Электрический двигатель: устройство, характеристики, типы и схема электродвигателя для автомобиля

Содержание

Устройство и характеристики электрического двигателя для авто

С самого момента появления заводов и отходов от них человечество начало беспокоиться об экологии. Это послужило веткой для целой новой науки, которая искала аналоговые источники энергии. Таким источником стало электричество. Оно может быть добыто абсолютно экологичным путем – с помощью турбин, приводимых в движение водой, ветром и даже, солнечным светом.

История появления

Такая же ситуация происходила и с авто. Люди уже давно пытаются сделать электрическое авто. Но всегда был какой-то сдерживающий фактор. Самым главным являлось отсутствие подходящего источника питания. Но не так давно мир увидел первую версию SMART – умного автомобиля, работающего на электричестве, которое распределялось по всей машине по определенной схеме.

Электрокар Smart

Его характеристики могли поспорить с машинами на ДВС. В тот момент все сообщество разделилось на два лагеря – тех, кто пророчил Смарту великое будущее и тех, кто утверждал, что эту идею задавят на корню нефтяные магнаты. И действительно, развитие этой отрасли автомобилестроения продвигалось слишком медленно.

Подобная ситуация сохранялась до недавнего времени. Компания Tesla выпустила свою первую машину на электрической тяге, она была спортивной и не получила широкого распространения. И тогда они приняли решение сделать выброс на рынок массового авто на электрической тяге. И вот тогда-то их компания и начала процветать. А теперь после краткого курса истории, давайте разберемся, что же это за зверь такой – электромобиль, какое у него устройство, из чего он состоит, и на какие характеристики стоит обращать внимание.

Строение электромобиля

Электрический автомобиль имеет довольно простое строение:

  • кузов;
  • подвеска;
  • электромоторы (про их типы мы поговорим позже);
  • аккумулятор.

На этом конструкция авто на электрической тяге заканчивается. Да, в нем присутствует огромное количество электронных приборов, подключенных по определенной схеме, кондиционер и все прочее. Но основные части перечислены выше. По сути, это то же самое авто, из которой инженеры выкинули всю двигательную и топливную системы. То есть тут нет бензобака или баллонов с газом. Но самое главное другое – здесь нет воздушных фильтров, двигателя и выхлопной системы. Это значительно улучшает разгонные и некоторые другие характеристики машины. А что же есть? и как такое авто вообще едет?

Двигательная система

Для того, чтобы разобраться в том, как едет электрический автомобиль, нужно сперва разобраться в типах электродвигателей и их характеристиках:

  • электромоторы переменного тока;
  • электромоторы постоянного тока.

Как вы помните из школьного курса физики, переменный ток создается с помощью огромного магнитного сердечника, который вращается внутри ферромагнитного кожуха. Каждый раз, когда магнит совершает один полный оборот, направление электрического потока в схеме меняется. И это называется переменным током.

А если электричество по схеме течет в одном направлении, то такой ток называется постоянным. Самый наглядный пример таких схем – аккумуляторы и батарейки, которые установлены в будильниках, смартфонах, пультах управления и так далее.

Сперва были попытки сделать авто на электрическом моторе переменного тока. Но тогда потери электричества были просто катастрофическими. К тому же в авто нужно было вставить генератор изменения направления тока. А это потеря драгоценного места и увеличение веса автомобиля. Такие характеристики машины не устроили конструкторов. В итоге было решено исходить из использования постоянного тока.

В конечном счете под авто поставили огромный аккумулятор, выдающий постоянный ток, а к каждому из четырех колес подключили по электродвигателю, работающему на постоянном токе. Схема была предельно проста, и поэтому она сработала. Осталось решить пару вопросов: охлаждение, распределение тока и несколько других.

Гибридный двигатель от Toyota

Все двигатели контролируются единым компьютером, который регулирует мощность электрического потока, а, соответственно, и скорость вращения колес. Причем раньше двигатель электрический был один и располагался под капотом. Но впоследствии было решено использовать четыре разных двигателя, закрепленных непосредственно на подвеске прямо возле колес.

