Высокое напряжение

Перспективный привод Porsche Taycan является продолжением новаторских традиций Цуффенхаузена. Работа электродвигателей в деталях: как это выглядит.

   

Откиньтесь на спинку сидения. У того, кто до упора жмет на педаль газа в Porsche Taycan Turbo S, есть 12 000 причин усесться поплотнее. У водителя и пассажиров перехватывает дыхание, когда их буквально вдавливает в сидения этой топовой модели электрического спорткара при одновременном задействовании всех 12 000 ньютон-метров крутящего момента на всех четырех колесах (Taycan Turbo S: Потребление электроэнергии смешанный цикл: 28,5 кВт·ч/100 км; выброс CO2 смешанный цикл: 0 г/км (по состоянию на 03/2021) ). Вся мощь без промедления вырывается на волю, и сила тяги обоих электродвигателей передней и задней оси практически не меняется до достижения максимальной скорости. Эта доза адреналина является активным компонентом технологии двигателя Porsche. Не случайно авторитетный Центр управления автомобильным транспортом (CAM) назвал Taycan самой инновационной моделью 2020 года в мире. Инновации в Porsche всегда означают доведение технологий до совершенства. В данном случае это не что иное, как использование потенциала электропривода таким образом, как это до сих пор никому не удавалось.

Силовой агрегат:

Силовой агрегат:

электродвигатель и двухступенчатая коробка передач (спереди) установлены параллельно к задней оси. Сверху находятся силовые электронные устройства.

Эта концепция Porsche возникла не вчера. И даже не позавчера, а более 120 лет тому назад. В то время молодой Фердинанд Порше разрабатывал свои первые электромобили с управляемыми мотор-колесами — мировая новинка. Возможности электромобильности стимулировали спортивные амбиции. Его гоночный автомобиль с четырьмя электрическими мотор-колесами, стал первым полноприводным легковым автомобилем в мире.

Простые электродвигатели постоянного тока того времени давно заменены современными. Однако основной физический принцип остался прежним: магнетизм. У магнита всегда есть северный и южный полюса. Разные притягиваются, одинаковые отталкиваются. С одной стороны, существуют постоянные магниты, которые основываются на действии элементарных частиц. С другой стороны, магнитные поля также возникают при каждом движении электрического заряда. Для усиления электромагнетизма в электрическом двигателе размещают намотанный в катушку проводник под током. Электромагниты — в зависимости от конструкции двигателя также постоянные магниты — размещены на двух компонентах. Неподвижная часть называется статор, вращающаяся — ротор. В результате периодического включения и выключения электрического напряжения возникает сила притяжения и отталкивания, создающая вращение ротора.

Центральный элемент:

Центральный элемент:

статор электродвигателя, главным образом, состоит из круглых дисков листового металла, образующих трубку, и медных катушек. В каналах трубки U-образно вставлены и соединены друг с другом изогнутые провода.

Больше меди в статоре благодаря технологии «шпильки для волос»

Статор окружен очень стабильной рубашкой охлаждения. Температура постоянно отслеживается и регулируется.

Медный провод, намотанный на катушки, производит магнитные поля при прохождении через него тока.

Отдельные провода в форме шпилек для волос последовательно спаяны лазером на концах в катушки и изолированы.

Не каждый тип электромотора подходит для привода автомобиля. Porsche делает ставку на синхронный двигатель с возбуждением от постоянных магнитов (PSM). В отличие от преимущественно используемой конструкции менее затратного асинхронного двигателя у PSM бóльшая эксплуатационная мощность вследствие менее быстрого перегрева и, следовательно, отсутствия необходимости уменьшения мощности. PSM от Porsche обеспечиваются и управляются силовыми электронными устройствами с трехфазным переменным напряжением. Частота колебания напряжения через нулевую точку от плюса к минусу определяет число оборотов двигателя. Импульсный инвертор задает двигателям Taycan частоту вращающегося магнитного поля в статоре и, таким образом, регулирует число оборотов ротора. Высококачественные постоянные магниты ротора со сплавами из неодима, железа и бора намагничиваются на длительное время с помощью сильного направленного магнитного поля. Магниты обеспечивают очень сильный возврат энергии через рекуперацию при торможении. В режиме принудительного холостого хода электромотор переходит в режим генератора и дает возможность магнитам индуцировать напряжение и ток в обмотку статора. Мощность рекуперации электродвигателя Porsche самая высокая среди конкурентов.

Компактность:

Компактность:

привод переднего моста Taycan сконструирован еще компактнее, чем блок привода в задней части. Двигатель и коробки передач спарены. Ротор, коробка передач и полуоси расположены линейно.

