An электродвигатель— это устройство, преобразующее электрическую энергию в механическую, и с тех пор, как Фарадей изобрел первый электродвигатель, мы можем жить без этого устройства повсеместно.
В настоящее время автомобили быстро меняются от преимущественно механических к электрическим устройствам, и использование двигателей в автомобилях становится все более распространенным. Многие люди, возможно, не смогут угадать, сколько двигателей установлено в их автомобиле, и следующее введение поможет вам узнать, какие двигатели установлены в вашем автомобиле.
Применение двигателей в автомобилях
Чтобы узнать, где в вашей машине находится мотор, электропривод сиденья — идеальное место для его поиска. В экономичных автомобилях моторы обычно обеспечивают регулировку вперед и назад и наклон спинки. В автомобилях премиум-классаэлектродвигателиможет управлять регулировкой высоты, например, наклоном нижней подушки сиденья, поясничной поддержкой, регулировкой подголовника и жесткостью подушки, среди прочих функций, которые могут использоваться без электродвигателей. Другие функции сиденья, которые используют электродвигатели, включают в себя складывание сиденья с электроприводом и электрическую загрузку задних сидений.
Стеклоочистители являются наиболее распространенным примеромэлектродвигательприменения в современных автомобилях. Обычно в каждом автомобиле есть как минимум один мотор стеклоочистителя для передних стеклоочистителей. Стеклоочистители заднего стекла становятся все более популярными среди внедорожников и автомобилей с задней дверью-амбарами, что означает, что задние стеклоочистители и соответствующие моторы присутствуют в большинстве автомобилей. Другой мотор подает омывающую жидкость на лобовое стекло, а в некоторых автомобилях — на фары, которые могут иметь свой собственный маленький стеклоочиститель.
Почти в каждом автомобиле есть вентилятор, который циркулирует воздух через систему отопления и охлаждения; во многих автомобилях в салоне установлено два или более вентиляторов. Автомобили более высокого класса также имеют вентиляторы в сиденьях для вентиляции подушек и распределения тепла.
Раньше окна часто открывались и закрывались вручную, но теперь электрические стеклоподъемники стали обычным явлением. Скрытые двигатели размещены в каждом окне, включая люки и задние окна. Приводы, используемые для этих окон, могут быть такими же простыми, как реле, но требования безопасности (такие как обнаружение препятствий или зажимание объектов) приводят к использованию более интеллектуальных приводов с контролем движения и ограничением усилия привода.
Переходя от ручного управления к электрическому, автомобильные замки становятся более удобными. Преимущества моторизованного управления включают удобные функции, такие как дистанционное управление, а также повышенную безопасность и интеллект, такие как автоматическое разблокирование после столкновения. В отличие от электрических стеклоподъемников, электрические дверные замки должны сохранять возможность ручного управления, поэтому это влияет на конструкцию двигателя и структуру электрического дверного замка.
Индикаторы на приборных панелях или кластерах могли эволюционировать в светодиоды (LED) или другие типы дисплеев, но теперь каждый циферблат и датчик используют небольшие электродвигатели. Другие двигатели в категории обеспечения удобства включают общие функции, такие как складывание боковых зеркал и регулировка положения, а также более капризные приложения, такие как складной верх, выдвижные педали и стеклянные разделители между водителем и пассажиром.
Под капотом электродвигатели становятся все более распространенными в ряде других мест. Во многих случаях электродвигатели заменяют механические компоненты с ременным приводом. Примерами служат вентиляторы радиатора, топливные насосы, водяные насосы и компрессоры. Существует несколько преимуществ изменения этих функций с ременного привода на электрический привод. Одним из них является то, что использование приводных двигателей в современном электронном оборудовании более энергоэффективно, чем использование ремней и шкивов, что приводит к таким преимуществам, как повышение топливной экономичности, снижение веса и снижение выбросов. Еще одним преимуществом является то, что использование электродвигателей вместо ремней обеспечивает большую свободу в механическом проектировании, поскольку места установки насосов и вентиляторов не должны ограничиваться змеевиковым ремнем, который должен быть прикреплен к каждому шкиву.