Поэтому неподготовленный водитель с огромным стажем может испытать шок от созерцания отделения капота, здесь находится полноценное багажное отделение, а не привычные «потроха» автомобиля с ДВС.

Аккумуляторы

Кстати, еще один интересный момент – это аккумуляторы. Именно их характеристики и определяют, сколько машина сможет проехать на одном заряде. Они тут, как правило, состоят из набора обычных аккумуляторов, которые применяются в ноутбуках, электронных сигаретах и так далее. Схема их подключения такова, что на выходе мы получаем достаточную мощность для раскручивания двигателя и достаточную емкость для езды на максимальные расстояния. За то, чтобы аккумулятор не разряжался сразу же, отвечает специальное устройство – контроллер заряда и разряда.

Охлаждение

Еще одна проблема – это система охлаждения для аккумулятора. Как известно, при работе он, да и вся электронная схема, довольно сильно греется. А при нагревании литий-ионные аккумуляторы выделяют некоторое количество газа. Чем больше его выйдет, тем хуже характеристики устройства. Соответственно, нельзя допускать перегрева. Поэтому нужно использовать разумную систему охлаждения. Каждый поступает по-своему. Кто-то делает сложную масляную или водяную систему охлаждения, а кто-то просто располагает аккумулятор так, чтобы он постоянно обдувался воздухом. Последний ход позволяет отказаться от систем охлаждения в принципе.

Mitsubishi с электродвигателем

К тому же нагреваются и провода, по которым проходит ток, а также и все прочие электрические и электронные части. Если не озаботиться качественным охлаждением, то летом в такой машине просто невозможно ездить. Поэтому охлаждение машины – еще один бич, который преследует электромобили.

Типы двигателей

Давайте разберемся, что еще нужно знать об устройстве и характеристиках современных двигателей на электрических автомобилях. Итак, вот типы электродвигателей, которые ставятся на современные электромобили:

Тип напряжения

  • Постоянное. Его использование более рационально, так как при постоянном токе его расходы впустую значительно уменьшаются.
  • Переменное (все-таки, некоторые умудряются их ставить).

Количество фаз

  • однофазные (одна обмотка вокруг сердечника);
  • двухфазные (две обмотки: одна обхватывает сердечник снизу и сверху, вторая – слева и справа);
  • трехфазные (тут используется три обмотки, которые расположены с отставанием в 120 градусов друг от друга).

Конструкция

  • Коллекторные. С ними вы встречались в болгарках, дрелях и так далее. Они характеризуются наличием щеток. Довольно ненадежны.
  • Бесколлекторные. Тут сердечник находится в постоянном магнитном поле и не касается стенок статора. Встречаются в аквариумных компрессорах и на системах индивидуального отопления. Они надежнее.

Tata Indica электрический двигатель

Принцип работы

Схема работы может быть следующей:

  • Синхронный двигатель. Скорость бега магнитного потока в обмотке равняется скорости вращения ротора.
  • Асинхронные. Тут ротор вращается с иной скоростью, чем течет магнитный поток.

Преимущества и недостатки электромобилей перед машинами с ДВС

Начнем с преимуществ:

  1. Экологичность (для многих возможность оставить своим детям чистую планету находится превыше всего).
  2. Долговечность.
  3. Простота в использовании.

Нет ограничения по крутящему моменту. Он достигает своего пика с первого же оборота. Поэтому разгонные характеристики тут просто бешеные.

  1. Отличный КПД.
  2. Не нужна коробка передач.
  3. Сами электродвигатели для электромобилей имеют весьма малые размеры. Некоторые экземпляры располагаются непосредственно в колесе. Такую систему называют мотор-колесо.
  1. Есть сложности в питающих элементах. До тех пор, пока ученые не изобретут инновационных банков энергии, машины с электрическим приводом будут много стоить и весить именно из-за аккумуляторов.

К примеру, он в авто от компании Tesla весит около 700 кг. И это при запасе хода в 350 км.

