Ein Motor ist, wie der Name schon sagt, ein Gerät, das elektrische und mechanische Energie umwandelt. Jeder Motor kann als Motor oder als Generator arbeiten. Es erzeugt selbst keine Energie, sondern realisiert nur die Umwandlung elektromechanischer Energie, aber der Verlust im Umwandlungsprozess wird in Wärme umgewandelt, sodass jedes Motordesign elektromagnetisches Design, mechanisches Design und thermisches Design umfasst. Wir achten mehr auf elektrische Leistung, mechanische Leistung, Verlust und Wirkungsgrad, Temperatur und andere Leistungsparameter.
Je nach Aufbau und Anwendung gibt es viele Arten von Motoren. Jedoch sind die Hauptmotoren, die im gegenwärtigen Automobilantrieb verwendet werden, Permanentmagnet-Synchronmotoren, Asynchronmotoren (Induktionsmotoren), geschaltete Reluktanzmotoren, Elektromotoren mit elektrischer Erregung und Gleichstrommotoren. An diesem Punkt kann jeder nicht anders, als darauf zu achten, was die Unterschiede zwischen diesen Motoren sind und welche Vor- und Nachteile sie haben. Machen wir hier eine einfache Populärwissenschaft.
Gleichstrom
Der Gleichstrommotor ist die älteste Erfindung in der Motorenfamilie. Sein Erfinder ist der bekannte Faraday. Der traditionelle Gleichstrommotor besteht hauptsächlich aus der Ankerwicklung auf dem Rotor, der Erregerwicklung auf dem Stator, den Stator- und Rotorkernen, dem Rahmen und der Bürste. Der Kommutator wird gebildet, die Erregerwicklung liefert das Erregermagnetfeld und der Anker Wicklung liefert den Strom, der das Drehmoment erzeugt.
Wie bereits erwähnt, hat ein Gleichstrommotor eine Erregerwicklung und eine Ankerwicklung. Die Größe des Magnetfelds kann durch Steuern des Stroms der Erregerwicklung gesteuert werden, und das Drehmoment kann durch Steuern des Stroms der Ankerwicklung eingestellt werden. Daher ist der größte Vorteil eines Gleichstrommotors, dass er eine gute Steuerleistung hat. Die Ausgangsdrehzahl und das Drehmoment des Motors können fast linear nur über einen externen variablen Widerstand eingestellt werden.
Aufgrund des Vorhandenseins der Bürste ist jedoch die Zuverlässigkeit gering, die Wartungskosten hoch und der zusätzliche Verlust, der durch den Kontaktwiderstand der Bürste und den externen Widerstand verursacht wird, groß, und der Motorwirkungsgrad ist relativ gering. Gegenwärtig verwenden die neu entwickelten Elektrofahrzeuge grundsätzlich keine bürstenbehafteten Gleichstrommotoren mehr, die im Allgemeinen nur an Orten wie Fensterhebern, Scheibenwischern usw. verwendet werden, und es besteht die Tendenz, elektrische Kommutatoren anstelle von Bürstenkommutatoren zu verwenden.
Induktionsmotor
Der Erfinder des Induktionsmotors ist ein weiterer Technologieriese Tesla. Im Allgemeinen ist der Statorkern mit dreiphasigen Wechselstromwicklungen eingebettet, und der Rotor besteht aus dem Eisenkern und den kurzgeschlossenen Käfigwicklungen. Wenn der Dreiphasen-Wechselstrom an die Statorwicklungen angeschlossen wird, wird ein synthetisches raumsynchrones rotierendes Magnetfeld erzeugt, die Rotorwicklung unterbrochen, wodurch ein Strom in der Rotorkäfigwicklung erzeugt wird, und der Strom wird der Wirkung des Magneten ausgesetzt Feld, um eine elektromagnetische Kraft zu erzeugen, die den Rotor zum Rotieren antreibt.
Da am Rotor keine Bürsten erforderlich sind, ist die Struktur einfach, die Zuverlässigkeit gut und die Produktionstechnologie relativ ausgereift, sodass sie in der industriellen Produktion weit verbreitet ist. Jetzt wird es in einigen Personenkraftwagen verwendet, aber aufgrund seiner geringen Leistungsdichte und komplizierten Steuerung wird es in Personenkraftwagen selten verwendet. Um dieser großartigen Figur zu gedenken, verwendete Tesla Motor in seinen frühen Produkten die Induktion von Kupferstab-Käfigläufern. Aufgrund seines Gesamtwirkungsgrads, seiner Leistungsdichte und anderer Leistungen kann er jedoch immer noch nicht mit Seltenerd-Permanentmagnetmotoren verglichen werden. Das neueste Model 3 hat als Antriebsmotoren auf permanenterregte Synchronmotoren umgestellt.
Konventionelle Synchronmotoren und Permanentmagnet-Synchronmotoren
Die Statorstruktur des Synchronmotors ist die gleiche wie die des vorherigen Induktionsmotors. Es gehört zum Wechselstrommotor. Nur die Statorwicklung durchläuft den symmetrischen Wechselstrom, der im Luftspalt eine bestimmte rotierende magnetomotorische Kraft erzeugt. Der Unterschied zum Asynchronmotor besteht darin, dass seine Rotordrehzahl mit der Drehzahl des rotierenden Magnetfelds übereinstimmt.
