асинхронный, синхронный или на постоянных магнитах?

Можно ли буксировать электромобили? Зависит от типа двигателя. Да, бывают разные. Если вы только собираетесь покупать электрокар, то знайте: до полной разрядки его лучше не доводить. И вот почему

Автомобили с двигателями внутреннего сгорания допускают буксировку. Если у вас механическая коробка передач, то это самое простое дело: ставите нейтраль в коробке передач или выжимаете сцепление – и ваш мотор оказывается физически отключен от колес, а машина превращается в обычную телегу: тяни не хочу.

С автоматами чуть сложнее, в них полного разрыва связи между колесами и мотором не предусмотрено. Но и они в режиме N позволяют буксировать машину на короткие расстояния и с невысокой скоростью.

Однако в инструкциях к электромобилям вы прочтете, что буксировка или не допускается вовсе, или, как в случае с современными моделями Tesla, допускается со скоростью не более 5 км/ч на расстояние не более 10 метров: иными словами, вы в праве только оттолкать сломанную машину на обочину.

А может ли быть иначе? Да, старые модели Tesla такое позволяли. Как и GM EV1 – легенда электрокаров 90-х годов прошлого века. Так в чем же дело? В типе электрических двигателей. Или, если уж говорить совсем правильно, электрических машин, так как в электромобилях эти устройства служат не только двигателями, но и генераторами. И на современных типах электрокаров встречается три типа таких устройств. Но для начала немного истории.

В 1821 году британский ученый Майкл Фарадей в своей статье впервые описал основные принципы преобразования электроэнергии в движение. Фарадей уже знал, что электрический ток, проходя через проволоку, создает магнитное поле. Закрученный в катушку, такой провод становится электромагнитом.

Он также знал, что противоположные полюса магнитов притягиваются, а одинаковые – отталкиваются. В электромагнитах же полярность зависит от направления движения тока, то есть ее можно быстро менять. И вот что придумал Фарадей. Берем магнит, который движется к другому. В последний момент полярность меняется, но рядом расположен третий магнит, к которому можно тянуться. Затем четвертый, пятый. Эти разнополярные магниты выстроены в линию. И если ее закольцевать, движение будет идти по кругу до тех пор, пока сквозь электромагниты идет ток и пока его направление не перестает меняться.

Чтобы понять, как это действует, представьте, что у вас в руках два школьных магнита в форме подковы или буквы U – помните, были такие. Если их повернуть друг к другу взаимоотталкивающимися полюсами, то они будут стремиться сделать полуоборот, чтобы снова друг к другу притянуться. А теперь представьте, что их полюса постоянно меняются местами: тогда они станут вертеться друг относительно друга. Это и есть электродвигатель.

Так впервые был описан принцип действия всех электромоторов в целом и самого древнего в частности: того, который работает от постоянного тока и использует с одной стороны постоянные магниты из намагниченного сплава, а с другой – переменные электромагниты. Это наш первый герой: мотор-генератор постоянного тока на перманентных магнитах.

Изобретения Фарадея были развиты его полседователями, в частности изобретателем электрической лампочки Томасом Эдисоном. Эдисон усовершенствовал генераторы постоянного тока и стал пионером в электрификации Нью-Йорка. В 1884 году на пороге его кабинета появился молодой сербский инженер. Звали иммигранта Никола Тесла.

Тесла предложил улучшить конструкцию Эдисона и попросил за работу 50 тысяч долларов – баснословная в те времена сумма. По легенде Эдисон согласился, но когда Тесла действительно существенно улучшил существующую модель, любимец Америки просто кинул безвестного сербского эмигранта.

Тесла рассердился и отправился к главному конкуренту, адепту переменного тока Джорджу Вестингаузу. Так началась «Война токов», окончательно проигранная постоянным током только в 2007 году, когда Нью-Йорк последним из городов перешел на ток переменный.

Генераторы Эдисона вырабатывали электричество с напряжением, близким к потребительскому: 100-200 вольт. Это удобно для домов, но его сложно передавать на большие расстояния из-за сопротивления проводов. Тут было два решения: увеличивать диаметр кабелей или повышать напряжение. Первый вариант позволял делать линии длинной 1,5 километра. Да, совсем немного. Второй вариант был невозможен из-за отсутствия в те годы эффективных способов повышения напряжения постоянного тока.

Однако еще в 1876 году русский ученый Павел Яблочков изобрел трансформатор, меняющий напряжение переменного тока. Подача энергии на большие расстояния перестала быть проблемой.

Но была другая проблема. Лампочкам Эдисона все равно от какого тока питаться: постоянного или переменного. А вот с электродвигателями сложнее: они в те годы требовали только постоянного. В 1888 году Тесла запатентовал в США асинхронный электрический двигатель переменного тока. Он же изобрел и синхронный генератор, впоследствии использованный и как двигатель. Это второй и третий герои нашей статьи.

Так поговорим же о них поподробнее

Если в детстве вам доводилось разбирать игрушечные электрические машинки, то вы должны помнить устройство их простейших двигателей. Для остальных напомним. Все применяемые в электромобилях моторы состоят из двух частей: неподвижного статора и вращающегося ротора.

В игрушечных машинах на статоре стоят постоянные магниты, а на роторе – электрические переменные. При вращении на них через специальные щетки подается постоянный ток от батареек, и их последовательное включение и обеспечивает движение.

Похожая конструкция встречается практически у всех электромобилей. С одним отличием: на роторе там стоят постоянные магниты, а на статоре, напротив, электрические и переменные. Так в том числе можно избавиться от щеток: одного из немногих элементов электродвигателя, который подвержен износу.

Преимущество моторов на постоянных машинах в том, что они легкие, компактные, мощные, эффективные, работают от вырабатываемого аккумуляторами постоянного тока… так, стоп! А какие недостатки?

Недостаток прост. Таким моторам не хватает тяги. Так перейдем же к асинхронным инверсионным моторам переменного тока.

Бородатый анекдот про умирающего мастера заваривать чай, который делился своим секретом словами «не жалейте заварки» – это прям притча про компанию Tesla. Вопреки расхожему мнению, ее основал не Илон Маск (он позже стал главным инвестором и владельцем), а Мартин Эберхард и его партнер Марк Тарпенинг.

Эти двое придумали немыслимое. Создать не тихоходный, эффективный и относительно дешевый электрокар, а дорогой, быстрый и клевый. Маск же первым идею оценил и быстро прибрал ее к рукам.

Имя компании Tesla не случайно. Одной из ее технических революций стало использование асинхронного двигателя без постоянных магнитов, работающего на переменном токе – того самого, который изобрел Никола Тесла. Эта конструкция дороже как сама по себе, так и благодаря необходимости в установке преобразователя постоянного тока от батареи в переменный для электродвигателя. Успешное решение данной задачи и стало первым из множества теперь уже легендарных прорывов «Теслы».

Благодаря мощному асинхронному мотору электрокары Tesla с самого начала были очень динамичным, что стало ключевой причиной роста их популярности. В таком моторе переменный ток в обмотке статора создает вращающееся магнитное поле. Оно вызывает индукцию в роторе, заставляя его вращаться чуть медленнее, чем вращение самого поля – поэтому двигатель и называется асинхронным. Если скорости вращения синхронизируются, поле перестает создавать в роторе индукцию, и он начинает замедляться, рассинхронизируясь обратно. Важно заметить, что собственно на ротор никакого электричества напрямую не подается.

Итак, есть еще третий тип электрического двигателя, который встречается в современных электромобилях: синхронный на электромагнитах. Он похож по устройству на двигатели с постоянными магнитами на роторе, только эти магниты – электрические. На них подается постоянный ток, так что полярность магнитов ротора остается неизменной. А вот полярность магнитов статора, напротив, меняется, что и обеспечивает вращение.

Такие синхронные моторы на электромагнитах славятся своей способностью обеспечивать стабильность оборотов и ставятся, обычно, на всякие установки вроде насосов. А еще… на электрокар Renault Zoe. Зачем? Честно сказать, найти быстрый ответ на этот вопрос не получилось. Можем лишь предположить, что это связано с лучшей способностью такого двигателя служить генератором, рекуперируя энергию торможения. Мотор на Zoe не самый мощный, а мощным генератором он быть обязан.

Так что же лучше? Большинство автоконцернов выбирает моторы на постоянных магнитах: они эффективнее. Tesla в первые годы настаивала на асинхронных моторах. Но потом… сделала ставку на двух моторную полнопривродную схему, в которой асинхронный мотор обеспечивает динамику, а двигатель на постоянных магнитах гарантирует низкий расход энергии при небольших нагрузках. И только Renault… ну вы поняли.

А теперь о том, что ждет нас дальше. При буксировке даже обесточенный двигатель на постоянных магнитах тут же начинает работать как генератор, что чревато перегревом и возгоранием энергосистемы электромобиля. В синхронных моторах Renault оставшейся магнетизм в роторе также способен вызвать индукцию в катушках статора, ну и пошло поехало – генерация тока, перегрев, пожар.

И только асинхронные двигатели, когда их статоры не под напряжением, не являются генераторами: их можно буксировать.

Так вот, современная тенденция такова. Моторы на постоянных магнитах становятся все мощнее и тяговитее, оставаясь самыми эффективными. Производители постепенно переходят на них. Но придумать, как машины с ними безопасно буксировать инженерам еще предстоит. Пока они декларируют принцип «Наши электромобили не ломаются и в буксировке не нуждаются». Но звучит не больно убедительно.

Двигатель Тесла: характеристика, описание, создание

Никола Тесла – легендарный создатель в области электро- и радиотехнике, создатель переменного тока. В его честь, в 2003 году, была открыта компания по производству автомобилей, которые ездят на электричестве.

Технические характеристики

Основателем автомобильной компании Tesla стали Илон Маск, Джей Би Штробель и Марк Тарпеннинг. Прежде всего, основателям компании необходимо было разработать мощный электродвигатель и батареи, чтобы привести в работу ведущие колёса. Для создания первого прототипа автомобиля потребовалось почти 3 года.

Первый электрокар Tesla Roadster был презентован 19 июля 2006 года. Презентация автомобиля прошла успешно, но спортивный электрический автомобиль имел ряд недостатков. 2009 года была презентована 5-дверная Model S, двигатели которой устанавливаются на транспортные средства по этот день с небольшими доработками.

Технические характеристики силового агрегата электромобиля Tesla:

Наименование	Характеристика
Производитель	Tesla
Тип	трёхфазный асинхронный двигатель
Мощность	225, 270 или 310 кВт
Крутящий момент	430, 440 или 600 Н·м
Максимальная скорость	201 (первое поколение) 250 (второе поколение) км/час
Разгон до 100 км/час	от 2,7 (модификация P100D) с
Тип аккумулятора	литий-ионный
Запас хода	от 370 до 632 км
Время зарядки	8 ч

Обслуживание и эксплуатация

Обслуживание силового агрегата начинается с диагностики работоспособности электромотора, который непосредственно подключён к электронному блоку управления автомобилем. Если обнаружены ошибки, то мастера находят непосредственную причину. Сервисное и техническое обслуживание двигателей Тесла стоит проводить на сертифицированной станции, поскольку только у них имеется необходимое оборудование для всех ремонтно-диагностических и восстановительных операций.

Неисправности и ремонт

Ремонт, как и обслуживание, стоит проводить на специальном оборудовании у специалистов. Основными и частыми неисправностями является быстрая потеря ресурса батареи. Первые модели Тесла имели слишком малый запас энергии, а поэтому была высока вероятность «застрять» на трассе.

Ещё один факт – неисправность в системе автопилота. Эта проблема стала причиной гибели американского гражданина Джошуа Браун в 2016 году. Расследование причин аварии показало, что автопилот не видит поперечно идущий транспорт. Данная неисправность на стадии усовершенствования.