  1. Этот недостаток касается именно России и близлежащих стран. Навряд ли в скором времени у нас появятся обширные сети заправочных станций для электрических машин, поэтому покупка данного авто оправдана лишь тогда, когда вы постоянно находитесь в мегаполисе.
  2. Охлаждение. Если оно недостаточное, то ресурс аккумулятора будет не слишком велик. Поэтому при выборе машины стоит уделить системе охлаждения особое внимание.

Двигатель Tesla S

Заключение

Как мы видим, устройство электромобиля достаточно сложное. Инженеры стараются снабдить данные авто всевозможными новациями, а также продлить запас хода. Нам остается только ждать совершенных технологий и восхищаться ими.

Электрические двигатели в автомобиле

Электрические двигатели в автомобиле

Электрические двигатели в автомобиле — это электрические машины (электромеханические преобразователи), в которых электрическая энергия преобразуется в механическую. В основу работы подавляющего числа электрических машин положен принцип электромагнитной индукции. Вот о том, что представляют собой электрические двигатели, мы и поговорим в этой статье.

Систематика роторных электрических машин

Электрические двигатели в автомобиле являются электро-магнето-механическими преобразо­вателями энергии. При энергии Wm, имеющейся в магнитном поле, разряд, согласно углу вращения γ, создает магнитную силу Ft:

Она служит тангенциальной силой для соз­дания крутящего момента, вычисляемого по радиусу ротора r (рис. «Принцип работы роторных электрических машин» ). Это можно описать выражением:

М = Ft r .

Электрические машины можно поделить на категории по их управлению (табл. «Систематический подход к электрическим двигателям»). Часть этой систематизации взята из стандарта DIN 42027.

Структура двухполюсного эектродвигателя переменного тока

Двигатели постоянного тока

Для работы в качестве двигателей часто вы­бираются двигатели постоянного тока. Они ис­пользуются, например, в качестве приводов для электрических топливных насосов, вентилятор­ных электродвигателей, пусковых электродви­гателей, электродвигателей стеклоочистителей ветрового стекла и стеклоподъемников.

Двигатель постоянного тока (рис. «Структура двухполюсного эектродвигателя переменного тока» ) со­стоит из статора с возбуждающей, компенси­рующей и коллекторной обмотками, а также ротора (якоря) с роторной обмоткой. Ротор запитывается через коллекторные щетки и коллекторные пластины. Обмотки можно со­единять параллельно или последовательно.

Двигатели постоянного тока классифици­руются по различным характеристикам (с по­следовательным или параллельным возбуж­дением). Приведенные вычисления относятся к самокоммутирующимся двигателям. Схемы соединений двигателей постоянного тока регламентируются стандартом DIN EN 60034, часть 8.

Коммутация в двигателе постоянного тока

Принцип коммутации тока

Для работы двигателя постоянного тока не­обходимо, чтобы направление тока в роторе оставалось постоянным относительно по­люсов статора (рис. «Принцип коммутации тока» ). Процесс изменения направления тока в роторе происходит в нейтральной зоне и называется коммута­цией. Коммутатор получает ток IR через кол­лекторные щетки. Он делится на токи ветвей Izw. Напряжение, наводимое в обмотках, вы­числяется по формуле:

Тангенциальная скорость vt поверхности кол­лектора:

Для определения длительности цикла Тс учи­тывается количество коллекторных пластин:

Изменение тока в коллекторной обмотке про­исходит за время Тс. Если учесть, что имеет место лишь ток Izw, то для наведенного на­пряжения применяется следующее:

u = -L (Izw vt K / πdc)

Обозначения берутся из DIN 1304. часть 7.

Коммутирующая и компенсирующая обмотки

Распределение поля

Главное поле, беспрепятственно проникающее в ротор при отсутствии тока, имеет симметрич­ное распределение (рис. а, «Наложение полей» ). Аналогично, имеется симметричное разделение потока, когда ток подается только на ротор (рис. Ь, «Наложение полей» ).