Тенденции в области технологий автомобильных двигателей
Электродвигатели незаменимы в местах, отмеченных на схеме выше, и, впоследствии, по мере того, как автомобиль становится все более электронным и происходит прогресс автономного вождения и интеллекта, электродвигатели будут все чаще использоваться в автомобиле, а также будет меняться тип двигателей для привода.
В то время как ранее большинство двигателей в автомобилях использовали стандартные автомобильные системы 12 В, сейчас становятся популярными системы с двойным напряжением 12 В и 48 В, при этом система с двойным напряжением позволяет снять некоторые из более высоких токовых нагрузок с 12-вольтовой батареи. Преимущество использования источника питания 48 В заключается в четырехкратном снижении тока при той же мощности и сопутствующем снижении веса кабелей и обмоток двигателя. К приложениям с высокими токовыми нагрузками, которые могут быть обновлены до мощности 48 В, относятся стартеры, турбокомпрессоры, топливные насосы, водяные насосы и вентиляторы охлаждения. Размещение электрической системы 48 В для этих компонентов может сэкономить примерно 10 процентов расхода топлива.
Понимание типов двигателей
Для разных сфер применения требуются разные двигатели, и двигатели можно классифицировать различными способами.
1. Классификация по источнику рабочей мощности - В зависимости от источника рабочей мощности двигателя его можно классифицировать на двигатели постоянного тока и двигатели переменного тока. Среди них двигатели переменного тока также делятся на однофазные двигатели и трехфазные двигатели.
2. По принципу работы - в зависимости от конструкции и принципа работы двигатель можно разделить на двигатель постоянного тока, асинхронный двигатель и синхронный двигатель. Синхронные двигатели также можно разделить на синхронные двигатели с постоянными магнитами, реактивные синхронные двигатели и гистерезисные двигатели. Асинхронный двигатель можно разделить на асинхронный двигатель и коллекторный двигатель переменного тока.
3. Классификация по режиму пуска и работы - двигатели по режиму пуска и работы можно разделить на однофазные асинхронные двигатели с конденсаторным пуском, однофазные асинхронные двигатели с конденсаторным пуском, однофазные асинхронные двигатели с конденсаторным пуском и однофазные асинхронные двигатели с расщепленной фазой.
4. Классификация по использованию - электродвигатели можно разделить на приводные и управляющие двигатели по использованию. Приводной двигатель делится на электроинструменты (включая сверлильные, полировальные, шлифовальные, долбёжные, режущие, зенковочные и другие инструменты) с электродвигателями, бытовую технику (включая стиральные машины, электровентиляторы, холодильники, кондиционеры, магнитофоны, видеомагнитофоны, DVD-плееры, пылесосы, фотоаппараты, фены, электробритвы и т. д.) с электродвигателями и другие малогабаритные машины и оборудование общего назначения (включая различные малогабаритные станки, малые машины, медицинское оборудование, электронные приборы и т. д.). Управляющие двигатели делятся на шаговые двигатели и серводвигатели.
5. Классификация по конструкции ротора - двигатели по конструкции ротора можно разделить на асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором (в старом стандарте их называли короткозамкнутыми асинхронными двигателями) и асинхронные двигатели с проволочным ротором (в старом стандарте их называли проволочными асинхронными двигателями).
6. Классификация по рабочей скорости - двигатели по рабочей скорости можно разделить на высокоскоростные двигатели, тихоходные двигатели, двигатели постоянной скорости, скоростные двигатели.
