Οι λάτρεις των αυτοκινήτων ήταν πάντα φανατικοί με τους κινητήρες, αλλά η ηλεκτροκίνηση είναι ασταμάτητη και τα αποθέματα γνώσεων ορισμένων ανθρώπων ίσως χρειαστεί να ενημερωθούν.
Ο πιο γνωστός σήμερα είναι ο τετράχρονος κινητήρας, ο οποίος είναι επίσης η πηγή ισχύος για τα περισσότερα βενζινοκίνητα οχήματα.Παρόμοια με τους τετράχρονους, δίχρονους και τους κινητήρες ρότορα Wankel των κινητήρων εσωτερικής καύσης, οι κινητήρες ηλεκτρικών οχημάτων μπορούν να χωριστούν σε σύγχρονους και ασύγχρονους κινητήρες ανάλογα με τη διαφορά στους ρότορες.Οι ασύγχρονοι κινητήρες ονομάζονται επίσης επαγωγικοί κινητήρες, ενώ οι σύγχρονοι κινητήρες περιέχουν μόνιμους μαγνήτες.και ρεύμα για να διεγείρει τον κινητήρα.
Στάτης και Ρότορας
Όλοι οι τύποι κινητήρων ηλεκτρικών οχημάτων αποτελούνται από δύο κύρια μέρη: έναν στάτορα και έναν ρότορα.
Stator▼
Ο στάτορας είναι το μέρος του κινητήρα που παραμένει ακίνητο και είναι το σταθερό περίβλημα του κινητήρα, τοποθετημένο στο πλαίσιο όπως το μπλοκ κινητήρα.Ο ρότορας είναι το μόνο κινούμενο μέρος του κινητήρα, παρόμοιο με τον στροφαλοφόρο άξονα, που στέλνει τη ροπή έξω μέσω του κιβωτίου ταχυτήτων και του διαφορικού.
Ο στάτορας αποτελείται από τρία μέρη: πυρήνας στάτορα, περιέλιξη στάτορα και πλαίσιο.Οι πολλές παράλληλες αυλακώσεις στο σώμα του στάτορα είναι γεμάτες με διασυνδεδεμένες χάλκινες περιελίξεις.
Αυτές οι περιελίξεις περιέχουν τακτοποιημένα χάλκινα ένθετα φουρκέτας που αυξάνουν την πυκνότητα πλήρωσης της σχισμής και την άμεση επαφή σύρμα με σύρμα.Οι πυκνές περιελίξεις αυξάνουν την ικανότητα ροπής, ενώ τα άκρα είναι πιο προσεκτικά κλιμακωτά, μειώνοντας τον όγκο για ένα μικρότερο συνολικό πακέτο.
Στάτης και ρότορας ▼
Η κύρια λειτουργία του στάτορα είναι να δημιουργεί ένα περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο (RMF), ενώ η κύρια λειτουργία του ρότορα είναι να κόβεται από τις γραμμές μαγνητικής δύναμης στο περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο για να δημιουργήσει ρεύμα (εξόδου).
Ο κινητήρας χρησιμοποιεί τριφασικό εναλλασσόμενο ρεύμα για να ρυθμίσει το περιστρεφόμενο πεδίο και η συχνότητα και η ισχύς του ελέγχονται από ηλεκτρονικά ισχύος που ανταποκρίνονται στο γκάζι.Οι μπαταρίες είναι συσκευές συνεχούς ρεύματος (DC), επομένως τα ηλεκτρονικά ισχύος του ηλεκτρικού οχήματος περιλαμβάνουν έναν μετατροπέα DC-AC που τροφοδοτεί τον στάτορα με το απαραίτητο εναλλασσόμενο ρεύμα για να δημιουργήσει το πολύ σημαντικό μεταβλητό περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο.
Αξίζει όμως να σημειωθεί ότι αυτοί οι κινητήρες είναι επίσης γεννήτριες, που σημαίνει ότι οι τροχοί θα γυρίζουν πίσω τον ρότορα μέσα στον στάτορα, προκαλώντας ένα περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο προς την άλλη κατεύθυνση, στέλνοντας ισχύ πίσω στην μπαταρία μέσω ενός μετατροπέα AC-DC.
