружи статора. В Lexus LS 600h используется электромотор с внутренним ротором, а в Mercedes S 400 Hybrid - с наружным.

Конструкция с наружным ротором хорошо подходит для установки электромотора в ступицу колеса - это идеальная конструкция для электромобиля, так как экономит много места.

Синхронный электромотор с наружным роторомТенденция 1: синхронный двигатель с наружным ротором

В таком электромоторе вращается наружный ротор (1) и (2). Расположенный внутри статор создает через свои катушки (3) магнитное поле, сила которого воздействует на постоянные магниты (1). Ток к электромотору подводится через разъем (4).

Тенденция 2: синхронный электромотор с наружным ротором. Тенденция 2: синхронный электромотор с внутренним ротором

Ротор (2) оснащен по своему внешнему контуру постоянными магнитами (1). Ротор вращается внутри венца из катушек (3), которые закреплены на корпусе (4).

Преобразователь тока для электромотора в автомобиле

Для электроинструмента двигатель трехфазного тока является вещью обыденной, так как он работает от сети переменного тока. В автомобиле питание электромотора происходит от аккумулятора с постоянным током. Это значит, что на борту автомобиля сначала необходимо создать переменный ток - процесс, связанный с большими потерями. Этот процесс упростило активное развитие электроники. Именно электроника выполняет важнейшую роль между аккумулятором и электромотором: она преобразует напряжение аккумулятора через инвертор в многофазное переменное напряжение. Оно подводится к электромотору через силовую электронику и регулируется в зависимости от потребности. Ток в такой системе может достигать 150 ампер - это почти в 10 раз больше, чем ток в обычной домашней розетке.

Главным требованием для такого электронного преобразователя являются низкие потери, то есть высокий КПД. Такой преобразователь еще совсем недавно был размером с 10-литровое ведро, а сегодня - это компактное устройство. Фирмы Bosch и Continental рассчитывают в ближайшие 10 лет уменьшить размер преобразователя в 2 раза.

 

Теги: гибрид, технологии, устройство авто, электромобиль, электромотор

Читайте также:
Значения значков на приборной панели автомобиля, о которых вы всегда стеснялись спросить
09.09.2016
Значения значков на приборной панели автомобиля, о которых вы всегда стеснялись спросить
Этапы развития полного привода
12.06.2014
Этапы развития полного привода
Развитие системы ABS: из самолета в автомобиль
16.12.2013
Развитие системы ABS: из самолета в автомобиль
Что значит цвет дыма из выхлопной трубы?
19.07.2013
Что значит цвет дыма из выхлопной трубы?
Audi – ведущий бренд в технологиях освещения
06.02.2013
Audi – ведущий бренд в технологиях освещения
Немцы придумали руль будущего
25.01.2013
Немцы придумали руль будущего
Toyota и Audi покажут на CES 2013 самоуправляемые автомобили
05.01.2013
Toyota и Audi покажут на CES 2013 самоуправляемые автомобили
Google Maps и Places появятся в новых автомобилях Kia
04.01.2013
Google Maps и Places появятся в новых автомобилях Kia
Автомобили Hyundai можно будет открывать смартфоном
27.12.2012
Автомобили Hyundai можно будет открывать смартфоном
больше новостей »
Комментарии посетителей
09.10.2016 тим
Представти себе если весь транспорт будет электрическим... Сколько тогда нужно будет електростанций построить и сколько появиться батарей, которые толком и не научились утилизировать... ????
22.07.2016 гость
Хотел было переделать машину под электротягу,но посчитав расходы,<br /> В основном на АКБ, получил далеко не радужный результате вместо<br /> Экономить сплошной убыток!!!!<br /> Вопросы экологии меня не интересуют!!!!<br /> А получилось следующее-по соотношению пробега на АКБ, с учётом<br /> Их амортизации,а они по своей сути-расходный материал!!!,и эквивалентного по стоимости пробега на бензине,последний рентабельнее<br /> В разы!!! У меня получилось,для различных режимов движения-от<br /> 3х,до 11ти!!!раз рентабельнее ездить на бензине!!!!<br /> Что-то тут не так,ведь вокруг взахлеб с упоением поют деферамбы<br /> Об привлекательности электротранспорта???!!!<br /> Как это понимать?! Как лохотрон???!!!

Турбина с изменяемой геометрией

Турбина с изменяемой геометрией

Турбина с изменяемой геометрией избавила дизельный двигатель от пресловутой «турбоямы». Идея, заложенная в конструкцию, настолько проста, что могла бы прийти в голову даже школьнику...

HDI

HDI

Коммерческое название используемое группой PSA Peugeot Citroën для обозначения двигателей, оснащенных прямым впрыском топлива.

Дизельный двигатель: экологическая эволюция

Дизельный двигатель: экологическая эволюция

Техника продолжает развиваться быстрыми темпами. Дизельный двигатель, который всегда подкупал своей простотой, оброс новыми компонентам и превратился в высотехнологичный агрегат. Зачем все это? Задумайтесь над следующим фактом: с 1990-х годов отработанные газы дизельного двигателя стали на 90% чище! Инженеры прилагают огромные усилия для защиты нашего здоровья, давайте посмотрим, что для этого было разработано в последнее время. 

Symmetrical AWD

Symmetrical AWD

Symmetrical AWD - система симметричного полного привода на автомобилях Subaru

Vti

Vti

В двигателях Vti привычная цепочка «впускной распределительный вал - коромысло - клапан» была дополнена эксцентриковым валом и промежуточным рычагом.

Последовательный гибрид: техническое описание

Последовательный гибрид: техническое описание

Последовательный гибрид представляет собой комбинацию двигателя внутреннего сгорания с электромотором, который служит генератором. Еще один дополнительный электромотор, размещенный на дифференциале, либо на КПП привод в движение колеса. Электрическую энергию он получает от генератора и аккумулятора. Рассмотрим детальнее схему и режимы работы последовательного гибрида...  

Спортивный дифференциал

Спортивный дифференциал

Конструктивно спортивный дифференциал представляет собой стандартный дифференциал с двумя коническими шестернями и сателлитами, который вращает ведомая шестерня главной передачи.

Минимальный размер протектора

Минимальный размер протектора

По всей Европе минимальная глубина протектора для летних и зимних шин составляет 1,6 мм

Двойное сцепление

Двойное сцепление

Динамично, комфортно и при этом еще и экономно – эти свойства, которые еще совсем недавно считались несовместимыми, без особых проблем объединила в себе коробка переключения с двойным сцеплением.Это изобретение уходит своими корнями в гоночный спорт: в начале 80-х годов компания Porsche искала возможность сократить время переключения КПП на своих гоночных болидах группы С. Это могло стать решающим в гонках, где для победы важными были доли секунды.

Вас могут заинтересовать мотоспорт, автомобильный спорт на портале спортивные клубы, а также фитнес клубы Киева.
Использование материалов autoexpert.in.ua разрешается при условии ссылки (для интернет-изданий - гиперссылки) на www.autoexpert.in.ua. Материалы, отмеченные знаком "Реклама" публикуются на правах рекламы.
Разработка сайта