Es ist ein herkömmlicher Synchronmotor mit elektrischer Erregung, und seine ausgeprägten Rotorpole sind mit einer gewickelten Erregerwicklung gewickelt und durch Schleifringe und Bürsten auf der Welle herausgezogen. Das heißt, seine magnetomotorische Erregungskraft wird durch einen externen Gleichstrom bereitgestellt. Daher ist seine Steuerleistung relativ gut, und der Leistungsfaktor und die Effizienz können relativ hoch sein. Da jedoch ein externer Erreger erforderlich ist, die Größe groß ist und der Bürstenschleifring regelmäßig gewartet werden muss, wird dieser Motortyp hauptsächlich in Kraftwerksgeneratoren verwendet und ist in Automobilen relativ selten.
Der am häufigsten in Fahrzeugen mit neuer Energie verwendete Motor ist der Permanentmagnet-Synchronmotor. Der Unterschied zum vorherigen besteht darin, dass der Rotorkern keine Wicklungen hat, sondern nur oberflächenmontierte oder eingebaute Permanentmagnete. Die elektromechanische Energieumwandlung erfolgt durch die Wirkung eines rotierenden Magnetfelds.
Da die Geschwindigkeit des Autos häufig angepasst werden muss, ist die Drehzahl des Motors relativ hoch ausgelegt, daher ist der Permanentmagnet-Synchronmotor mit eingebautem Magnetstahl rechts wegen seiner guten mechanischen Festigkeit vorteilhafter und es hat eine relativ hohe Magnetkraft für diese Art von Motor mit eingebautem Magnetstahl. Das Widerstandsdrehmoment trägt eher dazu bei, die Menge an magnetischem Stahl einzusparen und die Feldschwächleistung zu verbessern.
Geschalteter Reluktanzmotor
Der Reluktanzmotor ist ein Motor mit einem neuen Aufbau. Auf dem Rotor befinden sich weder Wicklungs- noch Permanentmagnetmaterial, sondern eine solide Struktur aus ausgeprägten Polen, die von Siliziumstahlblechen gestapelt sind. Es basiert auf dem Prinzip der minimalen Reluktanz (der magnetische Fluss muss immer entlang des Pfades mit der kleinsten Reluktanz geschlossen sein). Durch Umschalten der Erregungssequenz der Wicklungen an den ausgeprägten Polen des Stators bewegt sich der Rotor kontinuierlich zu der Position mit dem kleinsten Widerstand, wodurch der Rotor angetrieben wird, sich zu drehen.
Die magnetoresistive Struktur ist einfach, fest, zuverlässig, kostengünstig und hat ein großes Entwicklungspotential. Daher hat es sich auf dem Gebiet der Fahrgeschwindigkeitsregelung in den letzten Jahren rasant entwickelt. Aufgrund seiner inhärenten Drehmomentschwankungen und offensichtlichen Vibrationen und Geräusche wird es jedoch derzeit nur in einigen Personenkraftwagen verwendet.
Derzeit gibt es auch einige neue Reluktanzmotoren mit Hybriderregung. Üblicherweise wird ein bestimmtes Ferrit-Permanentmagnetmaterial in die Rotorreluktanznut eingesetzt, so dass die Leistung des Motors aufgrund der Einleitung eines Teils des Permanentmagnetdrehmoments höher ist als die des Reluktanzmotors. , und die Kosten sind nicht so hoch wie bei Seltenerd-Permanentmagnetmotoren.
Epilog
Dieser Artikel stellt einige Motoren vor, mit denen wir vertraut sind. Alles in allem werden Gleichstrommotoren aufgrund ihrer geringen Zuverlässigkeit und durchschnittlichen Leistung allmählich eliminiert; Die Steuerungstechnologie von geschalteten Reluktanzmotoren ist noch nicht ausgereift, und die Geräusche und Vibrationen sind bei niedrigen Drehzahlen offensichtlich, und der Wirkungsgrad ist ebenfalls gering. Es gehört zur zukünftigen Alternative; der Rotor des Induktionsmotors hat einen Kupferverbrauch auf der Sekundärseite, eine ernsthafte Wärmeerzeugung, einen geringen Wirkungsgrad und ein großes Volumen und ist häufig für die Verwendung in Personenkraftwagen geeignet, die keine strengen Volumenanforderungen erfordern; Das elektrisch erregte Synchronmotorsystem ist groß, und die elektrisch gebürsteten Schleifringe erfordern Wartung und haben Bedenken hinsichtlich der Zuverlässigkeit und sind derzeit außer als Generatoren selten.
Das obige Bild ist ein Vergleich der Struktur und Leistung mehrerer Motoren, die vom US-Energieministerium und dem Oak Ridge National Laboratory als Referenz erstellt wurden. Bei kleineren Personenkraftwagen sind Permanentmagnet-Synchronmotoren immer noch die wichtigsten, und in meinem Land haben die Reserven an Seltenerd-Permanentmagnetmaterialien einzigartige Ressourcenvorteile. Aber mit dem explosionsartigen Wachstum von New Energy Vehicles wächst auch die Forschungsbegeisterung für neue hocheffiziente, kostengünstige, sichere und zuverlässige Motoren.