Забавные факты

Чтобы не делал человек, другой человек способен это изменить и модернизировать. Так и с засекреченными автомобильными технологиями. Джейсон Хьюз (Jason Hughes) большой поклонник Tesla и электромобилей компании. Но ему нравится не только кататься на таких электромобилях, но и знать, как они работают. Джейсон — довольно известная личность в сообществе поклонников Tesla. К примеру, именно ему удалось извлечь из обновлённой прошивки автомобиля некоторые данные о новой модели электромобиля. Если точнее, речь идёт про обнаружение записи «P100D» в прошивке Tesla 7.1.

Но сейчас ему удалось гораздо большее. Он смог достать задний привод Tesla Model S, и научился им управлять. Откуда получен привод, Хьюз не говорит, но это не так уж и важно. Гораздо более важно то, что он смог получить полный контроль над всеми функциями этого узла.

Первым шагом, в этом непростом проекте, стала подача питания на привод с одновременным сниффингом CAN-шины на предмет обнаружения отдельных команд управления. На это ушло около 12 часов, но, в конце концов, мотор удалось заставить вращаться. Мастеру пришлось повозиться — мало того, что данные работы движка пришлось расшифровывать, но и для управления его работой Джейсон написал специальное ПО. На этом этапе речь шла только о том, чтобы заставить движок работать. На то, чтобы перехватить и расшифровать команды CAN, у него ушло ещё 3 часа.

После этого дело пошло уже легче — Хьюзу удалось найти полный пакет команд управления. К примеру, он смог подключить систему водяного охлаждения, и приводил её в действие во время работы привода (в определённом режиме работы система заявляла о скорости в 188 километров в час). Двигатель удалось ввести и в режим генерации энергии. Система рекуперации энергии, введённая инженерами Tesla, позволяет во время торможения использовать двигатель машины в качестве генератора. Сейчас Джеймс может по своему усмотрению устанавливать различные параметры питания движка и генерации им энергии.

В итоге ему удалось даже создать собственную плату управления задним приводом. Интересно, что мотор был извлечён из автомобиля с прошивкой 7.1, которая включала ряд схем безопасности, предотвращающих вмешательство в нормальную работу системы. Но Джейсону удалось обойти эти препятствия.

Наиболее сложной задачей было заставить движок слушаться команд самодельного контроллера, но и это, оказалось, по силам умельцу. По его словам, он собрал свою плату буквально из мусора. Для того чтобы обезопасить движок, мастер использовал относительно низкий ампераж. Это не первый случай «хака» движка Tesla Model S. 11 месяцами ранее другому умельцу, Джеку Рикарду, также удалось заставить электромотор слушаться команд контроллера собственного изобретения. Но здесь речь идёт об использовании лишь двигателя и контроллера.

Стоит помнить, что обновлённая модель электромобиля Tesla Model S поставляется с 70 кВт·ч аккумулятором, который на самом деле имеет ёмкость в 75 кВт·ч, но часть батареи, если так можно выразиться, залочена программно. Компания продавала эти авто в течение месяца, и только сейчас об этом стало известно. Как же владелец такой машины может получить 5 дополнительных кВт·ч? Очень просто — доплатить $3250 для «разлочки».

Процесс апгрейда полностью программный, и производится «по воздуху». Работникам компании физический доступ к авто нужен только для того, чтобы сменить бейдж Tesla Model S 70 на бейдж Tesla Model S 75 (делается в сервисном центре). Идея компании проста, хотя и немного странная — позволить покупателям Tesla Model S 70 платить меньше на $3000, чем покупателям Tesla Model S 75. Причём «железо» у обеих моделей абсолютно одинаковое. В компании рассудили, что не всем нужна увеличенная ёмкость батареи, и тем, кому она не нужна, разрешили платить меньше. Разница в расстоянии, которое могут проехать обе модели в автономном режиме — около 35 км.

Кстати, не так давно для той же Tesla Model S было выпущено специальное программное обеспечение, позволяющее водителю управлять машиной при помощи «силы мысли». Мысленными командами можно заставить автомобиль проехать немного вперёд или же включить заднюю передачу. При этом считывание сигналов электрической деятельности мозга производится при помощи специального шлема. Сигналы анализируются специальной программой, после чего они передаются в бортовой компьютер для управления транспортным средством.

Вывод

Двигатель Тесла – представитель электрических автомобильных двигателей, который является самым мощным электромотором в мире. Обслуживание и ремонт проводятся только в условиях автосервиса. Это поможет избежать неприятностей.

Tesla Model S — Как это работает

Так сложилось, что в рубрике «Космоddrом» почти ни одна статья не проходит без упоминания несомненно любимого всеми нами господина Илона Маска. Он действительно является одной из самых харизматичных фигур в современном мире науки и техники, а его компании Tesla и SpaceX впечатляют своей деятельностью. Учитывая большой интерес к персоне Маска и его детищам, я решил  поближе познакомить вас с ними в рамках нашей новой рубрики «Как это работает». И в сегодняшней статье речь пойдет о текущем флагмане Tesla, Model S.

Думаю, ни для кого не секрет, что Tesla производит электромобили. Вряд ли найдется много желающих оспорить тот факт, что Model S, являющаяся «лицом компании» на данный момент, — лучший представитель наземных транспортных средств, работающих исключительно на электричестве. Давайте же разбираться, как он работает.

В отличие от привычных нам автомобилей, у Model S нет большого и тяжелого двигателя, ведь взрывать бензин и преобразовывать энергию во вращение колес нет необходимости. Вместо этого индукционный электродвигатель размером с арбуз расположен между задними колесами. Создатели утверждают, что эффективность преобразования энергии в движение такой силовой установкой в 3 раза выше, чем у стандартного двигателя внутреннего сгорания.

Снизу автомобиля поместились батареи. В зависимости от комплектации емкость может варьироваться от 60 кВт*ч до 85 кВт*ч. А это от 5040 до 7104 элементов питания соответственно.  Такая емкость обеспечит средний запас хода от 330 до 425 км. К слову, производством батарей занимается компания Panasonic.

Расположение аккумуляторов в нижней части Model S в сочетании с относительно легким кузовом из алюминия позволяет расположить центр тяжести на уровне в 45 см, что очень низко. А, как известно, чем ниже центр тяжести, тем лучше управляемость и поведение на поворотах. Распределение нагрузки между передней и задней осями составляет 47 к 53.

Двигатель, расположенный сзади, работает по простому индукционному принципу, который используется в массе бытовых приборов. На катушки в статоре подается переменный ток, а благодаря электромагнитной индукции в движение приводится ротор. Конкретно в случае Model S используется трехфазный четырехполюсной двигатель. Охлаждается он за счет циркуляции жидкости. С его помощью достигается мощность в 416 л.с. и вращающий момент в 600 Нм. Такие показатели позволяют разгонятся с места до сотни за 4,4 секунды (в случае топовой комплектации).

Помимо того что электрический двигатель не производит выхлопных газов, что позитивно сказывается на экологии, ему еще не нужно время на подачу топлива и преобразования его во вращение колес, что означает, что задержка между нажатием на педаль газа и подачей мощности почти нулевая. А система рекуперации позволяет почти не пользоваться педалью тормоза в городских условиях. Впрочем, интенсивность системы настраивается вручную. А еще потому что в Model S нет большого двигателя, бензобака и прочих объемных штук, вы получите много места. В багажнике (том, который сзади) при желании можно даже установить два дополнительных сидения. Неплохо как для седана. Так что вы сможете перевозить двух детей сзади и даже еще одного спереди.

Наверное, самое больное место любого электрического автомобиля — время и место зарядки. Tesla предлагает систему «суперзарядки», которая за полчаса добавит вам 275 км хода. Однако такие заправки есть далеко не везде, и не всегда вы будете проезжать мимо них. С помощью адаптера можно заряжать Model S и от стандартной розетки, но занимать это может очень долгое время — более 15 часов при токе в 20 А.

Впрочем, в 2013 году Tesla продемонстрировала возможность полной замены батарей на заряженные всегда за 90 секунд. Примерно такое же время необходимо для заправки бензином. Стоить такая процедура на станциях Tesla будет примерно $60-80, что соизмеримо с полным баком топлива. В то же время зарядка от сети на фирменных станциях для всех владельцев Tesla бесплатна.

Абсолютное большинство органов управления автомобилем сконцентрировано на 17″ тач-панели. Таким образом, можно попробовать растаможить Model S как большой планшет с чехлом в виде автомобиля. Если прокатит, это сэкономит вам кучу денег.

Эпилог

Надеюсь, вам было интересно узнать подробнее о Model S — пожалуй, лучшем электромобиле современности. В качестве бонуса можете посмотреть галерею живых фотографий от нашего главного редактора, Саши Ляпоты, который смог в свое время познакомиться с творением Tesla лично, пусть даже только на выставочном стенде.

Если вам нравится рубрика «Как это работает», рассказывайте о ней друзьям с помощью кнопок соцсетей — этим вы поможете развитию проекта. А также предлагайте темы для следующих выпусков в комментариях.

Первые электродвигатели. Переменный ток. Уитстон и Тесла

В прошлом номере мы напомнили предысторию создания электродвигателя: в 1820 г. X. Эрстед и Д. Ф. Араго обнаружили взаимодействие магнитного поля с электрическим током, в 1821 г. Ж. Б. Био и Ф. Савар установили его закономерности, в 1827 А. Ампер разработал теорию электродинамики, в 1831 г. М. Фарадей и Дж. Генри открыли явление электромагнитной индукции — вращение проводника с током вокруг магнита, или магнита вокруг проводника.

В 1833 г. У. Риччи создал прообраз электрического мотора с вращательным, а не возвратно-поступательным, как у парового, принципом. В 1834 г. Б. С. Якоби создал действующий электродвигатель и в 1837 г. испытал его в сложных условиях на Неве. В 1860 г. А. Пачинотти изобрёл двигатель с кольцевым неявнополюсным якорем и практически постоянным вращающим моментом, удобной схемой возбуждения и коллектором почти современного типа.

Все эти агрегаты работали от постоянного тока, использование гальванических батарей делало их неэкономичными, а эффективный генератор придумали много позже.

Тем временем велись исследования переменного тока и попытки создания электромоторов с его применением.

Конструкция такого двигателя должна была быть особой — чтобы предотвратить возникновение вихревых токов, порождённых частым периодичным перемагничиванием его электромагнитов, которые разогревают его и снижают мощность.

Первой реализацией такой конструкции в 1841 году была синхронная модель Чарльза Уитстона. Она состояла из кольцеобразного многополюсного магнита, полярность которого менялась под действием переменного тока, и из звездообразного постоянного электромагнита, который вращался на валу при переключении полярности питающего его постоянного тока с помощью специального коммутатора. При включении через цепь сначала пускался постоянный ток, и мотор начинал работать как двигатель постоянного тока, а после набора скорости, соответствовавшей синхронному ходу, коммутатор уже не переменял направление в роторе, и двигатель работал как синхронный переменного тока.

Система требовала для запуска разгонный двигатель, при перегрузке синхронность хода нарушалась, магниты начинали тормозить вращение вплоть до полной остановки. Поэтому широкого распространения синхронные двигатели не получили.

В основу идеи асинхронного (он же индукционный) двигателя был положен опыт Д.-Ф. Араго (1824 г): в лёгком медном кружке, соосном вращающемуся вокруг вертикали подковообразному магниту, наводятся индукционные токи, образованное ими магнитное поле взаимодействует с магнитом, и кружок так же начинает вращаться.

В 1879 г. У. Бейли сконструировал мотор, в котором два электромагнита с четырьмя крестообразно расположенными полюсами он намагничивал, с разной полярностью, с помощью выключателя. Подвешенный над ними медный кружок вращался без подведения к нему (как ротору) тока, в отличие от двигателей постоянного тока или синхронных переменного.

