Moottorit & Voimansiirtoyksiköt

Tässä laajassa artikkelissa tarkastelemme perusteellisesti moottoreita ja voimansiirtoyksiköitä sähköautoissa, tutkimme eri moottorityyppejä, joita käytetään yleisesti sähköajoneuvoissa (EV:t), perehdymme invertterin yksityiskohtiin ja käsittelemme näiden komponenttien kriittistä roolia tulevaisuuden liikenteen edistämisessä.

Ensiksi selitämme sähkömoottoreiden yleiset toimintaperiaatteet.

Seuraavaksi tarkastelemme erilaisia sähköautojen moottorityyppejä pysyväismagneettisynkronimoottoreista asynkronimoottoreihin.

Tarkastelemme niiden ainutlaatuisia ominaisuuksia, etuja ja rajoituksia sekä tarjoamme näkemyksiä niiden toimintaperiaatteista ja tehokkuudesta.

Seuraavaksi syvennymme invertterin rooliin, joka toimii moottorikäyttöjärjestelmän aivoina, muuntaen akun tasavirran (DC) vaihtovirraksi (AC) moottorin pyörittämiseksi.

Tutkimme invertterin suunnittelun monimutkaisuutta, mukaan lukien sen erilaiset ohjausstrategiat, lämpöhallinta ja tehoelektroniikka, ja korostamme sen keskeistä roolia moottorin suorituskyvyn optimoinnissa.

Lisäksi käsittelemme moottoreiden ja voimansiirtoyksiköiden integrointia sähköajoneuvoissa, mukaan lukien niiden sijoitus, jäähdytysjärjestelmät ja koko järjestelmän tehokkuus.

Tarkastelemme myös moottori- ja voimansiirtoyksikkösuunnittelun vaikutusta tekijöihin, kuten ajoneuvon toimintamatkaan, suorituskykyyn ja latausaikaan, ja nostamme esiin tämän alan uusimmat teknologiset edistysaskeleet.

Lopuksi tarkastelemme moottorien ja voimansiirtoyksiköiden tulevaisuuden näkymiä sähköautoissa, mukaan lukien moottoriteknologian kehitys, tehoelektroniikan parannukset sekä nousevat trendit, kuten langaton lataus ja kiinteätila-akut. Keskustelemme myös näihin teknologioihin liittyvistä haasteista ja mahdollisuuksista sekä niiden potentiaalisesta vaikutuksesta sähköisen liikkuvuuden tulevaisuuteen.

Oletpa sitten sähköauton harrastaja, autoteollisuuden insinööri tai yksinkertaisesti utelias sähköautojen toimintaperiaatteista, tämä kattava artikkeli tarjoaa syvällisen ymmärryksen moottoreista ja voimansiirtoyksiköistä sekä valottaa tulevaisuuden liikennettä vauhdittavia huipputeknologioita. Liity siis mukaamme jännittävälle matkalle sähköajoneuvojen voimansiirron maailmaan ja paljasta salaisuudet, jotka tuottavat voiman, joka vauhdittaa liikkuvuuden tulevaisuutta.

Miten sähkömoottorit toimivat?

Vaikka sähkömoottoreita on useita tyyppejä, niiden periaatteet ovat samat. Sähkömoottorit toimivat sähkömagnetismin periaatteiden mukaisesti. Ne koostuvat staattorista ja roottorista, jossa staattori on paikallaan pysyvä osa ja roottori kiertyvä osa.

Staattori sisältää käämitykset, jotka on kytketty virtalähteeseen, synnyttäen sähkövirran, joka kulkee käämien läpi ja muodostaa magneettikentän.

Roottori puolestaan sisältää magneetteja tai käämityksiä, ja kun staattorin synnyttämä magneettikenttä vuorovaikuttaa roottorin magneettien tai käämien kanssa, syntyy voima, joka saa roottorin pyörimään. Tämä pyörimisliike siirtyy mekaaniselle kuormalle, esimerkiksi ajoneuvon pyörille, jotka vievät ajoneuvon eteenpäin.

Moottorinohjain säätelee moottorin pyörimissuuntaa ja -nopeutta vaihtamalla staattorin käämien läpi kulkevan virran määrää, mikä muuttaa magneettikentän voimakkuutta ja suuntaa. Tämä tekniikka mahdollistaa tarkan moottorin suorituskyvyn ohjauksen, mukaan lukien vääntömomentin, nopeuden ja tehon säädön.

Erilaisilla sähkömoottorityypeillä, kuten pysyväismagneetti- ja asynkronimoottoreilla, on erilaiset rakenteet ja toimintaperiaatteet, mutta ne kaikki perustuvat magneettikenttien ja sähkövirtojen vuorovaikutukseen liikkeen tuottamiseksi.

Asynkronimoottorit

Asynkronimoottorit, joita kutsutaan myös epäsynkronimoottoreiksi, ovat sähkömoottorityyppi, jota käytetään laajalti sähköajoneuvoissa (EV:t) niiden ainutlaatuisten ominaisuuksien ja etujen vuoksi.

Tutustu asynkronimoottoreihin.

