Какие бывают электродвигатели для автомобилей

Популярность электрокаров в последние годы растет в геометрической прогрессии. Все больше людей во всем мире, и Россия – не исключение, пересаживаются на авто с электромоторами. Этот рыночный сегмент становится все шире, а многие мировые автопроизводители включают в линейку своей продукции машины, оборудованные электрическими силовыми установками.

Логично, что ассортимент таких моторов тоже расширяется. Сегодня поговорим о том, какими бывают электродвигатели для автомобилей, каковы преимущества каждой из разновидностей.

Градация таких электродвигателей осуществляется по ряду параметров, в частности, по принципу действия, типу питания привода, конструкции щеточно-коллекторного узла, количеству фаз, месту установки и прочим параметрам.

Синхронные и асинхронные электродвигатели

Важно

Исходя из принципов действия, существует два вида электродвигателей автомобиля – синхронные и асинхронные. Первые могут оборудоваться постоянными магнитами и функционировать за счет индукции. Они получили узкое распространение, тогда как асинхронные используются значительно чаще из-за их доступности и безопасности.

Синхронные двигатели - устройство и принцип работы

Электромоторы этого типа представляют собой узлы переменного тока, частота вращения которых аналогична частоте вращения магнитного поля. В машиностроении такие решения используются редко, значительно чаще они применяются в насосных системах, климатической технике и пр. Однако есть автопроизводители, к примеру, Renault, которые предпочитают оснащать свои электрокары именно синхронными моторами. Яркий тому пример - Renault Zoe.

Опишем устройство статичных электромоторов подробнее. Итак, они состоят из подвижной и неподвижной частей, обмоток (у каждой из них свое назначение), а также коллекторного узла (опционально).

1.  Статор (он же – якорь) – деталь, изготавливаемая из стали методом литья или из шихтованного железа. Его задача – размещение рабочей обмотки, проведение силовых линий электромагнитного поля.
2.  Обмотка статора, выполненная из меди и предназначенная для подачи напряжения, необходимого для создания рабочего магнитного потока.
3.  Ротор с так называемой обмоткой возбуждения. Он необходим для взаимодействия с магнитным полем статора. Когда на обмотку подается напряжение, в роторе электромотора образуется собственное магнитное поле, оказывающее воздействие на вращающий элемент.
4.  Вал. Он передает усилие вращения от электромотора к нагрузке, которая к нему подключается. Чаще всего это остов, на котором зафиксированы полюса ротора или шихтовка, кольца, подшипники, пластины и прочие вспомогательные детали.
5.  Контактные кольца, которые подают питание на обмотки ротора (устанавливаются опционально, в зависимости от конкретной модели электродвигателя).
6.  Корпус, защищающий узел от негативного воздействия внешних факторов. Он обеспечивает надежность, герметичность и прочность электромотора в любых условиях эксплуатации.

Работа синхронных двигателей электрокаров базируется на принципах взаимодействия магнитного потока, который генерируется обмотками.

Наибольшее распространение получили узлы с рабочей обмоткой на статоре, а на роторе присутствует обмотка возбуждения. На магниты подается постоянный ток. Роторы магнитов характеризуются стабильной полярностью, тогда как магниты статора отличаются переменной полярностью, что и становится залогом бесперебойного вращения.

Асинхронные двигатели - устройство и принцип работы

Асинхронные моторы, являющиеся электродвигателями переменного тока, обрели более широкое распространение. Их ключевое отличие от описанной выше разновидности – несовпадение магнитного поля с частотой вращения ротора. Схема классического асинхронного электродвигателя автомобиля реализована, к примеру, в моделях Tesla S и Tesla Х.
Конструктивно асинхронные электромоторы состоят из таких элементов:

1.  Статор, выполненный в форме цилиндра и состоящий из стальных листов. Его основа – сердечник с пазами, в которые вставлены обмотки. Оси обмоток находятся под углом 120 градусов относительно друг друга.
2.  Ротор (может быть фазным или короткозамкнутым).
3.  Вспомогательные детали – лапы, вал и подшипники, подшипниковые щиты, крыльчатка с кожухом вентилятора, выводы. Все эти комплектующие обеспечивают бесперебойное вращение механизма и его защиту.

Свое название асинхронные моторы получили благодаря различию в скорости магнитных полей статора и ротора.

При воздействии водителем на педаль газа магнитное поле ротора отстает от статора, и поле последнего увлекает ротор за собой. При замедлении автомобиля электродвигатель выполняет функции генератора, вследствие чего магнитное поле ротора обгоняет магнитное поле статора. Разницу скорости вращения именуют скольжением.

Сравнение, преимущества и недостатки

И у синхронных, и у асинхронных моторов есть как плюсы, так и минусы.

Первые отличаются такими плюсами:

•  Высокая эффективность.
•  Нетребовательность к системе охлаждения.
•  Мощность в расчете на замер.