Понятно, что мощность и КПД такого устройства чрезвычайно малы, а заменивший выключатель коллектор был чрезвычайно сложен.

Но до реализации идеи оставался только шаг. Он был сделан с развитием техники многофазных токов, которая, собственно, и появилась-то благодаря разработке электродвигателей переменного тока.

В 1888 г. итальянский физик Галилео Феррарис и изобретатель из Хорватии, работавший в США, Никола Тесла открыли явление вращающегося электромагнитного поля. Оно создаётся двумя или более неподвижными катушками, расположенными под углом друг к другу, в которых протекают одинаковые по величине, но сдвинутые друг относительно друга по фазе переменные токи. В результате возникает тот же эффект перемены магнитных полюсов (по кругу), которого добился в своем двигателе У. Бейли — но без всяких коммутаторов и скользящих контактов: перемагничиванием управляет сам ток.

На основе этого эффекта Н. Тесла сконструировал двухфазный асинхронный двигатель.

Чтобы получить двухфазный ток из однофазного, Н. Тесла построил генератор, который сразу давал два переменных тока с разностью фаз в четверть периода. В нём между полюсами магнита вращались две взаимно перпендикулярные катушки, и когда витки одной находились под полюсами и в них индуцировался максимальный ток, витки другой находились между полюсами и ЭДС в них была равна нулю — вот вам и сдвиг фаз на 90 . Трёхфазный ток можно получить аналогично, используя три катушки под углом 60 друг к другу.

Двигатель Тесла оказался лучше и надёжней всех существовавших. Обмотка статора была выполнена в виде катушек, насаженных на выступающие полюса, концы их выведены на кольца, расположенные на валу. Ротор — в виде барабана с двумя взаимно перпендикулярными, замкнутыми на себя катушками.

Кстати, Г. Феррарис тоже построил двухфазный двигатель с медным сплошным ротором и сосредоточенной обмоткой на статоре, мощностью в несколько ватт, КПД 50 %. Но сам считал идею неперспективной.

Между тем, уже в 1889 г. Вестингауз Электрик Компани выпустила в продажу первую партию электромоторов Тесла. Это ознаменовало начало новой эры в электротехнике.

А вскоре индукционный двигатель Теслы был значительно переработан и усовершенствован Михаилом Осиповичем Доливо Добровольским — об этом в следующем номере.

Электромотор самой недорогой модели автомобиля Tesla мощнее, чем двигатель BMW M3

В Tesla Model 3 будут использоваться аккумуляторы последней модификации с «Гигафабрики Tesla»

Компания Tesla собирается устанавливать в своих новых электромобилях Tesla Model 3 аккумуляторы, которые производятся сейчас на «Гигафабрике» из Невады. Новые силовые агрегаты, как обещает компания, будут более мощными и эффективными. Преобразователь был разработан с нуля, предыдущие модели, которые работали в той же Tesla Model S, не используются. Новое здесь все, включая полупроводниковые элементы системы. Инженерам компании удалось снизить количество уникальных элементов инвертора примерно на 25%, что позволяет удешевить конструкцию.

Кроме того, Model 3 получила 435-сильный электромотор. Об этом сообщил технический директор Tesla. Это даже больше, чем у BMW M3, где установлен трехлитровый шестицилиндровый твин-турбо двигатель (максимум — 431 л.с.). Благодаря мощному мотору самая медленная модификация модели сможет разгоняться до 96 километров в час всего за 6 секунд. У старшей модели с продвинутым режимом Ludicrous Mode на разгон до этой скорости уйдет всего 4 секунды.


Электронные компоненты инвертора (полевые транзисторы с изолированным затвором)

Инженеры компании уже несколько месяцев работают над созданием нового инвертора Model 3 мощностью 320 КВт. В конструкции инвертора используются биполярные транзисторы TO-247 с изолированным затвором. Эти электронные компоненты использовались в конструкции инвертора для Tesla Model X и Tesla Model S. Производство инверторов уже стартовало, запущены производственные линии и для других компонентов, поскольку компания собирается поставить около 500000 электромобилей к 2018 году.

Без подзарядки новая модель сможет проезжать от 340 до 400 километров, что очень неплохо. Изначально на рынок будет поставляться версия с запасом хода в 340 километров, после чего появится модель с аккумулятором емкостью в 80 КВт·ч. С этим аккумулятором электромобиль сможет пройти и 480 километров. Кроме того, новинка получает автопилот. И хотя он и не превратит электромобиль в робомобиль, помощь автомобилисту будет оказываться довольно серьезная.

Сейчас компания уже проводит тестирование своего нового электромобиля. К примеру, недавно именно такую модель сфотографировали в одном из сервисных центров компании. По внешнему виду она ничем не отличается от демонстрационного образца.

Отгружать Model 3 покупателям начнут не ранее конца 2017 года. Предзаказов на электромобиль поступило в несколько раз больше планируемого — на данный момент более 375 тысяч. Неясно, способна ли Tesla Motors справиться с такой нагрузкой без срыва сроков. Вполне возможно, что будут срывы сроков. По Model X проблемы были еще в первом квартале — вместо 4500 электромобилей компания смогла поставить 2400. Тем не менее Илон Маск обещает постепенно нарастить производственные мощности, чтобы заказчики любых моделей электромобиля получали свои транспортные средства точно в срок.

Tesla и Nikola Motors – тягачи с электродвигателем

Многие специалисты и обычные пользователи были уверены, что создание грузовиков с электрическим двигателем попросту невозможно. Ведь считалось, что их мощности недостаточно для транспортировки грузов на большие расстояния. Однако в 2017 году ситуация изменилась. Сразу две конкурирующие компании — Tesla и Nikola Motors представили проекты полностью электрического тягача. В ноябре 2017 года Tesla анонсировала выпуск высокопроизводительного грузовика и на первых же испытаниях была доказана эффективность электродвигателей.

Что же касается фирмы Nikola Motors, то руководство приняло решение постепенно усовершенствовать технологию, и сконцентрировались сначала на водородных грузовиках. Была разработана упрощенная система поставок водорода, созданы специальные заправки – проделана колоссальная работа по созданию лучшего двигателя для грузовиков. К сожалению, электрический тягач Tesla больше полюбился покупателям, чем водородные версии Nikola One, Nikola Two и Nikola Tre. Чтобы не проиграть в конкурентной борьбе, глава компании Nikola Motors заявил о выпуске известных моделей водородных тягачей с использования электродвигателя.

Ознакомьтесь с каталогом «высокооборотистый электродвигатель», нажмите здесь.

Сейчас эксперты пытаются предугадать следующий шаг Nikola Motors. Как известно, компания не спешит отказываться от своих наработок водородной инфраструктуру, но при этом эффективность водородных грузовиков значительно ниже, чем у электрических моделей. Проблем всего три: стоимость водородных тягачей выше, заправлять негде (в Америке больше электрических заправочный станций), а мощность электродвигателей в несколько раз больше, чем у водородных.

Какая компания победит в гонке за создание лучшего двигателя для грузовиков? Как вы считаете, что лучше водородный или электродвигатель? Пишите свое мнение внизу, делитесь статьей с друзьями, и мы надеемся ваши ответы помогут другим пользователям определиться со своей позицией.

Батареи для Tesla и накопителей электроэнергии: кто лидеры инноваций? | Экономика в Германии и мире: новости и аналитика | DW

Если ключевой элемент традиционного автомобиля — двигатель внутреннего сгорания, то во все более популярных электромобилях это — аккумуляторная батарея: от нее зависят дальность пробега, скорость зарядки, вес и, главное, цена машины.

Если в традиционной электроэнергетике принципиальную роль играет турбина, то для развития все более популярных возобновляемых источников энергии (ВИЭ) крайне важны накопители энергии: без них не решить главную проблему ветряных и солнечных электростанций — зависимость от переменчивости погоды.

Илон Маск: новое поколение аккумуляторов и Tesla за 25 000 долларов

Так что батареи и аккумуляторы — это сейчас одно из магистральных направлений технологического развития на планете. Весьма симптоматично, что американский предприниматель Илон Маск решил устроить 22 сентября специальную онлайн-презентацию под названием Tesla Battery Day, а Европейское патентное ведомство (EPO) и Международное энергетическое агентство (IEA) провели совместное исследование «Инновации в области батарей и накопителей электроэнергии». Его результаты опубликовали в тот же день.  

Электромобили Tesla на территории завода комапнии в Фримонте ждут отправки покупателям

Для главы компании Tesla аккумуляторные батареи — это ключ к массовому рынку. «У нас нет доступного автомобиля, но он у нас будет. Однако для этого мы должны снизить стоимость батарей», — заявил Илон Маск в ходе презентации, за которой в интернете следили 270 000 зрителей. Он обещал примерно через три года наладить серийное производство нового поколения аккумуляторов, которые будут существенно мощнее и долговечнее нынешних, но обойдутся в два раза дешевле.

И тогда, заверил Илон Маск, «мы сможем выпускать очень убедительный электромобиль по цене 25 тысяч долларов» (это примерно 21 000 евро). Глава Tesla объявил, что на первом этапе выпускать аккумуляторы нового поколения будут вблизи головного завода компании в калифорнийском Фримонте, для чего потребуется специальная монтажная линия. Одновременно предприниматель сообщил, что на гигафабрике Tesla в Неваде будет налажена утилизация отслуживших аккумуляторных батарей.

Кобальт от «Норникеля» может и не понадобиться

Для России особенно важно то, что батареи нового поколения планируется выпускать практически без использования редкого, а потому весьма дорогого металла кобальта. Его единственным российским производителем и экспортером является компания «Норникель» в Норильске.

Кобальтовые слитки на заводе «Норникель». Главные производители этого металла — ДР Конго и Китай

После Battery Day курс акций Tesla, стремительно взлетевший в этом году, что превратило американского производителя электромобилей в самого дорогостоящего автостроителя мира, упал. Биржевых инвесторов и спекулянтов разочаровало то, что Илон Маск говорил о среднесрочной перспективе в три года, а они, похоже, рассчитывали на анонс немедленных прорывов.

Одновременно несколько снизились котировки акций поставщиков батарей для Tesla — японской корпорации Panasonic и южнокорейской LG Chem, входящей в группу LG. Но это тоже не более чем сиюминутное недовольство биржевых игроков: средне- и долгосрочные перспективы этих компаний представляются весьма многообещающими. Об этом свидетельствует совместное исследование Европейского патентного ведомства и Международного энергетического агентства.  

Аккумуляторы для электромобилей подешевели почти на 90%

Эксперты двух организаций проанализировали зарегистрированные с 2000 по 2018 годы патенты на изобретения и разработки в сфере аккумуляторных батарей и накопителей энергии, и на основании этого весьма объективного критерия сделали целый ряд выводов.

До 2011 года разработчики сосредотачивались на совершенствовании аккумуляторов для смартфонов

Первый и главный из них: «В последние десять лет патентирование в сфере хранения электроэнергии росло существенно быстрее патентирования в других сферах». Иными словами, именно на этом направлении сосредоточены сейчас особенно крупные материальные и интеллектуальные ресурсы, именно здесь накапливаются многочисленные инновации.

Авторы исследования обнаружили, что число патентов, связанных с аккумуляторными батареями для электромобилей, еще в 2011 году превысило число патентов из области батарей для мобильной бытовой электроники (прежде всего смартфонов), и с тех пор неуклонно растет. Они также подсчитали, что особое внимание изобретателей к литий-ионным технологиям привело к тому, что с 2010 года аккумуляторы для электромобилей подешевели почти на 90%, а аккумуляторы для стационарных установок в электроэнергетике — примерно на две трети.  

