Avtomobilski navdušenci so bili vedno fanatični glede motorjev, vendar je elektrifikacije neustavljivo in rezerve znanja nekaterih ljudi bo morda treba posodobiti.
Danes najbolj poznan je štiritaktni motor, ki je tudi vir energije za večino vozil na bencinski pogon.Podobno kot štiritaktne, dvotaktne in Wanklove rotorske motorje motorjev z notranjim zgorevanjem lahko tudi motorje električnih vozil razdelimo na sinhrone motorje in asinhrone motorje glede na razliko v rotorjih.Asinhroni motorji se imenujejo tudi indukcijski motorji, medtem ko sinhroni motorji vsebujejo trajne magnete.in tok za vzbujanje motorja.
Stator in rotor
Vse vrste motorjev za električna vozila so sestavljene iz dveh glavnih delov: statorja in rotorja.
Stator▼
Stator je del motorja, ki ostane mirujoč in je fiksno ohišje motorja, nameščeno na šasijo kot blok motorja.Rotor je edini gibljivi del motorja, podoben ročični gredi, ki pošilja navor skozi menjalnik in diferencial.
Stator je sestavljen iz treh delov: statorskega jedra, statorskega navitja in okvirja.Številni vzporedni utori v telesu statorja so napolnjeni z med seboj povezanimi bakrenimi navitji.
Ta navitja vsebujejo čiste bakrene vložke, ki povečajo gostoto polnila rež in neposreden stik med žico.Gosta navitja povečajo zmogljivost navora, medtem ko so konci bolj lepo razporejeni, kar zmanjša količino za manjši celotni paket.
Stator in rotor▼
Glavna funkcija statorja je ustvarjanje rotacijskega magnetnega polja (RMF), medtem ko je glavna funkcija rotorja, da ga presekajo magnetne silnice v rotacijskem magnetnem polju za ustvarjanje (izhodnega) toka.
Motor uporablja trifazni izmenični tok za nastavitev vrtilnega polja, njegovo frekvenco in moč pa krmili močnostna elektronika, ki se odziva na pospeševalnik.Baterije so naprave za enosmerni tok (DC), zato napajalna elektronika električnega vozila vključuje pretvornik DC-AC, ki dovaja statorju potreben izmenični tok za ustvarjanje nadvse pomembnega spremenljivega rotacijskega magnetnega polja.
Vendar je vredno poudariti, da so ti motorji tudi generatorji, kar pomeni, da bodo kolesa poganjala rotor v statorju in inducirala vrteče se magnetno polje v drugo smer, ki bo pošiljalo moč nazaj v baterijo prek pretvornika AC-DC.
Ta proces, znan kot regenerativno zaviranje, ustvarja upor in upočasni vozilo.Regeneracija ni bistvo le razširitve dosega električnih vozil, ampak tudi visoko učinkovitih hibridov, saj obsežna regeneracija izboljša porabo goriva.Toda v resničnem svetu regeneracija ni tako učinkovita kot "kotaljenje avtomobila", ki preprečuje izgubo energije.
Večina električnih vozil se zanaša na enostopenjski menjalnik, ki upočasni vrtenje med motorjem in kolesi.Tako kot motorji z notranjim zgorevanjem so tudi elektromotorji najučinkovitejši pri nizkih vrtljajih in visoki obremenitvi.
Medtem ko lahko EV doseže spodoben doseg z eno prestavo, težji pickupi in SUV-ji uporabljajo večstopenjski menjalnik za povečanje dosega pri visokih hitrostih.
Električna vozila z več prestavami so neobičajna in danes samo Audi e-tron GT in Porsche Taycan uporabljata dvostopenjski menjalnik.
Trije tipi motorjev
Rotor indukcijskega motorja, rojen v 19. stoletju, je sestavljen iz vzdolžnih plasti ali trakov prevodnega materiala, najpogosteje bakra in včasih aluminija.Statorjevo vrteče se magnetno polje inducira tok v teh ploščah, kar nato ustvari elektromagnetno polje (EMF), ki se začne vrteti znotraj statorjevega vrtljivega magnetnega polja.