При наложении этих полей нейтральная зона отклоняется на угол β (рис. с, «Наложение полей» ). Таким об­разом, эта магнитно-нейтральная зона больше не соответствует геометрически нейтральной зоне (положение коллекторных щеток).

Наложение полей

В геометрически нейтральной зоне это соз­дает магнитное поле, которое в процессе ком­мутации наводит напряжение в обмотке ротора, вызывая искрение между щеткой и движущейся коллекторной пластиной. Во избежание этого в процессе коммутации в этой обмотке наводится другое напряжение, где амплитуда и направле­ние компенсируют эффект изначально наведен­ного напряжения. Это достигается с помощью коммутирующей обмотки (рис. «Структура двухполюсного электродвигателя переменного тока» ). Коммутирую­щая обмотка последовательно подключается к обмотке ротора. Она использует обратную ре­акцию ротора для противодействия смещению в магнитно-нейтральной зоне.

В случае с двигателями без коммути­рующей обмотки щетки нужно смещать в магнитно-нейтральную зону. Возмущение основного поля, возникаю­щее в области полюсного башмака, ведет к снижению доступной поверхности клеммы вкупе с ростом магнитного сопротивления. Вот почему у более крупных двигателей име­ется компенсирующая обмотка, встроенная как полюсный башмак (рис. «Структура двухполюсного электродвигателя переменного тока» ). Компенсирующая обмотка последовательно соединяется с об­моткой ротора, и ее размеры таковы, чтобы компенсировать поперечное поле ротора.

Эффект коммутирующей и компенсирующей обмоток

Последовательность изображений на рис. «Эффект компенсирующей и коммутирующей обмоток» описывает эффект обеих обмоток. Показаны распределения полей в воздушном зазоре. Рас­положение полюсов с обмоткой и нейтральной зоной показано на рис. а. Распределение поля возбуждения ВE(х) под полюсным башмаком, а также полюсное деление τР показаны на рис. Ь. На рис. с показано распределение попе­речного поля ротора Br(x). Наложение обоих распределений полей можно увидеть на рис. d. Компенсирующая индукция Bk(x) (рис.5е) и наложение из рис. d показаны на рис. f. Если коммутирующая индукция Bw(x) на рис. g накладывается на распределение поля из рис. f, то получаем желаемое распределе­ние поля согласно рис. h.

Эффект компенсирующей и коммутирующей обмоток 4-2

Расчет тангенциальной силы ротора

Расположение статора и ротора

Для создания крутящего момента на роторе необходима тангенциальная сила. Объекты исследования — статор и ротор с канавкой (рис. «Расположение статора и ротора» ), в которой находится токоведущий проводник (прядь обмотки). Ротор переме­щается из положения 1 в положение 2. Поток статора Фs создает индукцию Bs в воздуш­ном зазоре, а проводник в роторе, через ко­торый протекает ток, вызывает индукцию ВR. С левой стороны канавки образуется деструк­тивное, а с правой стороны — конструктивное наложение этих двух индукций. Энергия, на­копленная в воздушном зазоре с левой сто­роны канавки, равна:

С правой стороны канавки она равна:

dW1 = (δIL/2μ0) (Bs 2 +BR 2 )dx (уравнение 2).

Работа dW, выполняемая в этой части, по­лучается из разности между энергиями dW1 и dW2:

dW = dW1- dW2 = Ft dx (уравнение 3).

Уравнения 1, 2 и 3 можно использовать для вычисления силы Ft. Это можно описать вы­ражением:

Ft = (lRδ/0) BR 2

Магнитно-эффективная длина ротора равна lR. Сила Ft — это квадратичная функция ин­дукции провода, по которому протекает ток. Влияния индукции статора компенсируют друг друга. Поскольку силы на пограничных слоях всегда воздействуют в направлении низкой проницаемости, то они влияют на кру­тящий момент из-за потоков, возникающих по бокам от канавки.

