Pasionații de mașini au fost întotdeauna fanatici în privința motoarelor, dar electrificarea este de neoprit, iar rezervele de cunoștințe ale unora ar putea trebui actualizate.
Cel mai cunoscut astăzi este motorul cu ciclu în patru timpi, care este și sursa de energie pentru majoritatea vehiculelor pe benzină.Similar cu motoarele cu rotor în patru timpi, în doi timpi și Wankel ale motoarelor cu ardere internă, motoarele vehiculelor electrice pot fi împărțite în motoare sincrone și motoare asincrone în funcție de diferența dintre rotoare.Motoarele asincrone sunt numite și motoare cu inducție, în timp ce motoarele sincrone conțin magneți permanenți.și curent pentru a excita motorul.
Stator și rotor
Toate tipurile de motoare de vehicule electrice constau din două părți principale: un stator și un rotor.
Stator▼
Statorul este partea din motor care rămâne staționară și este carcasa fixă a motorului, montată pe șasiu ca și blocul motor.Rotorul este singura parte mobilă a motorului, similar arborelui cotit, care trimite cuplul prin transmisie și diferențial.
Statorul este compus din trei părți: miezul statorului, înfășurarea statorului și cadru.Numeroasele caneluri paralele din corpul statorului sunt umplute cu înfășurări de cupru interconectate.
Aceste înfășurări conțin inserții îngrijite din cupru pentru ac de păr care măresc densitatea de umplere a fantei și contactul direct fir-la-sârmă.Înfășurările dense măresc capacitatea de cuplu, în timp ce capetele sunt mai bine eșalonate, reducând volumul pentru un pachet general mai mic.
Stator și rotor▼
Funcția principală a statorului este de a genera un câmp magnetic rotativ (RMF), în timp ce funcția principală a rotorului este să fie tăiată de liniile de forță magnetică din câmpul magnetic rotativ pentru a genera curent (de ieșire).
Motorul folosește curent alternativ trifazat pentru a seta câmpul rotativ, iar frecvența și puterea acestuia sunt controlate de electronice de putere care răspund la accelerație.Bateriile sunt dispozitive cu curent continuu (DC), astfel încât electronica de putere a vehiculului electric include un invertor DC-AC care furnizează statorului curentul AC necesar pentru a crea câmpul magnetic rotativ variabil extrem de important.
Dar merită subliniat că aceste motoare sunt și generatoare, ceea ce înseamnă că roțile vor conduce rotorul în spate în interiorul statorului, inducând un câmp magnetic rotativ în cealaltă direcție, trimițând puterea înapoi la baterie printr-un convertor AC-DC.
Acest proces, cunoscut sub numele de frânare regenerativă, creează rezistență și încetinește vehiculul.Regenerarea este esențiala nu numai a extinderii gamei de vehicule electrice, ci și a hibrizilor foarte eficienți, deoarece regenerarea extinsă îmbunătățește economia de combustibil.Dar, în lumea reală, regenerarea nu este la fel de eficientă ca „rularea mașinii”, ceea ce evită pierderea de energie.
Majoritatea vehiculelor electrice se bazează pe o transmisie cu o singură viteză pentru a încetini rotația dintre motor și roți.La fel ca motoarele cu ardere internă, motoarele electrice sunt cele mai eficiente la turații mici și la sarcină mare.
În timp ce un EV ar putea obține o autonomie decentă cu o singură treaptă de viteză, pickup-urile și SUV-urile mai grele folosesc transmisii cu mai multe viteze pentru a crește autonomia la viteze mari.
Vehiculele electrice cu mai multe trepte sunt neobișnuite, iar astăzi, doar Audi e-tron GT și Porsche Taycan folosesc transmisii cu două trepte.
Trei tipuri de motoare
Născut în secolul al XIX-lea, rotorul motorului cu inducție este format din straturi longitudinale sau benzi de material conductiv, cel mai frecvent cupru și uneori aluminiu.Câmpul magnetic rotativ al statorului induce un curent în aceste foi, care la rândul său creează un câmp electromagnetic (EMF) care începe să se rotească în câmpul magnetic rotativ al statorului.
