Американские специалисты разработали электромотор в форме обычного ДВС V8. Таким образом, умельцы смогут сами переделать свой автомобиль в электрокар.

Материалы по теме

Американская компания Electric GT в последние три года приобрела широкую известность. Летом 2016 года калифорнийцы представили Ferrari 308, переделанный в электрокар. Спорткар получил мощность 246 кВт/335 л.с., три электродвигателя и батарею на 46 киловатт*часов, и это помимо спортивной подвески, современных тормозов и нового дизайна интерьера. С 0 до 96,6 км/ч электроспорткар разгоняется за 5 секунд, а его максимальная скорость составляет 290 км/ч, максимальный пробег на одной зарядке — 209 км. После этого в компании электрифицировали Fiat 124 Spider и взялись за Toyota Land Cruiser серий FJ40 и FJ60.

Теперь у Electric GT возникла идея сделать электродвигатель и его периферию похожими на двигатель внутреннего сгорания, чтобы он занял место полноценного V-образного мотора с восемью или более цилиндрами. Американцы обещают, что электрифицировать автомобиль по силам «среднему механику» или умелому автолюбителю, и эту электроустановку легко приспособить для многих моделей автомобилей. Например, классических Ford Mustang и Bronco.

Электрический V-образный двигатель, который печатают на 3D-принтере, соответствует практически всем техническим требованиям к двигателю, контроллерам, зарядному устройству, датчикам, реле и компьютерным системам. Пока отсутствуют монтажные кронштейны для различных моделей, но некоторые уже находятся в разработке у Electric GT, а наиболее редкие компания обязуется сделать под заказ. По словам производителя, двигатель «предварительно спроектирован, предварительно изготовлен и предварительно испытан».

Однако монтаж электродвигателя и соединение его с коробкой передач — задача самого клиента, на нем также лежит ответственность за подбор аккумулятора. Впрочем, Electric GT прилагает подробную пошаговую инструкцию. Если кратко, то после установки и сопряжения мотора с коробкой следует развести жгуты проводов и подсоединить водяную помпу и радиатор. После чего все должно заработать.

Кстати, Electric GT рекомендует подключить двигатель именно к механической коробке передач и уже предлагает переходники для этой цели. Конечно, выбирая коробку, следует убедиться, что она рассчитана на высокий крутящий момент электропривода. Агрегатировать с автоматом в компании не советуют, это гораздо сложнее и потребует большей переделки.

Фото: auto-motor-und-sport.de

как электрокары на нем работают

Тяговый электродвигатель для электромобиля Tesla Model S

Неотвратимым будущим автомобилестроения, хотим мы того или нет, являются электрические автомобили. Производители авто во всем мире вкладывают огромные средства в их разработку, желая снизить концентрацию вредных веществ выбрасываемых автомобилями традиционными, сделать поездки безопасными и комфортными, а также экономичными. Работа по их созданию проводится в двух направлениях – создание   новых моделей и  реконструкция серийных, которая более предпочтительна, поскольку  менее затратная. Электромобили, по сравнению с традиционными, более надежны, поскольку более просты по конструкции, т.е. отличаются минимумом движущихся частей.

Крупнейшими рынками электрических автомобилей являются сегодня: 

США и Норвегия, Япония и Германия, Китай и Франция, Великобритания и др. Наша страна пока от производства и использования новых средств передвижения находится в стороне, исключая энтузиастов, разработавших Lada Ellada. Но, это случай пока единичный, поэтому он не в счет, тем более, что собрано авто на импортных комплектующих.

Понятие «электрический автомобиль» означает средство передвижения, приводимое в движение несколькими (или одним) электродвигателями. Теоретически питание мотора может быть от аккумулятора, топливных элементов или солнечных батарей. Тем не менее, большее распространение получил вариант первый.  Батарея, питающая двигатель требует зарядки, осуществлять которую можно при помощи внешних источников, рекуперации или генератора, установленного на борту автомобиля.  Электродвигатель, являющийся основным элементом электромобиля, питается, как правило, от литий — ионной батареи. Он же, в режиме рекуперации, играет роль генератора, заряжающего батарею.

Назначение тягового электродвигателя

Электродвигатель тяговый (ТЭД) предназначен для приведения в движение транспортного средства, т.е. он преобразует в механическую, энергию электрическую. Их классифицируют по способу питания, роду тока, конструктивному исполнению, типу привода колесных пар. В большинстве экологичных машин: гибридных авто, серийных электромобилях, авто на топливных элементах, которые в наши дни приобретают завидную популярность, они являются основной движущей силой.

В качестве двигателя используют в них моторы тяговые постоянного тока, которые работают в  двух режимах – двигательном и генераторном.

Видео: Как устроен двигатель электромобиля Tesla Model S

Принцип работы

Принцип работы электромобиля Golf blue-e-motion с тяговым электродвигателем

В основе их работы лежит принцип электромагнитной индукции, т.е. возникновение в замкнутом контуре электродвижущей силы при изменении магнитного потока. От традиционной машины электромеханической ТЭД отличается  большей мощностью, более компактными размерами, а кроме этого, у него более высокий КПД.

