Какие моторы: 10 самых надежных бензиновых двигателей Автомобильный портал 5 Колесо

Содержание

Какие моторы в фенах бывают и в чем их отличия | Фены | Блог

Почти в каждом гайде по выбору фена упоминается о том, что двигатели в них бывают разных видов. Но почти нигде не написано, чем конкретно они отличаются и почему один вид моторов лучше другого. Как устроены моторы современных фенов, в чем их преимущества и недостатки — в этой статье.

Моторы DC

DC — Direct Current — «постоянный ток» — коллекторные двигатели постоянного тока.

В коллекторном двигателе обмотки расположены на вращающемся роторе, обмотки коммутируются с помощью щеточного узла. Щетки контактируют с обмоткой, находящейся в магнитном поле от магнитов статора, в обмотке при протекании тока возникает ЭДС (электродвижущая сила), ротор смещается, поворачивая коллектор и замыкая следующую обмотку.

В фенах используются DC-моторы небольшого напряжения — обычно 12, 24 и 36 вольт. При большем напряжении нужно увеличивать расстояния между контактами коллектора, чтобы предотвратить искрение, а это увеличивает размеры устройства. Для снижения напряжения используется одна из спиралей нагревателя. Далее пониженное напряжение выпрямляется диодным мостом и идет на двигатель.

Преимущества

Простота и дешевизна конструкции.
Компактность и малый вес.
Высокие обороты. Это позволяет использовать для создания требуемого воздушного потока маленькую легкую крыльчатку, что снижает вес всего фена в целом.
Простое регулирование скорости вращения. Скорость вращения коллекторного электродвигателя регулируется изменением напряжения. Возможно как ступенчатое регулирование (обычно 2-3 скорости) с помощью резисторов, так и плавное — с помощью переменного резистора. Компоненты дешевы и на итоговую цену прибора почти не влияют.

Недостатки

Малый ресурс. Трущиеся элементы двигателя — щетки и коллектор — и без того подвержены износу, а при высокой температуре ситуация только усугубляется. В результате наработка на отказ у коллекторных двигателей 500–1500 часов.
У самых дешевых моделей нет обдува холодным воздухом. Если для снижения напряжения используется одна из нагревательных спиралей ТЭНа, то отключить ее невозможно и воздух всегда будет теплым, а на малой скорости — даже горячим.
Невозможность продолжительной работы. DC-моторы недорогих фенов часто имеют компактную закрытую конструкцию. Обдува воздухом недостаточно для снятия тепла, выделяющегося внутри электродвигателя, поэтому ему периодически надо давать остывать.
Недостаток, не связанный с конструкцией двигателя, но часто присутствующий в фенах с DC-мотором: малая мощность. Поскольку двигатель постоянного тока обычно ставится в недорогие модели, многие производители для еще большего уменьшения себестоимости ставят недорогие маломощные двигатели, завышая их характеристики. Например, добавляя к мощности двигателя мощность балластной спирали, снижающей напряжение с 220 В до требуемого.

Моторы AC

АC — Alternating Сurrent — «Переменный ток» — применительно к фенам, коллекторный двигатель переменного тока.

Конструкции коллекторных двигателей переменного и постоянного тока отличаются только тем, что у первого вместо постоянных магнитов на статоре расположены обмотки возбуждения. За счет последовательного соединения обмоток якоря и статора, смена полюсов в них происходит одновременно, так что принцип работы двигателя тот же, что и у DC-мотора.

Преимущества

Не требует балластной спирали и выпрямителя, может питаться напрямую от сети. В результате возможен обдув холодным воздухом.
Возможность продолжительной работы. Устанавливаемые в фены AC-моторы часто имеют открытую конструкцию, обеспечивающую хороший отвод тепла.
Низкий пусковой ток. Это снижает вредные нагрузки при включениях и увеличивает ресурс работы двигателя. У АС-моторов наработка на отказ составляет 500–2500 часов.

Недостатки

Более сложное регулирование оборотов. Если уменьшать обороты снижением напряжения, при 230 В на резисторе будет выделяться много тепла. Поэтому в фенах используется тиристорная схема регулирования оборотов. Она достаточно проста и недорога, но все же сложнее той, что используется в фенах с DC-мотором.
Больший вес и габариты. Высокое напряжение требует увеличения сечений проводов и толщин контактных площадок.
Цена выше, чем у DС-моторов.

Моторы EC (BLDC)

EC — Electronically Commutated — «Электронно коммутируемый» или BrushLess DC electric — «Бесколлекторный постоянного тока» — бесколлекторный двигатель постоянного тока.

В ЕС-моторе электрические обмотки расположены на статоре, а на якоре закреплены мощные неодимовые магниты. ЭДС возникает, когда одноименные полюса якоря и обмотки статора находятся друг напротив друга. Якорь смещается, а переключение обмотки на следующую производится электронным контроллером, выполняющим также и функцию регулятора скорости. Положение ротора отслеживается датчиком Холла.

Преимущества

Отсутствие коллекторного узла и отсутствие пусковых токов значительно повышают ресурс двигателя. У ЕС-моторов наработка на отказ доходит до 10 000 часов.
Компактность. При одинаковой мощности ЕС-мотор будет меньше АС-мотора.
Минимальное тепловыделение. Это обеспечивает продолжительную работу фена без перегрева и дает возможность обдува холодным воздухом той же температуры, что и в комнате. Например, АС-мотор греется сильнее (35–75ºС) и будет хоть немного, но нагревать проходящий воздух.
Минимальный уровень шума и вибраций.
Точное регулирование оборотов во всем диапазоне.

Недостатки

Высокая цена. Достаточно сложная электроника контроллера и использование дорогих постоянных магнитов делают цену моторов такого типа максимальной. Поэтому ЕС-моторы ставятся только в дорогие профессиональные модели фенов.

Что в итоге

Для бытового фена возможностей DC-мотора будет достаточно — продолжительная работа ему не нужна, а малый вес и габариты будут преимуществом, если вы берете фен с собой в путешествие. Для профессионалoв DC-мотор уже не подходит и следует выбирать среди фенов с АС- и ЕС-двигателями. Последние намного дороже, но и ресурс у них выше.

Какие моторы предпочитают российские потребители?

В былые времена одним из основных поставщиков моторов для строительной техники был моторный завод из Харькова. Сейчас производство на этом предприятии фактически остановлено, ну а у изготовителей строительно-дорожной техники выбор моторов появился еще в ту пору, когда была отменена распределительная система.

На сегодняшний день наибольшее распространение на отечественных строительно-дорожных машинах нашли моторы Минского моторного завода, ярославского Автодизеля, Алтайского моторного завода и Владимирского моторо-тракторного завода. Свою лепту вносят ЧТЗ-Уралтрак и Тутаевский моторный завод.

Из зарубежных моторов на российском рынке получили распространение Cummins, Deutz, Perkins, Hatz, Kubota, John Deere.

Причем в последнее время отечественные производители строительно-дорожной техники, стремясь повысить технический уровень машин, все чаще обращают свой взор к импортным агрегатам.

ДВИГАТЕЛИ ОБЪЕМОМ МЕНЕЕ 1 Л

Так сложилось, что в России дизельные моторы рабочим объемом менее одного литра, применяемые на мини-технике, выпускает одно-единственное предприятие — ЧТЗ-Уралтрак:

Единственная модель предприятия — это 2-цилиндровый воздушник В2Ч 8,2/7,8 объемом 0,8 л и мощностью 8,8 кВт.
Мотор нашел применение не только на мини-тракторе Уралец, изготовляемом ЧТЗ-Уралтрак, но и на технике других предприятий:
— малогабаритном тракторе КМЗ-012 Курганмашзавода,
— на дизель-генераторных установках,
— насосных агрегатах
— и сварочных аппаратах ряда российских производителей.

Других моторов в рассматриваемом литровом диапазоне у нас не производится, хотя потребность в них существует. Здесь инициативу в свои руки взяли иностранцы:

Одноцилиндровый мотор
Hatz серии 1В

Hatz предлагает российским производителям мини-техники внушительный перечень дизельных с воздушным охлаждением:

Одноцилиндровые моторы серий 1В и 1D представлены 13 моделями рабочим объемом 0,23-0,72 л мощностью 3,5-11,7 кВт. Существуют варианты с горизонтальным цилиндром и вертикальным коленвалом.
Двухцилиндровые моторы серии 2G также имеют модель объемом менее одного литра (0,99 л) мощностью 16 кВт. Perkins на российский рынок поставляет две модели 400 серии объемом менее одного литра — 2-цилиндровый (объем — 0,45 л, мощность -10,2 кВт) и 3-цилиндровый (объем — 0,67 л, мощность — 15,3 кВт).

Kubota известна как производитель малогабаритных дизельных моторов: кнам поставляется линейка моторов мощностью от 4,4 кВт.

Модельный ряд Deutz также включает мини-модели рабочим объемом 0,7 л мощностью 11 кВт.

3-цилиндровый турбонаддувный мотор Д-130Т-12
производства ВМТЗ

ДВИГАТЕЛИ ОБЪЕМОМ 1,0 — 3,5 Л

В более высоком литровом диапазоне (1-3,5 л) из отечественных моторов присутствует только продукция Владимирского моторо-тракторного завода (ВМТЗ):

Двигатели воздушного охлаждения — двухцилиндровый Д-120 (объем-2,08л, мощность — 15,4 — 22 кВт) и трехцилиндровый Д-130 (объем -3,12 л, мощность — 29,4 — 33,1 кВт) хорошо известны российскимпроизводителям строительно-дорожной техники:

Д-120 используется на мини-погрузчиках Уралвагонзавода, на вилочных погрузчиках машзавода им. Калинина, электроагрегатах, выпускаемых в Курске и во Владимирской области;

Д-130 — на цементовозах и гудронаторах Бецемы. На красногорской технике также применяется турбированный вариант Д-130Т.

