Motor, kot že ime pove, je naprava, ki pretvarja električno in mehansko energijo. Vsak motor lahko deluje kot motor ali kot generator. Sam ne ustvarja energije, temveč le izvaja pretvorbo elektromehanske energije, vendar se bo izguba v procesu pretvorbe pretvorila v toploto, zato vsaka zasnova motorja vključuje elektromagnetno zasnovo, mehansko zasnovo in toplotno zasnovo. Več pozornosti namenjamo električni moči, mehanski moči, izgubi in učinkovitosti, temperaturi in drugim parametrom delovanja.
Glede na strukturo in uporabo obstaja več vrst motorjev. Vendar pa so glavni motorji, ki se uporabljajo v sedanjem avtomobilskem pogonu, sinhroni motorji s trajnimi magneti, asinhroni motorji (indukcijski motorji), motorji s preklopno reluktanco, motorji z električnim vzbujanjem in motorji na enosmerni tok. Na tej točki si vsi ne moremo kaj, da ne bi bili pozorni na to, kakšne so razlike med temi motorji in kakšne so prednosti in slabosti vsakega? Naredimo tukaj preprosto poljudno znanost.
DC
DC motor je najstarejši izum v družini motorjev. Njegov izumitelj je znani Faraday. Tradicionalni enosmerni motor je v glavnem sestavljen iz armaturnega navitja na rotorju, vzbujalnega navitja na statorju, jeder statorja in rotorja, okvirja in krtače. Oblikovan je komutator, vzbujalno navitje zagotavlja vzbujalno magnetno polje in armatura navitje zagotavlja tok, ki proizvaja navor.
Kot smo že omenili, ima enosmerni motor navitje vzbujanja in navitje armature. Velikost magnetnega polja je mogoče nadzorovati s krmiljenjem toka vzbujalnega navitja, navor pa je mogoče prilagoditi s krmiljenjem toka navitja armature. Zato je največja prednost enosmernega motorja ta, da ima dobro krmiljenje. Izhodno hitrost in navor motorja je mogoče prilagoditi skoraj linearno le preko zunanjega spremenljivega upora.
Vendar pa je zaradi obstoja krtače zanesljivost nizka, stroški vzdrževanja visoki, dodatna izguba zaradi kontaktnega upora krtače in zunanjega upora je velika, izkoristek motorja pa relativno nizek. Trenutno na novo razvita električna vozila v bistvu ne uporabljajo več krtačenih enosmernih motorjev, ki se običajno uporabljajo samo na mestih, kot so dvigala oken, pogonski brisalci itd., in obstaja težnja po uporabi elektronskih komutatorjev za zamenjavo krtačnih komutatorjev.
indukcijski motor
Izumitelj indukcijskega motorja je še en tehnološki velikan Tesla. Na splošno je jedro statorja vgrajeno s trifaznimi izmeničnimi navitji, rotor pa je sestavljen iz železnega jedra in navitij kletke s kratkim stikom. Ko je trifazni izmenični tok povezan z navitji statorja, bo ustvaril sintetično vesoljsko sinhrono vrtljivo magnetno polje, prerezal navitje rotorja in tako ustvaril tok v navitju kletke rotorja, tok pa bo podvržen delovanju magnetnega polja. polje za ustvarjanje elektromagnetne sile, ki poganja rotor k vrtenju.
Ker ni potrebe po ščetkah na rotorju, je struktura preprosta, zanesljivost je dobra, proizvodna tehnologija pa je relativno zrela, zato se pogosto uporablja v industrijski proizvodnji. Zdaj se uporablja v nekaterih osebnih avtomobilih, vendar se zaradi nizke gostote moči in zapletenega krmiljenja redko uporablja v osebnih avtomobilih. Da bi obeležili to veliko osebnost, je Tesla Motor v svojih zgodnjih izdelkih uporabil indukcijo veveričjih kletk iz bakrenih palic. Vendar se zaradi splošne učinkovitosti, gostote moči in drugih zmogljivosti še vedno ne more primerjati z motorji s trajnimi magneti redkih zemelj. Najnovejši model 3 je prešel na sinhrone motorje s trajnimi magneti kot pogonske motorje.
Konvencionalni sinhroni motorji in sinhroni motorji s trajnimi magneti
Struktura statorja sinhronskega motorja je enaka strukturi prejšnjega indukcijskega motorja. Spada med AC motorje. Samo navitje statorja prehaja skozi simetrični izmenični tok, ki bo v zračni reži ustvaril določeno rotacijsko magnetomotorno silo. Razlika od asinhronskega motorja je, da je njegova hitrost rotorja skladna s hitrostjo vrtilnega magnetnega polja.
