News
Сердце электромобилей: комплексное руководство по типам электродвигателей и развитию технологий
При обсуждении электромобилей запас хода аккумулятора часто занимает центральное место. Однако истинная душа автомобиля, компонент, который преобразует электрическую энергию в мощность для движения, — это его электродвигатель. В отличие от относительного единообразия двигателей внутреннего сгорания за последнее столетие, ландшафт электромобилей представляет собой сложную картину разнообразных и конкурирующих технологий. Итак, «Какой тип двигателей используется в электромобилях?» Ответ — это выбор, основанный на матрице инженерных компромиссов: эффективность, стоимость, производительность и экологичность вместе составляют эту технологическую симфонию. В этой статье представлен углубленный анализ основных и новых технологий электромобилей и указана профессиональная платформа для более глубокого изучения:www.pumbaaev.com.
I. Технические основы: принципы работы и характеристики двух основных электродвигателей.
В настоящее время более 95% электромобилей массового производства в основном используют две технологии двигателей: синхронные двигатели с постоянными магнитами и асинхронные двигатели переменного тока.
1. Синхронный двигатель с постоянными магнитами (PMSM)
Являясь доминирующей основной технологией на сегодняшнем рынке, PMSM широко используется для привода передней или задней оси благодаря своей исключительной эффективности.
-
Основной технический принцип:
В его ротор встроены высокопрочные постоянные магниты (обычно изготовленные из редкоземельных материалов, таких как неодим-железо-бор). Когда на обмотки статора подается трехфазный переменный ток для создания вращающегося магнитного поля, постоянное магнитное поле на роторе вращается строго синхронно с ним, практически без разницы скоростей (скольжения), отсюда и название «синхронный». Эта прямая магнитная «запирание» является основой его высокой эффективности.
-
Углубленный анализ основных преимуществ:
-
Пиковая эффективность и высокая плотность мощности: PMSM поддерживает чрезвычайно высокую эффективность преобразования (часто более 95%) в большей части своего рабочего диапазона, особенно в диапазонах средней и низкой скорости и среднего и высокого крутящего момента, обычно используемых при движении по городу. Это означает меньше потерь электроэнергии, что напрямую способствует увеличению запаса хода. Его характеристика «маленький размер, высокая мощность» также способствует компоновке и облегчению транспортных средств.
-
Отличные характеристики управления: Благодаря стабильному магнитному полю постоянных магнитов управление двигателем является точным и отзывчивым, обеспечивая плавный, мгновенный выходной крутящий момент для плавного и линейного вождения.
-
Упрощенные потребности в охлаждении: Основной источник тепла находится в статоре (обмотках) с минимальным нагревом ротора, что делает конструкцию системы охлаждения относительно простой.
-
-
Проблемы:
-
Зависимость и стоимость редкоземельных элементов:Редкоземельные элементы (например, диспрозий, тербий) в постоянных магнитах дороги, а их цепочка поставок сконцентрирована, что создает геополитические риски и риски волатильности цен.
-
Комплексный высокоскоростной контроль ослабления поля: На очень высоких скоростях необходимы дополнительные стратегии управления, чтобы «ослабить» поле постоянного магнита и предотвратить чрезмерное напряжение, что увеличивает сложность контроллера.
-
-
Типичные модели применения:
Задний привод в Tesla Model 3/Y, электропривод 8-в-1 в BYD Dolphin/Han EV, NIO ET7, XPeng P7 и большинстве электрических моделей Hyundai, Kia, GM и других брендов.
2.Асинхронный двигатель переменного тока (асинхронный двигатель)
Это классическое, надежное и мощное решение, изобретенное Николой Теслой и возвращенное в массовое производство компанией Tesla Motors.
-
Основной технический принцип:
Его ротор имеет структуру «беличьей клетки», состоящую из проводящих стержней и не содержит постоянных магнитов. Вращающееся магнитное поле статора индуцирует ток в закороченных стержнях ротора. Этот ток, в свою очередь, создает магнитное поле ротора. Поле ротора постоянно «гоняется» за полем статора, не достигая синхронности (происходит скольжение), отсюда и название «асинхронное». Именно это скольжение и создает крутящий момент.
