Исчерпание углеводородного топлива, ухудшение экологической обстановки и ряд других причин рано или поздно заставят производителей разработать модели электромобилей, которые станут доступны для широких слоев населения. А пока остается только ждать или собственноручно разрабатывать варианты экологически чистой техники.
Если же вы все-таки предпочитаете самостоятельно искать решения, а не дожидаться их со стороны, то вам понадобятся знания о том, какие двигатели для электромобиля уже изобрели, чем они отличаются и какой из них наиболее перспективный.
Если вы решите поставить обыкновенный электромотор под капот своего автомобиля, то, скорее всего, из этого ничего не выйдет. А все потому, что вам необходим тяговый электрический двигатель (ТЭД). От обычных электромоторов он отличается большей мощностью, способностью выдавать больший крутящий момент, небольшими габаритами и малой массой.
Для питания тягового электродвигателя используются батареи. Они могут подзаряжаться от внешних источников («от розетки»), от солнечных батарей, от генератора, установленного в авто, или в режиме рекуперации (самостоятельное восполнение заряда).
Двигатели для электромобилей чаще всего работают от литий-ионных батарей. ТЭД обычно функционирует в двух режимах - двигательном и генераторном. В последнем случае он восполняет потраченный запас электроэнергии при переходе на нейтральную скорость.
Стандартный электродвигатель состоит из двух элементов - статора и ротора. Первый компонент является неподвижным, имеет несколько катушек, а второй совершает вращательные движения и передает усилие на вал. На катушки статора с определенной периодичностью подается переменный электрический ток, что вызывает появление магнитного поля, которое начинает вращать ротор.
Чем чаще катушки «включаются-выключаются», тем быстрее вращается вал. В двигатели для электромобилей могут устанавливать два вида ротора:
Кроме того, в зависимости от скорости вращения магнитного поля и ротора двигатели могут быть асинхронными и синхронными. Тот или иной тип необходимо выбирать из имеющихся средств и поставленных задач.
Синхронный двигатель - это ТЭД, у которого скорость вращения ротора совпадает со скоростью вращения магнитного поля. Такие двигатели для электромобилей целесообразно использовать только в тех случаях, когда имеется источник повышенной мощности - от 100 кВт.
Одной из разновидностей является Обмотка статора такой установки разбита на несколько секций. В определенный момент ток подается на определенную секцию, возникает магнитное поле, которое вращает ротор на определенный угол. Затем ток подается на следующую секцию, и процесс повторяется, вал начинает вращаться.
В асинхронном двигателе скорость вращения магнитного поля не совпадает со скоростью вращения ротора. Плюсом таких устройств является ремонтопригодность - запчасти для электромобилей, оснащенных этими установками, найти очень просто. К другим преимуществам относятся:
В зависимости от наличия двигатели могут быть коллекторными и безколлекторными. Коллектор - устройство, служащее для преобразования переменного тока в постоянный. Щетки служат для передачи электроэнергии на ротор.
Безколлекторные двигатели для электромобилей отличаются меньшей массой, компактными габаритами и более высоким КПД. Они реже перегреваются и потребляют меньше электричества. Единственный минус такого двигателя - высокая цена на электронный блок, который выполняет функции коллектора. Кроме того, найти запчасти для электромобилей, оснащенных безколлекторным двигателем, сложнее.
Большинство самодельных электромобилей сконструировано с применением коллекторного двигателя. Это объясняется доступностью, низкой ценой и простым обслуживанием.
Видным производителем линейки данных моторов является немецкая компания Perm-Motor. Ее продукция способна к рекуперативному торможению в генераторном режиме. Она активно используется для оснащения скутеров, моторных лодок, легковых автомобилей, электроподъёмных устройств. Если устанавливали в каждый электромобиль, цена их была бы значительно ниже. Сейчас они стоят в пределах 5-7 тыс. евро.
Популярным производителем является компания Etek, которая занимается производством безщеточных и щеточных коллекторных двигателей. Как правило, это трехфазные моторы, работающие на постоянных магнитах. Основные преимущества установок:
Завершает список производителей завод из США Advanced DC Motors, выпускающий коллекторные электромоторы. Некоторые модели обладают исключительной особенностью - они имеют второй шпиндель, что можно использовать для подключения на автомобиль-электромобиль дополнительного электрооборудования.
Чтобы покупка вас не разочаровала, надо сравнить характеристики приобретаемой модели с предъявляемыми требованиями к автомобилю. При выборе электродвигателя в первую очередь ориентируются на его тип:
На электромобиль цена будет значительно ниже, если электромотор будет работать в паре с двигателем внутреннего сгорания. На рынке такие комбинированные установки обладают большей популярностью, так как их стоимость составляет около 4-4,5 тыс. евро.
Электромобиль своими руками
Конец XIX и начало XX веков - первые самодвижущиеся экипажи с паровыми двигателями внутреннего сгорания и (ну, ну же) электрическими! Кстати, первыми рубеж скорости в 100км/ч преодолел именно электромобиль. Однако, тогда автомоили развивались быстрее и к началу 30-х годов электромобили были забыты.
Посмотрим в день сегодняшний. С 1988 года фирма Тойота выпускает авто-электромобиль (модель Приус). Суть такова: Вы садитесь машину, поворачиваете ключ, переводите рычаг управления в положение "Drive" и сразу (!) начинаете движение. На чем вы едете - вы не знаете. Обычно небольшие поездки происходят на электротяге. Когда машина "понимает", что аккумуляторы сели, она сама заводит бензиновый двигатель и заряжает АКБ. Предусмотрен и аварийный случай - если аккумуляторы сели, бензина нет - вы дергаете красную ручку в багажнике и (о, чудо!) аккумуляторы заряжены, можно ехать.