По способу питания моторы делятся на двигатели постоянного и переменного тока. По числу фаз – на:

• однофазные (с одной обмоткой, подключаемой к сети однофазной переменного тока),
• двухфазные (две обмотки, расположенные под углом девяносто градусов),
• трехфазные (три обмотки с магнитными полями через 120 градусов).

По исполнению конструктивному двигатели могут быть: коллекторными, преимущественно работающие на постоянном токе (универсальные современные  могут также работать и на токе переменном), бесколлекторными, синхронными, асинхронными. Наконец, по способу возбуждения они делятся на: двигатели с последовательным, параллельным, последовательно-параллельным возбуждением и от постоянных магнитов.

Основные характеристики тягового электродвигателя электрического автомобиля

В современных авто электродвигатель может быть от переменного или постоянного тока. Основной его задачей является передача на движитель авто крутящего момента. Основными характеристиками ТЭД помимо максимального крутящего момента и мощности, являются: частота вращения, ток и напряжение.

В автомобилях чаще используют коллекторные двигатели (один из них благодаря способности вращаться в обратную сторону, может работать как генератор). Но, в отдельных моделях устанавливают электрические моторы и других типов – магнитоэлектрические моторы, подразделяющиеся на двигатели переменного и постоянного тока. Тяговые двигатели электрические, установленные в электромобилях, от других электромоторов не отличаются по конструкции.

Мотор-колесо

Если вначале использовали один тяговый электродвигатель для электромобиля, редуктор которого соединен с трансмиссией, то  сегодня все чаще обращаются к мотор-колесу. Суть концепции состоит в том, что компьютерная программа управляет при помощи  отдельных моторов каждым из колес.

Главным преимуществом является  отсутствие трансмиссии, из-за которой силовая установка теряет значительную часть энергии. Помимо этого удается ликвидировать тормозную гидравлическую систему, функцию которой берут на себя электромоторы, а также отдельные механизмы ESP и ABS.

Двигатель электромобиля – разновидности и принцип работы

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

.

Электромобиль Nissan Leaf в «разрезе»: батарея с электродвигателем

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

Электродвигатели – особенности эксплуатации и принцип работы

К главным особенностям электрического двигателя относится несколько важных характеристик:

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

Электродвигатель Nissan Leaf

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

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

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

Двигатели для электромобилей – разновидности и классификация

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

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

Асинхронный трехфазный электродвигатель переменного тока Tesla Model S

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

Синхронный электродвигатель с постоянным магнитом Mitsubishi i-MiEV

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

Двигатель-колесо

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

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

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

Какие электродвигатели используются в гибридных и плагин-гибридных автомобилях

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

Электродвигатели используемые в гибридах можно разделить на несколько разновидностей:

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

Кроме указанных подвидов классифицируют три типа использования электродвигателя:

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

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

Видео работы новой гибридной системы плагин-гибрида Toyota Prius

Преимущества и недостатки использования электродвигателей

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

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

Будущие перспективы электродвигателя в автомобилях

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

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

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

Автор: hevcars.com.ua

Еще интересное пишут по теме

HEVCARS 🔌 Автор

Читайте самые интересные новости и статьи о электрокарах в Telegram и Facebook!

Новый прорыв в создании двигателей для электромобилей

В связи с популярностью и экологичностью электромобилей, электроскутеров, промышленных квадрокоптеров и других электрических машин рынок электродвигателей в двадцать первом веке быстро растет. На конец 2019 года только на внутреннем рынке Китая насчитывается больше 400 производителей электромобилей. На рынок приходят новые технологии производства электродвигателей и аккумуляторных батарей – такой прорыв делает электротранспорт всё более доступным.

Класcика

Казалось бы, что можно придумать новое, отличное от существующего? Ведь работа современного электродвигателя основана на известном принципе электромагнитной индукции, в основе которого лежит получение электродвижущей силы в замкнутом контуре с изменением магнитного потока. Традиционно агрегат состоит из недвижимого элемента – статора, и вращающегося – ротора. Статор имеет ряд обмоток, на которые поступает электрический ток, что приводит к появлению магнитного поля, за счет которого и вращается ротор. Скоростные показатели ротора определяются частотой, с которой происходит переключение тока с одной обмотки статора на другую. Технология не нова, однако современные достижения науки и техники позволили развить ее до невероятных высот

Анализ существующих отечественных и зарубежных разработок

Анализ существующих отечественных и зарубежных разработок показал, что практическое применение в электромобилях получили электроприводы следующих типов: вентильные электродвигатели, асинхронные частотно-управляемые, электродвигатели постоянного тока с независимым возбуждением и электродвигатели постоянного тока с последовательным возбуждением. Сопоставление достоинств и недостатков этих двигателей с учетом эксплуатационных требований дает следующие результаты. Наиболее высокий КПД имеют вентильные электродвигатели. КПД электродвигателей постоянного тока и асинхронных электродвигателей примерно равны, однако в последнее время асинхронные частотно-управляемые двигатели, имеющие электрические машины с малым скольжением и более точное электронное управление на основе специализированных быстродействующих микроконтроллеров с набором соответствующих датчиков (векторное управление), достигают КПД, сравнимый с КПД вентильных электродвигателей.

