Тяговый электродвигатель для электромобиля: как электрокары на нем работают

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.

Устройство электромобиля и принцип его работы

Устройство электромобиля не содержит в себе никаких тайн и сложностей, так как основывается на общеизвестных физических и технических принципах. В целом, конструкция такой машины в области ходовой части, кузова, управления может совсем не отличаться от классического транспорта. Главное отличие состоит именно в моторе, который работает не на жидком дизельном топливе или бензине, а на генерируемом электрическом токе.

принцип работы электромобиля

Принцип работы электромобиля заключается в следующем. В нем задействован механизм электромагнитной индукции, который состоит в том, что при наличии переменного электрического тока в проводнике возникает магнитное поле, которое по закону Ампера выполняет отклоняющее действие. В моторе существуют два основных компонента: ротор и статор. Статор остается постоянно неподвижным и по нему пропускается электрический ток определенной частоты. Генерируемое в статоре магнитное поле действует на ротор и тот начинает вращаться. Получаемая механическая энергия используется для движения транспортного средства. Скорость движка прямо пропорциональна частоте тока и количеству установленных магнитных полюсов.

В целом, устройство электромобиля достаточно простое, но требует очень аккуратного и точного исполнения. Ток для питания статора генерируется установленными на борту батареями. В зависимости от модели машины, батареи могут иметь разную емкость, конструкцию, особенности используемых механизмов работы.

Интересный факт! Многие перспективные разработки старины отвергались обществом или просто не были замечены.

Что такое электромобиль

Электромобиль — это автомобиль, колеса которого приводится не двигателем внутреннего сгорания, а электродвигателями, питающимися от блока аккумуляторов или топливных элементов.

Внешне электромобиль очень похож на обычный с ДВС. Впрочем, существует ряд внешних признаков, отличающих электрокар от традиционных авто. Например, отсутствие широкой решётки радиатора, плоское днище, характерные логотипы синего или зелёного цвета и совершенно особенный свистящий звук работы электродвигателя. Но главное отличие электромобиля от авто с ДВС — это электродвигатель.

Сравнительная таблица

На месте двигателя внутреннего сгорания, сложной системы выхлопа, смазки, охлаждения, трансмиссии, топливного бака и радиаторов расположены компактные электромоторы и маленькие радиаторы для охлаждения батареи, расположенной в подпольном пространстве.

В связи с этим сокращено до минимума количество трущихся деталей, а значит сэкономлена значительная часть средств и времени на техническое обслуживание и ремонт. А о разнице в стоимости между бензином и электричеством и говорить нечего. Как видим, по сути, электромобиль — это более более эффективное и одновременно более простое транспортное средство.

Синхронный трехфазный электродвигатель переменного тока «Ниссана-Лиф», соединенный с редуктором и дифференциалом. Заявленные параметры мотора: мощность 80 кВт/109 л.с., максимальный крутящий момент 280 Н.м.

Синхронный трехфазный электродвигатель переменного тока «Ниссана-Лиф», соединенный с редуктором и дифференциалом. Заявленные параметры мотора: мощность 80 кВт/109 л.с., максимальный крутящий момент 280 Н.м.Синхронный трехфазный электродвигатель переменного тока «Ниссана-Лиф», соединенный с редуктором и дифференциалом. Заявленные параметры мотора: мощность 80 кВт/109 л.с., максимальный крутящий момент 280 Н.м.

Синхронный трехфазный электродвигатель переменного тока «Ниссана-Лиф», соединенный с редуктором и дифференциалом. Заявленные параметры мотора: мощность 80 кВт/109 л.с., максимальный крутящий момент 280 Н.м.

