Электромотор колесо для авто

Электромотор колесо для авто

Гибридные автомобили стали известны миру еще с 1900 года, и первым таким авто стал Lohner-Porshe. Такие авто стали настоящим прорывом в области машиностроения и на данный момент активно развиваются. Ключевым же звеном в таких авто является мотор-колесо для автомобиля, которое совмещает в себе практически сразу весь автомобиль.

По-сути мотор-колесо – это обычное колесо, в которое сразу встроен и двигатель, и КПП и тормоза. Работает такое колесо от электричества, которое может выделять бензиновый двигатель, аккумулятор и так далее. Существенное преимущество такого двигателя для авто – это высокий КПД.

Благодаря мотор-колесу любой автомобиль с двигателем внутреннего сгорания можно превратить в гибрид. Такая модификация позволит не только экономить топливо, но и значительно увеличить мощность. Помимо этого мотор-колесо делает любой автомобиль очень маневренным. Все это благодаря независимой работе каждого колеса.

Принцип работы мотор-колеса

Ключевыми устройствами мотор-колеса считаются электродвигатель и редуктор. Что касается электродвигателя, то зачастую в нем вместо статорной обмотки используют мощные неодимовые магниты. Чем же это хорошо? Если просто раскручивать такой двигатель без подачи на него питания, то он превращается в генератор, то есть сам начинает вырабатывать энергию.

Это очень полезно при торможении, ведь теперь энергию можно направлять назад, в аккумулятор, что значительно позволяет экономить энергию. В менее прогрессивных мотор-колесах торможение осуществляется за счет активации специальных тепловых резисторов.

Редуктор в мотор-колесе нужен для того, чтобы превращать высокий крутящий момент электрического двигателя в более низкий, но более «тяговитый». Что же касается КПП, то на электромобилях она и вовсе не нужна. Скорость здесь регулируется исключительно подачей электроэнергии к мотор-колесу.

Преимущества для автомобиля

Электромобили на мотор-колесах имеют массу преимуществ перед бензиновыми двигателями.

Самое главное из них – это значительное снижение веса, ведь электромотор весит значительно меньше, чем бензиновый двигатель, к тому же не нужно устанавливать КПП в несколько сотен килограмм.

Неоспоримым преимуществом для электромобиля является также то, что КПД электрических двигателей находится в пределах 90%, то есть практически вся энергия уходит на движение автомобиля.

Нельзя также недооценивать тот факт, что мотор-колесо – это экологически чистое устройство, которое в процессе работы не делает выброс вредных для окружающей среды газов. Также электромобиль не нуждается в бензине или дизтопливе, при разряде аккумуляторов его просто нужно на 5-10 часов поставить на зарядку в гараже, подключив к розетке.

Благодаря тому, что все колеса электромобиля работают независимо друг от друга, автомобиль становится невероятно маневренным. К тому же у него значительно возрастает проходимость.

На данный момент появилась возможность сделать гибридный автомобиль для любого человека. Например, можно купить мотор-колесо и приспособить его для своего автомобиля. Впрочем, сделать обычный электромобиль гораздо легче, чем гибридный, так как не нужно совмещать механическую часть с электрической. На любое авто можно поставить 2 или 4 мотор-колеса, прикупить объемный литий-ионный аккумулятор и наслаждаться тихой, экономной, и не естественной для нашего времени ездой. Многие нынешние аккумуляторы способны выдерживать 1500-2000 перезарядок. Для более длительного эксплуатирования не рекомендуется разряжать аккумулятор до 0 вольт.

Колесо-мотор своими руками. Как сделать мотор-колесо?

Велосипед – это отличное средство передвижения не только для тех, кто постоянно ищет себе адреналин, покоряя новые и новые горные и лесные дороги, но и для тех, кто совершает короткие поездки за продуктами в магазин. Зачастую эти люди довольствуются обычными велосипедами, работа которых основана на мускульной тяге. Но все же с каждым годом растет количество тех, которые двигаются при помощи маленького электрического двигателя. При этом велолюбителю предоставляется возможность ехать на педалях и таким образом заехать на крутую гору еще с большей скоростью. Но не обязательно приобретать новый транспорт в таком случае. Достаточно лишь доукомплектовать старый специальным элементом, которое называется колесо-мотор. На какие правила необходимо обратить внимание при его изготовлении, рассмотрим прямо сейчас.

Как сделать колесо мотор своими руками? Готовим инструменты

Для начала нам необходимо приобрести новое колесо диаметром от 20 до 28 дюймов. Можно использовать и старое, но в таком случае нужно убедится в его нормальной работе. В идеале колесо не должно образовывать «восьмерок» на ходу и быть хорошо отрегулированным на спицах.

Кроме этого, для создания самодельного мотор-колеса нужно приобрести аккумуляторную батарею. А для того чтобы можно было регулировать скорость движущегося велосипеда, нужно позаботится об установке специального регулятора скорости. Для хранения батареи покупается чехол или сумка, соответствующая размерам АКБ.

Еще одна немаловажная деталь – контроллер. Этот элемент представляет собой блок с множеством проводов, отвечающий за работу всего мотор-колеса. Контроллер являет собой плату, расположенную в металлическом (чаще всего алюминиевом) корпусе для защиты от негативного воздействия внешних факторов. Чаще всего он устанавливается на место крепежа фляги, непосредственно на раму.

Чтобы обеспечить бесперебойность работ всех электромеханизмов, следует заготовить комплект предохранителей и провода. Последние можно использовать от обычных аудиоколонок.