Что имеем

На сегодняшний день наиболее популярным из существующих электродвигателей для электромобилей остается асинхронный двигатель, созданный ещё в XIX веке. Его конструкция оказалась гениально простой и настолько удачной, что все дальнейшие преобразования не касались принципа действия, затрагивая лишь технологию изготовления тех или иных деталей. Например, модифицироваться могли подшипники, на которых крепился вал двигателя, менялась форма обмоток ротора и статора, однако принцип работы асинхронного двигателя оставался прежним.

К преимуществам двигателей такого типа относятся простота обслуживания и отсутствие подвижных контактов. Здесь нет щеток и контактных колец, питание подается только на неподвижную трехфазную обмотку статора, что и делает этот двигатель весьма удобным для самых разных сфер применения, практически универсальным. Такой двигатель прост в изготовлении и сравнительно дешев, затраты при эксплуатации минимальны, а надежность высока.

Если говорить о недостатках асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, то их несколько. При включении двигателя в сеть пусковой ток довольно велик, при этом пусковой момент значительно меньше номинального. В основном этот недостаток как и проблема регулировки оборотов, преодолевается применением частотного преобразователя, позволяющего плавно повышать обороты, и таким образом обеспечить достаточно высокий пусковой момент. Это достигается тем, что скорость вращения такого электродвигателя зависит от частоты переменного тока, т. е. изменив частоту тока, можно изменить скорость вращения ведущих колёс, что позволяет легко контролировать скорость электромобиля.

Еще одним недостатком асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором является их низкий коэффициент мощности, особенно при малой нагрузке и на холостом ходу, что снижает эффективность данной электрической системы в целом.

Сам электродвигатель — это достаточно совершенное устройство, но, поскольку стремительное развитие отрасли экоавтомобилей только входит в начальную стадию, кардинального изменения принципа работы, улучшение показателей (удельной мощности и экономичности) и его устройства можно ожидать уже в ближайшее время.

Традиционно электродвигатели для автомобилей должны отвечать следующим требованиям:

• иметь безопасное и удобное для эксплуатации устройство;
• обладать высокой удельной мощностью и экономичностью;
• обладать высокой надежностью и безопасностью при длительной эксплуатации;
• иметь компактные габариты;
• работать в широком диапазоне частот вращения с высокими показателями, что позволит электромобилю обходиться без коробки передач.

Новый прорыв

Для электромобиля важна надёжность конструкции и ещё более – высокий кпд электродвигателя. От эффективности работы электродвигателя зависит величина расстояния пробега электромобиля от одной зарядки аккумуляторов, поэтому: чем выше кпд, — тем лучше.

Мировой рынок сбыта электродвигателей стремительно развивается. Согласно новому отчету Grand View Research, Inc. к 2025 году, как ожидается, он достигнет 214,5 млрд. долларов США. Именно быстрые технологические достижения являются основным драйвером роста рынка.

С целью достижения высоких технико-экономических показателей электродвигателя, прежде всего получения максимальной мощности и крутящего момента, при минимальном потреблении энергии необходимо уменьшить ее внутренние потери.

В России запатентован высокопроизводительный оригинальный электродвигатель американской компании Buddha Energy Inc. Примечателен тот факт, что автор электродвигателя является россиянином. В США электродвигатели продаются под торговой маркой HELV Motors. Компания Buddha Energy Inc. занимается разработкой инновационных электронных контроллеров и электродвигателей. Компания имеет патенты на разработку в крупнейших индустриальных странах. Их разработки ориентированы на зеленые технологии и охрану окружающей среды, сокращение использования природных ресурсов.

Особенностью электродвигателя HELV является его форма. Он спроектирован в виде шара таким образом, что полная площадь магнитного поля статора взаимодействует с полной площадью магнитного ротора при минимальном рассеивании магнитного поля, что дает высокий крутящий момент при небольшом размере двигателя.

В ходе стендовых испытаний, сила на валу тестового двигателя массой 2,8 кг и диаметром 119 мм  составила 80 Нм. Примечательно, что сам двигатель может развить и большую мощность, но на текущий момент контроллер для его управления рассчитан только на 6 кВт. Таким образом при напряжении в 60 вольт и токе 100 ампер, двигатель показал статический крутящий момент в 80 Ньютон метров при оборотах 3900 об/м. Максимальная мощность двигателя может быть увеличена в несколько раз. Компания работает над созданием контроллера на 22 кВт.

