No centro de um veículo com nova energia supera o sistema de propulsão elétrica, a fonte de energia do veículo. Para veículos elétricos a bateria (BEVs), ele serve como única unidade de propulsão, substituindo completamente o motor de combustão interna dos veículos a combustível tradicionais e ocupando uma posição insubstituível. Sob regulação precisa do controlador do motor, o sistema de acionamento elétrico converte a energia elétrica armazenada nas baterias em energia mecânica para impulsionar o veículo, permitindo movimento para frente, marcha à ré, aceleração, desaceleração e outras operações de direção.
Cada componente do sistema de acionamento elétrico funciona em estreita coordenação, como os músculos e ossos humanos cooperando para realizar movimentos físicos. Como componente central, o motor atua como o “músculo” responsável pela produção de potência, enquanto o mecanismo de transmissão funciona como o “osso” que transmite a potência do motor às rodas para uma condução suave. Para veículos elétricos híbridos plug-in-(PHEVs) e veículos elétricos-de alcance estendido (EREVs), um gerador é equipado adicionalmente junto com o motor de acionamento. O gerador converte energia química do combustível em energia elétrica através de combustão, liberação de calor e expansão; o motor elétrico então transforma essa eletricidade de volta em energia mecânica e a entrega às rodas, trabalhando em conjunto com o motor de tração para fornecer energia ao veículo.
Composição e Princípio de Funcionamento do Sistema de Acionamento Elétrico
1. Componentes principais
O sistema de acionamento elétrico consiste principalmente em três conjuntos principais: motor de acionamento, controlador do motor e redutor.
O motor de acionamento, o núcleo de potência de todo o sistema, converte a energia elétrica da bateria em energia mecânica rotativa para fornecer energia contínua para o deslocamento do veículo.
O controlador motor atua como o “cérebro inteligente” do sistema. Seguindo comandos emitidos pela Unidade de Controle do Veículo (VCU), ele regula com precisão a operação do motor, incluindo rotação para frente/para trás, velocidade de rotação e variação de torque.
O redutor serve como “multiplicador de torque”. Por meio de conjuntos de engrenagens internas, ele reduz a velocidade de saída do motor enquanto aumenta o torque, fornecendo ampla potência para partida do veículo, subida de ladeiras e outros cenários de alto-torque.
2. Processo de trabalho detalhado
Quando você dá partida em um veículo com nova energia e pisa no acelerador, um fluxo de trabalho sofisticado e ordenado é iniciado. Primeiro, o sistema de controle elétrico recebe sinais do VCU e converte instantaneamente a saída de corrente contínua (CC) da bateria em corrente alternada (CA), atuando como um “conversor de corrente” que transforma CC em CA adequada para acionar o motor. A CA então flui para o motor de acionamento, onde a interação eletromagnética entre os enrolamentos do estator e o rotor aciona uma rotação de alta-velocidade - semelhante à forma como as pás do ventilador giram rapidamente quando alimentadas - gerando energia mecânica poderosa.
A energia mecânica rotacional de alta-velocidade produzida pelo motor é transmitida através do mecanismo de transmissão para o redutor. Como um “regulador de velocidade” preciso, o redutor reduz a velocidade do motor e amplifica o torque. Após esse ajuste, a energia mecânica é entregue às rodas de forma otimizada para a condução, empurrando o veículo para frente suavemente. Cada componente coopera perfeitamente durante todo o processo, como músicos executando uma sinfonia bem{4}}orquestrada para alimentar novos veículos de energia.
Tipos e características de motores de acionamento
Como núcleo do sistema de acionamento elétrico, o desempenho do motor de acionamento determina diretamente a potência do veículo. Vários tipos de motores são amplamente aplicados em veículos de novas energias, cada um com desempenho único e cenários aplicáveis.
(1) Motor Síncrono de Ímã Permanente (PMSM)
A estrutura compacta dos PMSMs depende de ímãs permanentes para gerar um campo magnético estável, tornando-os a melhor escolha para a maioria dos fabricantes de automóveis, graças ao excelente desempenho.Vantagens: Excelente potência e densidade de torque permitem forte aceleração instantânea; a alta eficiência de conversão de energia minimiza a perda de potência e amplia efetivamente o alcance de cruzeiro do veículo.Desvantagens: Altos custos de produção impulsionados por materiais caros de ímãs permanentes de terras-raras; ímãs permanentes correm o risco de desmagnetização sob condições de alta temperatura ou sobrecorrente, degradando drasticamente o desempenho do motor; estrutura mecânica relativamente fraca, propensa a danos sob condições adversas de estrada e cargas pesadas.
(2) Motor assíncrono (indução CA)
Seu princípio de funcionamento depende da corrente alternada alimentada nos enrolamentos do estator para criar um campo magnético rotativo, que induz corrente nos enrolamentos do rotor para gerar torque eletromagnético e girar o rotor.Vantagens: sem risco de desmagnetização em altas-temperaturas para desempenho estável em ambientes quentes; estrutura simples composta por estator, rotor e mancais, diminuindo dificuldade e custos de fabricação.Desvantagens: Baixa eficiência de conversão de energia com desperdício substancial de energia na forma de calor; baixa densidade de potência, o que significa menos potência de saída sob volume ou peso idêntico, limitando a potência e a resistência do veículo.