Эко, аккумулятор,гибридный двигатель,пусковой ток,самодельный электромобиль,электродвигатель для автомобиля,Электромобиль своими руками
Подобную ситуацию мне описали в НАМИ, где уже 4 года такой гибридный мобиль изучают. Попадалась данная модель и на вторичном рынке авто (ориентировочно 8,5 тыс $ за 98 ? 99г.в.). Подобные разработки есть у GM , да и Европа имеет массу мелких (1-2-х местных) электро- гибридо- мобилей, используемых в зеленых зонах или, просто, на полях для гольфа.
Вернемся все же к доминирующей черте личности автора сайта - желание сэкономить.
Платить 8,5 тыс $за праворукое японское чудо - рука не поднимается, да и кошелек не позволяет, а сколько времени, сил и денег обойдется собрать самостоятельно ТС на электротяге в самом простом варианте:
Смета:
1.Кузов (на мостах, пластиковый, самодельный, с документами) - 1000 $. - обратите внимание на вес конструкции. Моя без двигателя и АКБ весит 350кг. Это важно. - Самодельный пластиковый автомобиль не такая большая редкость, как может показаться в начале. Совсем недавно - в начале августа в газете "Из рук в руки" в разделе "другие", продавался. Кто ищет, тот всегда найдет! (В конце концов - склеит).
2.Салон. Два передних сидения от автомобиля Порше-924, подушка заднего сидения от Тойоты Супра, 4м2 ковролина из магазина и все это пропущено через мастерскую по пошиву чехлов (все сидения б.у.) - 400 $. - Ваша фантазия может быть безгранична: в стране масса ценных пород дерева, прекрасных кож и очень дорогих акустических тканей.
3.Силовой агрегат (б.у.). Двигатель от списанного и почти полностью разоренного болгарского погрузчика (3,6 кВт, 84 В, 1400 об/мин, 24 Н·м) - 200 $. - Предпочел бы использовать двигатель 10 кВт, 120 В - 650 $ - новый, на гарантии. (любая контора, поставляющая запчасти для погрузчиков).
4.АКБ. Семь штук (12 В? 200 Ач), стартерные, итальянские. В оптовой фирме - 2600 руб/шт, в магазине - 4000 руб/шт. - Не пытайтесь использовать отечественные АКБ - номинальную емкость вы получите только несколько первых раз (свинец для АКБ должен быть из свежей руды, а не иэ переплавленных старых АКБ, а в нашей стране свинцовых руд нет, во всяком случае для производителей АКБ). - В идеале нужно использовать тяговые АКБ для погрузчиков, но цена выше в 3 раза! Почему для автомобиля АКБ стоит 80 $, а для погрузчика (равной емкости) - 250$, догадайтесь сами (не сложно).
5.Разное. Колеса шириной поменьше (трение качения надо сводить к min) впрочем, на колесе указана его стандартная нагрузочная спосбность, посчитайте, выберете с небольшим запасом. Блок управления двигателем. Варианты: 1)От погрузчика новый, релейный, на 6 скоростей - 400$. 2)Тиристорный с плавным регулированием - 1100$. 3)Огромный реостат - у дедушек на Митинском радиорнке (вы будете единственный, кому он понадобится) - несколько бутылок универсальной валюты.
5)Лично я, при 110% содействии друзей электронщиков, пытаюсь построить электронный блок управления. Получится - расскажу.
Фланец, соедняющий двигатель и трансмиссию (в моем случае - КПП ВАЗ 2101). Изготовил в правильном месте - фирма "Кардан-Баланс" - 70$. Эту штуку лучше делать у профессионалов, знающих автомобильную специфику - подскажут, можно ли обойтись резиновой муфтой или вставить крестовину или еще как…
План-шайба - соединение двигателя и КПП. Мне удалось изготовить ее самостоятельно, но соостность должна быть не хуже 0,2 мм, или устанете менять подшипник первичного вала КПП и подшипники двигателя.
Итого: Приблизительно потрачено 3000$.
300 часов рабочего времени одного средней квалификации инженера. Он же сварщик, он же слесарь, он же электрик. За эти деньги и время я имею: Машина 850 кг весом (4х местная), АКБ 84 В x 200 А·ч, Пробег 200 км. Скорость: 60 - 75 км/ч по прямой, до 90 км/ч кратковременно (для обгона) или под горку. 35 км/ч трогается и разгоняется до этой скорости в гору 12%.
Технико - Экономическое обоснование. Количество циклов перезаряда до полной емкости при правильном использовании - 800 раз (у передовых итальянских, за разумные деньги). 800 раз x 200 км = 160 000 км. Стоимость одной зарядки, приведенная к 1 км пути.
(200 А x 84 В)/(1000 n) x С = 25 рублей n - КПД заряда = 60% (0,6) С - стоимость 1 кВт · ч (90 коп)
Итак: 12,5 коп/км. Стоимость АКБ, приведенная к 1 км пути. (2600 руб · 7 шт)/ 160 000 км = 11,4 коп/км. Всего 24 коп/км.
Прообраз ВАЗ 2101 с расходом 8 л/ 100 км, АИ 92 (10 руб/л) 80 руб/100 км = 80 коп/км.
Добавьте сюда регулярную замену масла, фильтров, регулировку карбюратора, зажигания клапанов, кап. ремонт двигателя, наконец … Сколько получилось? 1,2 руб/км и 24 коп/км.
В 5 (пять) раз дешевле, господа! В 5 раз!!!Вопросы есть?