Япония и Южная Корея — лидеры в области батарейных технологий

Второй ключевой вывод исследования: «Япония и Республика Корея являются лидерами в глобальном соревновании в области батарейных технологий, что заставляет другие страны пытаться добиться конкурентных преимуществ в определенных нишах вдоль цепочки создания дополнительной стоимости при производстве батарей». Если говорить более просто: догнать ушедшие в этой сфере далеко вперед две азиатские страны уже настолько трудно, что остальным приходится довольствоваться узкой специализацией в отдельных сегментах.         

Аккумуляторные батареи для электромобилей — это сложная высокотехнологичная продукция

Так, девять из десяти крупнейших обладателей патентов — компании из Азии: семь японских во главе с Panasonic и Toyota, а также южнокорейские Samsung и LG Electronics. Единственный представитель других континентов в Топ-10 — немецкий концерн Bosch, занявший пятое место.

В Топ-25 ближе к концу вошли также немецкие Daimler, BASF и Volkswagen. Всего же в этом списке шесть представителей Европы: это еще ирландская многопрофильная компания Johnson Controls и французский научно-исследовательский институт атомной и альтернативной энергетики CEA. Америка представлена автостроителями General Motors и Ford.

Разные типы аккумуляторов: NMC, NCA и LFP

Вклад Китая в глобальное развитие батарейных технологий, отмечается в исследовании, к 2018 году практически сравнялся с американским и приблизился к европейскому. Явная специфика Европы и США — значительно число патентов регистрируют малые и средние предприятия, а также вузы и государственные научно-исследовательские институты. В Азии подавляющее большинство изобретений приходится на крупные концерны.

Третий вывод исследования касается перспективных направлений инновационной деятельности. В минувшем десятилетии стремительно нарастало число патентов, связанных с литий-никель-марганец-кобальт-оксидными аккумуляторами (NMC). Теперь многообещающей альтернативой, полагают авторы исследования, становятся литий-никель-кобальт-алюминий-оксидные аккумуляторы (NCA), которые, к примеру, производит Panasonic и использует Tesla.

BYD — крупнейший китайский производитель электрических легковых машин и автобусов

Однако стремление снизить долю кобальта или вовсе от него отказаться приведет к тому, что будет расти роль литий-железо-фосфатных аккумуляторов (LFP), на которые тоже делает ставку Tesla, а также, к примеру, китайский автостроитель BYD, указывается в исследовании. Если в 2010 году практически вообще не было патентов, связанных с данной технологией, то в последние годы их число стало заметно нарастать.

Поэтому можно предположить, что ее разработчикам просто еще нужно пару лет. Может быть, как раз те три года, о которых Илон Маск говорил на Tesla Battery Day. 

Смотрите также:

• Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

  Электростанция из аккумуляторов

  Как хранить в промышленных масштабах излишки электроэнергии, выработанной ветрогенераторами и солнечными панелями? Соединить как можно больше аккумуляторов! В Германии эту технологию с 2014 года отрабатывают в институте общества Фраунгофера в Магдебурге (фото). По соседству, в Шверине, тогда же заработала крупнейшая в Европе коммерческая аккумуляторная электростанция фирмы WEMAG мощностью 10 МВт.

• Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

  Большие батареи на маленьком острове

  Крупнейшие аккумуляторные электростанции действуют в США и странах Азии. А на карибском острове Синт-Эстатиус (Нидерландские Антилы) с помощью этой технологии резко снизили завоз топлива для дизельных электрогенераторов. Днем местных жителей, их около 4 тысяч, электричеством с 2016 года снабжает солнечная электростанция, а вечером и ночью — ее аккумуляторы, установленные фирмой из ФРГ.

• Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

  Главное — хорошие насосы

  Гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС) — старейшая и хорошо отработанная технология хранения электроэнергии. Когда она в избытке, электронасосы перекачивают воду из нижнего водоема в верхний. Когда она нужна, вода сбрасывается вниз и приводит в действие гидрогенератор. Однако далеко не везде можно найти подходящий водоем и нужный перепад высот. В Хердеке в Рурской области условия подходящие.

• Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

  Место хранения — норвежские фьорды

  Оптимальные природные условия для ГАЭС — в норвежских фьордах. Поэтому по такому кабелю с 2020 года подводная высоковольтная линия электропередачи NordLink длиной в 623 километра и мощностью в 1400 МВт будет перебрасывать излишки электроэнергии из ветропарков Северной Германии, где совершенно плоский рельеф, на скалистое побережье Норвегии. И там они будут храниться до востребования.

• Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

  Электроэнергия превращается в газ

  Избытки электроэнергии можно хранить в виде газа. Методом электролиза из обычной воды выделяется водород, который с помощью СО2 превращается в метан. Его закачивают в газохранилища или на месте используют для заправки автомобилей. Идея технологии Power-to-Gas родилась в 2008 году в ФРГ, сейчас здесь около 30 опытно-промышленных установок. На снимке — пилотный проект в Рапперсвиле (Швейцария).

• Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

  Водород в сжиженном виде

  Идея Power-to-Gas дала толчок разработкам в разных направлениях. Зачем, к примеру, превращать в метан полученный благодаря электролизу водород? Он и сам по себе отличное топливо! Но как транспортировать этот быстро воспламеняющийся газ? Ученые университета Эрлангена-Нюрнберга и фирма Hydrogenious Technologies разработали технологию его безопасной перевозки в цистернах с органической жидкостью.

• Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

  В чем тут соль?

  Соль тут в тех круглых резервуарах, которые установлены посреди солнечной электростанции на краю Сахары близ города Уарзазат в Марокко. Хранящаяся в них расплавленная соль выступает в роли аккумуляторной системы. Днем ее нагревают, а ночью используют накопленное тепло для производства водяного пара, подаваемого в турбину для производства электричества.

• Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

  Каверна в роли подземной батарейки

  На северо-западе Германии много каверн — пещер в соляных пластах. Одну из них энергетическая компания EWE и ученые университета Йены превратили в полигон для испытания технологии хранения электроэнергии в соляном растворе, обогащенном особыми полимерами, которые значительно повышают эффективность химических процессов. По сути дела, речь идет о попытке создать гигантскую подземную батарейку.

• Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

  Крупнейший «кипятильник» Европы

  Человечество давно уже использует тепло для производства электроэнергии. Возобновляемая энергетика поставила задачу, наоборот, превращать электричество, в том числе и избыточное, в тепло (Power-to-Heat). Строительство в Берлине крупнейшего «кипятильника» Европы мощностью 120 МВт для отопления 30 тысяч домашних хозяйств компания Vattenfall намерена завершить к концу 2019 года.

• Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

  Накопители энергии на четырех колесах

  Когда по дорогам мира будут бегать миллионы электромобилей с мощными аккумуляторными батареями, они превратятся в еще один крупный накопитель энергии из возобновляемых источников. Этому поспособствуют умные сети энергоснабжения (Smart grid): они будут стимулировать подзарядку по низким ценам в моменты избытка электричества. (На фото — заправка для электромобилей в Китае).

  Автор: Андрей Гурков

 

 

Характеристики мощности и крутящего момента

Tesla All Wheel Drive (Dual Motor)

Программа тест-драйва Оцените мощность двух двигателей сегодня

Попытка напрямую связать мощность в лошадиных силах в автомобилях, работающих на бензине, с мощностью в лошадиных силах электромобиля — сложная задача. Физика силовой установки электромобиля сильно отличается от бензиновой. В электромобиле электрохимические реакции в литий-ионных элементах создают электричество.Это электричество проходит через силовую электронику, которая регулирует напряжение и ток, а затем течет к электромагнитам в двигателе, которые создают мощные магнитные поля, вращающие вал и вращающие колеса. Мощность, необходимая для вращения этого вала, в наибольшей степени соответствует традиционным единицам измерения мощности. Однако на самом деле цепочка начинается с электрохимических реакций, которые происходят в аккумуляторной батарее. В зависимости от температуры, уровня заряда и возраста аккумулятора количество извлекаемой электроэнергии может сильно различаться.

Существует некоторая путаница в отношении нашей методологии определения «эквивалентных» значений мощности в лошадиных силах для наших полноприводных двухмоторных транспортных средств — версии «D» модели S. Мы надеемся, что этот документ ответит на эти вопросы.

Электрическая мощность в лошадиных силах

Определение электрической мощности в лошадиных силах не очень интуитивно понятно. Киловатты или мегаватты — гораздо более полезная единица измерения. Одно только электричество не может генерировать физическое движение, как лошадь или двигатель, работающий на топливе.Электродвигатель преобразует электричество в движение. Думайте об электроэнергии, как о потоке топлива из бака в двигатель. Различные ситуации (низкий уровень заряда, низкие температуры и т. Д.) Могут уменьшить этот поток электронов ниже предельной мощности электродвигателя. В других случаях потенциальный поток электричества может превышать мощность электродвигателя (нагретая батарея, кратковременные ускорения и т. Д.). Поскольку номинальная электрическая мощность аккумулятора варьируется, это не точное число, которое можно использовать для определения физических возможностей электромобиля.Мощность на валу двигателя, когда он работает отдельно, является более стабильным показателем. Фактически, только эта (одиночная или комбинированная) мощность на валу двигателя в лошадиных силах должна быть указана в Европейском Союзе по закону.

Сравнение двух двигателей с одним двигателем (P85 и P85D)

Номинальная мощность на валу заднеприводного одномоторного двигателя модели S является простой и составляет примерно 360-470 л.с. в зависимости от варианта (60, 85 или P85) . Кроме того, он в целом похож, но не то же самое, что и выходная электрическая мощность аккумулятора.Разница наиболее очевидна для водителей, когда батарея находится на очень низком уровне SoC. В этом состоянии химические реакции генерируют меньшее напряжение и меньшую эквивалентную мощность, хотя физический электродвигатель не изменился. Максимальный крутящий момент, на который способны электродвигатели, практически не изменяется при изменении мощности батареи, даже если максимальная мощность на валу уменьшается по мере уменьшения мощности батареи.

Когда мы выпустили полноприводный P85D, мы применили простой и последовательный подход, указав совместную мощность двух электродвигателей, переднего и заднего.Крутящий момент от двух двигателей объединяется, что приводит к огромному увеличению ускорения, которое вы чувствуете в P85D. Вот почему безумный режим так восхитителен. Автомобиль разгоняется чуть быстрее, чем 1g, обеспечивая потрясающую скорость разгона до 100 км / ч (96,6 км / ч) за 3,1 секунды. Это ускорение было подтверждено Motor Trend с использованием базового автомобиля и водителя среднего веса. Следует отметить, что более крупный пассажир и дополнительные опции, увеличивающие вес, уменьшат ускорение. Кроме того, стандарт Motor Trend исключает первые 28 см выката.Включение этого развертывания добавляет примерно 0,2 секунды к ускорению.

Еще одно замечание: в то время как бензиновые автомобили становятся хуже с высотой, электромобили становятся быстрее. Все автомобили испытывают пониженное сопротивление воздуха, но автомобили с бензиновым двигателем становятся все более лишенными кислорода, чем выше они едут. Тест Motor Trend был проведен примерно на уровне моря, поэтому Model S будет превосходить автомобиль внутреннего сгорания с таким же номинальным ускорением при увеличении высоты.

С мощностью на валу, исходящей от двигателей, ситуация не всегда так проста, как перед + зад.По мере того, как мы повышали мощность комбинированного двигателя все выше и выше, количество раз, когда химическая мощность аккумулятора ниже, чем мощность комбинированного двигателя, увеличивается.

Кроме того, система полного привода в двухмоторных автомобилях распределяет доступную электрическую мощность для максимального увеличения крутящего момента (и мощности) в соответствии с условиями сцепления с дорогой и переносом веса в автомобиле. Например, при резком ускорении вес переносится на заднюю часть автомобиля. Передний двигатель должен уменьшать крутящий момент и мощность, чтобы предотвратить пробуксовку передних колес.Эта мощность подается на задний двигатель, где ее можно сразу использовать. Обратное происходит при торможении, когда передний двигатель может воспринимать больший тормозной момент и мощность рекуперативного торможения.

