С-Петербург, улица Тосина 3
+7 (812) 917-84-85
+7 (921) 316-27-00
Главная » Разное » Электродвигатель постоянного тока для электромобилей

Электродвигатель постоянного тока для электромобилей


Тяговый электродвигатель 12 вольт. Электродвигатель для автомобиля: будущее уже близко.

Электродвигатель – устройство, которое занимается преобразованием электроэнергии в механическую. Он работает, используя принцип электромагнитной индукции.В последнее время он все сильнее популяризируется на автомобильном рынке в качестве перспективного направления развития автопромышленности. Поэтому есть смысл подробнее ознакомиться с устройством электромобиля, его двигателя, за которым может быть будущее отрасли.

Используя опыт использования гибридных автомобилей, вам нужно добавить электрический двигатель, большую батарею и электронный блок управления. Так как двигатель с взрывным двигателем должен производить только электричество, органы трансмиссии и трансмиссии исчезают, а двигатель становится меньше, потому что ему больше не нужна дополнительная мощность автомобилей, к которым мы привыкли. Что касается батареи, то могут быть также использованы обычные свинцово-кислотные батареи, но не забывайте, что литиевые батареи быстро развиваются и становятся все более экономичными и надежными.

Принцип работы и устройство

Электродвигатель включает в себя статор и ротор. Вращающееся магнитное поле в статоре действует на обмотку ротора и наводит в нём ток индукции, возникает вращающий момент, который приводит в движение ротор. Электроэнергия, поступающая на обмотки мотора, преобразуется в механическую энергию вращения.

Отсрочка органов передачи также упрощает дизайн пола, делая его углеродным волокном и делая его плоским и гладким, чтобы увеличить аэродинамическую эффективность. В конце концов, потребление должно быть сокращено до трети или четверти. Но как это должен быть гибридный автомобиль? Если главная цель - сэкономить топливо, вы не можете думать о его достижении, увеличивая вес и размер автомобилей. Напротив, прямо противоположное. Если вес уменьшается, выгоды накапливаются, и если вес увеличивается и увеличивается скорость, недостатки умножаются.

Благодаря развитию технологии электродвигатели нашли применение в разных отраслях, например, автомобилестроении. Причем они способны использоваться либо отдельно, либо совместно с (ДВС). Последний вариант – гибридные авто.

От электродвигателей, применяемых на производствах, агрегат для авто отличается малыми габаритами, но повышенной мощностью. К тому же современные разработки все больше отдаляют двигатели для автомобилей от иных подобных устройств. Характеристиками электромобилей являются не только показатели мощности, крутящего момента, но и частота вращения, ток и напряжение. Поскольку от этих данных зависит передвижение и обслуживание авто.

Первое, что нужно сделать, это заменить стальную сталь промышленными смолами и материалами на основе смолы, которые также более подходят для защиты интерьера. То же самое для пола, которое может быть сделано из легких алюминиевых материалов. Как только раковина автомобиля будет осветлена, двигатель может стать меньше, как и другие конструкционные и механические детали. Но все это, в свою очередь, помогает осветлить автомобиль, которому тогда понадобится немного меньший двигатель. В конце концов, автомобиль может весить половину на тот же уровень производительности.

Виды

Чтобы лучше разобраться в многообразии, которое нам дарит авторынок, стоит рассмотреть существующие виды электродвигателей для электромобилей.

Их можно условно классифицировать по типу тока:

  • устройства переменного тока;
  • конструкции постоянного тока;
  • решения универсального образца (способны функционировать от постоянного и переменного тока).

Электродвигатели переменного тока делятся на группы:

Поэтому облегчить вес автомобилей - это цель, которую следует преследовать в любом случае, если вы хотите повысить эффективность. Но половина веса по сравнению с обычной утилитой, это также позволило бы полностью электрическому тяговому транспортному средству, и это могло бы назвать название электрических автомобилей, чтобы отличить его от того, что будет настоящим электромобилем в будущем. В полуэлектрическом автомобиле взрывной двигатель превращается в электрический генератор, он становится еще меньше, потому что он не нуждается в дополнительной мощности и работает только на оптимальных скоростях.

  • асинхронные – скорость вращения магнитного поля статора выше скорости вращения ротора;
  • синхронные – частоты вращения магнитного поля статора и ротора совпадают.

С учетом используемого количества фаз, электрические устройства разделяют на: одно-, двух-, трехфазные.

Если привести реальные образцы, используемые известными автопроизводителями, то хороший пример применения трехфазного агрегата асинхронного типа – Volt от Chevrolet. Он является гибридным автомобилем. Пример трехфазного синхронного двигателя - i-MiEV от Mitsubishi. А этот автомобиль является исключительно электрическим.

Коробка передач и коробки передач отсутствуют. Поэтому не только потери из-за трений этих механических компонентов, но и более важные из-за использования сцепления и замедлений. Только выбор ручной коробки передач вместо автоматической коробки передач отвечает за увеличение расхода топлива на 20%. Но больше того факта, что электрическая тяга, увеличивающая еще большую эффективность автомобиля, способствует созданию такого же типа движения. Не требуется более высоких скоростей, поскольку при электрической тяге максимальная скорость совпадает с крейсерской скоростью, которую можно удерживать до тех пор, пока вы хотите на шоссе.

Силовая установка Chevrolet Volt

Следует отметить, что у разных производителей разные двигатели, отличающиеся массой, мощностью, габаритами и прочими параметрами.

Есть еще одна классификация – по конструкции щеточно-коллекторного узла. Такие агрегаты бывают:

И когда автомобиль движется с максимальной скоростью и должен обгонять, у электродвигателя все еще есть непредвиденный запас хода и большой блеск. На данный момент мы почти совершили революцию, потому что инженеры и инженеры будут работать с этого момента, чтобы не увеличить мощность двигателя, а сделать его более эффективным как электрический генератор. Поэтому он изменит логику, с которой проектируются автомобили. Кроме того, поиск постоянно растущей власти, похоже, является тупиком: в течение нескольких лет автоматическое оборудование для контроля скорости, необходимое для того, чтобы содержать количество жертв улиц, будет систематически наказывать «спортивные» результаты.

  • Бесколлекторными. Представляют собой замкнутую систему, в которую входят: преобразователь координат, инвертор и извещатель положения.
  • Коллекторными. Щеточно-коллекторный узел играет роль в такой конструкции одновременно и извещателя положения ротора, и переключателя тока в обмотках. В основном используется ток постоянной частоты.

С другой стороны, автомобильная промышленность должна быть ориентирована на развитие более совершенного оборудования для управления и безопасности, с целью достижения более длительного времени вождения, по крайней мере, для автострады. Этот небольшой роторный двигатель весит гораздо меньше, чем взрывной двигатель с одинаковой выходной мощностью, а также имеет более высокую производительность. Он также имеет сильный вращающий момент на всех скоростях, что означает, что ему не нужно менять шестерни.

Это еще один важный элемент, потому что коробка передач и сцепление несут большие потери производительности. Другими словами, вы можете достичь того, что на данный момент является лучшим с точки зрения снижения расхода топлива, комфорта из-за увеличения пространства на борту, комфорта и безопасности вождения. То есть, практически идеальный автомобиль. Наконец, электрическая тяга по-прежнему имеет последнее преимущество. Электрическая система также является частью большой батареи, так как она должна подавать в дополнение к бортовым услугам также электродвигатель.