Один вопрос предвижу: "Куда девать съэкономленные деньги?"
Еще один прогмотический вопрос: что скажет ГАИ?
Ответ: Пока не знаю. Но в НАМИ электромобили есть, они ездили по дорогам. На АЗЛК электромобили также имеются (2 модели). ВАЗы как-то, лет 20 назад, катались по Москве аккумуляторные. УАЗы для военных госпиталей существовали с электромоторами. И даже был авто- (pardon) электропробег. Сейчас есть грузовик ЗИЛ электрический с очень неплохими параметрами. Были они, есть, ездят … Чем, собственно говоря, моя машина хуже?
Ты говоришь, что этот самодельный кузов был куплен готовым. А известно ли вообще, кто его сделал, какая у него история?
Нет, родословную мне так и не удалось раздобыть. В прошлом (2003) году мы общались с Алгебраистовым (братья Ю. и С. Алгебраистовы - известные в СССР самодельщики, создавшие автомобиль "Юна"), он с друзьями пытался вспомнить, кто же сделал этот автомобиль, но это им так и не удалось.
Мне этот автомобиль достался через "десятые" руки. А я на тот момент как раз собирался делать электромобиль в каком-нибудь небольшом, легком кузове, например, на базе "Оки". А тут, как раз после первой "Автоэкзотики", в которой мы участвовали с нашим переделанным запорожцем (с БМВ-шной ходовой), к нам зашел наш знакомый Юрий, который клеит сейчас себе пластиковый джип, и предложил забрать у него этот кузов. Я приехал посмотреть на эту самоделку, оценил ее весовые качества и понял, что это то, что я искал. Самая подходящая платформа для электромобиля. Этот стеклопластиковый кузов по оценке килограмм на 200 легче базового "Жигулевского".
Кстати, вопрос про "базу". Что представляет собой этот кузов? Стеклопластик на раме?
Это "Жигулевское" днище с колесными арками, проклеенное стеклотканью с двух сторон, чтобы не гнило (держится вот уже 20 лет…), дальше на все это приварена рама из квадратной и, местами, круглой трубы. Снаружи это все обклеено стеклопластиковыми панелями.
А днище как-то усилено дополнительно?
Нет, абсолютно стандартное, каркас из труб на него поставлен только сверху.
Итак, ты получил "базу". Что дальше?
Дальше стал я делать электромобиль. Дело молодое, терпения нет, поэтому я ничего изобретать не стал и постарался максимально использовать стандартные компоненты. Тяговый мотор - от болгарского погрузчика, паспортной мощностью 3,6 кВт. При этом в разгоне с хорошей динамикой он безболезненно для себя развивает до 15-ти кВт. Из этого совет всем, кто будет делать что-то подобное: при подборе мотора нужно учитывать его перегрузочные способности.
Да, я когда пытался с этим разобраться, нашел отечественные моторы - ДПТ-6. Они 6-ти киловаттные и тоже предназначены для погрузчика...
В моем случае, 3,6 кВт по оборотам и передаточным числам 4-й передачи КПП и заднего моста должны достигаться на 1400 об/мин двигателя, что соответствует скорости 44 км/ч. Так и получается: когда я еду примерно с такой скоростью, я по амперметру вижу 50 ампер при рабочем напряжении 80 вольт. Таким образом, я имею 4 кВт и КПД = 90%.
Я на досуге сделал некоторый расчет. Если взять ВАЗ-2108 с весом 920 кг и мощностью 57,2 кВт, то получаем отношение массы к мощности = 16,1. При весе твоего авто в 850 кг и мощности 3,6 кВт получаем аналогичный показатель = 236,1.
Да. Я, когда начинал строить электромобиль, сделал аналогичный расчет и пришел в ужас. И поэтому оставил коробку передач - уж на первой и второй я тронусь по-любому. Плюс меня спасает, что реальная стартовая мощность двигателя выше, чем паспортная.
Кстати, сцепления нет. А как удается включать передачи?
А тут же нет холостого хода. При переключении передачи, синхронизатор КПП "утягивает" якорь двигателя до нужной частоты вращения. Единственное неудобство - время переключения передач чуть больше, чем со сцеплением.
Я надеялся, что с новым импульсным блоком, который я поставил на свой электромобиль, можно будет сразу включать четвертую и на ней трогаться - но, увы, мощности немного не хватает. Поэтому я сейчас по городу трогаюсь на второй, а при движении использую четвертую.
Как со временем зарядки?
Аккумуляторы заряжаются штатным зарядным устройством током, равным 10% от номинальной емкости, где-то за ночь. Сейчас мне под заказ разрабатывается новый блок управления, который сам будет заряжать, затем переходить в режим кипения - "добивки", а затем выключать зарядку и оставаться в "ждущем" режиме. Аккумуляторы у меня кислотные, обычные, - они стоят разумных денег. Специальные тяговые аккумуляторы на треть тяжелее и стоят немыслимо дорого, поэтому от них я отказался.
При этом для штатных 200-амперных аккумуляторов разрядный ток получается не очень большой - 50 ампер. При этом если взять, что реальная емкость не нового аккумулятора составляет 170 ампер/часов, мы получаем как минимум 2,5 часа уверенного хода.
Понятно. Значит, у тебя стоит два аккумулятора спереди и…
…и пять сзади. Как раз 200-амперных. Двигатель рассчитан на 80 вольт штатно, я ему приложил 84. Проверял еще, как он будет себя вести на 96-ти вольтах - получалось намного веселее. Вообще, двигателем я доволен - "перегрузы" он держит хорошо. Достаточно "дубовый", проводка из толстого провода, все "остекловано" и т.д. Точно могу сказать, что нужно выходить на вольт 120 - чтобы коммутировать не такие большие токи. Используемый сейчас блок управления мотором разрабатывался полтора года, пока он начал достойно работать и не сгорать.