Полный привод 85D и 70D

Некоторая путаница возникает из-за того, что в автомобилях 85D и 70D объединенная мощность на валу двигателя очень похожа на электрическую мощность аккумулятора во многих нормальных условиях. Суммарная мощность на валу двигателя P85D часто может превышать доступную электрическую мощность аккумулятора.Двойные двигатели используют мощность аккумулятора в самых разнообразных реальных условиях. Истинными критериями для любого водителя электромобиля являются время разгона и ходовые качества автомобиля.

JB Straubel

Индукционные и бесщеточные двигатели постоянного тока

Wally Rippel является давним сторонником электромобилей. До прихода в Tesla Motors он работал инженером в AeroVironment, где помогал разработать EV1 для General Motors и снялся в документальном фильме «Кто убил электромобиль?». Уолли также работал в Лаборатории реактивного движения над исследованиями аккумуляторных батарей электромобилей, среди других проектов.В 1968 году, будучи студентом Caltech , он построил электромобиль (переоборудованный микроавтобус Volkswagen 1958 года) и выиграл Великую трансконтинентальную гонку электромобилей против Массачусетского технологического института.

Один размер не подходит всем
В этом одиозном мире газовых автомобилей не все двигатели одинаковы. Существуют конфигурации с плоской головкой, полусферической, прямой, противоположной и V-образной формы. И так далее. Можно было подумать, что много лет назад кто-нибудь придумал, что лучше.Это бы положило конец всему выбору, и после этого в производстве был бы только один лучший тип двигателя. Не так. Не существует одного наилучшего типа двигателя, скорее, существуют разные типы двигателей, отвечающие личным требованиям, таким как цена и производительность. Это также верно для приводов электромобилей.

Когда у меня были волосы на голове и я носил логарифмическую линейку, были свинцово-кислотные батареи, щеточные двигатели постоянного тока и контроллеры контакторов. Сегодня ничего из этого не осталось (включая мои волосы). Свинец был заменен литием, а постоянный ток — бесщеточным или индукционным.Между тем, на смену контакторам пришли модулирующие инверторы. Итак, каждый из этих элементов также устареет в ближайшем будущем или возможно, что некоторая «стабильность» может быть под рукой? Без хорошего хрустального шара трудно предсказать будущее. Однако я предполагаю, что и индукционные, и бесколлекторные машины еще долгие годы «победят». У каждого будут свои верные сторонники и религиозные недоброжелатели.

Пристальный взгляд
Итак, что это за две технологии? Как они работают? Что их отличает? А что у них общего? Начнем с бесщеточных приводов постоянного тока.

В бесщеточных машинах ротор включает в себя два или более постоянных магнита, которые создают постоянное магнитное поле (если смотреть с точки обзора ротора). В свою очередь, это магнитное поле входит в сердечник статора (сердечник, состоящий из тонких слоистых пластин) и взаимодействует с токами, протекающими внутри обмоток, создавая крутящий момент между ротором и статором. По мере вращения ротора необходимо, чтобы величина и полярность токов статора постоянно менялись — и правильно — так, чтобы крутящий момент оставался постоянным, а преобразование электрической энергии в механическую было оптимально эффективным.Устройство, обеспечивающее этот контроль тока, называется инвертором. Без него бесщеточные двигатели — бесполезные двигатели.

Перейдем к асинхронным двигателям. Предшественник трехфазного асинхронного двигателя был изобретен Никола Тесла примерно до 1889 года. Любопытно, что статоры трехфазного асинхронного двигателя и бесщеточного двигателя постоянного тока практически идентичны. Оба имеют три набора «распределенных обмоток», вставленных в сердечник статора. Существенная разница между двумя машинами заключается в роторе.

В отличие от бесщеточного ротора постоянного тока, индукционный ротор не имеет магнитов — только уложенные друг на друга стальные пластины с заглубленными периферийными проводниками, которые образуют «закороченную структуру». Токи, протекающие в обмотках статора, создают вращающееся магнитное поле, которое входит в ротор. В свою очередь, частота этого магнитного поля, «видимого» ротором, равна разнице между приложенной электрической частотой и «частотой» вращения самого ротора. Соответственно, на закороченной конструкции существует индуцированное напряжение, которое пропорционально этой разнице скоростей между ротором и электрической частотой.В ответ на это напряжение в проводниках ротора возникают токи, которые приблизительно пропорциональны напряжению, следовательно, разнице скоростей. Наконец, эти токи взаимодействуют с исходным магнитным полем, создавая силы, составляющей которых является желаемый крутящий момент ротора.

Когда 3-фазный асинхронный двигатель подключен к 3-фазному источнику питания, крутящий момент создается с самого начала; мотор имеет возможность запускаться под нагрузкой. Инвертор не нужен. (Если бы потребовался инвертор, изобретение Теслы было бы бесполезно примерно до 1960-х годов.) Тот факт, что асинхронные двигатели напрямую совместимы с обычными электросетями, является основной причиной их успеха. Напротив, бесщеточный двигатель постоянного тока не создает пусковой крутящий момент при прямом подключении к электросети с фиксированной частотой. Им действительно нужна помощь инвертора, чья «фаза» поддерживается в соответствии с угловым положением ротора.

Хотя трехфазные асинхронные двигатели очень полезны, они также имеют некоторые серьезные ограничения. Они не могут работать от постоянного тока; AC — необходимость.Скорость вала пропорциональна частоте сети. Следовательно, при использовании от электросети они представляют собой машины с постоянной скоростью. Наконец, при работе от электросети они имеют ограниченный пусковой крутящий момент и несколько ограниченные возможности максимального рабочего крутящего момента по сравнению с машинами постоянного тока.

Добавьте инвертор (без какого-либо управления с обратной связью), и становится возможным питание асинхронной машины от батареи или другого источника постоянного тока; регулировка скорости также становится возможной, просто регулируя частоту инвертора.Тем не менее, характеристики крутящего момента низкие по сравнению с машинами постоянного тока. Добавьте несколько контуров обратной связи, чтобы инвертор вырабатывал именно ту частоту, которая «нужна» двигателю, и теперь асинхронный двигатель может конкурировать с бесщеточными двигателями постоянного и постоянного тока в транспортных средствах.

Бесщеточный или индукционный?
Еще в 1990-х годах все электромобили, кроме одного, были оснащены бесщеточными приводами постоянного тока. Сегодня все без исключения гибриды питаются от бесщеточных приводов постоянного тока. Единственное известное применение индукционных приводов было General Motors EV-1; двигательные установки переменного тока, в том числе церо; и Tesla Roadster.

В бесщеточных и асинхронных приводах постоянного тока используются двигатели с одинаковыми статорами. Оба привода используют 3-фазные модулирующие инверторы. Единственные различия — это роторы и инверторное управление. А с цифровыми контроллерами единственная разница в управлении заключается в управляющем коде. (Для бесщеточных приводов постоянного тока требуется датчик абсолютного положения, в то время как для индукционных приводов требуется только датчик скорости; эти различия относительно невелики.)

Одно из основных отличий заключается в том, что бесщеточный привод постоянного тока вырабатывает гораздо меньше тепла ротора.Охлаждение ротора проще, и пиковая эффективность этого привода обычно выше. Бесщеточный привод постоянного тока также может работать с единичным коэффициентом мощности, тогда как лучший коэффициент мощности для индукционного привода составляет около 85 процентов. Это означает, что пиковая энергоэффективность бесщеточного привода постоянного тока обычно будет на несколько процентных пунктов выше, чем для асинхронного привода.

В идеальном бесщеточном приводе сила магнитного поля, создаваемого постоянными магнитами, могла бы регулироваться.Когда требуется максимальный крутящий момент, особенно на низких скоростях, напряженность магнитного поля (B) должна быть максимальной, чтобы токи инвертора и двигателя поддерживались на минимально возможных значениях. Это сводит к минимуму потери I² R (сопротивление току²) и тем самым оптимизирует эффективность. Точно так же, когда уровни крутящего момента низкие, поле B должно быть уменьшено так, чтобы потери на завихрение и гистерезис из-за B также были уменьшены. В идеале B следует отрегулировать так, чтобы сумма потерь на завихрение, гистерезис и I² была минимальной.К сожалению, нет простого способа изменить B с помощью постоянных магнитов.

Напротив, индукционные машины не имеют магнитов, а поля B являются «регулируемыми», поскольку B пропорционально V / f (напряжение к частоте). Это означает, что при малых нагрузках инвертор может снижать напряжение, так что магнитные потери уменьшаются, а эффективность увеличивается до максимума. Таким образом, индукционная машина при работе с интеллектуальным инвертором имеет преимущество по сравнению с бесщеточной машиной постоянного тока — можно компенсировать магнитные потери и потери проводимости, чтобы оптимизировать эффективность.Это преимущество становится все более важным по мере увеличения производительности. В бесщеточном режиме постоянного тока с увеличением размера машины пропорционально увеличиваются магнитные потери, а эффективность при частичной нагрузке падает. При индукции по мере увеличения размера машины потери не обязательно растут. Таким образом, индукционные приводы могут быть предпочтительным подходом там, где желательна высокая производительность; пиковая эффективность будет немного меньше, чем с бесщеточным постоянным током, но средняя эффективность может быть лучше.

Постоянные магниты дорогие — около 50 долларов за килограмм.Роторы с постоянными магнитами (PM) также сложны в обращении из-за очень больших сил, которые вступают в действие, когда что-либо ферромагнитное приближается к ним. Это означает, что асинхронные двигатели, вероятно, сохранят преимущество в стоимости по сравнению с машинами с постоянным магнитом. Кроме того, из-за способности асинхронных машин ослаблять поля номинальные характеристики инверторов и их стоимость оказываются ниже, особенно для высокопроизводительных приводов. Поскольку прядильные асинхронные машины вырабатывают небольшое напряжение или не вырабатывают его вообще без возбуждения, их легче защитить.
Чуть не забыл: индукционные машины сложнее управлять. Законы управления более сложны и трудны для понимания. Достижение стабильности во всем диапазоне крутящего момента-скорости и перегрева при индукции труднее, чем при использовании бесщеточного двигателя постоянного тока. Это означает дополнительные затраты на разработку, но, скорее всего, незначительные повторяющиеся затраты или их отсутствие.

По-прежнему нет победителя
Я пришел к выводу, что бесщеточные приводы постоянного тока, вероятно, будут продолжать доминировать на рынке гибридных и будущих подключаемых гибридных устройств, и что индукционные приводы, вероятно, сохранят доминирующее положение среди высокопроизводительных чисто электрических двигателей.Вопрос в том, что произойдет, если гибриды станут более энергоемкими и их производительность возрастет? Тот факт, что так много аппаратного обеспечения является общим для обоих приводов, может означать, что мы увидим индукцию и бесщеточную работу постоянного тока в реальном времени и работаем бок о бок в наступающей золотой эре гибридных и электрических транспортных средств.

заряженных электромобилей | EV West представляет двигатель ящика Tesla для проектов преобразования электромобилей

EV West представляет двигатель ящика Tesla для проектов преобразования электромобилей

Размещено 28 октября 2020 г., автор: Чарльз Моррис, в рубрике Newswire, Транспорт.

Универсальный магазин по переоборудованию

EV Компания EV West объявила о выпуске нового моторного комплекта Tesla, предназначенного для преобразования маслкаров V8 в электромобили. В комплект поставки входит полный привод Tesla, включая инвертор и монтажные кронштейны.

«Наш новый ящик Revolt Tesla для мотора крепится к вашим маленьким блочным моторам и прикрепляется непосредственно к вашему карданному валу, что позволяет вам использовать существующую заднюю ось», — говорит EV West.