Перспективный
челябинский дизель 4М 364

Заслуживают внимания перспективные молели ЧТЗ-Уралтрак, предназначенные для широкого спектра строительно-дорожной и другой техники.

Новое семейство компактных V-образных дизелей жидкостногоохлаждения состоит из 2-, 4- и 6-цилиндровой версий рабочим объемом, соответственно, 1,17, 2,34 и 3,57 л. Моторы охватывают мощностной диапазон от 13 до 73 кВт. Их отличают низкая собственная масса и высокие эксплуатационные показатели.

Как видим, предложения отечественных производителей мини-двигателей более чем скромны, но имеющуюся брешь заполнили иностранцы:

Только у Perkins в диапазоне 1 — 3,5 л имеется девять моделей:
— 3-цилиндровые 440 серии 1,13- и 1,49-литровые мощностью, соответственно, 19,5 и 25,1 КВТ,
— 4-цилиндровые этой же серии 1,5- и 2,22-литровые (26,5-44,7 КВТ),
— 4-цилиндровые 800 серии 3,3-литровые (47 и 60 КВТ),
— 3-цилиндровые 1100 серии 3,3-литровые (39,5 — 55 КВТ).

3-цилиндровый Perkins 403С-11 объемом 1,13 л

В данном диапазоне у Deutz тоже девять моделей:
— 2-и 3-цилиндровые моторы 2,4 — 3,2 л с воздушным охлаждением мощностью 36 — 44 кВт и
— 2-, 3-, 4-цилиндровые 1,5 — 3,1 л с жидкостным охлаждением мощностью 23,5 — 65 кВт.

Hatz серий L и M выпускаются в 2-, 3- и 4-цилиндровом исполнении рабочим объемом, соответственно, 1,71, 2,57 и 3,42 л, мощностью 30-60 кВт.
Есть соответствующие предложения у Kubota и Cummins.

Perkins применяется на вилочных погрузчиках ТВЭКС. Hatz — на автобетоносмесителях Туймазинскго завода. Kubota — на дизель-генераторах ряда производителей. И это далеко не полный перечень.

ДВИГАТЕЛИ ОБЪЕМОМ 4,0 — 6,5 Л

Минский двигатель Д-243 получил очень широкое распространение
на отечественной технике

Диапазон 4 — 6,5 л представлен моторами двух отечественных изготовителей — Владимирского моторо-тракторного и Минского моторного заводов (ММЗ) (последний условно будем считать отечественным).

ВМТЗ выпускает три модификации 4-цилиндрового атмосферного мотора Д-144 объемом 4,15 л мощностью 27 — 44 кВт.
Существует турбированная версия Д-145Т в двух модификациях мощностью 42 — 55 кВт.
Оба мотора имеют традиционное для владимирских моторов воздушное охлаждение.

«Четверки» от ВМТЗ имеют широкий круг потребителей не только в России. Их применяют:
— Туймазинский завод автобетоновозов на автобетоносмесителях и стационарных бетононасосах,
— Раскат — на дорожных катках,
— Уралвагонзавод — на мини-погрузчиках,
— Полтавский турбомеханический завод — на компрессорных станциях и сварочных агрегатах.

Д-144 можно увидеть на сварочных агрегатах первоуральского и екатеринбургского заводов, а также на электроагрегатах из Курска и Владимирской области.

Новинка Алтайского моторного завода — 6,15-литровый Д-340ТА

4-цилиндровые рядные дизели объемом 4,75 л производства ММЗ получили наибольшее распространение на строительной и дорожной технике, выпускаемой предприятиями России и стран СНГ.

Они предлагаются в двух базовых вариантах: атмосферный Д-243 мощностью 60 кВт и наддувный Д-245 мощностью 77 кВт.
Д-243 и Д-245 применяются:
— на нескольких моделях фронтальных погрузчиков минского, орловского и донецкого заводов, а также экскаваторах ТВЭКС.
Д-243 устанавливается:
— на вилочные погрузчики тверского и Львовского заводов,
— мотовилихинские и кохановские экскаваторы,
— рыбинские, минские и смолевичские катки,
— брянские автогрейдеры.
Д-245 устанавливается:
— на экскаваторы Донецкого экскаватора и СП «Святовит»,
— асфальтоукладчики Ирмаш.

Приведённый список потребителей не конечен.

Представитель 1100 серии Perkins — 4,4-литровый 1104C-E44TA

Несомненно, интересна последняя разработка Алтайского моторного завода — 4-цилиндровый двигатель Д-340ТА рабочим объемом 6,15 л.

Новое семейство турбированных дизелей водяного охлаждения имеет диапазон мощности 110 — 176,5 кВт. Безусловными преимуществами новинки являются компактные размеры и низкий удельный расход топлива, а также выполнение перспективных экологических требований стандарта Евро 3.

Cummins, Deutz, Perkins, John Deere — основные игроки на российском рынке, предлагающие производителям дорожно-строительной техники моторы диапазона 4 — 6,5 л.

У Deutz более 10 моделей объемом 4 — 6,47 л в 4-, 5- и 6-цилиндровом исполнении, часть из них с воздушным либо с жидкостным охлаждением. Мощность варьируется от 59 до 155 кВт.
Основу модельного ряда Cummins в данном диапазоне составляют 4- и 6-цилиндровые двигатели серии «В».
Perkins предлагает российским потребителям 4- и 6-цилиндровые моторы объемом 4,4 и 6 л, мощность которых составляет от 52 до 129,5 кВт.

Среднелитражный
двигатель Deutz

Deutz нашел применение на автобетоносмесителях Каменского и Туймазинского заводов, а также на туймазинских бетононасосах, на катках Раскат и Саста, экскаваторах Кранэкс.

Perkins сотрудничает с Тверским экскаваторным заводом, поставляя ему 4,4-литровые модели серии 1100 для экскаваторов и вилочных погрузчиков.

Cummins поставляет моторы для бульдозеров и трубоукладчиков чебоксарского Промтрактора, погрузчиков и грейдеров орловского завода «Дормаш», грейдеров ЧСДМ и Брянского Арсенала, а также для техники еще ряда изготовителей.

ДВИГАТЕЛИ ОБЪЕМОМ 7 — 10 Л

Диапазон 7-10 л в условной классификации, принятой в данной статье, из отечественных моторных заводов лишь отчасти покрывают Минский и Алтайский моторные заводы.

Алтайский мотор Д-442
объемом 7,43 л

Первый выпускает 6-цилиндровые рядные дизели Д-260 объемом 7,12 л в атмосферном и турбированном исполнении мощностью 96 и 114 кВт.
Второй — 4-цилиндровые рядные дизели объемом 7,43 л жидкостного охлаждения диапазоном мощности от 33,5 до 134 кВт. Алтайское семейство включает четыре базовые модели (А-41, Д440, Д-442, Д-447) более 30 модификаций.
В данное семейство входят моторы как в безнаддувном исполнении, так и оборудованные турбонаддувом.

Д-260 разных модификаций поставляются на тверские экскаваторы, брянские асфальтоукладчики и автогрейдеры.

Круг потребителей алтайских моторов шире: А-41 — пневмоколесные краны, автогрейдеры, тракторы, буровые установки, насосные станции, дизель-генераторные установки; Д-440 — дизель-генераторы, катки, тракторы; Д-442 — фронтальные погрузчики, автогрейдеры, тракторы, компрессорные станции. Д-447 применяется на судах.

ЧТЗ-Уралтрак в арсенале перспективных разработок имеет 8-литровую рядную «четверку» с турбонаддувом мощностью 66,2 — 77,2 кВт. Остается ждать, когда современный двигатель встанет напроизводство и будет предложен производителям строительной и дорожной техники.

В рассматриваемом диапазоне на российский рынок поставляют Cummins, Deutz и John Deere.

Примером использования моторов Deutz объемом 7,14 л служат экскаваторы производства Кранэкс и Уралвагонзавода.
Cummins также используется на ряде машин отечественного производства.

Многотопливный дизель Д-180

ДВИГАТЕЛИ ОБЪЕМОМ 10 — 15 Л

В литровом диапазоне 10-15 л наиболее распространены моторы Ярославского и Алтайского моторных заводов.
Подавляющее большинство тяжелой отечественной строительной и дорожной техники комплектуется ярославскими моделями ЯМЗ-236 и ЯМЗ-238, а также алтайским А-01.
Ярославцы выпускают порядка 20 модификаций 11,15-литровой V-образной «шестерки» ЯМЗ-236, применяемой на широчайшем спектре моделей колесной и гусеничной строительно-дорожной техники. Мощность моторов находится в диапазоне 112-186 кВт.
Вторая базовая модель — 14,86-литровая V-образная «восьмерка» ЯМЗ-238 пользуется не меньшей популярностью у производителей техники и также насчитывает два десятка модификаций мощностью 134-246 кВт.
Обе модели предлагаются как в атмосферной, так и наддувной версии.
Современный вариант 8-цилиндрового экземпляра — ЯМЗ-7511/ЯМЗ-7512 соответствует нормативам Евро 2 и имеет более высокую мощность — 268-298 кВт. Выполняется только с турбонаддувом.

