Сайт

 Звонок  по  России  бесплатный

8-800-20002-74

 Челябинск: 8 (351) 267-20-10
   xxx-xxx         
  xxx    
Главная Контакты Карта сайта

Авто на заказ

  • Логин:
    Пароль:
Зарегистрироваться | Забыли пароль?
» »

Как работают бесщеточные моторы?

  1. Что такое ступичные моторы?
  2. Чем мотор-ступица отличается от обычного двигателя?
  3. Как работает бесщеточный двигатель постоянного тока (BLDC)?
  4. Каковы преимущества ступичных двигателей?
  5. Какие проблемы с хаб-моторами?
  6. крутящий момент
  7. Краткая история узловых моторов

от   Крис Вудфорд   ,  Последнее обновление: 23 сентября 2018 г

от Крис Вудфорд , Последнее обновление: 23 сентября 2018 г.

Мы настолько привыкли к идее, что машины, в общем-то, имеют форму машины, что мы находим любой другой дизайн кузова необычным. Но нет никакой реальной причины, по которой у автомобиля должен быть двигатель спереди, багажник сзади и пассажирский салон, застрявший посередине. Также нет веской причины, по которой пассажирская зона - самая важная часть автомобиля для большинства из нас - должна занимать только половину общего пространства. Автомобили выглядят так, как они делают во многом по историческим причинам: они всегда были построены именно так. Что если бы мы могли полностью отказаться от громоздкого бензинового двигателя и уделить больше места пассажирам и их грузу? Это одна из захватывающих возможностей, которая открывается, если вы используете двигатели со ступичными (встроенными) колесами (компактные электродвигатели, встроенные в каждое колесо) вместо двигателей. Давайте внимательнее посмотрим!

Фото: один из алюминий сетчатые колеса от лунно-передвижного корабля НАСА, электромобиля, использовавшегося на Луне в начале 1970-х годов, с шинами, изготовленными из цинк а также сталь , Несмотря на то, что двигатели-концентраторы не были как таковые, каждое колесо, тем не менее, приводилось в действие собственным отдельным электродвигателем со скоростью вращения 10 000 об / мин. Фото любезно предоставлено Центром космических полетов им. Маршалла (NASA-MSFC).

Что такое ступичные моторы?

Что такое ступичные моторы

Фото: Слева: Ступица электромобиля. Справа: разберите его на части, и вы увидите, что это немного похоже на этот бесщеточный двигатель от вентилятора охлаждения ПК. Обратите внимание на толстый медь катушки провода, которые преобразуют электроэнергию от батареи в движение, которое толкает вас вперед.

Если вы читали нашу основную статью на электродвигатели Вы узнаете основную идею превращения хранимого электричество в движущую силу: подайте электрический ток через сильно свернутый провод, который находится между полюсами магнит и катушка вращается вокруг, создавая силу, которая может повернуть рулевое колесо и водить машину.

Большинство электромобилей ( электромобили , электрические велосипеды и инвалидные коляски) использовать на борту батареи и один, довольно обычный электродвигатель для питания двух или четырех колес. Но некоторые из последних электромобилей и электрических велосипедов работают по-другому. Вместо того, чтобы один мотор приводил в движение все колеса, используя шестерни или цепи, они встраивают двигатель непосредственно в ступицу каждого колеса, поэтому двигатели и колеса - это одно и то же. Это то, что мы подразумеваем под двигателем ступицы.

Чем мотор-ступица отличается от обычного двигателя?