Ротор электродвигателя

В конструкциях электромобилей зачастую задействуются коллекторные моторы, хотя есть примеры и с иными моделями. Как вариант - автомобиль «Санрейсер», в котором установлен как раз бесколлекторный двигатель от компании General Motors. При массе 3,6 кг его КПД составляет 92%.

Поскольку половина автомобилей не путешествует более 30 км в день, большая часть движения в городе будет в электрической системе; вы также можете использовать особенно удобную энергию и еще больше снизить расход топлива. Электростанции, работающие на мазуте, все меньше и меньше заменяются газовыми, угольными или атомными электростанциями. Это относится, в частности, к такой стране, как Соединенные Штаты, где почти нет нефтяных заводов. Поэтому крупные электростанции потребляют меньше масла и производят энергию, почти в два раза превышающую среднюю мощность двигателя.

Нельзя не отметить еще один тип двигателя, который используется в некоторых современных моделях авто. Это система мотор-колесо. Пример - спорт-кар Volage. В такой конструкции предусмотрена возможность регенерации энергии торможения. Для этого используется тяговый двигатель Active Wheel. Он весит всего 7 кг, что позволяет добиться приемлемой массы колеса – 11 кг.

В идеальном случае бензиновый двигатель имеет 25-процентный выход, в то время как крупные электростанции имеют средний урожай 45% и могут достигать 60%. Со временем спрос на энергию увеличивается, а ночью многие электростанции остаются пустыми и непродуктивными. Другие, однако, которые не могут быть отключены и повторно активированы каждый день, в ночное время производят больше электроэнергии, чем потребляется, что отражается в ценах на энергию, очень различаются в зависимости от временных интервалов.

В будущем, когда литиевые батареи станут дешевле и надежнее, емкость батареи, установленной на автомобиле, может увеличиться, а вместе с ней и автономия автомобиля. Таким образом, движение в городе может стать почти полностью «электрическим», в то время как фактическая производительность автомобилей снова увеличится.

Самой распространенной сегодня конструкцией является решение с питанием от аккумуляторной батареи. Она нуждается в регулярной зарядке, способной реализоваться за счет внешних источников, генератора в конструкции и рекуперации энергии торможения. Генератор действует от ДВС, поэтому такая схема работы уже не относится к чисто электрическим. Подобные машины называют гибридными.

Таким образом, существует много преимуществ полуэлектрических автомобилей, но одним из условий для его воплощения в реальность является то, что они могут изготавливать легкие и прочные промышленные кузовы и по приемлемой цене. Но действительно ли вы можете изготовить такие тела по сопоставимой цене с обычным автомобилем? Более чем законный вопрос, поскольку автомобильные гоночные автомобили из углеродного волокна невообразимы для стандартных автомобилей. Но высокие издержки связаны с тем, что это модели, изготовленные из нескольких экземпляров, и что используются самые лучшие материалы, которые также являются самыми дорогими.

Преимущества и недостатки электродвигателей

Выделим достоинства электрических агрегатов:

  • высокий коэффициент полезного действия – до 95 процентов;
  • компактность, малый вес;
  • простота использования;
  • экологичность;
  • долговечность;
  • создается максимальный показатель крутящего момента на любой отметке скорости;
  • воздушное охлаждение;
  • способны функционировать в режиме генератора;
  • не нужна коробка передач;
  • возможность рекуперации энергии торможения.

В качестве примера удачной разработки модели с высокими характеристиками можно привести мотор от Yasa Motors. Инженеры компании создали агрегат, который при весе 25 кг способен выдавать до 650 Нм крутящего момента.

Но полный стеклянный стекловолоконный байкерский шлем, усиленный, чтобы выдерживать удары, стоит 150 евро. Если бы стоимость кузовов была в 10 раз выше, она не была бы чрезмерной: она могла бы быть выше, поскольку это зависит от возможности полуэлектрического автомобиля. А для самых роскошных автомобилей вы можете позволить себе двойную или большую стоимость, как в случае с мотоциклетными шлемами из самых прочных материалов. Некоторые могут утверждать, что стекловолоконный кузов не особенно прочен, особенно по сравнению с углеродным волокном.

Электродвигатель Yasa Motors

Что касается недостатков непосредственно электродвигателя, то их нет. Больше вопросов вызывает питание агрегата, что, собственно, и тормозит распространение, широкое использование технологии. Поэтому на данный момент большей популярностью пользуются гибридные авто, нежели электромобили. Благодаря такой схеме увеличивается запас хода, позволительно использовать менее мощные и дорогостоящие аккумуляторные батареи.

Но можно сказать, что даже металлическое тело не особенно устойчиво к ударам. Кроме того, стекловолоконный кузов может быть усилен, чтобы сформировать своего рода клетку, чтобы защитить кокпит от бокового удара и опрокидывания. Наконец, несколько килограммов конусов того же волокнистого материала расположены в соответствии с мордой автомобиля, чтобы поглотить огромное количество кинетической энергии в случае лобового столкновения. Волокна, представляющие большой интерес, представляют собой пеньку, с которой когда-то были сделаны прочные струны.

Устройство электромобиля

Если сравнивать электромобиль с авто, где используется ДВС, он характеризуется более простой схемой, минимальным числом движущихся элементов. Следовательно, такое решение является более надежным.

Главные составляющие электромобиля:

  • непосредственно электродвигатель;
  • питающая аккумуляторная батарея разной емкости, которая связана с мощностью мотора;
  • упрощенная трансмиссия;
  • инвертор;
  • зарядное устройство на борту;
  • электронная система управления элементами конструкции;
  • преобразователь.

Питание мотора в этой схеме организовывает, конечно же, тяговая аккумуляторная батарея. Зачастую задействуется литий-ионный тип, включающий в себя несколько модулей, подключенных последовательно. На выходе аккумулятора формируется напряжение от 300 (В) постоянного тока. Это значение определяется моделью авто. Современные образцы способны создавать и 700 В. Пример – автомобили Lola-Drayson, разработанные для гонок. Они оснащаются батареями напряжением 700 (В) и емкостью 60 кВт⋅ч.

В течение многих лет в ряде стран материалы конопли были протестированы на кузов кузова, и, возможно, сейчас самое время сделать эти поиски конкретным выходом. Конопля может быть произведена в любом количестве и при очень низких затратах, а естественное волокно не опасно для легких человека, который работает, и может быть ликвидирован плавно в конце цикла использования. После этого сырья, другие затраты - это труд и плесень. Если из матрицы получают несколько форм, и если из каждой формы получают сотни кусков, частота этих затрат для каждого образца становится неактуальной.

Для корректного взаимодействия емкость батареи подбирается с учетом мощности двигателя. Этот показатель в подавляющем большинстве конструкций составляет от 15 до 200 (кВт). Если сравнить электрический двигатель с ДВС, то у первого КПД составляет 95%, а у другого – 25%. Разница существенна.