Устройство и принцип работы электромобиля. Плюсы и минусы электрокаров

Устройство и принцип работы электромобиля. Плюсы и минусы электрокаров - фото 1

  • Устройство и принцип работы электромобиля. Плюсы и минусы электрокаров
  • Устройство электромобиля и принцип его работы
  • Типы устройств электромобиля
  • Особенности устройства электромобиля-гибрида
  • Плюсы и минусы электрокаров
  • Покупка и нюансы работы электромобиля: перспективы
  • Масштабы распространения
  • Цены на нефть и популярность электрокаров
  • Как устроен электромобиль, созданный Элоном Маском
  • Как выбрать машину и особенности ее сервиса
  • Электрический автомобиль
  • АККУМУЛЯТОР
  • КОНТРОЛЛЕР
  • ДВИГАТЕЛЬ
  • Почему люди пытаются сделать электромобиль самостоятельно
  • Стоит ли делать электрокар самостоятельно
  • Как сделать электрокар своими руками
  • Источники:

Первые воспоминания о машине, движущейся благодаря электрическому двигателю, идут из 1841 года. Это была не машина в полном смысле этого слова, а тележка с электромотором. Она не получила широкой популярности и распространения, но энтузиасты продолжили работы по совершенствованию конструкции.

В 1899 году русский инженер Ипполит Романов разработал электромобиль, который мог проехать без подзарядки почти 60 километров, при этом борт машины был рассчитан на 17 пассажиров. Его скорость достигала 40 км/ч.

Устройство электромобиля и принцип его работы - фото 2

Многие успешные попытки создания таких авто предпринимались в Европе, Америке, Японии после 2-й Мировой войны. К примеру, в США отличилась компания General Motors, которая начала выпускать серийные модели EV1. В последние годы на весь мир гремит компания Tesla, которая смогла возвести электромобили из сферы неинтересной экзотики в ранг стильных и желаемых транспортных средств.

Типы устройств электромобиля

В зависимости от того, как устроен электромобиль и для каких задач он разработан, можно провести некоторую классификацию этих ТС. Она довольно условна и обращает внимание более на особенности эксплуатации, так как по конструкции все разработки повторяют друг друга.

Выделяют такие машины на электричестве:

  • Внутригородские. Имеют невысокую мощность и скорость передвижения, на них установлены специальные ограничения по максимальной мощности. Небольшого диаметра колеса и малый вес позволяют двигаться в нормальном городском режиме;
  • Микроэлектромобили. Созданы с учетом плотного городского транспортного потока, имеют батарею небольшой емкости. Используются для небольших переездов, поездок в магазин, на работу и назад и т.п.;
  • Различные креативные варианты, типа трициклы;
  • Обычные авто. Привычные легковушки, типа некоторых популярных моделей от Tesla;
  • Грузовые. Пока еще не слишком распространены, но в перспективе могут использоваться в крупных городах для внутренних перевозок и уменьшения выбросов в атмосферу;
  • Троллейбусы, трамваи, автобусы на электродвижках также являются довольно популярным видом транспорта в любом крупном городе.

Также стоит упомянуть гибриды – транспорт, на котором установлен как электрический, так и бензиновый двигатель. Подобные ТС очень популярны во всем мире, в частности, в Японии, США, Европе. Напряжение электромобиля во всех рассмотренных случаях разное, так как в них требуется неодинаковая рабочая мощность силового агрегата.

Типы устройства электромобиля

Есть ли у электрокара коробка передач? 

Новинка доступна только в полноприводном варианте и по умолчанию оснащена двумя абсолютно одинаковыми моторами — по одному на оси. Это синхронные электродвигатели с постоянными магнитами. О них мы поговорим чуть позже, а сейчас развеем распространенный миф. Часто говорят, что у электрокаров нет трансмиссии или (чаще) что трансмиссия «бесступенчатая».

Каждый мотор весит 78 кг и имеет размеры 35×50 см. Это очень компактные размеры относительно мощности.

На I-Pace все же есть одна передача. Если бы ступеней было две (как на гоночных прототипах «ай-пейс»), то устройство называлось бы коробкой передач (во множественном числе). Но у нас передача одна, поэтому грамотнее называть это редуктором. Электродвигатель крутится с гораздо большим количеством оборотов, нежели колеса машины. Следовательно, редуктор имеет передачу с понижающим передаточным числом, что позволяет ему уравнять обороты.

