Un moteur, comme son nom l'indique, est un appareil qui convertit l'énergie électrique et mécanique. Tout moteur peut fonctionner en moteur ou en générateur. Il ne génère pas d'énergie lui-même, mais ne réalise que la conversion de l'énergie électromécanique, mais la perte dans le processus de conversion sera convertie en chaleur, de sorte que toute conception de moteur comprend la conception électromagnétique, la conception mécanique et la conception thermique. Nous accordons plus d'attention à la puissance électrique, à la puissance mécanique, à la perte et à l'efficacité, à la température et à d'autres paramètres de performance.
Selon la structure et l'application, il existe de nombreux types de moteurs. Cependant, les principaux utilisés dans la conduite automobile actuelle sont les moteurs synchrones à aimants permanents, les moteurs asynchrones (moteurs à induction), les moteurs à réluctance commutée, les moteurs électriques à excitation et les moteurs à courant continu. À ce stade, tout le monde ne peut s'empêcher de prêter attention aux différences entre ces moteurs, et quels sont les avantages et les inconvénients de chacun ? Faisons ici une vulgarisation scientifique simple.
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Le moteur à courant continu est la plus ancienne invention de la famille des moteurs. Son inventeur est le célèbre Faraday. Le moteur à courant continu traditionnel se compose principalement de l'enroulement d'induit sur le rotor, de l'enroulement d'excitation sur le stator, des noyaux du stator et du rotor, du châssis et de la brosse. Le collecteur est formé, l'enroulement d'excitation fournit le champ magnétique d'excitation et l'armature l'enroulement fournit le courant qui produit le couple.
Comme mentionné précédemment, un moteur à courant continu a un enroulement d'excitation et un enroulement d'induit. La taille du champ magnétique peut être contrôlée en contrôlant le courant de l'enroulement d'excitation et le couple peut être ajusté en contrôlant le courant de l'enroulement d'induit. Par conséquent, le plus grand avantage d'un moteur à courant continu est qu'il a de bonnes performances de contrôle. La vitesse de sortie et le couple du moteur ne peuvent être réglés presque linéairement que par une résistance variable externe.
Cependant, en raison de l'existence de la brosse, la fiabilité est faible, le coût de maintenance est élevé et la perte supplémentaire causée par la résistance de contact de la brosse et la résistance externe est importante, et le rendement du moteur est relativement faible. À l'heure actuelle, les véhicules électriques nouvellement développés n'utilisent pratiquement plus de moteurs à courant continu à balais, qui ne sont généralement utilisés que dans des endroits tels que les lève-vitres, les essuie-glaces, etc., et il existe une tendance à utiliser des commutateurs électroniques pour remplacer les commutateurs à balais.
moteur à induction
L'inventeur du moteur à induction est un autre géant de la technologie, Tesla. Généralement, le noyau du stator est intégré avec des enroulements CA triphasés, et le rotor est composé du noyau de fer et des enroulements de cage court-circuités. Lorsque le courant alternatif triphasé est connecté aux enroulements du stator, générera un champ magnétique rotatif synchrone à l'espace synthétique, coupera l'enroulement du rotor, générera ainsi un courant dans l'enroulement de la cage du rotor, et le courant sera soumis à l'action du champ magnétique champ pour générer une force électromagnétique entraînant la rotation du rotor.
Parce qu'il n'y a pas besoin de brosses sur le rotor, la structure est simple, la fiabilité est bonne et la technologie de production est relativement mature, elle est donc largement utilisée dans la production industrielle. Il est maintenant utilisé dans certaines voitures particulières, mais en raison de sa faible densité de puissance et de son contrôle compliqué, il est rarement utilisé dans les voitures particulières. Afin de commémorer cette grande figure, Tesla Motor a utilisé l'induction de la cage d'écureuil à barres de cuivre dans ses premiers produits. Cependant, en raison de son efficacité globale, de sa densité de puissance et d'autres performances, il est toujours incapable de se comparer aux moteurs à aimants permanents de terres rares. Le dernier modèle 3 est passé aux moteurs synchrones à aimants permanents comme moteurs d'entraînement.
Moteurs synchrones conventionnels et moteurs synchrones à aimants permanents
La structure du stator du moteur synchrone est la même que celle du moteur à induction précédent. Il appartient au moteur à courant alternatif. Seul l'enroulement statorique traverse le courant alternatif symétrique, ce qui va générer une certaine force magnétomotrice tournante dans l'entrefer. La différence avec le moteur asynchrone est que sa vitesse de rotor est cohérente avec la vitesse du champ magnétique tournant.