Если для каждого кузовов понадобилась даже какая-то дневная работа специалиста, стоимость была бы приемлемой. Таким образом, возможно создание таких органов по ценам, которые могут быть даже ниже, чем сегодня, при условии, что вам нужно организовать производство по-разному. Фактически, нет необходимости в реальной монтажной цепочке, и нет необходимости в лифтах или прецизионных сварных швах, замененных простым склеиванием или дорогой и загрязняющей краской. Тепловой двигатель будет почти в три раза меньше.

Передача и большинство элементов передачи исчезнут, в то время как платформа, подвески, колеса и остальная часть механики будут более или менее уменьшены в два раза, поскольку они должны поддерживать половину веса, а также выдерживать меньший стресс. И не важно, чтобы эксперт понял, что как только проблема с кузовом автомобиля будет решена, остальная часть автомобиля, в свою очередь, будет стоить вдвое меньше, чем это потребует дополнительных затрат. Но идея полуэлектрического автомобиля также применима к более претенциозным автомобилям, которые должны быть размещены в более высоких ценовых диапазонах.

Имеются примеры в автомобилестроении, когда в конструкции используется несколько агрегатов. Они могут приводить в движение определенные колеса. Такой принцип организации позволяет увеличить тяговую мощность авто. Двигатель, интегрированный в колесо, имеет массу преимуществ, однако такое устройство тягового электродвигателя характеризуется ухудшенной управляемостью транспортного средства. Поэтому разработчики продолжают вести активную деятельность в этом направлении.

Взрывный двигатель, изготовленный из алюминиевого сплава, может быть более мощным, не взвешивая больше, батареи могут быть литиевыми, а не свинцовыми, а также иметь большую емкость, чтобы придать автомобилю большую автономность в электрическом режиме. Полом может быть углеродное волокно. И отсюда также можно понять, что при такой же цене полуэлектрический автомобиль будет намного дешевле в потреблении топлива даже с очень интересной производительностью.

Полная система подачи электромобилей. Система электропривода охватывает три основных размера мощности с соответствующими компонентами - электродвигателем и контроллером. Переоборудование автомобилей с двигателями внутреннего сгорания для электрических транспортных средств, а также для включения в недавно разработанных электромобилей и других электрических транспортных средств - электрических платформ, электровозов, электродуговой погрузчик для сверхпрочного специализированного электротранспорта в аэропортах, портах и ​​крупных логистических центров и других.

Электродвигатель с редуктором (вид снизу)

Что касается трансмиссии, то у электромобиля она имеет упрощенный вид. Многие конструкции оснащены одноступенчатым редуктором. Благодаря инвертору происходит преобразование высокого напряжения постоянного тока батареи. За счет наличия в конструкции бортового зарядного устройства гарантируется зарядка аккумулятора от электросети бытового назначения.

Обеспечением зарядки дополнительной батареи на 12 (В) занимается преобразователь. Эта батарея задействуется в качестве питающего элемента различных устройств транспортного средства:

  • аудиосистемы;
  • климат-контроля;
  • освещения;
  • отопительной системы;
  • прочих элементов.

Система управления организовывает такие процессы:

  • мониторинг используемой энергии;
  • управление рекуперацией энергии торможения;
  • оценка уровня заряда;
  • управление динамикой движения;
  • обеспечение необходимого режима перемещения транспортного средства;
  • регулировка тяги;
  • управление напряжением.

Система объединяет блок управления, датчики и прочие элементы других систем авто. Благодаря датчикам оценивается уровень давления в тормозной системе, разряда батареи, а также положение селектора переключения передач, тормозной педали и педали газа. По данным этих устройств обеспечивается оптимальное перемещение электромобиля с учетом текущих условий. На панели приборов традиционно отображаются основные показатели функционирования транспортного средства.

панель приборов Tesla

Внешне электромобиль не имеет отличий от традиционного автомобиля с ДВС, однако основные расхождения находятся в области эксплуатации: высокая стоимость, необходимость длительной зарядки, ограниченный ход. Поэтому устройство электромобиля имеет определенные расхождения с составом традиционного транспортного средства.

Высокая стоимость авто формируется в основном из-за цены на аккумуляторы, которые еще и имеют небольшой срок службы – до 7 лет. Это вынуждает специалистов искать новые решения для совершенствования технологии: литий - полимерные батареи, суперконденсаторы, топливные составляющие и прочие.

Затраты на содержание электромобиля зачастую ниже, чем авто с ДВС, особенно в тех государствах, где стоимость электроэнергии низкая.

Слабым местом электромобиля является также невысокий уровень автономного функционирования, вызванный коротким километражем без подзарядки. Этот параметр определяется многими факторами:

  • стилем вождения;
  • условиями и скоростью передвижения;
  • емкостью используемых аккумуляторов;
  • уровнем использования дополнительного оборудования.

К примеру, при скорости 80 км/ч средний показатель дальности передвижения электрического транспортного средства составит около 140 км. Если же повысить скорость до 120 км/ч, этот показатель резко упадет до 80 км. Благодаря внедрению систем рекуперативного торможения степень автономности может повышаться до показателя в 300 км и более.

Как отмечалось, зарядка аккумулятора требует много времени, поэтому этот недостаток решается несколькими подходами:

  • замена батареи на заряженную (услугу могут предоставлять на специальных станциях);
  • ускоренная зарядка – за полчаса может зарядиться 80% емкости аккумулятора;
  • нормальный режим – продолжительность зарядки может составить 8 часов.

Устройство и особенности гибридных систем

Применение гибридных автомобилей не только имеет свои преимущества, например, экологические, но и преследует определенные цели действующих игроков автомобильного рынка. Компании намерены сохранить налаженное конвейерное производство двигателей внутреннего сгорания. А постоянное ужесточение норм выброса вредных веществ – лишнее тому подтверждение.

По сути, гибридные системы подразумевают использование электродвигателя как дополнительного элемента, который способствует повышению мощности и экономии топлива. Ведь все подобные машины начинают движение именно благодаря ДВС.

Гибридные системы условно можно разделить на подвиды:

  • Интегрированное содействие мотору.
  • Интегрированный генератор стартера. Система, как и предыдущая, позволяет начинать движение машине, только в этом случае используется меньший электродвигатель.
  • Система остановки/старта двигателя. Происходит отключение мотора, когда его мощность не используется, а затем он запускается моментально, как только это необходимо.

Различают также три вида «гибридов»:

  • Параллельный. В этом случае батареи передают энергию электродвигателю, а бак – топливо для ДВС. Оба агрегата способны создать условия для перемещения транспортного средства.
  • Последовательный. ДВС поворачивает генератор, который может или завести электродвигатель, или зарядить аккумуляторы.
  • Последовательно-параллельная. ДВС, электродвигатель и генератор соединены с колёсами через планетарный редуктор.

Большинство существующих сейчас гибридных автомобилей относятся к параллельным. Хорошим решением является транспортное средство с подзарядкой. Оно открывает новые эксплуатационные возможности, нивелируя недостаток ограниченности пробега. При исчерпании заряда аккумулятора в работу вступает ДВС малой мощности.

Гибридная система существенно снижает уровень выводимых газов и увеличивает продуктивность расхода топлива, что особо актуально в условиях крупного населенного пункта. А рекуперативная система аккумулирует энергию.