Электродвигатель параллельного возбуждения

Обозначение подключений электродвигателя с параллельным возбуждением

Особенностью электродвигателя параллель­ного возбуждения является то, что обмотка ротора параллельно соединяется с обмоткой возбуждения. Для электродвигателя парал­лельного возбуждения действуют следующие условия подключения (рис. «Обозначение подключений электродвигателя с параллельным возбуждением» ):

  • А — обмотка ротора:
  • А — коммутирующая обмотка;
  • С — Компенсирующая обмотка;
  • Е — обмотка возбуждения.

Расчет электродвигателя параллельного возбуждения базируется на сопротивлении ротора RA и напряжении, наводимом обмот­кой ротора. Напряжение на клеммах UKl со­ставляется из напряжения ротора UA = IА RA и наведенного напряжения Uind = c1 n ФS:

UKl = IА RA + c1 n ФS (уравнение 4).

Здесь с1 обозначает конструктивно опреде­ляемую константу двигателя, зависящую от количества катушек в обмотке ротора, n — ча­стота вращения, ФS — поток статора, IА — ток ротора.

Решение уравнения 4 для n дает скорость вращения (уравнение частоты вращения — тока ротора):

Если момент двигателя Мм = с2ФS IАвставить в уравнение частоты вращения — тока ротора (уравнение 5), то получим уравнение частоты вращения — крутящего момента

с2 — это тоже конструктивно определяемая константа двигателя, зависящая от количе­ства катушек в обмотке ротора.

Зависимость частоты вращения от крутящего момента электродвигателя с параллельным возбуждением

На рис. «Зависимость частоты вращения от крутящего момента электродвигателя с параллельным возбуждением» показаны рабочие характеристики электродвигателя параллельного возбуждения. Для преодоления трения двигатель должен развивать фрикционный момент MR. В момент включения частота вращения равна нулю. Это позволяет вычислить пуско­вой момент

в уравнении 6. При теоретически самой высо­кой частоте вращения на характеристической кривой (холостые обороты), двигатель не развивает крутящий момент. Холостые обо­роты n0 равны

Электродвигатель с последовательным возбуждением

Обозначение подключений электродвигателя с последовательным возбуждением

У электродвигателя с последовательным воз­буждением коммутирующая, компенсирую­щая, возбуждающая обмотки статора и об­мотка ротора соединяются последовательно (рис. «Обозначение подключений электродвигателя с последовательным возбуждением» ). D обозначает обмотку возбуждения электродвигателя с последовательным воз­буждением. Чтобы определить рабочие характеристики, суммируем сопротивления обмоток, и получаем сопротивление RA.

Точно таким же образом, как и в случае с электродвигателем параллельного возбуж­дения, напряжение на клеммах UKL склады­вается из напряжения ротора и наведенного напряжения:

В результате получаем уравнение скорости вращения:

Магнитный поток можно вычислить с помо­щью другой константы двигателя с3:

Ф = с3 IА (уравнение 9).

Зависимость частоты вращения от крутящего момента электродвигателя с последовательным возбуждением

Константа двигателя с3 имеет единицу ин­дуктивности и поэтому зависит от геометрии, количества катушек и проницаемости. Крутя­щий момент двигателя Мм вычисляется по формуле

Мм = с2с3IА 2 (уравнение 10).

Если уравнение 10 скорректировать согласно IА, это выражение будет действительно в уравнении 9 и оно, в свою очередь, в уравне­нии частоты вращения — тока (уравнение 8). В результате получаем:

n = (- RA/c1·с3) + (UKl √с2·с3/с1·с3) (1/Мм ) (уравнение 11).

В отличие от электродвигателя с параллель­ным возбуждением, здесь частота вращения пропорциональна соответствующему значе­нию корня крутящего момента (рис. «Зависимость частоты вращения от крутящего момента электродвигателя с последовательным возбуждением» ). Дви­гатель характеризуется значительным паде­нием частоты вращения при малой нагрузке. Если внешняя нагрузка на двигатель будет равна нулю, то частота вращения теоретиче­ски будет стремиться к бесконечности.