Αυτή η διαδικασία, γνωστή ως αναγεννητική πέδηση, δημιουργεί οπισθέλκουσα και επιβραδύνει το όχημα.Η αναγέννηση βρίσκεται στον πυρήνα όχι μόνο της επέκτασης της γκάμας των ηλεκτρικών οχημάτων, αλλά και των υβριδικών υψηλής απόδοσης, καθώς η εκτεταμένη αναγέννηση βελτιώνει την οικονομία καυσίμου.Αλλά στον πραγματικό κόσμο, η αναγέννηση δεν είναι τόσο αποτελεσματική όσο η «κύλιση του αυτοκινήτου», η οποία αποφεύγει την απώλεια ενέργειας.
Τα περισσότερα ηλεκτρικά οχήματα βασίζονται σε κιβώτιο ταχυτήτων μίας ταχύτητας για να επιβραδύνουν το σπινάρισμα μεταξύ του κινητήρα και των τροχών.Όπως οι κινητήρες εσωτερικής καύσης, οι ηλεκτροκινητήρες είναι πιο αποδοτικοί σε χαμηλές στροφές και υψηλό φορτίο.
Ενώ ένα EV μπορεί να έχει αξιοπρεπή αυτονομία με μία μόνο σχέση, τα βαρύτερα pickup και τα SUV χρησιμοποιούν κιβώτια πολλαπλών ταχυτήτων για να αυξήσουν την αυτονομία στις υψηλές ταχύτητες.
Τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα πολλαπλών ταχυτήτων είναι ασυνήθιστα και σήμερα, μόνο τα Audi e-tron GT και Porsche Taycan χρησιμοποιούν κιβώτια δύο ταχυτήτων.
Τρεις τύποι κινητήρων
Γεννημένος τον 19ο αιώνα, ο ρότορας του επαγωγικού κινητήρα αποτελείται από διαμήκεις στρώσεις ή λωρίδες αγώγιμου υλικού, συνηθέστερα από χαλκό και μερικές φορές από αλουμίνιο.Το περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο του στάτορα προκαλεί ένα ρεύμα σε αυτά τα φύλλα, το οποίο με τη σειρά του δημιουργεί ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο (EMF) που αρχίζει να περιστρέφεται μέσα στο περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο του στάτορα.
Οι επαγωγικοί κινητήρες ονομάζονται ασύγχρονοι κινητήρες επειδή το επαγόμενο ηλεκτρομαγνητικό πεδίο και η περιστροφική ροπή μπορούν να δημιουργηθούν μόνο όταν η ταχύτητα του ρότορα υστερεί σε σχέση με το περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο.Αυτοί οι τύποι κινητήρων είναι συνηθισμένοι επειδή δεν απαιτούν μαγνήτες σπάνιων γαιών και είναι σχετικά φθηνοί στην κατασκευή τους.Αλλά είναι λιγότερο ικανά να διαχέουν τη θερμότητα σε παρατεταμένα υψηλά φορτία και είναι εγγενώς λιγότερο αποτελεσματικά σε χαμηλές ταχύτητες.
Κινητήρας μόνιμου μαγνήτη, όπως υποδηλώνει το όνομα, ο ρότορας του έχει τον δικό του μαγνητισμό και δεν απαιτεί ισχύ για τη δημιουργία του μαγνητικού πεδίου του ρότορα.Είναι πιο αποτελεσματικά σε χαμηλές ταχύτητες.Ένας τέτοιος ρότορας περιστρέφεται επίσης ταυτόχρονα με το περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο του στάτορα, επομένως ονομάζεται σύγχρονος κινητήρας.
Ωστόσο, η απλή περιτύλιξη του ρότορα με μαγνήτες έχει τα δικά του προβλήματα.Πρώτον, αυτό απαιτεί μεγαλύτερους μαγνήτες και με το πρόσθετο βάρος, μπορεί να είναι δύσκολο να συγχρονιστείτε σε υψηλές ταχύτητες.Αλλά το μεγαλύτερο πρόβλημα είναι το λεγόμενο «πίσω EMF» υψηλής ταχύτητας, το οποίο αυξάνει την οπισθέλκουσα, περιορίζει την ισχύ στην κορυφή και δημιουργεί υπερβολική θερμότητα που μπορεί να καταστρέψει τους μαγνήτες.