Управление гибридным транспортным средством похоже на управление обычным автомобилем с автоматической коробкой передач. Только в этом случае обеспечивается низкий уровень шума, лучшая управляемость и повышенная мощность. При этом не нужно специально подзаряжать аккумуляторную батарею, это происходит при работе автомобиля.

Перспективы применения электродвигателей в автомобилях

Судя по текущим тенденциям, мировые лидеры автомобильной промышленности, политики и другие влиятельные лица всерьез взялись за то, чтобы развивать отрасль производства электрических автомобилей. Это видно по регулярно внедряемым нормам, которые постоянно повышают планку по выбросу максимального уровня вредных газов в атмосферу, и по мощной рекламной кампании, которая развернулась в медиапространстве в поддержку такого типа транспортных средств. В развитых странах с каждым годом растет количество заправочных станций, обеспечивающих зарядку электромобилей.

Поэтому открываются большие возможности инженерам для развития отрасли. И для этого есть два основных направления – адаптировать серийные автотранспортные средства или вести разработку новых моделей. Конечно, менее затратным мероприятием является усовершенствование существующих моделей.

Как раз европейские специалисты и занимаются улучшением нынешних гибридных двигателей, в то время как японские компании занялись совершенствованием обычного двигателя. Им удалось увеличить степень сжатия. При этом состав топлива остался неизменным.

В свою очередь, немецкие разработчики установили небывалый рекорд. Созданному электромобилю удалось проехать без подзарядки целых 600 км. Для автомобилей с ДВС это не показатель, однако электромобили могут похвастаться теперь и такими возможностями.

Дело в том, что даже Tesla, ведущий участник рынка, ещё не создал легкий аккумулятор, который смог вытянуть это расстояние. А в этом случае разработчикам удалось достичь показателя в 600 км.

Автомобиль проехал расстояние между двумя немецкими городами – Мюнхеном и Берлином. Его средняя скорость передвижения по трассе составила около 90 км/ч. Установление подобного рекорда стало возможным благодаря плодотворной работе предприятия DBM Energy, которое в тесном сотрудничестве с Lekker Energie создало такое решение.

В электромобиле была установлена аккумуляторная батарея емкостью 115 кВт/ч. Благодаря этому транспортное средство способно увеличивать мощность до 55 кВт, что отвечает приблизительно объему 1,4 Л для бензинового двигателя. Эффективность такой батареи доказывает установка в погрузчик, который способен увеличить время своей работы в четыре раза, если сравнивать действия с обычным аккумулятором. Именно этот емкостный агрегат был установлен на немецкий автомобиль Audi A2.

Может сложиться впечатление, что автомобиль «пустой», однако это не так. Организаторы эксперимента оснастили его всем необходимым: кондиционером, усилителем руля, аудиосистемами, системами безопасности и даже подогревом сидений. Поэтому потребление энергии, кроме перемещения, требовалось для выполнения и других функций.

Как стало известно, подобная технология находится на рассмотрении министерства экономики Германии, поэтому вполне возможно, что уже в скором времени эта отрасль получит новый толчок. Уже есть планы, по которым к 2020 году правительство страны намеревается достичь показателя в один миллион электрических автомобилей на европейских дорогах. Причем это не только транспортные средства личного пользования, но и другого назначения.

К тому же один из менеджеров компании Lekker Energie сообщил, что используемый аккумулятор на автомобиле А2 способен обеспечить общий пробег на уровне 500 тысяч километров.

Есть и еще один рекорд в этом направлении, поставленный Japan Electric Vehicle Club. Однако он касается чистого эксперимента. Это значит, что для повседневного использования такой электрокар не приспособлен. В результате японцам удалось побить рекорд – 1 тыс. км без подзарядки.

Какие бы разработки не велись в этой области, они сводятся к тому, что их должны поддержать гиганты автомобильной промышленности. Только им под силу внедрить достойное новшество, распространяя его по всему миру, создавая необходимую инфраструктуру, сервис и прочие необходимые средства. Все это требует больших затрат, поэтому предложенная идея может быть воплощена в жизнь, если расчеты по ее реализации дадут действительно существенную прибыль и установят новую планку стандартов на мировом рынке.

Тем не менее, учитывая текущее положение вещей, вряд ли стоит предполагать, что уже очень быстро электромобили займут свою большую нишу в автомобилестроении. И важный фактор, притормаживающий прогресс - психология человека. Очень непросто переубедить автомобилистов пересесть с бензиновых и дизельных автомобилей на электрические. Это особенно сложно сделать тем, кто занимается автогонками или является любителем динамичной езды.

Электромобиль Tesla Model S

Но тенденция к изменению отношения к такому явлению, как электрокар, уже проявляется. Сегодня все больше подобных автомобилей можно встретить на дорогах не только Европы, но и России. Пусть их еще немного, но их дополняют бесплатные зарядные станции в некоторых странах, позволяющие перемещаться на большие расстояния. Поэтому электрический транспорт постепенно становится естественным участником дорожного движения, закладывая фундамент новой эры машиностроения.

Сегодня электротранспорт подается маркетологами, как носитель самых прогрессивных технологий в автомобилестроении. И многие уверены, что электромобиль может быть либо дорогим, как Nissan Leaf или Mitsubishi i-MiEV, либо очень дорогим – как Tesla. Однако члены дружного сообщества электромобилистов-самодельщиков знают, что это не так! В простейшем рукотворном варианте «машина на батарейках» значительно дешевле своих промышленных аналогов и не требует инновационных технологий и материалов. Поэтому немало элементарных электромобилей ездит рядом с нами по дорогам под личиной обычных бензиновых моделей – просто мы об этом не знаем!

«Электромобиль версии 1.0» – машина базового уровня, сделать которую может за полгода в гараже фактически любой рукастый мужик, умеющий ремонтировать автомобиль и обладающий начальными знаниями в электротехнике. Цель этой статьи, конечно же, не вручить читателю четкую инструкцию по применению, а дать, как сегодня модно говорить, «дорожную карту» понимания того, что электромобиль – это просто! Рассказал «Колесам» об этом один из самых авторитетных российских электромобилистов-самодельщиков Игорь Корхов, администратор крупнейшего тематического форума electrotransport.ru, успешно строивший законченные конструкции собственных электромобилей, а в данный момент ездящий на модернизированой Lada Ellada.

Статьи / Практика

Бой комарам в машине: как сделать фумигатор для автомобиля

Некоторое время назад я отправился на рыбалку на торфяные озера Сергиево-Посадского района Подмосковья. Маршрут был привычным, план тоже - заезд вечером в субботу, ночевка в машине, а в три утра выход на воду на лодке....

