Testovací synchronní motor: co to znamená?

Elektromobily jsou stále zastíněny vývojem baterií

Rychlý vývoj hybridních pohonných jednotek a bezprecedentní pokrok v oblasti elektrických vozidel v posledních letech jsou hlavním cílem vývoje technologie baterií. Vyžadují od vývojářů maximální zdroje a jsou pro designéry největší výzvou. Nelze však podceňovat skutečnost, že pokrok ve vývoji pokročilé lithium-iontové technologie je doprovázen významným pokrokem v oblasti regulace výkonu elektrických proudů a elektromotorů. Ukázalo se, že i když mají elektromotory vysokou účinnost, mají vážné pole pro vývoj.

Designéři očekávají, že toto odvětví poroste extrémně vysokým tempem, a to nejen proto, že se stále častěji používají elektrická vozidla, ale také proto, že elektrifikace vozidel se spalovacím motorem je důležitým prvkem úrovní emisí stanovených v Evropské unii.

Elektromotor má sice dávnou historii, ale designéři dnes čelí novým výzvám. Elektromotory mohou mít podle účelu úzký design, velký průměr nebo malý průměr a dlouhé tělo. Jejich chování v čistě elektrických vozidlech se liší od chování v hybridních vozidlech, kde je třeba zohlednit teplo generované spalovacím motorem. U elektrických vozidel je rozsah rychlostí širší a ty, které jsou instalovány v paralelním hybridním systému v převodovce, musí být optimalizovány pro provoz v rozsahu otáček spalovacího motoru. Většina strojů pracuje na vysoké napětí, ale 48-voltové elektrické stroje budou stále populárnější.

Proč střídavé motory

Navzdory skutečnosti, že zdrojem elektřiny v osobě baterie je stejnosměrný proud, návrháři elektrických systémů v současné době nepřemýšlejí o použití stejnosměrných elektromotorů. I když vezmeme v úvahu ztráty při převodu, střídavé jednotky, zejména synchronní, překonávají stejnosměrné jednotky. Ale co vlastně znamená synchronní nebo asynchronní motor? Představíme vám tuto část automobilového světa, protože zatímco elektromobily v automobilech již dlouho existovaly ve formě startérů a alternátorů, v této oblasti byly nedávno zavedeny zcela nové technologie.

Toyota, GM a BMW jsou nyní jedni z mála výrobců, kteří převzali vývoj a výrobu samotných elektromotorů. Dokonce i dceřiná společnost Lexus dodává tato zařízení jiné společnosti, japonské společnosti Aisin. Většina společností spoléhá na dodavatele jako ZF Sachs, Siemens, Bosch, Zytec nebo čínské společnosti. Rychlý rozvoj tohoto podnikání zjevně umožňuje takovým společnostem těžit z partnerství s výrobci automobilů. Pokud jde o technologickou stránku věci, v dnešní době se pro potřeby elektromobilů a hybridů používají hlavně střídavé synchronní motory s vnějším nebo vnitřním rotorem.

Schopnost efektivně převádět stejnosměrné baterie na třífázové střídavé napětí a naopak je do značné míry způsobena pokrokem v řídicí technologii. Současné úrovně výkonové elektroniky však dosahují mnohonásobně vyšších úrovní než v elektrické síti pro domácnost a často přesahují 150 ampérů. To generuje velké množství tepla, s nímž si musí výkonová elektronika poradit. V současné době je objem elektronických řídicích zařízení stále velký, protože elektronická polovodičová řídicí zařízení nelze snížit kouzelnou hůlkou.

Synchronní i asynchronní motory jsou typem elektrických strojů s točivým magnetickým polem, které mají vyšší hustotu výkonu. Obecně se rotor indukčního motoru skládá z jednoduchého svazku plných plechů s vinutím nakrátko. Proud protéká statorovými vinutími v opačných párech, přičemž v každém páru teče proud z jedné ze tří fází. Protože je v každém z nich fázově posunut o 120 stupňů vůči druhému, vzniká tzv. rotující magnetické pole. To zase indukuje magnetické pole v rotoru a interakce mezi dvěma magnetickými poli - rotujícími ve statoru a magnetickým polem rotoru, vede ke strhávání druhého a následnému otáčení. U tohoto typu elektromotoru však rotor vždy zaostává za polem, protože pokud mezi polem a rotorem nedochází k relativnímu pohybu, neindukuje v rotoru magnetické pole. Úroveň maximální rychlosti je tedy dána frekvencí napájecího proudu a zátěží. Kvůli vyšší účinnosti synchronních motorů se jich ale většina výrobců drží.

Synchronní motory

Tyto jednotky mají výrazně vyšší účinnost a hustotu výkonu. Významný rozdíl od indukčního motoru spočívá v tom, že magnetické pole v rotoru není vytvářeno interakcí se statorem, ale je výsledkem buď proudu protékajícího přídavnými vinutími, která jsou v něm instalována, nebo permanentních magnetů. Pole v rotoru a pole ve statoru jsou tedy synchronní a maximální rychlost motoru závisí také na rotaci pole, respektive na frekvenci proudu a zátěže. Aby se zabránilo potřebě dodatečného napájení vinutí, což zvyšuje spotřebu energie a komplikuje současnou regulaci v moderních elektrických vozidlech a hybridních modelech, používají se elektromotory s tzv. Konstantním buzením, tj. s permanentními magnety. Jak již bylo zmíněno, téměř všichni výrobci těchto automobilů v současné době používají jednotky tohoto typu, proto podle mnoha odborníků stále přetrvává problém s nedostatkem drahých prvků vzácných zemin, neodymu a dysprosia. Synchronní motory přicházejí v různých variantách a se smíšenými technologickými řešeními, jako je BMW nebo GM, ale řekneme vám o nich více.

výstavba

Motory čistě elektrických vozidel jsou obvykle spojeny přímo s diferenciálem hnací nápravy a výkon je přenášen na kola přes nápravové hřídele, čímž se snižují ztráty v mechanickém převodu. S tímto uspořádáním pod podlahou je sníženo těžiště a celková konstrukce bloku se stává kompaktnější. Zcela jiná je situace s uspořádáním hybridních modelů. U plně hybridních pohonů, jako jsou jednorežimové (Toyota a Lexus) a duální režim (Chevrolet Tahoe), jsou elektromotory nějakým způsobem spojeny s planetovými převody v hybridním hnacím ústrojí, v takovém případě kompaktnost vyžaduje, aby jejich konstrukce byla delší a menší. průměr. U klasických paralelních hybridů znamenají požadavky na kompaktnost, že sestava, která se vejde mezi setrvačník a převodovku, má větší průměr a je poměrně plochá, přičemž výrobci jako Bosch a ZF Sachs dokonce spoléhají na konstrukci rotoru ve tvaru kotouče. Existují i varianty rotoru – zatímco u Lexusu LS 600h je rotační prvek umístěn uvnitř, u některých modelů Mercedesu je rotující rotor venku. Posledně jmenované provedení je také mimořádně výhodné v případech, kdy jsou elektromotory instalovány v nábojích kol.

Text: Georgy Kolev