В настоящее время большинство двигателей в кузовах автомобилей используют щеточные двигатели постоянного тока, что является традиционным решением. Эти двигатели просты в управлении и относительно недороги благодаря функции коммутации, обеспечиваемой щетками. В некоторых приложениях бесщеточные двигатели постоянного тока (BLDC) предлагают значительные преимущества с точки зрения плотности мощности, что снижает вес и обеспечивает лучшую экономию топлива и меньшие выбросы, и производители выбирают двигатели BLDC в стеклоочистителях, вентиляторах и насосах систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC) салона. В этих приложениях двигатели, как правило, работают в течение длительных периодов времени, а не в переходном режиме, как электрические стеклоподъемники или сиденья с электроприводом, где простота и экономичность щеточных двигателей продолжают быть выгодными.
Электродвигатели, подходящие для электромобилей
Переход от экономичных транспортных средств к чисто электрическим транспортным средствам повлечет за собой переход к использованию двигателей с электроприводом в качестве основного двигателя автомобиля.
Система привода двигателя является сердцем электромобиля, которая состоит из двигателя, преобразователя мощности, различных датчиков обнаружения и источника питания. Подходящие двигатели для электромобилей включают: двигатели постоянного тока, бесщеточные двигатели постоянного тока, асинхронные двигатели, синхронные двигатели с постоянными магнитами и вентильные реактивные двигатели.
Двигатель постоянного тока - это двигатель, который преобразует электрическую энергию постоянного тока в механическую энергию и широко используется в электротяге из-за его хороших характеристик регулирования скорости. Он также имеет характеристики большого пускового момента и относительно простого управления, поэтому любое оборудование, которое запускается при большой нагрузке или требует равномерного регулирования скорости, например, большие реверсивные прокатные станы, лебедки, электровозы, трамваи и т. д., подходит для использования двигателей постоянного тока.
Бесщеточный двигатель постоянного тока очень хорошо соответствует характеристикам нагрузки электромобилей, с низкими скоростями и большими крутящими характеристиками, может обеспечить большой пусковой крутящий момент для удовлетворения требований ускорения электромобилей, в то же время он может работать в низком, среднем и высоком широком диапазоне скоростей, он также имеет высокие характеристики эффективности, в условиях малой нагрузки имеет высокую эффективность. Недостатком является то, что сам двигатель сложнее, чем двигатель переменного тока, а контроллер сложнее, чем щеточный двигатель постоянного тока.
Асинхронный двигатель, т. е. индукционный двигатель, представляет собой устройство, в котором ротор помещен во вращающееся магнитное поле, и под действием вращающегося магнитного поля получается вращающий момент, и таким образом ротор вращается. Конструкция асинхронного двигателя проста, удобна в изготовлении и обслуживании, имеет близкие к постоянной скорости нагрузочные характеристики, может соответствовать требованиям большинства промышленных и сельскохозяйственных производственных машин сопротивления. Однако скорость асинхронного двигателя и его синхронная скорость вращающегося магнитного поля имеют фиксированную скорость вращения, и, таким образом, регулирование скорости плохое, не такое экономичное, как у двигателя постоянного тока, гибкое. Кроме того, в мощных, низкоскоростных приложениях асинхронные двигатели не так разумны, как синхронные двигатели.
Синхронный двигатель с постоянными магнитами — это синхронный двигатель, который генерирует синхронное вращающееся магнитное поле путем возбуждения постоянных магнитов, которые действуют как ротор для создания вращающегося магнитного поля, а трехфазные обмотки статора реагируют через якорь под действием вращающегося магнитного поля, вызывая трехфазные симметричные токи. Двигатель с постоянными магнитами имеет небольшие размеры, легкий вес, небольшую инерцию вращения и высокую плотность мощности, что подходит для электромобилей с ограниченным пространством. Кроме того, он имеет большое отношение крутящего момента к инерции, большую перегрузочную способность и большой выходной крутящий момент, особенно на низких скоростях вращения, что подходит для пускового ускорения компьютеризированного автомобиля. Поэтому двигатели с постоянными магнитами получили общее признание в отечественных и зарубежных сессиях по электромобилям и использовались в ряде электромобилей. Например, большинство электромобилей в Японии приводятся в движение двигателями с постоянными магнитами, которые используются в гибриде Toyota Prius.
Время публикации: 31 января 2024 г.