Принцип работы устройства

Перед тем как начать изготавливать колесо-мотор, нужно вникнуть в его принцип действия. Данный элемент представляет собой бесколлекторный электродвигатель постоянного тока. Колесо-мотор заспицовывается в велосипедный обод и может монтироваться как сзади, так и спереди (некоторые устанавливают его сразу на два колеса). По своей мощности электрические моторы, применяемые для таких байков, могут быть 250 Вт, 500 и даже 1000 Вт. Последний способен развить скорость до 60 километров в час. Правда, вряд ли это будет безопасно на горной трассе или в жилой зоне в черте города. Кстати, вне зависимости от мощности данные электромоторы не нуждаются в дополнительных настройках, регулировках и обслуживании.

Как сделать мотор колесо своими руками? Правила изготовления

1. Обратите внимание на правильный и грамотный расчет узлов. При таких условиях колесо-мотор можно обезопасить от различных затиров и заклинивания. Если же этого не сделать, вы рискуете столкнуться с разрушением деталей, что может стать причиной поломки всего электровелосипеда.
2. Если детали по размерам и характеристикам подходят от уже бывших в употреблении, не бойтесь их использовать в работе. Главное, чтобы они находились в исправном состоянии. Некоторые элементы, конечно, нельзя изготовить самостоятельно по ряду причин. Однако это может значительно повлиять на ваш бюджет расходов. К примеру, установка спиц на диск будет стоить порядка полутора-двух тысяч рублей.

Преимущества использования мотор-колеса на велосипедах

Во-первых, благодаря наличию электрического двигателя вы можете безо всяких физических усилий преодолевать большие расстояния, что особо важно для пожилых и неподготовленных людей. Во-вторых, для езды на таком транспорте, в отличие от мотоциклов и скутеров, не требуется прав определенной категории. А это значит, что управлять им может абсолютно каждый. В-третьих, за счет компактности велосипеда вы не будете стоять в постоянных пробках. К тому же для хранения такого транспорта не нужно приобретать отдельный гараж.

Обслуживание

Сделанное мотор-колесо своими руками (а точнее его электродвигатель), в отличие от двигателя внутреннего сгорания, практически никогда не нуждается в дополнительном обслуживании. А это значит, что затраты на его содержание будут минимальными.

Работает колесо-мотор Шкондина от энергии аккумулятора, который без подзарядки способен преодолеть до 30 километров пути. Но даже если АКБ разрядится, все равно вам не придется буксировать его – в любой момент этот транспорт может превратиться в обычный велосипед, движение которым осуществляется мускульным усилием.

Сколько стоит данная деталь в магазинах?

В среднем новый электродвигатель, устанавливаемый на обод велосипеда, можно приобрести по цене от 10 до 30 тысяч рублей (мотор-колесо для автомобиля стоит еще дороже). При этом стоит отметить, что стоимость может существенно варьироваться от мощности устройства. Комплект мотор-колесо для велосипеда может стоить и 3 тысячи, но его хватит лишь на 200 метров езды.Изготавливая же его самостоятельно, вы можете сами подобрать для себя такое устройство, которое бы соответствовало вашим требованиям и характеристикам.

Современный электродвигатель

Для большинства экологичных машин, таких как серийные электромобили. гибриды и автомобили на топливных элементах, главная движущая сила — это электрический двигатель. В основу работы современного электродвигателя положен принцип электромагнитной индукции — явления, связанного с возникновением электродвижущей силы в замкнутом контуре при изменении магнитного потока.

Тесная взаимосвязь между магнитными и электрическими явлениями открыла перед учеными новые возможности. История электрического транспорта и всего электромашиностроения в целом начинается с закона электромагнитной индукции, открытого М. Фарадеем в 1831 году, и правила Э. Ленца, согласно которому индукционный ток всегда направлен таким образом, чтобы противодействовать причине, его вызывающей. Труды Фарадея и Ленца легли в основу создания первого электродвигателя Бориса Якоби.

Современные электродвигатели, хоть и основаны на одном и том же законе, что и электромеханический преобразователь Якоби, но существенно от него отличаются. Со временем электрические моторы стали мощнее, компактнее, кроме того, их КПД значительно вырос. Коэффициент полезного действия современного тягового электродвигателя может составлять 85-95 %. Для сравнения, максимальный КПД двигателя внутреннего сгорания без вспомогательных систем едва ли дотягивает до 45 %.

Виды современных электродвигателей

Электрические двигатели различаются по роду питающего напряжения:

• Двигатель переменного тока
• Двигатель постоянного тока

по числу фаз питающей сети:

• Однофазный электродвигатель. С одной рабочей обмоткой, подключается к однофазной сети переменного тока;
• Двухфазный электродвигатель. Имеет две обмотки, сдвинутые в пространстве на 90 градусов;
• Трехфазный электродвигатель. Подключается к трехфазной сети переменного тока, имеет 3 обмотки, магнитные поля которых расположены через 120 градусов.

по конструктивному исполнению:

• Коллекторный. Переключателем тока в обмотках и датчиком положения ротора является тоже самое устройство — щёточноколлекторный узел. Работает преимущественно на постоянном токе, однако современные электродвигатели, так называемые универсальные коллекторные двигатели, могут одновременно работать на постоянном и переменном токе;
• Бесколлекторный. Вентильные двигатели постоянного тока выполнены в виде замкнутой системы с датчиком положения ротора, инвертором и преобразователем координат.

