Типи двигунів, що використовуються в електромобілях

Електричні транспортні засоби не є чимось новим у цьому світі, але з розвитком технологій та підвищеною стурбованістю щодо контролю забруднення поставили йому позначку майбутньої мобільності. Основним елементом електромобіля, крім електромобілів, який замінює двигуни внутрішнього згоряння, є електричний двигун. Швидкий розвиток в галузі силової електроніки та техніки управління створив простір для різних типів електродвигунів, які будуть використовуватися в електромобілях. Електродвигуни, що використовуються для автомобілів, повинні мати такі характеристики, як високий пусковий момент, висока щільність потужності, хороший ККД тощо.

Різні типи електродвигунів, що використовуються в електромобілях

Двигун серії постійного струму
Безщітковий двигун постійного струму
Синхронний двигун з постійним магнітом (PMSM)
Трифазні асинхронні двигуни змінного струму
Комутовані релюкційні двигуни (SRM)

1. Двигун серії постійного струму

Високий пусковий крутний момент двигуна серії DC робить його придатним варіантом для застосування тяги. Це був найбільш широко використовуваний двигун для застосування тяги на початку 1900-х років. Перевагами цього двигуна є легке регулювання швидкості, а також він може протистояти раптовому збільшенню навантаження. Всі ці характеристики роблять його ідеальним тяговим двигуном. Основним недоліком двигуна постійного струму є високе технічне обслуговування завдяки щіткам і комутаторам. Ці двигуни використовуються на індійських залізницях. Цей двигун відноситься до категорії електродвигунів з матовим постійним струмом.

2. Безщіткові двигуни постійного струму

Це схоже на двигуни постійного струму з постійними магнітами. Його називають безщітковим, оскільки він не має комутатора та розташування щіток. Комутація в цьому двигуні здійснюється електронним способом, оскільки двигуни BLDC не потребують технічного обслуговування. Двигуни BLDC мають тягові характеристики, такі як високий пусковий момент, висока ефективність близько 95-98% тощо. Двигуни BLDC підходять для проектування з високою щільністю потужності. Двигуни BLDC є найбільш переважними двигунами для застосування в електромобілях завдяки своїм тяговим характеристикам. Ви можете дізнатись більше про двигуни BLDC, порівнявши їх із звичайним щітковим двигуном.

Крім того, двигуни BLDC мають два типи:

i. Двигун BLDC типу бігуна:

У цьому типі ротор двигуна знаходиться зовні, а статор всередині. Його також називають двигунами-концентраторами, оскільки колесо безпосередньо з'єднане із зовнішнім ротором. Цей тип двигунів не потребує зовнішньої шестерні. У деяких випадках сам двигун має вбудовані планетарні шестерні. Цей двигун робить загальний транспортний засіб менш громіздким, оскільки він не потребує жодної системи передач. Це також виключає простір, необхідний для кріплення двигуна. Існує обмеження на розміри двигуна, яке обмежує вихідну потужність у конфігурації поточного двигуна. Цей двигун широко вподобаний виробниками електричних циклів, такими як Hullikal, Tronx, Spero, легкі велосипеди тощо. Він також використовується виробниками двоколісних мотоциклів, такими як 22 Motors, NDS Eco Motors тощо.

ii. Двигун BLDC типу бігуна:

У цьому типі ротор двигуна знаходиться всередині, а статор - зовні, як звичайні двигуни. Ці двигуни потребують зовнішньої системи передачі для передачі потужності на колеса, через це конфігурація бігуна мало громіздка в порівнянні з конфігурацією бігуна. Багато виробників триколісних коліс, такі як Goenka Electric Motors, Speego Vehicles, Kinetic Green, Volta Automotive, використовують двигуни BLDC. Виробники скутерів з низькою та середньою продуктивністю також використовують двигуни BLDC для руху.

Саме завдяки цим причинам він широко вподобаний двигун для застосування в електромобілях. Основним недоліком є висока вартість завдяки постійним магнітам. Перевантаження двигуна понад певну межу зменшує термін служби постійних магнітів через теплові умови.