Новый прорыв в создании двигателей для электромобилей

С каждым годом электромобили приобретают всё большую популярность в мире. Крупнейшие автопроизводители могут предложить марки и модели в соответствии с любыми запросами и бюджетом. Будь-то «чистые» электромобили или плагин-гибриды объединяет наличие электродвигателя в качестве основной движущей силы. Именно от его показателей, наряду с возможностями аккумуляторной батареи, зависят наиболее важные характеристики электромобиля

В связи с популярностью и экологичностью электромобилей, электроскутеров, промышленных квадрокоптеров и других электрических машин рынок электродвигателей в двадцать первом веке быстро растет. На конец 2019 года только на внутреннем рынке Китая насчитывается больше 400 производителей электромобилей. На рынок приходят новые технологии производства электродвигателей и аккумуляторных батарей – такой прорыв делает электротранспорт всё более доступным.

Класcика

Казалось бы, что можно придумать новое, отличное от существующего? Ведь работа современного электродвигателя основана на известном принципе электромагнитной индукции, в основе которого лежит получение электродвижущей силы в замкнутом контуре с изменением магнитного потока. Традиционно агрегат состоит из недвижимого элемента – статора, и вращающегося – ротора. Статор имеет ряд обмоток, на которые поступает электрический ток, что приводит к появлению магнитного поля, за счет которого и вращается ротор. Скоростные показатели ротора определяются частотой, с которой происходит переключение тока с одной обмотки статора на другую. Технология не нова, однако современные достижения науки и техники позволили развить ее до невероятных высот

электродвигатель, электромобиль, электроскутер

Анализ существующих отечественных и зарубежных разработок

Анализ существующих отечественных и зарубежных разработок показал, что практическое применение в электромобилях получили электроприводы следующих типов: вентильные электродвигатели, асинхронные частотно-управляемые, электродвигатели постоянного тока с независимым возбуждением и электродвигатели постоянного тока с последовательным возбуждением. Сопоставление достоинств и недостатков этих двигателей с учетом эксплуатационных требований дает следующие результаты. Наиболее высокий КПД имеют вентильные электродвигатели. КПД электродвигателей постоянного тока и асинхронных электродвигателей примерно равны, однако в последнее время асинхронные частотно-управляемые двигатели, имеющие электрические машины с малым скольжением и более точное электронное управление на основе специализированных быстродействующих микроконтроллеров с набором соответствующих датчиков (векторное управление), достигают КПД, сравнимый с КПД вентильных электродвигателей.

Что имеем

На сегодняшний день наиболее популярным из существующих электродвигателей для электромобилей остается асинхронный двигатель, созданный ещё в XIX веке. Его конструкция оказалась гениально простой и настолько удачной, что все дальнейшие преобразования не касались принципа действия, затрагивая лишь технологию изготовления тех или иных деталей. Например, модифицироваться могли подшипники, на которых крепился вал двигателя, менялась форма обмоток ротора и статора, однако принцип работы асинхронного двигателя оставался прежним.

асинхронный двигатель, ротор, статор

К преимуществам двигателей такого типа относятся простота обслуживания и отсутствие подвижных контактов. Здесь нет щеток и контактных колец, питание подается только на неподвижную трехфазную обмотку статора, что и делает этот двигатель весьма удобным для самых разных сфер применения, практически универсальным. Такой двигатель прост в изготовлении и сравнительно дешев, затраты при эксплуатации минимальны, а надежность высока.

Если говорить о недостатках асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, то их несколько. При включении двигателя в сеть пусковой ток довольно велик, при этом пусковой момент значительно меньше номинального. В основном этот недостаток как и проблема регулировки оборотов, преодолевается применением частотного преобразователя, позволяющего плавно повышать обороты, и таким образом обеспечить достаточно высокий пусковой момент. Это достигается тем, что скорость вращения такого электродвигателя зависит от частоты переменного тока, т. е. изменив частоту тока, можно изменить скорость вращения ведущих колёс, что позволяет легко контролировать скорость электромобиля.

HELV Motors, экоавтомобиль, аккумулятор

Еще одним недостатком асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором является их низкий коэффициент мощности, особенно при малой нагрузке и на холостом ходу, что снижает эффективность данной электрической системы в целом.