Основная идея точно такая же. В обычном двигателе у вас есть полый внешний кольцевой постоянный магнит, который остается неподвижным (иногда называемый статором), и внутренний металлический сердечник, который вращается внутри него (называемый ротором). Вращающийся ротор имеет ось, проходящую через середину, которую вы используете для управления машиной. Но что, если вы крепко держите ось, чтобы она не могла вращаться и включать двигатель? Тогда у ротора и статора нет другого выбора, кроме как поменяться ролями: обычно статический ротор остается неподвижным, пока статор вращается вокруг него. Попробуйте это с электрическая зубная щетка , Вместо того, чтобы держать пластик В случае вашей зубной щетки (которая, в общем, соединяется со статической частью электродвигателя), попробуйте удерживать только щетинки, а затем включите питание. Это довольно сложно сделать, потому что кисть движется очень быстро, но если вы все сделаете правильно, вы обнаружите, что ручка медленно качается взад-вперед. По сути, это то, что происходит в двигателе ступицы. Вы подключаете центральную, нормально вращающуюся ось к статической раме велосипеда или шасси автомобиля. Когда вы включаете питание, внешняя часть двигателя вращается, превращаясь в колесо (или колеса), которое приводит автомобиль в движение вперед.

Как работает бесщеточный двигатель постоянного тока (BLDC)?

Как работает бесщеточный двигатель постоянного тока (BLDC)

Фото: небольшой бесщеточный двигатель постоянного тока, снятый с дисковода для гибких дисков компьютера и видимый снаружи (вверху) и внутри (внизу). Большие версии этих изображений доступны на нашем Flickr стр.

Обычные электродвигатели используют механическое устройство, называемое коммутатором, и два контакта, называемые угольными щетками, для периодического реверсирования электрического тока и обеспечения вращения оси в одном и том же направлении.

Ступичные двигатели, как правило, представляют собой бесщеточные двигатели (иногда называемые бесщеточными двигателями постоянного тока или BLDC), которые заменяют коммутатор и щетки полдюжиной или более отдельных катушек и электронный цепи. Схема включает и выключает питание катушек по очереди, создавая силы в каждой из них, которые вызывают вращение двигателя. Поскольку щетки давят на ось обычного двигателя, они создают трение, замедляют его, создают определенный шум и тратят впустую энергия , Вот почему бесщеточные двигатели часто более эффективны, особенно на низких скоростях. Избавление от щеток также избавляет от необходимости заменять их время от времени, когда трение изнашивает их.

Вот несколько фотографий типичного бесщеточного двигателя постоянного тока. Сначала посмотрите на полностью собранный двигатель, показанный на верхнем рисунке. В обычном двигателе вы ожидаете, что внутренняя катушка будет вращаться (это называется ротором), а внешний магнит останется неподвижным (это называется статором). Но в этом двигателе роли поменялись местами: внутренняя часть с катушками статична, а серый магнит вращается вокруг нее. Теперь загляните внутрь, и вы увидите, как именно это работает: электронная схема передает энергию вокруг девяти медных катушек по очереди, заставляя серый внешний корпус (который представляет собой магнит, разделенный на несколько секций, согнутых вокруг в круг) вращаться вокруг медные катушки и печатная плата (которые остаются неподвижными).

Как схема узнает, какую из девяти катушек включать и выключать и когда? Вы не можете видеть на этой фотографии, но есть несколько крошечных датчиков магнитного поля (известных как Датчики Холла ) расположен между некоторыми катушками. Когда постоянные магниты на внешнем роторе проносятся мимо них, датчики Холла выясняют, где находятся северный и южный магнитные полюса ротора и какие катушки активировать, чтобы он продолжал вращаться. Проблема в том, что это означает, что двигателю нужна электронная схема для его работы, а это не нужно для обычного двигателя постоянного тока.

Проблема в том, что это означает, что двигателю нужна электронная схема для его работы, а это не нужно для обычного двигателя постоянного тока

Фото: двигатель вентилятора ПК (тот же, что показан на фото выше на странице) - более простой, грубый и более дешевый дизайн, чем тот, который используется в гибком или жестком диске: статическая часть имеет всего четыре катушки. Все, что для этого нужно, - это продувать прохладный воздух над чипом процессора компьютера, поэтому вам не нужно беспокоиться об определении положения и точном контроле; поэтому на плате нет датчиков Холла.

Каковы преимущества ступичных двигателей?