Обычно с целью уменьшения воздействия токов Фуко на металл электродвигателя, а, соответственно, уменьшения потерь на нагрев, статоры синхронных и асинхронных электрических машин изготовлены из набора изолированных между собой пластин из тонкого железа. На электродвигателях марки «HELV Motors» компании Buddha  Energy Inc. корпус статора выполнен из композитов, что позволило уменьшить его вес и максимально сократить потери от эффекта токов Фуко. В двигателях HELV не используются металлические сердечники, это позволяет значительно снизить вес двигателя без потери мощности. Особенно это важно для квадрокоптеров и вертолетов.

Благодаря специальному корпусу (крышке) диамагнитного статора все магнитные поля ротора и катушек концентрируются на небольшой площади и не выходят за пределы двигателя, что позволяет создавать высокую мощность при низком потреблении электроэнергии.

Композит статора дает возможность легко придавать ему нужную форму без использования дорогостоящего оборудования для обработки металла. Это позволит дополнительно снизить стоимость готовых электродвигателей.

Статор изготовлен таким образом, что двигатель может быть установлен как вертикально, так и горизонтально.

К преимуществам электродвигателя HELV следует также отнести:

• небольшие габариты и малый вес;
• максимальный крутящий момент, который доступен с момента включения (при нулевых оборотах) двигателя;
• возможность получения рекуперативной энергии;
• экологически чистая работа;
• минимум движущихся деталей, требующих замены или ремонта;
• отсутствие необходимости в коробке передач автомобиля.

Компания Buddha Energy Inc. предлагает ряд высокоэффективных низковольтных электродвигателей нового поколения на основе оригинально расположенных магнитных полей под торговой маркой «HELV Motors» мощностью от 5,6 кВт до 75 кВт

Так электродвигатель HELV мощностью 5,6 кВт при макс. 5600 об / мин, требует напряжения 75 В и потребляет ток до 100 А, в зависимости от нагрузки. В зависимости от модели двигателя обороты составляют от 65 до 75 оборотов на Вольт.

В целом к преимуществам электродвигателей компании «HELV Motors» следует отнести: малый вес и компактный размер, низкое потребление напряжения, умеренный нагрев при работе и большой крутящий момент вала в сравнении с низким энергопотреблением. Сферические катушки статора имеют низкое сопротивление, что позволяет создавать сильные магнитные поля внутри катушек при низком напряжении.

По имеющейся информации можно предположить, что авторы разработки изобрели нечто уникальное, которое может осуществить новый виток в энергетике, в понимании использования сил природы на благо человечества.

В целом изобретателям удалось решить сложную техническую задачу — смоделировать точное взаимодействие магнитных полей в пространстве, в том числе внутри композитов. Они также проверили магнитные взаимодействия полей на практике. С этой целью на 3D принтере был напечатан лабораторный стенд для проверки взаимодействия магнитных полей ротора и статора. После проверки нескольких десятков вариантов обмоток статора был найден вариант, при котором взаимодействие полей статора и ротора происходило наилучшим образом. Всё остальное было делом техники. На этом же принципе сконструирован шарообразный электродвигатель HELV.

Как утверждают авторы разработки, моторы HELV с их соотношением размеров и мощности — это нечто фантастическое. Реализация данного изобретения стала возможной благодаря новым доступным материалам и новым идеям, которые стали ключевым фактором успеха прорывного эксперимента — изобрести что-то новое, что-то важное. При доводке конструкции синхронизировать контроллер с электродвигателем HELV было достаточно непросто. Контролировать его на высоких нагрузках еще сложнее. Но на сегодняшний день изделие почти готово к массовому производству.

Компания утверждает, что двигатель рассчитанный на мощность 40 кВт будет весить не больше 9,7 кг, а диаметр будет не больше 22 сантиметров. Такие характеристики дадут возможность устанавливать данный двигатель на электрические автомобили, лодки, электромотоциклы и квадрокоптеры. В 2019 году компания заявила, что скорость вращения топовой модификации двигателя составляет 30 000 оборотов в минуту при напряжении в 400 вольт, а пиковая мощность электродвигателя в линейке продукции составляет 95 кВт. Данная модель еще не представлена в линейке продукции компании.

Таким образом, произведен прорыв в создание самых современных и эффективных электродвигателей. Остаётся только правильно подобрать его мощность для достижения заданных технических характеристик автомобиля. Требуемая мощность, во многом зависит от типа трансмиссии. Если электродвигатель будет подключен к колёсам через коробку передач, — то достаточно и небольшой мощности, а если напрямую к дифференциалу, – тогда потребуется двигатель более мощный.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.

Новости о науке, технике, вооружении и технологиях.

Подпишитесь и будете получать свежий дайджест лучших статей за неделю!

Email*

Подписаться

Двигатель: электрокардиограмма — журнал За рулем

Общую концепцию будущего электромобиля мы сформировали в прошлом номере. Переходим к более подробной проработке отдельных агрегатов и систем.

