An ηλεκτρικός κινητήραςείναι μια συσκευή που μετατρέπει την ηλεκτρική ενέργεια σε μηχανική ενέργεια και, από την εφεύρεση του πρώτου ηλεκτροκινητήρα από τον Φαραντέι, μπορούμε να ζήσουμε τη ζωή μας χωρίς αυτή τη συσκευή παντού.
Στις μέρες μας, τα αυτοκίνητα μεταβάλλονται ραγδαία από μηχανικά κυρίως σε ηλεκτρικά κινούμενα συστήματα, και η χρήση κινητήρων στα αυτοκίνητα γίνεται ολοένα και πιο διαδεδομένη. Πολλοί άνθρωποι μπορεί να μην είναι σε θέση να μαντέψουν πόσοι κινητήρες είναι τοποθετημένοι στο αυτοκίνητό τους, και η ακόλουθη εισαγωγή θα σας βοηθήσει να ανακαλύψετε τους κινητήρες στο αυτοκίνητό σας.
Εφαρμογές κινητήρων σε αυτοκίνητα
Για να μάθετε πού βρίσκεται ο κινητήρας στο αυτοκίνητό σας, το ηλεκτρικό κάθισμα είναι το ιδανικό μέρος για να τον βρείτε. Στα οικονομικά αυτοκίνητα, οι κινητήρες συνήθως παρέχουν ρύθμιση εμπρός και πίσω και κλίση πλάτης. Στα πολυτελή αυτοκίνητα,ηλεκτρικοί κινητήρεςμπορεί να ελέγξει τη ρύθμιση ύψους, για παράδειγμα, την ανάκλιση του κάτω μέρους του καθίσματος, την υποστήριξη της οσφυϊκής χώρας, τη ρύθμιση του προσκέφαλου και τη σκληρότητα του μαξιλαριού, μεταξύ άλλων χαρακτηριστικών που μπορούν να χρησιμοποιηθούν χωρίς ηλεκτρικούς κινητήρες. Άλλα χαρακτηριστικά των καθισμάτων που χρησιμοποιούν ηλεκτρικούς κινητήρες περιλαμβάνουν την ηλεκτρική αναδίπλωση των καθισμάτων και την ηλεκτρική φόρτιση των πίσω καθισμάτων.
Οι υαλοκαθαριστήρες είναι το πιο συνηθισμένο παράδειγμαηλεκτρικός κινητήραςεφαρμογές στα σύγχρονα αυτοκίνητα. Συνήθως, κάθε αυτοκίνητο διαθέτει τουλάχιστον ένα μοτέρ υαλοκαθαριστήρα για τους μπροστινούς υαλοκαθαριστήρες. Οι υαλοκαθαριστήρες του πίσω παρμπρίζ γίνονται ολοένα και πιο δημοφιλείς στα SUV και στα αυτοκίνητα με πίσω πόρτα τύπου αχυρώνα, πράγμα που σημαίνει ότι οι πίσω υαλοκαθαριστήρες και οι αντίστοιχοι κινητήρες υπάρχουν στα περισσότερα αυτοκίνητα. Ένας άλλος κινητήρας αντλεί υγρό πλύσης στο παρμπρίζ και, σε ορισμένα αυτοκίνητα, στους προβολείς, οι οποίοι μπορεί να έχουν τον δικό τους μικρό υαλοκαθαριστήρα.
Σχεδόν κάθε αυτοκίνητο διαθέτει έναν ανεμιστήρα που κυκλοφορεί τον αέρα μέσω του συστήματος θέρμανσης και ψύξης. Πολλά οχήματα έχουν δύο ή περισσότερους ανεμιστήρες στην καμπίνα. Τα οχήματα υψηλότερης κατηγορίας διαθέτουν επίσης ανεμιστήρες στα καθίσματα για αερισμό με μαξιλάρια και κατανομή θερμότητας.
Στο παρελθόν, τα παράθυρα συχνά άνοιγαν και έκλειναν χειροκίνητα, αλλά τώρα τα ηλεκτρικά παράθυρα είναι συνηθισμένα. Κρυφοί κινητήρες στεγάζονται σε κάθε παράθυρο, συμπεριλαμβανομένων των ηλιοροφών και των πίσω παραθύρων. Οι ενεργοποιητές που χρησιμοποιούνται για αυτά τα παράθυρα μπορεί να είναι τόσο απλοί όσο τα ρελέ, αλλά οι απαιτήσεις ασφαλείας (όπως η ανίχνευση εμποδίων ή η σύσφιξη αντικειμένων) οδηγούν στη χρήση πιο έξυπνων ενεργοποιητών με παρακολούθηση κίνησης και περιορισμό της κινητήριας δύναμης.