по принципу работы:

• Синхронный электродвигатель. Электромеханическая машина, в которой ротор вращается синхронно с магнитным полем переменного тока;
• Асинхронный электродвигатель. Частота вращения ротора асинхронного двигателя переменного тока не совпадает с частотой вращения магнитного поля, которое создается током обмотки статора.

и по способу возбуждения:

• с возбуждением от постоянных магнитов;
• с параллельным возбуждением;
• с последовательным возбуждением;
• с последовательно-параллельным.

Тяговый электродвигатель для электромобиля

Электрический двигатель для современного электромобиля может быть как постоянного, так и переменного тока. Его основная задача — передача крутящего момента на движитель электромобиля. Основные отличия современного тягового электродвигателя от традиционной электромеханической машины являются большая мощность и компактные размеры, вызванные ограниченностью используемого пространства. В качестве характеристик тягового электромотора, кроме мощности и максимального крутящего момента, учитываются напряжение, ток, а также частота вращения.

Мотор-колесо

В последнее время в качестве двигателя для электромобиля инженеры используют систему мотор-колесо, правда, все чаще на концепт-карах. Исключением стал Volage – спортивный электромобиль, построенный силами Venturi и Michelin, который скоро поступит в продажу. Технология Active Wheel имеет ряд преимуществ. Все активные системы безопасности, такие как ABS, ESP, Brake Assist и Traction Control можно прошить в управляющий софт, после чего они смогут воздействовать на каждое колесо в отдельности. Добавим к этому мобильность системы и способность регенерировать энергию торможения.

Конечно, есть и недостатки. Попробуйте впихнуть кучу механизмов внутрь маленького обода. Если это и получится, то вес колеса увеличится, а это плохо скажется на управляемости, повысится износ подвески, увеличится передача вибрации на кузов. Идеальный вес автомобильного колеса должен составлять 10-30 кг. Инженерам Michelin удалось вписаться в эти рамки – тяговый электродвигатель Active Wheel весит всего 7 кг, а остальная механика системы укладывается в 11 кг.

Преимущества и недостатки электродвигателя

Преимуществ перед ДВС у электродвигателя много:

• Малый вес и достаточно компактные размеры. К примеру инженеры Yasa Motors разработали мотор весом 25 кг, который может выдавать до 650 Нм.
• Долговечность, простая эксплуатация.
• Экологичность.
• Максимальный крутящий момент доступен уже с 0 об/мин.
• Высокий КПД.
• Нет необходимости в коробки передач. Хотя, по мнению специалистов, электромобилю она не помешает .
• Возможность рекуперации.

Существенных недостатков у самого электродвигателя нет. Но есть большие сложности в его питании. Несовершенство источников тока не дают пока что массово использовать электродвигатели в автомобилестроении.

3 24.09.2013 16:50:36

Для ровных и сухих дорог. 10квт мощи же написано, откуда 50?

Кртящий момент низкий — только для ровного асфальта и небольших горок.

4 05.10.2013 00:01:28

5 20.10.2013 09:01:27

Для ровных и сухих дорог. 10квт мощи же написано, откуда 50?

Кртящий момент низкий — только для ровного асфальта и небольших горок.

Если взять двиг от ВАЗа 1,5л — крутящий момент 100нм, добавим первую передачу 3,5 и задний редуктор около 4х. Получаем 1400нм на колесе.

С крутящим моментом немного можно ещё посчитать. Во-первых, 100Нм получаются только на 2-4 тыс. об/мин двигателя. По пути к колесу есть потери на трансмиссии — сцепление, коробка, дифференциал. Максимальный крутящий момент получаем только на 1-й передаче. Получается что на 5-й передаче крутящий момент почти такой же как на 10кВт двигателе, а если их два или четыре по 10кВт? Но неподресоренную массу конечно никуда не денешь. Эти движки для гольфкара хороши или для чисто городского автомобильчика.

Следующие статьи:

26 апреля 2022 года

Комментариев пока нет!

Популярное:

Надавно добавленные материалы:

Bmw x5 детский электромобиль

Лицензионный детский электромобиль M 2762 (MP4) EBR-1 BMW X5, белый — оборудован встроенным планшетом, также есть разъёмы для подключения внешних устройств, что делает

Детский электромобиль bmw z4

Доставка в Мариуполь из другого городаДетский электромобиль BMW Z4 белый, Rastar (?81800/1) В этой детской версии элитного автомобиля все, как

Bmw x6 jj258 электромобиль

Детский электромобиль JJ 258 R-1 джип BMW X6 белый — дизайн этого превосходного детского электромобиля сделан в стиле джипа компании

Детские электромобили bmw x6

Детский электромобиль M 0569 BMW X6 кабриолет на радиоуправлении Детский электромобиль M 0569 BMW X6 кабриолет предназначен для детей от 2-до 8

Детский электромобиль bmw х6

Детский аккумуляторный электромобиль bmw

Каталог детских электромобилей BMW находится по адресу – http://hybroid.ru/kidselectriccars/bmwДетские электромобили с аккумуляторной батареей вряд ли можно назвать детской игрушкой. Это скорее

Детский электромобиль джип bmw

Детский электромобиль JJ 258 R-4 джип BMW X6 синий — детский электромобиль имеет обтекаемый корпус с изящными изгибами, яркие

Лодочный электромотор скорость

Самодельный лодочный электромотор

Мотор колесо magic pie 3

У армянского радио спрашивают в чем разница между велосипедистом и курицей. Армянское радио думало неделю и сказало мы знаем в чем разница: курица вначале садится, а потом кладет яйца, а велосипедист сначала кладет яйца, а потом садится.

