Одно из ключевых отличий электромобилей от традиционных машин с ДВС – их уникальная конструкция, особенно по части трансмиссии и электропривода. Далее мы подробно рассмотрим, как устроен электромобиль, какими бывают электрические моторы, в чем их плюсы и недостатки.
Что такое электродвигатель?
Электрический двигатель наряду с высоковольтной батареей – ключевой компонент электрокара, так как именно он преобразует энергию от аккумулятора в механическое движение. В отличие от традиционных ДВС, электроприводы обладают более высокими характеристиками эффективности, мгновенным крутящим моментом и устроены гораздо проще. Это делает их более надежными.
Существует несколько типов электропривода, которые сегодня используются в электромобилях. Чаще всего устанавливаются синхронные и асинхронные. Рассмотрим их более подробно.
Синхронный с постоянными магнитами
Синхронные моторы с постоянными магнитами (PMSM) самые распространенные. Их конструкция включает ротор с постоянными магнитами и статор с обмотками. Через последние подается ток с переменным напряжением. В результате взаимодействия магнитного поля статора и постоянных магнитов ротора создается высокий крутящий момент, который затем отдается на колеса.
Основные преимущества синхронных электроприводов на постоянных магнитах выглядят вот так:
- высокая характеристика КПД 95%, что делает их эффективными в плане затрат энергии;
- компактные габариты благодаря использованию небольших постоянных магнитов;
- моментальный отклик и мгновенная подача максимального крутящего момента.
К недостаткам можно отнести цену, которая обусловлена применением редкоземельных металлов для изготовления постоянных магнитов. Из-за своих характеристик материалы дорогие.
Асинхронный
Асинхронные моторы (они же индукционные) работают на несколько ином принципе, нежели рассмотренные выше. В них ротор не содержит постоянных магнитов, а вместо этого генерирует магнитное поле за счет тока, индуцируемого во время вращения. Статор создает вращающееся магнитное поле, которое приводит в движение ротор и высвобождает крутящий момент.
Преимущества асинхронных двигателей делают их популярным выбором для электромобилей:
- низкая стоимость из-за отсутствия дорогих постоянных магнитов в конструкции;
- простая конструкция, за счет которой обслуживание нужно проводить не так часто;
- надежность и долгий срок эксплуатации даже в неблагоприятных условиях.
Основным минусом таких электроприводов является их меньшая характеристика эффективности на фоне с синхронными на постоянных магнитах, и более сложное управление на низкой скорости.
Синхронный с возбуждением
Этот тип сочетает в себе преимущества как синхронных, так и асинхронных вариантов. В отличие от привода с постоянными магнитами, синхронный с возбуждением использует электромагниты вместо постоянных для создания магнитного поля. Такие моторы имеют высокую характеристику КПД и производятся без использования редкоземельных металлов, что делает их более доступными.
С другой стороны, такие электродвигатели менее распространены из-за сложности управления и необходимости в использовании дополнительных компонентов, таких как источник возбуждения.
Что такое инвертор и зачем нужен?
Инвертор – один из ключевых компонентов в электромобилях, включая популярные китайские модели. Он преобразует постоянный ток (DC) от высоковольтного аккумулятора в переменный ток (AC) для работы мотора. Кроме того, инвертор регулирует частоту и напряжение переменного тока, и поэтому позволяет контролировать характеристики (скорость и мощность) электропривода.
Инвертор является критически важным элементом системы, так как именно он позволяет электромобилю плавно менять скорость и поддерживать высокий уровень энергоэффективности.
Редуктор и его роль в электромобиле
Редуктор – это механическое устройство для изменения крутящего момента и скорости вращения между электродвигателем и колесами. В китайских, европейских и американских электромобилях он заменяет собой классическую КПП.
В отличие от машин с ДВС, где редукторы используются для переключения скоростей и адаптации крутящего момента, редукторы в электромобилях намного проще. Электродвигатели обеспечивают мгновенный крутящий момент и способны работать в широком диапазоне скоростей, что позволяет использовать в электрическом авто простой, надежный и долговечный одноступенчатый редуктор.
Процесс работы механизма с одной ступенью можно представить в три последовательных шага:
- Привод вращает ведущую шестерню, которая передает это вращение ведомой шестерне.
- Ведомая шестерня замедляет скорость вращения и увеличивает крутящий момент.
- Вращение передается на вал привода, соединенный с колесами автомобиля.
Таким образом, одноступенчатый редуктор состоит из набора шестеренок, которые передают весь момент. Последний изменяется только один раз – при передаче от двигателя к валу ведущих колес. В отличие от многоскоростных трансмиссий, здесь нет механизма переключения передач, и за счет такой простой конструкции достигается надежность, долговечность и стойкость к износу.
Важная характеристика: передаточное число редуктора. Это соотношение между числом зубьев ведущей и ведомой шестеренок. Например, если передаточное число составляет 9:1, это означает, что ведомая шестерня вращается в 9 раз медленнее, чем ведущая, при этом крутящий момент увеличивается в 9 раз. В электрокарах передаточное число обычно подбирается таким образом, чтобы получить баланс между максимальной скоростью движения и тягой.
Заключение
Теперь вы знаете, как устроен двигатель электромобиля и почему в этом отношении электрокары в значительной мере проще и надежнее машин с традиционным мотором внутреннего сгорания. Да, мы перечислили далеко не все компоненты электромашины: в ней также есть батарея для питания трансмиссии, аккумулятор для работы бортовой электроники, контроллеры, датчики и прочие элементы. Читайте другие наши материалы, чтобы лучше узнать строение электрокара.