Сегодня, в сфере электрификации транспортных средств, лидирующие позиции занимают синхронные электродвигатели для электромобиля с постоянными магнитами, благодаря их компактности, высокой мощности и энергоэффективности. Конкуренция с синхронными двигателями с возбуждением от внешнего источника и асинхронными становится все более затруднительной. Вместе с тем, требования к электроприводам претерпевают изменения, что приводит к возрождению некоторых конструктивных решений.
- Анализ технологий, видов, плюсов и минусов электрических моторов
- Сравнение двигателей для электромобиля PSM, ASM и EESM: обзор конструктивных и функциональных различий
- Какая конструкция электродвигателя станет доминирующей в гонке технологий
- Шансы EESM
- Vitesco и Renault ставят на электромотор для электромобиля типа EESM
Анализ технологий, видов, плюсов и минусов электрических моторов
В электрокарах, наравне с Li-ion аккумуляторами, наиболее часто применяются следующие типы двигателей:
- Синхронный двигатель с постоянными магнитами (СДПМ).
- Асинхронный двигатель (АД).
- Синхронный двигатель с электромагнитным возбуждением (СДВ).
- Гибридный синхронный двигатель (ГСД).
Например, компания Porsche в модели Taycan использует СДПМ как на передней, так и на задней осях. В новой Audi Q8 E-Tron применяются АД на обеих осях. Renault Zoe использует СДВ. Существуют и другие, менее распространенные конструкции, например, моторы с аксиальным магнитным потоком или с поперечным магнитным потоком, которые используются в узкоспециализированных областях или пока находятся в разработке.
Профессор А. Доктер, глава отдела разработок Magna Powertrain, отмечает: «Различные типы электродвигателей обладают уникальными преимуществами и недостатками, которые стоит учитывать при выборе, следуя конкретным потребностям и условиям эксплуатации. Конкуренция стимулирует непрерывное совершенствование электродвигателей».
Сравнение двигателей для электромобиля PSM, ASM и EESM: обзор конструктивных и функциональных различий
В автопромышленности широко применяются три типа электродвигателей: PSM, ASM и EESM. Несмотря на общие конструктивные черты, они существенно различаются по своим характеристикам.
PSM использует постоянные магниты для создания магнитного поля ротора. Это обеспечивает высокую эффективность, особенно при частичных нагрузках. Широкое распространение SM двигателя в электромобилях обусловлено их эффективностью в городской среде и на небольших дистанциях.
Как отмечает Петер Хофманн, автор трактата «Преобразователи энергии для гибридных автомобилей», PSM идеально подходят для автомобильных приводов благодаря высокой удельной мощности, КПД до 94%, простому устройству и электронной коммутации.
Однако производство PSM требует сложных технологий при сборке ротора и статора, способных выдерживать огромные магнитные нагрузки. Более того, PSM обходится дороже ASM, в котором ротор оснащен короткозамкнутой обмоткой. В ASM магнитное поле ротора появляется благодаря электромагнитной индукции, что устраняет необходимость в постоянных магнитах.
ASM менее эффективны и немного тяжелее, но более долговечны и просты в производстве. Основные недостатки ASM – низкий коэффициент мощности и снижение производительности на высоких скоростях.
EESM, в свою очередь, технически более сложны, потому что требуют внешнего источника энергии для питания ротора. Ключевое преимущество EESM отсутствие постоянных магнитов в роторе, замененных обмотками, что обеспечивает высокую эффективность благодаря регулировке тока ротора и его намагниченности. Точное управление током ротора усложняет систему, но позволяет оптимизировать двигатель для широкого диапазона применений с повышенным КПД.
В EESM магнитное поле формируется как в роторе, так и в статоре посредством тока. В отличие от ASM, поле в роторе возникает не индуцированным напряжением, а с использованием щеток, через которые подается постоянный ток. Статор насыщается переменным током, который проходит через инвертор и отвечает за вращающееся поле.
Какая конструкция электродвигателя станет доминирующей в гонке технологий
Автомобильные компании пока не пришли к единому мнению относительно оптимального типа. Некоторые производители кардинально меняют концепцию привода, переходя от PSM к ASM, или от PSM к EESM. Другие же предпочитают комбинировать различные технологии.
Шансы EESM
В перспективе, особое распространение могут получить электромотор для электромобиля с раздельным/внешним возбуждением. Это обусловлено тем, что PSM требуют применения дорогих редкоземельных магнитов, производство которых связано с выбросами CO2, а ASM характеризуются низким КПД. В EESM, напротив, для создания магнитного поля используется медная катушка – ресурс, доступный в достаточных количествах.
По данным Vitesco Technologies, синхронные двигатели с раздельным/внешним возбуждением демонстрируют свои преимущества при длительных поездках по трассе на высоких скоростях. Они эффективнее PSM, особенно в диапазоне высоких скоростей.
Vitesco и Renault ставят на электромотор для электромобиля типа EESM
EESM будет играть ключевую роль для Vitesco в будущем: «Замена магнитов в роторе управляемыми электромагнитными полями открывает OEM-производителям возможности для снижения выбросов CO2, обеспечения стабильности цен и надежности поставок при сопоставимых технических характеристиках», – заявляет Гюнтер Мюльберг, руководитель отдела управления HV Drives компании Vitesco Technologies.
Оптимизация системы на уровне автомобиля обладает значительным потенциалом. В связи с этим, Vitesco адаптировала свою интегрированную платформу электроприводной оси EMR4 под синхронный двигатель с раздельным/внешним возбуждением.
Оптимизация системы на уровне автомобиля обладает значительным потенциалом. В связи с этим, Vitesco адаптировала свою интегрированную платформу электроприводной оси EMR4 под синхронный двигатель с раздельным/внешним возбуждением.
В этой новой версии ротор PSM с постоянными магнитами заменен ротором с электромагнитами – двигатель системы EMR4 для электромобиля преобразуется в EESM. Считается, что двигатель с раздельным/внешним возбуждением позволяет экономить один Ватт*час электроэнергии на километр, благодаря отсутствию постоянного магнитного поля, оказывающего сопротивление вращению ротора.
Renault – один из автопроизводителей, активно разрабатывающих EESM. Французская компания совместно с Valeo создает новый синхронный двигатель с внешним электрическим возбуждением. Электродвигатель E7A должен появиться на рынке к 2027 году.
