Содержание
Электродвигатель для автомобиля: будущее уже близко
Электрический двигатель уже давно занимает далеко не самое последнее место в списке предпочтений конструкторов, в том числе и в автомобилестроении. Совсем недавно все машины были укомплектованы только ДВС. Но попытки создания альтернативных моторов продолжались постоянно. Самым перспективным из них представляется именно электродвигатель для автомобиля. В статье рассматривается этот вид мотора и его особенности.
Немного истории
Изобретателем автомобильного электрического двигателя является Старлей. Совершил он свое открытие в 1888 году. В то время для создания тягового усилия использовались именно электрические провода. По коэффициенту полезного действия такой механизм значительно опережал моторы внутреннего сгорания. Однако в начале двадцатого века решили отказаться от таких, казалось бы, выгодных агрегатов, так как не решалась проблема ограниченного запаса хода. Ввиду того что необходимы были переезды на значительные расстояния, а электродвигатель для автомобиля этого предоставить не мог, он был полностью вытеснен двигателями внутреннего сгорания.
Какое-то время разработками в этой области были заняты только отдельные любители-энтузиасты, но в эпоху стремительно развивающегося технического прогресса об этом моторе снова вспомнили, усовершенствовали его и даже запустили в серийное производство. Правда, пока только небольшими партиями. Сегодня такие автомобили стоят очень дорого, но актуальность и насущная необходимость в них день ото дня только возрастает.
Принцип работы
Электродвигатель для автомобиля работает на основе электромагнитной индукции. Это понятие связано с появлением ЭДС в замкнутом контуре и с изменением в нем магнитного потока. Таким образом, электроэнергия превращается в механическую, благодаря которой и происходит движение транспортного средства.
Тяговый электродвигатель для автомобиля питается от источника постоянного тока. Батареи на выходе образуют от 96 до 192 Вольт. Для образования электродвижущей силы такого напряжения бывает достаточно.
Автомобили с электродвигателем от машин с ДВС еще отличает прямое соединение с колесом, благодаря чему управляемость транспортного средства намного улучшается.
Самые современные на сегодняшний день модели, работающие на переменном токе, могут подзаряжаться в процессе торможения, что увеличивает их пробег до 20 %.
В остальном электродвигатель для автомобиля фактически ничем не отличается от стандартного, с установленным ДВС. В нем находится рабочий орган, соединяющийся с колесом. Когда подается электричество, обмотка действует на ротор, который начинает вращательные движения из-за ЭДС. Это передается всем остальным рабочим органам. Заряжаться такой двигатель может разными способами, в зависимости от сборки.
Аккумулятор
Электрический мотор заряжается от батареи. Из-за огромной стоимости аккумуляторов на дорогах таких машин сегодня очень мало.
Одним из видов батарей, являющихся наиболее дешевыми, можно назвать свинцово-кислотные. Кроме низкой стоимости, преимуществом этого вида стала возможность их вторичной переработки. Другой вариант, никель-металлгибридный, стоит дороже, но и производительность его значительно выше.
Оптимальными считаются литий-ионные аккумуляторы, которые, конечно, являются и самыми дорогими. Но они имеют способность хорошо держать заряд и при этом небольшие размеры.
Актуальные электродвижки
Интересными вариантами сегодня являются электродвигатели гибридных автомобилей, которые могут заменяться на обычные, внутреннего сгорания. Конечно, цена таких машин является очень высокой. Но именно их можно назвать теми, у которых давняя проблема недостающего запаса хода успешно была решена.
Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что уже в недалеком будущем электродвигатели неизбежно займут свое достойное место в производстве автотранспортных средств. Перед многими отечественными автолюбителями сегодня стоит желанная цель создать электродвигатель для автомобиля своими руками. Оказывается, это не такая уж и недостижимая мечта. За основу может быть взята любая машина, и даже «Ока».
Австралийцы создали самый быстрый электродвигатель для автомобиля — Газета.
Ru
Австралийцы создали самый быстрый электродвигатель для автомобиля — Газета.Ru | Новости
close
100%
Австралийские инженеры создали новый двигатель для автомобиля с самой быстрой частотой вращения. Об этом сообщает TechXplore.
