Электродвигатели гибридных и на самом деле помимо экономии топлива имеет громадный потенциал в будущем для повышения мощности и безопасности. Уже в наши дни некоторые гибридные полноприводные автомашины имеют преимущество перед бензиновыми транспортными средствами .

Как работает традиционная All-Wheel Drive система?

Есть несколько разновидностей систем . Наибольшее распространение получила система, передающая постоянно на все четыре колеса крутящий момент не зависимо от уровня тяги, угла поворота и других факторов. Главный недостаток постоянного полного привода это неэффективность расхода топлива. В некоторых же моделях оснащенные AWD приводом электроника может изменять уровень крутящего момента, распределяя мощность между осями, в зависимости от необходимости. В этом случае значительно меньше, но не намного.

Для борьбы с лишним расходом топлива некоторые производители предлагают автомобили с непостоянным полным приводом. В основное время машина работает без полного привода. Но как только электроника автомобиля определяет, что какие то колеса теряют сцепление с дорогой, начинает передаваться на другую ось. Это позволяет существенно снизить потребления топлива (особенно при поездках в городском режиме). Но и эта система имеет также свои недостатки. К примеру, машины с подобным подключаемым полным приводом не достаточно мощные. К тому же страдает безопасность автомобиля, поскольку позднее подключение привода во время пробуксовки или скольжения на дороге может не помочь в случае заноса, что может привести к аварии.

Как работает Hybrid All-Wheel Drive система?

С помощью электродвигателей гибридные более безопасные на дороге (имеют низкий риск заноса, в результате потери сцепления), и имеют низкий расход топлива. К примеру, в RX 450h электродвигатели (их в этой модели два) помогают бензиновому двигателю, за счет увеличения крутящего момента и мощности, а также снижают традиционным мотором.

В RX450h AWD электродвигатели работает с каждой осью автомобиля. Когда автомобиль движется в городском потоке по сухому асфальту, крутящий момент от бензинового мотора передается только на одну ось. В этот момент электроника может подключить в работу электрические силовые агрегаты, которые разгружают традиционный мотор, и снижают потребление топлива.

Так во время резкого разгона с места, задний электромотор добавляет крутящий момент задним колесам. Если при прохождения поворота на скорости передние колеса теряют сцепление с дорогой (к примеру, на мокром асфальте), то электроника подключает передний электродвигатель, который начинает передавать крутящий момент на переднюю ось.

Эта электронная система передачи крутящего момента мгновенна. Но в отличие от традиционных автомобилей, электромоторы позволяют обеспечить автомобилю мгновенный крутящий момент.

Даже если машина не полноприводная электрические позволили существенно увеличить максимальный крутящий момент автомобилям. Так в компактной модели крутящий момент составляет 542 Нм. Та же картина и с Tesla Model S P85, у которого практически с самого начала доступно 600 Нм максимального крутящего момента. Напомним, что в следующем году в серийное производство поступит полноприводная версия модели S, сразу после выхода электрического кроссовера X.

Гибридные машины с AWD приводом набирают популярность

Помимо автомобилей и другие автопроизводители также готовы предложить свои гибридные модели. К примеру предлагает модель RLX Sport-Hybrid с тремя электромоторами, которые помогают работе 3,7-литровому мотору V6. Так один электро двигатель передает крутящий момент на передние колеса. Два других на заднюю ось. Задние электрические силовые установки могут работать независимо друг от друга.

Еще один автомобиль, который готовится к выпуску это , которая будет оснащена двумя электрическими двигателями, передающие мощность на передние колеса, когда как двигатель V6 располагается посередине автомобиля и будет передавать крутящий момент на заднюю ось.

Так , благодаря бензиновому мотору V8 и электрических двигателей удалось проехать круг на знаменитой трассе в Нюрнберге всего за 6:55.

Еще один пример. , благодаря чему машина может разгоняться с 0-100 км/час всего за 4,4 секунды. Этот впечатляющий результат достигается за счет 1,5 литрового трехцилиндрового мотора и электроустановки. Помимо мощности, электромотор позволяет существенно . Так модель i8 потребляет всего 3,2л/100км. Это делает i8 самым экономичным в мире гибридным спорткаром.

Стоит отметить, что 918 и i8 могут работать полностью в электрическом режиме без участия бензиновых моторов, что позволяет ограниченное расстояние проехать без потребления топлива.

