Каждый водитель хоть раз задумывался — что же скрывается под капотом его автомобиля? А водители электромобилей, пожалуй, ломают над этим голову чаще других. Ведь за считанные секунды их тихий и неприметный автомобиль преображается в молниеносного спринтера, обгоняющего спорткары на светофорах. Что же за «секретное оружие» скрывают в недрах электрокаров их создатели?
Конечно, это электродвигатель — сердце любого электромобиля. Мало кто знает, но эти компактные моторы способны выдавать поистине ошеломительную мощность и крутящий момент. При этом они бесшумны, надежны и «не устают» при любых оборотах.
В последние годы все больше автолюбителей задумываются о том, чтобы купить электромобиль. Этому способствуют совершенствование технологий, повышение доступности инфраструктуры для электрокаров, а также рост экологического сознания. Рынок электромобилей активно развивается, предлагая покупателям все больше выбора моделей.
Давайте заглянем под капот и разберемся, как устроены и работают силовые агрегаты современных электромобилей. Это поможет лучше понять, откуда берется их сказочная динамика и запас хода. Возможно, вы никогда больше не взглянете по-старому на тихо покоящийся под капотом электромотор!
Основные типы электродвигателей для электромобилей
Современные электродвигатели для электромобилей отличаются высокой мощностью и крутящим моментом при компактных размерах и небольшом весе. Для создания таких оптимальных характеристик используются передовые разработки в области материаловедения, магнитных систем, силовой электроники.
В электромобилях применяются в основном два типа электродвигателей.
Синхронные с постоянными магнитами
Отличаются высоким КПД, компактностью и точным регулированием скорости. В таких двигателях используются редкоземельные постоянные магниты, создающие мощное магнитное поле в зазоре ротора. Это позволяет получить большой крутящий момент при небольших габаритах. Управление осуществляется с помощью силовой электроники.
Асинхронные с короткозамкнутым ротором
Просты и надежны в эксплуатации, дешевле в производстве. Но имеют более низкий КПД и хуже регулируют скорость по сравнению с синхронными. В асинхронных двигателях используется электромагнитное поле на роторе, создающее вращающий момент.
Также в гибридных электромобилях могут применяться специальные высокооборотные электродвигатели. Они отличаются компактностью и рассчитаны на кратковременную работу с максимальной отдачей.
В целом тенденция такова, что доля более совершенных синхронных двигателей в электромобилях будет только расти. А асинхронные электродвигатели, вероятно, со временем уступят им лидерство.
Устройство электродвигателя
Рассмотрим на примере современного синхронного электродвигателя с постоянными магнитами, как устроены электромоторы для электромобилей.
Основные элементы такого двигателя:
- Статор — неподвижная часть, создающая вращающееся магнитное поле. Состоит из корпуса, сердечника и обмотки статора.
- Ротор — вращающаяся часть. Состоит из вала, постоянных магнитов и электродов.
- Сердечник статора выполняется из высококачественной электротехнической стали для фокусировки магнитного потока.
- Обмотка статора создает переменное электромагнитное поле при подаче трехфазного тока.
- На ротор нанесены постоянные редкоземельные магниты, создающие стабильное магнитное поле.
- Электронный блок управления обеспечивает плавную регулировку частоты и амплитуды тока в обмотках статора.
Благодаря взаимодействию полей статора и ротора создается вращающий момент, передающий крутящий момент на вал электродвигателя. Такой мотор сочетает компактность, мощность и высокий КПД.
При прочих равных условиях цена электромобиля напрямую зависит от размера и емкости аккумулятора. Чем больше батарея, тем выше стоимость. Но в процессе эксплуатации затраты на электроэнергию для зарядки будут ниже, чем на топливо для машины с ДВС.
Мощность электродвигателей
Мощность электродвигателя определяется током, потребляемым обмотками, и приложенным напряжением. Чем выше эти параметры, тем больше вырабатываемая мощность.
Для электромобилей типичный диапазон мощности электродвигателей составляет от 60 до 450 кВт. Моторы небольшой мощности порядка 60-80 кВт используются на компактных городских электрокарах. Они обеспечивают достаточную динамику в условиях городского цикла.
Более мощные двигатели в 150-200 кВт устанавливают на электрокроссоверах и внедорожниках. Такие моторы позволяют разгоняться до 100 км/ч менее чем за 7 секунд.
Для спортивных и гоночных моделей используют электродвигатели мощностью 300 кВт и выше. Они обеспечивают разгон до 100 км/ч за 2-3 секунды. Например, на суперкаре Lotus Eletre установлены два мотора по 450 кВт каждый.
Наиболее распространены следующие мощностные характеристики:
- компактные городские электромобили — 60-100 кВт;
- внедорожники и кроссоверы — 150-220 кВт;
- спорткары и седаны — 240-400 кВт;
- гиперкары — свыше 450 кВт.
Как видно, широкий спектр мощностей электродвигателей позволяет подобрать оптимальный вариант для любого типа электромобиля — от городского хэтчбека до мощного суперкара.
Особенности электродвигателей в гибридах
В гибридных автомобилях электрический двигатель выступает в роли тягового электропривода, работая в паре с двигателем внутреннего сгорания. Такая комбинация позволяет достичь наилучшей эффективности и экономичности.
Работа электромотора в гибриде управляется бортовым компьютером. Он включается при разгоне или движении на невысокой скорости, при этом двигатель внутреннего сгорания может быть выключен.
При разгоне электродвигатель обеспечивает высокий вращающий момент, необходимый для быстрого набора скорости. На невысоких оборотах он работает более эффективно, чем ДВС.