Электродвигатели Tesla

уже пользуются популярностью у любителей переоборудования.Новый продукт EV West должен значительно упростить процесс монтажа двигателя.

Вопреки тому, что некоторые считают (и что сообщают несколько доверчивых СМИ), преобразование бензинового автомобиля в электрический привод обычно не считается дешевой альтернативой покупке OEM-автомобиля. Представитель EV West сказал фанату EV Роберту Стрейту, что новый моторный блок ящика, который должен быть доступен через месяц или два, будет стоить около 30000 долларов, и подсчитал, что добавление аккумуляторной батареи и других необходимых компонентов может повлечь за собой стоимость полной трансмиссии. примерно до 50 000 долларов.

Сложив стоимость оригинального автомобиля и квалифицированную рабочую силу, вы можете обнаружить, что стоимость конверсии выше, чем стоимость совершенно новой Tesla. Переоборудование предназначено для тех, кто привязан к конкретному старинному автомобилю и может позволить себе платить за то, что они хотят, или для талантливых людей, которые любят сложные задачи.

Как бы то ни было, рынок конверсии процветает (как и рынок кастомизированных, модифицированных и настроенных автомобилей с ДВС). EV West заявляет, что у нее огромный портфель по переоборудованию автомобилей клиентов.Назовите любой автомобиль, который вам нравится, от самого простого до самого престижного, и, вероятно, где-нибудь на дороге найдется его электрифицированная версия. В фотоальбоме EV представлены технические подробности более четырех тысяч преобразований, от газонокосилок до Lamborghini.

Источник: Electrek

Теги: EV West, Tesla Model S

Это привод Tesla Model S Plaid

Tesla продемонстрировала на мероприятии по доставке Model S Plaid приводные устройства, отвечающие за потрясающую производительность, в том числе (0-60 миль в час на 1.99 секунд, включая развертывание).

Напомним, что в отличие от стандартной двухмоторной установки, автомобили Plaid комплектуются всего тремя электродвигателями. Один спереди для передней оси и два сзади для задних колес с системой векторизации крутящего момента. Общая мощность системы составляет 1020 л.с. (около 760 кВт).

Приводы объединяют высокоскоростной электродвигатель, инвертор и односкоростную трансмиссию (несмотря на то, что максимальная скорость составляет до 200 миль / ч (322 км / ч).

Максимальная скорость будет доступна при установке соответствующих колес и шин (доступно осенью 2021 года).

Электропривод Tesla Model S Plaid

Электропривод Tesla Model S Plaid

Одним из ключевых элементов новых приводов являются роторы с углеродными втулками, впервые применяемые в серийном производстве.

Илон Маск объяснил на мероприятии, что такого двигателя раньше не было, и для этого потребовалось разработать специальную новую машину, которая производит роторы.

Двигатель должен вращаться с очень высоким напряжением, так как медь и углерод имеют разные тепловые характеристики, а воздушный зазор очень плотный.

Надеюсь, он выдержит частые скачки напряжения, которые захотят испытать энтузиасты.

Электропривод Tesla Model S Plaid — роторы

Конечным результатом является очень хорошая кривая мощности автомобиля Plaid, намного превосходящая предыдущие ключевые автомобили Tesla Model S, несмотря на то, что на момент выпуска каждая из них была государственной ультрасовременный.

Tesla Model S Plaid Day: Perfect Power Curve

Удивительно, что в течение девяти лет мы видим такой большой прогресс, и мы все еще находимся в начале пути.

Еще одна важная вещь в обновленных автомобилях Tesla — это новые аккумуляторные блоки. Батарейные модули и аккумуляторные блоки были переработаны, но по-прежнему состоят из 1865 цилиндрических ячеек.

Это позволяет принимать более высокую мощность зарядки, а также разряд при более высокой мощности, в том числе в 5 раз большее количество высокоскоростных пробежек на четверть мили по сравнению с предыдущей архитектурой перед дросселированием из-за перегрева.

Для улучшения тепловых характеристик Tesla использует свою «новейшую и лучшую» систему теплового насоса (HVAC).Он улучшает эффективность обогрева в холодную погоду, но также является ключом к охлаждению трансмиссии (благодаря радиатору в два раза большего размера).

Tesla Model S Plaid с тепловым насосом

Теперь остается только подождать и посмотреть на ускорение новой Tesla Model S Plaid с лучшими ДВС и топовыми электромобилями других производителей.

43 Фото

Tesla Model S Plaid технические характеристики

• 390 миль (628 км) от EPA est.диапазон
Емкость аккумулятора
• : нет данных
• 0-60 миль / ч (96,5 км / ч) за 1,99 секунды (* с вычитанием выката)
• 1/4 мили 9,23 @ 155 миль в час
• максимальная скорость 200 миль / ч (322 км) † при использовании подходящих колес и шин (доступно осенью 2021 г.)
• трехмоторный полный привод (один двигатель спереди и два двигателя сзади)
Мощность системы
• : 1020 л.с. (около 760 кВт)
• Быстрая зарядка постоянным током: при мощности до 250 кВт (нагнетатели)
  может восполнить 187 миль (301 км) за 15 минут
• Коэффициент сопротивления 0.208 кд
• Колеса 19 «или 21»
• Cargo 28 куб.футов
• Вес 4,766 фунтов (2,162 кг)

Посмотрите это видео, чтобы узнать, что внутри двигателя Tesla.

Вы когда-нибудь хотели развалиться на части и посмотреть, что внутри двигателя Tesla? Этот ютубер сделал это за вас.

Хотите знать, что заставляет Tesla тикать? YouTube-канал What’sInside глубоко погрузился в двигатель Tesla, чтобы показать вам, что происходит под капотом.

Как говорит один человек в видео, до того, как двигатель будет разобран, «в Интернете не так много информации об этом». Еще одна причина разобрать его и посмотреть.

Некоторые из деталей и материалов, которые ютуберы нашли внутри двигателя Tesla Model S 2012 года, включают синюю охлаждающую жидкость, трансмиссионную жидкость, большой компьютерный процессор, печатные платы и гигантские шестерни.

Как правильно отмечают многие комментаторы видео, название видео (Что внутри Tesla Engine?) На самом деле неправильное.Автомобили Tesla не оснащены двигателями внутреннего сгорания.

Вместо двигателя автомобили Tesla (как и все другие полностью электрические автомобили) содержат двигатель, который приводится в действие мощной аккумуляторной батареей автомобиля.

Бензиновые двигатели внутреннего сгорания более подвержены износу. Для сравнения, у электродвигателя меньше движущихся частей, которые, тем не менее, невероятно технологичны.

По сути, то, что мы видим в этом видео, заключено во многих наших повседневных объектах, таких как смартфоны, в гораздо более простой форме.

Видео дает захватывающее представление о внутренней работе одного из самых современных электродвигателей.

Более того, поскольку это модель 2012 года, Tesla с тех пор усовершенствовала двигатель.

В первую очередь, возможно, генеральный директор Tesla Илон Маск недавно сказал, что для своего Tesla Semi компания стремится иметь максимальную дальность действия около 600 миль.

Технология электромоторов Tesla настолько продвинута, что, как сообщает Elektrek , руководитель грузовых автомобилей Daimler сказал, что Tesla Semi «обогнала их» со своей впечатляющей технологией.

Он также предположил, что компания Илона Маска нарушает законы физики.

Дело не только в батарее, ребята

Двигатели внутреннего сгорания существуют уже около 140 лет. За это время мы полностью разобрались во всех их нюансах. Мы можем поговорить с нашими друзьями о степени сжатия, мощности и фазах газораспределения. Мы знаем преимущества рабочего объема и эффективность турбин. Встречающиеся машины быстро превращаются в океаны лопнувших капотов. Даже самые передовые технологии двигателей в новейшем гиперкаре тщательно анализируются автомобильными СМИ.Мы знаем двигатели. Мы говорим о двигателях. Нам нравятся двигатели .

Но мы не любим моторы , то есть электрические. Вы знаете, те, которые существуют уже почти 250 лет и приводили в движение автомобили в 1880-х годах, пока бензиновые двигатели не обогнали их из-за их запаса хода и быстрой дозаправки. (Один из первых изобретателей асинхронных двигателей переменного тока: Никола Тесла.) Наше коллективное и практически полное отсутствие знаний о том, что на самом деле приводит в движение колеса всех новых электромобилей на дорогах, действительно вызывает недоумение.Насколько серьезна эта проблема? Большинство владельцев электромобилей, вероятно, даже не знают , где моторы в их автомобилях, или сколько их, или как они выглядят.

Что еще хуже: технической информации мало, и ее можно найти только на форумах и сайтах, посвященных узкоспециализированным технологиям. Примите во внимание также тот факт, что наш собственный Алекс Рой только что сделал обзор новенькой Tesla Model 3 и в 4000 тщательно продуманных словах ни разу не упомянул двигатель.

Не то чтобы его можно было винить: на странице Tesla Motors о Model 3, которая включает раздел «спецификации», сам двигатель вообще не упоминается.Кроме того, в прошлогодней заявке компании в Агентство по охране окружающей среды на получение сертификата соответствия для автомобиля 250 слов было посвящено описанию батареи, но только 20 — двигателю. (Это «3-фазный 6-полюсный двигатель переменного тока с внутренними постоянными магнитами» мощностью 258 л.с. или 192 кВт и крутящим моментом 317 фунт-фут, если вам интересно.) Точно так же страница Chevrolet о его новом Bolt EV не упоминает двигатель, за исключением того, что у автомобиля есть «электропривод». Даже BMW — компания, у которой буквально означает «двигатель» вместо среднего имени — только соизволила раскрыть на своей странице продукта i3, что двигатель «синхронный по переменному току».Между тем, двигатель базовой модели 3-й серии, описанный несколькими щелчками мыши, описывается как «2,0-литровый рядный 4-цилиндровый 16-клапанный двигатель BMW TwinPower Turbo мощностью 180 л.с., который сочетает в себе турбонагнетатель с двойной спиралью и регулируемым клапаном. (Double-VANOS и Valvetronic) и высокоточный прямой впрыск ». Это до того, как сайт перейдет к описанию электронного управления дроссельной заслонкой двигателя, функции автоматического запуска и остановки, системы прямого зажигания с контролем детонации, электронного управления охлаждением двигателя (охлаждение карты), рекуперации энергии торможения и управления динамикой движения с помощью Eco Pro, Comfort, и спортивные настройки.

Среди рецензентов Рой далеко не единственный, кто недооценивает двигатель. В большинстве обзоров электромобилей эта ключевая часть технологии игнорируется, за исключением того, что отмечается ее относительная бесшумность, крутящий момент, простота и низкие долговременные требования к техническому обслуживанию. Большая часть пространства, отведенного под трансмиссию, вместо этого сосредоточена на батарее — ее размера, конструкции и состава, где она находится, какой у нее запас хода, сколько дней требуется для полной зарядки и т. Д.

тесла

Размещение электродвигателя Tesla Model S P 90D

Но тогда трудно винить людей в том, что им наплевать.Большинство потребителей — черт возьми, даже автомобильные фанаты — не обладают знаниями или словарным запасом, чтобы авторитетно говорить об электродвигателях, и на первый взгляд кажется, что есть очень мало признаков того, что есть что-то значимое для обсуждения о них. Гораздо труднее восхищаться, скажем, разницей между постоянными магнитами и индукцией переменного тока, чем между V8 и твин-турбо шестерками. Тот факт, что автопроизводители и средства массовой информации не рекламируют автомобильные инновации, естественно, заставляет общественность предполагать, что там ничего особенного не происходит.

Только вот … это неправда.

