На недавней конференции Motors & Drive Systems обсуждалось применение электродвигателей в автомобилях. Великобритания и Франция уже установили даты, когда двигателей внутреннего сгорания (ДВЗ) не будут устанавливаться в автомобили. Китай также пытается определиться с датой запрета производства транспортных средств с двигателями внутреннего сгорания. Volvo уже объявила, что ее новые автомобили будут оснащены тяговыми электроприводами (полная замена ДВЗ), начиная с 2019 года.
Близится то время, когда тяговый электропривод полностью заменит двигатель внутреннего сгорания и электромобили будут не единичным явлением среди городского траффика, а массовым. Но если присмотреться поближе, то можно увидеть, что электрические машины доминируют не только в электромобилях, но и обычный современный автомобиль с двигателем внутреннего сгорания имеет огромнейшее количество электрических машин.
Существующая и растущая «популяции» электрических машин
Стартеры (использующие электродвигатели) были неотъемлемой частью автомобилей практически с самого начала автомобилестроения, так как наши «бабушки и дедушки» решили, что должен быть лучший способ, чем кривой стартер для запуска двигателя автомобиля. Они по-прежнему являются самыми мощными электродвигателями в автомобилях (за исключением тяговых электродвигателей). С появлением технологии старт-стопа и «мягких гибридных автомобилей» стартер превращается в стартер-генератор и выполняет больше функций. В некоторых конструкциях усовершенствованный стартер может использоваться для «ползучести» вперед в движении «стоп-энд-гоу», линия разделения между стартером и электрическим тяговым двигателем становится все более размытой.
Стеклоочистители (дворники), возможно, являются наиболее распространенным примером использования электродвигателей в существующих автомобилях. У каждого автомобиля есть, по крайней мере, один двигатель стеклоочистителя для передних дворников. Популярность внедорожников и хэтчбеков с менее обтекаемыми задними окнами означала наличие и задних стеклоочистителей и соответствующих двигателей на большой части автомобилей. Еще один электропривод использует насос, разбрызгивающий омывающую жидкость на лобовые стекла, а в некоторых автомобилях и на фары, которые могут иметь свои маленькие дворники.
Почти у каждого автомобиля есть вентиляторы, которые способствуют улучшению циркуляции воздуха от системы отопления или охлаждения (ОВК или англ. HVAC). У многих автомобилей есть два или более вентилятора в салоне. В автомобилях премиум класса есть вентиляторы, встроенные в сиденья для вентиляции подушки и распределения тепла.
Если рассматривать сиденья автомобиля, то там действительно довольно много электродвигателей. Например, для бюджетных автомобилей электрические машины обеспечивают удобство регулировки подушки и спинки сиденья. В автомобилях премиум класса электропривод может использоваться для регулировки высоты, наклона подушки, подголовников, устойчивость сиденья. Для задних сидений они могут использоваться для складывания сиденья и его удержания в определенной позиции.
Стеклоподъемники. Традиционно в новых автомобилях используется система электропривода, но старшее поколение еще помнит ручной подъем стекла двери, с помощью специальных ручек.
Каждое окно является еще одним потенциальным местом для установки электрической машины, включая варианты с люками и задними окнами в минивэнах. Приводы для этих окон могут быть такими же простыми, как реле, но требования безопасности, такие как обнаружение препятствия или защемленный объект, приводят к более интеллектуальным параметрам системы электропривода, с контролем движения и ограничениями на крутящий момент.
Замки — еще один вариант повышения удобства использования, когда ручное управление уступило место электроприводу. Преимущества электрического управления включают удобные функции, такие как дистанционное управление, повышенная безопасность и интеллектуальные функции, такие как автоматическая разблокировка после столкновения. В отличие от стеклоподъемников, замки с электроприводом должны иметь возможность ручного управления, поэтому это влияет на конструкцию электродвигателя и механизма блокировки дверей.