В настоящий момент потенциал развития полноприводных электрических и гибридных автомобилей огромен. Достаточно вспомнить участие в гонках ЛеМан-24 таких моделей, как Audi R18 e-quattro и Toyota TS040, чтобы понять, что производители ведут активные разработки для массового производства гибридных полноприводных машин в ближайшем будущем.

Минусы и плюсы гибридных и электрических автомобилей

С полным приводом, к сожалению пока не совершенны. Все дело в их стоимости. Производство гибридных транспортных средств обходится значительно дороже бензиновых автомобилей. Также гибридные машины намного тяжелее своих традиционных версий. Все дело в весе аккумуляторов и электромоторов.

Но эти недостатки могут быть компенсированы за счет существенной экономии топлива в процессе эксплуатации машины. Например, модель Lexus RX450h с приводом AWD расходует топлива на несколько литров меньше, чем традиционная 350 AWD. Но пока, что не все гибридные машины могут похвастаться быстрой окупаемостью. Ведь переплачивая за новый гибридный автомобиль, каждый покупатель рассчитывает как можно быстрее окупить затраты на покупку. Но к сожалению многие , что приводим к долгой окупаемости затрат на покупку.

Гибридные полноприводные машины AWD гораздо безопаснее и эффективнее. Так электромоторы помогают увеличить динамику и способствуют большей устойчивости на дороге. Благодаря этому многие модели гибридных автомобилей приобрели спортивный характер в отличие от своих бензиновых версий.

В двадцать первом веке, похоже, сбудется мечта человечества. Электрические автомобили еще не вытеснили технику на углеводородных видах топлива, но постепенно появляются более совершенные модели. За последние годы многие автопроизводители предложили на суд экспертного сообщества свои разработки электрокаров.

Некоторые пошли в серийное производство и успели завоевать признание у любителей и профессионалов. В топ-10 лучших электрокаров современности вошли следующие модели.

Chevy Volt

Chevrolet Spark EV

Ford Fusion Energi

Ford Focus Electric

Fiat 500e

Honda Accord Plug-In

Porsche Panamera S Hybrid E

BMW i3

Tesla Model S

Tesla Model X

1. Комплектация 70D обойдется покупателю в 80 тыс. долларов. Благодаря мощному аккумулятору (70 кВт⋅ч) Тесла может проехать 345 км.
2. Комплектация 90D оценивается в 132 тыс. долларов. Машина оснащается аккумулятором 90 кВт⋅ч, он обеспечивает пробег 414 км.
3. Приобрести Tesla Model X в комплектации P90D можно за 140 тыс. долларов. Мощность аккумулятора (90 кВт⋅ч) распределяется на две оси, обеспечивая великолепную динамику разгона (3,8 с до 96 км/ч). Без подзарядки машина может преодолеть 402 км.

• габаритный аккумулятор занимает много места в авто;
• зимой ухудшаются свойства батареи;
• срок службы аккумуляторов ограничивается 2-3 годами;
• для обогрева салона требуется дополнительная энергия.

На современном автомобиле установлено большое число агрегатов, требующих для приведения в действие затрат механической энергии. Эту энергию они получают в большинстве случаев от электродвигателей.

Электродвигатель с механизмом передачи механической энергии и схемой управления электродвигателем образуют систему электропривода автомобиля . Для передачи энергии в автомобильном электроприводе используются зубчатые и червячные передачи, кривошипно-шатунные механизмы. Часто электродвигатель и механизм передачи механической энергий объединяют в моторедуктор или электродвигатель совмещают с исполнительным элементом.

Электроприводы автомобиля приводят в действие вентиляторы отопителей и системы охлаждения двигателя, стеклоподъемники, устройства выдвижения антенн, стеклоочистители, насосы омывателей, фароочистители , подогреватели, топливные насосы и т.п. Расмотрим требования предъявляемые к электродвигателям и типы электрических двигателей используемых в системах электропривода агрегатов автомобиля.

Электродвигатели приводов агрегатов автомобиля

Требования, предъявляемые к электродвигателям, весьма разнообразны. Электродвигатели отопителей и вентиляторов автомобиля имеют продолжительный режим работы и малый пусковой момент; электродвигатели стеклоподъемника обладают большим пусковым моментом, но работают кратковременно; электродвигатели стеклоочистителей воспринимают переменные нагрузки и, следовательно, должны обладать жесткой выходной характеристикой, частота вращения вала не должна существенно меняться при перемене нагрузки; электродвигатели предпусковых подогревателей должны нормально работать при очень низких температурах окружающего воздуха.