Принцип работы электродвигателя на современных автомобилях

Удачное авто, которое обладает высокой мощностью и хорошей динамикой, получило сегодня еще один важный критерий качества и современности. Это экономичность, которая позволяет не только экономить определенные средства в эксплуатации транспорта, но и сохранять окружающую среду, не передавая огромное количество загрязнений на мир вокруг. Достаточно помнить, что цена топлива постоянно повышается, и этому нет никаких пределов. Ресурс нефти исчерпаем, политические игры с ее стоимостью закончатся ровно в тот момент, когда количество запасов резко уменьшится. Потому мир неизбежно должен задумываться об экономичности своего транспорта.

Именно это стало основной причиной столь активных разработок электромобилей в последние годы. Конечно, сфера сталкивается с большим количеством трудностей на пути к росту, поскольку нефтяные магнаты не слишком довольны фактом расширения инфраструктуры для электромобилей. Тем не менее, машины неизбежно будут электрическими уже через несколько лет, вскоре это станет отличной альтернативой бензиновым транспортным средствам. Сегодня мы рассмотрим принцип работы некоторых типов электромобилей, а также поговорим о реальных перспективах и присутствующих победах этого транспорта.

Гибридные автомобили — оптимальная комбинация электричества и бензина

Если с вводом электромобилей для покупателей у мировых брендов пока возникает больше проблем, чем выгод, то гибриды присутствуют в модельной линейке каждого уважающего себя бренда. Сегодня гибридные авто способны на очень многое. К примеру, Lexus RX, достаточно большой кроссовер элитного класса, в своем гибридном исполнении имеет больше 300 лошадиных сил, а потребляет на трассе и в городских условиях порядка 6 литров топлива на 100 километров. Принцип работы гибридного автомобиля следующий:

• на двух колесах установлены небольшие электродвигатели (зачастую это задние колеса автомобиля);
• на передние колеса действует бензиновый двигатель, который может быть несколько меньшего объема;
• к бензиновому агрегату также подключен мощный генератор, который заряжает батарею авто;
• батарея в необходимое время восполняет свой заряд, а далее транспорт может ехать на одной только электротяге;
• когда заряд заканчивается, включается бензиновый агрегат и работает ровно нужное количество времени;
• возможна также работа всех агрегатов одновременно — в данном случае водитель получает максимум мощности;
• батарею не нужно заряжать от розетки, весь заряд выполняется с помощью бензинового (иногда дизельного) силового агрегата.

В модельной линейке компании Peugeot во Франции присутствует гибрид с дизельным двигателем. Это малый семейный кроссовер, которые потребляет рекордные 3.4 литра на 100 километров. Впрочем, это не самый экономичный автомобиль. В мире уже присутствуют гибриды, которые могут использовать от 1 литра бензина на 100 километров пробега. Такие авто имеют не слишком мощные двигатели, но для городской поездки они вполне подходят. И это также может быть шаг в будущее. Впрочем, гибридные авто имеют довольно сложную конструкцию, которую дорого обслуживать.

Чистый электромобиль — принципы работы современных систем

Сложно описать работу электромобиля в общем, поскольку сегодня компании используют различные технологии для создания необходимых характеристик и особенностей транспорта будущего. В качестве эталона все принимают концерн Tesla, который произвел легендарный автомобиль Tesla Model S. При своей цене в Америке в пределах 50 000 долларов эта машина демонстрирует невероятные характеристики. О принципе работы этой машины говорить сложно, поскольку концерн не слишком распространяется о примененных инструментах. Тем не менее, будет весьма полезно узнать даже оглашенные данные:

• практически все детали кузова, а также подвеска и некоторые элементы периферии изготовлены из облегченного алюминия;
• при производстве двигатели компания отказалась использовать дорогие редкие материалы, снизив стоимость и повысив экологичность машины;
• двигатель индукционного типа является самой главной разработкой корпорации, он очень экономично расходует заряд батареи;
• сами батареи LI-ION, их емкость зависит от комплектации, но в любой версии является достаточно большой;
• полного заряда батарей хватает на 225, 320 или на целых 425 километров экономичной поездки (запас хода зависит от комплектации и емкости батарей);
• батарею расположили под полом, чтобы значительно снизить уровень тяжести машины и придать ей спортивных характеристик, большой накат.

Все решения производителя увенчались успехом, этот электромобиль стал одним из самых успешных представителей своего класса. Тем не менее, компания Tesla не выдумала ничего такого, что не было бы известно современным производителям электрических приборов. Просто все технологии были выработаны в оптимальном исполнении. Все 250 патентов, которыми обладает автомобиль, связаны не с новыми технологиями, а с методом применения уже известных и разработанных узлов. Тем не менее, это не отменяет гениальность разработчиков и их серьезные достижения в этой непростой сфере.

Так как же работает электродвигатель в современном электромобиле?

