Электромобили используют разные типы электродвигателей, каждый из которых имеет свои преимущества и особенности. Рассмотрим основные виды и их применение в популярных моделях.
Асинхронный двигатель (AC Induction Motor)
Устройство:
- Основными компонентами данного типа двигателя являются неподвижный статор, состоящий из сердечника, обмотки и корпуса, и ротор.
- Статор создаёт вращающееся магнитное поле, а ротор, являющийся магнитом, начинает вращаться, «догоняя» это поле. Скорость этого вращения зависит от количества витков обмотки в статоре.
- Не требует постоянных магнитов, поэтому дешевле в производстве.
- Эффективен на высоких скоростях, но менее энергоэффективен в городском режиме.
Асинхронный двигатель получил свое название из-за разницы между скоростью вращения ротора и магнитного поля статора. Ротор всегда вращается медленнее, чем магнитное поле. Разница между этими скоростями называется «скольжением». Чем больше скольжение, тем больше крутящий момент развивает двигатель.
Асинхронные моторы просты в конструкции, надежны и экономичны. Раньше использовались больше, но и на данный момент они довольно распространены, особенно в качестве второго двигателя в полноприводных установках.
Где используется:
- Tesla Model 3/Y – передний двигатель в версиях AWD для динамичного разгона;
- Tesla Model S/X – и в двух- и в трехмоторных установках;
- Audi e-tron – в двухмоторных установках в качестве переднего мотора в сочетании с синхронными двигателями;
- Nissan Leaf (1-го и 2-го поколения).
Синхронный двигатель на постоянных магнитах (PMSM – Permanent Magnet Synchronous Motor)
Устройство:
- Синхронный двигатель также состоит из двух главных компонентов – статора и ротора;
- Конструкция ротора более сложная, он содержит неодимовые магниты, которые синхронно вращаются с полем статора;
- Магниты позволяют иметь большую мощность мотора при его меньших габаритах.
Преимущества PMSM:
- Высокий КПД (до 95%): очень эффективны, особенно в зоне низких и средних нагрузок и скоростей, что напрямую влияет на запас хода;
- Высокая мощность и крутящий момент: обеспечивают отличную динамику;
- Компактность и надежность: проверенная и широко распространенная технология в современных электромобилях.
Электродвигатели PMSM дороже асинхронных из-за магнитов из дорогостоящих редкоземельных металлов. Еще эти моторы боятся перегревов и не способны долгое время работать на максимальной мощности.
Именно этот тип двигателя является самым распространенным в электромобильной индустрии на сегодняшний день.
Где используется:
- Tesla Model 3/Y – в качестве мотора на задней оси для экономии заряда;
- BYD – основной тип двигателей в их электромобилях;
- Volkswagen ID.4, Zeekr 001 – и в одно- и в двухмоторных установках;
- Nissan Ariya – передне- и полноприводные (e-4ORCE) комплектации (на обеих осях).
Мотор с внешним возбуждением (EESM – Electrically Excited Synchronous Motor)
Устройство:
- В этом двигателе магнитное поле создается не магнитами, а электромагнитом (обмоткой возбуждения), через который пропускается ток.
- Легко регулируется мощность, но сложнее конструкция.
Преимущества электромоторов EESM:
- Отсутствие дорогих редкоземельных металлов – это самое главное экономическое и стратегическое преимущество;
- Высокая гибкость управления и широкий диапазон скоростей – можно гибко управлять магнитным полем двигателя «на лету»;
- Потенциал для более высокой пиковой мощности, необходимый, например, при обгоне или резком ускорении;
- Эффективная рекуперация и возможность полного отключения – благодаря управляемому полю, мотор EESM может очень эффективно работать в режиме генератора, а когда двигатель не нужен (в установках AWD) ток в обмотке возбуждения можно полностью отключить.
- Более простая утилизация и экологичность.
Недостатки EESM:
- Сложность конструкции: наличие обмотки на роторе требует подвода тока к ней через щеточный узел и контактные кольца. Это единственная движущаяся система трения в двигателе, которая теоретически может требовать обслуживания или иметь ограниченный ресурс по сравнению с бесщеточным PMSM;
- Потери в обмотке возбуждения: для создания магнитного поля требуется энергия. Эти потери хоть и невелики, но снижают общий КПД двигателя в некоторых режимах работы по сравнению с PMSM, который не имеет таких потерь.
- Меньшая удельная мощность: на единицу веса или объема PMSM обычно более мощный и компактный, чем EESM.
Где используется:
- BMW i4, iX – в двухмоторных установках в качестве заднего мотора для мощности на высоких скоростях (на передней оси – асинхронный двигатель);
- Будущие BMW Neue Klasse – электромоторы EESM Gen6;
- Geely (на платформе SEA) – как альтернатива двигателям PMSM.
- Nissan Ariya – в топовых полноприводных комплектациях (e-4ORCE) на задней оси.
Мотор-колесо (In-Wheel Motor)
Устройство:
Двигатель встроен прямо в колесо, что упрощает конструкцию (нет трансмиссии).
Технология пока редко используется из-за дороговизны и сложностей с подвеской и весом.
Где встречается:
- Lordstown Endurance – пикап с мотор-колёсами (компания Lordstown обанкротилась в 2023 году):
- Технология Hyundai In-Wheel e-Corner (в стадии прототипа).
Вывод
В большинстве современных электромобилей используются синхронные электромоторы на постоянных магнитах (PMSM) (из-за высокого КПД), а асинхронные электромоторы могут применяться в качестве второго в двухмоторных полноприводных версиях (для мощности). Электромотор с внешним возбуждением (EESM) набирает популярность как экологичная альтернатива PMSM, но они сложнее в производстве, а мотор-колёса пока остаются нишевой технологией.