Motoarele cu inducție sunt numite motoare asincrone deoarece câmpul electromagnetic indus și cuplul de rotație pot fi generate numai atunci când viteza rotorului este în urmă față de câmpul magnetic rotativ.Aceste tipuri de motoare sunt comune deoarece nu necesită magneți din pământuri rare și sunt relativ ieftine de fabricat.Dar sunt mai puțin capabili să disipeze căldura la sarcini mari susținute și sunt în mod inerent mai puțin eficienți la viteze mici.
Motorul cu magnet permanent, după cum sugerează și numele, rotorul său are propriul magnetism și nu necesită putere pentru a crea câmpul magnetic al rotorului.Sunt mai eficiente la viteze mici.Un astfel de rotor se rotește și sincron cu câmpul magnetic rotativ al statorului, deci se numește motor sincron.
Cu toate acestea, pur și simplu înfășurarea rotorului cu magneți are propriile sale probleme.În primul rând, acest lucru necesită magneți mai mari și, odată cu greutatea adăugată, poate fi dificil să se sincronizeze la viteze mari.Dar problema mai mare este așa-numita „EMF înapoi” de mare viteză, care crește rezistența, limitează puterea de vârf și generează căldură în exces care poate deteriora magneții.
Pentru a rezolva această problemă, majoritatea motoarelor cu magneți permanenți ai vehiculelor electrice au magneți permanenți interni (IPM) care alunecă în perechi în șanțuri longitudinale în formă de V, aranjate în mai mulți lobi sub suprafața miezului de fier al rotorului.
Canelura în V menține magneții permanenți în siguranță la viteze mari, dar creează un cuplu de reticență între magneți.Magneții sunt fie atrași de alți magneți, fie respinși de alți magneți, dar reticența obișnuită atrage lobii rotorului de fier către câmpul magnetic rotativ.
Magneții permanenți intră în joc la viteze mici, în timp ce cuplul de reluctanță preia la viteze mari.Prius este folosit în această structură.
Ultimul tip de motor excitat de curent a apărut abia recent în vehiculele electrice.Ambele de mai sus sunt motoare fără perii.Înțelepciunea convențională susține că motoarele fără perii sunt singura opțiune viabilă pentru vehiculele electrice.Iar BMW a mers recent împotriva normei și a instalat motoare sincrone AC excitate cu perii pe noile modele i4 și iX.
Rotorul acestui tip de motor interacționează cu câmpul magnetic rotativ al statorului, exact ca un rotor cu magnet permanent, dar în loc să aibă magneți permanenți, folosește șase lobi largi de cupru care folosesc energia dintr-o baterie DC pentru a crea câmpul electromagnetic necesar. .
Acest lucru necesită instalarea inelelor colectoare și a periilor cu arc pe arborele rotorului, așa că unii oameni se tem că periile se vor uza și vor acumula praf și abandonează această metodă.În timp ce matricea de perii este închisă într-o carcasă separată cu un capac detașabil, rămâne de văzut dacă uzura periei este o problemă.
Absența magneților permanenți evită creșterea costului pământurilor rare și impactul asupra mediului al mineritului.Această soluție face, de asemenea, posibilă variarea intensității câmpului magnetic al rotorului, permițând astfel o optimizare suplimentară.Cu toate acestea, alimentarea rotorului încă consumă o oarecare putere, ceea ce face ca aceste motoare să fie mai puțin eficiente, mai ales la viteze mici, unde energia necesară pentru a crea câmpul magnetic este o proporție mai mare din consumul total.
În scurta istorie a vehiculelor electrice, motoarele sincrone cu curent alternativ cu excitație curentă sunt relativ noi și există încă mult loc pentru dezvoltarea ideilor noi și au existat puncte de cotitură majore, cum ar fi trecerea Tesla de la conceptele de motoare cu inducție la cele permanente. motor sincron cu magneți.Și suntem la mai puțin de un deceniu în era EV-ului modern și abia începem.
Ora postării: 21-ian-2023