Silnik elektryczny

Różne rodzaje silników elektrycznych

W silniku elektrycznym energia elektryczna jest przekształcana w energię mechaniczną i wykorzystywana do napędu. Zasadniczo rozróżnia się następujące typy silników:

• Silniki prądu stałego,
• Silniki trójfazowe:
  • Silniki asynchroniczne,
  • Silniki synchroniczne.

W nowoczesnych pojazdach elektrycznych i hybrydowych stosuje się niemal wyłącznie silniki trójfazowe.

Zasada działania silników elektrycznych

Zarówno w silniku prądu stałego, jak i w silniku trójfazowym moment obrotowy powstaje w wyniku siły przyciągania dwóch pól magnetycznych. Jedno z tych pól magnetycznych jest wytwarzane elektromagnetycznie. Jeden z magnesów jest zamocowany na stałe i nazywany jest „statorem”. Drugi jest zamontowany obrotowo i nazywany jest „wirnikiem”. Oba pola magnetyczne mogą być również wytwarzane elektromagnetycznie. Na przykład wirnik można namagnesować za pomocą tzw. uzwojenia wzbudzającego (specjalnych cewek/uzwojeń drutowych, które wytwarzają pole magnetyczne pod wpływem przepływającego przez nie prądu elektrycznego).

Ilustracja: wirnik (po lewej) i stojan (po prawej). Źródło: ©SEG Automotive

Zalety silników elektrycznych

Ponieważ silniki elektryczne oferują szeroki zakres prędkości obrotowych i momentu obrotowego, są one – przynajmniej pod tym względem – niemal idealnymi silnikami samochodowymi. Z tego powodu w przypadku większości silników elektrycznych stosowanych w samochodach elektrycznych można zrezygnować z wielobiegowej skrzyni biegów. Ponadto charakteryzują się one wysoką sprawnością, określaną jako stosunek energii użytecznej do energii wejściowej. Silniki elektryczne osiągają sprawność na poziomie około 80–90 procent, silniki benzynowe – około 33 procent, a silniki wysokoprężne – około 45 procent. Ponadto silniki elektryczne zapewniają maksymalny moment obrotowy już na postoju (przy zerowej prędkości obrotowej) i pracują niezwykle cicho. Kolejnymi zaletami są: ich kompaktowa, prosta konstrukcja, niewielka masa i mniejsze wymagania w zakresie konserwacji i obsługi, a także możliwość wykorzystania silnika jako generatora podczas hamowania.

Praca silników trójfazowych w samochodach elektrycznych

Aby w pełni wykorzystać potencjał silników trójfazowych, są one zasilane prądem trójfazowym o wysokim napięciu wynoszącym około 400 woltów. Prąd trójfazowy musi być regulowany pod względem częstotliwości i mocy, aby spełnić różne wymagania kierowcy dotyczące prędkości, prędkości obrotowej i momentu obrotowego. Odpowiada za to elektronika mocy, której falownik ma również za zadanie przekształcać prąd stały dostarczany przez akumulator na prąd przemienny.
 

Silniki elektryczne umieszcza się najlepiej w bezpośrednim sąsiedztwie osi, które mają napędzać. Silniki elektryczne mogą być przy tym połączone mechanicznie z kołami na różne sposoby – najczęściej za pomocą przekładni redukcyjnych i wałów napędowych lub zintegrowane z kołem jako tzw. silnik w piaście koła.

Ochrona środowiska

Ponieważ silniki elektryczne – przynajmniej lokalnie – nie powodują emisji, uważa się je za bardziej przyjazne dla środowiska w porównaniu z silnikami spalinowymi. Jednak podczas wytwarzania energii elektrycznej mogą również powstawać substancje szkodliwe. Najlepszy bilans ekologiczny uzyskuje się, gdy wykorzystuje się energię elektryczną pochodzącą w 100% ze źródeł odnawialnych.