Sähköajoneuvoissa käytettävät moottorityypit

Sähköajoneuvot eivät ole jotain uutta tässä maailmassa, mutta tekniikan kehittyessä ja lisääntynyt huoli pilaantumisen torjunnasta on antanut sille merkin tulevasta liikkuvuudesta. Sisäisen polttomoottorin korvaavan sähköauton ydinelementti, lukuun ottamatta sähköajoneuvojen akkuja, on sähkömoottori. Tehoelektroniikan ja ohjaustekniikoiden nopea kehitys on luonut tilaa erityyppisille sähkömoottoreille käytettäväksi sähköajoneuvoissa. Autoteollisuudessa käytettävillä sähkömoottoreilla tulisi olla ominaisuuksia, kuten suuri käynnistysmomentti, suuri tehotiheys, hyvä hyötysuhde jne.

Erilaisia sähkömoottoreita, joita käytetään sähköajoneuvoissa

DC-sarjan moottori
Harjaton DC-moottori
Pysyvän magneetin synkronimoottori (PMSM)
Kolmivaiheiset vaihtovirtamoottorit
Kytketyt reluktanssimootorit (SRM)

1. DC-sarjan moottori

DC-sarjan moottorin suuri käynnistysmomenttikapasiteetti tekee siitä sopivan vaihtoehdon vetosovelluksiin. Se oli eniten käytetty moottori vetosovelluksiin 1900-luvun alussa. Tämän moottorin etuna on helppo nopeuden hallinta ja se kestää myös kuormituksen äkillisen kasvun. Kaikki nämä ominaisuudet tekevät siitä ihanteellisen vetomoottorin. DC-sarjan moottorin tärkein haittapuoli on harjoista ja kommutaattoreista johtuva korkea huolto. Näitä moottoreita käytetään Intian rautateillä. Tämä moottori kuuluu DC-harjattujen moottoreiden luokkaan.

2. Harjattomat tasavirtamoottorit

Se on samanlainen kuin tasamoottorit, joissa on kestomagneetit. Sitä kutsutaan harjattomaksi, koska sillä ei ole kommutaattoria ja harjajärjestelyä. Kytkentä tapahtuu sähköisesti tässä moottorissa, koska BLDC-moottorit ovat huoltovapaita. BLDC-moottoreilla on pito-ominaisuudet, kuten suuri käynnistysmomentti, korkea hyötysuhde noin 95-98% jne. BLDC-moottorit soveltuvat suuritehoiseen tiheyssuunnitteluun. BLDC-moottorit ovat suosituimpia moottoreita sähköajoneuvoissa pito-ominaisuuksiensa vuoksi. Voit oppia lisää BLDC-moottoreista vertaamalla sitä normaaliin harjattuun moottoriin.

BLDC-moottoreilla on lisäksi kahta tyyppiä:

i. Out-runner-tyyppinen BLDC-moottori:

Tässä tyypissä moottorin roottori on ulkopuolella ja staattori on sisällä. Sitä kutsutaan myös napamoottoreiksi, koska pyörä on kytketty suoraan ulkiroottoriin. Tämän tyyppiset moottorit eivät vaadi ulkoista vaihteistoa. Joissakin tapauksissa itse moottorissa on sisäänrakennetut planeettavaihteet. Tämä moottori tekee koko ajoneuvosta vähemmän tilaa vievän, koska se ei vaadi vaihteistoa. Se poistaa myös moottorin asentamiseen tarvittavan tilan. Moottorin mitoissa on rajoitus, joka rajoittaa tehoa juoksijan kokoonpanossa. Tätä moottoria suosivat laajalti sähköpolkupyöränvalmistajat, kuten Hullikal, Tronx, Spero, kevyet polkupyörät jne. Sitä käyttävät myös kaksipyöräiset valmistajat, kuten 22 Motors, NDS Eco Motors jne.

ii. Runner-tyyppinen BLDC-moottori:

Tämän tyyppisessä moottorin roottori on sisällä ja staattori ulkopuolella kuin tavanomaiset moottorit. Nämä moottorit tarvitsevat ulkoisen voimansiirtojärjestelmän voima siirtämiseksi pyöriin, minkä vuoksi ulkopuolisen kokoonpanon kokoonpano on vähän iso verrattuna juoksijan sisäiseen kokoonpanoon. Monet kolmipyöräiset valmistajat, kuten Goenka Electric Motors, Speego Vehicles, Kinetic Green, Volta Automotive, käyttävät BLDC-moottoreita. Pienen ja keskisuuren suorituskyvyn skootterivalmistajat käyttävät myös BLDC-moottoreita käyttövoimana.

Näistä syistä johtuen se on yleisesti suositeltava moottori sähköajoneuvoihin. Tärkein haittapuoli on kestomagneeteista johtuvat korkeat kustannukset. Moottorin ylikuormitus tietyn rajan yli lyhentää kestomagneettien käyttöikää lämpöolosuhteiden vuoksi.