Самая мощная «восьмерка» Deutz, предлагаемая российским потребителям

В настоящее время Алтайский моторный завод продолжает выпуск модернизированной версии хорошо известного 6-цилиндрового рядного дизеля объемом 11,15 л А-01МКСИ. Простой по конструкции, долговечный и неприхотливый в эксплуатации мотор без газо-турбонаддува удовлетворяет требованиям многочисленных потребителей. В современном исполнении двигатель комплектуется индивидуальными головками цилиндров, прямой электростартерной системой запуска и генератором переменного тока мощностью 1 кВт.

Вообще семейство 6-цилиндровых рядных «шестерок» включает две базовые модели и около 20 модификаций. В данное семейство входят моторы как в безнаддувном исполнении, так и оборудованные турбонаддувом, диапазон мощности которых составляет 70-175 кВт.

Все серийные дизельные моторы характеризуются высокой степенью унификации узлов и деталей.

Cummins серии QSC

Многотопливный 4-цилиндровый рядный 14,48-литровый турбодизель Д-180 производства ЧТЗ-Уралтрак в основном нашел применение на строительной технике, выпускаемой этим предприятием, — тракторах и дизель-генераторных установках.
Однако изготовитель позиционирует его для применения на различной строительно-дорожной технике.

Д-180, выпускаемый в настоящее время, соответствует нормам Евро 2 и способен работать на дизтопливе, на керосине и газовом конденсате.

Моторы выпускаются в мощностном диапазоне 103-132 кВт. По желанию потребителя могут быть изготовлены моторы мощностью 60-157 кВт, как в турбированном, так и в атмосферном вариантах.

На перспективу конструкторы предприятия разработали замену Д-180. Новый 12-литровый 6-цилиндровый мотор выполнен с ;рядным расположением цилиндров.
!!! Главное достоинство мотора — меньшая почти на тонну масса по сравнению с Д-180 !!!

Из иностранных производителей 10-15-литровый диапазон покрывают Deutz, Cummins и John Deere.

Deutz предлагает несколько модификаций 6-цилиндровых моторов объемом 11,9 л, мощностью 240 — 330 кВт и 8-цилиндровых объемом 15,87 л, мощностью 400 — 440 кВт. «Восьмерки» Deutz нашли применение на карьерных самосвалах БелАЗ.

Cummins поставляет в Россию 8-цилиндровые экземпляры серии «С», соответствующие экологическим стандартам TIER 1 и TIER 2.

С середины 90-х годов фирма внедряет новое поколение дизельных моделей серии «Квантум» (серии QSB и QSC) с интегрированной системой электронного управления и диагностики. Надежность, долговечность, экономичность и экологичность дизельных моторов этой серии почти вдвое превосходят те же показатели для моделей предыдущего поколения. Моторы серии «Квантум» отвечают самым жестким экологическим требованиям TIER 3.

ДВИГАТЕЛИ ОБЪЕМОМ 15 — 20 Л

Моторы наибольшего литража (15-20 и более литров) выпускаются Ярославским и Тутаевским моторными заводами, а также ЧТЗ-Уралтрак.

8481 — базовая модель
Тутаевского моторного завода

Самые «маленькие» моторы рассматриваемого диапазона производят в Тутаеве.
Предприятие выпускает более 20 модификаций 8-цилиндровых V-образных дизелей объемом 17,24 л базовых моделей 8481 и 8424 с турбонаддувом и промежуточным охлаждением наддувочного воздуха.

Благодаря широкому мощностному диапазону (257 — 367 кВт) они используются на тяжелой автомобильной, дорожной и специальной технике, сельскохозяйственных и промышленных тракторах, дизель-электростанциях, начато производство судовой модификации.
Традиционными потребителями тутаевских дизелей являются БелАЗ, Киррвский завод, Минский, Брянский и Курганский заводы колесных тягачей. Более того, моторы нашли применение даже на зарубежной технике. При капремонте производится замена родных моторов кранов Kato, бульдозеров и трубоукладчиков Caterpillar и Komatsu на тутаевские.

ДВИГАТЕЛИ ОБЪЕМОМ ОТ 20 Л

Ярославский 12-цилиндровый V-образный мотор ЯМЗ-850 имеет нешуточный объем 25,86 л и мощность 328 — 418 кВт. Такие силовые установки применяются на тяжелой строительной технике производства ОАО «Промтрактор».

Моторы наибольшего объема выпускает ЧТЗ-Уралтрак. 38,88-литровые 12-цилиндровые моторы производятся предприятием для собственных нужд (тракторы 25 тягового класса).

Учитывая современную тенденцию в производстве отечественной строительной техники, когда потребитель предпочитает более производительные, надежные и экономичные зарубежные моторы, российским моторостроителям придется нелегко.

Оттягивание сроков запускав серийное производство новых моделей в еще большей степени будет способствовать распространению на российском рынке зарубежных моторов.

Типы двигателей и принципы их работы (для коммерческого и промышленного применения)

Двигатели представляют собой механические или электромеханические устройства, преобразующие энергию в движение. Энергия в виде электрической, гидравлической или пневматической энергии преобразуется во вращательное или линейное движение, а затем выводится на вал или другой компонент силовой передачи, где она выполняет полезную работу. Электрические двигатели включают разновидности переменного или постоянного тока, которые далее подразделяются на электрические двигатели специального назначения, включая мотор-редукторы, шаговые двигатели, серводвигатели и линейные двигатели. Гидравлические и пневматические двигатели используют жидкость (масло, воздух) в качестве движущей силы. Химические двигатели включают подвесные моторы для использования на лодках и ракетные двигатели, оба из которых используют внутреннее сгорание и часто называются двигателями. Электрический двигатель, используемый для приведения в движение небольших рыбацких лодок, называется троллинговым двигателем.

Ни одна из этой последней группы здесь не обсуждается.

Типы двигателей (и как они работают)

Электродвигатели переменного тока

Двигатели переменного тока представляют собой электромеханические устройства, питаемые переменным током для создания вращательного движения. Вращение обеспечивает механическую работу для привода других вращающихся машин, таких как насосы. Стандартные размеры рам доступны для различных мощностей, что облегчает взаимозаменяемость. Корпуса могут варьироваться от простых открытых конструкций до взрывозащищенных, невентилируемых конструкций, причем широко распространены полностью закрытые конструкции с вентиляторным охлаждением (TEFC). Международная рейтинговая система также предписывает уровни охлаждения и защиты. Двигатели переменного тока составляют большую часть двигателей, используемых сегодня, и приводят в действие насосы, вентиляторы, компрессоры и т. Д. Размеры варьируются от машин с меньшей мощностью до 20 000 л.с. больших размеров с блоками метрических размеров.

Двигатели переменного тока бывают однофазными или трехфазными.

Трехфазные машины классифицируются по конструкции ротора: с короткозамкнутым ротором или с фазным ротором. В конструкциях с короткозамкнутым ротором используются медные или алюминиевые стержни ротора, закороченные концевыми кольцами, и в некотором смысле они представляют собой настоящие асинхронные машины — своего рода вращающийся трансформатор. В роторах с обмоткой используются полюса ротора с проволочной обмоткой, количество которых равно количеству полюсов на статоре, а токосъемные кольца обеспечивают метод ввода сопротивления для запуска и изменения скорости. Полное напряжение или прямой запуск трехфазных машин возможен примерно до 200 л.с., после чего часто необходим метод пониженного напряжения, особенно для двигателей, которые часто запускаются, из-за заметного падения напряжения, влияющего на освещение. , другие моторы и т.д.

Однофазные двигатели используются в основном в диапазонах долей л.с. Они не являются самозапускающимися и могут быть сгруппированы по способу запуска. В наиболее широко используемой конструкции — двигателе с расщепленной фазой — используются две обмотки статора для получения пары несбалансированных токов обмоток, при этом вспомогательная обмотка отключается, когда скорость двигателя приближается к синхронной. Конденсаторный двигатель вставляет конденсатор во вспомогательную обмотку, которая в случае машины с конденсаторным пуском выпадает, когда двигатель приближается к рабочей скорости, а в случае двигателя с двухзначным конденсатором переключается на второй конденсатор, когда он приближается. скорость бега. В конструкции с постоянным разделенным конденсатором вспомогательная обмотка и конденсатор остаются под напряжением на рабочей скорости. Наконец, в двигателе с экранированными полюсами используются неравномерно разделенные полюса с экранирующими катушками, которые заставляют вращающееся поле двигаться в направлении экранированного полюса (т. Е. Необратимо). Двигатели с экранированными полюсами являются одними из самых дешевых однофазных машин.

Синхронные однофазные двигатели используются в устройствах времени.

Для получения дополнительной информации ознакомьтесь с нашей полной статьей о типах двигателей переменного тока.

Двигатели постоянного тока

Двигатели постоянного тока представляют собой электромеханические устройства, питаемые постоянным током, для создания вращательного движения. Движение обеспечивает вращательную работу для привода других вращающихся машин, таких как подъемники, с различной скоростью. Определенные схемы проводки могут создавать сильный крутящий момент на малых скоростях, что делает их подходящими в качестве тяговых двигателей для локомотивов, хотя они в значительной степени были заменены двигателями с регулируемой частотой. Точно так же двигатели тележек для гольфа неуклонно перестраиваются с щеточных конструкций на более совершенные формы с электронными приводами. Стандартные размеры рам доступны для различных мощностей, что облегчает взаимозаменяемость. Корпуса могут варьироваться от простых открытых конструкций до взрывозащищенных невентилируемых конструкций.