Με την αλλαγή από χειροκίνητες σε ηλεκτρικές, οι κλειδαριές αυτοκινήτων γίνονται όλο και πιο βολικές. Τα οφέλη του μηχανοκίνητου ελέγχου περιλαμβάνουν βολικές λειτουργίες όπως η τηλεχειριζόμενη λειτουργία, καθώς και βελτιωμένη ασφάλεια και ευφυΐα, όπως το αυτόματο ξεκλείδωμα μετά από σύγκρουση. Σε αντίθεση με τα ηλεκτρικά παράθυρα, οι ηλεκτρικές κλειδαριές θυρών πρέπει να διατηρούν την επιλογή χειροκίνητης λειτουργίας, επομένως αυτό επηρεάζει τον σχεδιασμό του κινητήρα και τη δομή της ηλεκτρικής κλειδαριάς θυρών.
Οι δείκτες σε ταμπλό ή σε συγκροτήματα οργάνων μπορεί να έχουν εξελιχθεί σε διόδους εκπομπής φωτός (LED) ή άλλους τύπους οθονών, αλλά τώρα κάθε καντράν και μετρητής χρησιμοποιεί μικρούς ηλεκτροκινητήρες. Άλλοι κινητήρες στην κατηγορία που παρέχουν άνεση περιλαμβάνουν κοινά χαρακτηριστικά όπως αναδίπλωση και ρύθμιση θέσης πλευρικών καθρεφτών, καθώς και πιο ιδιαίτερες εφαρμογές όπως μετατρέψιμες οροφές, αναδιπλούμενα πεντάλ και γυάλινα διαχωριστικά μεταξύ οδηγού και συνοδηγού.
Κάτω από το καπό, οι ηλεκτροκινητήρες γίνονται όλο και πιο συνηθισμένοι σε πολλά άλλα μέρη. Σε πολλές περιπτώσεις, οι ηλεκτροκινητήρες αντικαθιστούν τα μηχανικά εξαρτήματα που κινούνται με ιμάντα. Παραδείγματα περιλαμβάνουν ανεμιστήρες ψυγείου, αντλίες καυσίμου, αντλίες νερού και συμπιεστές. Υπάρχουν πολλά πλεονεκτήματα στην αλλαγή αυτών των λειτουργιών από ιμάντα σε ηλεκτρική κίνηση. Ένα από αυτά είναι ότι η χρήση κινητήρων κίνησης στον σύγχρονο ηλεκτρονικό εξοπλισμό είναι πιο ενεργειακά αποδοτική από τη χρήση ιμάντων και τροχαλιών, με αποτέλεσμα οφέλη όπως βελτιωμένη απόδοση καυσίμου, μειωμένο βάρος και χαμηλότερες εκπομπές ρύπων. Ένα άλλο πλεονέκτημα είναι ότι η χρήση ηλεκτρικών κινητήρων αντί για ιμάντες επιτρέπει μεγαλύτερη ελευθερία στον μηχανικό σχεδιασμό, καθώς οι θέσεις τοποθέτησης των αντλιών και των ανεμιστήρων δεν χρειάζεται να περιορίζονται από τον ελικοειδή ιμάντα που πρέπει να συνδέεται σε κάθε τροχαλία.
Τάσεις στην τεχνολογία κινητήρων εντός οχημάτων
Οι ηλεκτροκινητήρες είναι απαραίτητοι στα σημεία που σημειώνονται στο παραπάνω διάγραμμα και, στη συνέχεια, καθώς το αυτοκίνητο γίνεται πιο ηλεκτρονικό και σημειώνεται πρόοδος στην αυτόνομη οδήγηση και την ευφυΐα, οι ηλεκτροκινητήρες θα χρησιμοποιούνται όλο και περισσότερο στο αυτοκίνητο και ο τύπος των κινητήρων για την κίνηση αλλάζει επίσης.