Синхронные двигатели с возбуждением от постоянных магнитов для длительной мощности

Силовые электронные устройства находятся непосредственно на приводе. Так быстро, эффективно и с экономией веса достигается соединение двигателя и датчиков.

Планетарная передача переднего привода оснащена ступенью передачи в соотношении 1:8. Таким образом, крутящий момент колеса достигает 3 000 ньютон-метров.

Статор электродвигателя с возбуждением от постоянных магнитов состоит из активных электромагнитов, крутящегося ротора, пассивных постоянных магнитов. Это оптимальный принцип для коробки передач спорткара.

Технология, доведенная до совершенства: этот ген Porsche проявляется в особенности двигателей Taycan, так называемой обмотке Hairpin. Катушки статора в нем состоят не из круглой, а из прямоугольной проволоки. В отличие от классических способов обмотки, в которых медный провод покрывает катушку из бесконечного барабана, технология Hairpin является так называемым формовальным способом монтажа. Это означает, что прямоугольный медный провод делится на отдельные отрезки и сгибается латинской буквой «u», напоминая шпильку для волос (англ. Hairpin). Эти отдельные скобы вставляются в стальные листы статора, где размещена обмотка, так, что поверхности прямоугольного профиля провода лежат друг на друге. В этом состоит главное преимущество технологии Hairpin. Она дает возможность запаковать провод плотнее и поместить больше меди в статор. Если обычные способы обмотки имеют около 50 % так называемого коэффициента заполнения медью, то в технологии Porsche он составляет почти 70 %. Так увеличивается мощность и крутящий момент при одинаковом монтажном пространстве. Концы проволочных скоб запаиваются лазером: возникает катушка. Следующим важным преимуществом является улучшение теплопередачи через однородный контакт соседних проводов, а статор Hairpin может охлаждаться существенно эффективнее. Хотя более чем 90 % даваемой электродвигателями энергии идет на поступательное движение, как и в двигателе внутреннего сгорания, потери энергии превращаются в тепло, которое необходимо отвести. Для этого двигатели оснащены рубашкой охлаждения.

Инерционная масса:

Инерционная масса:

ротор выполнен с постоянными магнитами, расположенными в форме V.

Для точной настройки синхронного двигателя с возбуждением от постоянных магнитов силовые электронные устройства должны знать точное положение угла ротора. Для этого служит решающее устройство. Оно состоит из металлического роторного диска, который проводит магнитное поле, обмотки возбуждения, а также двух приемных катушек. Катушка обмотки возбуждения производит магнитное поле, которое передается на приемные обмотки через датчик вращения. Таким образом, в приемных катушках индуцируется напряжение, чье положение по фазе смещено пропорционально положению ротора. Из этой информации система управления может точно рассчитать угловое положение ротора. В этой системе управления, т. н. импульсном инверторе, сконцентрировано всё ноу-хау Porsche. Инвертор отвечает за преобразование постоянного тока батареи с напряжением 800 вольт в переменный ток и его подачу на оба электродвигателя. Porsche был первым производителем, который реализовал уровень напряжения 800 вольт. Когда-то это была разработка для гоночного Porsche 919 Hybrid. Сегодня, в серийном производстве, это решение уменьшает вес и монтажное пространство благодаря гибкому кабелю и дает возможность более быстрой зарядки.

Сеть Taycan

Задний привод с двухступенчатой коробкой передач

Передний привод и вспомогательные агрегаты

Связка проводов для привода передней оси находится над аккумулятором большой мощности

Электродвигатели достигают 16 000 оборотов в минуту. Для оптимального использования такого интервала частоты вращения в типичном для Porsche диапазоне регулирования динамики, эффективности и максимальной скорости передние и задние блоки привода оснащены отдельными коробками передач. Taycan вообще является первым среди электрических спорткаров, у которого на задней оси коробка с двумя переключаемыми передачами, первая из них очень понижена. Одноступенчатая планетарная передача на передней оси посылает силу на колеса.

С помощью такой комбинации Taycan Turbo S развивает свою потрясающую мощность. Ступень передачи на передней оси преобразовывает 440 ньютон-метров электродвигателя в почти 3 000 ньютон-метров на колесах. 610 ньютон-метров электродвигателя заднего моста увеличиваются на первой передаче до 9 000 ньютон-метров тяги. Задачей дольше переключаемой второй передачи является обеспечение эффективности и резерва мощности на высокой скорости.

Высокие технологии будущего в мельчайших деталях — так Porsche продолжает свои традиции новаторства в эпоху электрического привода.

Peter Weidenhammer
Peter Weidenhammer

Похожие статьи

Данные о потреблении

  • 0 г/км
  • 28,5 кВт·ч/100 км

Taycan Turbo S

Fuel consumption / Emissions
CO2 emissions combined 0 г/км
Electricity consumption combined 28,5 кВт·ч/100 км