Международная рейтинговая система также предписывает уровни охлаждения и защиты. Двигатели постоянного тока имеют множество применений в игрушках и потребительских товарах и широко используются автопроизводителями. Они находят применение в лифтах, электрических вилочных погрузчиках и конвейерах, где нагрузки с постоянным крутящим моментом являются нормальными. Двигатели постоянного тока бывают щеточными и бесщеточными (с постоянными магнитами), для работы последних требуются электронные приводы и контроллеры.

Традиционные щеточные двигатели постоянного тока классифицируются на основе возбуждения, используемого в обмотке возбуждения, с тремя основными различиями: шунтовое, последовательное и составное. Шунтовые двигатели имеют низкий пусковой момент, низкую перегрузочную способность, минимальное изменение скорости в зависимости от нагрузки и плохую стабильность при нулевой нагрузке. Серийные двигатели имеют высокие пусковые моменты, высокую перегрузочную способность, значительное изменение скорости в зависимости от нагрузки и хорошую стабильность при нулевой нагрузке. Составные двигатели находятся где-то между двумя другими по рабочим характеристикам, хотя они также остаются стабильными при нулевой нагрузке.

Для двигателей постоянного тока мощностью более 3/4 л.с. необходимо использовать пускатели для ограничения пускового тока во избежание возгорания коллекторов.

Мотор-редукторы

Мотор-редукторы представляют собой электромеханические устройства с питанием от переменного или постоянного тока для создания вращательного движения. Движение обеспечивает вращательную работу, которая затем понижается через встроенный редуктор для привода других вращающихся машин, таких как конвейеры или упаковочные машины. Мотор-редукторы используются там, где требуется, чтобы двигатели и редукторы создавали высокий крутящий момент на малых скоростях. Интегрируя два компонента, мотор-редукторы достигают эффективности в размерах, устраняют внешние муфты, повышают устойчивость к промывке и т. д. Часто редукторы взаимозаменяемы между производителями.

Хотя это редкость для больших двигателей, мотор-редукторы довольно распространены с дробными размерами л.с. Они доступны с различными типами выходных валов, включая двигатели переменного тока, щеточные и бесщеточные двигатели постоянного тока.

Шаговые двигатели

представляют собой электромеханические устройства, работающие от переменного тока, для создания вращательного движения и позиционирования. Как правило, шаговые двигатели не имеют контура обратной связи, как серводвигатели, а вместо этого обеспечивают управление положением, поворачивая ротор двигателя на дискретное количество шагов. Они специфичны для приложений управления движением. Шаговые двигатели используются в приложениях позиционирования, где важно удержание положения, и используются на упаковочных машинах, принтерах и т. д., где потеря положения из-за перегрузки не критична и важна экономичность.

Серводвигатели

Серводвигатели представляют собой электромеханические устройства с питанием от переменного или постоянного тока для создания вращательного движения и позиционирования.

Серводвигатели используют контур обратной связи для управления радиальным положением ротора двигателя относительно его статора. Они специфичны для приложений управления движением. Серводвигатели используются в приложениях позиционирования, где первостепенное значение имеет плавное контролируемое движение, например, в промышленных роботах. Упаковочная машина может использовать серводвигатель для подачи точного количества упаковочной пленки в зону формования во втором примере, где в прошлом такая подача могла контролироваться с помощью механического индексатора с приводом от двигателя.

Линейные двигатели

— это электромеханические устройства, работающие на переменном или постоянном токе и обеспечивающие линейное, а не вращательное движение. Линейное движение полезно в приложениях, где можно использовать пневматический цилиндр, но требуется большая точность и позиционная обратная связь, или где движение может варьироваться от хода к ходу. Также могут возникнуть проблемы с конфигурацией двигателя и формой силового механизма/ползунка.

Линейные двигатели используются в упаковочных машинах, сборочных машинах, погрузочно-разгрузочном оборудовании и в различных приложениях в медицинском оборудовании.

Пневматические двигатели

Пневматические двигатели — это механические устройства, приводимые в действие давлением воздуха для создания вращательного движения. Движение обеспечивает вращательную работу для привода других вращающихся машин, таких как приемные барабаны и инструменты. Пневматические двигатели используются там, где доступен источник сжатого воздуха и где требуется постоянный крутящий момент независимо от скорости, например, в барабане для приема отходов на упаковочной машине. Они также используются во взрывоопасных средах, где они считаются искробезопасными.

Гидравлические двигатели

Гидравлические двигатели представляют собой механические устройства, приводимые в действие жидкостью для создания вращательного движения. Движение обеспечивает вращательную работу для привода других вращающихся элементов, таких как ведущие колеса тяжелого экскаватора. Гидравлические двигатели широко используются в строительной технике, где требуется вращательное движение от компактного устройства, а гидравлическая мощность уже доступна. Гидравлические двигатели могут быть лопастными, шестеренчатыми или поршневыми, как и гидравлические насосы. LSHT, или низкоскоростные двигатели с высоким крутящим моментом, доступны у некоторых производителей. Модифицированный двигатель лопастного типа, называемый двигателем с вращающимся упором, должен иметь более низкое трение и лучшее уплотнение, чем эквивалентный лопастной двигатель.

Различные применения двигателей и отрасли промышленности

Среди двигателей переменного тока, постоянного тока, редукторные, воздушные и гидравлические разновидности обеспечивают вращательное движение, в то время как шаговые, серводвигатели и линейные двигатели обеспечивают позиционирование. Двигатель переменного тока, скорее всего, подойдет для привода насоса; двигатель постоянного тока хорошо подходит для привода барабана крана, где важна переменная скорость; мотор-редукторы выполняют те же функции, что и обычные двигатели переменного и постоянного тока, за исключением того, что они оснащены встроенными редукторами; а воздушные и гидравлические двигатели удовлетворяют аналогичные потребности в ситуациях, когда электричество нецелесообразно или не подходит.

Позиционирование относится к остальным трем типам, а это означает, что эти типы используются там, где элементы машины необходимо перемещать в точно заданные места. В то время как роторные двигатели охватывают весь спектр размеров от очень маленьких субдробных единиц HP до самых больших машин выше NEMA, шаговые, сервоприводы и линейные двигатели обычно имеют максимальную мощность в несколько лошадиных сил и превосходят их в меньших размерах.

Трехфазные асинхронные двигатели переменного тока повсеместно используются в промышленности. В них используются роторы с короткозамкнутым ротором (бесщеточные), которые индуцируют магнитные поля в полюсных обмотках, которые затем взаимодействуют с магнитными полями обмоток статора, создавая вращение. Скорость двигателя переменного тока зависит от количества полюсов и частоты приложенного напряжения, особенно часто встречаются 1800 (4-полюсный) и 3600 об/мин (2-полюсный). Фактическая скорость немного отстает от номинальной скорости вращающегося магнитного поля или линейной скорости и зависит от нагрузки. Синхронные двигатели переменного тока точно соответствуют скорости вращающегося поля, независимо от нагрузки, но их применение, как правило, ограничивается особыми случаями, когда это критично, например, в мотор-генераторах. В другом синхронном двигателе, так называемом двигателе переменного тока с постоянными магнитами, используется та же технология с постоянными магнитами, что и в бесщеточных конструкциях постоянного тока, для создания синхронных двигателей переменного тока, которые доступны в дробных и целых размерах л.с. Эти двигатели требуют электронных приводов. Двигатели переменного тока по своей природе не подходят для управления скоростью, хотя существует ряд методов как в конструкции двигателя (обмотанный ротор), так и в схеме контроллера, позволяющих сделать возможным управление скоростью. Несколько обмоток — один из способов получения двухскоростного асинхронного двигателя. Преобразователи частоты могут обеспечивать бесступенчатую регулировку скорости. Доступны также различные пусковые устройства, такие как устройства плавного пуска, которые помогают уменьшить воздействие пуска двигателя, например, на бутылки на конвейерной линии.

Другой двигатель переменного тока, называемый универсальным или двигателем переменного тока серии , используется во многих бытовых приборах, таких как пылесосы, дрели, вакуумные системы и т. д. Он использует те же щетки и коллектор, что и двигатель постоянного тока, но может работать на переменного тока, потому что направление переключения тока возбуждения точно совпадает с направлением коммутируемого тока якоря. Они, как правило, шумны при работе и лучше всего подходят для периодического использования, например, в электроинструментах, из-за износа щеток, но они могут регулировать скорость.

Двигатели постоянного тока обеспечивают внутреннюю регулировку скорости благодаря своей конструкции и использованию нечастотного постоянного тока в качестве движущей силы. В двигателе постоянного тока обычно используются щетки для подачи постоянного тока на ротор. Управляя уровнем напряжения постоянного тока, оператор может напрямую управлять скоростью двигателя. Двигатели постоянного тока этой конструкции, иногда называемые коллекторными двигателями из-за коллектора, установленного на валу, на котором вращаются щетки, широко используются в автомобилях и в небольших устройствах. В своих больших размерах они используются в приложениях, где контроль скорости является обязательным: подъемники и краны, станки, прессы и т. д. С появлением более сильных магнитов стали популярны двигатели постоянного тока с постоянными магнитами, которые обходятся без щеток. Эти двигатели несколько ограничены по размеру, около одной лошадиной силы на верхнем конце, и требуют приводов для их электронного переключения. Прорези между зубьями обмотки статора вызывают явление, известное как «зубчатость», и конструкции без прорезей представляют собой попытку преодолеть это явление. Доступны определенные конструкции с постоянными магнитами, которые обеспечивают высокий крутящий момент на низких скоростях, например, двигатели BLDC типа блина, которые особенно подходят для роботизированных приложений. Существуют также небольшие двигатели постоянного тока, называемые микродвигателями , которые используются в электронных устройствах и т. п., часто питаясь от аккумуляторов.