-
Углубленный анализ основных преимуществ:
-
Стоимость и долговечность: Простая и прочная конструкция, не требует редкоземельных материалов и обычно имеет более низкие производственные затраты. Его прочная конструкция позволяет ему выдерживать более высокие экстремальные температуры и перегрузки, что приводит к низкой частоте отказов.
-
Высокоскоростная производительность и надежность: благодаря отсутствию постоянных магнитов риск размагничивания отсутствует, что делает его очень подходящим для длительной работы на высоких оборотах. Управление ослаблением поля по своей сути проще.
-
Низкие эксплуатационные расходы и рекуперативное торможение: Практически не требует технического обслуживания и может эффективно преобразовывать кинетическую энергию обратно в электрическую энергию для аккумулятора во время движения накатом или торможения.
-
-
Проблемы:
-
Эффективность при частичной нагрузке: его эффективность обычно немного ниже, чем у PMSM, в таких условиях, как движение с низкой нагрузкой, поскольку для создания магнитного поля ротора (тока намагничивания) требуется ток.
-
Плотность мощности: для достижения той же выходной мощности его размер и вес обычно немного больше, чем у эквивалентного PMSM.
-
-
Типичные модели применения:
Двигатель передней оси в Tesla Model S/X (ранние модели), некоторых моделях Audi e-tron и часто используется в двухмоторных системах вместе с PMSM во многих электрических коммерческих автомобилях и высокопроизводительных автомобилях, чтобы максимально использовать их сильные стороны.
II. Сравнение технологий: стратегический выбор между СДПМ и асинхронным двигателем
|
Размер функции |
Синхронный двигатель с постоянными магнитами (PMSM) |
Асинхронный двигатель переменного тока |
|---|---|---|
|
Основная эффективность |
Чрезвычайно высокий, превосходный во всем рабочем диапазоне, особенно на средне-низких скоростях. |
Высокая, но может быть немного ниже при частичной нагрузке или определенных скоростях. |
|
Плотность мощности/крутящего момента |
Чрезвычайно высокая, компактная конструкция, отличное соотношение мощности и веса. |
Высокая, но обычно немного больше/тяжелее при эквивалентной мощности |
|
Структура затрат |
Выше (из-за магнитных материалов и обработки), но уменьшается с масштабом |
Ниже (меньшие затраты на материалы, зрелый процесс) |
|
Терпимость к температуре и надежность |
Хорошо, но постоянные магниты рискуют размагничиться при высоких температурах (требуется хороший температурный контроль) |
Отличная, сильная устойчивость к высоким температурам и перегрузкам, очень надежный |
|
Сложность управления |
Высокий (требуются точные датчики положения ротора и алгоритмы ослабления поля) |
Относительно ниже |
|
Зависимость от редкоземельных элементов |
Да, потенциальный риск в цепочке поставок |
Нет |
|
Типичная стратегия применения |
Одномоторные модели, обеспечивающие максимальную дальность полета; Двигатель первичного КПД в двухдвигательных системах |
Вторичный двигатель в высокопроизводительных двухмоторных системах; модели, подчеркивающие стоимость и надежность |
Отраслевая тенденция: многие автопроизводители применяют стратегию смешанной конфигурации — в моделях с полным приводом с двумя двигателями передняя ось может использовать асинхронный двигатель (балансируя эффективность и стоимость), а задняя ось использует PMSM (для пиковой мощности и эффективности) или наоборот. Это позволяет добиться взрывной производительности в «смехотворном режиме», полагаясь в первую очередь на эффективный двигатель во время движения, достигая оптимального баланса производительности и дальности полета.
III. Восходящие звезды и альтернативы: новые технологии электромобилей
Чтобы решить проблему зависимости от редкоземельных элементов и технических проблем, инженеры активно разрабатывают технологии двигателей следующего поколения:
-
Синхронный двигатель с электрическим возбуждением (EESM):
Это многообещающая технология «лучшего из обоих миров». Он заменяет постоянные магниты катушкой под напряжением (электромагнитом) на роторе. Управляя током возбуждения, напряженность поля ротора можно динамически регулировать: ослабляя поле на высоких скоростях для повышения эффективности и усиливая его во время ускорения для достижения максимального крутящего момента. Электронный привод BMW 5-го поколения (iX, i4 и т. д.) и некоторые модели Renault начали использовать его. Он сочетает в себе высокий КПД, безредкоземельную конструкцию и высокую управляемость, хотя и с несколько более сложной конструкцией.