(3) Motor Síncrono Eletricamente Excitado
Diferente dos PMSMs, requer uma fonte de alimentação externa para excitação. O ajuste da magnitude e da direção da corrente de excitação controla a intensidade do campo magnético e o status de operação do motor.Vantagens: Alta eficiência de conversão de energia com perda limitada de energia; desempenho síncrono superior, permitindo controle preciso da velocidade e do torque do motor para uma saída de potência estável e precisa, ideal para cenários que exigem fornecimento de energia consistente.Desvantagens: Altos custos de fabricação devido à fonte de alimentação de excitação extra, dispositivos de controle complexos e estrutura complexa do motor; altos custos de manutenção com inúmeras peças vulneráveis aumentando os riscos de falha e aumentando o tempo e as despesas para reparos.
(4) Motor lateral-da roda/cubo-
Sua característica de destaque é a tração independente para cada roda, desbloqueando diversas possibilidades de design e desempenho do veículo. Ele alterna facilmente entre os modos de tração dianteira-, traseira-e tração nas quatro{3}}rodas, proporcionando excelente dirigibilidade e dirigibilidade em diversas condições de estrada - por exemplo, a tração nas quatro-rodas gera um torque enorme para vencer obstáculos-fora da estrada. Também facilita a integração de várias novas tecnologias de veículos energéticos, abrindo mais espaço para a inovação da indústria.Desvantagens: custos proibitivos decorrentes de altas barreiras técnicas e processos de fabricação complexos restringem a adoção em massa em grande-escala; os motores montados perto das rodas suportam vibrações severas e ambientes operacionais adversos, levando a falhas frequentes, e os conjuntos das rodas sofrem danos pesados em colisões com reparos dispendiosos. Além disso, os motores laterais da-roda/cubo-aumentam a massa não suspensa, prejudicando gravemente a dirigibilidade do veículo, o conforto de condução e a confiabilidade da suspensão, exigindo design otimizado e tecnologia avançada para mitigar as desvantagens.
Formas de layout de sistemas de acionamento elétrico
(1) Conjunto de acionamento elétrico central
Ele integra o motor de acionamento e a caixa de câmbio em uma unidade de potência unificada, um equivalente elétrico dos motores tradicionais de veículos movidos a combustível. Um exemplo típico é o conjunto de acionamento elétrico central CeTrax da ZF, que pode ser perfeitamente integrado em plataformas de veículos existentes sem grandes modificações no chassi, eixos dianteiro/traseiro ou diferenciais, apresentando alta universalidade.Desvantagens: Longos caminhos de transmissão de energia criam vários pontos de perda de energia, reduzindo a eficiência geral do sistema; ele ocupa um espaço substancial na parte inferior da carroceria, reduzindo o espaço para o layout da bateria e limitando o alcance de cruzeiro e o desempenho geral do veículo.
(2) Eixo de acionamento elétrico integrado
Ele combina engenhosamente o eixo motor tradicional e o motor em um eficiente módulo de potência integrado. Quando o motor gira, a potência sofre desaceleração e amplificação de torque antes de acionar diretamente as rodas para um fluxo de potência simplificado e eficiente.Desvantagens: Baixo desempenho em NVH (Ruído, Vibração e Aspereza), com ruídos e vibrações operacionais comprometendo o conforto de condução; A massa não suspensa grande e deslocada enfraquece a manobrabilidade do veículo, tornando a direção e a estabilização menos responsivas.
(3) Eixo motor elétrico do lado-do cubo
Ele alcança alta integração combinando o motor, o redutor e o eixo motor tradicional em um conjunto de potência compacto. Ele elimina eixos de transmissão e diferenciais mecânicos, adotando acionamento diferencial eletrônico para aumentar significativamente a eficiência da transmissão - comparável a uma rodovia reta sem desvios para fornecimento de energia desobstruído. Ele também ocupa um espaço mínimo, liberando amplo espaço para a disposição da bateria.Desvantagens: O excesso de massa não suspensa exerce grande pressão sobre as suspensões e prejudica a suavidade e a flexibilidade da condução; o controle diferencial eletrônico requer algoritmos sofisticados e sistemas de controle avançados para coordenar as velocidades de rotação das rodas; velocidades inconsistentes das rodas surgem facilmente sem ajuste preciso, ameaçando a estabilidade de direção.
(4) Eixo do motor-na roda
Ele se integra altamente-aos motores das rodas e aos eixos de tração, com motores que acionam diretamente as rodas, representando uma importante direção de desenvolvimento futuro para novos sistemas de tração de veículos energéticos. Ele oferece eficiência de transmissão ultra-alta com perda mínima de energia durante a transferência de potência, e sua taxa de recuperação de energia de frenagem se aproxima de 100%.
Com o contínuo avanço tecnológico e inovação, espera-se que os sistemas de propulsão eléctrica alcancem grandes avanços na melhoria da eficiência, redução de custos e aumento da fiabilidade, proporcionando um apoio mais forte à popularização e ao desenvolvimento de novos veículos energéticos. Esperamos que mais inovações em sistemas de acionamento elétrico conduzam a indústria em direção a um futuro mais verde, mais inteligente e mais eficiente. Sinta-se à vontade para deixar comentários com suas dúvidas ou insights sobre sistemas de acionamento elétrico e vamos explorar juntos esse campo técnico dinâmico.