Мотор-редукторы доступны в версиях переменного и постоянного тока, как правило, небольшого размера, где целесообразно тесное соединение двигателя и редуктора. Доступны мотор-редукторы с различными редукторами, такими как параллельный вал, угловой редуктор, планетарная передача и т. д.

Шаговые двигатели предназначены для позиционирования. Они полагаются на постоянные магниты на своих роторах, которыми можно управлять с дискретными интервалами, возбуждая поле статора. Для работы шагового двигателя требуется контроллер/привод. Шаговые двигатели обычно индексируют 1,8 или меньше градусов вращения для каждого шага, но их можно дополнительно разделить с помощью так называемых микрошаговых контроллеров. Конструкция двигателя также влияет на разрешающую способность шагового двигателя — количество шагов на один оборот — 5-фазные двигатели обеспечивают большее количество шагов, чем 2-фазные. Шаговые двигатели обеспечивают относительно недорогой способ имитации позиционирования сервопривода, хотя в них обычно отсутствует позиционная обратная связь. Шаговые двигатели обычно могут удерживать нагрузку во время остановки, что является преимуществом для приложений позиционирования.

Серводвигатели — это позиционеры с истинной обратной связью, которые включают энкодеры для передачи информации о положении своим контроллерам. Они контролируют как скорость, так и точность за счет использования контуров обратной связи. Специальный серводвигатель, называемый моментным двигателем, предназначен для приложения крутящего момента к валу без необходимости его вращения, что может потребоваться для поддержания постоянного натяжения натяжного устройства полотна. Конструкция позволяет двигателю развивать крутящий момент в остановленном состоянии без перегрева. Его также можно использовать для прямого доступа к таблицам индексации.

Линейные двигатели лучше всего рассматривать как роторные двигатели, которые были «развернуты» для создания роторов, движущихся по линейным траекториям. Обычно они управляются сервоприводом, но также могут быть основаны на шаговых двигателях и использоваться для позиционирования и точного управления скоростью, чего нельзя достичь с помощью более дешевых средств, таких как воздушные цилиндры и т. д. Некоторые производители предлагают линейные двигатели, которые также могут вращаться. Как и для любого серводвигателя или шагового двигателя, для линейных двигателей требуются электронные приводы/контроллеры.

Пневматические двигатели просто приводятся в действие воздухом, а не электричеством, и обычно используются в пневматических инструментах, таких как пневматические ключи и т. д. Пневматические двигатели используются там, где требуется постоянный крутящий момент, например, на приемных барабанах на машинах для обработки полотна. Они также используются во взрывоопасных средах, поскольку считаются искробезопасными. Скорость пневматического двигателя можно несколько изменить, дросселируя впускной клапан, что позволяет бесплатно регулировать скорость, например, при использовании на подъемнике.

Гидравлические двигатели приводятся в действие гидравлической жидкостью и обычно находятся на вращающихся элементах строительного оборудования, например, в колесных двигателях. Они мощные для своего размера, легко реверсируются и регулируются по скорости. Им требуются источники гидравлической энергии, которая на строительной технике с приводом от двигателя обычно обеспечивается гидравлическими насосами/системами. Стационарные установки с меньшей вероятностью будут иметь гидравлическую энергию в качестве коммунальных услуг, поскольку они будут использовать сжатый воздух, но для них доступны так называемые гидравлические блоки питания.

Соображения

Двигатели переменного и постоянного тока доступны в стандартных размерах корпуса NEMA, что делает двигатели этих размеров взаимозаменяемыми. Их иногда называют агрегатами Integral HP или просто средними машинами. Двигатели также бывают в виде единиц с дробным числом л.с., называемых FHP или просто малыми, и в виде нестандартных конструкций за пределами интегральных рам NEMA, иногда называемых большими машинами. IEC предлагает аналогичные стандартизированные метрические корпуса и отсеки двигателей.

Варианты защиты обычно указываются в одной из двух форм: код или классификация NEMA и код IEC. Большинство двигателей относятся к полностью закрытым двигателям с вентиляторным охлаждением, сокращенно TEFC, но имеется множество разновидностей от открытых, каплезащитных (ODP) до полностью закрытых, невентилируемых (TENV). Код IEC обеспечивает аналогичную классификацию с помощью двузначного числового кода, первый из которых определяет степень защиты корпуса от твердых предметов, а второй — уровень защиты от проникновения влаги. Например, двигатель со степенью защиты IP67 считается пыленепроницаемым и водонепроницаемым. Погружные двигатели, охлаждаемые иммерсионной жидкостью, доступны для скважинных насосов и т.п.

NEMA также проводит различие между двигателями непрерывного и повторно-кратковременного режима работы. Двигатель с повторно-кратковременным режимом работы предназначен для нечастого использования с достаточным охлаждением между пусками, как это может быть в случае с недорогим воздушным компрессором, который также имеет рабочие циклы менее 100%. Также существует пятибуквенная рейтинговая система NEMA для описания эксплуатации двигателя, например «A», которая может использоваться для вентилятора, который не нужно запускать под нагрузкой, или «C», которая подходит для конвейер, который, вероятно, будет запущен под нагрузкой.

Эти же коды могут применяться и к другим типам двигателей, особенно к редукторным, шаговым и серводвигателям.

Варианты монтажа включают монтаж на основании или на лапах, а также монтаж на лицевой стороне. В первом варианте двигатели поддерживаются на собственных основаниях — часто на одной раме с ведомым оборудованием, тогда как во втором варианте двигатели крепятся к корпусам ведомого оборудования, что иногда используется с насосами. Некоторые двигатели специально предназначены для работы в вертикальном положении. Эти так называемые двигатели специального назначения предназначены для привода насосов и особенно подходят для работы в ограниченном пространстве, например, на борту судов.

Номинальная скорость и мощность являются основными параметрами для определения двигателей вращательного типа. Количество фаз тоже важно, обычно одна или три.

Важные атрибуты и критерии выбора

Тип двигателя

Для блоков переменного тока основной выбор — между асинхронными и синхронными двигателями. Тормозные двигатели представляют собой асинхронные машины со встроенными тормозами, которые могут удерживать нагруженный двигатель на месте. Для машин постоянного тока основным выбором является бесщеточный агрегат или агрегат, в котором используются щетки. Мотор-редукторы предлагают многие из этих вариантов.

Отраслевая направленность/Предполагаемое применение

Многие двигатели предназначены для общего применения, в то время как некоторые из них имеют специальные характеристики или номинальные режимы работы, подходящие для конкретных применений. NEMA определяет множество двигателей специального назначения, в том числе для вентиляторов и воздуходувок, деревообрабатывающих станков и т. д. Производители часто классифицируют свои двигатели специального назначения по этим признакам, т. е. для работы в сельском хозяйстве, ОВКВ, для промывки и т. д. Спецификаторы двигателей могут полагаться на эти атрибуты, чтобы сузить выбор, если смотреть за пределы диапазона двигателей общего назначения. Например, 400 Гц. двигатели, предназначенные для авиационных и аэрокосмических применений. В некоторых приложениях, таких как вибраторы для обработки материалов, могут использоваться электрические или пневматические двигатели.

Вращение вала

Как правило, трехфазные асинхронные двигатели являются реверсивными. Многие из них можно заставить работать в противоположном направлении, переключая провода в месте их подключения к двигателю. Некоторые двигатели, особенно небольшие синхронные двигатели, используемые для управления заслонками и т. д., являются однонаправленными, но часто могут быть указаны как вращение по часовой стрелке или против часовой стрелки. Вращение двигателя обычно определяется, если смотреть со стороны привода (DE), то есть конца двигателя со стороны нагрузки или со стороны соединения. Для нереверсивных двигателей постоянного тока, однофазных двигателей переменного тока, синхронных и универсальных двигателей обычно используется направление CW.

Напряжение двигателя

Двигатели среднего напряжения обычно работают от 2300 или 4000 вольт. Небольшие трехфазные двигатели общего назначения могут работать от источников питания 208–230 или 460 вольт. Однофазные двигатели обычно работают от сети 115 или 230 вольт.

NEMA Class Design Rating

NEMA поддерживает ряд рейтингов для конструкции двигателя, которые определяют изоляцию и повышение температуры, которое он должен выдерживать.

Конструкция вала

Валы двигателя и могут быть заказаны со шпоночными пазами или плоскими гранями для крепления муфт и т. д. Они также могут быть короче стандартных валов. Валы также могут иметь резьбу для крепления резьбовых крепежных деталей.