Тиристорный?
Нее-ееет. На 8-ми полевых транзисторах, стоящих параллельно. С тиристорами есть проблема с управлением постоянным током. Переменный - не проблема, а вот на постоянном токе тиристор сложно закрыть после "пробоя". Еще большой плюс полевика: на тиристоре падает несколько вольт, а на полевике - только 0,15 В. Плюс в перспективе - использование рекуперации.
А как зимой?
Да, емкость аккумуляторов падает, но при движении они немного нагреваются и проблема должна решаться сама собой. Тут другой вопрос - с печкой. Ставить бензиновую я считаю неправильным. Есть мысль использовать для обогрева или охлаждения салона принцип вихревой трубы, которой для работы нужен только вентилятор. Сейчас думаю об адаптации этого устройства для своего авто.
На этой машине мне даже удалось прокатиться, сидя за рулем. Кстати, разгоняется вполне приемлемо. Правда, когда я нажал "газ в пол", Владислав все-таки попросил меня смотреть на амперметр, чтобы не был большим пусковой ток. Для меня еще было проблемой отсутствие сцепления. Ну не привык я к автоматическим КПП. А тут еще педаль тормоза сделана путем объединения "классических" педалей тормоза и сцепления… После остановки нужно ставить машину на ручник - электродвигатель, в отличие от ДВС, компрессией не держит.
В общем, от электрического автомобиля остались достаточно приятные ощущения. Конечно, по динамике и пробегу на одной "заправке" он значительно уступает бензиновым. Но, зато, какая экономия!
Технические характеристики: ➤ Скорость 50 км/час, запас хода 60-80 км км. ➤ Задний ход реализован контроллером. ➤ Масса 725 у оригинала, после удаления ненужных узлов 575 кг. Окончательный вес пока не определился. ➤ Мотор последовательного возбуждения 48 вольт, 150 ампер, контроллер Альтракс, 48 В, 450 А. ➤ Восемь шестивольтовых стационарных АКБ емкостью 180 А*ч массой по 30 кг из Франции. ➤ Конвертер из Тайваня. ➤ Зарядник европейский, умный, импульсный, 56 В, 45 А. ➤ Контакторы реверса, Англия. Автомобиль был собран в гараже своими руками. Принято окончательное решение установить на машину гольфкаровский мотор на 5 кВт номинальной мощности. Напряжение на борту пока 48 вольт. Выточен и установлен на мотор торцевой фланец с подшипником под вал ротора. Изготовлены переходная эластичная муфта со шлицами на концах и переходная план-шайба. Сочленены мотор с коробкой. Установлены на машину. Ввод 220 вольт сделали с места заправочной горловины. Через привычный разъем. Через предохранители вывели под капот, где располагается ЗУ на 25 А (слева). При использовании полноценной родной КПП и 5-киловаттного электродвигателя, динамика разгона примерно такая же, как и у донора с ДВС 1000 кубиков. Просадка напряжения не отмечается. На контроллере Альтракс калибровано ограничение 70% стартовых и мах токов. Переключение передач легкое, без рывков и побочных звуков. Тормоза требуют некоторых усилий несмотря на снаряженную массу авто в 900 кг + 100 кг водителя. В целом, динамика и управляемость машины хорошие. Перед установкой на авто заменил масло в КПП. Залил автоматное с коэффициентом вязкости по SAE равным 50 ед. Предполагается, что КПД легкой коробки передач Сузуки не ниже 94-95%. Потери незначительны. Куда меньшие, чем за счет работы электродвигателя вне номинальных оборотов в случае отказа от полной трансмиссии. Сцепление не устанавливается на всех авто. Лишний узел. Только снижающий динамику разгона. Энергия вращающегося ротора электродвигателя ничтожна по сравнению с состоянием покоя авто. После пятиминутного интенсивного заезда контроллер на радиаторе и электродвигатель только чуть потеплели. Как положительный итог умеренных нагрузок на электрическую часть. За счет использования КПП. Есть возможность еще увеличить динамику разгона, сняв все ограничения с контроллера. Электропроводка выполнена кабелем 70 кв.мм. Бродит мысль поставить 8 АКБ Минн-Кота, 100 А*ч, 12 В. Они по размерам близки к нынешним. Будут весить 185 кг вместо 240 кг. А энергоемкость обеспечат около 10 кВт*ч. Сейчас теоретически 9 кВт*ч, на практике - меньше. Они не новые. При размещении на машине четырех 105 А*ч и четырех 120 А*ч АКБ "Дека" можно получить почти 11 кВт*ч энергии при массе батареек всего 205 кг. Что обеспечит пробег на одной зарядке как минимум 100 км на скорости 60 км/час. При цене батареи всего 50.000. И ресурсе до 700 циклов при 60% разряде. По тормозам. Возможно будет установлен вакуумный усилитель. Смысл есть. Комплект имеется. Обогрев салона будет. Планируется наклеить пару десятков керамических резисторов по 25 Вт на радиатор печки. Возможны иные варианты. Подсчеты стоимости комплектующих: 1. Стоимость мотора составила 500 долларов, б/у контроллера - примерно столько же. 2. В случае отказа от КПП потребовался бы электродвигатель с Мкр как минимум в 4 раза большим. И соответствующим преобразователем к нему. По суммарной цене не менее 4500 долларов. Массой за 50 кг. Тут же возникла бы необходимость приобретать более мощные АКБ. Ставить иной контактор. И много чего еще.