В режиме рекуперативного торможения электромотор вырабатывает электроэнергию, которая заряжает аккумулятор. Это повышает общий запас хода автомобиля.
Конструктивно электродвигатели для гибридов отличаются компактностью и высокой удельной мощностью. Они рассчитаны на пиковые нагрузки при разгоне и кратковременную работу в электрическом режиме на небольших скоростях.
Таким образом, применение электропривода в гибридных автомобилях позволяет существенно повысить их динамику, топливную эффективность и снизить вредные выбросы по сравнению с традиционными автомобилями.
Популярные сегодня китайские электромобили
Среди китайских автопроизводителей в последнее время активно развивается сегмент электромобилей. Компании Li Auto, Lotus, Zeekr, Human Horizons и другие выпускают модели, оснащенные современными и мощными электродвигателями. Давайте рассмотрим примеры конкретных моделей.
Li Auto L9
Флагманский 6-местный семейный внедорожник с просторным салоном и вместительным багажником. Он подходит для города и дальних поездок, т.к. имеет практический неограниченный запас хода благодаря бензиновому генератору, который подзаряжает аккумулятор прямо во время движения. Автомобиль оснащен электродвигателем мощностью 200 кВт, разгон до 100 км/ч занимает 5,3 секунды.
Zeekr 001
Пятидверный спортивный электромобиль, выпускаемый китайской компанией Zhejiang Geely Holding Group с октября 2021 года. Оснащается двумя электромоторами общей мощностью 544 л.с. Максимальная скорость — 200 км/ч.
Найти и купить Zeekr 001 можно от 4 500 000 рублей.
Zeekr 009
Электрический минивен с запасом хода 800 км. Имеет спортивный характер и плавность хода. Оснащается электродвигателем мощностью 400 кВт.
Lotus Eletre
Гиперкар с двумя электромоторами мощностью 905 л.с. Аккумуляторная система обеспечивает запас хода 650 км и возможность зарядки на 400 км за 20 минут.
Yangwang U8
Гибридный внедорожник с 2-литровым турбодвигателем и электромотором мощностью 180 кВт на передней оси. Запас хода в электрическом режиме составляет до 100 км.
Mengshi 917
Внедорожник с 4 электродвигателями и аккумулятором 140 кВт·ч. Запас хода в электрической версии — 800 км. Также есть гибридная версия с бензиновым мотором.
HiPhi X
Кроссовер с двумя электромоторами мощностью 480 кВт. Отличается необычным дизайном и современными технологиями.
Как видно, китайские производители активно применяют самые современные электромоторы в своих моделях.
Тенденции развития электродвигателей
В настоящее время производители электромобилей активно внедряют инновационные решения для улучшения характеристик электродвигателей.
Одно из перспективных направлений — повышение удельной мощности и крутящего момента при снижении массогабаритных показателей. Для этого применяются новые конструкционные материалы на основе редкоземельных металлов.
Также ведутся разработки по улучшению системы охлаждения электромоторов. Используются высокоэффективные жидкостные системы и инновационные радиаторы. Это позволяет увеличить мощность и крутящий момент двигателя при тех же габаритах.
Совершенствуются системы управления двигателем на основе силовой электроники. Применение IGBT-транзисторов и преобразователей частоты обеспечивает более точное и плавное регулирование характеристик мотора.
Еще одно перспективное направление — разработка бесконтактных электродвигателей с возбуждением от постоянных магнитов. Такие моторы отличаются повышенным КПД и надежностью.
В целом, можно ожидать появления компактных, но очень мощных электродвигателей нового поколения. Они станут меньше по размерам и весу, но смогут выдавать гораздо бóльшую отдачу по мощности и крутящему моменту.
Перспективы развития электротранспорта
Несмотря на бурный рост в последние годы, электромобили пока занимают небольшую нишу на автомобильном рынке по сравнению с традиционными автомобилями с ДВС. Но в ближайшем будущем ожидается настоящий бум электротранспорта и взрывной рост его популярности. Чему будет способствовать столь стремительное развитие?
- Продолжается стремительное снижение стоимости литий-ионных аккумуляторов — основной составляющей цены электромобиля. Это делает электрокары все более доступными для массового потребителя.
- Конструкторы непрерывно совершенствуют электродвигатели, увеличивая их удельную мощность и крутящий момент. Это позволяет наращивать запас хода и динамические характеристики электромобилей.
- Государство активно стимулирует как производителей, так и покупателей электротранспорта через субсидии, дотации, налоговые льготы. Это снижает стоимость электромобилей и толкает спрос в их сторону.
- Растет экологическое сознание людей, что заставляет их выбирать более «зеленый» вид транспорта, не загрязняющий атмосферу.
Учитывая все эти факторы, можно с уверенностью прогнозировать, что уже в обозримом будущем электромобили полностью потеснят традиционные автомобили с ДВС на дорогах наших городов и за их пределами.
Заключение
Мы подробно разобрали устройство и принцип работы современных электродвигателей для электромобилей — как тех, что уже используются в серийных моделях, так и перспективных разработок.
Оказывается, эти компактные моторы обладают поистине удивительными возможностями! Они способны мгновенно раскручиваться до сумасшедших оборотов и выдавать огромный крутящий момент. При этом они бесшумны, не создают вредных выхлопов, и их КПД в разы выше, чем у бензиновых двигателей.
Благодаря прогрессу в области силовой электроники и материалов, электродвигатели становятся все компактнее и эффективнее. Кто знает, быть может, уже совсем скоро появятся сверхмощные и сверхлегкие электромоторы нового поколения, которые перевернут все представления о возможностях электротранспорта!