Синхронный трехфазный электродвигатель переменного тока «Ниссана-Лиф», соединенный с редуктором и дифференциалом. Заявленные параметры мотора: мощность 80 кВт/109 л.с., максимальный крутящий момент 280 Н.м.

Синхронный трехфазный электродвигатель переменного тока «Ниссана-Лиф», соединенный с редуктором и дифференциалом. Заявленные параметры мотора: мощность 80 кВт/109 л.с., максимальный крутящий момент 280 Н.м.

Синхронный трехфазный электродвигатель переменного тока «Ниссана-Лиф», соединенный с редуктором и дифференциалом. Заявленные параметры мотора: мощность 80 кВт/109 л.с., максимальный крутящий момент 280 Н.м.

Вдоль, поперек или по диагонали

В споре за место под капотом электромоторы легко заткнут двигатели внутреннего сгорания за пояс. Судите сами. Ездовые характеристики более удобные — максимальный крутящий момент доступен уже с начальных оборотов. Коэффициент полезного действия выше в разы — у некоторых электродвигателей он доходит до 95%. Лучшие показатели удельной мощности — при одинаковых киловаттах и ньютон-метрах электромоторы легче и компактнее, что очень удобно при компоновке автомобиля. Кроме того, электромотору не нужны многие дополнительные агрегаты вроде стартера или генератора, а широкий рабочий диапазон позволяет ему обходиться без коробки передач. И вот что еще немаловажно — дополнительные узлы и агрегаты (блоки управления, зарядки, инверторы) проще раскидать по всей платформе, ведь между ними не механическая, а электрическая связь.

А когда руки у конструкторов развязаны, появляются оригинальные и всплывают почти уже забытые решения. Например, двигатель расположен в корме и приводит в движение задние колеса. Такая схема реализована на платформе, которую делят Mitsubishi i-MiEV, Peugeot iOn и Citroen С-Zero. Аналогичную компоновку выбрали и разработчики электрического Smart. Не стоит, однако, забывать, что базой для всех этих машин послужили заднемоторные модели с ДВС.

Но как бы ни был привлекателен подход некоторых конкурентов, мы решили придерживаться доминирующей на современных автомобилях переднеприводной схемы. В первую очередь, чтобы максимально освободить место в хвостовой части для багажа и запасного колеса. Большинство вспомогательных агрегатов разместим под капотом — за развесовку можно не волноваться, батареи помогут восстановить требуемый баланс.

От мотор-колес решили отказаться, еще когда обсуждали общую концепцию (см. ЗР, 2011, № 3). Но это не означает, что у каждого колеса не будет собственного электромотора.

У полноприводного электрокара Mercedes-Benz SLS каждое колесо приводит в движение собственный электромотор. Реализуем такую же схему, только в варианте с двумя ведущими. От двух компактных электромоторов идут приводы к колесам.

У полноприводного электрокара «Мерседес-Бенц SLS» каждое колесо приводит в движение собственный электромотор. Реализуем такую же схему, только в варианте с двумя ведущими. От двух компактных электромоторов идут приводы к колесам.

1 — блоки управления мощностью;

2 — электродвигатели;

3 — трансмиссия;

4 — колеса с энергосберегающими шинами.

Два компактных агрегата подвешены на подрамнике, а к ступицам через редукторы (они понижают скорость вращения) идут приводы. Преимущества такой схемы перед одномоторной — компактность и меньшая масса: отпадает необходимость в дифференциале, вдобавок ниже механические потери. Кроме того, проще и рациональнее дозировать тягу отдельно на каждом колесе, нежели посредством тормозных механизмов. Недостаток, пожалуй, один — сложнее система управления электромоторами, замысловатее алгоритмы их работы.

Кто в сети?

Дело за малым — определить параметры и тип двигателей. Итак, требуется получить суммарную мощность 50–55 кВт и крутящий момент 200 Н.м. Этого вполне достаточно для уверенного разгона автомобиля полной массой примерно полторы тонны. Естественно, киловатты и ньютон-метры поделим поровну между двумя электромоторами. Ради экономии места агрегаты выполним максимально компактными. Настолько, чтобы не возникло сложностей с отводом тепла. Ведь мы не планируем тратить дополнительные средства на водяное охлаждение — тепло должны эффективно отводить воздушные потоки.

На первый взгляд, проще всего выбрать электромотор, питаемый постоянным током, который запасен в аккумуляторах. Но у этого типа двигателей есть один существенный минус. Они менее долговечны и надежны, в первую очередь, из-за изнашиваемого щеточного узла, подающего питание на обмотки ротора. Куда менее прихотливы агрегаты переменного тока. Раньше их редко применяли на такой технике из-за дорогих инверторов, преобразующих постоянный ток в переменный. Ныне эти полупроводниковые приборы стоят отнюдь не заоблачных денег, потому электромобиль с электродвигателем постоянного тока найдешь разве что в мастерских Самоделкиных.

Для многих гибридов синхронные электромоторы переменного тока выполняют в форме диска, чтобы проще было встроить его между двигателем и коробкой передач. Ротор в таких конструкциях может быть как внутри (на фото), так и снаружи. Последний вариант идеален для мотор-колеса.