Работа проведена специалистами Университета Нового Южного Уэльса (UNSW). Его мощность в два раза превышает мощность двигателей аналогичного класса, а частота оборотов выросла до 100 тыс. оборотов в минуту. «Одна из тенденций в развитии электромобилей — использование двигателей, которые вращаются с более высокой скоростью. В рамках этого исследовательского проекта мы пытались достичь максимальной скорости. Нам удалось добиться более 100 000 оборотов в минуту, — заявляют разработчики. — Если производитель электромобилей, вроде Tesla, захочет использовать наш двигатель, нам потребуется от шести месяцев до года, чтобы модифицировать его в соответствии с требованиями компании».
Сложнее всего было сконструировать ротор — вращающуюся часть двигателя. Она должна была выдерживать огромные нагрузки и крутящий момент, и при этом состоять из традиционных материалов. Для этого постоянные ротора расположили в виде кривых, а его итоговый облик проверяли компьютерным алгоритмом с искусственным интеллектом, который выявлял недочеты конструкции без необходимости опытной проверки.
Удельная мощность 200-киловаттного двигателя будет равна 7 киловаттам на килограмм. Помимо электромобилей, его можно использовать для вентиляции и в системах отопления, а также в промышленных станках.
Ранее в России изобрели дорожный материал из отходов нефтедобычи.
Подписывайтесь на «Газету.Ru» в Новостях, Дзен и Telegram.
Чтобы сообщить об ошибке, выделите текст и нажмите Ctrl+Enter
Новости
Дзен
Telegram
Елена Панина
Демократическая диктатура
О выборах в конгресс США
Анастасия Миронова
Заработать, пока не национализировали
О том, к чему приведет конкуренция соцсетей и почему всем подключат монетизацию
Марина Ярдаева
Хотеть не вредно
О тех, кому достаточно три аршина земли
Юлия Меламед
Журналист глобус пропил
Об экопарк-отелях и русских памятниках в России и Европе
Георгий Бовт
Не догонишь – не похоронишь
О том, как мы хотели перегнать Америку, но потом передумали
Найдена ошибка?
Закрыть
Спасибо за ваше сообщение, мы скоро все поправим.
Продолжить чтение
Выбор двигателя — Electrogenic
Выбор двигателя является сердцем преобразования электромобиля, и это имеет далеко идущие последствия, но первое, что нужно сказать, это то, что вы не можете выбрать двигатель в отрыве от остальных Системный дизайн. Количество энергии, выдаваемой двигателем, зависит не только от двигателя, но и от аккумулятора и его способности выдавать мощность. Это в сочетании с весом автомобиля повлияет на производительность и диапазон между зарядками. Измените одно, и оно повлияет на другое. Все они будут влиять на стоимость конвертации. Существует также вопрос, где все может быть установлено, поскольку ретро-электромобили, можно с уверенностью сказать, никогда не были рассчитаны на массу аккумуляторов.
Начните думать о крутящем моменте
Так как же выбрать двигатель для переоборудования? Первое, что нужно решить, это какой уровень производительности вы хотите от него. Заманчиво просто сравнить мощность двигателя в кВт или л.
с. с мощностью оригинального двигателя внутреннего сгорания (ДВС), но это не лучшая отправная точка. Чтобы отскочить от огней, вам нужен крутящий момент. Электродвигатели развивают максимальный крутящий момент при 0 об/мин и поддерживают его до тех пор, пока двигатель не достигнет максимальной мощности. Нетгейн Hyper9кривая мощности дает хорошую иллюстрацию.
Это невозможно с двигателем с ДВС, и для увеличения крутящего момента, доступного на низких оборотах, большинство производителей автомобилей с ДВС просто увеличивают мощность. Ретро-электромобили очень забавны, потому что крутящий момент, доступный на более низких оборотах, очень велик. Поэтому, если вы не зациклены на максимальной скорости (где вам нужна мощность), хорошей отправной точкой будет выбор двигателя с таким же крутящим моментом, как у исходного двигателя (или немного больше!).
