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 наши дни автомобили быстро переходят от преимущественно механических к электрическим устройствам, и использование двигателей в них становится всё более распространённым. Многие люди, возможно, не могут точно сказать, сколько двигателей установлено в их автомобиле, и следующее введение поможет вам определить, какие именно двигатели установлены в вашем автомобиле.
Применение двигателей в автомобилях
Чтобы узнать, где в вашем автомобиле находится мотор, лучше всего его найти на сиденье с электроприводом. В автомобилях эконом-класса моторы обычно обеспечивают регулировку сиденья вперёд-назад и наклон спинки. В автомобилях премиум-классаэлектродвигателиЭлектроприводы позволяют регулировать высоту сиденья, например, наклон подушки сиденья, поясничную поддержку, подголовник и жёсткость подушки, а также другие функции, доступные без электроприводов. Электроприводы также используются для складывания сидений и электропривода нагружения задних сидений.
Стеклоочистители являются наиболее распространенным примеромэлектродвигательПрименение в современных автомобилях. Как правило, в каждом автомобиле есть как минимум один электродвигатель стеклоочистителя для передних фар. Задние стеклоочистители становятся всё более популярными среди внедорожников и автомобилей с кузовом типа «амбарная дверь», а это значит, что задние стеклоочистители и соответствующие электродвигатели имеются в большинстве автомобилей. Другой электродвигатель подаёт омывающую жидкость на лобовое стекло, а в некоторых автомобилях — и на фары, которые могут иметь собственные маленькие стеклоочистители.
Практически в каждом автомобиле есть вентилятор, обеспечивающий циркуляцию воздуха в системе отопления и охлаждения; во многих автомобилях в салоне установлено два или более вентиляторов. В автомобилях более высокого класса также установлены вентиляторы в сиденьях для вентиляции подушек и распределения тепла.
Раньше окна часто открывались и закрывались вручную, но теперь электростеклоподъёмники стали обычным явлением. Скрытые моторы расположены в каждом окне, включая люки в крыше и задние окна. Приводы, используемые для этих окон, могут быть простыми, например, реле, но требования безопасности (например, обнаружение препятствий или защемление предметов) приводят к использованию более интеллектуальных приводов с контролем движения и ограничением усилия привода.
Переход с ручного управления на электропривод делает автомобильные замки более удобными. Преимущества моторизованного управления включают в себя такие удобные функции, как дистанционное управление, а также повышенную безопасность и интеллектуальные функции, такие как автоматическое отпирание после столкновения. В отличие от электрических стеклоподъемников, электрические дверные замки должны сохранять возможность ручного управления, что влияет на конструкцию электропривода и конструкцию замка.
Индикаторы на приборных панелях или блоках приборов, возможно, эволюционировали в светодиоды (LED) или другие типы дисплеев, но теперь каждый циферблат и датчик используют небольшие электродвигатели. Другие двигатели, обеспечивающие удобство, включают в себя как распространённые функции, такие как складывание и регулировка положения боковых зеркал, так и более сложные, например, складной верх, выдвижные педали и стеклянные перегородки между водителем и пассажиром.
Под капотом электродвигатели становятся всё более распространёнными и в ряде других мест. Во многих случаях электродвигатели заменяют механические компоненты с ременным приводом. Примерами служат вентиляторы радиатора, топливные насосы, водяные насосы и компрессоры. Замена этих функций ременным приводом на электрический имеет ряд преимуществ. Одно из них заключается в том, 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. Другое преимущество заключается в том, что использование электродвигателей вместо ремней даёт большую свободу при проектировании механизмов, поскольку места установки насосов и вентиляторов не должны ограничиваться поликлиновым ремнём, который должен быть прикреплён к каждому шкиву.
Тенденции в области технологий автомобильных двигателей
Электродвигатели незаменимы в местах, отмеченных на схеме выше, и, в дальнейшем, по мере того, как автомобиль становится более электронным, а также происходит прогресс автономного вождения и интеллекта, электродвигатели будут использоваться в автомобиле все чаще, а тип двигателей для привода также будет меняться.
Если раньше в большинстве автомобильных двигателей использовались стандартные 12-вольтовые автомобильные системы, то теперь всё более распространёнными становятся системы с двойным напряжением 12 В и 48 В. Такая система позволяет частично снять большую нагрузку с 12-вольтовой батареи. Преимущество использования 48-вольтовой системы заключается в четырёхкратном снижении тока при той же мощности, а также в уменьшении веса кабелей и обмоток двигателя. К устройствам с сильноточной нагрузкой, которые можно модернизировать до 48 В, относятся стартеры, турбокомпрессоры, топливные насосы, водяные насосы и вентиляторы системы охлаждения. Использование 48-вольтовой электрической системы для этих компонентов может сэкономить примерно 10% топлива.