Гибридный синхронный электромотор

1 — статор с обмотками возбуждения;

2 — ротор с постоянными магнитами;

3 — разъем для подключения;

4 — защитная крышка с подшипником;

5 — сцепление.

На большинстве гибридов и некоторых электромобилях устанавливают синхронные электромоторы. Одно из преимуществ перед также применяемыми асинхронными двигателями — более высокий КПД, обусловленный тем, что не надо создавать дополнительное электромагнитное поле для ротора. По этой же причине у ротора в синхронном моторе низкий момент инерции относительно крутящего момента, так как он следует точно за магнитным полем. Иными словами, такой двигатель быстрее и легче разгоняется, им удобнее управлять. Недаром большинство автомобильных компаний, разрабатывая новые модели, отдают предпочтение именно таким электромоторам. Правда, с оглядкой на цену, ведь синхронники дороже в производстве. Но количество заказов год от года растет — и, естественно, падает стоимость этих агрегатов. Судя по тенденции, через несколько лет, когда как раз появится наш электромобиль, синхронные двигатели полностью вытеснят асинхронные из-под капота.

За исключением некоторых нюансов, техзадание на двигатель сформировали, осталось определиться с производителем. Впрочем, еще надо позаботиться о питании электромоторов. Итак, подбираем батарею аккумуляторов — отчет в ближайших номерах.

Знакомьтесь: электромотор

Устройство электродвигателя:

1 — корпус с ребрами для охлаждения;

2 — ротор;

3 — разъем для подключения;

4 — обмотки статора;

5 — вал ротора.

ЭЛЕКТРОМОТОР

Принцип работы любого электродвигателя основан на явлении электромагнитной индукции: при изменении магнитного потока в замкнутом контуре возникает электродвижущая сила. Электрический ток, подаваемый на обмотки статора, создает магнитное поле, заставляющее ротор вращаться. В первой половине XIX века российский физик и изобретатель Б.С. Якоби подарил миру первый электродвигатель постоянного тока.

Новый источник движения быстро совершенствовался, росла его область применения. Но к концу этого же столетия появился более эффективный агрегат — трехфазный электромотор переменного тока. На автомобилях с гибридными и электрическими приводами чаще всего встречаются два типа таких двигателей: синхронный и асинхронный.

Основное отличие: у первых ротор вращается с той же скоростью (синхронно), что и магнитное поле, создаваемое статором, а у вторых ротор немного отстает. Яркое конструктивное отличие — в устройстве ротора. У синхронного мотора он состоит из постоянных магнитов, а у асинхронного — из короткозамкнутой обмотки, в которой под действием магнитного поля статора индуцируется ток.

Примерно такое же размещение узлов и агрегатов, связанных с двигателем, будет на нашем электромобиле.

Для многих гибридов синхронные электромоторы переменного тока выполняют в форме диска, чтобы проще было встроить его между двигателем и коробкой передач. Ротор в таких конструкциях может быть как внутри (на фото), так и снаружи. Последний вариант идеален для мотор-колеса.

Двигатель: электрокардиограмма

Общую концепцию будущего электромобиля мы сформировали в прошлом номере. Переходим к более подробной проработке отдельных агрегатов и систем.

Двигатели для электромобилей: производители, устройство

Исчерпание углеводородного топлива, ухудшение экологической обстановки и ряд других причин рано или поздно заставят производителей разработать модели электромобилей, которые станут доступны для широких слоев населения. А пока остается только ждать или собственноручно разрабатывать варианты экологически чистой техники.

Если же вы все-таки предпочитаете самостоятельно искать решения, а не дожидаться их со стороны, то вам понадобятся знания о том, какие двигатели для электромобиля уже изобрели, чем они отличаются и какой из них наиболее перспективный.

Тяговый двигатель

Если вы решите поставить обыкновенный электромотор под капот своего автомобиля, то, скорее всего, из этого ничего не выйдет. А все потому, что вам необходим тяговый электрический двигатель (ТЭД). От обычных электромоторов он отличается большей мощностью, способностью выдавать больший крутящий момент, небольшими габаритами и малой массой.

Для питания тягового электродвигателя используются батареи. Они могут подзаряжаться от внешних источников («от розетки»), от солнечных батарей, от генератора, установленного в авто, или в режиме рекуперации (самостоятельное восполнение заряда).

Двигатели для электромобилей чаще всего работают от литий-ионных батарей. ТЭД обычно функционирует в двух режимах – двигательном и генераторном. В последнем случае он восполняет потраченный запас электроэнергии при переходе на нейтральную скорость.

Принцип работы

Стандартный электродвигатель состоит из двух элементов – статора и ротора. Первый компонент является неподвижным, имеет несколько катушек, а второй совершает вращательные движения и передает усилие на вал. На катушки статора с определенной периодичностью подается переменный электрический ток, что вызывает появление магнитного поля, которое начинает вращать ротор.