Вольты определяют амперы
Следующим пунктом является напряжение двигателя. Это определит размер аккумуляторной батареи и ток, который он должен обеспечить, чтобы двигатель мог передавать крутящий момент.
Коммерческие электромобили обычно работают при напряжении около 350-400 В, но некоторые автомобили работают при напряжении до 800 В. Поскольку мощность двигателя представляет собой напряжение x ток, чем выше напряжение, тем меньший ток необходим для обеспечения определенной мощности.
Все это имеет смысл, поэтому вам нужен двигатель с более высоким напряжением, верно? Да, но установки высоковольтных систем обходятся дороже, и, хотя может показаться заманчивым установить двигатель Tesla Ludricus в Morris Minor, остальная часть автомобиля может не справиться или не иметь места для батарей. И для обеспечения мощности двигатели с более высоким напряжением часто имеют более высокие обороты, поэтому вам нужно учитывать влияние на трансмиссию — больше передач или использовать двигатель только в части его диапазона? В результате многие переоборудованные электромобили работают при более низком напряжении, например, от 100 до 150 В, и есть несколько интересных двигателей, доступных на этих уровнях напряжения.
Например,
Хорошим примером является Hyper9 от Netgain — потрясающий автомобильный двигатель с герметичным корпусом, который выпускается в двух версиях: 110 В или 144 В. Два разных варианта напряжения дают больше гибкости при выборе комбинаций аккумуляторов. Это наш первый выбор для переоборудования автомобилей среднего класса, и он очень легко адаптируется. Hyper9 развивает пиковый крутящий момент 235 Нм (при нулевых оборотах — это электродвигатель!) и мощность 80 кВт в диапазоне от 5000 до 8000 об/мин. К счастью для больших автомобилей, Hyper9также могут работать как сдвоенные двигатели, поэтому, если вы сделаете это, вы сможете удвоить показатели производительности.
Tesla Model S 85D (имеет аккумуляторную батарею емкостью 85 кВт·ч, буква D означает «двойной двигатель») . Главный двигатель может вращаться со скоростью до 18 000 об/мин и работает при напряжении 350 В. Официально он развивает 660 Нм при 0 об/мин (хотя краткосрочные показания Dyno намного выше) и 375 кВт при 6150 об/мин.
Однако ему также требуется аккумуляторная батарея, которая обеспечивает ток более 1000 А при напряжении 350 В. Вот почему Теслы с меньшим аккумуляторным блоком не такие быстрые: двигатель ограничен батареей. В качестве альтернативы, Yasa 750 R производит 790 Нм пикового крутящего момента, 200 кВт пиковой мощности и диапазон скоростей 0–3250 об/мин при осевой длине всего 98 мм. Однако для этого ему нужен аккумулятор на 750 В.
Вообще говоря, более низкое напряжение дешевле: все детали, такие как разъемы, контакторы, системы зарядки и т. д., стоят дешевле при более низком номинальном напряжении и т. д. Не забывайте, что некоторым более крупным двигателям также потребуется система охлаждения.
Итак, какой двигатель лучше всего подходит для вашего проекта по переоборудованию?
Это сложный вопрос, и на него лучше всего отвечать на основе опыта, а не расчетов. Выбор двигателя для переоборудования вашего электромобиля — это повторяющийся процесс. Начните с желаемого крутящего момента, сравните параметры напряжения с доступным объемом аккумуляторной батареи, сравните скорость двигателя с вариантами трансмиссии, оцените последствия для цены всего автомобиля, а не только двигателя, а затем снова вернитесь в цикл.
Мы часто прорабатываем несколько комбинаций вместе с нашими клиентами, прежде чем найти правильный баланс.
Конечно, если бюджет и место в машине не имеют значения, то весь мир в ваших руках.
Вкратце
В конечном счете, самое важное в ретро-электромобиле — это ощущения от вождения, в широком смысле:
- Свойства автомобиля, такие как размер, вес и аэродинамика, являются решающими характеристиками, которые определяют скорость , требования к крутящему моменту и мощности электродвигателя.