В заключение не лишне сообщить, что дешевый электромобиль удовлетворяющий большинству требований к автомобилю возможен. Мы пришел к такому выводу из следующих соображений: 1. Электромобиль в бюджетном варианте может проехать до 100 км за день. 2. Основной путь большинства людей живущих и работающих в городе из дома до работы и обратно не превышает 50-60 километров, а это основной ежедневный маршрут. И действительно если подумать, то становится ясно, что этот основной маршрут съедает много денег на бензин, при том, что половину времени в пути люди стоят в пробке. При этом бензин продолжает потребляться, а электромобиль в этот момент стоит не потребляя ни одного ватта энергии. Помимо этого свойство аккумуляторов таково, что при простое они немного самоподзаряжаются. Так, что для электромобиля это выгодно в двойне. 3. Электромобиль может радовать владельца дешевизной эксплуатации, динамичностью, способностью передвигаться в тех местах, где нахождение коптилкам запрещено. Езда происходит в полной тишине. 4. В мире идет процесс электрофикации транспорта. Автопроизводители разрабатывают серийные электромобили. В ближайшие годы электромобили начнут сходить с конвейеров массовым потоком.
ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ НА САЙТЕВ данной статье мы рассмотрим устройство и принцип работы коробки переключении передач тракторов «Кировец» К-700 и К-701, т.к. их строение полностью идентично. Также приведем основные моменты в регулировке, обслуживании и ремонта данного механизма.... Всякий раз, когда автомобиль попадает в аварию, действуют сильные кинетические силы. В любой аварии присутствует определенное количество энергии. Фактические цифры варьируются в зависимости от скорости и массы автомобиля, а также от скорости и массы... Приводные ремни агрегатов двигателя являются предметом регулярного технического обслуживания автомобилей. Громкий свист, плохая зарядка аккумулятора и даже перегрев - это симптомы, которые должны побудить вас проверить приводные ремни вашего двигател... |
Всегда интересно наблюдать за изменяющимися явлениями, особенно если сам участвуешь в создании этих явлений. Сейчас мы соберем простейший (но реально работающий) электродвигатель, состоящий из источника питания, магнита и небольшой катушки провода, которую мы сами и сделаем.
Существует секрет, который заставит этот набор предметов стать электродвигателем; секрет, который одновременно умен и изумительно прост. Вот что нам нужно:
1,5В батарея или аккумулятор.
Держатель с контактами для батареи.
Магнит.
1 метр провода с эмалевой изоляцией (диаметр 0,8-1 мм).
0,3 метра неизолированного провода (диаметр 0,8-1 мм).
Мы начнем с намотки катушки, той части электродвигателя, которая будет вращаться. Чтобы сделать катушку достаточной ровной и круглой, намотаем ее на подходящем цилиндрическом каркасе, например, на батарейке типоразмера АА.
Оставляя свободными по 5 см провода с каждого конца, намотаем 15-20 витков на цилиндрическом каркасе.
Не старайтесь особенно плотно и ровно наматывать катушку, небольшая степень свободы поможет катушке лучше сохранить свою форму.
Теперь аккуратно снимите катушку с каркаса, стараясь сохранить полученную форму.
Затем оберните несколько раз свободные концы провода вокруг витков для сохранения формы, наблюдая за тем, чтобы новые скрепляющие витки были точно напротив друг друга.
Катушка должна выглядеть так:
Сейчас настало время секрета, той особенности, которая заставит мотор работать. Это секрет, потому что это изысканный и неочевидный прием, и его очень сложно обнаружить, когда мотор работает. Даже люди, много знающие о работе двигателей, могут быть удивлены способностью мотора работать, пока не обнаружат эту тонкость.
Держа катушку вертикально, положите один из свободных концов катушки на край стола. Острым ножом удалите верхнюю половину изоляции, оставляя нижнюю половину в эмалевой изоляции.
Проделайте тоже самое со вторым концом катушки, наблюдая за тем, чтобы неизолированные концы провода были направлены вверх у двух свободных концов катушки.
В чем смысл этого приема? Катушка будет лежать на двух держателях, изготовленных из неизолированного провода. Эти держатели будут присоединены к разным концам батареи, так, чтобы электрический ток мог проходить от одного держателя через катушку к другому держателю. Но это будет происходить только тогда, когда неизолированные половины провода будут опущены вниз, касаясь держателей.
Теперь необходимо изготовить поддержку для катушки. Это просто витки провода, которые поддерживают катушку и позволяют ей вращаться. Они сделаны из неизолированного провода, так как кроме поддержки катушки они должны доставлять ей электрический ток.
Просто оберните каждый кусок неизолированного провода вокруг небольшого гвоздя – и получите нужную часть нашего двигателя.
Основанием нашего первого электродвигателя будет держатель батареи. Это будет подходящая база, потому что при установленной батарее она будет достаточно тяжелой для того, чтобы электродвигатель не дрожал.
Соберите пять частей вместе, как показано на снимке (вначале без магнита). Положите сверху аккумулятора магнит и аккуратно подтолкните катушку…
Если все сделано правильно, КАТУШКА НАЧНЕТ БЫСТРО ВРАЩАТЬСЯ! Надеемся, что у Вас, как и в нашем эксперименте, все заработает с первого раза.
Если все-таки мотор не заработал, тщательно проверьте все электрические соединения. Вращается ли катушка свободно? Достаточно ли близко расположен магнит (если недостаточно, установите дополнительные магниты или подрежьте проволочные держатели)?
Когда мотор заработает, единственное, на что нужно обратить внимание – чтобы не перегрелся аккумулятор, так как ток достаточно большой. Просто снимите катушку – и цепь будет разорвана.