Понимание типов моторов
Для разных сфер применения требуются разные двигатели, и двигатели можно классифицировать различными способами.
1. Классификация по источнику питания. В зависимости от источника питания двигатели подразделяются на двигатели постоянного тока и двигатели переменного тока. Кроме того, двигатели переменного тока подразделяются на однофазные и трёхфазные.
2. По принципу работы – в зависимости от конструкции и принципа действия – двигатели делятся на двигатели постоянного тока, асинхронные и синхронные. Синхронные двигатели также делятся на двигатели с постоянными магнитами, реактивные синхронные двигатели и двигатели с гистерезисом. Асинхронные двигатели делятся на асинхронные и коллекторные двигатели 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 назначению – электродвигатели подразделяются на приводные и управляющие. Приводные двигатели подразделяются на электроинструменты (включая сверлильные, полировальные, шлифовальные, долбёжные, режущие, развёртывающие 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 подразделяются на шаговые и серводвигатели.
5. Классификация по структуре ротора - двигатели по структуре 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 в большинстве двигателей, используемых в автомобильных кузовах, используются коллекторные двигатели постоянного тока, что является традиционным решением. Эти двигатели просты в управлении и относительно недороги благодаря коммутационной функции, обеспечиваемой щетками. В некоторых случаях бесколлекторные двигатели постоянного тока (BLDC) обладают значительными преимуществами с точки зрения удельной мощности, что снижает вес, обеспечивает лучшую топливную экономичность и снижение выбросов. Производители выбирают BLDC-двигатели в стеклоочистителях, вентиляторах и насосах систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC). В этих системах двигатели, как правило, работают в течение длительного времени, а не в кратковременном режиме, как в электрических стеклоподъемниках или сиденьях с электроприводом, где простота и экономичность коллекторных двигателей по-прежнему являются преимуществом.
Электродвигатели, подходящие для электромобилей
Переход от экономичных транспортных средств к полностью электрическим транспортным средствам повлечет за собой переход к использованию двигателей с электроприводом в качестве основного двигателя автомобиля.
Система электропривода — это сердце электромобиля, состоящее из двигателя, преобразователя мощности, различных датчиков и источника питания. Для электромобилей подходят следующие двигатели: двигатели постоянного тока, бесщёточные двигатели постоянного тока, асинхронные двигатели, синхронные двигатели с постоянными магнитами и вентильные реактивные двигатели.
Двигатель постоянного тока преобразует электрическую энергию постоянного тока в механическую и широко используется в электротяге благодаря хорошей способности к регулированию скорости. Он также обладает большим пусковым моментом и относительно простым управлением, поэтому подходит для любого оборудования, запускаемого под большой нагрузкой или требующего равномерного регулирования скорости, например, больших реверсивных прокатных станов, лебёдок, электровозов, трамваев и т. д.
Бесщёточный двигатель постоянного тока хорошо подходит для электромобилей с точки зрения нагрузки, обладая большим крутящим моментом на низких оборотах, он может обеспечить большой пусковой момент, отвечающий требованиям к ускорению электромобиля. Он также может работать в широком диапазоне низких, средних и высоких скоростей, а также обладает высоким КПД в условиях малой нагрузки. Недостатком является то, что сам двигатель сложнее двигателя переменного тока, а контроллер сложнее, чем у коллекторного двигателя постоянного тока.
Асинхронный двигатель, или индукционный двигатель, представляет собой устройство, в котором ротор помещен во вращающееся магнитное поле, и под действием вращающегося магнитного поля возникает вращающий момент, который, таким образом, вращает ротор. Асинхронный двигатель прост по конструкции, удобен в изготовлении и обслуживании, имеет нагрузочные характеристики, близкие к постоянным, и может удовлетворить требованиям большинства промышленных и сельскохозяйственных производственных машин. Однако скорость асинхронного двигателя и его синхронная скорость вращающегося магнитного поля имеют фиксированную скорость вращения, поэтому регулирование скорости плохое и не такое экономичное, как у двигателей 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, индуцируя трехфазные симметричные токи. Двигатель с постоянными магнитами имеет небольшие размеры, легкий вес, малую инерцию вращения и высокую плотность мощности, что подходит для электромобилей с ограниченным пространством. Кроме того, он имеет большое отношение крутящего момента к инерции, высокую перегрузочную способность и большой выходной крутящий момент, особенно на низких скоростях вращения, что подходит для ускорения при запуске компьютеризированного транспортного средства. Поэтому двигатели с постоянными магнитами получили общее признание в отечественных и зарубежных секциях электромобилей и были использованы во многих электромобилях. Например, большинство электромобилей в Японии приводятся в движение двигателями с постоянными магнитами, которые используются в гибриде Toyota Prius.
Время публикации: 31 января 2024 г.