- Обычно мы стремимся по крайней мере соответствовать пиковому крутящему моменту исходного двигателя. И затем помните, что ваш новый Retro-EV будет иметь весь этот крутящий момент, доступный на низких (нулевых) оборотах, поэтому он вызовет у вас еще большую улыбку
- Принимая во внимание непрерывные уровни мощности, вы сможете определить, сможете ли вы оставаться на определенной высокой скорости. Если вы хотите ехать по автобану со скоростью 140 миль в час, необходимая постоянная мощность может составлять 160 кВт.
Круиз со скоростью 70 миль в час и мощностью 60 кВт может быть в порядке. - Каков ваш бюджет? Двигатели с более высокой производительностью и более высоким напряжением могут стать очень дорогими в установке.
- А остальное зависит от физического пространства. И ограничения по оборотам, и аккумулятор, и подача тока, и редуктор…
Круиз со скоростью 70 миль в час и мощностью 60 кВт может быть в порядке.Есть над чем подумать!
Различные типы электродвигателей, используемых в электромобилях
Если вы заинтересованы в глубоком погружении в технологию двигателей внутреннего сгорания, вы должны быть готовы к тому, что вас обстреляют множеством различных концепций. Безнаддувные двигатели, двигатели с турбонаддувом, непосредственный впрыск, непрямой впрыск или как прямой, так и непрямой впрыск! Бензин, дизель, СПГ, СНГ, цикл Аткинсона, цикл Миллера, цикл Будэка, цикл Дизеля и цикл Отто (см. двигатель Mazda Skyactiv-X), турбо с фиксированной геометрией, турбо с изменяемой геометрией, турбо с двойной прокруткой, регулируемые фазы газораспределения… список продолжается.
на.
Почти автоматически возникает вопрос: почему у нас так много конструкций и концепций двигателей внутреннего сгорания? Ответ прост — потому что ни один из них не является достаточно хорошим с точки зрения эффективности. В поисках повышения эффективности инженеры внедряли множество конструкций на протяжении всей истории автомобилестроения. Актуально ли это разнообразие конструкций и для электродвигателей? Сколько типов двигателей используется в электромобилях? Ответ только 3 основных. Познакомимся с ними.
Асинхронный асинхронный двигатель — Краткий урок истории
Асинхронный асинхронный двигатель не является чем-то новым. Он был изобретен двумя независимыми исследователями — единственным и неповторимым Николой Теслой и Галилео Феррарисом. Несмотря на то, что итальянский изобретатель впервые разработал этот двигатель в 1885 году, Никола Тесла первым подал заявку на патент в 1888 году.
Изобретение асинхронного двигателя, без сомнения, является одним из величайших достижений в использовании электричества для обеспечения нашей жизни.
Внедрение этого типа двигателя настолько широко распространено в наши дни, что без него очень трудно представить повседневную жизнь. Эти двигатели используются во многих электрических устройствах, и подавляющее большинство промышленных двигателей относятся к асинхронному асинхронному типу.
Исторический патент Николы Теслы на асинхронный двигатель
Как работает асинхронный асинхронный двигатель?
Все электродвигатели состоят из двух основных частей. Статическая часть называется статором, а вращающаяся часть называется ротором. Начнем со статора — обычно это стальной цилиндр с прорезями и медными катушками, сплетенными с определенной геометрией. Эти катушки питаются трехфазным переменным током, который был преобразован из постоянного тока (обеспечиваемого аккумулятором) в силовой электронике. Этот ток создает вращающееся магнитное поле в статоре, и скорость этого вращающегося магнитного поля называется синхронной скоростью.
По сути, вот как работает этот тип двигателя: переменное напряжение подается на медные катушки (или обмотки), и в результате мы получаем вращающееся магнитное поле, это поле индуцирует напряжение в роторе, которое, в свою очередь, вызывает протекание тока. . Этот поток тока создает собственное вращающееся магнитное поле в роторе, которое отстает от магнитного поля статора. Сила между двумя магнитными полями, которые приводят в движение ротор, называется силой Лоренца. Затем движение ротора передается на колеса автомобиля через соответствующий редуктор.