6599 0 0 29.08.2016

Кузов

Из чего состоит электромобиль начального уровня, который несложно построить на гаражном «стапеле»? Кузов от машины-донора с рулевым управлением, подвеской, трансмиссией и тормозами, электродвигатель постоянного тока, агрегатированный со штатной ручной КПП, пакет батарей с контроллером, педаль акселератора, от которой контроллер получает сигнал и ряд вспомогательных узлов, которые можно даже привносить в конструкцию не сразу, а позже – после первых пробных выездов, коих с таким нетерпением ждет душа гаражного инженера…

В качестве кузовного донора, как правило, берут переднеприводную машину, чтобы не терять энергию на трение в крестовинах кардана и гипоидной передаче заднего моста. Стараются найти машинку полегче, в идеале до 600–700 килограммов, хотя это не всегда удается – большинство авто избыточно тяжелы с точки зрения постройки электромобиля. В свое время весьма популярна среди гаражных электромобильщиков была Таврия – кузов легкий и отменная «катучесть» – на ровной дороге можно было буквально пальцем толкать! Но Таврии почти все, увы, сгнили уже… Популярны Golf-ы первого–второго поколения, Daihatsu Mira и тому подобные небольшие машинки. «Катучесть» стараются увеличивать за счет особых шин – так называемых «зеленых»: узких и допускающих давление 2,7 и более атмосфер для устранения потерь на деформацию резины.

Двигатель

Я видел, как на машине со снятым двигателем к первичному валу ручной КПП подключали мощный шуруповерт, выводили в салон управление его кнопкой включения и фактически получали за полчаса электромобиль! Да, курьезный, да, едущий не быстрее пяти километров в час, но, в сущности, неплохо демонстрирующий простоту и работоспособность конструкции «варианта 1.0»! Все это, разумеется, из области «механики шутят», но принцип, в общем, сохраняется.

Игорь Корхов

Самыми распространенными двигателями для самоделок начального уровня были и по-прежнему являются тяговые моторы ДС-3.6 от болгарских вилочных складских электропогрузчиков типа «Балканкар EB-687». Это двигатели последовательного возбуждения, питающиеся постоянным током с напряжением 80 вольт, мощностью 3,6 киловатта. Выглядит такой мотор, как цилиндрический бочонок, весит 66 килограммов. Это далеко не самый лучший по характеристикам массы и экономичности мотор, но он легкодоступен и популярен у начинающих конструкторов электромобилей. Приобрести такой «движок» можно в меру своего везения – кому-то он перепадет за спасибо, кто-то найдет за 5–10 тысяч рублей. В принципе, такая стоимость оправдана – мотор не скоростной, но имеет великолепный крутящий момент, вытягивает на любую горку даже на третьей передаче, прост в монтаже, неприхотлив.

Трансмиссия

Статьи / Практика

Самодельный кондиционер в машине: наш эксперимент

Бутылка со льдом как средство от перегрева? Наверное, когда-то кондиционер в автомобиле станет совершеннейшей нормой, вне зависимости от стоимости и комплектации. Однако по-прежнему миллионы машин, «бегающих» по нашим...

67278 6 5 25.07.2016

В «Варианте 1.0» не встретишь мотор-колес и прочих прогрессивных электромобильных «нанотехнологий». Делается, как проще, а проще всего срастить электродвигатель с уже существующей на автомобиле-доноре трансмиссией – ручной КПП с главной передачей и дифференциалом, через ШРУСы переднего привода со ступицами и передними колесами. - Собственно, корзина и диск сцепления, его привод (гидравлический или тросовый), да и сама левая педаль удаляются – это лишний вес, и они нам больше не нужны. – рассказывает Игорь Юрьевич, - Переключать скорости мы, правда, все же будем – но редко и без разъединения валов мотора и КПП – просто втыкая передачи рукояткой коробки. Включается нужная передача без сцепления совершенно спокойно как перед началом движения, так и на ходу: бросаешь газ, подводишь рукоятку КПП, синхронизаторы срабатывают – и едем дальше.

Третью передачу используем для езды по городу, четвертую – по загородной трассе, вторую – по буеракам. Первая вообще никогда не используется, момент на колесах такой, что их просто прокручивает при легком касании акселератора!

Чтобы установить электромотор под капот, нужны две основные «хендмейд»-детали: переходная плита и переходная втулка, с помощью которых электродвигатель соединяется с «родной» ручной коробкой передач автомобиля. Плита соединяет электромотор и КПП, а втулка – вал мотора и первичный вал КПП.

Плита легко делается своими руками из толстолистовой стали или алюминия – достаточно наличия слесарных навыков среднего уровня, болгарки и дрели.

Переходную втулку, соединяющую валы электромотора и КПП, также сделать несложно с помощью дяди Васи-токаря и сварки – с одной стороны втулка должна совмещаться с валом электродвигателя, а с другой к ней приваривается шлицевая часть, вырезанная из диска сцепления той коробки, с которой мы соединяем электромотор.

Батарея

Батарея для электроавто - только литий-железо-фосфат, иных вариантов нет! Про стартерные свинцовые батареи, кажущиеся привлекательными для начала, «на попробовать», забудьте сразу и навсегда – они категорически непригодны, просто деньги на ветер. Несколько зарядок-разрядок – и аккумуляторы отправятся в пункт приема цветмета! Тяговые свинцовые батареи тоже долго не живут, поскольку при их массе емкость всегда будет недостаточной, а это означает избыточно большой потребляемый ток в расчете на одну батарею. При таких токах не держится и тяговый свинец. Так что исключительно «лиферы», хотя это и недешево.

В свое время через свинец многие проходили – и я в том числе. Сейчас такие ошибки повторять никакого смысла нет. Стартерные батареи у меня начали помирать через пару месяцев, еле успел распродать за полцены, пока не потеряли емкость. Потом одно время использовал герметичные батареи от питания телекоммуникационных систем (источники бесперебойного питания сотовых вышек) – хватало на сезон, начинало расти внутреннее сопротивление… Поэтому, как только появился широкодоступный литий-феррум, все перешли на него. Лучшая удельная плотность энергии, умение отдавать и принимать большие токи, долговечность, морозостойкость. Но цены пока высоки, и батарея является самым дорогим узлом электромобиля – это нужно учитывать самодельщику…

Игорь Корхов

Упрощенный расчет параметров и стоимости батареи выглядит так: предположим, что нам надо набрать 100-вольтовую батарею – на такое напряжение рассчитано довольно много моторов. Напряжение одной «лифер-банки»–- 3,3 вольта: значит, нам нужно соединить последовательно 30 банок. Но второй важный параметр батареи – емкость. Поскольку «банки» одинаковые, емкость одной = емкость всей батареи. «Банка» хорошего качества стоит примерно 1,5 доллара за 1 ампер-час, а 30-амперчасовая батарейка начального уровня обеспечит машине весом до тонны 25–30 километров запаса хода.

Считаем:

30 ампер-часов х $1,5 = $45 за одну банку $45 х 30 банок = $1350 $ за всю батарею

В общем, батарея небюджетна, и это лишь емкость, пригодная для первых экспериментов – по-хорошему, её нужно увеличивать хотя бы вдвое…

Заряжают аккумуляторы электромобиля чаще всего полусамодельными зарядными устройствами, сделанными на основе дешевых списанных блоков питания, насыщавших резервные аккумуляторы на базовых станциях сотовой связи – там они работают совместно с 48-вольтовыми свинцовыми батареями. Таких блоков нужно две штуки – их соединяют последовательно, внутренняя регулировка позволяет поднять напряжение каждого до 64 вольт и зарядить батареи для большинства распространенных электромоторов, используемых EV-самодельщиками.