Για την επίλυση αυτού του προβλήματος, οι περισσότεροι κινητήρες μόνιμου μαγνήτη ηλεκτρικών οχημάτων διαθέτουν εσωτερικούς μόνιμους μαγνήτες (IPM) που ολισθαίνουν σε ζεύγη σε διαμήκεις αυλακώσεις σχήματος V, διατεταγμένες σε πολλαπλούς λοβούς κάτω από την επιφάνεια του σιδερένιου πυρήνα του ρότορα.
Το αυλάκι V διατηρεί τους μόνιμους μαγνήτες ασφαλείς σε υψηλές ταχύτητες, αλλά δημιουργεί μια ροπή απροθυμίας μεταξύ των μαγνητών.Οι μαγνήτες είτε έλκονται είτε απωθούνται από άλλους μαγνήτες, αλλά η συνηθισμένη απροθυμία έλκει τους λοβούς του σιδήρου ρότορα στο περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο.
Οι μόνιμοι μαγνήτες μπαίνουν στο παιχνίδι στις χαμηλές ταχύτητες, ενώ η ροπή απροθυμίας αναλαμβάνει στις υψηλές ταχύτητες.Σε αυτή τη δομή χρησιμοποιείται το Prius.
Ο τελευταίος τύπος κινητήρα με διέγερση ρεύματος εμφανίστηκε μόλις πρόσφατα στα ηλεκτρικά οχήματα.Και τα δύο παραπάνω είναι κινητήρες χωρίς ψήκτρες.Η συμβατική σοφία υποστηρίζει ότι οι κινητήρες χωρίς ψήκτρες είναι η μόνη βιώσιμη επιλογή για ηλεκτρικά οχήματα.Και η BMW πρόσφατα πήγε ενάντια στον κανόνα και τοποθέτησε σύγχρονους κινητήρες AC με διέγερση βουρτσισμένου ρεύματος στα νέα μοντέλα i4 και iX.
Ο ρότορας αυτού του τύπου κινητήρα αλληλεπιδρά με το περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο του στάτορα, ακριβώς όπως ένας ρότορας μόνιμου μαγνήτη, αλλά αντί να έχει μόνιμους μαγνήτες, χρησιμοποιεί έξι φαρδιούς χάλκινους λοβούς που χρησιμοποιούν ενέργεια από μια μπαταρία DC για να δημιουργήσουν το απαραίτητο ηλεκτρομαγνητικό πεδίο .
Αυτό απαιτεί την εγκατάσταση δακτυλίων ολίσθησης και ελατηριωτών βουρτσών στον άξονα του ρότορα, επομένως μερικοί άνθρωποι φοβούνται ότι οι βούρτσες θα φθαρούν και θα συσσωρευτούν σκόνη και εγκαταλείπουν αυτήν τη μέθοδο.Ενώ η συστοιχία βουρτσών περικλείεται σε ξεχωριστό περίβλημα με αφαιρούμενο κάλυμμα, μένει να δούμε αν η φθορά της βούρτσας είναι πρόβλημα.
Η απουσία μόνιμων μαγνητών αποφεύγει το αυξανόμενο κόστος των σπάνιων γαιών και τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις της εξόρυξης.Αυτή η λύση καθιστά επίσης δυνατή τη μεταβολή της ισχύος του μαγνητικού πεδίου του ρότορα, επιτρέποντας έτσι περαιτέρω βελτιστοποίηση.Ωστόσο, η τροφοδοσία του ρότορα εξακολουθεί να καταναλώνει κάποια ισχύ, γεγονός που καθιστά αυτούς τους κινητήρες λιγότερο αποδοτικούς, ειδικά σε χαμηλές ταχύτητες, όπου η ενέργεια που απαιτείται για τη δημιουργία του μαγνητικού πεδίου είναι μεγαλύτερο ποσοστό της συνολικής κατανάλωσης.
Στη σύντομη ιστορία των ηλεκτρικών οχημάτων, οι σύγχρονοι κινητήρες εναλλασσόμενου ρεύματος που διεγείρονται από το ρεύμα είναι σχετικά νέοι και υπάρχει ακόμα πολύς χώρος για νέες ιδέες να αναπτυχθούν και υπήρξαν σημαντικά σημεία καμπής, όπως η μετάβαση του Tesla από την ιδέα του επαγωγικού κινητήρα σε μόνιμη μαγνήτες σύγχρονος κινητήρας.Και βρισκόμαστε λιγότερο από μια δεκαετία στην εποχή του σύγχρονου EV και μόλις ξεκινάμε.
Ώρα δημοσίευσης: Ιαν-21-2023