Pysyväismagneettisynkronimoottorit

Synkronimoottorit ovat sähkömoottorityyppi, jota käytetään myös sähköajoneuvojen (EV:t) vetämiseen, mutta ne toimivat eri tavalla kuin epäsynkronimoottorit. Synkronimoottoreissa vaaditaan fyysinen yhteys roottorin ja staattorin välillä, tyypillisesti pysyvien magneettien avulla, mikä erottaa ne epäsynkronimoottoreista, jotka perustuvat sähkömagneettiseen induktioon.

Tutustu PMSM-moottoreihin.

Vierasmagnetoitu synkronimoottori

Vierasmagnetoitu synkronimoottori, joka tunnetaan myös nimellä liukurengassynkronimoottori, on sähkömoottorityyppi, joka yhdistää synkronimoottorien ja vierasroottoristen asynkronimoottoreiden ominaisuuksia.

Tutustu WRSM-moottoriin.

Invertteri

Invertteri on keskeinen sähköajoneuvon (EV) voimansiirtoyksikön komponentti. Se vastaa akussa olevan tasavirran (DC) muuntamisesta vaihtovirraksi (AC), jota käytetään pyörittämään sähkömoottoria ja siten ajoneuvon pyöriä.

Tutustu invertteriin.

Moottorin jäähdytys

Jäähdytys on tärkeä osa sähkömoottorin suunnittelua sähköajoneuvoissa (EV:t) optimaalisen suorituskyvyn, tehokkuuden ja luotettavuuden varmistamiseksi.

Tutustu jäähdytykseen.

Vaihteet

Sähköajoneuvot (EV:t) käyttävät yleensä erilaisia vaihdelaatikoita voimansiirtoyksiköissään auton suunnittelusta ja vaatimuksista riippuen.

Tutustu vaihteisiin.

Moottoriasennus

Sähköajoneuvot (EV:t) voivat käyttää erilaisia moottoriasennuksia auton suunnittelusta ja vaatimuksista riippuen. Joitakin yleisiä sähköautoissa käytettyjä moottoriasennuksia ovat:

Yksimoottorinen kokoonpano: Yksimoottorisessa kokoonpanossa ajoneuvon voimantuottoon käytetään yhtä sähkömoottoria. Tämä moottori voi olla joko pysyväismagneettisynkronimoottori (PMSM) tai asynkronimoottori (ASM). Se pyörittää joko ajoneuvon etu- tai takapyöriä.

Kaksoismoottorikokoonpano: Kaksoismoottorikokoonpanossa käytetään kahta sähkömoottoria, tyypillisesti yhtä kumpaankin akseliin tai pyörään. Tämä kokoonpano mahdollistaa tarkan vääntömomentin jakautumisen etu- ja takapyörien välillä, parantaen vetopitoa ja suorituskykyä erityisesti nelivetojärjestelmissä (AWD). Moottoreina voi olla PMSM-, WRSM- tai ASM-moottoreita tai niiden yhdistelmä.

Kolmoismoottorikokoonpano: Kolmoismoottorikokoonpano on samankaltainen kuin kaksoismoottorinen rakenne, mutta siinä on kolme sähkömoottoria kahden sijaan. Tämä kokoonpano on harvinainen ja sitä käytetään suorituskykymalleissa, kuten Tesla Model S Plaid ja Audi SQ8 e-tron. Yksi etu on vääntömomentinjako.

Nelimoottorikokoonpano: Nelimoottorikokoonpanossa on yksi moottori kutakin pyörää kohden. Tässä on joitakin etuja, joita neljä moottoria sähköautossa tarjoaa:

• Tarkka vetopidon ohjaus: Kukin moottori voi säätää vääntömomenttia itsenäisesti kunkin pyörän kohdalla tien olosuhteista ja kuljettajan syötteistä riippuen. Tämä voi parantaa ajoneuvon vakautta, hallittavuutta ja turvallisuutta, erityisesti maasto- ja lumikeleillä. Esimerkiksi Rivian R1S:n nelimoottorikokoonpano mahdollistaa 'tank turn' -toiminnon, jonka avulla ajoneuvo voi kääntyä paikallaan pyörittämällä toisen puolen pyöriä yhteen suuntaan ja toisen puolen pyöriä vastakkaiseen suuntaan.

• Vääntömomentinjako: Kukin moottori voi myös vaihdella vääntömomenttia jokaisessa pyörässä parantaakseen ajoneuvon ohjattavuutta ja kaarreominaisuuksia. Tämä voi vähentää yliohjausta ja aliohjausta, jotka ovat yleisiä ongelmia perinteisissä ajoneuvoissa. Vääntömomentinjako voi myös tehdä ajoneuvosta ketterämmän, herkemmän ja hauskemman ajaa.

Joissakin malleissa on nelimoottorikokoonpano:

• Zeekr 001 FR
• Rivian R1T/R1S Quad Motor
• GMC Hummer

Alla näet, kuinka Rivian R1T Quad Motor tekee 'tank turn' -liikkeen nelimoottorikokoonpanolla.