Каковы преимущества использования синхронного двигателя с постоянными магнитами в автомобилях?

В условиях быстро развивающейся автомобильной электрификацииэлектрифицированная трансмиссиястал сердцем современных электромобилей (EV) и гибридных электромобилей (HEV).

Среди различных доступных технологий двигателей синхронный двигатель с постоянными магнитами (PMSM) стал доминирующей силой, произведя революцию в наших представлениях о характеристиках, эффективности и комфорте транспортных средств. В этом блоге мы рассмотрим многочисленные преимущества использования PMSM в автомобилях, подчеркнем их конструктивные преимущества и исследуем их совместимость с различными типами электрифицированных транспортных средств, а также представим репрезентативные корпуса автомобилей, отражающие общеотраслевое применение.

Переход на синхронные двигатели с постоянными магнитами в современных силовых агрегатах электромобилей и гибридных автомобилей

Автомобильная промышленность переживает глубокую трансформацию, переходя от традиционных двигателей внутреннего сгорания к более чистым и эффективным электрифицированным силовым агрегатам. Синхронные двигатели с постоянными магнитами сыграли ключевую роль в этом сдвиге благодаря своим превосходным эксплуатационным характеристикам и способности адаптироваться к различным архитектурам транспортных средств.

Их способность обеспечивать высокую удельную мощность, превосходную эффективность и точное управление сделала их предпочтительным выбором для крупнейших автопроизводителей по всему миру — от мировых гигантов, таких как Tesla, BMW и Toyota, до ведущих отечественных брендов, стремящихся улучшить качество вождения и одновременно снизить воздействие на окружающую среду. К 2024 году PMSM (особенно варианты со шпилькой) достигли почти 70% проникновения в пассажирские автомобили на новых источниках энергии, при этом такие модели, как серия Tesla Model, линейка Han/EV от BYD и гибрид Toyota Prius, используют эту моторную технологию в качестве основного компонента трансмиссии.

Основное преимущество 1: непревзойденная энергоэффективность для увеличенного радиуса действия

Одним из наиболее значительных преимуществ PMSM является их исключительная энергоэффективность. В отличие от асинхронных двигателей, которым для создания магнитного поля требуется дополнительная энергия, в СДСМ используются постоянные магниты для создания постоянного магнитного потока.

Это приводит к меньшим потерям энергии и более высокому общему КПД, что напрямую приводит к увеличению запаса хода на одной зарядке. Многие распространенные электрические седаны, оснащенные PMSM, такие как BYD Han EV и Tesla Model 3, достигают суммарного запаса хода более 600 км в стандартных испытательных циклах, а модели высшего уровня даже превышают 700 км. Во многом это объясняется преимуществом двигателя в эффективности, которое часто достигает 95% и выше (на 5-10% лучше, чем у традиционных асинхронных двигателей). Что касается коммерческих автомобилей, то электрические грузовики и автобусы, оснащенные PMS, также потребляют на 10–15% меньше энергии по сравнению с автомобилями, использующими другие типы двигателей, что значительно снижает эксплуатационные расходы для операторов автопарка.

Для владельцев электромобилей это означает меньшее количество остановок на зарядных станциях и большее спокойствие при планировании длительных поездок. Кроме того, повышенная эффективность способствует снижению энергопотребления на протяжении всего срока службы автомобиля, что снижает общую стоимость владения.

Основное преимущество 2: Высокопроизводительное вождение с мгновенным крутящим моментом

PMSM известны своей способностью мгновенно передавать крутящий момент, обеспечивая водителям отзывчивость и удовольствие от вождения. Конструкция двигателя обеспечивает быстрое ускорение, позволяя транспортным средствам быстро и плавно достигать скоростей на шоссе.

Большинство электромобилей среднего класса с PMSM, таких как Nissan Leaf и BYD Song PLUS EV, могут разгоняться от 0 до 100 км/ч за 7–10 секунд, в то время как высокопроизводительные варианты (часто с двумя PMSM), такие как Tesla Model 3 Performance и высокопроизводительная версия BYD Tang EV, могут завершить спринт менее чем за 5 секунд. Такая мгновенная передача крутящего момента особенно полезна в условиях городского вождения, где частые остановки и старты требуют быстрого реагирования. Более того, точное управление, обеспечиваемое PMSM, обеспечивает плавную и контролируемую передачу мощности, улучшая устойчивость и управляемость автомобиля на поворотах, обгонах или в неровных дорожных условиях — преимущество, очевидное в таких роскошных электромобилях, как BMW i4.

Основное преимущество 3: Компактная и легкая конструкция для маневренности автомобиля

Еще одним ключевым преимуществом PMSM является их компактная и легкая конструкция. По сравнению с другими типами двигателей, PMSM могут достигать более высокой выходной мощности в меньшем и более обтекаемом корпусе, освобождая ценное пространство внутри автомобиля для аккумуляторов, функций комфорта пассажиров или хранения груза.