Давайте выясним, как именно работает наш простейший электродвигатель. Когда по проводу любой катушки течет электрический ток, катушка становится электромагнитом. Электромагнит действует как обычный магнит. Он имеет северный и южный полюс и может притягивать и отталкивать другие магниты.
Наша катушка становится электромагнитом тогда, когда неизолированная половина выступающего провода катушки касается неизолированного держателя. В этот момент по катушке начинает течь ток, у катушки возникает северный полюс, который притягивается к южному полюсу постоянного магнита, и южный полюс, который отталкивается от южного полюса постоянного магнита.
Мы снимали изоляцию с верхней части провода, когда катушка стояла вертикально, поэтому полюса электромагнита будут направлены вправо и влево. А это значит, что полюса придут в движение, чтобы расположиться в одной плоскости с полюсами лежащего магнита, направленными вверх и вниз. Поэтому катушка повернется к магниту. Но при этом изолированная часть провода катушки коснется держателя, ток прервется, и катушка больше не будет электромагнитом. Она провернется по инерции дальше, вновь коснется неизолированной частью держателя и процесс повториться вновь и вновь, пока в батареях не кончится ток.
Каким образом можно заставить электромотор вращаться быстрее?
Один из способов – добавить сверху еще один магнит.
Поднесите магнит во время вращения катушки, и случится одно из двух: или мотор остановится, или начнет вращаться быстрей. Выбор одного из двух вариантов будет зависеть от того, какой полюс нового магнита будет направлен к катушке. Только не забудьте придержать нижний магнит, а то магниты прыгнут друг к другу и разрушат хрупкую конструкцию!
Другой способ – посадить на оси катушки маленькие стеклянные бусинки, что уменьшит трение катушки о держатели, а также лучше сбалансирует электродвигатель.
Существует еще много способов усовершенствования этой простой конструкции, но основная цель нами достигнута – Вы собрали и полностью поняли, как работает простейший электродвигатель.
«Электромобиль версии 1.0» – машина базового уровня, сделать которую может за полгода в гараже фактически любой рукастый мужик, умеющий ремонтировать автомобиль и обладающий начальными знаниями в электротехнике. Цель этой статьи, конечно же, не вручить читателю четкую инструкцию по применению, а дать, как сегодня модно говорить, «дорожную карту» понимания того, что электромобиль – это просто! Рассказал «Колесам» об этом один из самых авторитетных российских электромобилистов-самодельщиков Игорь Корхов, администратор крупнейшего тематического форума electrotransport.ru, успешно строивший законченные конструкции собственных электромобилей, а в данный момент ездящий на модернизированой Lada Ellada.
Из чего состоит электромобиль начального уровня, который несложно построить на гаражном «стапеле»? Кузов от машины-донора с рулевым управлением, подвеской, трансмиссией и тормозами, электродвигатель постоянного тока, агрегатированный со штатной ручной КПП, пакет батарей с контроллером, педаль акселератора, от которой контроллер получает сигнал и ряд вспомогательных узлов, которые можно даже привносить в конструкцию не сразу, а позже – после первых пробных выездов, коих с таким нетерпением ждет душа гаражного инженера…
В качестве кузовного донора, как правило, берут переднеприводную машину, чтобы не терять энергию на трение в крестовинах кардана и гипоидной передаче заднего моста. Стараются найти машинку полегче, в идеале до 600–700 килограммов, хотя это не всегда удается – большинство авто избыточно тяжелы с точки зрения постройки электромобиля. В свое время весьма популярна среди гаражных электромобильщиков была Таврия – кузов легкий и отменная «катучесть» – на ровной дороге можно было буквально пальцем толкать! Но Таврии почти все, увы, сгнили уже... Популярны Golf-ы первого–второго поколения, Daihatsu Mira и тому подобные небольшие машинки. «Катучесть» стараются увеличивать за счет особых шин – так называемых «зеленых»: узких и допускающих давление 2,7 и более атмосфер для устранения потерь на деформацию резины.
|
 |
Я видел, как на машине со снятым двигателем к первичному валу ручной КПП подключали мощный шуруповерт, выводили в салон управление его кнопкой включения и фактически получали за полчаса электромобиль! Да, курьезный, да, едущий не быстрее пяти километров в час, но, в сущности, неплохо демонстрирующий простоту и работоспособность конструкции «варианта 1.0»! Все это, разумеется, из области «механики шутят», но принцип, в общем, сохраняется.Игорь Корхов
Самыми распространенными двигателями для самоделок начального уровня были и по-прежнему являются тяговые моторы ДС-3.6 от болгарских вилочных складских электропогрузчиков типа «Балканкар EB-687». Это двигатели последовательного возбуждения, питающиеся постоянным током с напряжением 80 вольт, мощностью 3,6 киловатта. Выглядит такой мотор, как цилиндрический бочонок, весит 66 килограммов. Это далеко не самый лучший по характеристикам массы и экономичности мотор, но он легкодоступен и популярен у начинающих конструкторов электромобилей. Приобрести такой «движок» можно в меру своего везения – кому-то он перепадет за спасибо, кто-то найдет за 5–10 тысяч рублей. В принципе, такая стоимость оправдана – мотор не скоростной, но имеет великолепный крутящий момент, вытягивает на любую горку даже на третьей передаче, прост в монтаже, неприхотлив.
