Никаких магнитов, большая мощность: электродвигатель BMW пятого поколения

20 января, 2022 admin

Вот что вам нужно знать, и почему так интересно, что BMW использовала этот мотор на iX M60. Это большой шаг вперед с точки зрения эффективности электродвигателя при отказе от использования редкоземельных минералов.

Электрический двигатель

Прежде чем мы углубимся в подробности, если вы не знакомы с различными типами электродвигателей, используемых в транспортных средствах. Но все электродвигатели полагаются на свойства электромагнетизма для преобразования электричества в крутящий момент для привода транспортного средства. Один полюс магнита притягивается к противоположному полюсу другого и, как полюса, отталкиваются друг от друга, это то, что приводит в движение электродвигатель. Простой подход заключается в использовании сильных постоянных магнитов во вращающейся части двигателя, называемой ротором, и электромагнита (проводящие провода, намотанные на ферромагнитный материал) в стационарной «коробке», в которой он вращается, называемой статором. Изменение электрической полярности в электромагните меняет магнитную полярность, и именно это переключение приводит в движение постоянные магниты. Но найти редкоземельные материалы, из которых делают постоянные магниты, становится все труднее. поэтому BMW уходит от них, используя электромагниты как в неподвижном статоре, так и в вращающемся роторе. Это возможно благодаря старой технологии — щеточным двигателям.

Мудрый EV

Если вы играете с радиоуправляемыми гусеничными машинами или разбирали электрическую дрель, вы знакомы с щеточными двигателями. Они существуют с момента изобретения электродвигателя и называются «щеточными», потому что набор щеток передает электричество на вращающийся ротор через так называемый коммутатор на роторе. Электромагнитные обмотки ротора питаются от коммутатора. Когда подается мощность, электромагнитные силы создаются как в статоре, так и в роторе, переключая их так, чтобы ротор вращался. Увеличение скорости переключения внутри электромагнитов и увеличение тока приводит к увеличению скорости.

Ротор может включать в себя два или более электромагнитных поля, каждое из которых возбуждается парой контактов (и щеток) на коммутаторе. Точно так же двигатель использует всего две щетки, но может использовать столько щеток, сколько необходимо для достижения проектных целей. Щетки могут быть изготовлены практически из любого материала, лишь бы через него можно было пропустить ток. Во многих случаях эти щетки спечены из металлических порошков и других материалов, как и ваши тормозные колодки. Даже канавки на поверхности щеток могут влиять на производительность, как и в случае с тормозными колодками. И, как и ваши тормозные колодки, щетки и коллектор создают пыль и изнашиваются, требуя периодической замены, что является одной из причин, по которым они в настоящее время не используются ни в каких современных электромобилях или гибридах.

Бесщеточные двигатели

Что подводит нас к большинству моторов, которые вы видите сегодня на дорогах. В бесщеточных двигателях либо используются постоянные магниты во вращающемся компоненте, либо они «индуцируют» магнитное поле в обмотке, намотанной на ферромагнитный материал во вращающемся компоненте. Последний тип известен как асинхронный асинхронный двигатель переменного тока, и именно его начинало использовать большинство автомобилей Tesla.

Самый большой вывод из этого заключается в том, что бесщеточные двигатели предпочтительнее щеточных, потому что они избавляют от необходимости технического обслуживания и пыли, возникающих при трении щетками изнашиваемой поверхности (коммутатора), что увеличивает срок службы двигателя. Недостатками являются более высокая начальная стоимость и более сложные контроллеры скорости двигателя, которым обычно требуется три датчика Холла для правильного измерения положения статора и ротора (хотя некоторые современные контроллеры нашли умные способы обходиться без этих датчиков).

Электродвигатель BMW пятого поколения

В этом двигателе BMW пятого поколения нет магнитов. Он работает как трехфазный синхронный двигатель переменного тока, использующий щетки и коммутатор для подачи питания на обмотки ротора, а это означает, что щеточные двигатели переменного тока больше не предназначены только для электровозов третьего мира.

Мы спросили BMW о ожидаемом сроке службы этих щеток и коммутаторов и о том, что происходит с пылью по мере их износа. Хотя они не смогли дать нам оценку срока службы щеток, они заверили нас, что модули щеток находятся «в закрытом и герметичном отсеке, исключающем попадание пыли внутрь проводки статора/ротора». Любой, кто работал с тормозами или даже с щеточными двигателями постоянного тока, знает, насколько мелки эти частицы пыли. Будет интересно посмотреть, как долго они прослужат, и сколько пыли на самом деле будут содержать (или выделять) эти модули.

Против использования магнитов

Машины с постоянными магнитами обычно считаются наиболее мощными электродвигателями, но постоянные магниты нельзя «выключить». Их магнитные поля никогда не меняются, поэтому, когда они не питаются от энергии в обмотке статора, они генерируют энергию. в тех обмотках, что создает сопротивление. Вот почему некоторые электромобили, приводимые в действие несколькими двигателями, либо используют муфту для развязки и холостого хода двигателя с постоянными магнитами, когда он не нужен, либо они оснащены одним асинхронным асинхронным двигателем переменного тока (который не несет таких потерь) и одним двигателем с постоянными магнитами. Редкоземельные металлы, из которых состоят постоянные магниты, также становится все труднее добывать с этической точки зрения, поскольку Китай контролирует большую часть запасов редкоземельных металлов, и все это заставляет BMW и других производителей двигателей искать другие способы создания электродвигателей с высокой плотностью мощности.

Щеточный двигатель BMW

Согласно BMW, эта система двигателя пятого поколения обеспечивает большую плотность энергии, более быструю частоту переключения и лучшее управление теплом. «Все это, — говорит BMW, — приводит к более высоким оборотам, большему крутящему моменту и даже большей мощности». BMW делает ставку на то, что современные материалы и технология уплотнений позволят современным щеткам и коллекторам прослужить разумный интервал обслуживания в течение срока службы современного электромобиля.

Судя по всему, BMW не преувеличивает производительность. Действительно, стандартная комбинированная мощность переднего и заднего двигателя iX M60 составляет 532 л.с. и 749 фунт-фут крутящего момента. По отдельности передний двигатель выдает 255 л.с., а задний двигатель в нормальном режиме выдает 483 л.с. В режиме Sport Boost суммарная мощность увеличивается до 610 л.с., а в режиме Launch вы должны откинуться на спинку сиденья с крутящим моментом в 811 фунт-фут в сумме. Все это без изменения мощности аккумулятора и в пакете, который обеспечивает более глубокую настройку двигателя.

Понятно, что битва за превосходство безмагнитных двигателей только начинается, и BMW отвечает на ключевую критику, часто направленную против электромобилей: использование редких, иногда неэтичных материалов делает электромобили вреднее для планеты. Мы действительно вступаем в интересное время в разработке электродвигателей.