Многие автопроизводители интегрируют PMSM в модульные системы трансмиссии, а такие модели, как серии BMW iX3 и NIO ET, используют компактный размер двигателя для гибкого размещения (передняя, ​​задняя или полноприводная конфигурации) без ущерба для внутреннего пространства. Уменьшенный вес PMSM также способствует повышению маневренности автомобиля: каждый сэкономленный килограмм приводит к лучшему ускорению, сокращению тормозного пути и более маневренному прохождению поворотов. Для электромобилей, где вес аккумулятора является основным фактором, легкий вес PMSM помогает компенсировать общую массу автомобиля, косвенно увеличивая запас хода, как это видно на компактных электромобилях, таких как Volkswagen ID.3.

Основное преимущество 4: более тихая езда благодаря усовершенствованному контролю NVH.

Шум, вибрация и резкость являются важнейшими факторами, влияющими на общее впечатление от вождения. СДСМ преуспевают в этой области благодаря плавности работы и конструктивным преимуществам, которые минимизируют вибрацию и уровень шума.

В отличие от двигателей внутреннего сгорания или даже некоторых асинхронных двигателей, СДСМ работают с минимальным механическим шумом, особенно на низких и средних скоростях. Электромобили класса люкс, такие как Mercedes-Benz EQE и BMW i4, используют эту мощь, сочетая PMSM с дополнительной звукоизоляцией, чтобы создать в салоне такую ​​среду, в которой шум дороги и ветра едва уловим, даже во время движения по шоссе. Эта тихая работа не только повышает комфорт пассажиров, но и повышает воспринимаемое качество автомобиля, что соответствует премиальному позиционированию многих современных электромобилей.

Освоение совместимости: PMSM в гибридных, подключаемых к сети и полностью электрических транспортных средствах

Синхронные двигатели с постоянными магнитамиуниверсальны и могут быть легко интегрированы в различные типы электрифицированных транспортных средств, что делает их гибким выбором для автопроизводителей.

В гибридных автомобилях PMSM работают в тандеме с двигателями внутреннего сгорания, обеспечивая дополнительную мощность во время ускорения или подъема на гору, а также обеспечивают рекуперативное торможение для улавливания энергии, что помогает самым продаваемым гибридным моделям, таким как Toyota Prius и Honda CR-V Hybrid, достичь на 20–30 % большей топливной эффективности, чем их бензиновые аналоги. В подключаемых гибридных и полностью электрических транспортных средствах PMSM часто служат основным или единственным источником энергии, обеспечивая стабильную производительность и эффективность для ежедневных поездок на работу и поездок на дальние расстояния, о чем свидетельствуют BYD Song PLUS DM-i и Volkswagen ID. серия (БЭВ). Даже в коммерческих транспортных средствах, таких как электробусы и грузовые фургоны, PMSM широко используются благодаря их способности сочетать высокую грузоподъемность с компактной конструкцией и низким уровнем рабочего шума.

Будущие тенденции: интеллектуальное управление и интеграция с усовершенствованными силовыми агрегатами

Поскольку автомобильная промышленность продолжает развиваться, PMSM могут сыграть еще более важную роль в будущем электрифицированного вождения. Интеграция интеллектуальных систем управления и передовых технологий силовых агрегатов еще больше повысит их производительность и эффективность.

Например, многие автопроизводители сейчас сочетают модули PMSM с силовой электроникой из карбида кремния (SiC), что снижает потери энергии и обеспечивает более быстрое и точное управление двигателем — модернизация, уже наблюдаемая в моделях высокого класса, таких как NIO ET7. Использование алгоритмов искусственного интеллекта и машинного обучения также становится все более распространенным — эти системы оптимизируют параметры двигателя в режиме реального времени в зависимости от условий вождения, поведения водителя и состояния аккумулятора, максимизируя эффективность и производительность. Кроме того, достижения в области беспроводной зарядки, высоковольтных платформ и систем управления батареями будут еще больше дополнять PMSM, расширяя запас хода электромобилей и сокращая время зарядки.

Заключение: PMSM – краеугольный камень совершенства вождения на электромобилях

В заключение отметим, что синхронные двигатели с постоянными магнитами представляют собой краеугольный камень автомобильной электрификации, предлагая убедительное сочетание энергоэффективности, высокой производительности, компактного дизайна и бесшумной работы. Их широкая совместимость с гибридами, подключаемыми гибридами и полностью электромобилями делает их универсальным выбором для автопроизводителей, стремящихся удовлетворить разнообразные потребности рынка.

От обычных пригородных автомобилей (например, Volkswagen ID.3) до роскошных электромобилей (например, Mercedes-Benz EQE) и гибридных моделей (например, Toyota Prius) — PMSM доказали свою надежность и эффективность во всех сферах применения. Поскольку отрасль продолжает внедрять инновации – благодаря достижениям в области материалов, систем управления и интеграции силовых агрегатов – PMSM останутся в авангарде совершенства электрифицированного вождения, формируя более эффективное, устойчивое и приятное будущее мобильности.