Έχουμε αναδείξει την εντυπωσιακή απόδοση ισχύος του κινητήρα BMW iX M60 στην Πρώτη μας ματιά, αλλά η τεχνολογία ηλεκτροκινητήρων πέμπτης γενιάς του αξίζει τη δική του εξέταση. Αυτό συμβαίνει γιατί είναι ταυτόχρονα εξαιρετικά υψηλής τεχνολογίας σε συνδυασμό με την προηγούμενη οικεία τεχνολογία. Δείτε τι πρέπει να γνωρίζετε και γιατί είναι τόσο ενδιαφέρον το γεγονός ότι η BMW χρησιμοποίησε αυτόν τον κινητήρα στο iX M60. Είναι μια μεγάλη πρόοδος όσον αφορά την απόδοση του ηλεκτροκινητήρα, ενώ γίνεται περισσότερο πράσινο.
Ο Ηλεκτρικός κινητήρας
Πριν προχωρήσουμε περαιτέρω, εάν δεν είστε εξοικειωμένοι με τους διαφορετικούς τύπους κινητήρων EV που χρησιμοποιούνται στα οχήματα, έχουμε ένα διεξοδικό μάθημα E-Motor 101. Αλλά όλοι οι ηλεκτροκινητήρες βασίζονται στις ιδιότητες του ηλεκτρομαγνητισμού για να μετατρέψουν την ηλεκτρική ενέργεια σε ροπή για να οδηγήσουν το όχημα. Ένας πόλος ενός μαγνήτη που έλκεται στον αντίθετο πόλο ενός άλλου, και σαν πόλοι που απωθούνται μεταξύ τους, είναι αυτό που οδηγεί έναν ηλεκτροκινητήρα. Μια εύκολη προσέγγιση είναι η χρήση ισχυρών μόνιμων μαγνητών στο περιστρεφόμενο τμήμα του κινητήρα που ονομάζεται ρότορας, και ενός ηλεκτρομαγνήτη (αγώγιμα σύρματα που τυλίγονται γύρω από ένα σιδηρομαγνητικό υλικό) στη σταθερή «κονσέρβα» που περιστρέφεται μέσα, που ονομάζεται στάτορας. Η αντιστροφή της ηλεκτρικής πολικότητας στον ηλεκτρομαγνήτη αντιστρέφει τη μαγνητική πολικότητα και αυτή η εναλλαγή είναι που τραβάει τους μόνιμους μαγνήτες. Όμως τα υλικά σπάνιων μεταλλών που δημιουργούν μόνιμους μαγνήτες είναι δυσεύρετα, έτσι η BMW απομακρύνεται από αυτά χρησιμοποιώντας ηλεκτρομαγνήτες τόσο στον ακίνητο στάτορα όσο και στον περιστρεφόμενο ρότορα. Βασίζεται σε μια παλιά τεχνολογία για να γίνει αυτό δυνατό.
Εάν παίζετε με ραδιοελεγχόμενους ερπυστριοφόρους βράχους ή έχετε αποσυναρμολογήσει το ηλεκτρικό τρυπάνι σας, είστε εξοικειωμένοι με τους κινητήρες με βούρτσα. Αυτά υπάρχουν από την εφεύρεση του ηλεκτροκινητήρα και ονομάζονται “βουρτσισμένα μοτέρ” επειδή ένα σετ βουρτσών μεταδίδει ηλεκτρισμό στον περιστρεφόμενο ρότορα μέσω αυτού που ονομάζεται μετατροπέας στον ρότορα. Οι ηλεκτρομαγνητικές περιελίξεις του ρότορα ενεργοποιούνται από τον μεταγωγέα. Καθώς εφαρμόζεται η ισχύς, δημιουργούνται ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις τόσο στον στάτορα όσο και στον ρότορα, αλλάζοντας τους και τους δύο με τέτοιο τρόπο ώστε να κάνει τον ρότορα να περιστρέφεται. Η αύξηση της ταχύτητας μεταγωγής εντός των ηλεκτρομαγνητών και η αύξηση του ρεύματος προκαλεί αύξηση της ταχύτητας.
Ο ρότορας μπορεί να περιλαμβάνει δύο ή πολλά περισσότερα ηλεκτρομαγνητικά πεδία, καθένα από τα οποία ενεργοποιείται από ένα ζεύγος επαφών στον μεταγωγέα. Ομοίως, ο κινητήρας χρησιμοποιεί μόλις δύο βούρτσες, αλλά μπορεί να χρησιμοποιήσει όσες βούρτσες χρειάζεται για να επιτύχει τους σχεδιαστικούς στόχους. Οι βούρτσες μπορούν να κατασκευαστούν από σχεδόν οποιοδήποτε υλικό, αρκεί να μπορείτε να τις περάσετε ρεύμα. Σε πολλές περιπτώσεις, αυτές οι βούρτσες είναι πυροσυσσωματωμένες από μέταλλα σε σκόνη και άλλα υλικά, όπως και τα τακάκια των φρένων σας. Ακόμη και ο τρόπος με τον οποίο έχουν αυλακώσεις οι επιφάνειες των βουρτσών μπορεί να επηρεάσει την απόδοση, όπως ακριβώς συμβαίνει και με τα τακάκια των φρένων. Και όπως τα τακάκια των φρένων σας, οι βούρτσες και ο μεταγωγέας δημιουργούν σκόνη και φθείρονται, απαιτώντας περιοδική αντικατάσταση, γεγονός που είναι μερικοί από τους λόγους που δεν χρησιμοποιούνται επί του παρόντος σε κανένα σύγχρονο EV ή υβρίδιο.