Статьи / Практика

Микронасос для замены масла с чистыми руками: испытываем в деле

Голь на выдумки… На сайте популярного китайского Интернет-магазина в описании 12-вольтового водяного насоса для обустройства фонтанчиков в аквариумах и дачных декоративных мини-бассейнах нам случайно попался на глаза...

53573 6 0 14.07.2016

К слову, штатный 12-вольтовый аккумулятор, как правило, остается на своем месте – от него удобно питать разные штатные же потребители – звуковой сигнал, стеклоочистители, стеклоподъемники, «музыку», свет и т. п. Позже, в качестве одного из первых апгрейдов, его можно заменить на DC/DC конвертер ватт на триста, делающий 12 вольт из 100.

Прочие узлы

Собственно, помимо мотора, трансмиссии и батареи в простейшем электромобиле имеется еще ряд узлов – как необходимых, так и устанавливаемых по желанию. Категорически необходимым является, конечно же, контроллер управления двигателем. В простейшем варианте он может быть изготовлен самостоятельно на относительно недорогих и широко распространенных деталях, а датчиком педали газа послужит датчик угла поворота дроссельной заслонки от инжекторного ВАЗа. Можно купить контроллер у отечественных самодельщиков, выписать фабричный из Китая или заказать с eBay бэушный брендовый блок от Curtis – обойдется модуль в 250–300$.

Дополнительных узлов, которые не являются обязательными для пробной (а то и вообще!) поездки – немало. Например, печка, из которой выкидывается жидкостный радиатор и устанавливается вместо него электрический ТЭН. Или, скажем, вакуумный насос для усилителя тормозов. Поскольку двигатель внутреннего сгорания на машине отсутствует, исчезает и разрежение впускного коллектора, необходимое для работы вакуумного усилителя тормозов. Поэтому многие самодельщики ставят электрические вспомогательные насосы ВУТ, заимствованные от машин типа Volvo XC90, Ford Kuga и т. п.

Впрочем, все зависит от проекта – на легком электромобиле даже апгрейд тормозов делают далеко не все, поскольку роль «вакуумника» отчасти выполняет рекуперативное торможение двигателем, да и немало машин с завода не имели вакуумного усилителя в принципе, вполне неплохо тормозя. Без него, к примеру, производились не только небезызвестный ВАЗ-«копейка», но и Таврия, Ока в некоторые годы и так далее.

Цены и деньги

Машина-донор, электромотор, контроллер – все это гибко варьируется и здесь можно «кроить» в меру хитрости и желаний. Можно купить автомобиль-донор тысяч за 100–150 в приличном состоянии по кузову, можно тысяч за 50 – но с необходимостью жестянки, сварки, малярки… Можно купить электродвигатель от престарелого болгарского погрузчика, а можно подержанный или новый американский мотор, спроектированный специально для электромобилей. Можно приобрести промышленный контроллер управления тягой двигателя, а можно спаять и самому, если есть навыки. То же самое касается и всего остального, кроме батареи. Тут особенно «скроить» ничего не удастся: цены на новые литий-феррум банки везде приблизительно одинаковые, вопрос в емкости. Хорошая 80–100-вольтовая батарея на приблизительно сто километров пробега обойдется по сегодняшним деньгам в 4–5 тысяч долларов. Можно, конечно, начать с малоемкого аккумулятора с перспективой наращивания (ведь даже короткая первая поездка воодушевляет и дает понимание, что трудишься не зря!), но надо понимать, что маленькую емкость нужно как можно скорее увеличивать, поскольку её недостаток ведет к повышению тока отдачи от каждой отдельной банки вплоть до опасных ударных величин, укорачивающих им жизнь… Пока будешь рассусоливать с покупкой второй половины, умрет первая…

Статьи / Практика

Готовим автомобиль к туристическому выезду: три важных аксессуара

Три фактора, без которых не обходится комфортный выезд на пару-тройку дней на природу, на рыбалку/охоту или на какой-нибудь фестиваль или слет - это водоснабжение, свет и печка. Многим кажется, что эти вопросы легко...

23578 0 0 08.08.2016

Так выгодно ли строить электромобиль? Даже опытный самодельщик и фактически гуру гаражного EV-строения Игорь Корхов считает, что на первом месте тут все же хобби, а «обмануть систему» можно лишь весьма условно - это будет граничить с самообманом… Дело в том, что конечный результат нельзя оценивать чисто по стоимости пройденного километра, как многим кажется – приходится брать в расчет и комфорт, и функциональность, и безопасность машины, и просто ощущение от того, чем владеешь. Вот, допустим, новая бензиновая Лада Гранта - стоит она от 360 тыс. рублей, что приблизительно равняется 5 500 $. Самый бюджетный электромобиль на базе какого-нибудь VW Golf ранних поколений обойдется в столько же по комплектующим – плюс время, просиженное на тематических форумах, и вложенный собственный труд. В результате на одной чаше весов – пусть и отечественный, но пахнущий новизной и беспроблемный автомобиль на гарантии, а на другой – немолодой и внешне потрепанный «электросамопал» в стадии бесконечной доделки, без возможности дозаправки топливом в пути, в первое время (а то и навсегда) без кондиционера, усилителя тормозов и тому подобного.

Ну или, скажем, следующая планка - Hyundai Solaris. Новым он стоит от 600 000 рублей, что составляет около 9 200 $. Подобную же сумму придется затратить, если строить электромобиль на базе более-менее свежего кузова иномарки, который прилично выглядит снаружи и имеет не убитый салон, купив к этому кузову хороший американский электромотор, надежный фирменный контроллер Curtis и набрав емкую батарею. Однако на выходе – в общем-то, почти то же самое, что и в первом случае… У Соляриса в козырях максимальная скорость и динамика, возможность пополнять запас топлива повсеместно, а не только в личном гараже, где есть розетка, все преимущества новой и надежной машины с массой функциональных удобств, гарантии и прочее. Самоделка же, пусть и более приличная внутри и снаружи, остается самоделкой – машиной с существенными ограничениями по дальности пробега и возможности заправки, вечным конструктором, тренажером для рук и ума…

Выводы

С точки зрения приложения рук и ума для человека, любящего автомобили и технологии, постройка электромашины, безусловно, оправдана! Хобби это, конечно, затратное, но все познается в сравнении - причем, в сравнении не с олигархическими крайностями вроде коллекционирования яичек Фаберже, а со вполне распространенными и массовыми техническими прикладными увлечениями. Скажем, любителю рыбалки средненькая надувная лодчонка с подвесным двигателем известной марки сил эдак в десять выльется как минимум в две трети простейшего электромобиля…

Хороший квадрокоптер с камерой стоит не меньше. На этом фоне постройка электромобиля ничуть не выделяется – нормальная такая мужская забава…

Не меньшая привлекательность постройки электромобиля «Версии 1.0» в том, что результат достижим для многих, а не только для избранных - не надо быть «инженером 80-го уровня», чтобы сочленить электродвигатель с КПП, проложить силовую и управляющую проводку и разместить в багажнике батареи. В простейшем варианте конструкции да с многочисленными советами отзывчивого электромобильного коммьюнити в интернете работа будет приятной и почти наверняка успешной.