Пока во всех электромобилях используются индукционные двигатели, задачей которых является преобразование электрической энергии в механическую. Такие силовые агрегаты не имеют вращающихся деталей, что значительно снижает стоимость их обслуживания. Ремонт двигателей связан только с восстановлением обмотки и обслуживанием двух подшипников, удерживающих вал в центре двигателя. Конструкция электродвигателя известна многие годы, но только сегодня производители автомобилей начали активно имплементировать этот узел в машины. Есть ряд проблем, которые препятствуют полному переходу на электромобили:

• для движения на электромобиле требуется достаточно много энергии, которую нужно брать из мобильных источников;
• коэффициент полезного действия электродвигателей в современном виде достигает 90%, но необходимо выработать еще больший показатель;
• батареи Li-Ion являются достаточно тяжелым, но единственным разумным источником энергии для электромобиля;
• аккумуляторы не только много весят, но и предельно дорого стоят, а их ресурс ограничен примерно 1000 перезарядок (некоторые могут выдерживать больше);
• утилизация батарей пока представляет очень большую сложность, из-за которой противники электромобилей говорят о вреде природе;
• многие считают, что эксплуатация транспорта с литий-ионными аккумуляторами сильно вредит окружающей среде;
• конструкция и особенности электродвигателя мало известны обывателю, потому противники распускают немало ложных слухов.

Многие факты, которые нам сегодня известны о работе электромобиля являются слухами, придуманными для предотвращения полного перехода на электрический транспорт. Впрочем, о полном переходе в ближайшие три десятка лет думать не приходится. Люди в большинстве стран не могут позволить себе купить электромобиль, стоимость которого стартует с 30-40 тысяч долларов за маленький хэтчбек с небольшим максимальным пробегом. Да и сеть заправок необходимо оборудовать, чтобы за несколько минут восполнять все потери батареи. Предлагаем посмотреть репортаж о мастере, который переделывает обычные машины на электромобили:

Подводим итоги

Развитие электромобилей является одним из самых интересных направлений деятельности современной сферы автомобилестроения. Тем не менее, есть много спорных фактов, которые могут стать настоящей проблемой для этой отрасли. Пока идут споры о том, будет ли стандартный бензиновый и дизельный транспорт заменен на электрические автомобили, но эти споры беспочвенны. Бензиновые авто в течение следующих трех десятилетий отойдут в историю по причине окончания запасов нефти. Этот ресурс станет слишком дорогим для того, чтобы заливать его в баки автомобилей.

Но станет ли электричество следующим топливом для массового транспорта, или вид персонального средства передвижения вообще изменится до неузнаваемости? Вопросов в этом деле больше чем ответов, потому мы не будем делать никаких догадок. Можно наблюдать за развитием технологий автомобильного рынка и делать собственные выводы по поводу его дальнейших шагов. Как вы думаете, станут ли электромобили следующим мировым транспортом с огромным количеством покупателей и массовой заменой бензиновых машин?

Двигатель электромобиля, гибридного авто

Электродвигатель (тяговый электромотор, двигатель на электротяге) – мотор, который устанавливается на электротранспорт и гибридные автомобили. У электромобилей электродвигатель – единственный двигатель. У гибридных автомобилей электродвигатель работает в тандеме с двигателем внутреннего сгорания. В зависимости от выбранного режима работы и схемы автомобиля включается электромотор, бензиновый двигатель или два двигателя одновременно.

По планам многих автоконцернов – именно за тяговым двигателем для электромобиля – будущее. Так известно, что в плане развития известного гиганта Bentley Motors значится, что к 2030-му году компания полностью трансформируется в производителя электроавтомобилей. На электродвигатели ставки также делают такие известные на весь мир компании, как Nissan, Volvo, Aston Martin.

Тенденции таковы, что в массовом производстве сейчас больше представлены легковые электромобили и городской электротранспорт (согласно планам, в ряде таких стран как, к примеру, Франция и Норвегия в 2025-2030-м гг. автобусы в городах будут полностью заменены на электротранспорт).

Но чувствуется интерес и к установке электромоторов на грузовой транспорт. Особенно электродвигатели интересны производителям городских развозных фургонов, терминальных тягачей и коммунальных грузовиков.

На весь мир уже хорошо известен седельный тягач капотного типа Tesla Semi, в коммунальном хозяйстве США активно не первый год используют мусоровозы PETERBILT на электротяге, в Евросоюзе возрастает интерес к седельному тягачу с электродвигателем Emoss Mobile Systems B.V. и Renault Trucks –развозному автомобилю для продуктов.

На постсоветском пространстве свой коммерческий электротранспорт пока только начинает появляться, но уже активно говорят про грузовик МАЗ-4381Е0 (на грузовике установлен асинхронный тяговый электродвигатель мощностью 70 кВт (95 л.с.), ориентированный на транспортировку грузов в черте города, и электрогрузовик Moskva опытно-конструкторского бюро Drive Electro (главное назначение — доставка товаров в магазины). Не за горами время, когда этот коммерческий транспорт с электромоторами будет активно востребован автопарками, логистическими центрами, предприятиями.

Также, безусловно, давно, как данность мы принимаем, что на электродвигателе работают трамваи, троллейбусы, погрузчики на складах и локомотивы. Трёхфазный асинхронный двигатель помогает двигаться на давно полюбившихся поездах «Ласточка» и «Сапсан».

Принцип работы

Принцип работы двигателя электромобиля основан на преобразовании электроэнергии в механическую энергию вращения. Главные участники преобразования энергии – статор и ротор.

Как работает традиционный электромотор?

Наглядная схема двигателя электромобиля в системе электропривода представлена ниже:

Важная особенность классического электрокара – отсутствие дифференциала, коробки передач, передаточных устройств с шестеренками. Энергия от электромотора поступает прямо на колеса.

Без коробки передач – и большинство «гибридов» с электродвигателем и ДВС. Исключение – «гибриды» с параллельной схемой передачи на колёса крутящего момента. К ней мы ещё вернёмся в этой статье в разделе, посвящённом гибридным автомобилям.

