Большинство водителей знают, что электромобиль едет на батарее и моторе. Но как именно работает этот мотор? Почему у него всего одна движущаяся деталь? И какие бывают типы электромоторов? Разбираемся простыми словами.
Ротор и статор
В бензиновом двигателе десятки и сотни движущихся частей: поршни, шатуны, клапаны, распредвалы, коленвал. В электромоторе — всего одна движущаяся деталь. Это ротор. Да, есть подшипники и вспомогательные детали, но конструкция всё равно в разы проще, чем у ДВС.
Электромотор работает за счёт магнитного поля. Когда электричество подаётся на неподвижную часть (статор), возникает вращающееся магнитное поле, которое увлекает за собой ротор. Никаких взрывов, никакого топлива, никакого выхлопа.
Статор — это внешняя неподвижная «бочка» с медными обмотками. Он крепится к кузову, как обычный двигатель.
Ротор — это вращающаяся «втулка» внутри статора. Он передаёт крутящий момент на колёса.
Основные типы электромоторов
Не все электромоторы одинаковы. Их три основных вида, и у каждого свои плюсы и минусы.
1. Асинхронный (индукционный) мотор
Самый старый и дешёвый тип. У ротора нет магнитов — это просто кусок металла с медными стержнями. Магнитное поле статора наводит в нём ток, и ротор начинает крутиться.
Плюсы: дешёвый, не требует редкоземельных магнитов.
Минусы: греется при высоких нагрузках, менее эффективен на малых оборотах.
Tesla начинала с таких моторов. Отсюда и название бренда — в честь Николы Теслы, который их и придумал.
2. Синхронный мотор с постоянными магнитами
У ротора есть встроенные магниты. Они создают своё собственное поле, поэтому мотор эффективнее на низких оборотах. Такие моторы компактнее и мощнее. Они используются в Nissan Leaf и большинстве современных EV.
Плюсы: высокая эффективность, хорошая мощность.
Минусы: нужны дорогие редкоземельные металлы, на высоких скоростях возникают проблемы с перегревом.
Чтобы бороться с перегревом, инженеры прячут магниты внутрь ротора в специальные V-образные пазы. Так сделано, например, в Toyota Prius.
3. Синхронный мотор с электромагнитным возбуждением
В этом варианте постоянных магнитов нет. Ротор получает питание и сам создаёт магнитное поле через контактные кольца и щётки.
Плюсы: не нужны редкоземельные металлы, можно управлять силой магнитного поля.
Минусы: чуть менее эффективен на малых оборотах, есть щётки, которые могут изнашиваться.
Такая схема известна давно, но сейчас переживает новое развитие в электромобилях. Например, её использует BMW в моделях i4 и iX.
Почему электромобили так быстро разгоняются?
У электромоторов максимальный крутящий момент доступен сразу с нуля. Бензиновому двигателю нужно набрать обороты, а электрическому не нужно. Поэтому даже недорогой электромобиль легко обгоняет спорткар прошлых лет.
Как электромобиль заряжает сам себя?
Когда вы отпускаете педаль газа, электромотор превращается в генератор. Колёса крутят ротор, тот вырабатывает ток и отправляет его обратно в батарею. Машина замедляется, а энергия не пропадает даром. Это называется рекуперативным торможением.
Гибриды этим живут: они постоянно то разгоняются, то тормозят, возвращая энергию. Для электромобиля это способ увеличить запас хода.
Отметим, что энергия не берётся «из ниоткуда», просто часть её не теряется в виде тепла, как в обычных тормозах.
Почему электромобили редко имеют больше одной передачи?
В большинстве электромобилей нет коробки передач. Одна фиксированная передача, и всё. Потому что у электромотора рабочий диапазон очень широкий: он может крутиться от нуля до 15–20 тысяч оборотов в минуту.
Иногда дополнительные передачи могут быть полезны (например, для тяжёлых машин или высокой скорости), но это усложняет конструкцию и используется редко.
Что дальше?
Мы находимся в самом начале эволюции электромобилей. Технологии меняются быстро. Tesla начинала с асинхронных моторов, а потом перешла на магниты. BMW пробует щёточные моторы без магнитов. Кто знает, что будет через десять лет?
Подписывайтесь на канал "Автомобиль года в России" и ставьте 👍