Il s'agit d'un moteur synchrone à excitation électrique traditionnel, et ses pôles saillants du rotor sont enroulés avec un enroulement d'excitation enroulé et tirés à travers des bagues collectrices et des brosses sur l'arbre. C'est-à-dire que sa force magnétomotrice d'excitation est fournie par un courant continu externe. Par conséquent, ses performances de contrôle sont relativement bonnes, et le facteur de puissance et l'efficacité peuvent être relativement élevés. Cependant, comme un excitateur externe est requis, la taille est grande et la bague collectrice de la brosse nécessite un entretien régulier, ce type de moteur est principalement utilisé dans les générateurs de centrales électriques et il est relativement rare dans les automobiles.
Le plus utilisé dans les véhicules à énergies nouvelles est le moteur synchrone à aimants permanents. La différence avec le précédent est que le noyau du rotor n'a pas d'enroulements, seulement des aimants permanents montés en surface ou intégrés. La conversion d'énergie électromécanique se produit en raison de l'action d'un champ magnétique tournant.
Parce que la vitesse de la voiture doit être ajustée fréquemment, la vitesse du moteur est conçue pour être relativement élevée, de sorte que le moteur synchrone à aimant permanent avec acier magnétique intégré à droite est plus avantageux en raison de sa bonne résistance mécanique, et il a une force magnétique relativement élevée pour ce type de moteur avec acier magnétique intégré. Le couple de résistance est plus propice à l'économie de la quantité d'acier magnétique et à l'amélioration des performances d'affaiblissement du champ.
Moteur à réluctance commutée
Le moteur à réluctance est un moteur avec une nouvelle structure. Il n'y a ni enroulement ni matériau d'aimant permanent sur le rotor, mais une structure solide de pôles saillants empilés par des tôles d'acier au silicium. Il est basé sur le principe de la réluctance minimale (le flux magnétique doit toujours être fermé le long du chemin avec la plus petite réluctance). En commutant la séquence d'excitation des enroulements sur les pôles saillants du stator, le rotor se déplace en continu vers la position avec la plus petite réticence, entraînant ainsi la rotation du rotor.
La structure magnétorésistive est simple, solide, fiable, peu coûteuse et présente un grand potentiel de développement. Par conséquent, il s'est développé rapidement dans le domaine de la régulation de la vitesse de traction ces dernières années. Cependant, en raison de ses fluctuations de couple inhérentes et de ses vibrations et bruits évidents, il n'est actuellement utilisé que dans certaines voitures particulières.
À l'heure actuelle, il existe également de nouveaux moteurs à réluctance de type à excitation hybride. Habituellement, un certain matériau d'aimant permanent en ferrite est inséré dans la fente de réluctance du rotor, de sorte que les performances du moteur sont supérieures à celles du moteur à réluctance en raison de l'introduction d'une partie du couple de l'aimant permanent. , et le coût n'est pas aussi élevé que celui des moteurs à aimants permanents de terres rares.
Épilogue
Cet article présente plusieurs moteurs que nous connaissons. Au total, les moteurs à courant continu sont progressivement éliminés en raison de leur faible fiabilité et de leurs performances moyennes ; la technologie de contrôle des moteurs à réluctance commutée n'est pas encore mature, et le bruit et les vibrations sont évidents à basse vitesse, et l'efficacité est également faible. Il appartient à l'alternative future ; le rotor du moteur à induction a une consommation de cuivre du côté secondaire, une forte génération de chaleur, un faible rendement et un grand volume, et convient souvent à une utilisation dans les voitures particulières qui ne nécessitent pas d'exigences de volume strictes ; le système de moteur synchrone à excitation électrique est de grande taille, et les bagues collectrices électriques brossées nécessitent un entretien et ont des problèmes de fiabilité, et sont actuellement rares autres que comme générateurs.
L'image ci-dessus est une comparaison de la structure et des performances de plusieurs moteurs fabriqués par le département américain de l'énergie et le laboratoire national d'Oak Ridge à titre de référence. Pour les petites voitures particulières, les moteurs synchrones à aimants permanents sont toujours les principaux, et dans mon pays, les réserves de matériaux à aimants permanents de terres rares présentent des avantages uniques en matière de ressources. Mais avec la croissance explosive des véhicules à énergie nouvelle, l'enthousiasme pour la recherche de nouveaux moteurs à haut rendement, à faible coût, sûrs et fiables augmente également.