В приводах агрегатов автомобиля применяют электродвигатели только постоянного тока . Их номинальные мощности должны соответствовать ряду 6, 10, 16, 25, 40, 60, 90, 120, 150, 180, 250, 370 Вт, а номинальные частоты вращения валов ряду 2000, 3000, 4000, 5000, 6000, 8000, 9000 и 10 000 об/мин.

Электродвигатели с электромагнитным возбуждением в системе электропривода агрегатов автомобиля имеют последовательное, параллельное или смешанное возбуждение. Реверсивные электродвигатели снабжены двумя обмотками возбуждения. Однако применение электродвигателей с электромагнитным возбуждением в настоящее время сокращается. Более широко распространены электродвигатели с возбуждением от постоянных магнитов.

Конструкции электродвигателей чрезвычайно разнообразны.

Рис. 2. Электродвигатель отопителя

На рис. 2 показано устройство электродвигателя отопителя. Постоянные магниты 2 закреплены на корпусе 12 электродвигателя пружинами 10. Вал якоря 11 установлен в металлокерамических подшипниках 1 и 5, расположенных в корпусе и в крышке 8. Крышка крепится к корпусу винтами, ввернутыми в пластины 9. Ток к коллектору 6 подводится через щетки 4, помещенные в щеткодержатель 3. Траверса 7 из изоляционного материала, объединяющая все щеткодержатели в общий узел, прикреплена к крышке 8.

На электродвигателях мощностью до 100 Вт общим является применение подшипников скольжения с металлокерамическими вкладышами, щеткодержателей коробчатого типа и коллекторов, штампованных из медной ленты с опрессовкой пластмассой. Применяют и коллекторы, изготовленные из трубы, имеющей на внутренней поверхности продольные пазы.

Крышки и корпус изготовляют цельнотянутыми из листовой стали. В электродвигателях стеклоомывателей крышки и корпус - пластмассовые. Статор электродвигателей электромагнитного возбуждения набирают из пластин; причем оба полюса и ярмо штампуют как одно целое из листовой стали.

Постоянные магниты типов 1 и 2 (см. табл. ниже) устанавливают в магнитопровод, залитый в пластмассовый корпус. Магниты типов 3, 4 и 5 прикрепляют к корпусу плоскими стальными пружинами или приклеивают. Магнит типа 6 устанавливают и приклеивают в магнитопровод, который размещается в крышке электродвигателя. Якорь набирают из пластин электротехнической стали толщиной 1-1,5 мм.

Технические данные основных типов электродвигателей с возбуждением от постоянных магнитов

таблица 1. Основные типы электродвигателей в электроприводах отечественных автомобилей.

Технические данные основных типов электродвигателей с электромагнитным возбуждением

таблица 2. Основные типы электродвигателей в электроприводах отечественных автомобилей.

Электродвигатели мощностью более 100 Вт близки по конструкции к генераторам постоянного тока . Они имеют корпус, изготовленный из полосовой малоуглеродистой стали или из трубы, на котором винтами закреплены полюса с обмоткой возбуждения. Крышки стянуты между собой болтами. В крышках расположены шариковые подшипники. Реактивные щеткодержатели обеспечивают стабильную работу щеток на коллекторе.

Двухскоростные двигатели с электромагнитным возбуждением имеют выводы каждой катушки возбуждения, электродвигатели с постоянными магнитами оборудованы третьей дополнительной щеткой, при подаче питания на которую частота вращения вала увеличивается.

Технические данные основных типов электродвигателей с возбуждением от постоянных магнитов представлены в табл. 1, а с электромагнитным возбуждением в табл. 2.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при создании гибридных автомобилей и электромобилей. Устройство содержит источник электроэнергии, подключенный к накопительному конденсатору. Приводной двигатель переменного тока состоит из ротора с постоянными магнитами и статора с трехфазными обмотками. Последовательно с каждой из обмоток статора включена дополнительная обмотка, а точки соединения указанных обмоток подключены соответственно к выводам выпрямителя, который совместно с инвертором входит в состав управляемого преобразователя. При включении источника питания начинают коммутироваться силовые ключи инвертора в соответствии с выходными сигналами блока управления. Автомобиль осуществляет поступательное движение с регулируемой скоростью, задаваемой блоком управления инвертором. При подаче команды «торможение» контроллер обеспечивает поступление управляющих сигналов на выпрямитель. В накопительный конденсатор поступает ток рекуперации. При протекании тока по обмоткам развивается тормозящий момент, а энергия торможения передается в накопительный конденсатор, который заряжается до напряжения большего, чем напряжение источника электропитания. По окончании торможения накопленная энергия конденсатора используется для поступательного движения автомобиля. Технический результат заключается в повышении энергетической эффективности электромобиля и обеспечении его простой и технологичной конструкции с оптимальными массогабаритными показателями. 1 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при проектировании гибридных автомобилей и электромобилей.