Κινητήρες χωρίς ψήκτρες
Κάτι που μας φέρνει στην πλειονότητα των κινητήρων που βλέπετε σήμερα στο δρόμο. Οι κινητήρες χωρίς ψήκτρες είτε χρησιμοποιούν μόνιμους μαγνήτες στο εξάρτημα που περιστρέφεται είτε «επάγουν» ένα μαγνητικό πεδίο σε μια περιέλιξη τυλιγμένη γύρω από ένα σιδηρομαγνητικό υλικό στο περιστρεφόμενο εξάρτημα. Ο τελευταίος τύπος είναι γνωστός ως ασύγχρονος κινητήρας επαγωγής εναλλασσόμενου ρεύματος και είναι αυτό που ξεκίνησαν να χρησιμοποιούν στην Tesla.
Το μεγαλύτερο πλεονέκτημα από αυτό είναι ότι οι κινητήρες χωρίς ψήκτρες προτιμώνται έναντι των καθιερωμένων, επειδή εξαλείφουν τη συντήρηση και τη σκόνη που προέρχονται από τις βούρτσες που τρίβουν μια φθαρμένη επιφάνεια (τον μεταγωγέα), τα οποία αυξάνουν τη διάρκεια ζωής του κινητήρα. Τα μειονεκτήματα είναι το υψηλότερο αρχικό κόστος και οι πιο περίπλοκοι ελεγκτές ταχύτητας κινητήρα που απαιτούν συνήθως τρεις αισθητήρες για τη σωστή μέτρηση της θέσης του στάτορα και του ρότορα (αν και ορισμένοι σύγχρονοι μηχανικοί έχουν βρει έξυπνους τρόπους χωρίς αυτούς τους αισθητήρες).
Ο ηλεκτροκινητήρας BMW πέμπτης γενιάς
Αυτός ο κινητήρας BMW πέμπτης γενιάς δεν έχει μαγνήτες. Λειτουργεί ως τριφασικός σύγχρονος κινητήρας εναλλασσόμενου ρεύματος που χρησιμοποιεί βούρτσες και διακόπτη για την παροχή ισχύος στις περιελίξεις του ρότορα, πράγμα που σημαίνει ότι οι κινητήρες με ψήκτρα AC δεν προορίζονται πλέον μόνο για ηλεκτρικές ατμομηχανές όπως γνωρίζουμε μέχρι σήμερα.
Αναζητήσαμε στη BMW σχετικά με το προσδόκιμο ζωής αυτών των βουρτσών και τον εναλλάκτη και τι συμβαίνει με τη σκόνη καθώς φοριούνται. Αν και δεν μπορούσαν να μας δώσουν μια εκτίμηση διάρκειας ζωής για τις βούρτσες, μας διαβεβαίωσαν ότι οι μονάδες αυτές βρίσκονται “σε ένα κλειστό και σφραγισμένο χώρο, εξαλείφοντας τη μόλυνση από σκόνη μέσα στην καλωδίωση του στάτορα/ρότορα”. Όποιος έχει δουλέψει με φρένα ή ακόμα και με κινητήρες συνεχούς ρεύματος, ξέρει πόσο λεπτά είναι αυτά τα σωματίδια σκόνης. Θα είναι ενδιαφέρον να δούμε πόσο διαρκούν και πόση σκόνη θα περιέχουν (ή θα απελευθερώσουν) αυτές οι μονάδες.
Οι μηχανές μόνιμου μαγνήτη συνήθως κατατάσσονται ως οι ηλεκτρικοί κινητήρες με τη μεγαλύτερη πυκνότητα ισχύος, αλλά δεν σβήνουν μόνιμοι μαγνήτες. Τα μαγνητικά τους πεδία δεν αλλάζουν ποτέ, επομένως όταν δεν τροφοδοτούνται από ενέργεια στην περιέλιξη του στάτορα, παράγουν ενέργεια σε αυτές τις περιελίξεις, που δημιουργεί αντίσταση. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο ορισμένα EV που τροφοδοτούνται από πολλαπλούς κινητήρες είτε χρησιμοποιούν συμπλέκτη για την αποσύνδεση και το ρελαντί ενός κινητήρα μόνιμου μαγνήτη όταν δεν χρειάζεται, είτε τοποθετούν έναν ασύγχρονο κινητήρα επαγωγής AC (που δεν υφίσταται τέτοιες απώλειες) και έναν κινητήρα μόνιμου μαγνήτη. Τα μέταλλα που περιλαμβάνουν μόνιμους μαγνήτες είναι επίσης όλο και πιο δύσκολο να προμηθεύονται, με την Κίνα να ελέγχει τα περισσότερα από τα αποθέματα σπάνιων ορυκτών, κάτι που οδηγεί τη BMW και άλλους κατασκευαστές κινητήρων να αναζητήσουν άλλους τρόπους για να κατασκευάσουν ηλεκτρικούς κινητήρες πυκνής ισχύος.
Σύμφωνα με την BMW, αυτό το σύστημα κινητήρα πέμπτης γενιάς επιτρέπει μεγαλύτερη ενεργειακή πυκνότητα, ταχύτερη συχνότητα εναλλαγής και καλύτερη διαχείριση θερμότητας. «Όλα αυτά», λέει η BMW, «μεταφράζονται σε υψηλότερες στροφές ανά λεπτό, περισσότερη ροπή και ακόμη μεγαλύτερη ισχύ». Η BMW στοιχηματίζει ότι τα σύγχρονα υλικά και η τεχνολογία στεγανοποίησης θα επιτρέψουν στις σύγχρονες μονάδες και τους μεταγωγείς να διαρκέσουν για ένα εύλογο διάστημα σέρβις στη ζωή ενός σύγχρονου EV.