Принцип работы любого электродвигателя базируется на процессах взаимного притяжения и отталкивания полюсов магнитов на роторе и статоре. Движение осуществляется под действием самого магнитного поля и инерции.

Устройство

Как устроен двигатель электромобиля?

При описании принципа работы электродвигателя, уже было упомянуто, что главные компоненты двигателя электромобиля– ротор и статор.

1. Ротор – это вращающийся компонент двигателя.
2. Статор находится в неподвижном состоянии. Он ответственен за создание неподвижного магнитного поля.

Ротор

Классический ротор автомобиля состоит из сердечника, обмотки и вала. У некоторых электродвигателей в состав ротора также входит коллектор.

• Сердечник – это металлический стержень, на периферии которого располагается обмотка. Непосредственно через сердечник происходит замыкание магнитной цепи электродвигателя. Сердечник изготавливается из стальных пластин круглой формы. По структуре похож на слоёный пирог. При производстве сердечников используют изолированные листы стали с присадками кремния. В этом случае обеспечены увеличение КПД электродвигателя, наименьшие удельные потери в металле на единицу массы, снижение величины размагничивающих вихревых токов Фуко, которые возникают из-за перемагничивания сердечника. На поверхности сердечника есть продольные пазы. Через них прокладывается обмотка.
• Вал – металлический стержень, который непосредственно передаёт вращающий момент. Также изготавливается из электротехнической стали. Служит основой для насаживания сердечника. На концах вала есть резьба, выемки под шестерёнки, подшипники качения, шкивы.
• Коллектор – блок, крепящийся на валу. Представляет собой систему медных пластин. Изолирован от вала. Служит выпрямителем переменного тока, переключателем-автоматом направления тока (в зависимости от вида электродвигателя).

Статор (индуктор)

Статор состоит из станины, сердечника и обмотки:

• Станина статора – корпус статора. Как правило, корпус бывает алюминиевым или чугунным. Алюминиевые станины популярны у электродвигателей легковых авто, чугунные – у спецтехники, которая вынуждена работать в условиях высокой вибрации. Станина служит базой крепления основных и добавочных полюсов.
• Сердечник статора – цилиндр из профилированных стальных листов. Фиксируется винтами внутри станины. Снабжён пазами для обмотки.
• Обмотка. Создаёт магнитный поток. При пересечении проводников ротора наводит в них электродвижущую силу.

Электродвигатели классифицируют по типу питания привода, конструкции щеточно-коллекторного узла, количеству фаз для запитывания:

• По типу питания привода. Устройства делятся на моторы переменного и постоянного тока. Двигатели постоянного тока способны обеспечить более точную и плавную регулировку оборотов, высокий КПД. Двигатели переменного тока выручают, когда важна высокая перегрузочная способность. Это удачный вариант для подъёмно-транспортных машин. Впрочем, существуют и универсальные моторы, которые функционируют от переменного и постоянного тока.
• По конструкции щеточно-коллекторного узла. Выпускаются бесколлекторные и коллекторные моторы. Бесколлекторный мотор работает за счёт движения ротора с постоянным магнитом. У конструкции нет щеточно-коллекторного узла. Решение обеспечивает достойный крутящий момент, широкий диапазон скоростей и высокий КПД. Важные преимущества бесколлекторного мотора – надёжность, способность к самосинхронизации, возможность подпитываться при переменном напряжении. Ресурс бесколлекторного мотора ограничен исключительно ресурсом подшипников. У коллекторных моторов присутствует щелочно-коллекторный узел. Удобство решения связано с тем, что он может использоваться и в качестве переключателя тока в обмотках, и как извещатель положения ротора, нет необходимости в контролле. Проблема коллекторных моделей – в том, что они зависимы от постоянных магнитов, которые, как известно, со временем, к огромному сожалению, теряют свои свойства.
• По количеству фаз для запитывания. В зависимости от того, как запитывается обмотка, электродвигатели бывают однофазными и трёхфазными. В автомобилестроении широкое распространение получили трёхфазные решения, это связано с рядом технических характеристик (мощность, перегрузочная способность, частота вращения на холостом ходу).

Асинхронные и синхронные двигатели

Синхронные моторы – двигатели переменного тока, у которых частота вращения ротора идентична частоте вращения магнитного поля (измерение производится в воздушном зазоре). В автомобилестроении синхронные моторы встретить можно нечасто (хотя в мире техники – это, в целом, очень популярное решение – особенно в климатотехнике, насосных системах).

Но есть производители авто, которые при производстве электрокаров предпочитают устанавливать на свои машины именно синхронные двигатели. Яркий пример – концерн Renault. Синхронными двигателями на электромагнитах он оснастил электрокар Renault Zoe. На электромагниты подаётся постоянный ток. Полярность магнитов ротора стабильна. Полярность магнитов статора при этом изменяется и обеспечивает бесперебойное вращение.

Преимущество синхронных двигателей на электромагнитах у авто – максимальная оптимизация рекуперации энергии торможения. И главный «конёк» авто с таким типом электродвигателя – полная безопасность при буксировке.

Гораздо более популярный вариант – асинхронные двигатели. Это двигатели переменного тока, у которых потенциал напряжения – магнитного поля не совпадает с частотой вращения ротора. Типичным 3-фазным асинхронным двигателем оснащены, например, хорошо известные автомобили Tesla S и Tesla Х.

Иногда асинхронные моторы называют индукционными, так как в роторе в соответствие с законом Ленца у них индуцируется электромагнитная сила.