-
Реактивный двигатель с переключателем (SRM):
Одна из простейших конструкций двигателя: как ротор, так и статор изготовлены из ламинированной кремниевой стали с выступающими полюсами. Ротор не имеет ни магнитов, ни обмоток. Крутящий момент создается исключительно на основе принципа минимального магнитного сопротивления. Он имеет большой потенциал для сверхнизкой стоимости, очень высоких скоростей и чрезвычайной надежности (устойчивости к высоким температурам). Основными проблемами являются пульсации крутящего момента, приводящие к шуму и вибрации, а также чрезвычайно сложное управление. В настоящее время в основном используется в коммерческих/специальных транспортных средствах и является горячей темой исследований в научных кругах и промышленности.
IV. За пределами двигателя: полная система электронного привода
Выбор электродвигателя — это не просто выбор расположения магнитов или медного провода. Он предполагает синергию всей системы электропривода:
-
Инвертор: «мозг», который преобразует мощность аккумулятора постоянного тока в переменный ток, необходимый для двигателя. Производительность модулей IGBT или SiC (карбид кремния) напрямую определяет выходную эффективность и быстроту реакции двигателя.
-
Редуктор/коробка передач: Электромобилям обычно нужен только односкоростной редуктор, но эффективность его трансмиссии и характеристики NVH (шум, вибрация, резкость) имеют решающее значение.
-
Система терморегулирования: Устойчивая работа двигателя зависит от способности рассеивания тепла. Усовершенствованная технология масляного охлаждения стала стандартом для высокопроизводительных двигателей.
-
Системная интеграция: Высокоинтегрированные системы электронного привода «мульти-в-одном» (включающие двигатель, контроллер, редуктор, бортовое зарядное устройство и т. д.) являются нынешним основным направлением, значительно экономящим пространство и вес.
V. Глубокое погружение и приобретение ресурсов: от теории к практике
Для инженеров, продвинутых энтузиастов, предпринимателей или студентов-автомобилистов понимание этих принципов — лишь первый шаг. Если вам нужно:
-
Получить подробные технические параметры для конкретных моделей двигателей;
-
Поиск высококачественных двигателей, контроллеров или полных систем электронного привода для переоборудования или разработки прототипов;
-
Узнайте о новейших технологиях охлаждения масла, контроллерах SiC или интегрированных решениях для электронных осей;
-
Получить техническую консультацию по конкретным проектам (например, переоборудование электромобилей, электрификация транспортных средств);
Тогда вам необходима профессиональная, богатая ресурсами платформа. Рекомендуем посетитьwww.pumbaaev.com. Платформа не только предлагает углубленный технический анализ отрасли и обзоры продуктов, но также служит мостом, соединяющим профессиональных пользователей с качественными компонентами и решениями для силовых агрегатов электромобилей. Занимаетесь ли вы академическими исследованиями или практическими инженерными разработками, вы можете найти там ценную информацию и ресурсы.
Заключение
Возвращаясь к первоначальному вопросу: какой тип двигателей используется в электромобилях? Ответ – динамическая технологическая матрица. Синхронные двигатели с постоянными магнитами (PMSM) доминируют благодаря своей высочайшей эффективности; Асинхронные двигатели переменного тока прочно удерживают свое место в автомобилях с высокими эксплуатационными характеристиками и смешанной комплектации благодаря своей надежности и высокоскоростным возможностям; в то время как технологии, не содержащие редкоземельных элементов, такие как синхронный двигатель с электрическим возбуждением (EESM), готовы к росту, представляя собой устойчивое будущее. Выбор каждого двигателя отражает точные расчеты автопроизводителя относительно производительности, стоимости, запаса хода и безопасности цепочки поставок.
Технологическая революция электромобилей еще далека от завершения, и эволюция автомобильных технологий будет одним из ее основных двигателей. Чтобы идти в ногу с этой захватывающей технологической трансформацией и применить знания на практике, обязательно добавьте в закладки и посетите www.pumbaaev.comза самую передовую профессиональную базу знаний и поддержку ресурсов в системах силовых агрегатов электромобилей.