Ресурсы

Торговые ассоциации

http://www.motioncontrolonline. org/
http://www.nema.org/pages/default.aspx
http://www.easa.com/

Нормы и стандарты

Стандартов двигателей слишком много, чтобы их перечислять, но читатель может обратиться к организациям по стандартизации, таким как NEMA, IEC и NFPA (Nat’l Fluid Power Assn.) за их исчерпывающими коллекциями стандартов двигателей. Выборка включает:

SAE J744 Монтаж гидравлического насоса/двигателя и размеры привода
Двигатели и генераторы NEMA MG1
Малые электродвигатели NEMA SEM S1
IEC 60034 Вращающиеся электрические машины
NEMA ICS 16 Двигатели с управлением движением/положением, управление, обратная связь

Внешние ссылки

Электродвигатели Marathon — Типы и области применения — Gainseville Industrial
Правила хранения электродвигателей — Renown Electric
Методы тестирования двигателей для реализации — Renown Electric

Резюме

В этом руководстве представлены основные сведения об электродвигателях и двигателях с гидравлическим приводом, а также об их выборе и использовании в различных условиях. Для получения дополнительной информации о дополнительных продуктах обратитесь к другим нашим руководствам или посетите платформу поиска поставщиков Thomas, чтобы найти потенциальные источники или просмотреть сведения о конкретных продуктах.

Другие товары для двигателей

Типы катушек индуктивности и сердечников
Типы контроллеров двигателей и приводов
Типы двигателей постоянного тока
и двигатели постоянного тока — в чем разница?
Все об асинхронных двигателях — что это такое и как они работают
Типы двигателей переменного тока
Все о синхронных двигателях — что это такое и как они работают
— как они работают?
Что такое двигатель с короткозамкнутым ротором и как он работает?
Что такое двигатель с фазным ротором и как он работает?
Все о реактивных двигателях — что это такое и как они работают
Все о бесщеточных двигателях постоянного тока: что это такое и как они работают
Все о двигателях с постоянными магнитами: что это такое и как они работают
Все о двигателях постоянного тока с обмоткой серии — что это такое и как они работают
Все о шунтирующих двигателях постоянного тока: что это такое и как они работают
Все о шаговых двигателях — что это такое и как они работают
и серводвигатели — в чем разница?
Все о контроллерах двигателей переменного тока — что это такое и как они работают
Синхронные двигатели и асинхронные двигатели — в чем разница?
и щеточные двигатели — в чем разница?
Кто изобрел паровой двигатель? Урок промышленной истории
Все о двигателях с электронным управлением: что это такое и как они работают
и серводвигатели — в чем разница?
и двигатели постоянного тока — в чем разница?
Все о контроллерах серводвигателей — что это такое и как они работают
Что такое трехфазный двигатель и как он работает?
ECM Motors и PSC Motors — в чем разница?
Все о устройствах плавного пуска двигателей: что это такое и как они работают
Все о контроллерах двигателей постоянного тока — что это такое и как они работают
Основы тестирования двигателя (и ротора)
Что такое штамповка двигателя и как это работает?

Больше из Машины, инструменты и расходные материалы

Машины, инструменты и расходные материалы

Двигатели для электрических велосипедов | Запчасти для электровелосипеда

Вы слышали (или, может быть, даже уже владеете) об электронном велосипеде, двухколесном транспортном средстве, которое помогает вам крутить педали с помощью двигателя. Велосипеды с батарейным питанием стали более распространенными (и менее дорогими!) с годами. Но они по-прежнему вызывают некоторые вопросы о том, как именно работает двигатель и что это значит для опыта вождения. Поэтому мы исследовали растущую индустрию электронных велосипедов, чтобы узнать все, что могли, о двигателях и о том, как они взаимодействуют как с велосипедом, так и с гонщиком.

При этом мы поговорили с тремя экспертами: Джастином Лемир-Элмором, основателем и владельцем Grin Technologies, инжиниринговой компании из Ванкувера, которая специализируется на комплектах для электровелосипедов своими руками; Понтус Мальмберг, основатель Blix Bikes и соавтор моторов со ступичным приводом SpinTech; и Джонатан Вейнерт, доктор философии, директор по стратегическому маркетингу глобальной мобильности в корпорации Gates, работающий над велосипедами и электронными велосипедами. Вот все, что вам нужно знать о двигателях для электровелосипедов.

4 лучших электровелосипеда, которые вы можете купить прямо сейчас

Cruiser с индивидуальным дизайном

Electric Bike Company Model X

Купить сегодня

Заказ онлайн, поставляется полностью собранным.

Электровелосипед Best Value E-Bike

Aventon Pace 350

КУПИТЬ СЕГОДНЯ

Дешевый и надежный проходной.

Compact E-Cargo

Rad Power Bikes RadRunner

Сейчас скидка 77%

КУПИТЬ СЕГОДНЯ

Недорого, мощно и доставляется немедленно.

Отличный пригородный автомобиль

Aventon Level Commuter

КУПИТЬ СЕГОДНЯ

Кредит: Предоставлено

Мощный и идеальный для поездок на работу.

В этом руководстве

В следующем объяснении мы рассмотрим следующие темы, посвященные двигателям электровелосипеда:

Как работают моторы электровелосипеда
Как моторы работают с остальной частью электровелосипеда
Отличия Типы двигателей
Двигатели среднего привода и моторы-втулки
Двигатели-втулки с прямым приводом и мотор-редукторы
Что означают номинальные мощности
На что еще обратить внимание

Мы надеемся, что вы уйдете с лучшим пониманием технологии, хотя бы для того, чтобы удовлетворить ваше любопытство по поводу велосипедов, которые жужжат.

По существу, электродвигатели преобразуют электрическую энергию в механическую. В электронных велосипедах используются бесщеточные двигатели постоянного тока или двигатели BLDC, что означает, что они не используют щетки для изменения направления тока, протекающего к двигателю, как это делали старые электродвигатели. Эти щетки снижали эффективность двигателей и со временем изнашивались, поэтому бесщеточные двигатели были стандартом уже более десяти лет.

Бесщеточные электродвигатели используют постоянные магниты и электромагниты для преобразования электрической энергии в механическую.

Wikimedia Commons

Откройте двигатель BLDC, и вы увидите пучок проводов, намотанных на круглые ряды полюсов. Это статор; он становится электромагнитом, когда контроллер мотора пропускает ток от батареи по проводам. Вы также увидите круглую серию постоянных магнитов либо непосредственно внутри, либо снаружи статора. Ориентация магнитов относительно статора зависит от типа двигателя BLDC, но в любом случае это ротор.

Понимание взаимодействия между ротором и статором имеет решающее значение для понимания того, как работают двигатели электровелосипеда. Когда ток проходит через электромагниты статора в круговой последовательности, эти электромагниты отталкивают и притягивают постоянные магниты на роторе, заставляя его вращаться. Статор прикреплен к валу. На двигателе со средним приводом вал вращается для создания крутящего момента, и этот крутящий момент помогает вам крутить педали через небольшую переднюю звезду, соединенную с валом. В ступичных двигателях вал становится осью и поэтому не вращается. Вместо этого вращается сам ротор, заставляя вращаться весь двигатель (ступицу), создавая таким образом крутящий момент для вращения переднего или заднего колеса.

В дополнение к двигателю все электронные велосипеды имеют контроллеры двигателя и аккумуляторы. Контроллеры модулируют количество энергии, подаваемой на двигатель, который использует ваш ввод для передачи желаемого количества тока от батареи к двигателю. «Что делает электровелосипед электровелосипедом, так это то, как распределяется мощность», — говорит Лемир-Элмор.

Электровелосипеды с педалями могут использовать датчик скорости (также известный как частота вращения педалей), который регулирует электронную помощь, определяя частоту педалирования водителя, или датчики крутящего момента, которые определяют, какой крутящий момент велосипедист вкладывает в педали. У некоторых электронных велосипедов есть дроссели, которые позволяют вам использовать двигатель независимо от педалирования, хотя региональные законы определяют, где вы можете и не можете использовать электронные велосипеды с дросселем.

Связанная история

Как освоить ход педали

Несмотря на то, что они используют одну и ту же базовую технологию, двигатели, которые вы увидите на современных электронных велосипедах, выпускаются в трех основных вариантах. Двигатели среднего привода расположены в центре рамы велосипеда, где обычно находится каретка. Электровелосипеды с приводом от ступицы имеют двигатели в передней или задней ступице, и существует два типа ступичных двигателей.

Присоединяйтесь к Bicycling All Access для получения дополнительной информации о велосипедах

Втулочные двигатели с прямым приводом, за исключением подшипников, не имеют движущихся частей: двигатель просто вращается вокруг оси, которая закреплена на дропауте рамы. В мотор-редукторах используется ряд планетарных передач для снижения частоты вращения двигателя и увеличения выходного крутящего момента.

Вы также найдете комплекты для вторичного рынка электровелосипедов, которые позволяют оборудовать стандартный велосипед двигателем со средним приводом или ступицей, а среди комплектов для вторичного рынка есть фрикционные приводы, в которых используется вращающееся колесо, контактирующее с задним колесом. создать тягу.

Промежуточные приводы

Двигатель среднего привода Bosch в разобранном виде.

Bosch

Двигатели среднего привода расположены между кривошипами электровелосипеда. Электродвигатель создает крутящий момент, который вращает вал, соединенный с передней звездой. Таким образом, двигатель дополняет вашу мощность педалирования в цепном приводе велосипеда, а не добавляет дополнительный источник энергии. В моторном блоке также есть система редуктора. Электродвигатели Bosch со средним приводом вращаются сотни раз в минуту — намного быстрее, чем вы могли бы крутить педали, — поэтому внутренняя передача двигателя снижает число оборотов на валу, тем самым оптимизируя производительность системы до удобной для водителя частоты вращения педалей от 50 до 80 об/мин. — говорит Вейнерт из Bosch. Все системы среднего привода, кроме самых дешевых, включают датчики переключения передач, которые отключают питание двигателя, когда вы переключаете передачи, чтобы избежать разрыва цепи, когда велосипед не включен.