Ενώ προηγουμένως οι περισσότεροι κινητήρες στα αυτοκίνητα χρησιμοποιούσαν τυπικά συστήματα αυτοκινήτων 12V, τα συστήματα διπλής τάσης 12V και 48V γίνονται πλέον ευρέως διαδεδομένα, με το σύστημα διπλής τάσης να επιτρέπει την αφαίρεση ορισμένων από τα υψηλότερα φορτία ρεύματος από την μπαταρία 12V. Το πλεονέκτημα της χρήσης τροφοδοσίας 48V είναι η τετραπλάσια μείωση του ρεύματος για την ίδια ισχύ και η συνοδευτική μείωση του βάρους των καλωδίων και των περιελίξεων του κινητήρα. Εφαρμογές με φορτία υψηλού ρεύματος που μπορούν να αναβαθμιστούν σε ισχύ 48V περιλαμβάνουν μίζες, υπερσυμπιεστές, αντλίες καυσίμου, αντλίες νερού και ανεμιστήρες ψύξης. Η τοποθέτηση ενός ηλεκτρικού συστήματος 48V για αυτά τα εξαρτήματα μπορεί να εξοικονομήσει περίπου 10% στην κατανάλωση καυσίμου.
Κατανόηση των τύπων κινητήρων
Διαφορετικές εφαρμογές απαιτούν διαφορετικούς κινητήρες και οι κινητήρες μπορούν να κατηγοριοποιηθούν με ποικίλους τρόπους.
1. Ταξινόμηση με βάση την πηγή ισχύος λειτουργίας - Ανάλογα με την πηγή ισχύος λειτουργίας του κινητήρα, μπορεί να ταξινομηθεί σε κινητήρες συνεχούς ρεύματος και κινητήρες εναλλασσόμενου ρεύματος. Μεταξύ αυτών, οι κινητήρες εναλλασσόμενου ρεύματος διαιρούνται επίσης σε μονοφασικούς κινητήρες και τριφασικούς κινητήρες.
2. Σύμφωνα με την αρχή λειτουργίας - σύμφωνα με τη διαφορετική δομή και αρχή λειτουργίας, ο κινητήρας μπορεί να χωριστεί σε κινητήρα συνεχούς ρεύματος, ασύγχρονο κινητήρα και σύγχρονο κινητήρα. Οι σύγχρονοι κινητήρες μπορούν επίσης να χωριστούν σε σύγχρονους κινητήρες μόνιμου μαγνήτη, σύγχρονους κινητήρες αντίστασης και κινητήρες υστέρησης. Ο ασύγχρονος κινητήρας μπορεί να χωριστεί σε επαγωγικό κινητήρα και κινητήρα εναλλασσόμενου ρεύματος με συλλέκτη.
3. Ταξινόμηση ανάλογα με την κατάσταση εκκίνησης και λειτουργίας - ο κινητήρας ανάλογα με την κατάσταση εκκίνησης και λειτουργίας μπορεί να χωριστεί σε μονοφασικό ασύγχρονο κινητήρα με εκκίνηση από πυκνωτή, μονοφασικό ασύγχρονο κινητήρα με λειτουργία πυκνωτή, μονοφασικό ασύγχρονο κινητήρα με εκκίνηση από πυκνωτή και μονοφασικό ασύγχρονο κινητήρα διαιρεμένης φάσης.
4. Ταξινόμηση ανάλογα με τη χρήση - οι ηλεκτροκινητήρες μπορούν να χωριστούν σε κινητήρες κίνησης και κινητήρες ελέγχου ανάλογα με τη χρήση. Οι κινητήρες κίνησης χωρίζονται σε ηλεκτρικά εργαλεία (συμπεριλαμβανομένων τρυπήματος, στίλβωσης, λείανσης, κοπής, κοπής, ξύστρας και άλλων εργαλείων) με ηλεκτροκινητήρες, οικιακές συσκευές (συμπεριλαμβανομένων πλυντηρίων ρούχων, ηλεκτρικών ανεμιστήρων, ψυγείων, κλιματιστικών, μαγνητοφώνων, βίντεο, συσκευών εγγραφής βίντεο, συσκευών αναπαραγωγής DVD, απορροφητήρων, φωτογραφικών μηχανών, στεγνωτήρων μαλλιών, ηλεκτρικών ξυριστικών μηχανών κ.λπ.) με ηλεκτροκινητήρες και άλλα μικρά μηχανήματα και εξοπλισμό γενικής χρήσης (συμπεριλαμβανομένων μιας ποικιλίας μικρών εργαλειομηχανών, μικρών μηχανημάτων, ιατρικού εξοπλισμού, ηλεκτρονικών οργάνων κ.λπ.). Οι κινητήρες ελέγχου χωρίζονται σε βηματικούς κινητήρες και σερβοκινητήρες.