Это зависит от того, говорите ли вы об электрическом велосипеде или электромобиле. Добавление мотора-концентратора и аккумуляторов к велосипеду - это смесь за и против: вы значительно увеличиваете вес велосипеда, но, в свою очередь, вы получаете приятную и легкую езду, когда вам не хочется крутить педали. Что касается электромобилей, то преимущества более очевидны. Вес металла в типичном автомобиле (включая двигатель, коробку передач и шасси), возможно, в 10 раз превышает вес его пассажиров, что является одной из причин, почему автомобили так неэффективны. Обменять тяжелый двигатель а также коробка передач для узловых двигателей и аккумуляторов, и у вас есть более легкая машина, которая использует энергию гораздо эффективнее. Избавление от моторного отсека также освобождает огромное количество места для пассажиров и их багажа - вы можете просто убрать батареи за заднее сиденье!

Фото: впечатление художника от передвигающегося лунного корабля, созданного в 1969 году. Основной упор делался на то, чтобы сделать складной автомобиль достаточно легким, чтобы доставить его на Луну. Электроэнергия была не только практическим выбором: без воздуха в космосе для питания двигателя внутреннего сгорания это была единственная реальная возможность. Фото любезно предоставлено Центром космических полетов им. Маршалла (NASA-MSFC).

Транспортные средства, приводимые в движение центральными двигателями, намного проще (механически менее сложны), чем обычные. Предположим, вы хотите повернуть вспять. Вместо того, чтобы использовать сложные механизмы передач, все, что вам нужно сделать, это обратить электрический ток. Мотор вращается назад и обратно! Как насчет полного привода? Это довольно дорогой вариант для многих автомобилей - вам нужно больше передач и сложные карданные валы - но это очень легко разобрать с помощью ступичных двигателей. Если у вас на каждом из четырех колес автомобиля установлен ступичный мотор, вы автоматически получаете полный привод. Теоретически, достаточно легко заставить четыре мотора вращаться с немного различными скоростями (чтобы помочь с поворотами и рулевым управлением) или крутящим моментом (чтобы перемещать вас по грязной или неровной местности).

Какие проблемы с хаб-моторами?

обращение

Ступичные двигатели крупнее, громоздче и тяжелее обычных колес и меняют управляемость электромобиля или велосипеда: они увеличивают неподрессоренная масса (масса, не поддерживаемая подвеской), дающая больше удара и вибрации, более плохую управляемость и более ухабистую езду.

крутящий момент

Другая проблема заключается в подаче нужного количества крутящего момента (сила поворота). бензиновый двигатель лучше всего работает быстро (с большим количеством оборотов в минуту), независимо от того, какую скорость вы на самом деле делаете на дороге. Вы используете коробка передач преобразовать высокие обороты двигателя в высокий крутящий момент (и низкую скорость) или высокую скорость (и низкий крутящий момент) в зависимости от того, начинаете ли вы с места, едете по автостраде, едете медленно в гору или что-то еще. Ступичные двигатели должны иметь возможность производить любую комбинацию скорости и крутящего момента без коробки передач; они обычно работают "прямым приводом". Но есть загвоздка: в электрических мотоциклах они сидят внутри ступицы, в самом центре относительно большого колеса со спицами. Если вы поворачиваете центр колеса, его диаметр работает как рычаг, умножая скорость на ободе, но уменьшая крутящий момент на ту же величину (см. Нашу статью на как работают колеса для объяснения). Чтобы получить достаточный крутящий момент, вам нужен довольно мощный мотор, но не настолько мощный, чтобы он слишком быстро и резко ускорял вас или ломал спицы!

Работа: Использование внутренних зубчатых колес для увеличения крутящего момента в электродвигателе ступицы велосипеда. В этом дизайне вы можете видеть бесщеточный двигатель слева с его катушками (красный) и магнитами (синий), которые вращаются вокруг них. Двигатель питает основную ось велосипеда (светло-синяя) через одну или несколько шестеренок (желтая) и управляется электронной платой (зеленая). Все эти компоненты выбраны внутри ступицы (внешние границы которой показаны самым большим синим кругом), и вы можете четко видеть, где спицы прикрепляются к ободу. Работа от Патент США 6,321,863: Мотор ступицы для колесного транспортного средства. Chandu R. Vanjani, Mac Brushless Motor Company, 27 ноября 2001 г., любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США (цвета добавлены в оригинал для ясности).

