Walka o zasięg

Sceptycy wprawdzie twierdzą, że tylko z powodu wzrostu cen paliw płynnych, jednak nie sposób nie dostrzec ogromnych technologicznych postępów, jakie zrobiła ostatnio elektryczna motoryzacja. Liczą się także, coraz bardziej, walory ekologiczne elektrycznych aut.

Silniki elektryczne to, rzecz jasna, żadna nowość, ani rzadkość. Mamy z nimi do czynienia codziennie, w pralkach, wiertarkach, w zabawkach, w różnych maszynach i urządzeniach, które nas zewsząd otaczają. Jednak na drogach to wciąż rozwiązanie rzadkie, mniej typowe, często mające opinię drogiego i uciążliwego w eksploatacji, ze względu na niewielki zasięg na jedno ładowanie oraz brak infrastruktury zasilającej.

Oprócz aut elektrycznych, na drogi wyjechały hybrydy, tj. samochody mające zarówno silnik elektryczny, jak i spalinowy, spośród których w Polsce najbardziej chyba znanym modelem jest Toyota Prius. W tym tekście mowa będzie o autach całkowicie elektrycznych, których symbolami współcześnie są modele Tesla, Nissan Leaf (1), BMW ActiveE, Ford Focus Electric, Ford Transit Connect Electric, Honda Fit EV, Mitsubishi i-MiEV.

Zacznijmy jednak od podstaw, czyli od?

?zasady działania napędu elektrycznego

Podstawowy silnik elektryczny działa dzięki trzem elementom. Są to magnesy, wirnik i umieszczony na nim komutator. Wirnik zbudowany jest z kilku zwojnic ułożonych względem siebie pod różnymi kątami. Dzięki temu wirnik płynnie się obraca. Komutator z kolei odpowiada za przepływ prądu w kolejnych zwojnicach. Składa się on z szeregu metalowych blaszek oddzielonych izolatorem (2).

Modelowo, w silniku elektrycznym umieszczone muszą być co najmniej dwa magnesy stałe, skierowane ku sobie przeciwnymi biegunami. Pomiędzy nimi znajduje się wirnik. Prąd elektryczny podłączony jest do układu przez tzw. szczotki, które stykają się na dwóch przeciwległych powierzchniach komutatora, doprowadzając prąd do jednej ze zwojnic (3). Zwojnice, dzięki zjawiskom fizycznym, odkrytym jeszcze przez Faradaya i Maxwella, wytwarzają pole magnetyczne, które przeciwdziała polu magnetycznemu magnesów stałych.

Siły przeciwdziałające obracają wirnik, co z kolei powoduje obrót komutatora i zaczyna się kolejny cykl przepływu prądu, indukowania pola, przeciwdziałania magnesów, obrotu wirnika, komutatora, itd. Można by powiedzieć, że silnik pracuje, bo prąd płynie, a prąd płynie, bo silnik pracuje.

Ruch obrotowy wału silnika przekłada się na obroty wału napędowego urządzenia, w tym także samochodu. I to tyle, jeśli chodzi o zasadę działania napędu elektrycznego. Oczywiście, współcześnie udoskonala się tę technologię i modyfikuje znacznie.

Np. rezygnuje się z silników szczotkowych ze względu na to, że jest to element szybko zużywający się, czyli wymuszający częstsze konserwacje i naprawy. Silnik bezszczotkowy jest zbudowany podobnie do silnika szczotkowego, w jego skład wchodzą magnesy, zwojnice i komutator, jednak tutaj to zwojnic są nieruchome wewnątrz obudowy, a magnesy umieszczone są na wirniku. Komutator zaś sterowany jest elektronicznie. Wprawdzie silnik bez szczotek ma wyższą sprawność, to jednak ze względu na złożoną konstrukcję sterowników komutatora, jest droższy od tradycyjnego.

Ciąg dalszy tego artykułu znajdziesz w kwietniowym numerze magazynu Młody Technik