To je tradicionalni sinhroni motor z električnim vzbujanjem, njegovi glavni poli rotorja pa so naviti z navitjem vzbujanja in izvlečeni skozi drsne obroče in ščetke na gredi. To pomeni, da njegovo vzbujevalno magnetomotorno silo zagotavlja zunanji enosmerni tok. Zato je njegova krmilna zmogljivost razmeroma dobra, faktor moči in učinkovitost pa sta lahko relativno visoka. Ker pa je potreben zunanji vzbujevalnik, je velikost velika, drsni obroč krtače pa potrebuje redno vzdrževanje, zato se ta tip motorja večinoma uporablja v generatorjih elektrarn, v avtomobilih pa je relativno redek.
V vozilih z novo energijo se najbolj uporablja sinhronski motor s trajnimi magneti. Razlika od prejšnjega je v tem, da jedro rotorja nima navitij, le nadometne ali vgrajene trajne magnete. Elektromehanska pretvorba energije nastane zaradi delovanja rotacijskega magnetnega polja.
Ker je treba hitrost avtomobila pogosto prilagajati, je hitrost motorja zasnovana tako, da je razmeroma visoka, zato je sinhronski motor s trajnim magnetom z vgrajenim magnetnim jeklom na desni ugodnejši zaradi dobre mehanske trdnosti in ima relativno visoko magnetno silo za to vrsto motorja z vgrajenim magnetnim jeklom. Uporni navor je bolj ugoden za prihranek količine magnetnega jekla in izboljšanje učinkovitosti oslabitve polja.
Preklopni uporni motor
Relukcijski motor je motor z novo strukturo. Na rotorju ni niti navitja niti trajnega magneta, ampak trdna struktura izstopajočih polov, zloženih iz silicijevih jeklenih plošč. Temelji na principu minimalne reluktance (magnetni tok mora biti vedno zaprt vzdolž poti z najmanjšo reluktacijo). S preklapljanjem zaporedja napajanja navitij na izstopajočih polih statorja se rotor nenehno premakne v položaj z najmanjšim odporom, s čimer se rotor vrti.
Magnetorezistivna struktura je preprosta, čvrsta, zanesljiva, poceni in ima velik potencial za razvoj. Zato se je v zadnjih letih hitro razvil na področju regulacije vlečne hitrosti. Vendar pa se zaradi lastnega nihanja navora ter očitnih vibracij in hrupa trenutno uporablja samo v nekaterih osebnih avtomobilih.
Trenutno obstaja tudi nekaj novih hibridnih reluktacijskih motorjev z vzbujanjem. Običajno je določen material feritnega trajnega magneta vstavljen v reluktančno režo rotorja, tako da je zmogljivost motorja višja od zmogljivosti reluktančnega motorja zaradi vnosa dela navora trajnega magneta. , stroški pa niso tako visoki kot motorji s trajnimi magneti redkih zemelj.
Epilog
Ta članek predstavlja več motorjev, ki jih poznamo. Skratka, enosmerni motorji se postopoma izločajo zaradi svoje slabe zanesljivosti in povprečne zmogljivosti; krmilna tehnologija reluktantnih motorjev s preklopom še ni zrela, hrup in vibracije so očitni pri nizkih vrtljajih, učinkovitost pa je tudi nizka. Pripada alternativi prihodnosti; rotor indukcijskega motorja ima porabo bakra na sekundarni strani, veliko proizvodnjo toplote, nizko učinkovitost in veliko prostornino ter je pogosto primeren za uporabo v osebnih avtomobilih, ki ne zahtevajo strogih zahtev glede prostornine; sistem sinhronega motorja z električnim vzbujanjem je velik, električni brušeni drsni obroči pa zahtevajo vzdrževanje in imajo pomisleke glede zanesljivosti ter so trenutno redki, razen kot generatorji.
Zgornja slika je primerjava zgradbe in zmogljivosti več motorjev, ki sta jo za referenco izdelala Ministrstvo za energijo ZDA in Nacionalni laboratorij Oak Ridge. Za manjše osebne avtomobile so še vedno glavni sinhroni motorji s trajnimi magneti, v moji državi pa imajo zaloge materialov s trajnimi magneti redkih zemelj edinstvene prednosti virov. Toda z eksplozivno rastjo novih energetskih vozil raste tudi raziskovalno navdušenje za nove visoko učinkovite, poceni, varne in zanesljive motorje.