Сам электродвигатель — это достаточно совершенное устройство, но, поскольку стремительное развитие отрасли экоавтомобилей только входит в начальную стадию, кардинального изменения принципа работы, улучшение показателей (удельной мощности и экономичности) и его устройства можно ожидать уже в ближайшее время.

Традиционно электродвигатели для автомобилей должны отвечать следующим требованиям:

  • иметь безопасное и удобное для эксплуатации устройство;
  • обладать высокой удельной мощностью и экономичностью;
  • обладать высокой надежностью и безопасностью при длительной эксплуатации;
  • иметь компактные габариты;
  • работать в широком диапазоне частот вращения с высокими показателями, что позволит электромобилю обходиться без коробки передач.

HELV Motors, США, электродвигатель

Новый прорыв

Для электромобиля важна надёжность конструкции и ещё более – высокий кпд электродвигателя. От эффективности работы электродвигателя зависит величина расстояния пробега электромобиля от одной зарядки аккумуляторов, поэтому: чем выше кпд, — тем лучше.

Мировой рынок сбыта электродвигателей стремительно развивается. Согласно новому отчету Grand View Research, Inc. к 2025 году, как ожидается, он достигнет 214,5 млрд. долларов США. Именно быстрые технологические достижения являются основным драйвером роста рынка.

С целью достижения высоких технико-экономических показателей электродвигателя, прежде всего получения максимальной мощности и крутящего момента, при минимальном потреблении энергии необходимо уменьшить ее внутренние потери.

В России запатентован высокопроизводительный оригинальный электродвигатель американской компании Buddha Energy Inc. Примечателен тот факт, что автор электродвигателя является россиянином. В США электродвигатели продаются под торговой маркой HELV Motors. Компания Buddha Energy Inc. занимается разработкой инновационных электронных контроллеров и электродвигателей. Компания имеет патенты на разработку в крупнейших индустриальных странах. Их разработки ориентированы на зеленые технологии и охрану окружающей среды, сокращение использования природных ресурсов.

Buddha Energy Inc, Россия, электродвигатель

Особенностью электродвигателя HELV является его форма. Он спроектирован в виде шара таким образом, что полная площадь магнитного поля статора взаимодействует с полной площадью магнитного ротора при минимальном рассеивании магнитного поля, что дает высокий крутящий момент при небольшом размере двигателя.

В ходе стендовых испытаний, сила на валу тестового двигателя массой 2,8 кг и диаметром 119 мм составила 80 Нм. Примечательно, что сам двигатель может развить и большую мощность, но на текущий момент контроллер для его управления рассчитан только на 6 кВт. Таким образом при напряжении в 60 вольт и токе 100 ампер, двигатель показал статический крутящий момент в 80 Ньютон метров при оборотах 3900 об/м. Максимальная мощность двигателя может быть увеличена в несколько раз. Компания работает над созданием контроллера на 22 кВт.

Обычно с целью уменьшения воздействия токов Фуко на металл электродвигателя, а, соответственно, уменьшения потерь на нагрев, статоры синхронных и асинхронных электрических машин изготовлены из набора изолированных между собой пластин из тонкого железа. На электродвигателях марки «HELV Motors» компании Buddha Energy Inc. корпус статора выполнен из композитов, что позволило уменьшить его вес и максимально сократить потери от эффекта токов Фуко. В двигателях HELV не используются металлические сердечники, это позволяет значительно снизить вес двигателя без потери мощности. Особенно это важно для квадрокоптеров и вертолетов.

Благодаря специальному корпусу (крышке) диамагнитного статора все магнитные поля ротора и катушек концентрируются на небольшой площади и не выходят за пределы двигателя, что позволяет создавать высокую мощность при низком потреблении электроэнергии.

Композит статора дает возможность легко придавать ему нужную форму без использования дорогостоящего оборудования для обработки металла. Это позволит дополнительно снизить стоимость готовых электродвигателей.

