Od vydání z dubna 2022 Auto a řidič.
Milovníci automobilů byli tak dlouho ponořeni do řeči spalovacího motoru, že neúprosný přechod na elektrifikaci vyžaduje vyladění naší znalostní báze. Mnozí z nás jsou obeznámeni s rytmem sání-smáčknutí-bang-foukání čtyřtaktního motoru, který pohání většinu dnešních každodenních řidičů, zatímco mezi námi příznivci sněžných skútrů a přívěsných motorů pravděpodobně dokážou vysvětlit vnitřní fungování dvoutaktu. Pár pitomců může dokonce zvládnout epitrochoidální machinace Wankelovy rotačky, ale zkušenost průměrné převodovky s elektromotory může jen začít a skončit tím, že se jim naposledy poškodil startér.
Všechny typy elektromotorů pro vozidla sdílejí dvě hlavní části. Stator je stacionární vnější plášť motoru, jehož skříň je namontována na podvozku jako blok motoru. Rotor je jediný rotační prvek a je analogický klikovému hřídeli v tom, že přenáší točivý moment ven přes převodovku a na diferenciál.
Většina elektromobilů se spoléhá na jednotku s přímým pohonem (jednopřevodníkem), která snižuje rychlost otáčení mezi motorem a koly. Stejně jako spalovací motory jsou elektromotory nejúčinnější při nízkých otáčkách a vyšším zatížení. Zatímco elektromobil by si mohl užívat přijatelného dojezdu s jedním převodovým stupněm, těžší pickupy a SUV určené k tažení přívěsů zvýší dojezd s vícestupňovou převodovkou při dálniční rychlosti. Dvoustupňovou převodovku dnes používají pouze Audi e-tron GT a Porsche Taycan. Ztráty při více rychlostních stupních a náklady na vývoj jsou důvody, proč jsou elektromobily s více než jedním převodovým stupněm neobvyklé, ale předpokládáme, že se to změní.
Shoda EV motoru
Všechny tři hlavní typy EV motorů využívají třífázový střídavý proud k nastavení točivého magnetického pole (RMF), jehož frekvence a výkon jsou řízeny výkonovou elektronikou, která reaguje na akcelerátor. Stator obsahuje četné paralelní štěrbiny vycpané propojenými smyčkami měděných vinutí. Mohou to být objemné tkalcovské stavy z kulatého měděného drátu nebo úhledné měděné vložky ve tvaru vlásenky se čtvercovými průřezy, které zvyšují jak hustotu výplně, tak přímý kontakt drátu s drátem v drážkách. Hustší vinutí zlepšují schopnost točivého momentu a přehlednější prokládání na koncích znamená menší objem a menší celkové balení.
Baterie jsou zařízení na stejnosměrný proud (DC), takže výkonová elektronika elektromobilu zahrnuje DC-AC invertor, který poskytuje statoru střídavý proud nezbytný k vytvoření velmi důležité proměnné RMF. Ale stojí za zmínku, že tyto elektromotory jsou také generátory, což znamená, že kola budou zpětně pohánět rotor ve statoru, aby vyvolaly RMF v opačném směru, který napájí energii zpět přes nyní AC-DC měnič, aby poslal energii do baterie. Tento proces, známý jako regenerativní brzdění, vytváří odpor, který zpomaluje vozidlo. Regen není jen zásadní pro prodloužení dojezdu elektromobilu, je to v podstatě celá koule vosku, pokud jde o vysoce účinné hybridy, protože spousta regene zlepšuje čísla spotřeby paliva EPA. Ale v reálném světě je regenerace méně účinná než setrvačnost, což zabraňuje ztrátám pokaždé, když energie prochází motorem a měničem při získávání kinetické energie.
Tři typy EV motorů
Typy motorů lze rozdělit podle zásadních rozdílů rotorů, které představují zcela odlišné způsoby otáčení RMF statoru na skutečný rotační pohyb. Tyto rozdíly jsou ve skutečnosti dostatečně výrazné, aby odpovídaly naší původní čtyřcyklové, dvoucyklové a Wankelově analogii. V kategorii asynchronní máme indukční motory, zatímco synchronní skupina obsahuje motory s permanentními magnety a motory buzené proudem.