5. Ταξινόμηση σύμφωνα με τη δομή του ρότορα - ο κινητήρας σύμφωνα με τη δομή του ρότορα μπορεί να χωριστεί σε κινητήρα επαγωγής κλωβού (το παλιό πρότυπο ονομάζεται ασύγχρονος κινητήρας σκίουρου κλωβού) και κινητήρα επαγωγής ρότορα με συρματόσχοινο (το παλιό πρότυπο ονομάζεται ασύγχρονος κινητήρας με συρματόσχοινο).
6. Ταξινόμηση ανάλογα με την ταχύτητα λειτουργίας - ο κινητήρας ανάλογα με την ταχύτητα λειτουργίας μπορεί να χωριστεί σε κινητήρες υψηλής ταχύτητας, κινητήρες χαμηλής ταχύτητας, κινητήρες σταθερής ταχύτητας και κινητήρες ταχύτητας.
Επί του παρόντος, οι περισσότεροι κινητήρες σε εφαρμογές αμαξώματος αυτοκινήτων χρησιμοποιούν κινητήρες συνεχούς ρεύματος με ψήκτρες, οι οποίοι αποτελούν μια παραδοσιακή λύση. Αυτοί οι κινητήρες είναι απλοί στην οδήγηση και σχετικά φθηνοί λόγω της λειτουργίας μεταγωγής που παρέχουν οι ψήκτρες. Σε ορισμένες εφαρμογές, οι κινητήρες συνεχούς ρεύματος χωρίς ψήκτρες (BLDC) προσφέρουν σημαντικά πλεονεκτήματα όσον αφορά την πυκνότητα ισχύος, η οποία μειώνει το βάρος και παρέχει καλύτερη οικονομία καυσίμου και χαμηλότερες εκπομπές ρύπων, και οι κατασκευαστές επιλέγουν να χρησιμοποιούν κινητήρες BLDC σε υαλοκαθαριστήρες, φυσητήρες και αντλίες θέρμανσης, εξαερισμού και κλιματισμού καμπίνας (HVAC). Σε αυτές τις εφαρμογές, οι κινητήρες τείνουν να λειτουργούν για μεγάλα χρονικά διαστήματα αντί για παροδική λειτουργία όπως τα ηλεκτρικά παράθυρα ή τα ηλεκτρικά καθίσματα, όπου η απλότητα και η οικονομική αποδοτικότητα των κινητήρων με ψήκτρες εξακολουθούν να είναι πλεονεκτική.
Ηλεκτροκινητήρες κατάλληλοι για ηλεκτρικά οχήματα
Η μετάβαση από οχήματα με χαμηλή κατανάλωση καυσίμου σε αμιγώς ηλεκτρικά οχήματα θα οδηγήσει σε στροφή προς τους κινητήρες με κινητήρα στην καρδιά του αυτοκινήτου.
Το σύστημα κίνησης του κινητήρα είναι η καρδιά ενός ηλεκτρικού οχήματος, το οποίο αποτελείται από έναν κινητήρα, έναν μετατροπέα ισχύος, διάφορους αισθητήρες ανίχνευσης και μια παροχή ρεύματος. Κατάλληλοι κινητήρες για ηλεκτρικά οχήματα περιλαμβάνουν: κινητήρες συνεχούς ρεύματος, κινητήρες συνεχούς ρεύματος χωρίς ψήκτρες, ασύγχρονους κινητήρες, σύγχρονους κινητήρες μόνιμου μαγνήτη και κινητήρες με διακοπτική αντίσταση.
Ο κινητήρας συνεχούς ρεύματος είναι ένας κινητήρας που μετατρέπει την ηλεκτρική ενέργεια συνεχούς ρεύματος σε μηχανική ενέργεια και χρησιμοποιείται ευρέως στην ηλεκτρική αντίσταση λόγω της καλής απόδοσης ρύθμισης της ταχύτητας. Έχει επίσης τα χαρακτηριστικά της μεγάλης ροπής εκκίνησης και του σχετικά απλού ελέγχου, επομένως, οποιοδήποτε μηχάνημα που ξεκινά υπό βαρύ φορτίο ή απαιτεί ομοιόμορφη ρύθμιση της ταχύτητας, όπως μεγάλα αναστρέψιμα ελασματουργεία, βαρούλκα, ηλεκτρικές ατμομηχανές, τραμ κ.ο.κ., είναι κατάλληλο για τη χρήση κινητήρων συνεχούς ρεύματος.