Что касается минусов, то это:

•  Дороговизна.
•  Риск размагничивания (теоретический).

В числе неоспоримых достоинств асинхронных электромоторов необходимо упомянуть следующее:

•  Простота конструкции, хорошая ремонтопригодность.
•  Надежность, длительный срок службы.
•  Доступная цена, которой обусловлено широкое распространение таких узлов.
•  Универсальность (используются не только в электротранспорте, но и в других сферах человеческой деятельности).

Но есть у этого вида электромоторов и минусы:

•  Критическая потребность в хорошем охлаждении.
•  Сравнительно невысокая мощность в расчете на замер.
•  Низкая эффективность по сравнению с другими электродвигателями.

Электродвигатели в колесах "Белаза"

Оригинальным и сравнительно новым решением стали электродвигатели в колесе автомобиля. Ключевой его особенностью является тот факт, что крутящий момент и силы напряжения ориентируются на конкретное колесо. Чаще всего подобные решения используются в т.н. план-гибридных авто (причем, не только в легковушках, но и в грузовиках) с параллельной схемой.

Работают мотор-колеса в паре с классическим двигателем внутреннего сгорания. В первых авто такого плана электромоторы интегрировались в ступицу колес, работали они исключительно в сочетании с внутреннем редуктором зубчатого типа. С развитием и совершенствованием технологии конструкция слегка видоизменилась.

Одним из ярчайших примеров использования мотор-колеса является БелАЗ-75131. В каждом его колесе есть отдельный электромоторчик, приводящий его в движение. Мощность одного мотор-колеса составляет 1630 лошадиных сил, а четыре узла в сочетании с двумя генераторами называют полноценным электродвигателем. 

В случае с БелАЗом мотор-колеса работают с двумя поршневыми ДВС на дизельном топливе, поэтому грузовик, а это, отметим, гигантский карьерный самосвал, представляет собой скорее гибрид, чем электрокар, которым модель почему-то считается.

Стартер, генератор и другие устройства

Интересной особенностью и важным отличием электромобиля от машин, оснащенных двигателем внутреннего сгорания, является отсутствие генератора в его привычном виде. Дело в том, что, если бы эта деталь в конструкции такого авто была, мотору приходилось бы тратить энергию на ее вращения, а транспортное средство при этом разгонялось бы слабее.

Вот почему в устройстве многих электрокаров реализуется принцип рекуперации. Имеется в виду явление, когда при торможении электромотор переходит в режим генератора и начинает вырабатывать электричество, которое, в свою очередь, накапливается в аккумуляторной батарее.

Отдельного внимания заслуживает электродвигатель вентилятора автомобиля. Простейший узел с электроприводом подключается к бортовой электросистеме и оснащается электронной системой управления. В зависимости от температуры охлаждающей жидкости он то включается, то отключается, обеспечивая оптимальные условия для работы силовой установки.

Рядом отличительных черт обладает и стартер электрокаров, который в данном случае считается ключевой деталью, отвечающей за оперативный запуск мотора и бесперебойную его работу.

Работа стартера в машинах с электродвигателями осуществляется в двух режимах – включения и запуска. Вначале деталь приводит в действие цепь питания и обеспечивает подачу тока на остальные узлы, а затем включается зажигание и система охлаждения.

Электродвигатели гибридного автомобиля

Гибридными считаются автомобили, в конструкции которых представлены сразу два мотора разных типов. Чаще всего это сочетание обычного ДВС и электромотора, работающего в паре с блоком специальных аккумуляторных батарей.

Такие решения обрели заслуженную популярность, так как они позволяют добиться высокой топливной экономичности, улучшить динамику и минимизировать урон, который наносится окружающей среде выхлопными газами.

Есть разные виды гибридных авто. В одних ключевую роль играет двигатель внутреннего сгорания, в других дольше работают электромоторы. На рынке представлены такие разновидности гибридных авто:

•  Микрогибриды.
•  Последовательно-параллельные.
•  «Мягкие».
•  Подзаряжаемые, которые называются также подключаемыми.
•  Электрополноприводные.

Двигатели в электромобилях

Подводя промежуточную черту под сказанным выше, отметим, что под понятием «электромотор» подразумевается силовая установка, которой оснащается электрический транспорт и гибридные ТС.

Функционируют узлы по принципу магнитной индукции. Ток вначале подается на статор, идет по обмоткам, создавая, таким образом, магнитное поле (вращающееся), вследствие чего формируется ток в стержнях ротора, и он начинает вращаться.

Итог

В виду того, что популярность электромобилей стремительно растет, и такие машины все чаще можно увидеть на дорогах по всему миру, активно ведется работа над совершенствованием электродвигателей. Они становятся надежнее, эффективнее, обладают все большим ресурсом, постепенно избавляясь от недостатков, которые были присущи первым экземплярам подобных силовых установок.