двигатели HELV, магнитное поле, автомобиль

Статор изготовлен таким образом, что двигатель может быть установлен как вертикально, так и горизонтально.

К преимуществам электродвигателя HELV следует также отнести:

  • небольшие габариты и малый вес;
  • максимальный крутящий момент, который доступен с момента включения (при нулевых оборотах) двигателя;
  • возможность получения рекуперативной энергии;
  • экологически чистая работа;
  • минимум движущихся деталей, требующих замены или ремонта;
  • отсутствие необходимости в коробке передач автомобиля.

Компания Buddha Energy Inc. предлагает ряд высокоэффективных низковольтных электродвигателей нового поколения на основе оригинально расположенных магнитных полей под торговой маркой «HELV Motors» мощностью от 5,6 кВт до 75 кВт

Так электродвигатель HELV мощностью 5,6 кВт при макс. 5600 об / мин, требует напряжения 75 В и потребляет ток до 100 А, в зависимости от нагрузки. В зависимости от модели двигателя обороты составляют от 65 до 75 оборотов на Вольт.

В целом к преимуществам электродвигателей компании «HELV Motors» следует отнести: малый вес и компактный размер, низкое потребление напряжения, умеренный нагрев при работе и большой крутящий момент вала в сравнении с низким энергопотреблением. Сферические катушки статора имеют низкое сопротивление, что позволяет создавать сильные магнитные поля внутри катушек при низком напряжении.

По имеющейся информации можно предположить, что авторы разработки изобрели нечто уникальное, которое может осуществить новый виток в энергетике, в понимании использования сил природы на благо человечества.

В целом изобретателям удалось решить сложную техническую задачу — смоделировать точное взаимодействие магнитных полей в пространстве, в том числе внутри композитов. Они также проверили магнитные взаимодействия полей на практике. С этой целью на 3D принтере был напечатан лабораторный стенд для проверки взаимодействия магнитных полей ротора и статора. После проверки нескольких десятков вариантов обмоток статора был найден вариант, при котором взаимодействие полей статора и ротора происходило наилучшим образом. Всё остальное было делом техники. На этом же принципе сконструирован шарообразный электродвигатель HELV.

Как утверждают авторы разработки, моторы HELV с их соотношением размеров и мощности — это нечто фантастическое. Реализация данного изобретения стала возможной благодаря новым доступным материалам и новым идеям, которые стали ключевым фактором успеха прорывного эксперимента — изобрести что-то новое, что-то важное. При доводке конструкции синхронизировать контроллер с электродвигателем HELV было достаточно непросто. Контролировать его на высоких нагрузках еще сложнее. Но на сегодняшний день изделие почти готово к массовому производству.

Компания утверждает, что двигатель рассчитанный на мощность 40 кВт будет весить не больше 9,7 кг, а диаметр будет не больше 22 сантиметров. Такие характеристики дадут возможность устанавливать данный двигатель на электрические автомобили, лодки, электромотоциклы и квадрокоптеры. В 2019 году компания заявила, что скорость вращения топовой модификации двигателя составляет 30 000 оборотов в минуту при напряжении в 400 вольт, а пиковая мощность электродвигателя в линейке продукции составляет 95 кВт. Данная модель еще не представлена в линейке продукции компании.

Таким образом, произведен прорыв в создание самых современных и эффективных электродвигателей. Остаётся только правильно подобрать его мощность для достижения заданных технических характеристик автомобиля. Требуемая мощность, во многом зависит от типа трансмиссии. Если электродвигатель будет подключен к колёсам через коробку передач, — то достаточно и небольшой мощности, а если напрямую к дифференциалу, – тогда потребуется двигатель более мощный.

Источник https://portal-mashin.ru/service/engine/ustrojstvo-i-harakteristiki-elektricheskogo-dvigatelya-dlya-avto.html

Источник https://press.ocenin.ru/elektricheskie-dvigateli-v-avtomobil/

Источник https://naukatehnika.com/novyij-dvigatelej-dlya-elektromobilej.html

Похожие записи

Оставить комментарий