Трансмиссия
В «Варианте 1.0» не встретишь мотор-колес и прочих прогрессивных электромобильных «нанотехнологий». Делается, как проще, а проще всего срастить электродвигатель с уже существующей на автомобиле-доноре трансмиссией – ручной КПП с главной передачей и дифференциалом, через ШРУСы переднего привода со ступицами и передними колесами. - Собственно, корзина и диск сцепления, его привод (гидравлический или тросовый), да и сама левая педаль удаляются – это лишний вес, и они нам больше не нужны. – рассказывает Игорь Юрьевич, - Переключать скорости мы, правда, все же будем – но редко и без разъединения валов мотора и КПП – просто втыкая передачи рукояткой коробки. Включается нужная передача без сцепления совершенно спокойно как перед началом движения, так и на ходу: бросаешь газ, подводишь рукоятку КПП, синхронизаторы срабатывают – и едем дальше.
Третью передачу используем для езды по городу, четвертую – по загородной трассе, вторую – по буеракам. Первая вообще никогда не используется, момент на колесах такой, что их просто прокручивает при легком касании акселератора!
Чтобы установить электромотор под капот, нужны две основные «хендмейд»-детали: переходная плита и переходная втулка, с помощью которых электродвигатель соединяется с «родной» ручной коробкой передач автомобиля. Плита соединяет электромотор и КПП, а втулка – вал мотора и первичный вал КПП.
Плита легко делается своими руками из толстолистовой стали или алюминия – достаточно наличия слесарных навыков среднего уровня, болгарки и дрели.
Батарея
Батарея для электроавто - только литий-железо-фосфат, иных вариантов нет! Про стартерные свинцовые батареи, кажущиеся привлекательными для начала, «на попробовать», забудьте сразу и навсегда – они категорически непригодны, просто деньги на ветер. Несколько зарядок-разрядок – и аккумуляторы отправятся в пункт приема цветмета! Тяговые свинцовые батареи тоже долго не живут, поскольку при их массе емкость всегда будет недостаточной, а это означает избыточно большой потребляемый ток в расчете на одну батарею. При таких токах не держится и тяговый свинец. Так что исключительно «лиферы», хотя это и недешево.
В свое время через свинец многие проходили – и я в том числе. Сейчас такие ошибки повторять никакого смысла нет. Стартерные батареи у меня начали помирать через пару месяцев, еле успел распродать за полцены, пока не потеряли емкость. Потом одно время использовал герметичные батареи от питания телекоммуникационных систем (источники бесперебойного питания сотовых вышек) – хватало на сезон, начинало расти внутреннее сопротивление… Поэтому, как только появился широкодоступный литий-феррум, все перешли на него. Лучшая удельная плотность энергии, умение отдавать и принимать большие токи, долговечность, морозостойкость. Но цены пока высоки, и батарея является самым дорогим узлом электромобиля – это нужно учитывать самодельщику…Игорь Корхов
Упрощенный расчет параметров и стоимости батареи выглядит так: предположим, что нам надо набрать 100-вольтовую батарею – на такое напряжение рассчитано довольно много моторов. Напряжение одной «лифер-банки»–- 3,3 вольта: значит, нам нужно соединить последовательно 30 банок. Но второй важный параметр батареи – емкость. Поскольку «банки» одинаковые, емкость одной = емкость всей батареи. «Банка» хорошего качества стоит примерно 1,5 доллара за 1 ампер-час, а 30-амперчасовая батарейка начального уровня обеспечит машине весом до тонны 25–30 километров запаса хода.
Считаем:
30 ампер-часов х $1,5 = $45 за одну банку $45 х 30 банок = $1350 $ за всю батарею
В общем, батарея небюджетна, и это лишь емкость, пригодная для первых экспериментов – по-хорошему, её нужно увеличивать хотя бы вдвое...
Заряжают аккумуляторы электромобиля чаще всего полусамодельными зарядными устройствами, сделанными на основе дешевых списанных блоков питания, насыщавших резервные аккумуляторы на базовых станциях сотовой связи – там они работают совместно с 48-вольтовыми свинцовыми батареями. Таких блоков нужно две штуки – их соединяют последовательно, внутренняя регулировка позволяет поднять напряжение каждого до 64 вольт и зарядить батареи для большинства распространенных электромоторов, используемых EV-самодельщиками.
К слову, штатный 12-вольтовый аккумулятор, как правило, остается на своем месте – от него удобно питать разные штатные же потребители – звуковой сигнал, стеклоочистители, стеклоподъемники, «музыку», свет и т. п. Позже, в качестве одного из первых апгрейдов, его можно заменить на DC/DC конвертер ватт на триста, делающий 12 вольт из 100.
Прочие узлы
Собственно, помимо мотора, трансмиссии и батареи в простейшем электромобиле имеется еще ряд узлов – как необходимых, так и устанавливаемых по желанию. Категорически необходимым является, конечно же, контроллер управления двигателем. В простейшем варианте он может быть изготовлен самостоятельно на относительно недорогих и широко распространенных деталях, а датчиком педали газа послужит датчик угла поворота дроссельной заслонки от инжекторного ВАЗа. Можно купить контроллер у отечественных самодельщиков, выписать фабричный из Китая или заказать с eBay бэушный брендовый блок от Curtis – обойдется модуль в 250–300$.
Дополнительных узлов, которые не являются обязательными для пробной (а то и вообще!) поездки – немало. Например, печка, из которой выкидывается жидкостный радиатор и устанавливается вместо него электрический ТЭН. Или, скажем, вакуумный насос для усилителя тормозов. Поскольку двигатель внутреннего сгорания на машине отсутствует, исчезает и разрежение впускного коллектора, необходимое для работы вакуумного усилителя тормозов. Поэтому многие самодельщики ставят электрические вспомогательные насосы ВУТ, заимствованные от машин типа Volvo XC90, Ford Kuga и т. п.