Моторы-втулки с прямым приводом

Разобранный двигатель с прямым приводом. Ступица и ротор (левый элемент с магнитами) вращаются вокруг статора (центральный элемент с проводкой).

Джастин Лемир-Элмор

Втулочные электродвигатели с прямым приводом — это самые простые двигатели для электровелосипедов. Вал двигателя становится задней осью. Поскольку вал зафиксирован на месте, двигатель (также известный как ступица) вращается вокруг вала, толкая вас вперед. По словам Лемира-Элмора из Grin Technologies, двигатели с прямым приводом, как правило, имеют больший диаметр, чем двигатели с редуктором, потому что большие ступицы означают повышенный рычаг и более высокий выходной крутящий момент, что необходимо для обеспечения достаточной мощности при более низких оборотах. Электровелосипеды с прямым приводом также могут генерировать электроэнергию во время торможения в процессе, называемом рекуперативным торможением.

«Двигатели идеально двунаправлены», — говорит Лемир-Элмор. «Они могут двигаться вперед и назад с одинаковой эффективностью». Когда вы нажимаете на тормоз, выключатель отсечки сообщает контроллеру мотора стать генератором, а сопротивление вырабатывает электрическую энергию. Энергия, полученная от рекуперативного торможения, минимальна — YouTuber Том Стэнтон обнаружил, что его рекуперативная система увеличивает запас хода на 3,5 процента, хотя прирост энергии увеличивается на холмистых трассах, — но основное преимущество заключается в снижении тормозной способности на длинных спусках, поскольку энергия торможения поглощается электронным способом, а не за счет трения.

Мотор-редуктор

Разобранный мотор-редуктор. Планетарные шестерни (вторая слева) замедляют скорость ступицы (справа).

Justin Lemire-Elmore

Мотор-редуктор с редуктором работает так же, как мотор-редуктор с прямым приводом, за исключением того, что внутри ступицы находится электродвигатель, который вращается с гораздо большей скоростью. Вал этого двигателя соединяется с рядом планетарных шестерен, которые соединяются со ступицей, вращая ступицу с более низкой скоростью. Этот метод генерирует больший крутящий момент, но меньшую максимальную скорость.

Втулочные двигатели с редуктором, как правило, имеют меньший диаметр, чем двигатели с прямым приводом, потому что им не требуется такой большой двигатель для создания такого же крутящего момента на колесе, но планетарные передачи также делают ступицы шире. Двигатели также имеют механизм свободного хода: это означает, что потенциал для рекуперативного торможения отсутствует, но они будут двигаться свободно, вместо того, чтобы создавать незначительное сопротивление, когда они не находятся под напряжением, что делает электровелосипеды с мотор-редукторами более похожими на традиционные велосипеды. .

Friction Motors

Электровелосипеды с фрикционным приводом кажутся архаичными по сравнению с современными мотор-колесами и системами среднего привода, но недорогая конструкция имеет преимущества для велосипедистов, которые хотят переоборудовать традиционный велосипед с минимальными усилиями. Мотор с болтовым креплением приводит в движение небольшое колесо, которое контактирует с шиной, обычно под нижними перьями или над перьями сиденья, хотя некоторые комплекты крепятся к креплению тормоза вилки. Колесо мотора раскручивает шину, толкая вас вперед. Трение означает повышенный износ шин, но плюс в том, что комплекты легко заменяется между велосипедами . Вы не найдете фрикционных приводов на новых электронных велосипедах, потому что они, как правило, громоздки и менее эффективны, но комплекты «все в одном», такие как , этот от Alizeti , являются одними из самых простых способов электрифицировать стандартный велосипед.

Системы DIY

Если вы технически подкованы и не боитесь испачкать руки, вы можете дооснастить практически любой велосипед мотор-колесом или системой среднего привода. Выберите двигатель, метод помощи педалям и размер батареи в соответствии с вашими потребностями в комплектах вторичного рынка для электронных велосипедов. 9Например, системы 0364 Bafang G310 с редукторным двигателем являются фаворитами среди производителей электронных велосипедов, и весь комплект для самостоятельной сборки стоит от 479 до 2393 долларов США, в зависимости от вашего выбора компонентов.

4 складных электровелосипеда

Лучшее соотношение цены и качества

Rad Power Rad Power RadMini

1499 долларов США в Rad Power Bikes

Толстые шины и дисковые тормоза для бездорожья.

Лучшее для любителей автодомов

Aventon Aventon Sinch

Скидка 13%

1,39 $9 в Aventon Bikes

Забавный складной фэтбайк почти всегда в наличии.

Лучший вариант для поездки с другом

Складной электрический велосипед Tern GSD S10

5099 долларов США в REI

Складной электрический грузовой велосипед с пассажирскими подножками? Черт, да!

Колеса Real Mag

e-Joe e-Joe Epik Carbon

1699 долларов США на ejoebike.net

Колеса Mag и скрытый аккумулятор ест твой приоритеты в велосипеде. Имея это в виду, это плюсы и минусы каждого дизайна.

Плюсы и минусы среднего привода

Вообще говоря, средние приводы поднимаются по крутым склонам более эффективно, чем электровелосипеды с приводом от ступицы, потому что они могут использовать существующую зубчатую трансмиссию велосипеда, чтобы использовать более высокую передачу для подъема на низкой скорости. вместо того, чтобы дополнять его в качестве дополнительного нередукторного источника питания. (Недостаток эффективности возникает, когда мотор-втулка не вращается с оптимальными оборотами — мощный мотор-редуктор должен быть таким же эффективным, как и средний привод.) Центральное положение на велосипеде также обеспечивает более сбалансированную езду. Это, в сочетании с преимуществом при лазании, делает их идеальным двигателем для электронных горных велосипедов.

Замена шин на электровелосипедах со средним приводом проще, потому что между рамой и втулкой нет проводки, что позволяет пользователям использовать любую колесную пару.

Система среднего привода Shimano STEPS обеспечивает центрированное распределение веса.

Предоставлено Shimano

Недостатком добавления двигателя среднего привода к велосипеду с цепным приводом является повышенный износ цепи. Респектабельные производители электровелосипедов не будут экономить на качестве цепей, но дополнительный крутящий момент означает, что вы можете чаще заменять цепи. Средние приводы также дороже, потому что они содержат больше механических компонентов и более высокую передачу, что увеличивает стоимость.

Плюсы и минусы ступичного привода

Поскольку ступичные двигатели работают вне цепного привода велосипеда, они не изнашивают цепи и шестерни, как это могут делать промежуточные приводы. Они также дешевле, потому что производятся серийно в гораздо больших количествах и не требуют от производителей изменения рамы для соответствия конкретному двигателю.

Втулочный мотор-редуктор на Aventon Pace 500.

Trevor Raab

Втулочные моторы, особенно с прямым приводом, не так эффективно набирают высоту, как средние приводы. «Если вы едете в гору на низкой скорости, а двигатель также вращается на низкой скорости, вы превращаете большую часть этой мощности в тепло, а не в движение вперед», — говорит Вайнерт. Более высокая мощность, необходимая для двигателей-втулок с прямым приводом, означает более крупные двигатели и батареи, что увеличивает вес.

Распределение веса также неравномерно, хотя влияние на управляемость мотоцикла зависит от веса двигателя. Наконец, замена шин может быть утомительной, потому что вам нужно будет отсоединить провода, которые питают и управляют ступичным двигателем.

Электровелосипеды с 4 толстыми шинами

SONDORS X

2259 долл. США на сайте sondors.com

Rad Power Bikes RadRunner 1

1499 долл. США на Rad Power Bikes

This e Велосипед имеет переднее, центральное и заднее отделение.

Aventon Sinch

1699 долларов США в Aventon Bikes

Инновационный встроенный в раму аккумулятор позволяет складывать этот велосипед пополам.

Если вы рассматриваете электровелосипед с приводом от ступицы, узнайте, какой у него редукторный или прямой привод. У каждой конструкции есть свои плюсы и минусы.

Вообще говоря, мотор-редукторы лучше подходят для низкоскоростных применений с высоким крутящим моментом, а двигатели с прямым приводом лучше подходят для высокоскоростных применений. «[Двигатели с редуктором] могут весить вдвое меньше, чем двигатель с прямым приводом, который имеет такой же крутящий момент», — говорит Лемир-Элмор, из-за более высоких внутренних оборотов двигателя с редуктором.

Однако из-за пониженного крутящего момента мотор-редукторы с трудом достигают той же максимальной скорости, что и системы с прямым приводом, которые могут работать на более высоких скоростях и большей мощности без перегрузки. Мотор-редукторы выбегают с меньшим сопротивлением, чем двигатели с прямым приводом, хотя дополнительное сопротивление выбегу двигателя с прямым приводом минимально; это эквивалентно добавлению еще одного комплекта шин, — говорит Лемир-Элмор.

Двигатели с прямым приводом, подобные этому, имеют тенденцию быть высокими и узкими. Рычаг, обеспечиваемый большим статором, делает их подходящими для высокоскоростных приложений.