3. Синхронний двигун з постійним магнітом (PMSM)

Цей двигун також схожий на двигун BLDC, який має постійні магніти на роторі. Подібно до двигунів BLDC, ці двигуни також мають тягові характеристики, такі як висока щільність потужності та висока ефективність. Різниця полягає в тому, що PMSM має синусоїдальний задній ЕРС, тоді як BLDC має трапецієподібний задній ЕРС. Синхронні двигуни з постійним магнітом доступні для вищих номіналів потужності. PMSM - найкращий вибір для високопродуктивних додатків, таких як автомобілі та автобуси. Незважаючи на високу вартість, PMSM забезпечує жорстку конкуренцію асинхронним двигунам завдяки підвищеній ефективності, ніж останні. PMSM також дорожчий, ніж двигуни BLDC. Більшість виробників автомобілів використовують двигуни PMSM для своїх гібридних та електромобілів. Наприклад, Toyota Prius, Chevrolet Bolt EV, Ford Focus Electric, нульові мотоцикли S / SR, Nissan Leaf, Hinda Accord, BMW i3 тощо використовують двигун PMSM для приводу в рух.

4. Трифазні асинхронні двигуни змінного струму

В індукційних двигунах не мають високий початковий ковпак, як двигуни серії DC при фіксованій напрузі і фіксованою роботі частоти. Але цю характеристику можна змінити, використовуючи різні методи контролю, такі як FOC або v / f методи. Використовуючи ці методи управління, максимальний крутний момент стає доступним при запуску двигуна, який підходить для застосування тяги. Асинхронні двигуни з білковою кліткою мають тривалий термін служби завдяки меншому технічному обслуговуванню. Асинхронні двигуни можуть бути розроблені з коефіцієнтом корисної дії 92-95%. Недолік асинхронного двигуна є те, що він вимагає складної схеми інвертора і управління двигуном важко.

У двигунах з постійними магнітами магніти вносять вклад у щільність потоку В. Тому регулювання величини B в асинхронних двигунах легко порівняно з двигунами з постійними магнітами. Це пов’язано з тим, що в асинхронних двигунах величину B можна регулювати, змінюючи напругу та частоту (V / f) на основі вимог до моменту. Це допомагає зменшити втрати, що, в свою чергу, покращує ефективність.

Tesla Model S є найкращим прикладом, що доводить високі характеристики асинхронних двигунів порівняно з аналогами. Вибравши асинхронні двигуни, Тесла міг захотіти усунути залежність від постійних магнітів. Навіть Mahindra Reva e2o використовує трифазний асинхронний двигун для свого руху.Основні автомобільні виробники, такі як двигуни TATA, планували використовувати індукційні двигуни у своїх автомобілях та автобусах. Виробник двоколісних двигунів TVS випустить електричний скутер, який використовує асинхронний двигун для свого руху. Асинхронні двигуни є найкращим вибором для електромобілів, орієнтованих на продуктивність, через їх низьку вартість. Інша перевага полягає в тому, що він може витримувати важкі умови навколишнього середовища. Завдяки цим перевагам індійські залізниці почали замінювати свої двигуни постійного струму асинхронними двигунами змінного струму.

5. Комутовані релюкційні двигуни (SRM)

Комутовані релюкційні двигуни - це категорія двигунів зі змінною неохотою з подвійною потужністю. Комутовані релюкційні двигуни мають просту конструкцію та надійність. Ротор SRM - це шматок багатошарової сталі, на якому немає обмоток або постійних магнітів. Це зменшує інерцію ротора, що допомагає при високому прискоренні. Міцний характер SRM робить його придатним для високошвидкісного застосування. SRM також пропонує високу щільність потужності, яка є деякими необхідними характеристиками електромобілів. Оскільки генерується тепло в основному обмежується статором, охолодити двигун легше. Великий недолік СУР є складність в управлінні та збільшенням комутаційної схеми. У нього також є деякі проблеми із шумом. Як тільки SRM вийде на комерційний ринок, він може замінити PMSM та асинхронні двигуни в майбутньому.

Статистика вибору правильного двигуна для вашого електромобіля

Для вибору відповідних електромоторів, спочатку потрібно перерахувати вимоги до експлуатаційних характеристик, яким повинен відповідати транспортний засіб, умов експлуатації та пов'язаних із цим витрат. Наприклад, для картинг-автомобілів та двоколісних застосувань, які вимагають меншої продуктивності (переважно менше 3 кВт) за низької вартості, добре користуватися двигунами BLDC Hub. Для триколісних та двоколісних також добре вибрати двигуни BLDC із зовнішнім редуктором або без нього. Для додатків з високою потужністю, таких як двоколісні колеса, автомобілі, автобуси, вантажівки, ідеальним вибором двигуна буде ПМСМ або асинхронні двигуни. Як тільки синхронний релюкційний двигун та імпульсний релюкційний двигун стануть економічно ефективними як PMSM або асинхронні двигуни, тоді можна мати більше варіантів типів двигунів для застосування в електромобілях.