Indukcijski motorji se imenujejo asinhroni motorji, ker se inducirano elektromagnetno polje in vrtilni moment lahko ustvarita le, ko hitrost rotorja zaostaja za vrtilnim magnetnim poljem.Te vrste motorjev so običajne, ker ne potrebujejo magnetov redkih zemelj in so razmeroma poceni za izdelavo.Vendar so manj sposobni odvajati toploto pri dolgotrajnih visokih obremenitvah in so sami po sebi manj učinkoviti pri nizkih hitrostih.
Motor s trajnimi magneti, kot že ime pove, ima rotor lasten magnetizem in ne potrebuje energije za ustvarjanje magnetnega polja rotorja.Učinkovitejši so pri nizkih hitrostih.Tudi tak rotor se vrti sinhrono z vrtljivim magnetnim poljem statorja, zato ga imenujemo sinhroni motor.
Vendar ima preprosto ovijanje rotorja z magneti svoje težave.Prvič, to zahteva večje magnete in z dodano težo je lahko težko ohraniti sinhronizacijo pri visokih hitrostih.Toda večja težava je tako imenovani "povratni EMF" visoke hitrosti, ki poveča upor, omeji najvišjo moč in ustvari odvečno toploto, ki lahko poškoduje magnete.
Za rešitev te težave ima večina motorjev s trajnimi magneti za električna vozila notranje trajne magnete (IPM), ki drsijo v parih v vzdolžne utore v obliki črke V, razporejene v več režnjih pod površino železnega jedra rotorja.
V-utor ohranja trajne magnete varne pri visokih hitrostih, vendar ustvarja uporni moment med magneti.Magnete privlačijo ali odbijajo drugi magneti, vendar navaden odpor pritegne režnjeve železnega rotorja v vrteče se magnetno polje.
Trajni magneti pridejo v poštev pri nizkih vrtljajih, medtem ko uporni moment prevzame pri visokih vrtljajih.Prius se uporablja v tej strukturi.
Zadnja vrsta tokovno vzbujenega motorja se je v električnih vozilih pojavila šele pred kratkim.Oba zgoraj navedena sta brezkrtačna motorja.Konvencionalna modrost pravi, da so brezkrtačni motorji edina izvedljiva možnost za električna vozila.In BMW je pred kratkim šel v nasprotju z normo in na nova modela i4 in iX namestil sinhrone motorje AC s krtačenim tokom.
Rotor te vrste motorja sodeluje z vrtljivim magnetnim poljem statorja, natanko tako kot rotor s trajnim magnetom, vendar namesto trajnih magnetov uporablja šest širokih bakrenih klinov, ki uporabljajo energijo iz enosmerne baterije za ustvarjanje potrebnega elektromagnetnega polja. .
To zahteva namestitev drsnih obročev in vzmetnih ščetk na gred rotorja, zato se nekateri bojijo, da se bodo ščetke obrabile in nabirale prah, in to metodo opustijo.Čeprav je niz ščetk zaprt v ločenem ohišju z odstranljivim pokrovom, je treba še ugotoviti, ali je obraba ščetk težava.
Odsotnost trajnih magnetov preprečuje naraščajoče stroške redkih zemelj in vpliv rudarjenja na okolje.Ta rešitev omogoča tudi spreminjanje jakosti magnetnega polja rotorja, kar omogoča nadaljnjo optimizacijo.Kljub temu napajanje rotorja še vedno porabi nekaj energije, zaradi česar so ti motorji manj učinkoviti, zlasti pri nizkih vrtljajih, kjer je energija, potrebna za ustvarjanje magnetnega polja, večji delež celotne porabe.
V kratki zgodovini električnih vozil so AC sinhroni motorji s tokovnim vzbujanjem razmeroma novi in še vedno je veliko prostora za razvoj novih idej. Zgodile so se tudi velike prelomnice, kot je Teslin prehod s konceptov indukcijskih motorjev na trajne magnetni sinhroni motor.Smo manj kot desetletje v dobi sodobnega električnega vozila in smo šele na začetku.
Čas objave: 21. januarja 2023