Недостатки мотор-колеса

yandex.ru

Казалось бы, устройство практически идеальное — бери и ставь на поток, но, не так всё просто! Имеет место несколько не решённых на данный момент проблем. Основной из них является большое количество механизмов, которые нужно как-то разместить внутри обода. Высокооборотистые электрические двигатели, требуют наличия понижающего редуктора. Он должен обладать скромными габаритами и быть герметичным. Естественно, механизм добавит некоторое количество веса к общей массе мотор-колеса.

Солидная неподрессоренная масса, то есть, слишком тяжёлые колёса, могут негативно повлиять на комфорт и безопасность. К этому можно смело добавлять повышенный износ элементов подвески и передачу на кузов повышенного уровня вибраций. Оптимальная масса мотор-колеса без учёта резины, для среднеразмерного транспортного средства, должна варьироваться в пределах 10-30 килограмм. Вся проблема в том, что разработчикам весьма затруднительно войти в эти жёсткие ограничения.

Общий принцип работы электромобиля

В целом устройство электрокара достаточно простое и общее для всех моделей, разница заключается лишь в отдельных моментах организации работы оборудования.

Для движения любому электромобилю необходимо всего несколько основных комплектующих:

  • электродвигатель;
  • контроллер;
  • аккумуляторная батарея.

Ток от аккумуляторов подается на контроллер, коммутируется в необходимый на данный момент и поступает на электрический двигатель.

Управление тем, сколько энергии он должен доставить, ведется педалью акселератора, формированием сигнала при нажатии. Подсчитывая эти данные с данными других систем и датчиков, контроллер регулирует мощность, подаваемую на электродвигатель.

Плюсы и минусы электрокаров

Многих людей, которые колеблются в выборе транспортного средства для личного использования, волнует вопрос: какие существуют плюсы и минусы электромобилей и стоит ли сейчас рассматривать их как серьезный вариант для покупки.

Плюсы электромобилей выглядят следующим образом:

  • Самое существенное – минимальные расходы на заправку. Благо, электричество в нашей стране имеет достаточно низкую стоимость и полная зарядка для того, чтобы проехать 100 км, будет стоить около 15-20 рублей. В то же время с бензином ситуация будет более печальной (см. Самый дорогой и самый дешевый бензин в регионах России);
  • Простота сервисного обслуживания. Не нужно покупать и менять никаких свечей зажигания, масла, фильтров, других расходных материалов. Нет необходимости регулярно посещать сервис и тратиться на него;
  • Тихая работа мотора также многими относится в плюсы. Работающего агрегата практически не слышно во время езды, достаточно вспомнить движение на новеньком троллейбусе;
  • Отсутствие опасных выхлопных газов, которые отравляют городской воздух;
  • Покупка на перспективу. По всей видимости в ближайшие годы или десятилетие человечество массово пересядет на электрические машины. Покупая ее сейчас, Вы становитесь во главе этого процесса.

Что касается негативных моментов, то они также есть и выглядят так:

  • Небольшой выбор авто и дороговизна. Цена, которую просят за средненькую Теслу, вполне сопоставима со стоимостью хорошего Мерседеса последних лет выпуска. Поэтому многие предпочитают второй вариант;
  • Ограниченное количество необходимых заправок. Даже в столице страны ее очень мало мест, где можно зарядить машину. Поэтому придется тщательно следить, чтобы заряда хватало на запланированные дневные расстояния;
  • Минус электрокаров еще и в том, что батареи на них стоят очень дорого, поэтому их нужно беречь. Также в салоне нельзя будет полноценно использовать всю электронику, к примеру, кондиционер, так как это будет быстро поглощать имеющийся заряд АКБ.

Это главное, что стоит учитывать человеку, выбирающему транспортное средство.

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.

