Электрифицируемся?
Электродвигатели появились на транспортных средствах еще в конце позапрошлого столетия. В 1895 году американский изобретатель Огден Болтон получил патент на электровелосипед с мотором мощностью 1000 Вт, что было весьма впечатляющим показателем для того времени. Всего через два года Хосе М. Марш тоже запатентовал электровелосипед и впервые использовал на нем свинцово-кислотный аккумулятор для питания мотора. Эксперименты продолжались в течение всего XX века, однако из-за ограниченной емкости и мощности аккумуляторов, а также из-за стремительного развития ДВС электротранспорт не получил распространения. Исключением были постоянно подключенные к электросети трамваи, троллейбусы и электропоезда. Лишь в XXI веке, с развитием литий-ионных аккумуляторов и ростом экологических требований, интерес к электротранспорту возродился, что привело к стремительному развитию технологий.
Разновидности электродвигателей
Сегодня в транспортных средствах используются различные типы электродвигателей. Придуманные еще в конце XIX века асинхронные двигатели сейчас широко используются в производстве автомобилей и состоят из двух частей: статора и ротора. Магнитное поле в последнем отстает от магнитного поля в статоре, и между ними создается вращающая ротор сила. Такие силовые установки эффективнее и проще в обслуживании, чем ДВС. Есть и минусы: их необходимо постоянно охлаждать, а еще они менее эффективны, чем другие электродвигатели.
Где найти: Mercedes-Benz EQC, Audi e-Tron, автомобили Tesla (на передней оси)
Синхронные моторы на постоянных магнитах – совсем другое дело. В таких магнитные поля вращаются на одной частоте, а постоянные магниты в роторе позволяют уменьшить размеры установки, сохранив при этом мощность. Они очень эффективны, куда меньше греются и обладают высоким соотношением мощности к размеру. При этом они стоят дороже асинхронных и могут размагнититься, то есть сломаться.
Где найти: Hyundai Ioniq 5, Porsche Taycan, Jarguar i-Pace, Audi e-Tron GT, автомобили Tesla (на задней оси)
Самые эффективные моторы на электротранспорте – это синхронные с обмоткой возбуждения. Их КПД достигает 93%, а показатели мощности могут похвастаться максимальными значениями среди «одноклассников». При этом стоимость производства таких силовых установок ниже, чем у синхронных. В них не используются редкоземельные металлы, применяемые при изготовлении постоянных магнитов. Здесь они заменены на стальной магнитопровод и медные обмотки, на которые подается постоянный ток. Подобные моторы хорошо себя зарекомендовали, однако они по сути своей щеточные, а значит, их щетки и кольца необходимо периодически менять. Это делает такие двигатели чуть более хлопотными в обслуживании.
Где найти: BMW iX3, iX4, iX, Smart EQ
Бесколлекторные моторы чаще всего используются в средствах индивидуальной мобильности (СИМ) – самокатах, электровелосипедах, моноколесах – и электромотоциклах. Обычно это мотор-колесо, который обеспечивает хорошую тягу и легкое управление мощностью. При этом такие моторы при правильной гидроизоляции не боятся воды и перегревов и в целом выделяют совсем немного тепла.
Электродвигатели применяются в самых разных транспортных средствах, начиная от небольших электросамокатов с мощностью 250-500 Вт и заканчивая мощными железнодорожными локомотивами, двигатель которых может достигать 6 МВт. Электромотоциклы и скутеры имеют мощность от 2 до 10 кВт, легковые электромобили варьируются в диапазоне 50-600 кВт, а грузовики и автобусы способны развивать мощность от 300 кВт до 1 МВт. Такие показатели позволяют электрическому транспорту уверенно конкурировать с традиционными автомобилями, работающими на топливе. Бесколлекторые двигатели также можно встретить в коммерческих БПЛА, радиоуправляемых моделях автомобилей, катеров и самолетов.
Преимущества и недостатки электродвигателей
Главное преимущество электродвигателей — их экологичность. В процессе эксплуатации они не выбрасывают CO₂, что значительно снижает уровень загрязнения окружающей среды. Кроме того, их высокий КПД позволяет максимально эффективно использовать электроэнергию. В отличие от ДВС, электродвигатели не требуют сложного технического обслуживания, так как имеют меньше подвижных частей и, соответственно, реже выходят из строя. Они обеспечивают мгновенный крутящий момент, что положительно сказывается на динамике разгона, а также работают практически бесшумно, что делает поездки более комфортными.
Однако есть у электродвигателей и недостатки. Их высокая стоимость обусловлена дороговизной аккумуляторов и редкоземельных материалов, необходимых для производства. Запас хода у электромобилей по-прежнему ограничен возможностями батарей, а их зарядка занимает гораздо больше времени, чем заправка бензином или дизелем. В холодном климате эффективность батареи снижается, что может привести к уменьшению дальности поездки. Кроме того, во многих регионах по-прежнему недостаточно развитая инфраструктура зарядных станций, что ограничивает удобство эксплуатации электромобилей.
Стоит также упомянуть, что сами по себе электродвигатели вполне экологичны, а вот электростанции, на которых вырабатывается энергия для них, – нет. Кроме того, утилизация литий-ионных аккумуляторов, которые рано или поздно выходят из строя, тоже процесс непростой и совсем для природы не полезный.
Несмотря на активное развитие электродвигателей, они пока не смогли полностью вытеснить двигатели внутреннего сгорания. ДВС остаются популярными благодаря своей высокой надёжности, устойчивости к суровым условиям эксплуатации. В отличие от электромобилей, они не зависят от погодных условий и могут быть оперативно заправлены практически в любой точке мира, что делает их более удобными для дальних поездок. Кроме того, инфраструктура для зарядки электромобилей в большинстве стран развита слабо, что значительно ограничивает их массовое использование. Пока электродвигатели продолжают совершенствоваться, традиционные автомобили остаются наиболее универсальным решением для большинства водителей.