Silniki i jednostki napędowe

W tym obszernym artykule przyjrzymy się szczegółowo silnikom i jednostkom napędowym dla samochodów elektrycznych, analizując różne typy silników powszechnie stosowane w pojazdach elektrycznych (EV), poznając zawiłości falownika i zagłębiając się w krytyczną rolę, jaką te komponenty odgrywają w napędzaniu przyszłości transportu.

Na początek wyjaśnimy ogólne zasady działania silników elektrycznych.

Następnie zbadamy różne typy silników stosowanych w samochodach elektrycznych, od silników z magnesami trwałymi po silniki asynchroniczne.

Przeanalizujemy ich unikalne cechy, zalety i ograniczenia oraz przedstawimy wgląd w ich zasady działania i efektywność.

Następnie zagłębimy się w rolę falownika, który pełni funkcję mózgu układu napędowego silnika, przekształcając prąd stały (DC) z akumulatora na prąd zmienny (AC), aby napędzać silnik.

Zbadamy złożoność konstrukcji falownika, w tym różne strategie sterowania, zarządzanie termiczne i elektronikę mocy, oraz podkreślimy jego kluczową rolę w optymalizacji osiągów silnika.

Ponadto omówimy integrację silników i jednostek napędowych w pojazdach elektrycznych, w tym ich rozmieszczenie, systemy chłodzenia i ogólną efektywność systemu.

Przeanalizujemy także wpływ konstrukcji silnika i jednostki napędowej na czynniki takie jak zasięg pojazdu, osiągi i czas ładowania oraz podkreślimy najnowsze osiągnięcia technologiczne w tej dziedzinie.

Na koniec przyjrzymy się perspektywom silników i jednostek napędowych dla samochodów elektrycznych, w tym postępom w technologii silników, usprawnieniom w elektronice mocy oraz pojawiającym się trendom, takim jak ładowanie bezprzewodowe i baterie solid-state. Omówimy także wyzwania i możliwości związane z tymi technologiami oraz ich potencjalny wpływ na przyszłość mobilności elektrycznej.

Niezależnie od tego, czy jesteś entuzjastą samochodów elektrycznych (EV), inżynierem motoryzacyjnym czy po prostu jesteś ciekaw wewnętrznych mechanizmów działania samochodów elektrycznych, ten obszerny artykuł dostarczy dogłębnego zrozumienia silników i jednostek napędowych, rzucając światło na najnowocześniejsze technologie napędzające przyszły transport. Dołącz do nas w ekscytującej podróży po świecie napędu pojazdów elektrycznych, odkrywając sekrety mocy, która popycha przyszłość mobilności.

Jak działają silniki elektryczne?

Chociaż istnieje kilka typów silników elektrycznych, zasady ich działania są takie same. Silniki elektryczne działają w oparciu o zasady elektromagnetyzmu. Składają się ze stojana i wirnika, przy czym stojan jest częścią nieruchomą, a wirnik częścią obrotową.

Stojan zawiera uzwojenia, które są podłączone do źródła zasilania, co generuje prąd elektryczny płynący przez te uzwojenia, tworząc pole magnetyczne.

Wirnik zawiera magnesy lub uzwojenia, a gdy pole magnetyczne wygenerowane przez stojan oddziałuje z magnesami lub uzwojeniami wirnika, wytwarza siłę powodującą obrót wirnika. Ten ruch obrotowy jest następnie przekazywany na obciążenie mechaniczne, takie jak koła pojazdu, które napędzają pojazd do przodu.

Sterownik silnika kontroluje kierunek i prędkość obrotów silnika poprzez zmianę prądu płynącego przez uzwojenia stojana, co zmienia siłę i orientację pola magnetycznego. Ta technika umożliwia precyzyjną kontrolę parametrów silnika, w tym momentu obrotowego, prędkości i mocy wyjściowej.

Różne typy silników elektrycznych, takie jak silniki z magnesami trwałymi i silniki asynchroniczne, mają różne konstrukcje i zasady działania. Wszystkie jednak opierają się na interakcji między polami magnetycznymi a prądami elektrycznymi w celu generowania ruchu.

Silniki asynchroniczne

Silniki asynchroniczne, znane również jako silniki indukcyjne, to rodzaj silników elektrycznych szeroko stosowanych w pojazdach elektrycznych (EV) ze względu na swoje unikalne cechy i zalety.

Dowiedz się o silnikach asynchronicznych.