Чем чаще катушки «включаются-выключаются», тем быстрее вращается вал. В двигатели для электромобилей могут устанавливать два вида ротора:

• короткозамкнутый, на котором возникает магнитное поле, противоположное полю статора, за счет чего и происходит вращение;
• фазный – используется для уменьшения тока запуска и контроля скорости вращения вала, является наиболее распространенным.

Кроме того, в зависимости от скорости вращения магнитного поля и ротора двигатели могут быть асинхронными и синхронными. Тот или иной тип необходимо выбирать из имеющихся средств и поставленных задач.

Синхронный двигатель

Синхронный двигатель – это ТЭД, у которого скорость вращения ротора совпадает со скоростью вращения магнитного поля. Такие двигатели для электромобилей целесообразно использовать только в тех случаях, когда имеется источник повышенной мощности – от 100 кВт.

Одной из разновидностей синхронных электромоторов является шаговый двигатель. Обмотка статора такой установки разбита на несколько секций. В определенный момент ток подается на определенную секцию, возникает магнитное поле, которое вращает ротор на определенный угол. Затем ток подается на следующую секцию, и процесс повторяется, вал начинает вращаться.

Асинхронный электромотор

В асинхронном двигателе скорость вращения магнитного поля не совпадает со скоростью вращения ротора. Плюсом таких устройств является ремонтопригодность – запчасти для электромобилей, оснащенных этими установками, найти очень просто. К другим преимуществам относятся:

1. Простая конструкция.
2. Простота обслуживания и эксплуатации.
3. Низкая стоимость.
4. Высокая надежность.

В зависимости от наличия щеточно-коллекторного узла двигатели могут быть коллекторными и безколлекторными. Коллектор – устройство, служащее для преобразования переменного тока в постоянный. Щетки служат для передачи электроэнергии на ротор.

Безколлекторные двигатели для электромобилей отличаются меньшей массой, компактными габаритами и более высоким КПД. Они реже перегреваются и потребляют меньше электричества. Единственный минус такого двигателя – высокая цена на электронный блок, который выполняет функции коллектора. Кроме того, найти запчасти для электромобилей, оснащенных безколлекторным двигателем, сложнее.

Производители электродвигателей

Большинство самодельных электромобилей сконструировано с применением коллекторного двигателя. Это объясняется доступностью, низкой ценой и простым обслуживанием.

Видным производителем линейки данных моторов является немецкая компания Perm-Motor. Ее продукция способна к рекуперативному торможению в генераторном режиме. Она активно используется для оснащения скутеров, моторных лодок, легковых автомобилей, электроподъёмных устройств. Если двигатели Perm-Motor устанавливали в каждый электромобиль, цена их была бы значительно ниже. Сейчас они стоят в пределах 5-7 тыс. евро.

Популярным производителем является компания Etek, которая занимается производством безщеточных и щеточных коллекторных двигателей. Как правило, это трехфазные моторы, работающие на постоянных магнитах. Основные преимущества установок:

• точность управления;
• легкость организации рекуперации;
• высокая надежность за счет простой конструкции.

Завершает список производителей завод из США Advanced DC Motors, выпускающий коллекторные электромоторы. Некоторые модели обладают исключительной особенностью – они имеют второй шпиндель, что можно использовать для подключения на автомобиль-электромобиль дополнительного электрооборудования.

Какой двигатель выбрать

Чтобы покупка вас не разочаровала, надо сравнить характеристики приобретаемой модели с предъявляемыми требованиями к автомобилю. При выборе электродвигателя в первую очередь ориентируются на его тип:

• Синхронные установки имеют сложное устройство и дорогостоящи, но обладают перегрузочной способностью, ими легче управлять, им не страшны перепады напряжения, используются при высоких нагрузках. Они устанавливаются на электромобиль Mercedes.
• Асинхронные модели отличаются низкой стоимостью, простым устройством. Они просты в обслуживании и эксплуатации, однако выделяемая ими мощность намного меньше, чем тот же показатель синхронной установки.

На электромобиль цена будет значительно ниже, если электромотор будет работать в паре с двигателем внутреннего сгорания. На рынке такие комбинированные установки обладают большей популярностью, так как их стоимость составляет около 4-4,5 тыс. евро.

Электродвигатели и аккумуляторы | HowStuffWorks

Электромобили могут использовать двигатели переменного или постоянного тока:

• Если двигатель является двигателем постоянного тока , он может работать на любом напряжении от 96 до 192 вольт. Многие из двигателей постоянного тока, используемых в электромобилях, происходят из индустрии электрических вилочных погрузчиков.
• Если это двигатель переменного тока , то, вероятно, это трехфазный двигатель переменного тока, работающий от 240 В переменного тока с аккумуляторной батареей на 300 Вольт.