Известны гибридные автомобили на топливных элементах, содержащие аккумуляторную батарею, присоединенную через управляемый преобразователь к приводному двигателю колес (1). В устройстве предусмотрена организация цепей для использования энергии торможения колес. Однако установка имеет низкую энергетическую эффективность. Это объясняется тем, что при рекуперационном торможении генерируемое напряжение падает, а накопленный заряд в батарее растет, в результате чего по мере выравнивания потенциалов батареи и генератора темп зарядки батареи замедляется, а затем и вовсе прекращается.

Наиболее близким к изобретению устройством является электропривод колес автомобиля (2), содержащий аккумуляторную батарею, которая подключена к приводному двигателю через управляемый преобразователь напряжения. Для повышения эффективности силовой установки и улучшения ее энергетических характеристик управляемый преобразователь выполнен с возможностью передачи электроэнергии на приводной двигатель с понижающим коэффициентом преобразования напряжения, а рекуперацию электроэнергии с приводного двигателя при его торможении - с повышающим коэффициентом преобразования напряжения. В известном устройстве роль накопительного элемента, «принимающего» энергию рекуперации, выполняет аккумуляторная батарея, однако ее функцию может выполнять и другой энергонакопительный блок, например блок молекулярных конденсаторов. В известной схеме может быть задействован как двигатель постоянного тока, так и переменного тока. При использовании в качестве приводного двигателя электрической машины переменного тока необходимо введение в известную схему (2) преобразователя постоянного напряжения в переменное (следуя традиционной методике преобразования сигналов). Однако это ведет к усложнению конструкции преобразовательного блока и, следовательно, усложнению конструкции всего устройства, увеличению его стоимости и габаритов.

Техническим результатом, которого можно достичь при использовании изобретения, является упрощение конструкции, снижение стоимости и улучшение массогабаритных показателей.

Технический результат достигается за счет того, что в электроприводе колес автомобиля, содержащем источник электропитания, трехфазный электродвигатель переменного тока с ротором на постоянных магнитах и управляемый преобразователь, регулирующий режим работы электродвигателя (2), управляемый преобразователь состоит из мостовых трехфазных инвертора и выпрямителя, выводы постоянного тока которых подключены к накопительному конденсатору, присоединенному к источнику электропитания, а фазные выводы обмоток статора электродвигателя переменного тока подсоединены к входным выводам переменного тока инвертора, при этом согласно - последовательно с каждой из обмоток статора включена дополнительная обмотка, причем точки соединения указанных обмоток подключены соответственно к выводам переменного тока выпрямителя, полярность выводов постоянного тока которого встречная по отношению к полярности подсоединенного к ним источника электропитания, при этом управляющие входы блоков управления инвертора и выпрямителя соединены соответственно с выходами управляемого контроллера, выполненного обеспечивающим при подаче на его управляющий вход команды «скорость» либо «торможение» разрешение поступления управляющих сигналов на инвертор либо выпрямитель с одновременным блокированием поступления управляющих импульсов на выпрямитель либо инвертор соответственно.

На чертеже представлена конструктивная схема устройства.

Устройство содержит источник электроэнергии 1, например аккумуляторную батарею, которая подключена к накопительному конденсатору 2, подсоединенному к выводам питания управляемого преобразователя напряжения, регулирующего режимом работы приводного двигателя переменного тока 3. В схеме электропривода реализована возможность передачи электроэнергии на приводной двигатель 3 с пониженным напряжением и рекуперации электроэнергии с приводного двигателя 3 при его торможении с повышенным напряжением. Приводной двигатель 3 переменного тока состоит из ротора 4 с постоянными магнитами и статора с трехфазными обмотками 5. Согласно - последовательно с каждой из трехфазных обмоток W 1 статора включена дополнительная обмотка W 2 , а точки соединения указанных обмоток подключены соответственно к выводам переменного тока выпрямителя 6, который совместно с инвертором 7 входит в состав управляемого преобразователя. Управляющие входы инвертора 7 и выпрямителя 6 присоединены соответственно к выходам блоков управления 8 и 9, управляющие входы которых соединены с выходами управляемого контроллера 10, выполненного обеспечивающим разрешение поступления управляющих сигналов на схему инвертора либо выпрямителя с одновременным блокированием поступления управляющих импульсов на схему выпрямителя либо инвертора при подаче команды «скорость» либо «торможение» соответственно.