Silniki synchroniczne z magnesami trwałymi

Silniki synchroniczne to rodzaj silników elektrycznych również wykorzystywanych w pojazdach elektrycznych (EV) do napędu, lecz działają inaczej niż silniki asynchroniczne. Silniki synchroniczne wymagają fizycznego połączenia między wirnikiem a stojanem, zazwyczaj za pomocą magnesów trwałych, co odróżnia je od silników asynchronicznych, które opierają się na indukcji elektromagnetycznej.

Dowiedz się o silnikach synchronicznych z magnesami trwałymi.

Synchroniczny silnik z uzwojonym wirnikiem

Synchroniczny silnik z uzwojonym wirnikiem, znany również jako synchroniczny silnik pierścieniowy, to rodzaj silnika elektrycznego łączącego cechy silników synchronicznych i silników asynchronicznych z uzwojonym wirnikiem.

Dowiedz się o synchronicznym silniku z uzwojonym wirnikiem.

Falownik

Falownik jest kluczowym komponentem jednostki napędowej pojazdu elektrycznego (EV). Odpowiada za przekształcanie prądu stałego (DC) zgromadzonego w akumulatorze pojazdu na prąd zmienny (AC), który następnie zasila silnik elektryczny napędzający koła pojazdu elektrycznego.

Dowiedz się o falowniku.

Chłodzenie silnika

Chłodzenie jest istotnym aspektem projektowania silnika elektrycznego w pojazdach elektrycznych (EV), aby zapewnić optymalne osiągi, efektywność i niezawodność.

Dowiedz się wszystkiego o chłodzeniu

Przekładnie

Pojazdy elektryczne (EV) zazwyczaj wykorzystują różne typy skrzyń biegów w swoich jednostkach napędowych, w zależności od konkretnego projektu i wymagań samochodu.

Dowiedz się wszystkiego o skrzyniach biegów.

Konfiguracja silnika

Pojazdy elektryczne (EV) mogą wykorzystywać różne konfiguracje silników w zależności od konkretnego projektu i wymagań samochodu. Do typowych konfiguracji stosowanych w EV należą:

Konfiguracja z jednym silnikiem: W konfiguracji z jednym silnikiem do napędu pojazdu wykorzystywany jest pojedynczy silnik elektryczny. Może to być albo silnik synchroniczny z magnesami trwałymi (PMSM), albo silnik asynchroniczny (ASM). Napędza on albo przednie, albo tylne koła pojazdu.

Konfiguracja z dwoma silnikami: W konfiguracji z dwoma silnikami stosuje się zazwyczaj po jednym silniku na każdej osi lub każde koło. Ta konfiguracja pozwala na precyzyjniejsze rozdzielenie momentu obrotowego między przednimi a tylnymi kołami, co umożliwia lepszą kontrolę trakcji i poprawę osiągów, szczególnie w układach z napędem na wszystkie koła (AWD). Silniki mogą być typu PMSM, WRSM, ASM lub ich kombinacją.

Konfiguracja z trzema silnikami: Konfiguracja z trzema silnikami jest podobna do konfiguracji z dwoma silnikami, ale zamiast dwóch stosuje trzy silniki elektryczne. Jest to rzadko spotykane rozwiązanie, wykorzystywane w modelach o wysokich osiągach, takich jak Tesla Model S Plaid i Audi SQ8 e-tron. Jedną z zalet jest możliwość wektorowania momentu obrotowego.

Konfiguracja z czterema silnikami: Konfiguracja czterech silników polega na zastosowaniu jednego silnika na każde koło. Oto niektóre zalety posiadania czterech silników w pojeździe elektrycznym:

• Precyzyjna kontrola trakcji: Każdy silnik może niezależnie regulować moment obrotowy na każdym kole, w zależności od warunków drogowych i reakcji kierowcy. Może to poprawić stabilność, prowadzenie i bezpieczeństwo pojazdu, zwłaszcza w terenie i na zaśnieżonych nawierzchniach. Na przykład Rivian R1S z czterema silnikami może wykorzystać funkcję zwaną „tank turn”, polegającą na obrocie w miejscu przez obracanie kół po jednej stronie w jednym kierunku, a po drugiej stronie w przeciwnym kierunku.

• Wektorowanie momentu obrotowego: Każdy silnik może także zmieniać moment obrotowy na każdym kole, aby poprawić sterowność i pokonywanie zakrętów pojazdu. Może to zmniejszyć nadsterowność i podsterowność, powszechne problemy w konwencjonalnych pojazdach. Wektorowanie momentu obrotowego może również sprawić, że pojazd będzie bardziej zwrotny, responsywny i przyjemny w prowadzeniu.

Niektóre modele z konfiguracją czterech silników to:

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

Poniżej widać, jak Rivian R1T z czterema silnikami wykonuje manewr „tank turn” dzięki konfiguracji czterech silników.