Установка постоянного тока

, как правило, проще и дешевле.Типичный двигатель будет работать в диапазоне от 20 000 до 30 000 Вт. Типичный контроллер будет работать в диапазоне от 40 000 до 60 000 Вт (например, 96-вольтный контроллер будет выдавать максимум 400 или 600 А). Отличительной особенностью двигателей постоянного тока является то, что вы можете на перегрузить их на (с коэффициентом 10 к 1) за короткие промежутки времени. То есть двигатель мощностью 20 000 Вт будет принимать 100 000 Вт за короткий промежуток времени и обеспечивать мощность, в 5 раз превышающую его номинальную мощность. Это отлично подходит для коротких вспышек ускорения.Единственное ограничение — накопление тепла в двигателе. Слишком сильный перегруз, и двигатель нагревается до такой степени, что самоуничтожается.

Установки переменного тока

позволяют использовать практически любой промышленный трехфазный двигатель переменного тока, что облегчает поиск двигателя определенного размера, формы или номинальной мощности. Двигатели переменного тока и контроллеры часто имеют функцию регенерации . Во время торможения двигатель превращается в генератор и возвращает энергию к батареям.

Сейчас слабым звеном в любом электромобиле являются аккумуляторы. Существуют по крайней мере шесть существенных проблем с современной технологией свинцово-кислотных аккумуляторов:

• Они тяжелые (типичный свинцово-кислотный аккумулятор весит 1000 фунтов или более).
• Они громоздкие (в рассматриваемом нами автомобиле имеется 50 свинцово-кислотных аккумуляторов, каждый размером примерно 6 «x 8» на 6 «).
• Они имеют ограниченную емкость (типичный блок свинцово-кислотных аккумуляторов может вместить 12 до 15 киловатт-часов электроэнергии, что дает машине всего 50 миль или около того).
• Они заряжаются медленно (обычное время перезарядки для свинцово-кислотного блока составляет от 4 до 10 часов для полной зарядки, в зависимости от технологии аккумулятора и зарядного устройства).
• У них короткий срок службы (три-четыре года, возможно, 200 полных циклов зарядки / разрядки).
• Они дорогие (возможно, 2000 долларов за аккумулятор, показанный в образце автомобиля).

В следующем разделе мы рассмотрим больше проблем с батарейной технологией.

,

Электромобилей — Best Electric Cars

Электромобили: что это такое и как они работают

Электромобили являются технологией выбора для экологичных покупателей автомобилей, потому что они не имеют выбросов, связанных с их эксплуатацией; они могут питаться чистой, возобновляемой энергией; и даже когда они заряжены энергией от невозобновляемых источников, присущая им эффективность использования электродвигателей по сравнению с двигателями внутреннего сгорания означает, что они выделяют меньше углерода на милю (при сравнении аналогичных транспортных средств).

Даже если они технически более эффективны, то, насколько дешевле ездить электромобили, зависит от стоимости электричества и бензина (или дизельного топлива), где вы живете. Они обычно стоят меньше за милю, но, как правило, стоят дороже.

Батареи литий-ионных батарей, предназначенные для питания электромобилей, должны быть подключены к 240 вольтам и иметь достаточный ток для зарядки в течение разумного количества часов, поэтому покупатели должны рассчитывать на дополнительные расходы на оборудование и установку.Очевидно, что съемщики и те, у кого нет гаражей, находятся в невыгодном положении.

Публичную зарядку следует рассматривать как случайное удобство или как средство выходить за пределы своего региона, потому что он часто более дорогой (или может стать таким без предупреждения) и потому что даже быстрая зарядка рассчитана на часы, а не минуты, если вы используете полный бензобак и связанный с ним диапазон в качестве стандарта. Самый разумный и доступный способ владения электромобилем — это платить только за необходимый вам размер аккумуляторной батареи и заряжать дома ночью, каждую ночь, когда потребность в электричестве обычно ниже, используя непиковые тарифы, если таковые предлагаются.

Покупатели, определяющие, какой диапазон им необходим, должны будут учитывать погоду, потому что диапазон может резко упасть по мере охлаждения аккумуляторной батареи, а пассажиры жертвуют радиуса действия, чтобы обогреть кабину электрически. Согласно исследованию AAA, электромобили могут потерять более 40 процентов своего диапазона при 20 градусах.

Несмотря на то, что федеральные налоговые льготы на сумму до 7500 долларов США для электромобилей дальнего радиуса действия остаются для некоторых марок электромобилей, Tesla и Chevrolet достигли предела своих продаж в 2019 году, инициировав поэтапный отказ, который уменьшил сумму до максимума в 1875 долларов, после чего он будет истекают.Кроме того, поскольку автомобилисты на электромобилях не платят налоги на бензин, некоторые штаты начали устанавливать регулярные регистрационные сборы за электромобили, которые явно карательны.

В стране с такими же низкими ценами на газ, как и у нас, эта все еще новая технология нуждается в поддержке, чтобы добиться успеха, и стимулы, похоже, ослабевают даже тогда, когда большая часть мира принимает или даже требует принятия EV.

,

Разное