Двигатель-колесо

Обособленно среди электромоторов стоит двигатель-колесо. Особенность двигателя- колеса – ориентир крутящего момента и силы напряжения на конкретное колесо.

Такие решения можно встретить в плагин-гибридных автомобилях («гибридах» с параллельной схемой, при описании устройства гибридных авто ниже по тексту мы остановимся на них подробнее). Работает двигатель-колесо в паре с ДВС.

У первых плагин-гибридных автомобилей с двигателем-колесом агрегат был монтирован в ступицу колеса, а работа осуществлялась исключительно в паре с внутренним зубчатым редуктором.

Некоторые же современные модели моторов, монтируемые внутри колёс, вполне могут работать без зубчатого редуктора. Это увеличивает управляемость, позволяет избежать увеличения удельного веса шасси, уменьшить риски, повышает КПД.

Преимущества и недостатки электродвигателей

Преимуществ у электродвигателей существенно больше, нежели недостатков. Более того, за счёт усовершенствования и конструктивных особенностей самих электроприводов, и инфраструктуры, связанной с зарядкой, многие вещи, которые вчера ещё казались критичными, сегодня теряют свою актуальность.

Преимущества

• Не требуется «раскачка». Крутящий момент достигает максимума непосредственно при включении. Именно по этой причине электрический двигатель электромобиля не требует наличия стартеров и сцеплений – неотъемлемых спутников ДВС.
• Удобство. Для включения заднего хода (то есть коррекции со стороны вращения мотора) достаточно поменять полярность, сложная коробка передач не требуется.
• Высокий КПД. У машин с электродвигателями он достигает 95 %.
• Независимость. На любой отметке скорости достигается максимальный показатель крутящего момента.
• У мотора – малый вес. Производители могут себе легко позволить создавать компактные автомобили.
• Есть все возможности для рекуперации энергии торможения. Если у авто с ДВС кинетическая энергия просто уходит в колодки (и стирает их), то у электромобиля в режиме рекуперации мотор может функционировать как генератор. В режиме генерации электроэнергия просто трансформируется в другую форму и быстро накапливается в АКБ. Особенно решение эффективно для транспортных средств с длинным тормозным путем. На объём генерируемой и накопленной энергии существенно влияет маршрут (рельеф, в частности наличие холмистых участков на дороге и уклон дороги).
• Снижение расходов на эксплуатацию машины. Зарядку можно производить от электросети. Это существенно дешевле, нежели использование дизеля, бензина. Выгода очевидна даже по сравнению с бензиновыми авто эконом-класса.
• Малый уровень шума.
• В большинстве случаев для мотора не требуется принудительное охлаждение.
• Экологичность. Использование транспорта с электродвигателем снижает количество выхлопных газов в воздухе.

Недостатки

Долгое время считалось, что самый большой минус использования электродвигателя – его зависимость от аккумуляторов, которые быстро выходят из строя. Теперь это неактуально. Современные батареи электрокаров, представленных в массовом выпуске, гарантируют пробег автомобиля 150-200 тыс. км. Потерял актуальность и тот фактор, что машины с электродвигателем существенно уступают бензиновым по мощности. Электротяга современных электромоторов уже не уступает ДВС.

Поэтому недостатки электродвигателей сейчас правильно свести не к недостаткам конструкции, а к плохо развитой инфраструктуре для того, чтобы подзаряжать электромобили. Если в США, Скандинавии подзарядить электрокар легко, то до недавнего момента даже в Западной и Центральной Европе с инфраструктурой для подзарядки таких машин были проблемы.

В России, Беларуси, Украине, Казахстане, пока, увы, с инфраструктурой ситуация ещё хуже. Хотя, например, в России число заправок для электрокаров с 2018 по 2020 год возросло в 3 раза, но полотно покрытия площадками для зарядки очень неоднородное. В Москве – более плотное, в регионах – слабое. Даже разрыв с такими городами-гигантами как Санкт-Петербург и Челябинск — колоссальный.

Устройство электромобиля

Рассматривая электродвигатель, важно остановиться на устройстве электромобиля в целом, изучение электродвигателя не самого по себе, а как части системы электропривода, где электродвигатель – один из его базовых компонентов, его «сердце». Но «организм», функционирует только тогда, когда в порядке все другие «органы» – части электропривода:

• Аккумуляторная батарея.
• Бортовое зарядное устройство. Его функция – обеспечение возможности заряжать аккумуляторную батарею от бытовой электрической сети.
• Трансмиссия. Распространены трансмиссия с одноступенчатым зубчатым редуктором (чаще всего встречающийся и наиболее простой вариант) и бесступенчатая трансмиссия с гидротрансформатором (для старта с места), плавно изменяющие отношение скоростей вращения и вращающих моментов мотора и ведущих колес транспортного средства во всём рабочем диапазоне скоростей и тяговых усилий.
• Инвертор. Назначение инвертора – трансформирование высокого напряжения постоянного тока аккумулятора в трехфазное напряжение переменного тока.
• Преобразователь постоянного тока. Функция – зарядка дополнительной батареи, которая используется для системы освещения, кондиционирования, аудиосистемы.
• Электронная система управления (блок управления). Отвечает за управление функциями, связанными с энергосбережением, безопасностью комфортом. В её «подчинении» – оценка заряда АКБ, оптимизация режимов движения, регулирование тяги, контроль за использованной энергией и за напряжением, управлением ускорением и рекуперативным торможением.

Аккумуляторная батарея

Аккумуляторная батарея (аккумулятор) – один из наиболее дорогих компонентов системы. По своей значимости играет такую же роль, как бензобак для ДВС. Электромобиль движется за счёт электричества, полученного от электросети во время зарядки и хранящегося в АКБ.