Несмотря на то, что у электродвигателя есть собственный век прогресса, многое еще можно сделать. Во-первых, представьте, что большинство автопроизводителей открыли собственное производство двигателей. Если бы не было места для инноваций, они бы просто заказали их из каталога у внешних поставщиков. Более легкие материалы в конструкции двигателя, новые альтернативные решения для редкоземельных магнитов и оптимизированные общие рабочие характеристики для различных требований транспортных средств — все это очень важно для инженеров автомобилестроения.И это только начало, — говорит Венкат Вишванатан, профессор машиностроения в Университете Карнеги-Меллона, изучающий характеристики электромобилей.

«Карта КПД двигателя, то есть его КПД как функция крутящего момента и скорости, определяет энергопотребление для потребительских автомобилей, а характеристики пиковой мощности являются важным фактором для требований высокой производительности», — сказал Вишванатан. «Кроме того, нагрев работающих двигателей на высоких скоростях — это еще одна область, в которой есть возможности для инноваций и развития.

Если немного углубиться, становится ясно, какая часть упомянутой оптимизации и развития действительно происходит. Одним из ключевых вариантов является общий тип двигателя. «Обычно большинство производителей используют синхронные двигатели, но то, является ли это постоянным магнитом или электромагнитом, сильно влияет на производительность», — сказал Вишванатан.

Tesla, например, хотя обычно очень молчаливо рассказывала о своих инновациях, в своей Model 3 внесла существенные изменения в решение использовать электродвигатель с постоянными магнитами вместо асинхронного двигателя переменного тока, который она использовала до сих пор.Ключевое отличие заключается в том, что асинхронные двигатели переменного тока должны использовать электричество для генерации магнитных токов внутри двигателя, которые вызывают вращение ротора, тогда как двигатели с постоянными магнитами не требуют этого дополнительного тока, поскольку его магниты созданы из редкоземельных материалов. — всегда включены. Все это означает, что двигатель Model 3 более эффективен и, следовательно, лучше для небольших и легких автомобилей, но не идеален для высокопроизводительных автомобилей, поскольку асинхронный двигатель переменного тока может производить большую мощность. Chevy Bolt использует аналогичную стратегию по той же причине.

Дженерал Моторс

Электродвигатель Chevrolet Bolt

В других случаях производитель сосредоточится на способах снижения стоимости двигателя, чтобы сделать электромобили более доступными. Геральдо Стефанон, старший технический директор технического центра Toyota в Анн-Арборе, штат Мичиган, говорит, что компания в основном производит свои моторы в Японии, имея в виду оптимизацию производства.

«Наша задача и задачи других автопроизводителей — найти способы упростить производство при одновременном повышении эффективности и производительности двигателей, но с меньшими затратами», — сказал он. «В Prius 2016 года было внесено несколько усовершенствований двигателя, включая использование различных материалов и элементов управления, которые минимизируют затраты и потери мощности. Стоимость Toyota Hybrid System II была снижена более чем на четверть от первоначальной стоимости THS, представленной с первым Prius ».

В своих усилиях по электрификации Honda горячо стремилась к повышению производительности и эффективности, которые могут обеспечить тщательно разработанные двигатели.Его Twin Motor Unit, установленный в гибридных системах кроссовера Acura MDX, седана RLX и суперкара NSX, спроектирован таким образом, чтобы быть компактным, с двумя небольшими 36-сильными моторами, расположенными спина к спине в едином корпусе, расположенном между передней частью (NSX ) или задних (MDX, RLX) колес. Эта конфигурация обеспечивает точное векторизацию крутящего момента в полноприводной установке, когда обычный или гибридный двигатель передает мощность на другую ось. Преимущества в производительности проистекают из способности двигателей поочередно передавать крутящий момент или сопротивление при регулировании мощности на отдельные колеса.Двигатели, как и в других электромобилях и гибридах, также обеспечивают рекуперативное торможение, при котором двигатели действуют как генераторы для зарядки аккумулятора автомобиля при движении накатом или даже обеспечивают тормозное действие благодаря встроенному сопротивлению при выработке этой мощности, если настроено. сделать так.

Honda

Размещение передних моторов в Acura NSX

Кроме того, Honda уменьшила размеры двигателей в новом Accord Hybrid, используя квадратные медные провода вместо круглых в статоре — неподвижной части электродвигателя, которая генерирует переменное магнитное поле для вращения ротора, — поскольку квадратные провода вмещают больше компактно и плотно.Инженеры также использовали три меньших магнита вместо двух больших для двигателя, что помогает улучшить крутящий момент, говорится в сообщении компании. Все эти изменения улучшили мощность автомобиля на 14,8 лошадиных сил, до 181, и крутящий момент на 6 фунт-футов, до 232.

Honda также хорошо известна своими интегрированными электрическими моторами, которые устанавливаются между двигателем и трансмиссией в гибридных моделях. «Приводные двигатели Honda специально разработаны для этих применений», — отметил инженер от имени компании. «Характеристики мощности и крутящего момента, соотношение диаметра / длины, скорость и эффективность охлаждения оптимизированы для достижения желаемой производительности при размещении в ограниченном пространстве.Это не стандартные компоненты ».

В будущем производительность и эффективность двигателей, естественно, будут расти. Некоторые новаторы будут искать магниты, изготовленные с использованием более дешевых и не редкоземельных элементов, как это недавно сделала компания Honda в рамках проекта разработки с Daido Steel. Их неодимовый магнит не содержит тяжелых редкоземельных материалов, но по-прежнему достаточно мощный для использования в транспортных средствах. Скорость мотора также улучшится; сейчас они колеблются от примерно 12 000 до 18 000 об / мин, но исследователи разрабатывают двигатели, которые могут развивать скорость до 30 000 об / мин — с тем преимуществом, что меньший и более легкий двигатель может выполнять работу более крупного, который вращается медленнее.

Также будет улучшено управление температурным режимом, которое еще больше повысит эффективность, и будут разработаны совершенно новые двигатели, такие как сверхлегкие двигатели со ступицей в колесах, которые уже применялись в прошлом, но обычно сдерживаются тяжелым оборудованием. Наконец, сейчас популярность Формулы E растет, а гоночные компании, такие как McLaren и Andretti Motorsport, активно продвигают свои моторные технологии — при этом оттачивая все, от размещения двигателя до управляющей электроники, даже оптимизируя размещение проводов, чтобы минимизировать электронные помехи — это только вопрос до того, как все машины на автосалоне демонстрируют модернизированные электродвигатели.

Мотор Tesla Model 3 — все, что я смог узнать о нем (добро пожаловать в машину)

Любой энтузиаст Tesla хорошо знает, что название, первоначально выбранное для тогдашней Tesla Motors, было основано на конструкции двигателя, приписываемой Николе Тесле, жившему в 19 веке. Практически каждый автомобиль, который производил Tesla, от Roadster до Model S и Model X, был оснащен версией этого почтенного трехфазного асинхронного двигателя переменного тока.

В течение десятилетий после изобретения электродвигатель Nikola был привязан к стационарной трехфазной розетке переменного тока.Асинхронный двигатель был окончательно освобожден от якоря в 1960-х, когда на помощь пришла Кремниевая долина с цифровой электроникой. Это было примерно в 1990 году, когда инженер-индивидуалист Алан Коккони разработал один из первых портативных инверторов , , устройство, которое преобразует постоянный ток (DC) в батарее электромобиля в переменный ток (AC), необходимый для асинхронного двигателя. Комбинация инвертор / двигатель была впервые использована в электромобиле, который в конечном итоге стал GM EV1, а позже Коккони применил улучшенную версию этой трансмиссии в спортивном автомобиле tZERO, который позже был обнаружен соучредителями Tesla Motors Мартином Эберхардом и Марком. Тарпеннингом, а чуть позже Илоном Маском.

Tesla в конечном итоге лицензирует технологию трансмиссии tZERO для родстера. Эти исторические точки, соединенные так, как они были, обозначают основную причину, по которой Tesla Motors использовала асинхронный двигатель в своем первом серийном автомобиле (хотя и со многими улучшениями).

Преимущество асинхронного двигателя в том, что он не требует постоянных магнитов. Постоянные магниты достаточной мощности для раскрутки двигателя электромобиля обычно относятся к редкоземельным элементам, которые печально известны такими атрибутами, как высокая начальная стоимость, возможность размагничивания или поломки, проблемы с поставщиками и изменчивость цен.Но транзистор позволил использовать асинхронный двигатель без PM в транспортном секторе. В асинхронном двигателе используются электромагниты (катушки проволоки, обернутые вокруг сердечника из черного металла), которые можно включать и выключать — или переключать — много раз в секунду благодаря транзисторам с эзотерическими названиями, такими как Complementary Metal Oxide. Полевой транзистор (MOS-FET) и, позже, биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT) .

Асинхронный двигатель, конечно, отличная машина. Но это не идеально. Реализация Tesla использует дорогостоящий и трудный для литья ротор, сделанный из чистой меди. А из-за характера работы асинхронных двигателей ротор имеет тенденцию к нагреванию и даже может перегреться. Тепло — это потраченная впустую энергия (известная как потеря i ² r), и в электромобиле это имеет значение. Асинхронный двигатель также не так эффективен на низких скоростях, как некоторые другие конструкции, поэтому всегда был открыт путь к более эффективному и менее дорогостоящему решению.

На модели 3

Как оказалось, Модель 3 не питается от асинхронного двигателя. Ух ты. Учитывая, что асинхронный двигатель является тезкой Tesla, мы хотим знать, почему. Что происходит? Какой мотор использовала компания вместо этого? Но Тесла не разговаривает. Хорошо, они немного болтают. Нас предупредили о грядущих изменениях еще в 2015 году, когда технический директор Tesla Дж. Б. Штраубель сообщил нам, что Model 3 будет поставляться с « — новой моторной технологией. ”Мы также получили известие в конце 2017 года, когда появился документ EPA, в котором говорилось, что в Model 3 использовался… двигатель с постоянными магнитами.Двойное вау. Это было подтверждено ранее в этом году, когда в статье Charged цитируется главный конструктор двигателей Tesla Константинос Ласкарис, который охарактеризовал новый двигатель следующим образом: «Итак, как вы знаете, в нашей Model 3 теперь есть машина с постоянными магнитами. Это связано с тем, что с точки зрения технических характеристик и эффективности машина с постоянными магнитами лучше решала нашу функцию минимизации затрат и была оптимальной для диапазона и целевой производительности ».

Угу. Итак, теперь мы точно знаем, что Model 3 — это , а не с использованием асинхронного двигателя, а — это с использованием двигателя с постоянными магнитами.Фактически, в документе EPA фактически указан тип двигателя — с опечаткой — как «ТРЕХФАЗНЫЙ МАГНИТ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА» (для справки, Chevy Bolt EV использует трехфазный двигатель с постоянными магнитами). Но я считаю, что это все, что мы можем сказать, что знаем . С этого момента это предположение. Догадки. Тем не менее, это лишь догадки, когда части мозаики начинают довольно хорошо складываться. Давайте посмотрим, сможем ли мы установить, действительно ли в Model 3 используется тот же тип двигателя, что и, скажем, Bolt, как это и возникло вначале.

Представляем гуру автомобильной разборки «Ingineerix». В феврале Ingineerix опубликовал серию увлекательных видеороликов, исследующих работу Model 3. В записи под названием «Темная сторона» он исследует днище автомобиля и начинает называть компоненты и подсистемы, как если бы он читал с телесуфлера. . Действительно подробный материал, который, насколько мне известно, раньше публично не разъяснялся. Парень, кажется, действительно знает свое дело. Я обратился к Ingineerix в разделе комментариев к видео, где он сообщил, что в автомобиле есть «электродвигатель с регулируемым сопротивлением, использующий постоянные магниты.Ingineerix продолжил: «Tesla называет это PMSRM, электродвигателем с постоянным магнитом, управляемым сопротивлением. Это новый тип, и его очень сложно понять, но Tesla сделала это! »

Ну привет. Это действительно лошадь совсем другого окраса. Мало кто слышал о реактивном реактивном двигателе. Что это за животное? И как может все, что позволяет автомобилю весом 3800 фунтов разгоняться до 60 миль в час примерно за 5 секунд, называться противодействующим ? Давайте ответим на оба эти вопроса по пути к открытию нескольких кусочков головоломки.