3. Pysyvän magneetin synkronimoottori (PMSM)

Tämä moottori on myös samanlainen kuin BLDC-moottori, jossa roottorissa on kestomagneetteja. BLDC-moottoreiden tavoin näillä moottoreilla on myös vetovoimaominaisuudet, kuten suuri tehotiheys ja korkea hyötysuhde. Erona on, että PMSM: llä on sinimuotoinen taka-EMF, kun taas BLDC: llä on puolisuunnikkaan taka-EMF. Pysyvän magneetin synkronimoottoreita on saatavana suuremmille tehoille. PMSM on paras valinta korkean suorituskyvyn sovelluksiin, kuten autoihin, linja-autoihin. Korkeista kustannuksista huolimatta PMSM tarjoaa kovaa kilpailua induktiomoottoreille lisääntyneen hyötysuhteen vuoksi kuin jälkimmäiset. PMSM on myös kalliimpaa kuin BLDC-moottorit. Suurin osa autovalmistajista käyttää PMSM-moottoreita hybridi- ja sähköajoneuvoissaan. Esimerkiksi Toyota Prius, Chevrolet Bolt EV, Ford Focus Electric, nolla moottoripyörää S / SR, Nissan Leaf, Hinda Accord, BMW i3 jne. Käyttävät PMSM-moottoria käyttövoimana.

4. Kolmivaiheiset vaihtovirtamoottorit

Induktiomoottoreille ei ole korkea alkaa pienin numeron, kuten DC-sarja moottorit mukaisesti kiinteä jännite ja kiinteän taajuuden käytön. Mutta tätä ominaisuutta voidaan muuttaa käyttämällä erilaisia säätötekniikoita, kuten FOC- tai v / f-menetelmiä. Näitä ohjausmenetelmiä käyttämällä suurin vääntömomentti on saatavana moottorin käynnistyksen yhteydessä, joka soveltuu vetoon. Oravanhäkkisten induktiomoottorien käyttöikä on pitkä huollon vähentämisen vuoksi. Induktiomoottorit voidaan suunnitella 92-95%: n hyötysuhteeseen. Haittana induktiomoottori on, että se edellyttää monimutkaisia invertteripiirin ja moottorin ohjaus on vaikeaa.

Kestomagneettimoottoreissa magneetit myötävaikuttavat vuon tiheyteen B. Siksi B-arvon säätäminen induktiomoottoreissa on helppoa verrattuna kestomagneettimoottoreihin. Syynä on se, että induktiomoottoreissa B: n arvoa voidaan säätää vaihtelemalla jännitettä ja taajuutta (V / f) momenttivaatimusten perusteella. Tämä auttaa vähentämään häviöitä, mikä puolestaan parantaa tehokkuutta.

Tesla Model S on paras esimerkki induktiomoottoreiden korkean suorituskyvyn osoittamisesta verrattuna vastaaviin. Valitsemalla induktiomoottorit Tesla on ehkä halunnut poistaa riippuvuuden kestomagneeteista. Jopa Mahindra Reva e2o käyttää kolmivaiheista induktiomoottoria työntövoimaansa.Suuret autovalmistajat, kuten TATA-moottorit, ovat suunnitelleet käyttävänsä induktiomoottoreita autoissaan ja linja-autoissa. Kaksipyöräisten valmistajien TVS-moottorit julkaisevat sähköisen skootterin, joka käyttää induktiomoottoria käyttövoimaansa. Induktiomoottorit ovat edullinen valinta suorituskykyisille sähköajoneuvoille, koska ne ovat halpoja. Toinen etu on, että se kestää kovia ympäristöolosuhteita. Näiden etujen vuoksi Intian rautatiet ovat alkaneet korvata tasavirtamoottorinsa vaihtovirta-induktiomoottorilla.

5. Kytketyt reluktanssimootorit (SRM)

Kytketyt reluktanssimootorit ovat kaksinkertaisen herkkyyden omaava vaihtelevan reluktanssimoottorin luokka. Kytketyt reluktanssimoottorit ovat rakenteeltaan yksinkertaisia ja kestäviä. SRM: n roottori on pala laminoitua terästä, jossa ei ole käämiä tai kestomagneetteja. Tämä vähentää roottorin hitautta, mikä auttaa suuressa kiihdytyksessä. SRM: n vankka luonne tekee siitä sopivan suurten nopeuksien sovelluksiin. SRM tarjoaa myös suuren tehotiheyden, jotka ovat joitain vaadittuja ominaisuuksia sähköajoneuvoille. Koska syntyvä lämpö rajoittuu enimmäkseen staattoriin, on moottorin jäähdyttäminen helpompaa. Suurimpana haittana SRM on monimutkaisuus hallinnassa ja kasvu kytkentäpiirin. Siinä on myös joitain meluongelmia. Kun SRM tulee kaupallisille markkinoille, se voi korvata PMSM- ja induktiomoottorit tulevaisuudessa.

Oivalluksia oikean moottorin valitsemiseksi EV: lle

Sopivien sähköajoneuvojen moottoreiden valitsemiseksi, on ensin lueteltava ajoneuvon suoritustason vaatimukset, käyttöolosuhteet ja siihen liittyvät kustannukset. Esimerkiksi karting-ajoneuvo ja kaksipyöräiset sovellukset, jotka vaativat vähemmän suorituskykyä (enimmäkseen alle 3 kW) ja edullisia, on hyvä mennä BLDC-napamoottoreiden kanssa. Kolmi- ja kaksipyöräisille on myös hyvä valita BLDC-moottorit ulkoisella vaihteistolla tai ilman. Suuritehoisiin sovelluksiin, kuten suorituskykyisiin kaksipyöräisiin, autoihin, linja-autoihin, kuorma-autoihin, ihanteellinen moottorivalinta olisi PMSM- tai induktiomoottorit. Kun synkroninen reluktanssimoottori ja kytketty reluktanssimoottori on tehty kustannustehokkaiksi PMSM- tai induktiomoottoreina, voi olla enemmän vaihtoehtoja moottorityypeille sähköajoneuvoihin.