Ο κινητήρας συνεχούς ρεύματος χωρίς ψήκτρες είναι σε μεγάλο βαθμό σύμφωνος με τα χαρακτηριστικά φορτίου των ηλεκτρικών οχημάτων, με χαρακτηριστικά μεγάλης ροπής σε χαμηλές ταχύτητες, μπορεί να παρέχει μεγάλη ροπή εκκίνησης για να καλύψει τις απαιτήσεις επιτάχυνσης των ηλεκτρικών οχημάτων, ταυτόχρονα, μπορεί να λειτουργήσει σε χαμηλές, μεσαίες και υψηλές ταχύτητες σε μεγάλο εύρος ταχυτήτων, έχει επίσης χαρακτηριστικά υψηλής απόδοσης, ενώ σε συνθήκες ελαφρού φορτίου έχει υψηλή απόδοση. Το μειονέκτημα είναι ότι ο ίδιος ο κινητήρας είναι πιο πολύπλοκος από έναν κινητήρα εναλλασσόμενου ρεύματος και ο ελεγκτής είναι πιο πολύπλοκος από έναν κινητήρα συνεχούς ρεύματος με ψήκτρες.
Ο ασύγχρονος κινητήρας, δηλαδή ο επαγωγικός κινητήρας, είναι μια συσκευή στην οποία ο ρότορας τοποθετείται σε ένα περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο και υπό την επίδραση του περιστρεφόμενου μαγνητικού πεδίου, επιτυγχάνεται μια περιστρεφόμενη ροπή και έτσι ο ρότορας περιστρέφεται. Η δομή του ασύγχρονου κινητήρα είναι απλή, εύκολη στην κατασκευή και τη συντήρηση, έχει χαρακτηριστικά φορτίου σχεδόν σταθερής ταχύτητας και μπορεί να καλύψει τις απαιτήσεις των περισσότερων βιομηχανικών και γεωργικών μηχανημάτων παραγωγής. Ωστόσο, η ταχύτητα του ασύγχρονου κινητήρα και η σύγχρονη ταχύτητα του περιστρεφόμενου μαγνητικού πεδίου του έχουν σταθερό ρυθμό περιστροφής και επομένως η ρύθμιση της ταχύτητας είναι κακή, όχι τόσο οικονομική όσο του κινητήρα συνεχούς ρεύματος, ευέλικτη. Επιπλέον, σε εφαρμογές υψηλής ισχύος και χαμηλής ταχύτητας, οι ασύγχρονοι κινητήρες δεν είναι τόσο λογικοί όσο οι σύγχρονοι κινητήρες.
Ο σύγχρονος κινητήρας μόνιμου μαγνήτη είναι ένας σύγχρονος κινητήρας που παράγει ένα σύγχρονο περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο μέσω της διέγερσης μόνιμων μαγνητών, οι οποίοι λειτουργούν ως ρότορας για να δημιουργήσουν ένα περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο, και οι τριφασικές περιελίξεις του στάτορα αντιδρούν μέσω του οπλισμού υπό την επίδραση του περιστρεφόμενου μαγνητικού πεδίου, προκαλώντας τριφασικά συμμετρικά ρεύματα. Ο κινητήρας μόνιμου μαγνήτη είναι μικρός σε μέγεθος, ελαφρύς σε βάρος, με μικρή περιστροφική αδράνεια και υψηλή πυκνότητα ισχύος, γεγονός που είναι κατάλληλο για ηλεκτρικά οχήματα με περιορισμένο χώρο. Επιπλέον, έχει μεγάλο λόγο ροπής προς αδράνεια, ισχυρή ικανότητα υπερφόρτωσης και μεγάλη ροπή εξόδου, ειδικά σε χαμηλές ταχύτητες περιστροφής, γεγονός που είναι κατάλληλο για την επιτάχυνση εκκίνησης του ηλεκτρονικού οχήματος. Επομένως, οι κινητήρες μόνιμου μαγνήτη έχουν γενικά αναγνωριστεί από τις εγχώριες και ξένες εταιρείες ηλεκτρικών οχημάτων και έχουν χρησιμοποιηθεί σε πολλά ηλεκτρικά οχήματα. Για παράδειγμα, τα περισσότερα ηλεκτρικά οχήματα στην Ιαπωνία κινούνται από κινητήρες μόνιμου μαγνήτη, οι οποίοι χρησιμοποιούνται στο υβριδικό Toyota Prius.
Ώρα δημοσίευσης: 31 Ιανουαρίου 2024