Индикаторы на приборной панели или кластере могут использовать светодиоды (англ. LED) или другие типов дисплеев, но на данный момент на каждом циферблате и манометре используется небольшой электродвигатель. Другие электрические двигатели в категории удобства включают общие функции, такие как сложение боковых зеркал и регулировка их положения, а также более экзотические приложения, такие как складные крыши, выдвижные подножки и стеклянные перегородки между водителем и пассажирами.
Под капотом электромоторы становятся все более распространенными. В большинстве случаев электродвигатели заменяют механические компоненты с ременным приводом. Примерами могут послужить вентиляторы радиатора, топливные и водяные насосы, а также компрессоры. Перемещение этих функций с ременного привода на электропривод имеет ряд преимуществ. Один из них заключается в том, что использование электродвигателей с современной электроникой может быть гораздо более энергоэффективным, чем использование ремней и шкивов, что создает такие преимущества как более высокая экономия топлива, уменьшенный вес и более низкие выбросы. Другим преимуществом является то, что использование электродвигателей, а не ремней допускает больше свобод в механической разработке двигателя, так как положение насосов и вентиляторов для монтажа не ограничивается доступностью ремня на каждый шкив.
Технологические тенденции
Большинство электродвигателей в современных автомобилях работают от стандартной 12-вольтовой системы, с электрическим генератором, приходящимся в движение ременным приводом для генерации напряжения и свинцово-кислотной батареи для его хранения. Эта схема отлично работала на протяжении десятилетий, но новейшие транспортные средства предоставляют все больше и больше комфорта, развлечений, навигации, помощи водителю и функций безопасности. Это значит, что 12 В бортовая сеть автомобиля не может удовлетворить современным требованиям.
Переход от 12 В систем питания к 48 В имеет ряд преимуществ. Одним из главных преимуществ использования напряжения питания 48 В — это 4-кратное снижение тока при той же мощности, что сопровождается снижением веса в кабелей электроснабжения и обмоток электродвигателя. Примеры нагрузок, потребляющих большие токи, которые могут быть снижены благодаря применению источника питания 48 В, включают в себя стартер, турбокомпрессор, топливный насос, водяной насос и охлаждающие вентиляторы. Внедрение электрической системы 48 В для этих компонентов может привести к экономии топлива примерно на 10 процентов.
Щеточные двигатели постоянного тока являются традиционным решением для управления большинством функций в автомобильном салоне. Поскольку щетки обеспечивают коммутацию на достаточно хорошем уровне, эти двигатели просты в управлении и относительно недороги. В некоторых применениях бесщеточные двигатели постоянного тока (BLDC) могут обеспечить значительные преимущества с точки зрения плотности мощности, что позволяет снизить вес и обеспечить лучшую экономию топлива и снизить выбросы. Производители используют двигатели BLDC в стеклоочистителях, обогревателях кабины, системах вентиляции и кондиционирования (HVAC), а также насосах. В этих приложениях двигатель может работать в течение длительного времени, в отличие от кратковременной работы, например, в стеклоподъемниках или системах регулировки сидений, где простота и экономичность щеточных двигателей все еще имеют преимущество.
Выводы
Итак, давайте подведем итоги. Сколько электродвигателей находится в вашем автомобиле? Вам будет трудно найти недавно выпущенную модель автомобиля с менее чем дюжиной электродвигателей, в то время как типичные современные автомобили на американских дорогах могут легко иметь 40 электродвигателей и более. Возрастающая популярность электромобилей вызовет множество новшеств в автомобильных электродвигателях. Тем не менее, электромоторы уже широко распространены на всех летательных аппаратах ICE, причем в каждом последующем году они имеют все больше применений, приносящих больше удобства, улучшая «интеллект» транспортного средства и более безопасную работу при одновременном снижении воздействия на окружающую среду. Тем не менее — всегда есть место для большего.
Оставьте комментарий