Ступичные двигатели обычно достигают большего крутящего момента, значительно увеличивая размер ступицы (больший статор и ротор создают больший крутящий момент, чем меньшие); Вы можете видеть на фото с электрическим велосипедом выше, что концентратор с электроприводом на электрическом велосипеде значительно больше, чем концентратор с автономным питанием на обычном велосипеде. Некоторые мотор-редукторы повышают свой крутящий момент с помощью внутренних коробок передач (обычно планетарные (эпициклические) шестерни между статором и ротором), но поскольку это добавляет вес, стоимость, механическую сложность и потенциальную ненадежность, многие этого не делают. Увеличенный крутящий момент создает дополнительную проблему: вы должны быть уверены, что остальная часть вашего колеса достаточно прочная, чтобы справиться с крутящими усилиями, которые может развить мотор ступицы, особенно если вы превращаете что-то вроде обычного велосипедного колеса в колесо с приводом. Спицы на электрическом велосипеде короче и покидают ступицу под более жестким углом, что может еще больше усилить их нагрузку. Предположим, вы устанавливаете электродвигатель на ступицу базового велосипеда и включаете питание. Так как вы достаточно много весите и между шиной и землей много трения, мотор может просто согнуть спицы вместо того, чтобы перемещать вас по земле! Таким образом, электрический велосипед, как правило, нуждается в более прочных колесах (возможно, с более прочными и более упругими спицами, другим расположением отверстий для спиц, более толстым ободом или каким-либо другим креплением), чем обычный.

Краткая история узловых моторов

  • 1883: Веллингтон Адамс из Сент-Луиса, Миссури подает первый патент для электродвигателя-концентратора, который, как он полагает, будет полезен для «движения железнодорожных вагонов и эксплуатации легких машин различного типа, например швейных машин и стоматологических инструментов».
  • 1895: Огден Болтон из Огайо патенты электрический велосипед с мотором ступицы переднего колеса.
  • 1900 год. Профессор Фердинанд Порше разрабатывает Lohner Porsche, первый в мире гибридный электромобиль, со ступичным двигателем на каждом из передних колес. Каждый двигатель вырабатывает 2 кВт мощности (2,7 лошадиных силы).
  • 1947: Джеймс Дж. Тули патенты посадочное колесо самолета с двигателем ступицы.
  • 1962: TG Wilson из Университета Дьюка и PH Trickey из Wright Machinery Co. представляют то, что они описывают как Машина постоянного тока с твердотельной коммутацией (другими словами, двигатель с электронным, а не механическим коммутатором). Это первый бесщеточный двигатель постоянного тока.
  • 1971 и 1972: Лунный Ровер Аполлона, первый электрический автомобиль в космосе, едет через Луну. Хотя это и не автомобиль-концентратор, он популяризирует идею транспортных средств, четыре колеса которых приводятся в движение независимыми двигателями.
  • 1980-е годы: Роберт Лордо из Powertron Патент США 4 453 097: Двигатель постоянного тока с постоянными магнитами с магнитами, утопленными в раму двигателя. , мощный бесщеточный двигатель постоянного тока.

Что такое ступичные моторы?
Чем мотор-ступица отличается от обычного двигателя?
Как работает бесщеточный двигатель постоянного тока (BLDC)?
Каковы преимущества ступичных двигателей?
Какие проблемы с хаб-моторами?
Что если бы мы могли полностью отказаться от громоздкого бензинового двигателя и уделить больше места пассажирам и их грузу?
Что такое ступичные моторы?
Чем мотор-ступица отличается от обычного двигателя?
Но что, если вы крепко держите ось, чтобы она не могла вращаться и включать двигатель?
Как работает бесщеточный двигатель постоянного тока (BLDC)?



Хиты продаж!

Акции!

Нам 66 лет!

В наличии


Новости