Устройство работает следующим образом.

При включении источника питания и подаче команды «Скорость» контроллер 10 формирует выходной сигнал, который разрешает поступление управляющих сигналов с блока управления 8 на инвертор 7 и одновременно блокирует работу блока управления 9, в результате чего силовые ключи инвертора 7 начинают коммутироваться в соответствии с выходными сигналами блока управления 8. За счет протекания токов в обмотках W 1 статора 5 электродвигателя возникает вращающееся магнитное поле, под действием которого начинает вращаться ротор 4 на постоянных магнитах. Блок управления 8 осуществляет высокочастотную модуляцию основной гармоники и регулирует величину напряжения и его частоту, используя, например, управление по вектору поля. Вращение ротора 4 непосредственно или через редуктор передается на колеса. Автомобиль осуществляет поступательное движение с регулируемой скоростью, задаваемой блоком управления 8, при этом идет прямая передача энергии на приводной двигатель.

По приходу сигнала «Торможение» контроллер 10 блокирует работу блока управления 8 и включает блок 9. При торможении под действием сил инерции колеса продолжают свое движение, вращая ротор 4 электрической машины 3, которая переходит в режим генерирования энергии. На вход выпрямителя 6 поступает суммарное напряжение обмоток W 1 , W 2 статора, а в накопительный конденсатор 2 поступает ток рекуперации. Напряжение на конденсаторе 2 возрастает до величины приведенного суммарного напряжения на обмотках W 1 , W 2 . При протекании тока по обмоткам W 1 , W 2 развивается тормозящий момент, а энергия торможения форсированно передается в накопительный конденсатор 2, который заряжается до напряжения большего, чем напряжение источника электропитания 1. При этом доля рекуперируемой энергии значительно увеличивается, т.к. величина энергии, накопленной в конденсаторе 2, находится в квадратичной зависимости от его напряжения.

По окончании торможения накопленная энергия конденсатора 2 используется для поступательного движения автомобиля.

Таким образом, управляемый преобразователь совместно с трехфазными обмотками W 1 , W 1 обеспечивает передачу электроэнергии на приводной двигатель 3 с пониженным напряжением и рекуперацию электроэнергии с приводного двигателя 3 при его торможении с повышенным напряжением. Устройство имеет высокий кпд, т.к. позволяет рекуперировать не менее 70% энергии торможения.

Высокие энергетические показатели устройства достигнуты при одновременном упрощении конструкции, снижении ее себестоимости и улучшении массогабаритных показателей.

Высокий кпд, простота конструкции и хорошие массогабаритные показатели данного устройства позволяют ему быть наиболее предпочтительным при проектировании гибридных автомобилей и электромобилей.

Источники информации, принятые во внимание

1. Ж. «АвтоМир» №1, 2007 г., с.9.

2. Ж. «АвтоМир» №48, 2007 г., с.8.

Электропривод колес автомобиля, содержащий источник электропитания, трехфазный электродвигатель переменного тока с ротором на постоянных магнитах и управляемый преобразователь, регулирующий режим работы электродвигателя, отличающийся тем, что управляемый преобразователь состоит из мостовых трехфазных инвертора и выпрямителя, выводы постоянного тока которых подключены к накопительному конденсатору, присоединенному к источнику электропитания, а фазные выводы обмоток статора электродвигателя переменного тока подсоединены к входным выводам переменного тока инвертора, при этом согласно-последовательно с каждой из обмоток статора включена дополнительная обмотка, причем точки соединения указанных обмоток подключены соответственно к выводам переменного тока выпрямителя, полярность выводов постоянного тока которого встречная по отношению к полярности подсоединенного к ним источника электропитания, при этом управляющие входы блоков управления инвертора и выпрямителя соединены соответственно с выходами управляемого контроллера, выполненного обеспечивающим при подаче на его управляющий вход команды «скорость» либо «торможение» разрешение поступления управляющих сигналов на инвертор либо выпрямитель с одновременным блокированием поступления управляющих импульсов на выпрямитель либо инвертор соответственно.