Инверторы электромобилей

Электронный инвертор преобразует постоянное напряжение аккумуляторов в переменное с нужными параметрами для питания электродвигателей. Большинство батарей сегодня выдают напряжение до 300 вольт, но обозначилась тенденция к его увеличению. Дополнительная функция инвертора — формирование постоянного напряжения 12 вольт для питания бортовой сети, к которой подключаются всевозможные автомобильные гаджеты: навигатор, медиапроигрыватель, кондиционер, обогреватель, камеры слежения за дорогой, заменяющие зеркала и служащие для беспилотного режима движения.  

Преимущества

  1. Высокая эффективность.
  2. Низкая стоимость энергии.
  3. Больше пространства в салоне и багажнике.
  4. Выше мощность и крутящий момент, лучше динамические показатели.
  5. Электродвигатели не нуждаются в принудительном охлаждении
  6. Более эффективное торможение электродвигателем в режиме рекуперации. Меньше износ тормозных колодок.
  7. Электрический двигатель и трансмиссия практически не нуждаются в обслуживании.
  8. Лучшая устойчивость на дороге благодаря низкому центру тяжести.

Зарядка аккумуляторов

Возможность «заправиться» от домашней розетки — одновременно и преимущество, и недостаток электромобиля. Бытовая электросеть не способна обеспечить ток, необходимый для быстрой зарядки, существует реальная опасность пожара. Тем не менее в комплект каждого электромобиля входит кабель со встроенным ограничителем тока для подключения к обычной розетке, хотя процесс и занимает несколько часов. 

Сегодня эта возможность сохранена в конструкции электрокаров в основном как аварийный вариант, для того чтобы доехать до ближайшей стационарной заправки и восстановить работоспособность аккумулятора за несколько минут. Через разъем для зарядного устройства заправочной станции соединиться с бытовой сетью невозможно.

Как работает электромобиль: Видео

loading.gif

Загрузка…

Лучшие инструкторы по вождению:

Автоинструктор Светлана Светлана АКПП: Hyundai AccentОбучает в САО, СЗАО, Химках

ОТЗЫВЫ

Автоинструктор Елена Елена АКПП: Chevrolet Lacetti МКПП: Chevrolet LanosОбучает в ЮАО, ЮВАО, Видном, Домодедове

ОТЗЫВЫ

Автоинструктор Марина Марина АКПП: Kia Cerato МКПП: Chevrolet LanosОбучает в САО, Долгопрудном

ОТЗЫВЫ

Автоинструктор Елена Елена АКПП: Kia Cerato МКПП: Chevrolet LanosОбучает в САО, СЗАО, Химках

ОТЗЫВЫ

Автоинструктор Наталья Наталья АКПП: Kia Spectra Обучает в ВАО, Балашихе,Реутове

ОТЗЫВЫ

Автоинструктор Олег Олег АКПП: Chevrolet Lacetti МКПП: Chevrolet LanosОбучает в САО, Долгопрудном

ОТЗЫВЫ

Автоинструктор Яна Яна АКПП: Kia Spectra Обучает в САО, Долгопрудном

ОТЗЫВЫ

Автоинструктор Юлия Юлия АКПП: Chevrolet Lacetti МКПП: Chevrolet LanosОбучает в ВАО, ЮВАО, Люберцах, Реутове, Железнодорожном

ОТЗЫВЫ

Автоинструктор Светлана Светлана АКПП: Chevrolet Lacetti Обучает в СЗАО

ОТЗЫВЫ

Автоинструктор Татьяна Татьяна МКПП: Chevrolet Lanos АКПП: Kia SpectraОбучает в Красногорске

ОТЗЫВЫ

Автоинструктор Пётр Пётр МКПП: Daewoo Nexia Обучает в СЗАО

ОТЗЫВЫ

Автоинструктор Оксана Оксана АКПП: Hyundai Accent Обучает в СВАО, Мытищах, Королёве, Пушкине

ОТЗЫВЫ

Автоинструктор Дмитрий Дмитрий АКПП: Volkswagen Golf МКПП: Chevrolet Lanos Обучает в СВАО, САО, СЗАО, Долгопрудном

