モーターはその名の通り、電気エネルギーと機械エネルギーを変換する装置です。 どのモーターも、モーターまたは発電機として動作できます。 エネルギー自体を生成するのではなく、電気機械エネルギーの変換のみを実現しますが、変換プロセスでの損失は熱に変換されるため、モーターの設計には電磁設計、機械設計、および熱設計が含まれます。 私たちは、電力、機械力、損失と効率、温度、その他の性能パラメータにもっと注意を払います。
構造や用途によって、モーターには多くの種類があります。 しかし、現在の自動車駆動に使われている主なものは、永久磁石同期電動機、非同期電動機（誘導電動機）、スイッチドリラクタンス電動機、電気励磁電動機、DC電動機です。 この時点で、誰もがこれらのモーターの違いと、それぞれの長所と短所に注意を払わずにはいられませんか? ここで簡単な一般科学を作りましょう。
DC
DC モーターは、モーターファミリーの中で最も古い発明です。 その発明者は有名なファラデーです。 従来の DC モーターは、主に回転子の電機子巻線、固定子の励磁巻線、固定子と回転子のコア、フレームとブラシで構成されています。整流子が形成され、励磁巻線が励磁磁場を提供し、電機子巻線は、トルクを生成する電流を提供します。
前述のように、DC モーターには励磁巻線と電機子巻線があります。 磁場の大きさは励磁巻線の電流を制御することで制御でき、トルクは電機子巻線の電流を制御することで調整できます。 したがって、DCモータの最大のメリットは制御性能の良さです。 モーターの出力速度とトルクは、外付けの可変抵抗のみでほぼリニアに調整できます。
しかし、ブラシの存在により、信頼性が低く、メンテナンスコストが高く、ブラシの接触抵抗と外部抵抗による追加損失が大きく、モーター効率が比較的低くなります。 現在、新しく開発された電気自動車は、基本的に、ウィンドウリフト、ワイパーの駆動などの場所でのみ使用されるブラシ付き DC モーターを使用しなくなり、ブラシ整流子を電子整流子に置き換える傾向があります。
誘導電動機
インダクション モーターの発明者は、もう 1 つのハイテク大手テスラです。 一般に、固定子コアには三相交流巻線が埋め込まれており、回転子は鉄心と短絡のかご形巻線で構成されています。 三相 AC が固定子巻線に接続されると、合成空間同期回転磁界が生成され、回転子巻線が切断され、回転子ケージ巻線に電流が生成され、電流は磁気の作用を受けます。ローターを回転させる電磁力を発生させる磁場。
ローターにブラシが不要なため、構造がシンプルで信頼性が高く、製造技術も比較的成熟しているため、工業生産に広く使用されています。 現在は一部の乗用車に採用されていますが、電力密度が低く、制御が複雑なため、乗用車にはほとんど採用されていません。 この偉大な人物を記念するために、テスラ モーターは初期の製品に銅棒リス ケージの誘導を使用しました。 ただし、全体的な効率、電力密度、およびその他の性能により、希土類永久磁石モーターと比較することはまだできません。 最新のModel 3では、駆動モーターを永久磁石同期モーターに切り替えました。
従来の同期電動機と永久磁石同期電動機
同期電動機の固定子構造は、従来の誘導電動機と同じです。 ACモーターに属します。 固定子巻線のみが対称 AC 電流を通過し、エア ギャップ内に特定の回転起磁力を生成します。 非同期モーターとの違いは、回転子の速度が回転磁界の速度と一致することです。
従来の電気励磁式同期電動機で、回転子の突極に励磁巻線を巻き、シャフトのスリップリングとブラシを介して引き出されています。 すなわち、その励磁起磁力は、外部直流によって提供される。 したがって、その制御性能は比較的良好であり、力率と効率は比較的高くなる可能性があります。 ただし、外部励磁機が必要なためサイズが大きく、ブラシスリップリングは定期的なメンテナンスが必要なため、このタイプのモーターは主に発電所の発電機に使用され、自動車では比較的まれです。
新エネルギー車で最も多く使用されているのは、永久磁石同期モーターです。 以前のものとの違いは、回転子コアに巻線がなく、表面実装または内蔵の永久磁石のみであるということです。 電気機械エネルギー変換は、回転磁場の作用により発生します。
車の速度は頻繁に調整する必要があるため、モーターの速度は比較的高くなるように設計されているため、右側の磁性鋼を内蔵した永久磁石同期モーターは、機械的強度が優れているため有利であり、磁性鋼を内蔵したこの種のモーターとしては比較的高い磁力を持っています。 抵抗トルクは、磁性鋼の量を節約し、磁場弱体化性能を向上させるのに役立ちます。
スイッチドリラクタンスモーター
リラクタンスモーターは新構造のモーターです。 回転子には巻線や永久磁石材はなく、突極をけい素鋼板で積み重ねた堅牢な構造です。 これは、最小磁気抵抗の原則に基づいています (磁束は、磁気抵抗が最小の経路に沿って常に閉じている必要があります)。 固定子の突極にある巻線の通電順序を切り替えることで、回転子は磁気抵抗が最も小さい位置に連続的に移動し、回転子を駆動します。
磁気抵抗構造は、シンプルで頑丈、信頼性が高く、低コストであり、開発の大きな可能性を秘めています。 そのため、近年牽引速度調整の分野で急速に発展しています。 しかし、固有のトルク変動と明らかな振動と騒音のため、現在は一部の乗用車でのみ使用されています。
現在、いくつかの新しいハイブリッド励磁型リラクタンス モーターもあります。 通常、特定のフェライト永久磁石材料が回転子のリラクタンス スロットに挿入されるため、永久磁石トルクの一部が導入されるため、モータの性能がリラクタンス モータの性能よりも高くなります。 、そしてコストは希土類永久磁石モーターほど高くありません。
エピローグ
この記事では、私たちがよく知っているいくつかのモーターを紹介します。 全体として、DC モーターは、信頼性が低く、性能が平均的であるため、徐々に排除されています。 スイッチドリラクタンスモーターの制御技術はまだ成熟しておらず、低速での騒音と振動は明らかで、効率も低いです。 それは将来の選択肢に属します。 誘導電動機の回転子は、二次側で銅を消費し、発熱が大きく、効率が低く、体積が大きく、多くの場合、厳密な体積要件を必要としない乗用車での使用に適しています。 電気励磁同期モータシステムはサイズが大きく、電気ブラシ付きスリップリングはメンテナンスが必要で信頼性に懸念があり、発電機以外では現在ほとんどありません。
上の写真は、参考までに米国エネルギー省とオークリッジ国立研究所が作ったいくつかのモーターの構造と性能を比較したものです。 小型の乗用車では、永久磁石同期モーターが依然として主流であり、私の国では、希土類永久磁石材料の埋蔵量には独自の資源上の利点があります。 しかし、新エネルギー車の爆発的な成長に伴い、新しい高効率、低コスト、安全で信頼性の高いモーターに対する研究の熱意も高まっています。