Однако, пока не подешевели эффективные батареи и не распространились недорогие комплекты тяговых моторов и контроллеров, как это произошло с китами для электровелосипедов, электромобиль гаражной постройки в отношении стоимости эксплуатации вряд ли будет серьезным конкурентом бюджетным бензиновым авто и тем более – газифицированным машинам… В случае стремления к экономии вложиться в установку пропанового газового оборудования – проще и выгоднее…

Фото любезно предоставил американский самодельщик Брюс, тщательно документировавший все этапы постройки в домашних условиях своего электромобиля на базе пикапа-хэтчбека Suzuki Mighty Boy 1985 года .

Заинтересовались темой постройки электромобиля?

Кардинальное изменение тяговых электродвигателей для электромобилей

По словам Франко Гонсалеса, технического аналитика IDTechEx, существует около 200 компаний, производящих тяговые двигатели для электромобилей и около 200 компаний производящих литий-ионные батареи для них, которые все время увеличивают мощность литий-ионных аккумуляторов.

Однако, принимая во внимание, что существует всего лишь три типа литий-ионных аккумуляторов и несколько видов систем управления, принимающих на себя практически всю нагрузку, не заслужено забыты тяговые электродвигатели, статьи о которых практически не публикуются. Разнообразие механизмов требует самых различных типов электродвигателей – от бесколлекторных быстроходных двигателей для квадрокоптеров  до 48 В генераторов переменного тока (torque assist reversing alternators TARA) для мягких гибридов, которые будут запущены в серийное производство в 2017 году. Данные мягкие гибриды будут классифицироваться как электромобили, потому что они будут иметь чисто электрический бесшумный разгон, как и «сильные» гибриды.

Хотя все большее количество тяговых электродвигателей электромобилей могут работать в генераторном режиме при торможении или движении накатом они все равно существенно отличаются от TARA, которые выглядят как ременная передача стартер-генератора (BSG) и интегрированного стартер-генератора (ISG) в 48 В мягких гибридах, серийный выпуск которых планируется на 2017 год.

Электромобили с реверсивными тяговыми электродвигателями производят довольно редко, в то время как для систем TARA все наоборот. Обычные гибридные автомобили и электромобили для работы тяговых электродвигателей используют напряжение в несколько сотен вольт, хотя есть варианты и с напряжением 48 В, используемые как в промышленности, малолитражках, а также существует один суперкар. Новый доклад исследований IDTechEx Research о мягком 48 В гибриде открывает потенциал и возможности новых 48 В систем гибридов.

Современный электродвигатель

?

pastuh83 (pastuh83) wrote, 2017-02-03 17:32:00 pastuh83 pastuh83 2017-02-03 17:32:00

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 электродвигателейЭлектрические двигатели различаются по роду питающего напряжения:Двигатель переменного токаДвигатель постоянного токапо 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-колесоВ 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 электродвигателяПреимуществ 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.

Источник

Tags: Авто новости, Электромобили

  • После презентации первообраза русского ховербайка Hoversurf в былом году специалисты дружно восхитились его ходовыми качествами, однако…

  • Это русское видео о Тесле X — внедорожнике компании Тесла — смотрят в США. Вот он мост между цивилизациями и наш вклад в…

Тяговые двигатели на постоянных магнитах в электроприводе электромобиля

от ее механической прочности и уменьшается с ростом скорости дефектообразования по параболическому закону.

2. Определено, что избыточное появление трещин в межвитковой изоляции является причиной потери материалом изоляционных свойств.

3. На основе теории прочности твердых тел создан метод расчета долговечности низковольтной межвитковой изоляции электротехнических устройств. Метод позволяет оценить надежность межвитковой изоляции с учетом технологических и эксплуатационных воздействий.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Похолков Ю.П. Разработка методов исследования, расчета и обеспечения показателей надежности и долговечности изоляции обмоток асинхронных двигателей: Дис. ... докт. техн. наук. - Томск, 1977. - 482 с.

2. ОСТ16.0.800.821-88. Машины электрические асинхронные мощностью свыше 1 кВт до 400 кВт включительно. Двигатели. Надежность. Расчетно-экспериментальные методы определения.

3. Марьин С.С. Разработка метода оценки долговечности изоляции низковольтных электрических машин: Дис. . канд. техн. наук. - Томск, 2007. - 133 с.

4. Цой Б., Карташов Э.М., Шевелев В.В. Прочность и разрушение полимерных пленок и волокон. - М.: Химия, 1999. - 496 с.

5. Регель В.Р., Слуцкер А.И. Кинетическая природа прочности твердых тел. - М.: Наука, 1974. - 560 с.

Поступила 01.12.2010 г.

УДК 621.313.4

ТЯГОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ НА ПОСТОЯННЫХ МАГНИТАХ В ЭЛЕКТРОПРИВОДЕ ЭЛЕКТРОМОБИЛЯ

И.А. Бербиренков, В.В. Лохнин

Московский государственный технический университет «МАМИ»

E-mail: [email protected]

Проведен анализ и сравнение тяговых электроприводов с различными типами тяговых электродвигателей (постоянного тока, асинхронный, вентильный с возбуждением от постоянных магнитов). Показано, что наиболее перспективным является тяговый электропривод с вентильным двигателем с возбуждением от постоянных магнитов. Для вентильных двигателей с возбуждением от постоянных магнитов предложены новые конструкции роторов коллекторного и когтеобразного типов, обеспечивающих максимально достижимую концентрацию магнитного потока в рабочем воздушном зазоре.

Ключевые слова:

Вентильный тяговый двигатель, тяговый электропривод, электромобиль, тяговая аккумуляторная батарея, двигатели с возбуждением от постоянных магнитов.

Key words:

Valve tractive motor, tractive electric drive, electromobile, tractive storage battery, permanent magnet motor.

Выбор того или иного тягового электродвигателя в электроприводе электромобиля прежде всего, зависят от области применения электромобилей и требований, предъявляемых к нему. Несмотря на то, что каждый тяговый электропривод предъявляет собственные требования к системе управления и имеет оптимальные характеристики лишь в определённом диапазоне частот вращения, к нему предъявляются следующие основные требования: простота изготовления, надежность, удобство обслуживания, легкость регулирования, простота системы управления, высокий момент во всем диапазоне частот вращения, пригодность для рекуперативного торможения, высокий КПД.

При сравнении различных вариантов тяговых электроприводов электромобилей их КПД наряду с собственной массой является одним из решающих факторов, так как применяемые в настоящее время тяговые аккумуляторные батареи имеют ограниченный запас энергии и значительную массу.

Целью работы является сравнение тяговых электроприводов с различными типами тяговых электродвигателей (постоянного тока, асинхронный, вентильный с возбуждением от постоянных магнитов) и выбора наилучшего варианта для использования в электромобиле.

При всех достоинствах тяговых электроприводов с тяговыми электродвигателями постоянного тока отметим их основной и заметный недостаток - наличие механического контакта в щеточно-коллекторном узле тягового электродвигателя.

Поэтому, несмотря на сложную и дорогую систему регулирования тягового электропривода с тяговым электродвигателем переменного тока (асинхронными и синхронными) указанные тяговые электроприводы оказываются более надежными, легкими и долговечными.

Преимущества асинхронных тяговых электродвигателей были реализованы фирмой General Mo-

tors, которая первой использовала их на своих опытных электромобилях.