ОТЗЫВЫ

Автоинструктор Оксана Оксана АКПП: Kia Spectra МКПП: Chevrolet Lanos Обучает в ЮАО, ЮЗАО, Видном, Подольске

ОТЗЫВЫ

Автоинструктор Дмитрий Дмитрий МКПП:Lada Granta Обучает в ЮВАО, Люберцах

ОТЗЫВЫ

Цены на нефть и популярность электрокаров

Сами по себе цены на нефтепродукты и нефть практически никак не влияют на популярность автомобилей на электрических двигателях. Но вот распространение последних очень сильно может повлиять на стоимость нефти, так как она станет менее востребованной на рынке. Существует даже конспирологическая теория о том, что крупные нефтяные корпорации сдерживают развитие других источников энергии, чтобы не потерять монополию на рынке и свои сверхдоходы.

На данный момент количество машин на токе никак не влияет на цену нефти, поэтому говорить о каких-либо опасностях для этого традиционного источника энергии пока очень рано.

Самый алюминиевый Jaguar

Конструкция этого электрокара на 94% состоит из алюминия. Центр тяжести очень низкий — треть массы находится на высоте оси. Развесовка по осям как у спорткара — 50:50. Причем это не те «50 на 50», что у машин с ДВС. Ведь у электромобиля нет «гири» в виде ДВС за передней осью. Центр тяжести у I-Pace не «гуляет» при динамичной езде. Получается, самый тяжелый элемент модели находится под водителем, и это обеспечивает идеальную управляемость. Полный привод работает без каких-либо ограничений. Здесь нет раздаточной коробки, нет карданного вала и каждый мост «сам себе хозяин». Просто рай для любителей трек-дней.

Имеется у I-Pace и система Torque Vectoring By Braking, знакомая по другим моделям Jaguar. Она «прикусывает» внутренние колеса в поворотах, чтобы машина быстрее совершила маневр. Если вы уже ездили на других электромобилях, то «ай-пейс» вряд ли вас удивит. Но если это первый EV в вашей жизни, то готовьтесь к приятным сюрпризам. Доступная с первых секунд полка крутящего момента буквально телепортирует электрокар из одной точки в другую. До сотни машина разгоняется за 4,8 секунды, но поражает другое — эластичность. Цифру 80 на спидометре I-Pace изменит на 120 быстрее многих бензиновых спорткаров.

Кузов и салон электромобиля

По внешнему виду сложно отличить электрокар от автомобиля с ДВС. У них те же стремительные, но элегантные обводы, большие окна и светодиодные фары. Но салон разительно отличается. Он заметно просторнее, ведь внутри кузова нет громоздкого двигателя, коробки передач и бензобака. Аккумуляторы располагаются под днищем, электродвигатель — на задней подвеске или непосредственно вмонтирован в колеса.

Процесс управления предельно автоматизирован. Вместо привычной приборной доски — экран с необходимой информацией, картой навигатора и картинкой с тыловых камер. Переключателя скоростей нет, ключа зажигания тоже. При заказе новой машины владелец получает личный аккаунт, который вписывается в электронную карту или смартфон. Электрокар включается при приближении к нему.

Как устроен электромобиль, созданный Илоном Маском

Как устроен электромобиль, созданный Элоном Маском

Нашумевший предприниматель миллиардер из США, родом из ЮАР, по имени Элон Маск произвел настоящую революцию в мире электромобилей. Он один из первых в новейшее время решил поставить процесс производства этого транспорта на поток и сделать их частью повседневной реальности. Такие начинания не остались без внимания, поэтому имя этого человека стало известно на весь мир.

Как работает электромобиль Tesla? Все так же, как и любые другие подобные продукты. Устройство электромобиля следующее: кузов здесь практически целиком повторяет таковой в Мерседесах бизнес класса. Батарея и двигатель разработан для максимально эффективной, экономичной и длительной работы. Минусом ТС от Tesla сегодня считается слишком слабо развитая сервисная система, которая часто бросает владельца такой дорогой машины на произвол судьбы с его проблемами.