Чтобы лучше понять, что такое , достойный модели 3, в реактивном двигателе, мы должны сначала освежить наши воспоминания о том, как работает устаревший трехфазный асинхронный двигатель переменного тока Tesla (о котором я подробно писал здесь). Даже если вы не моторист, просто обратите внимание на одно наблюдение, касающееся двигателя: индукция , часть названия технологии, связана с тем фактом, что вместо использования дорогих постоянных магнитов на роторе создается большое магнитное поле. от неподвижной части двигателя (статора) на самом деле наводит противоположное магнитное поле на высокопроводящий медный ротор.И мы знаем, что происходит, когда два противоположных магнитных поля взаимодействуют: они притягиваются друг к другу. Если у вас есть магнит на кухонном столе, и вы перемещаете поблизости другой магнит противоположной полярности, магнит в вашей руке притягивает к себе другой магнит. Точно так же, когда два противоположных магнитных поля, генерируемых внутри двигателя Ludicrous Model S P100D, взаимодействуют … автомобиль взлетает, как летучая мышь из ада.

Разве это не наука?

Реактивный двигатель способен на подобную магию.Однако в этом случае конструкция не основана на двух магнитных полях , взаимодействующих друг с другом. Есть только , одно магнитное поле. Как это может быть? Что ж, вернитесь к тому кухонному столу и замените один из этих магнитов небольшим куском железа или стали. Что произойдет, если вы переместите оставшийся магнит к металлу? Магнит, конечно же, притянет кусок металла к себе. А что, если бы вы сделали ротор для электродвигателя из всего лишь очищенного куска стали, но сохранили существующие электромагниты в статоре? Поскольку электромагниты включаются и выключаются в правильной последовательности, они заставят стальной цилиндр повернуться.Поздравляем, вы только что сконструировали резистивный двигатель! И тот факт, что электромагниты переключаются и выключаются последовательно , чтобы вращать ротор (как в случае с асинхронным двигателем), у вас есть то, что называется переключаемой машиной сопротивления .

Пазлы

Давайте представим на мгновение, что вам была поручена работа по разработке нового двигателя для Model 3. Илон Маск указал, что ваш дизайн должен стоить меньше, чем двигатель Model S.Вас также проинструктировали, что двигатель не должен снижать производительность, но при этом он должен быть легче и эффективнее, чем его собрат. Чтобы ты делал?

Вы бы подумали о том, чтобы устроиться на работу в «Макдональдс» по дороге от фабрики во Фремонте. Нет-нет — после . Вот подсказка: вы должны изучить все существующие архитектуры электродвигателей. При этом вы столкнетесь с конструкцией, которая на самом деле старше изобретения Николы Теслы 1892 года. Более чем 50 лет назад машина сопротивления была изобретена в 1838 году.И это на удивление приятный дизайн. Машина сопротивления проста, эффективна, компактна. И это недорого в производстве. Тем не менее, резистивный двигатель лежал на полке более века, страдая от изнурительной болезни под названием Torque Ripple (из-за склонности резистивной машины вызывать явление, известное как зубчатая передача). Пульсация крутящего момента просто означает, что выходная мощность реактивного двигателя колеблется вверх и вниз. Конечно, для электромобиля не годится. Когда вы нажимаете педаль на металл, вам нужен приятный плавный темп ускорения.

Реактивная машина была частично спасена с помощью той же технологии, которая позволила установить асинхронный двигатель в электромобиль — силовой электроники из Кремниевой долины. Реактивный двигатель, как известно, трудно контролировать (число оборотов, определение положения ротора и т. Д.), Но современные инверторы и системы управления помогли преодолеть эту слабость. Тем не менее, проблема пульсации крутящего момента оставалась проблемой даже при приближении 21 века ^и годов. Но, ковыряясь, вы начинаете замечать некоторые исследования по этой теме, проводившиеся в первом десятилетии этого века.Вы встречаете исследовательский документ 2011 года, в котором утверждается, что проблема пульсации крутящего момента решена. Исследователь встроил несколько небольших редкоземельных магнитов в статор реактивного двигателя вместе с существующими электромагнитами . При этом кривая крутящего момента сгладилась. В качестве бонуса в документе утверждается, что за счет включения редкоземельных элементов достигается 30% -ное увеличение выходной мощности. Теперь есть несколько основных принципов мышления. Тот, кто первым подумал о шнуровке статора редкоземельными элементами, очевидно, придумал величайший брак с тех пор, как кто-то подумал погрузить плитку шоколада в банку с арахисовым маслом, чтобы получить чашку с арахисовым маслом Риза.

Ваши мысли объединяются. После того как были решены две основные проблемы машины сопротивления, вы делаете решительный шаг и начинаете работать с этой конструкцией. Первое, что вы можете сделать, это отказаться от дорогого медного ротора в старом двигателе и заменить его гораздо более дешевым ротором из черного металла. Наверное, сталь. И, наверное, кремнистая сталь. Вы только что сэкономили кучу денег. Далее, хотя редкоземельные элементы и стоят дорого, они входят в статор , а не в ротор , как в традиционном двигателе с постоянными магнитами, поэтому вы собираетесь дополнить электромагниты относительно небольшими постоянными магнитами.Выбранная вами конструкция имеет некоторые проблемы с акустическим шумом, но вы чувствуете, что ее стоит продолжить, потому что это самый простой и дешевый в изготовлении двигатель, но при этом он очень эффективен и мощный (особенно с этими редкоземельными элементами). Отличная работа!

---

Итак, первая часть головоломки в теории, которую Тесла поместила в Модель 3 с реактивным электродвигателем, — это магниты. Мы знаем, что они там есть, и теперь мы знаем, что одним из последних достижений в конструкции двигателей стало включение редкоземельных элементов в статор реактивного резистора.Это огромно. Он вывел машину сопротивления из нафталина!

Еще один признак того, что двигатель Model 3 не использует эти редкоземельные элементы в конструкции обычного двигателя с постоянными магнитами, заключается в том, что автомобиль не регенерирует полностью до 0 миль в час. Например, у Bolt есть обычный трехфазный двигатель с постоянными магнитами, который позволяет ему выполнять регенерацию до 0 миль в час. Я лично убедился в этом в прошлом году, когда тестировал Bolt — вы можете остановиться, не нажимая на тормоза. Мы называем эту головоломку №2.

Вот еще один: наклейка «дилер» на Model 3 в выставочных залах указывает «трехфазный, , шестиполюсный, , внутренний двигатель с постоянными магнитами». Асинхронный двигатель Tesla имеет 4 полюса, как и многие электромоторы. Почему тогда шестиполюсный двигатель? Это ссылка на способ подключения катушек на статоре для работы с трехфазным питанием (три отдельные ветви питания). Чем ближе расстояние между полюсами, тем меньше времени может быть для снижения крутящего момента. Возможно, это способ Tesla еще больше сгладить пульсацию крутящего момента.Это кусок пазла №3.

Часть головоломки №4 заключается в том, что различные публикации по инженерному делу / проектированию двигателей начинают говорить о машине сопротивления (см. Ссылки на статьи ниже). И мы начинаем видеть, как дизайн сопротивления появляется в электромобилях, таких как Prius. Кроме того, UPS объявила, что в программе по переводу их парка на электроэнергию будет использоваться переключаемая машина сопротивления. Компания заявляет, что внедрение реактивного электродвигателя по сравнению с другими конструкциями сократит время зарядки и повысит энергоэффективность до 20% (однако компания отказывается от использования редкоземельных магнитов).И, в целом, начинают появляться отраслевые приложения для обновленных конструкций реактивных двигателей. Например, в недавней статье CleanTechnica компания Software Motor Company (SMC) заявляет, что ее новый неохотный дизайн машины — с тем, что они называют своей собственной версией «секретного соуса» — сэкономит 50% затрат на электроэнергию по сравнению с текущим асинхронные двигатели, используемые в Walmart для HVAC и т. д.

Наконец, мотор в Model 3 действительно меньше мотора Model S. В недавнем видео Джека Рикарда на EVTV, посвященном Model 3, Джек утверждал, что двигатель Model 3 на самом деле меньше, чем даже передний двигатель меньшего размера на Model S.Тем не менее, производительность не сильно пострадала. Некоторые владельцы сообщают, что их Model 3 в 0–60 раз быстрее, чем за 4,8 секунды. Это, конечно, отчасти связано с тем, что на 1000 фунтов меньше веса, чем у S, но все же давайте условно назовем эту часть головоломки № 5.

Дальнейшая поддержка части №5 исходит из продолжающихся комментариев Рикарда, пока он все еще находится под автомобилем (Рикард, кстати, зашел так далеко в кроличью нору трансмиссии Tesla, насколько я когда-либо слышал). Экстраполируя документы EPA, Джек называет «потерю заряда аккумулятора на колеса» в Model 3 на 6 процентных пунктов более эффективным, чем у Model S (89% электроэнергии преобразуется в поступательное движение по сравнению с 83% для S).

Фотография мотора Tesla Model 3 снизу автомобиля. Предоставлено EVTV.

---

Сводка

Благодаря прорыву в конструкции реактивных машин за последние несколько лет, мы, возможно, станем свидетелями кардинальных изменений в трансмиссии для рынка электромобилей. Учитывая отчеты о производительности Model 3, отчетный скачок миль на кВтч, о котором сообщают владельцы по сравнению с предыдущими моделями Tesla, а также наши 5 простых частей головоломки, можно сделать разумную ставку на то, что Tesla усовершенствовала машину сопротивления и в процессе так вытащил инженерного кролика из шляпы.

Несмотря на точную конструкцию двигателя, Tesla явно выбила из парка силовой агрегат Model 3. Они дали своей команде разработчиков двигателей, если не бланк, пустую доску, и команда разработала дизайн, подходящий не только для доступного электромобиля, но и для грядущей Tesla Semi.

Отметим, что главный конструктор Ласкарис присоединился к Tesla после того, как в была разработана Model S. Его голова, должно быть, была полна свежих идей, когда он ранее был соучредителем проекта по разработке и созданию эффективного электромобиля.Как и Штробель, Ласкарис тяготел к Тесле, уже имея представление о том, что будущее за электричеством.

Конструкция двигателя 3 также помогла Tesla достичь заявленной цели сокращения количества деталей на 25% за счет того, что двигатель выполняет двойную функцию в качестве источника тепла для нагрева тягового аккумулятора. ( Примечание: Tesla была настолько впечатлена талантами, которые пришли из школы Ласкариса в Греции, что компания открыла в стране небольшой исследовательский центр. )

Хотя использование машины сопротивления в Model 3 еще предстоит проверить, учитывая внезапные разговоры в стольких кругах о стольких применениях этой моторной технологии, трудно поверить, что у Tesla не было бы места в первом ряду для этого. мероприятие.В общем, вполне вероятно, что 2018 год станет годом реактивного двигателя. Добро пожаловать в машину.

Дополнительные ссылки:

Понимание машин сопротивления:
Wiki article
MachineDesign.com article
Charged EV; Более пристальный взгляд на электродвигатели с переключаемым сопротивлением
Заряженный электромобиль: более пристальный взгляд на пульсацию крутящего момента

Добавление PM к реактивным электродвигателям
IEEE document
2011 white paper

Другое:
Разборка модели 3 компанией Ingineerix
История электродвигателя

Эта статья была немного изменена для точности после публикации.