При этом важно помнить, что у большинства электромобилей устанавливаются одновременно два аккумулятора: один тяговой – он питает именно мотор и стартерный (как и в машинах с ДВС, он помогает системе освещения, системе подогрева). Эти аккумуляторы разные не только по назначению, но и техническим характеристикам.
Тяговый аккумулятор электрического двигателя электромобиля предназначен для питания мотора, запуска двигателя. У него нет высокого пускового тока, но он заточен на длительную работу, выдерживает большое количество циклов заряда-разряда.

Типичная тяговая АКБ – моноблочная секционная конструкция. Тяговая АКБ состоит из толстых электронных пластин – пористых сепараторов и электролитного вещества.
Самые распространенные аккумуляторы – литий-ионные. У них – наиболее высокая энергетическая плотность, не требуется обслуживание, достаточно низкий саморазряд.

Устройство и особенности гибридных систем

Свои особенности – у гибридных систем. В гибридных системах электродвигатель может рассматриваться и как «партнёр» ДВС, и как допэлемент, помогающий добиться экономии топлива и при этом повышения мощности.

Устройство «гибрида» отличается в зависимости от реализованной схемы передачи на колёса крутящего момента.

• Параллельная. Аккумуляторы передают энергию электромотору, бак – топливо для ДВС. Оба агрегата равноправны и способны создать условия для перемещения авто. Но работает такая схема только при наличии коробки передач. Параллельная схема успешно реализована у автомобиля Honda Civic. Нередко гибриды с параллельной схемой выделяют в отдельную группу и называют плагин-гибридными.

• Последовательная. Любое действие начинается с включения ДВС. Он же отвечает за последующие действия: поворот генератора для запуска электромотора, зарядку аккумуляторов.

• Последовательно-параллельная. Через планетарный редуктор соединены ДВС, электродвигатель и генератор. В зависимости от условий движения может использоваться тяга электродвигателя или ДВС. Режим выбирается программно системой управления транспортного средства. Среди хорошо известных последовательно-параллельных «гибридов» – Toyota Prius, Lexus-RX 400h.

Классический гибридный автомобиль использует интегрированный в трансмиссию электрический мотор-генератор.

При этом для получения электрической тяги у гибридных систем задействованы четыре базовых компонента:

• Мотор-генератор. Является обратимой силовой установкой. Может работать в двух режимах: непосредственно тягового мотора и генератора для зарядки высоковольтной аккумуляторной батареи. При работе в режиме мотора возможно создание крутящего момента и мощности, которых хватит для старта и движения автомобиля с выключенным ДВС, при работе устройства в режиме генератора продуцируется высоковольтная электроэнергия.
• Высоковольтные силовые кабели. Изолированные электрические кабели большого сечения. Важны для переноса энергии между компонентами высоковольтных электроцепей.
• Высоковольтные аккумуляторные батареи. Включенные в последовательную цепь аккумуляторные элементы. Позволяют накопить в батарее большой объём электроэнергии.
• Высоковольтный силовой модуль управления для управления потоком электроэнергии для движения транспортного средства на электрической тяге.

Гибридные авто открывают новые эксплуатационные возможности, с одной стороны можно быть максимально экологичным, радоваться комфортной езде и сэкономить на топливе, а с другой стороны, при разряде аккумулятора владелец авто не попадёт впросак, если невозможно подзарядить мотор: в работу вступит ДВС.

Перспективы применения электродвигателей в автомобилях

Перспективы применения электродвигателей в автомобилях напрямую связаны с тем, насколько активно будет развиваться инфраструктура. Там, где она не обеспечена, использование электрокаров действительно ограничено. Ведь без подзарядки у многих авто – малая дальность пробега.

Впрочем, даже последняя проблема активно решаемая. Немецкие и японские разработчики (компании DBM Energy, Lekker Energie, Japan Electric Vehicle Club) сумели доказать миру: потенциал у электродвигателей, аккумуляторов без подзарядки может достигать 500 -1000 тысяч километров пробега. Правда, пока что 1 000 тысяч км пробега без подзарядки возможны только в теории, а 500-600 уже на практике.

На данный момент доступность такого транспорта – на уровне инженерно-конструкторской работы, экспериментальных выпусков, но есть перспективы что их подхватят автогиганты, и не за горизонтом – серийное производство.

Перспективы применения электродвигателей в автомобилях очень тесно связаны и с политикой отдельных государств. Например, в Норвегии обладатели электромобилей освобождены от уплаты ежегодного налога на транспорт, пользования платными дорогами, паромными переправами и даже большинством парковок. С учётом того, что налоги и тарифы в Скандинавии одни из самых высоких, мотивация приобрести именно авто с электродвигателем, а не ДВС – очень высокая.

Обратите внимание, что на базе LCMS ELECTUDE есть специальный раздел “Электрический привод”, в нём подробно разбираются электродвигатели, виды электропривода, системы зарядки, особенности обслуживания транспорта с электромотором. Кроме комплексных теоретических знаний в обучающих модулях приводятся многочисленные практические примеры.

Источник http://motorkolesogid.ru/komplekt/jelektromotor-koleso-dlya-avto.html

Источник http://avto-flot.ru/blog/printsip-rabotyi-elektrodvigatelya-na-sovremennyih-avtomobilyah.html

Источник http://pro-sensys.com/info/articles/obzornye-stati/dvigatel-elektromobilya/