Тяговые электроприводы с синхронными тяговыми электродвигателями выполняются по схеме вентильного двигателя, в котором легко обеспечивается работа с cos^=1 и, более того, при необходимости, с cos^Kl.

Возможность бесконтактного варианта тягового электропривода, минимизация потерь, надежное возбуждение ставят задачу применения в указанных тяговых электроприводах двигателей с возбуждением от постоянных магнитов по структуре вентильного электропривода (рис. 1).

ством этой конструкции является возможность концентрации магнитного потока не только изменением числа полюсов, но и выполнением длины ротора заметно выступающим за статор (под лобовыми частями обмотки статора).

Основной недостаток конструкции ротора коллекторного типа - сложность обеспечения достаточной механической прочности, в особенности, на высоких частотах вращения.

Рис. 2. Когтеобразный ротор: 1) неподвижный магнитопро-вод шунта; 2) обмотка возбуждения; 3) кольцо, объединяющее полюса одной полярности; 4) полюса; 5) вал; 6) магнит; 7) втулка

Рис 1. Структурная схема тягового электропривода с вентильным двигателем с возбуждением от постоянных магнитов: ИП - источник питания; БВП - бортовой вентильный преобразователь; ВДПМ - тяговый вентильный электродвигатель с возбуждением от постоянных магнитов; ТГ - тахогенератор; ДПР - датчик положения ротора

Для обеспечения минимальных массы и габаритов вентильного двигателя с возбуждением от постоянных магнитов необходимо выбирать многополюсный ротор с 2р>6 (где 2р - число полюсов ротора), при этом наилучшего результата, в смысле указанного выше минимума, получим применением для возбуждения высококоэрцитивных постоянных магнитов, к которым относятся ферриты бария или стронция, редкоземельные элементы плюс кобальт и неодим-железо-бор. Для таких постоянных магнитов установлено, что их целесообразно применять в конструкциях ротора с параллельным включением постоянных магнитов по магнитному потоку: в когтеобразном роторе или с коллекторным размещением постоянных магнитов [1].

Конструкция когтеобразного ротора в многополюсном варианте (рис. 2) содержит цилиндрический постоянный магнит, намагниченный по оси цилиндра, как правило, из феррита бария или стронция и когтеобразную систему из магнитомягкого материала.

Основные достоинства когтеобразного ротора - конструктивная простота и надежность, а недостаток - заметное межполюсное рассеяние.

Конструкция ротора с коллекторным размещением постоянных магнитов (рис. 3) более универсальна в смысле использования магнитного материала: в ней эффективны все высококоэрцитивные постоянные магниты. Дополнительным достоин-

Рис. 3. Ротор с коллекторным размещением постоянных магнитов: 1) вал; 2) постоянный магнит; 3) магнитомягкие полюсные секторы; 4) немагнитная втулка

Предлагаются как перспективные два привода ведущих колес электромобиля: безредукторный (с мотор-колесами) и с понижающим редуктором. Поскольку в первом варианте есть жесткое ограничение по наружному диаметру вентильного двигателя с возбуждением от постоянных магнитов (ограничение диаметром колеса) и максимальной частоте вращения, то на основании оптимизационных расчетов было показано, что положительный результат в этом смысле получаем, применяя высокоэнергетические постоянные магниты (нео-дим-железо-бор).

Во втором варианте (с приводом колес через понижающий редуктор и дифференциал) нет жестких вышеуказанных ограничений, поэтому целесообразно применить дешевые ферритовые постоянные магниты.

Характеристики разработанных тяговых электроприводов с вентильным двигателем с возбуждением от постоянных магнитов на неодим-железо-бор постоянных магнитах и жидкостной системой охлаждения [2] приведены в табл. 1.

Таблица 1. Модификации тяговых электроприводов с вентильными двигателями с возбуждением от постоянных магнитов

Наименование параметра ТЭП-17 ТЭП-12

Напряжение источника питания, В 120 220

Мощность, кВт

•номинальная; 12 17

•максимальная 25 40

Частота вращения, об/мин •номинальная; 2500 5000 2500 5000

•максимальная 6500 13000 6500 13000

Номинальный ток, А 230 240 200 200

Максимальный ток, А 500 500 500 500

КПД, % 94 94 94 94

Диаметр ВДПМ, мм 168 145 168 145

Длина ВДПМ, мм 280 220 500 350

Масса ВДПМ, кг 34 13,6 67 26,4

Из табл. 1 видно, что вентильный двигатель с возбуждением от постоянных магнитов длительной мощности в 12 кВт и максимальной (кратковременной) в 25 кВт имеет массу 13,6 кг при КПД 94%, а длительной мощности в 17 кВт и максимальной (кратковременной) в 40 кВт имеет массу 26,4 кг с КПД 94 %.

В заключение приведены данные проведенного анализа [2] основных сравнительных характеристик тяговых электроприводов с асинхронным, вентильным и постоянного тока тяговыми двигателями (табл. 2).

Выводы

Сравнение тяговых электроприводов с различными типами тяговых электродвигателей (постоянного тока, асинхронный, вентильный с возбуждением от постоянных магнитов) показывает, что наиболее перспективным является тяговый электропривод с вентильным двигателем с возбуж-

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Лохнин В.В. Бесконтактный тяговый электродвигатель в структуре вентильного электропривода // Сб. научных трудов «Электромеханические системы» / под ред. А.В. Лепешкина. -М: Изд-во МГТУ «МАМИ», 1995. - С. 38-43.

2. Гурьянов Д.И. Концепция гибридного микроавтобуса с индивидуальным электроприводом колес // Приоритеты развития

дением от постоянных магнитов, который в 1,5...2,5 раза легче, имеет максимальный КПД и лучшие регулировочные характеристики.

Таблица 2. Основные сравнительные характеристики тяговых электроприводов с асинхронным, вентильным и постоянного тока тяговыми двигателями

Параметры Тип тягового электропривода с двигателем

постоян- ного тока асин- хронным вентильным с возбуждением от постоянных магнитов

Максимальная мощность, кВт 40 40 40

Максимальный ток, А 410 500 192

Частота вращения, об/мин •номинальная; •максимальная 2200 6700 3000 8000 5000 13000

Масса тягового двигателя, кг 92 70 26,4

Масса вентильного преобразователя, кг 8 22 22

Масса тягового электропривода, кг 109 92 48,4

КПД, % 75 85 94

Стоимость тягового электропривода, у. е. 2500 5000 5400

Для вентильных двигателей с возбуждением от постоянных магнитов предложены новые конструкции роторов коллекторного и когтеобразного типов на основе постоянных магнитах из феррита бария или стронция, которые обеспечивают максимально достижимую концентрацию магнитного потока в рабочем воздушном зазоре, бесконтакт-ность электропривода, высокую надежность и конкурентоспособные удельные массогабаритные показатели.

отечественного автотракторостроения: Тезисы докл. XXXIX Междунар. научно-техн. конф. - М.: Изд-во МГТУ «МАМИ», 2002. - С. 12-15.

Поступила 17.01.2011 г.

Смотрите также

 

"Питер - АТ"
ИНН 780703320484
ОГРНИП 313784720500453

Новости