АККУМУЛЯТОР

Принцип работы электромобиля - изображение 84

Отличительной чертой новых электромобилей являются их «Системы аккумулирования энергии»( “Energy Storage Systems” ESS)- литий-ионные аккумуляторы.

Скорость зарядки таких батарей зависит от того, сколько накопленной энергии киловатт-часов имеет блок, насколько мощное бортовое зарядное устройство и от того, какое количество энергии поступает из сети, к которой подключен автомобиль. Кроме того, у всех электромобилей есть рекуперативное торможение, которое захватывает энергию при торможении и направляет ее назад в аккумулятор. К сожалению, энергии, которая вернулась, недостаточно для того, чтобы привести автомобиль в движение, а значит, нет такого электромобиля, который бы работал по принципу «вечного двигателя».

Принцип работы электромобиля - изображение 85

В батарею также встроено программное обеспечение Battery Management System (BMS), которое контролирует расход энергии и зарядку. Литий-ионные аккумуляторы нуждаются в такой программе, и именно она не позволила еще ни одной батарее быстро израсходовать весь свой потенциал.

С одной стороны, система предотвращает полный разряд частиц, с другой стороны переизбыток энергии. Цель состоит в том, чтобы создать максимальный срок годности (намного больше, чем у батареи в ноутбуке и не меньше, чем продолжительность жизни двигателя внутреннего сгорания, хотя некоторый процент сохранения энергии со временем будет утрачиваться).

Инженеры консервативных взглядов могут утверждать, что аккумулятор имеет определенное количество энергии, которое может поступать до тех пор, пока батарея не разрядится полностью. На самом деле, если заряд электромобиля уже на нуле, то у него все еще достаточно энергии, чтобы управлять автомобилем, но это обязательно скажется на его долговечности.

Для лучшей работы аккумуляторам нужно поддержание постоянной оптимальной температуры. Конечно, они смогут работать как жарким летом, так и холодной зимой, но запас хода от этого немного ухудшится. 

Как выбрать машину и особенности ее сервиса

Устройство электромобиля обязательно должен хоть в общих чертах знать каждый человек, который собирается его приобретать. Чтобы купить хорошее ТС, нужно следовать таким советам:

  • Самое первое – запас хода от полностью заряженных АКБ. Для бюджетных моделей запас хода составляет около 150 км;
  • Особенности механики. Ходовая часть, трансмиссия, подвеска и прочие элементы должны быть в полном порядке и состоять их надежных комплектующих. При покупке лучше привлечь на помощь человека, который хорошо понимает устройство электромобиля;
  • Цена. Не стоит переплачивать, так как за большие деньги можно взять и шикарный бензиновый или дизельный вариант.

Что касается сервиса, то здесь не должно быть никаких проблем. Электродвигатели хорошо известны любому инженеру и механику, вся остальная часть авто полностью повторяет конструкцию классического транспортного средства. Единственный совет по сервису – стоит обращаться в продвинутые СТО, в которых способны проводить точную диагностику.

Почему люди пытаются сделать электромобиль самостоятельно

У каждого могут быть свои мотивы. Кому-то просто интересно сделать что-то самостоятельно, другие пытаются сэкономить, третьи не доверяют производителям и так далее. Поэтому вопрос изготовления электрокара самостоятельно является сугубо личным.

Поэтому когда в гараже стоит довольно старая машина, которую в принципе уже и не жалко, многие решаются сделать из нее дешевый электромобиль, сэкономив значительную сумму на кузове и большинстве кузовных деталей.

Принцип работы электромобиля - изображение 137Принцип работы электромобиля - фотография 138

Принцип работы электромобиля - изображение 129Принцип работы электромобиля - фотография 130Принцип работы электромобиля - изображение 131Принцип работы электромобиля - фотография 132Принцип работы электромобиля - фотография 133Принцип работы электромобиля - фотография 134Принцип работы электромобиля - фото 135Принцип работы электромобиля - изображение 136

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...