Indukční motory existují již od 19. století. Zde rotor obsahuje podélné lamely nebo tyče z vodivého materiálu, nejčastěji mědi, ale někdy i hliníku. RMF statoru indukuje v těchto lamelách proud, který zase vytváří elektromagnetické pole (EMF), které se začíná otáčet v RMF statoru. Indukční motory jsou známé jako asynchronní motory, protože indukované EMF a točivý moment, který s ním přichází, mohou existovat pouze tehdy, když rychlost rotoru zaostává za RMF. Takové motory jsou běžné, protože nepotřebují magnety ze vzácných zemin a jejich výroba je relativně levná, ale může být obtížnější je chladit při trvalém vysokém zatížení a jsou ze své podstaty méně účinné při nízkých rychlostech.
Jak název napovídá, rotory motorů s permanentními magnety mají svůj vlastní magnetismus. K vytvoření magnetického pole rotoru není potřeba žádná energie, díky čemuž jsou mnohem účinnější při nízké rychlosti. Takové rotory se také otáčejí v blokovacím kroku s RMF statoru, díky čemuž jsou synchronní. Existují však problémy s jednoduchým obalením rotoru magnety namontovanými na povrchu. To vyžaduje větší magnety, pro jednoho, a udržení rotoru pohromadě při vysoké rychlosti se stává obtížnějším, protože věci jsou těžší. Větším problémem je ale takzvané „zpětné EMF“ při vysokých rychlostech, ve kterém reverzně indukované elektromagnetické magnetické pole přidává odpor, který omezuje špičkový výkon a vytváří nadměrné teplo, které může poškodit magnety.
Aby se tomu zabránilo, většina elektrických motorů s permanentními magnety obsahuje vnitřně namontované permanentní magnety (IPM), které jsou v párech zasunuty do podélných štěrbin ve tvaru V uspořádaných do několika laloků těsně pod povrchem železného jádra rotoru. Sloty udržují IPM bezpečné při vysoké rychlosti, ale záměrně tvarované oblasti mezi magnety vytvářejí reluktanční moment. Magnety jsou buď přitahovány nebo odpuzovány jinými magnety, ale obyčejná váhavost, síla, která přilepí magnet ke skříňce s nářadím, přitahuje laloky železného rotoru k RMF. IPM dělají práci při nižších otáčkách a reluktanční moment přebírá při vysokých otáčkách. Abyste si nemysleli, že je to novinka, Prius je používá.
Konečný typ motoru až donedávna v EV neexistoval, protože konvenční moudrost tvrdila, že bezkomutátorové motory, které popisují motory výše, jsou jedinou schůdnou možností pro elektrické vozidlo. BMW nedávno tomuto trendu odporovalo tím, že do nových i4 a iX namontovalo střídavé synchronní motory s buzením proudu. Rotor tohoto typu interaguje s RMF statoru přesně stejně jako rotor s permanentními magnety, ale rotor postrádá permanentní magnety. Místo toho obsahuje šest širokých měděných laloků napájených stejnosměrným bateriovým napájením pro vytvoření potřebného EMF. Stahování vyžaduje sběrací kroužky a pružinové kartáče na hřídeli rotoru, což vedlo ostatní k tomu, aby se tomuto přístupu vyhýbali kvůli obavám z opotřebení kartáčů a souvisejícího prachu. Bude zde problémem opotřebení štětců? To se teprve uvidí, ale pochybujeme. Sada kartáčů je uzavřena v izolovaném prostoru s odnímatelným krytem umožňujícím snadný přístup. Nedostatek permanentních magnetů zabraňuje problémům s rostoucími cenami vzácných zemin a dopadem těžby na životní prostředí. Toto schéma také umožňuje měnit sílu magnetického pole rotoru, což umožňuje další optimalizaci. K nabuzení tohoto rotoru je však stále potřeba energie, takže tyto motory jsou méně účinné, zejména při nízkých rychlostech, kdy energie potřebná k vytvoření pole představuje větší procento celkové spotřeby.
Vzhled AC synchronního motoru s buzením proudu je v krátké historii EV tak nedávný, že ilustruje, jak brzy jsme na vývojové křivce. Je zde dostatek prostoru pro neotřelé nápady a již se objevily hlavní klíčové body, v neposlední řadě včetně odklonu Tesly od konceptu indukčního motoru, který je základem pro její vlastní značku a logo, a směrem k synchronním motorům s permanentními magnety. A to jsme sotva deset let do moderní éry EV – teprve začínáme.
Tento obsah vytváří a spravuje třetí strana a je importován na tuto stránku, aby uživatelům pomohl poskytnout jejich e-mailové adresy. Další informace o tomto a podobném obsahu možná najdete na piano.io
Zdroj: caranddriver.com