Justin Lemire-Elmore

Двигатели с прямым приводом, как правило, больше и тяжелее, потому что им требуется больше магнитного материала для создания крутящего момента на низких скоростях, но эта дополнительная мощность и механическая простота помогают им хорошо работать на более высоких скоростях. Они также имеют тенденцию быть тише, чем мотор-редукторы, хотя более новые мотор-редукторы с косозубыми шестернями (а не с прямозубыми) также практически бесшумны. Прямые приводы также могут выиграть от небольшого увеличения запаса хода и снижения износа тормозов за счет рекуперативного торможения.

Связанная история

6-недельный план тренировок на скорость и выносливость

Попытка сравнить рейтинги мощности электровелосипеда — отличный способ потерять рассудок. Это связано с тем, что «номинальная мощность», используемая некоторыми производителями метрика, не равна фактической выходной мощности двигателя или максимальной потенциальной выходной мощности. «Фактическая выходная мощность двигателя полностью зависит от того, насколько сильно он загружен в данной ситуации, и от максимальной электрической мощности, которую контроллер пропускает в двигатель», — говорит Лемир-Элмор. «Это практически не имеет ничего общего с рейтингом где бы то ни было».

Номинальная мощность может указывать, сколько энергии вы получаете в течение определенного периода времени, хотя не существует универсального стандарта для продолжительности пиковой или номинальной мощности. «Это может быть 10 или 30 секунд, — говорит Вейнерт. «Некоторые двигатели указывают пиковую мощность в 750 Вт, но вы можете получить ее только в течение 1–2 секунд».

Вот как разобрать жаргон производителя. «Мощность» — это мера того, насколько быстро выполняется работа . Крутящий момент, показатель, указанный некоторыми производителями, представляет собой измерение силы вращения. Чтобы определить мощность двигателя в ваттах, вы должны знать, как быстро он вращается: крутящий момент, умноженный на скорость вращения, равен мощности. Таким образом, выходная мощность двигателя достигает пика при определенном количестве оборотов в минуту, и даже если бы вы знали число оборотов в минуту для пиковой мощности (удачи вам в получении этой цифры), вы бы не занимались этой математикой в середине поездки.

Вы можете получить представление о том, какую максимальную мощность вы на самом деле ощущаете, если производитель указывает напряжение батареи электронного велосипеда и (непрерывную) силу тока от контроллера двигателя. Это лучший показатель, чем мощность двигателя, потому что оценки произвольны, но что касается электроэнергии, вы можете умножить вольты на амперы, чтобы получить ватты. Например, Juiced Bikes CrossCurrent X рассчитан на 750 Вт, то есть на 1 лошадиную силу. Аккумулятор рассчитан на 52 вольта, а контроллер двигателя выдает 20 ампер тока. Следовательно, 52 В x 20 А = 1040 Вт, но вы не почувствуете 1040 Вт, потому что двигатели BLDC не эффективны на 100%. «Это, вероятно, 75-процентная эффективность [при таком более высоком уровне мощности]», — говорит Лемир-Элмор о двигателе Bafang. Если двигатель имеет КПД 75 процентов, математика говорит, что вы почувствуете максимальную пиковую мощность 780 Вт, что довольно близко к номинальной мощности двигателя 750 Вт.

Blix Vika Travel использует двигатели передней ступицы, рассчитанные на непрерывную мощность 250 Вт.

Предоставлено Blix

Для сравнения, складной электронный велосипед Blix Bikes Vika Travel имеет двигатель мощностью 250 (постоянно) Вт, но аккумулятор рассчитан на 36 вольт, а контроллер двигателя показывает 18 ампер. Даже если двигатель теряет 25 процентов входной мощности из-за неэффективности, теоретическая максимальная выходная мощность должна составлять 486 Вт, что почти вдвое превышает номинальную мощность в 250 Вт. Важно отметить, что Бликс отмечает, что 250 Вт велосипеда непрерывны, в то время как Juiced Bikes не говорит, как долго может поддерживаться его показатель в 750 Вт.

Крутящий момент менее субъективен. Если производитель указывает пиковый или постоянный крутящий момент электронного велосипеда в ньютон-метрах, придерживайтесь этого. Еще лучше, проценты поддержки (как списки Bosch ) говорят вам, насколько мотор помогает вам на данном уровне электронной помощи. В противном случае, если вам не терпится узнать, какую мощность ваш велосипед может производить в течение длительного периода времени, мы рекомендуем обратиться к производителю и узнать значение номинальной мощности велосипеда перед покупкой.

3 Great Power Meters

Quarq Quarq DZero AXS DUB Power Meter Spider

429 долларов США в REI

Кредит: любезно предоставлено

Прост в использовании и точен. Что вы хотите от измерителя мощности.

4iiii 4iiii Прецизионный измеритель мощности, левая сторона | Shimano Ultegra R8000

$335 на Amazon

Предоставлено:

4iiii Precision и Shimano объединились, чтобы создать один из самых доступных и точных измерителей мощности.

Гармин Garmin Rally™ RK200

1100 долларов США в Garmin

Кредит: любезно предоставлено

Обеспечивает мощное отслеживание данных, очень прост в установке и является взаимозаменяемым форматом для велосипеда.

Есть еще несколько вещей, которые нужно знать об электровелосипедах, которые повлияют на вашу долгосрочную поездку. Вот что еще вы должны отметить.

Тип датчика

Электровелосипеды используют датчики для определения уровней помощи педалям на основе действий водителя. Существуют датчики скорости, также известные как датчики частоты вращения педалей, которые распределяют электронную помощь в зависимости от частоты вращения педалей. Мальмберг из Blix Bikes говорит, что датчики доступны по цене, не требуют особого ухода и обеспечивают расслабленную езду, которую ценят многие велосипедисты. «Если вы хотите ехать быстрее, крутите педали быстрее, а не сильнее», — говорит Мальмберг. Поэтому ускориться так же просто, как увеличить частоту вращения педалей, независимо от того, сколько усилий вы прикладываете. Датчики скорости распространены на электронных велосипедах с приводом от ступицы.

Датчики крутящего момента, напротив, определяют надлежащее значение крутящего момента двигателя, измеряя крутящий момент, который вы прикладываете к педалям. Чтобы ехать быстрее, нужно сильнее крутить педали. Опыт больше похож на езду на традиционном велосипеде. Датчики крутящего момента популярны на велосипедах со средним приводом, особенно на электронных горных велосипедах, потому что они предлагают гонщикам больший контроль над применением электронной помощи: вам не нужны тонны мощности сразу при преодолении сложного участка трассы.

Дроссель или нет

Некоторые электровелосипеды оснащены дроссельной заслонкой, которая позволяет водителям получить доступ к электронной помощи велосипеда, не крутя педали. Дроссели — это вопрос предпочтений гонщика, хотя они становятся особенно полезными на велосипедах со ступичным приводом, если ваша трансмиссия выходит из строя во время езды. Это также вопрос законности: некоторые штаты определяют электронные велосипеды по классам . Электровелосипед класса 1 имеет только вспомогательную педаль и развивает максимальную скорость 20 миль в час, электронный велосипед класса 2 имеет вспомогательную педаль и дроссельную заслонку и достигает максимальной скорости 20 миль в час, а электронный велосипед класса 3 имеет вспомогательную педаль, которая может развивать скорость до 28 миль в час. Могут ли электронные велосипеды класса 3 иметь дроссели, зависит от того, кого вы спросите: Aventon Pace 500 поддерживает дроссельную заслонку до 20 миль в час и педаль до 28 миль в час. Другими словами, ознакомьтесь с местными законами, прежде чем покупать электровелосипед с дроссельной заслонкой (или электровелосипед, скорость которого превышает 20 миль в час).

Дроссель на Aventon Pace 500 разгоняет байк до 20 миль в час, хотя педаль помогает разогнаться до 28 миль в час.

Trevor Raab

Вопросы качества и гарантии

По мере снижения цены на электровелосипед становится все более важным проверять информацию о гарантии перед покупкой. (На самом деле это всегда хорошая идея.) Вот одна из причин: электронные велосипеды более низкого уровня могут не иметь теплового отката, функции, которая измеряет внутреннюю температуру двигателя, чтобы предотвратить его перегрев. Думайте об этом как о ограничителе оборотов в двигателе внутреннего сгорания автомобиля. «[Компании, производящие дешевые электронные велосипеды] делают ставки на то, что большинство людей не пытаются перелезть через горный перевал с двигателем на полной мощности», — говорит Лемир-Элмор. «Скажем, вы тянете трейлер в гору с двумя детьми, система может самоуничтожиться».

Когда двигатель перегревается, защитная эмаль, окружающая провода статора, может расплавиться. Проще говоря, слишком продолжительный подъем на низкой скорости может поджарить двигатель без теплового отката, и его отсутствие в велосипеде — это не то, что производители с готовностью раскрывают (хотя новые электронные велосипеды без теплового отката обычно имеют двигатели, которые могут выдерживать большую мощность, чем производители указывают их в). Тем не менее, в Интернете есть много документации о перегреве двигателей электровелосипедов 9.0365 . Это лишь одна из многих вещей, которые могут выйти из строя с мотором, аккумулятором или контроллером мотора, поэтому очень важно знать, во что вы ввязываетесь, прежде чем покупать.

Мы надеемся, что теперь вы лучше подготовлены, чтобы купить подходящий вам электровелосипед. Если у вас есть дополнительные вопросы, которые мы не рассмотрели, задайте их в комментариях, и мы сделаем все возможное, чтобы обновить эту статью всей необходимой информацией, которую вам нужно знать о двигателях для электрических велосипедов.

Разное