Впрочем, все зависит от проекта – на легком электромобиле даже апгрейд тормозов делают далеко не все, поскольку роль «вакуумника» отчасти выполняет рекуперативное торможение двигателем, да и немало машин с завода не имели вакуумного усилителя в принципе, вполне неплохо тормозя. Без него, к примеру, производились не только небезызвестный ВАЗ-«копейка», но и Таврия, Ока в некоторые годы и так далее.
Цены и деньги
Машина-донор, электромотор, контроллер – все это гибко варьируется и здесь можно «кроить» в меру хитрости и желаний. Можно купить автомобиль-донор тысяч за 100–150 в приличном состоянии по кузову, можно тысяч за 50 – но с необходимостью жестянки, сварки, малярки... Можно купить электродвигатель от престарелого болгарского погрузчика, а можно подержанный или новый американский мотор, спроектированный специально для электромобилей. Можно приобрести промышленный контроллер управления тягой двигателя, а можно спаять и самому, если есть навыки. То же самое касается и всего остального, кроме батареи. Тут особенно «скроить» ничего не удастся: цены на новые литий-феррум банки везде приблизительно одинаковые, вопрос в емкости. Хорошая 80–100-вольтовая батарея на приблизительно сто километров пробега обойдется по сегодняшним деньгам в 4–5 тысяч долларов. Можно, конечно, начать с малоемкого аккумулятора с перспективой наращивания (ведь даже короткая первая поездка воодушевляет и дает понимание, что трудишься не зря!), но надо понимать, что маленькую емкость нужно как можно скорее увеличивать, поскольку её недостаток ведет к повышению тока отдачи от каждой отдельной банки вплоть до опасных ударных величин, укорачивающих им жизнь… Пока будешь рассусоливать с покупкой второй половины, умрет первая...
Так выгодно ли строить электромобиль? Даже опытный самодельщик и фактически гуру гаражного EV-строения Игорь Корхов считает, что на первом месте тут все же хобби, а «обмануть систему» можно лишь весьма условно - это будет граничить с самообманом... Дело в том, что конечный результат нельзя оценивать чисто по стоимости пройденного километра, как многим кажется – приходится брать в расчет и комфорт, и функциональность, и безопасность машины, и просто ощущение от того, чем владеешь. Вот, допустим, новая бензиновая Лада Гранта - стоит она от 360 тыс. рублей, что приблизительно равняется 5 500 $. Самый бюджетный электромобиль на базе какого-нибудь VW Golf ранних поколений обойдется в столько же по комплектующим – плюс время, просиженное на тематических форумах, и вложенный собственный труд. В результате на одной чаше весов – пусть и отечественный, но пахнущий новизной и беспроблемный автомобиль на гарантии, а на другой – немолодой и внешне потрепанный «электросамопал» в стадии бесконечной доделки, без возможности дозаправки топливом в пути, в первое время (а то и навсегда) без кондиционера, усилителя тормозов и тому подобного.
Ну или, скажем, следующая планка - Hyundai Solaris. Новым он стоит от 600 000 рублей, что составляет около 9 200 $. Подобную же сумму придется затратить, если строить электромобиль на базе более-менее свежего кузова иномарки, который прилично выглядит снаружи и имеет не убитый салон, купив к этому кузову хороший американский электромотор, надежный фирменный контроллер Curtis и набрав емкую батарею. Однако на выходе – в общем-то, почти то же самое, что и в первом случае… У Соляриса в козырях максимальная скорость и динамика, возможность пополнять запас топлива повсеместно, а не только в личном гараже, где есть розетка, все преимущества новой и надежной машины с массой функциональных удобств, гарантии и прочее. Самоделка же, пусть и более приличная внутри и снаружи, остается самоделкой – машиной с существенными ограничениями по дальности пробега и возможности заправки, вечным конструктором, тренажером для рук и ума...
Выводы
С точки зрения приложения рук и ума для человека, любящего автомобили и технологии, постройка электромашины, безусловно, оправдана! Хобби это, конечно, затратное, но все познается в сравнении - причем, в сравнении не с олигархическими крайностями вроде коллекционирования яичек Фаберже, а со вполне распространенными и массовыми техническими прикладными увлечениями. Скажем, любителю рыбалки средненькая надувная лодчонка с подвесным двигателем известной марки сил эдак в десять выльется как минимум в две трети простейшего электромобиля...
Хороший квадрокоптер с камерой стоит не меньше. На этом фоне постройка электромобиля ничуть не выделяется – нормальная такая мужская забава…
Не меньшая привлекательность постройки электромобиля «Версии 1.0» в том, что результат достижим для многих, а не только для избранных - не надо быть «инженером 80-го уровня», чтобы сочленить электродвигатель с КПП, проложить силовую и управляющую проводку и разместить в багажнике батареи. В простейшем варианте конструкции да с многочисленными советами отзывчивого электромобильного коммьюнити в интернете работа будет приятной и почти наверняка успешной.
Однако, пока не подешевели эффективные батареи и не распространились недорогие комплекты тяговых моторов и контроллеров, как это произошло с китами для электровелосипедов, электромобиль гаражной постройки в отношении стоимости эксплуатации вряд ли будет серьезным конкурентом бюджетным бензиновым авто и тем более – газифицированным машинам… В случае стремления к экономии вложиться в установку пропанового газового оборудования – проще и выгоднее…
Фото любезно предоставил американский самодельщик Брюс, тщательно документировавший все этапы постройки в домашних условиях своего электромобиля на базе пикапа-хэтчбека Suzuki Mighty Boy 1985 года .
Заинтересовались темой постройки электромобиля?