Этот двигатель называется асинхронным, потому что вращающееся магнитное поле ротора и статора не синхронизированы. Индукционная часть возникает из-за вращающегося магнитного поля, напряжения и тока, индуцируемых статором. Когда мы нажимаем на педаль акселератора, магнитное поле ротора немного отстает от поля статора. Когда мы замедляемся и двигатель работает как генератор (регенеративное торможение), то вращающееся магнитное поле ротора опережает статор.
Эта разница во вращающихся магнитных полях называется «скольжением» и обычно составляет до 5 % в зависимости от конструкции двигателя.
Типовой КПД трехфазного асинхронного двигателя, используемого в автомобильной промышленности, составляет около 90 %. Благодаря своей надежности, простоте, долговечности и отсутствию требований к экзотическим материалам этот двигатель используется почти исключительно в промышленных процессах. Кроме того, его хорошие характеристики перегрузки делают его идеальным двигателем по требованию, и поэтому он часто используется в качестве переднего двигателя в электромобилях с полным приводом.
Плюсы
- Хорошая эффективность
- Дешево сделать
- Нет необходимости в редкоземельных материалах
- Практически идеальная надежность
Минусы
- Большие потребности в охлаждении
- Меньшая удельная мощность
- Более низкий КПД по сравнению с другими двигателями
Некоторые автомобили, использующие асинхронные асинхронные двигатели: Audi e-Tron SUV, Mercedes-Benz EQC, Tesla Model S, 3, X и Y на передних осях, а автомобили VW Group MEB также используют их на передних осях.
Асинхронный двигатель, используемый в Mercedes-Benz EQC
Синхронный двигатель с постоянными магнитами
Основное различие между асинхронными асинхронными двигателями и синхронными двигателями с постоянными магнитами заключается в способе создания и взаимодействия вращающихся магнитных полей в роторе и статоре. . В синхронных двигателях с постоянными магнитами в роторе имеется собственное вращающееся магнитное поле, создаваемое постоянными магнитами (отсюда и название двигателя). Вращающиеся магнитные поля ротора и статора в этих двигателях заблокированы, и скольжение отсутствует.
Постоянные магниты в роторе являются одним из ключевых элементов, повышающих удельную мощность и повышающих эффективность двигателя. Повышенная удельная мощность означает высокую мощность при малом объеме, поэтому двигатели с постоянными магнитами используются исключительно в PHEV. Электродвигатель в этих транспортных средствах размещен в коробке передач, и существуют ограничения по пространству.
Постоянные магниты изготавливаются из редкоземельных материалов, большинство из которых контролируется Китаем. Есть вопросы об этических аспектах процесса добычи, и по этой причине многие производители стараются сократить использование этих материалов в своих двигателях. Тем не менее, синхронный двигатель с постоянными магнитами является королем КПД — он может достигать до 94-95% и когда в машине только один мотор, то используется именно этот тип мотора.
Плюсы
- Очень высокая эффективность
- Нижнее охлаждение требует
- Высокая удельная мощность
Минусы
- Стоимость производства
- Потребность в редкоземельных материалах
- Теоретическая опасность размагничивания
Hyundai Ioniq 5 Двигатели с постоянными магнитами
Двигатели с постоянными магнитами используются в Hyundai Ioniq 5, Kia EV6, Tesla Model S, 3, X и Y на задних осях.
Автомобили VW Group MEB также используют их на задних мостах, Jaguar i-pace, Audi e-tron GT и Porsche Taycan, и это лишь некоторые из них.
Синхронный двигатель с электрическим возбуждением
Синхронные двигатели с постоянными магнитами обеспечивают наилучший КПД из всех, но для их конструкции требуются редкоземельные материалы. Для решения этих проблем некоторые производители, а именно BMW, Renault Groupe и Smart в настоящее время, используют гибридную конструкцию двигателя — они используют синхронные двигатели, для которых не требуются редкоземельные материалы.
Итак, как работают эти моторы? Что ж, вместо использования постоянных магнитов в роторе для создания тока в этих двигателях используются щетки и контактные кольца. По данным BMW, этот тип двигателя обеспечивает КПД до 93%, что очень близко к эффективности двигателей с постоянными магнитами. Несмотря на то, что этот тип двигателя кажется очень многообещающим, тот факт, что в нем используются щетки, означает, что в какой-то момент потребуется замена этих компонентов.