Новітні технології в електрокарах: двигуни стають легшими, компактнішими та росте їх ККД
Цієї осені кілька великих виробників автомобілів і розробників технологій представили нові компактні електродвигуни для використання в електромобілях
Тенденція очевидна: двигуни стають легшими, компактнішими і росте їх ККД. Це вимагає нових матеріалів і часто набагато більш високої інтеграції компонентів.
Метою розробки є створення інтегрованих вузлів, в яких електродвигун, силова електроніка та інші елементи зібрані разом для економії місця і ваги. Нові рішення поставляються як німецькими та американськими, так і китайськими виробниками, і очікується, що запас ходу буде збільшений на 10-20% в результаті цих нововведень.
Від вітряних турбін до електромобілів
Протягом багатьох років регулювання частоти стаціонарних електродвигунів було в центрі уваги розробників силової електроніки. Зокрема, для вітряних турбін. Тепер же, з приходом електромобілів, саме автомобільна промисловість керує розвитком. Центр сили зміщується саме туди: сьогодні кількість нових вітряних турбін становить близько 60 ГВт на рік, але, очікується, що загальна потужність електромоторів для електромобілів вже до 2040 року складе близько 3000 ГВт на рік.
Нагадаємо: Україна підтримує використання в містах екологічних видів транспорту, тому в рамках Національної транспортної стратегії до 2030 року планує повністю замінити весь міський громадський транспорт на електричний і створити відповідну інфраструктуру для цього.
Нові напівпровідникові матеріали
Нові матеріали в напівпровідниковій електроніці є одним з вирішальних факторів. Сьогодні в основному використовується технологія IGBT (біполярний транзистор з ізольованим затвором) на основі кремнію. Але в майбутньому технологія на основі карбіду кремнію матиме значно більший вплив. У більш довгостроковій перспективі також буде використовуватися нітрит Галія, особливо при більш низькій напрузі.
Сплави і матеріали
Досвід по оптимізації вітряних турбін використовується тепер для вичавлювання останніх відсотків ККД з електродвигунів для електромобілів. Зараз дослідники шукають більш цікавіші сплави. Якщо ми подивимося, наприклад, на аморфну сталь, вона має дуже хороші магнітні властивості, але при цьому дуже делікатна. Ротор і статор електродвигунів складаються з тонких сталевих пластин, і тут товщина цих пластин впливає на втрати. Завдання тут довести товщину цих пластин до 150 мікрон, таким чином, вихрові струми і втрати будуть менше.
Інші матеріали, такі як м’який магнітний композит (Soft Magnetic Composite, SMC), де дуже чистий залізний порошок на рівні кожного зерна покритий електроізоляційним шаром і з якого потім виготовляються готові компоненти за допомогою порошкової металургії, також допомагає знизити втрати, особливо на високих частотах.
Нагадаємо: У світі кількість зарядних станцій для електромобілів перевищила 1 мільйон
Tesla воліє надійність
Сильніші магніти в двигуні означають, що щільність енергії може бути збільшена, і, отже, двигун може бути менше. Але коли справа стосується електромобілів, можливо, важливіше, щоб двигун був надійним. Tesla, наприклад, традиційно використовувала не самий маленький, але дуже надійний асинхронний двигун в моделях S і X. Пізніше, правда, більш кращі характеристики моторів на постійних магнітах змусили Теслу почати ставити їх в моделях 3 і Y на задній осі. Проте, на передній осі Тесла продовжує використовувати добре зарекомендували себе асинхронні двигуни.
У той же час, спостерігається прогрес у розробці інших технологій для електромобілів, таких як вентильні реактивні двигуни, двигуни з перемиканням магнітного потоку і синхронні реактивні двигуни. Переваги цих типів двигунів полягають в тому, що вони не вимагають постійних магнітів і, отже, дешевше і надійніше. Крім того, є і дуже екзотичні рішення: двигуни на надпровідниках. Але ці навряд чи ми побачимо в електромобілях в найближчому майбутньому.
Нагадаємо: Японські стартапи обіцяють радикально збільшити ємність батарей електромобілів
Для тих кому цікаво, тут автомобільний інженер і популярний блогер Санді Мунро розбирає електромотори Тесли і порівнює їх з електромоторами інших виробників:
