Первый электродвигатель: Кто первый изобрел электродвигатель

Кто первый изобрел электродвигатель

История создания первого электродвигателя

Из истории электромобиля мы знаем, что первый электродвигатель появился раньше двигателя внутреннего сгорания. Как это было… Работы Андре-Мари Ампера, объединившие два разобщенных ранее явления — магнетизм и электричество, вдохновили другого гениального ученого — Майкла Фарадея. Открытия Ампера, Эрстеда и Араго побудили английского физика заняться вопросом о превращении магнитной и электрической энергии в механическую. В 1821 году поставленная задача была решена с помощью специального прибора, в котором было продемонстрировано явление непрерывного электромагнитного вращения. После удачного эксперимента Фарадей поставил себе новую задачу о превращении магнетизма в электричество. Явление, составляющее основу современной электроэнергетики, было открыто английским ученым лишь через десять лет. Оно было названо электромагнитной индукцией. Спустя 3 года русский физик Эмилий Ленц, обобщив проделанные Фарадеем опыты, сформулировал новый фундаментальный закон, дававший возможность безошибочно определить направление индуцированного тока.

Так называемый принцип обратимости был доказан Ленцем не только теоретически, но и экспериментально: катушка, при ее вращении между полюсами магнита, генерировала электрический ток, обратная реакция заключалась в том, что катушка начинала вращаться, если в нее посылали ток. Исследование английского физика и опыты русского академика сыграли решающую роль в истории электродвигателя и развитии всего электромашиностроения в целом.

Первые попытки создания электродвигателя

Разработки теоретических предпосылок моментально дали толчок для создания первых электродвигателей и генераторов электрического тока. В 1824 году английский физик и математик Питер Барлоу с помощью прибора наглядно продемонстрировал возможность превращения электрической энергии в механическую. Колесо Барлоу представляло собой два горизонтально расположенных П-образных постоянных магнита, под которыми на одной оси размещены два медных зубчатых колеса. Когда через колеса проходил ток, они начинали вращаться в одном направлении.

При этом ученый заметил, что смена полярности контактов и полюсов магнитов изменяла и направлении вращения колес. По сути, Барлоу изобрел первый униполярный электродвигатель. Его опыт дал пищу для размышления другим изобретателям, и уже в 1831 году была представлена еще одна модель электродвигателя. На этот раз Д. Генри сделал попытку использовать для получения качательного движения отталкивание одноименных и притяжения разноименных магнитных полюсов.

Первый электродвигатель с возможностью практического применения

Модели, созданные Барлоу и Генри, представляли собой электрические устройства с качательными или возвратно-поступательными движениями малой удельной мощности, посему не имели практического применения, а о серийном производстве электромобилей даже и речи не могло быть. Первый электродвигатель с непосредственным вращением рабочего вала был создан в 1834 году физиком и академиком Борисом Якоби. Но стоит отметить, что впервые идею о создании более современного электродвигателя с вращательным движением высказал английский ученый В.

Риччи еще в 1833 году. Был ли знаком Якоби с работой Риччи, неизвестно.

Двигатель Якоби состоял из двух групп электромагнитов. Попеременное изменение полярностей подвижных электромагнитов происходило путем специального коммутатора. Принцип этого устройства используется в некоторых современных электродвигателях. Мощность двигателя составляла всего 15 Вт, при частоте вращения ротора 80-120 об/мин.

В 1837 году Якоби обратился к Министру народного просвещения графу С. Уварову с предложением о практическом применении своего электродвигателя. О предложении русского академика было доложено Николаю I. Император дал добро на создание «Комиссии для производства опытов относительно приспособления электромагнитной силы к движению машин по способу Якоби».

Первый электродвигатель был далеко не совершенным и, конечно же, очень слабым. Так считал и сам академик, поэтому все средства выделенные комиссии были потрачены на усовершенствование электрической схемы. В 1838 году по Неве шел катер с 12 пассажирами, среди которых были физик Ленц, адмирал Крузенштерн и сам Якоби. Шлюпка крайне удивила гуляющих в тот день по набережной — никто из ее пассажиров не греб веслами.

Заменил гребцов электродвигатель мощностью 0.6 кВт, питаемый от 320 гальванических элементов. Испытания прошли весьма удачно, и сенсационная новость о первом практическом применении электродвигателя разлетелась по всему миру.

Видео: создание простейшего электродвигателя

Система Стоп-Старт

Пробка – головная боль любого мегаполиса. Плюс ко всему – это источник загрязнения окружающей среды и дырка в кармане автолюбителя….

подробнее

Электродвигатель

Давайте подвесим между полюсами неподвижного магнита проволочную петлю, через которую пропустим электрический ток. Мы увидим, что петля начнет отклоняться в сторону, чтобы выйти из магнитного поля. Именно это явление положено в основу всех электродвигателей. Главными частями электродвигателя являются: ротор и статор. Статор является неподвижной частью электродвигателя, служит магнитопроводом, в котором образуется магнитное поле. Подвижной вращающейся частью электродвигателя является ротор, на нем помещены витки провода, по которому пропускают электрический ток. Двигатели, работающие от сети постоянного тока, являются двигателями постоянного тока. Двигатели, работающие от источника переменного тока, называются двигателями переменного тока. В результате проведенных экспериментов выдающийся английский физик Майкл Фарадей доказал, что при перемещении проводника в магнитном поле, можно создавать электрический ток индукционным методом. Так, в 1831 году было открыто явление электромагнитной индукции. Сразу же ученые и изобретатели нескольких стран взялись за разработку электродвигателя, пригодного для практики.

Первыми были созданы электродвигатели постоянного тока, так как источники постоянного тока (батарея и гальванические элементы) были изобретены раньше. В 1834 году русским ученым Б. С. Якоби был создан первый электродвигатель, который состоял из двух частей — неподвижной и вращающейся. Благодаря изобретению был открыт принцип непрерывного вращательного движения. Мощность электродвигателя равнялась 15 Вт, источником тока были гальванические батареи. Однако практического применения электродвигатель не имел. В 1838 году Б. С. Якоби создал первый электродвигатель постоянного тока пригодный для практических целей. Мощность была увеличена за счет соединенных на одной плоскости 40 двигателей. Двигатель использовали для привода гребного вала лодки. 13 сентября 1838 года двигатель был установлен на лодке, в которой находилось 12 пассажиров. Испытания прошли весьма успешно. За 7 часов лодка проделала путь в 7 км со скоростью 2 км/ч. В сентябре 1839 года на катер с 14 пассажирами был установлен двигатель усовершенствованной конструкции, большей мощности, скорость которого составляла 4 км/ч. Двигатель Якоби стал самым надежным и мощным из всех конструкций, созданных на тот момент. К 70-м годам XIX столетия электродвигатель был полностью усовершенствован и сохранился в таком виде до наших дней.

Со временем в электродвигателях стали использовать электромагниты вместо постоянных магнитов, что позволило существенно увеличить мощность.

Принцип работы электродвигателя постоянного тока заключается в следующем: к обмотке электромагнита подводят электрический ток, в результате между его полюсами возникает магнитное поле. Виток провода размещен на роторе. Когда к витку провода через коллектор подводится электрический ток, он начинает вращаться вместе с ротором. Особенностью таких электродвигателей является возможность регулировать частоту вращения ротора. Микроэлектродвигатели используют в электробритвах, системах автоматического регулирования, кофемолках и других приборах быта. Мощные электродвигатели используют для привода подъемных кранов, прокатных станков, на электрофицированном транспорте.

В 1889 году замечательный русский инженер-электротехник М. О. Доливо-Добровольский создал систему трехфазного тока и создал первый трехфазный двигатель переменного тока. Основными частями двигателя переменного тока также являются ротор и статор. В отличие от двигателей постоянного тока они не имеют коллектора, ток на обмотки ротора поступает через контактные кольца.

В некоторых двигателях отсутствуют выводы на обмотках для подключения к току, а замкнуты между собой. Внешне ротор был похож на колесо в беличьей клетке и получил название беличьего колеса. Конструкция такого ротора дала возможность уменьшить магнитное и электрическое сопротивление и повысить эффективность работы, без принципиальных изменений она сохранилась до сегодняшних дней. Двигатели переменного тока существуют синхронные и асинхронные. У синхронного двигателя частота вращения магнитного поля, производимая обмотками статора, синхронна с частотой вращения ротора. В асинхронных двигателях частота вращения ротора отстает от частоты вращения магнитного поля статора. Наиболее просты и надежны асинхронные двигатели. Они получили широкое распространение.

Электродвигатель. История создания.

Величайшим техническим достижением конца XIX века стало изобретение промышленного электродвигателя. Этот компактный, экономичный, удобный мотор вскоре сделался одним из важнейших элементов производства, вытеснив другие виды двигателей отовсюду, куда только можно было доставить электрический ток. Электрические двигатели появились еще во второй четверти XIX столетия, но прошло несколько десятилетий, прежде чем создались благоприятные условия для их повсеместного внедрения в производство.

Один из первых совершенных электродвигателей, работавших от батареи постоянного тока, создал в 1834 году русский электротехник Якоби. Этот двигатель имел две группы П-образных электромагнитов, из которых одна группа располагалась на неподвижной раме. Их полюсные наконечники были устроены асимметрично – удлинены в одну сторону. Вал двигателя представлял собой два параллельных латунных диска, соединенных четырьмя электромагнитами, поставленными на равном расстоянии один от другого. При вращении вала подвижные электромагниты проходили против полюсов неподвижных. У последних полярности шли попеременно: то положительная, то отрицательная. К электромагнитам вращающегося диска отходили проводники, укрепленные на валу машины. На вал двигателя был насажен коммутатор, который менял направление тока в движущихся электромагнитах в течение каждой четверти оборота вала.

Обмотки всех электромагнитов неподвижной рамы были соединены последовательно и обтекались током батареи в одном направлении. Обмотки электромагнитов вращающегося диска были также соединены последовательно, но направление тока в них изменялось восемь раз за один оборот вала. Следовательно, полярность этих электромагнитов также менялась восемь раз за один оборот вала, и эти электромагниты поочередно притягивались и отталкивались электромагнитами неподвижной рамы.

Двигатель Якоби для своего времени был самым совершенным электротехническим устройством. В том же 1834 году подробное сообщение о принципах его работы было представлено Парижской Академии наук.

В 1838 году Якоби усовершенствовал свой электромотор и, установив его на гребном боте, с десятью спутниками совершил небольшое плавание по Неве со скоростью 4,5 км/ч. Источником тока ему служила мощная батарея гальванических элементов.

До тех пор, пока не был изобретен и внедрен в производство совершенный электрический генератор, электродвигатели не могли найти широкого применения, так как питать их от батареи было слишком дорого и невыгодно. Кроме того, в силу разных причин двигатели постоянного тока получили лишь ограниченное применение. Гораздо более важную роль играют в производстве электромоторы, работающие на переменном токе, к рассмотрению которых мы теперь переходим.

Для переменного тока необходима особая конструкция двигателя. Изобретатели не сразу смогли найти ее. Прежде всего была разработана модель так называемого синхронного двигателя переменного тока. Один из первых таких двигателей построил в 1841 году Чарльз Уитстон.

Его система обладала большими недостатками: кроме того, что синхронный двигатель требовал для своего запуска дополнительный разгонный двигатель, он имел и другой изъян – при перегрузке синхронность его хода нарушалась, магниты начинали тормозить вращение вала, и двигатель останавливался. Поэтому синхронные двигатели не получили широкого распространения. Подлинная революция в электротехнике произошла только после изобретения асинхронного двигателя. Подобное устройство в 1879 году изобрел Бейли.

 В 1888 г. итальянский физик Феррарис и югославский изобретатель Тесла (работавший в США) открыли явление вращающегося электромагнитного поля.

Изобретение Теслы знаменовало собой начало новой эры в электротехнике и вызвало к себе живейший интерес во всем мире. Уже в июне 1888 году фирма «Вестингауз Электрик Компани» купила у него за миллион долларов все патенты на двухфазную систему и предложила организовать на своих заводах выпуск асинхронных двигателей.

Вскоре индукционный двигатель Теслы был значительно переработан и усовершенствован русским электротехником Доливо-Добровольским. Первым важным новшеством, которое внес Доливо-Добровольский в асинхронный двигатель, было создание ротора с обмоткой «в виде беличьей клетки». Во всех ранних моделях асинхронных двигателей роторы были очень неудачными, и поэтому КПД этих моторов был ниже, чем у других типов электрических двигателей. Большое значение играл здесь материал, из которого изготавливался ротор, поскольку тот должен был удовлетворять сразу двум условиям: иметь малое электрическое сопротивление и иметь хорошую магнитную проницаемость. С точки зрения уменьшения электрического сопротивления лучшим конструктивным решением мог бы стать ротор в виде медного цилиндра. Но медь плохой проводник для магнитного потока статора и, КПД такого двигателя был очень низким. Если медный цилиндр заменяли стальным, то магнитный поток резко возрастал, но, поскольку электрическая проводимость стали меньше, чем меди, КПД опять был невысоким.

Доливо-Добровольский нашел выход из этого противоречия: он выполнил ротор в виде стального цилиндра, а в просверленные по периферии последнего каналы стал закладывать медные стержни. На лобовых частях ротора эти стержни электрически соединялись друг с другом. Решение Доливо-Добровольского оказалось наилучшим. После того как он получил в 1889 году патент на свой ротор, его устройство принципиально не менялось вплоть до настоящего времени.

Вслед за тем Доливо-Добровольский стал думать над конструкцией статора – неподвижной части двигателя. Доливо-Добровольский видел перед собой две задачи: повысить КПД двигателя и добиться большей равномерности его работы.

Свой первый трехфазный асинхронный двигатель Доливо-Добровольский построил зимой 1889 года. В качестве статора в нем был использован кольцевой якорь машины постоянного тока с 24-мя полузакрытыми пазами.

Учитывая ошибки Теслы, Доливо-Добровольский рассредоточил обмотки в пазах по всей окружности статора, что делало более благоприятным распределение магнитного поля. Ротор был цилиндрическим с обмотками «в виде беличьей клетки». Воздушный зазор между ротором и статором составлял всего 1 мм, что по тем временам было смелым решением, так как обычно зазор делали больше. Стержни «беличьей клетки» не имели никакой изоляции. В качестве источника трехфазного тока был использован стандартный генератор постоянного тока, перестроенный в трехфазный генератор так, как это было описано выше.

Впечатление, произведенное первым запуском двигателя на руководство АЭГ, было огромным. Для многих стало очевидно, что долгий тернистый путь создания промышленного электродвигателя наконец пройден до конца. По своим техническим показателям двигатели Доливо-Добровольского превосходили все существовавшие тогда электромоторы — обладая очень высоким КПД, они безотказно работали в любых режимах, были надежны и просты в обращении. Поэтому они сразу получили широкое распространение по всему миру. С этого времени началось быстрое внедрение электродвигателей во все сферы производства и повсеместная электрификация промышленности.

История появления электродвигателя – Двигатели автомобилей

В 21-ом веке электродвигатели имеют особое место в нашей жизни. Они находятся почти во всех технических агрегатах, которые мы видим каждый день, будь то пылесос, стиральная машина, система вентиляции. Это безусловно очень важное достижения прогресса, которое появилось в середине 19-го века, и было предвестником индустриальной эры.

Электродвигатель был создан в 1834 году Борисом Якоби, русским пионером электротехники, и после некоторых усовершенствований в 1838 году был установлен на лодке, которая могла с его помощью перемещаться по реке со скоростью около 4 км\ч. Но несмотря на это изобретение, электродвигатели не могли найти массового применения, до того момента, пока не был создан электрический генератор, поскольку осуществлять их питание от батареи было крайне неудобно. Первый двигатель переменного тока был сконструирован и создан Чарльзом Уитстоном в 1841 году. Началом применения переменного тока для электродвигателей принято считать 1889 год, когда инженер Доливо- Добровольский сконструировал первый трехфазный асинхронный двигатель. Первая линия трехфазного переменного тока была создана в 1891 году.  Результаты использования этой линии доказали физическую возможность применения трехфазного тока, для передачи больших объемов электроэнергии с высокими показателями КПД. К началу 20-го века появились прототипы основных электромашин.

Именно с того времени началось быстрое развитие электрификации промышленных предприятий и транспорта. Одновременно с этим появляются первые турбогенераторы. Это дает толчок к увеличению мощности генераторов. Для сравнения в 1900 году пиковая мощность генератора составляла 5кВт, а в 1920 году эта величина составляла 60 тысяч кВт. Создание водного охлаждения позволило создать турбогенераторы мощностью около 550 тысяч кВт.

На данный момент электродвигатели имеют следующие характеристики. Максимальная мощность. Она как принято в физике измеряется в Ваттах. Этот параметр зависит от конструкции, материала изготовления,  и технологии создания. Несколько двигателей имеющие одинаковую массу и размер могут иметь различную мощность исключительно из-за технологии производства. Как правило, именно этот параметр задает ценовую категорию для двигателя. Далее рассматривают номинальное напряжение и ток, а так же сопротивление обмотки, как вы знаете, эти параметры неизменно влияют друг на друга. При более низком сопротивлении, возрастает максимальное значение ампер. Третьей характеристикой являются номинальные обороты в минуту. Конструкция современного двигателя направлена на получение более высоких оборотов, или же наивысшего момента на валу. Следовательно, двигатель с большим диаметром имеет увеличенный высокий момент и уменьшенные обороты.

Большинство двигателей формируют два магнитных поля, переменное и неподвижное, при этом неподвижное производят постоянные магниты, в то время как переменное создается обмоткой. Неподвижное поле работает по базовым определениям механики, магнит имеет два полюса, северный и как положено южный, противоположные полюса имеют притяжение, одинаковые притягиваются и вследствие этого создается сила взаимодействия. Но для того, чтоб двигатель начал свое вращение требуется менять эти направления. Соответственно, в реальности вращение происходит из-за изменения этих параметров, полюс притягивается, полюс отталкивается. Таков основной принцип действия электродвигателя.

Электродвигатель. Изобретение Б.С. Якоби

«Я уже не говорю о крайней простоте магнитной машины с круговым беспрерывным движением, о конструктивных ее преимуществах и легкости превращения кругового вращения во всякое другое, какого требует данная рабочая машина. Я с самого начала был проникнут этими мыслями, еще когда я не представлял себе, каким образом мне удастся осуществить свою машину; я тогда имел в виду практическое ее применение, и задача представлялась мне настолько важной, что я не хотел тратить силы на выдумывание игрушек с возвратно-поступательным движением, которые удостоились бы чести быть поставленными в один ряд с электрическим звонком в отношении их эффекта.» (Б.С. Якоби)

          Первый электродвигатель, состоящий из неподвижной и вращающейся частей, был изобретен в 1834 г. физиком Борисом Семеновичем Якоби. Наиболее важным в его изобретении было открытие принципа беспрерывного вращательного движения. Двигатель состоял из коммутатора и двух дисков, на которых были закреплены 16 стержней из мягкого железа. Пока один из дисков делал оборот, коммутатор восемь раз менял полярность дисков. Инерция поддерживала вращение вала основного двигателя, вмонтированного в диск, и самого диска.

 

За секунду двигатель поднимал груз массой в 4-6 кг на высоту 30 см. Это соответствовало мощности около 15 Вт. Питание магнитов осуществлялось при помощи гальванической батареи. Двигатель совершал 80-20 об/мин, но для практического применения это было непригодно. Б.С. Якоби приступил к созданию электродвигателя для использования в транспортных средствах или на производстве.

         Ученым было сконструировано устройство, в котором на одной плоскости были соединены 40 двигателей. Таким образом, мощность была значительно увеличена. 

Первые испытания магнитоэлектрического двигателя состоялись 13 сентября 1838 г. в Санкт-Петербурге. Двигатель установили на лодке с 12 пассажирами на борту, лодка двигалась как по течению, так и против него, со скоростью, достигающей 2 км/ч. Движение продолжалось в течение семи часов, лодка преодолела расстояние в 7 км. На тот момент это были сенсационные результаты. 

Вскоре началась работа по созданию новой, более совершенной конструкции. Продолжение исследований одобрила и комиссия по оценке изобретения.  

В августе и сентябре 1839 г. состоялись испытания нового двигателя. На борту катера находилось 14 пассажиров. Была увеличена мощность, электродвигатель стал быстрее вращать гребные колеса, скорость катера достигала 4 км/ч. 

Известие об изобретении электродвигателя облетело весь мир. Двигатель Б.С. Якоби оказался самым мощным и надежным из всех существующих на тот момент моделей. Но в крупном судоходстве изобретение не нашло применения – не удалось найти соответствующего источника электрического тока для двигателя огромной мощности. 

В 1838 г. Якоби также предпринял попытку создать электровоз, установив двигатель на железнодорожную тележку. 

Заслуга Б.С. Якоби состоит в том, что он впервые рассмотрел применение электродвигателя с точки зрения инженера-практика, а при его создании воплотил три идеи, получившее дальнейшее развитие в электротехнике: вращательное движение якоря в электродвигателе, наличие коммутатора с трущимися контактами и  использование магнитов в подвижной и неподвижной частях электродвигателя.

асинхронный, синхронный или на постоянных магнитах?

Можно ли буксировать электромобили? Зависит от типа двигателя. Да, бывают разные. Если вы только собираетесь покупать электрокар, то знайте: до полной разрядки его лучше не доводить. И вот почему

Автомобили с двигателями внутреннего сгорания допускают буксировку. Если у вас механическая коробка передач, то это самое простое дело: ставите нейтраль в коробке передач или выжимаете сцепление – и ваш мотор оказывается физически отключен от колес, а машина превращается в обычную телегу: тяни не хочу.

С автоматами чуть сложнее, в них полного разрыва связи между колесами и мотором не предусмотрено. Но и они в режиме N позволяют буксировать машину на короткие расстояния и с невысокой скоростью.

Однако в инструкциях к электромобилям вы прочтете, что буксировка или не допускается вовсе, или, как в случае с современными моделями Tesla, допускается со скоростью не более 5 км/ч на расстояние не более 10 метров: иными словами, вы в праве только оттолкать сломанную машину на обочину.

А может ли быть иначе? Да, старые модели Tesla такое позволяли. Как и GM EV1 – легенда электрокаров 90-х годов прошлого века. Так в чем же дело? В типе электрических двигателей. Или, если уж говорить совсем правильно, электрических машин, так как в электромобилях эти устройства служат не только двигателями, но и генераторами. И на современных типах электрокаров встречается три типа таких устройств. Но для начала немного истории.

В 1821 году британский ученый Майкл Фарадей в своей статье впервые описал основные принципы преобразования электроэнергии в движение. Фарадей уже знал, что электрический ток, проходя через проволоку, создает магнитное поле. Закрученный в катушку, такой провод становится электромагнитом.

Он также знал, что противоположные полюса магнитов притягиваются, а одинаковые – отталкиваются. В электромагнитах же полярность зависит от направления движения тока, то есть ее можно быстро менять. И вот что придумал Фарадей. Берем магнит, который движется к другому. В последний момент полярность меняется, но рядом расположен третий магнит, к которому можно тянуться. Затем четвертый, пятый. Эти разнополярные магниты выстроены в линию. И если ее закольцевать, движение будет идти по кругу до тех пор, пока сквозь электромагниты идет ток и пока его направление не перестает меняться.

Чтобы понять, как это действует, представьте, что у вас в руках два школьных магнита в форме подковы или буквы U – помните, были такие. Если их повернуть друг к другу взаимоотталкивающимися полюсами, то они будут стремиться сделать полуоборот, чтобы снова друг к другу притянуться. А теперь представьте, что их полюса постоянно меняются местами: тогда они станут вертеться друг относительно друга. Это и есть электродвигатель.

Так впервые был описан принцип действия всех электромоторов в целом и самого древнего в частности: того, который работает от постоянного тока и использует с одной стороны постоянные магниты из намагниченного сплава, а с другой – переменные электромагниты. Это наш первый герой: мотор-генератор постоянного тока на перманентных магнитах.

Изобретения Фарадея были развиты его полседователями, в частности изобретателем электрической лампочки Томасом Эдисоном. Эдисон усовершенствовал генераторы постоянного тока и стал пионером в электрификации Нью-Йорка. В 1884 году на пороге его кабинета появился молодой сербский инженер. Звали иммигранта Никола Тесла.

Тесла предложил улучшить конструкцию Эдисона и попросил за работу 50 тысяч долларов – баснословная в те времена сумма. По легенде Эдисон согласился, но когда Тесла действительно существенно улучшил существующую модель, любимец Америки просто кинул безвестного сербского эмигранта.

Тесла рассердился и отправился к главному конкуренту, адепту переменного тока Джорджу Вестингаузу. Так началась «Война токов», окончательно проигранная постоянным током только в 2007 году, когда Нью-Йорк последним из городов перешел на ток переменный.

Генераторы Эдисона вырабатывали электричество с напряжением, близким к потребительскому: 100-200 вольт. Это удобно для домов, но его сложно передавать на большие расстояния из-за сопротивления проводов. Тут было два решения: увеличивать диаметр кабелей или повышать напряжение. Первый вариант позволял делать линии длинной 1,5 километра. Да, совсем немного. Второй вариант был невозможен из-за отсутствия в те годы эффективных способов повышения напряжения постоянного тока.

Однако еще в 1876 году русский ученый Павел Яблочков изобрел трансформатор, меняющий напряжение переменного тока. Подача энергии на большие расстояния перестала быть проблемой.

Но была другая проблема. Лампочкам Эдисона все равно от какого тока питаться: постоянного или переменного. А вот с электродвигателями сложнее: они в те годы требовали только постоянного. В 1888 году Тесла запатентовал в США асинхронный электрический двигатель переменного тока. Он же изобрел и синхронный генератор, впоследствии использованный и как двигатель. Это второй и третий герои нашей статьи.

Так поговорим же о них поподробнее

Если в детстве вам доводилось разбирать игрушечные электрические машинки, то вы должны помнить устройство их простейших двигателей. Для остальных напомним. Все применяемые в электромобилях моторы состоят из двух частей: неподвижного статора и вращающегося ротора.

В игрушечных машинах на статоре стоят постоянные магниты, а на роторе – электрические переменные. При вращении на них через специальные щетки подается постоянный ток от батареек, и их последовательное включение и обеспечивает движение.

Похожая конструкция встречается практически у всех электромобилей. С одним отличием: на роторе там стоят постоянные магниты, а на статоре, напротив, электрические и переменные. Так в том числе можно избавиться от щеток: одного из немногих элементов электродвигателя, который подвержен износу.

Преимущество моторов на постоянных машинах в том, что они легкие, компактные, мощные, эффективные, работают от вырабатываемого аккумуляторами постоянного тока… так, стоп! А какие недостатки?

Недостаток прост. Таким моторам не хватает тяги. Так перейдем же к асинхронным инверсионным моторам переменного тока.

Бородатый анекдот про умирающего мастера заваривать чай, который делился своим секретом словами «не жалейте заварки» – это прям притча про компанию Tesla. Вопреки расхожему мнению, ее основал не Илон Маск (он позже стал главным инвестором и владельцем), а Мартин Эберхард и его партнер Марк Тарпенинг.

Эти двое придумали немыслимое. Создать не тихоходный, эффективный и относительно дешевый электрокар, а дорогой, быстрый и клевый. Маск же первым идею оценил и быстро прибрал ее к рукам.

Имя компании Tesla не случайно. Одной из ее технических революций стало использование асинхронного двигателя без постоянных магнитов, работающего на переменном токе – того самого, который изобрел Никола Тесла. Эта конструкция дороже как сама по себе, так и благодаря необходимости в установке преобразователя постоянного тока от батареи в переменный для электродвигателя. Успешное решение данной задачи и стало первым из множества теперь уже легендарных прорывов «Теслы».

Благодаря мощному асинхронному мотору электрокары Tesla с самого начала были очень динамичным, что стало ключевой причиной роста их популярности. В таком моторе переменный ток в обмотке статора создает вращающееся магнитное поле. Оно вызывает индукцию в роторе, заставляя его вращаться чуть медленнее, чем вращение самого поля – поэтому двигатель и называется асинхронным. Если скорости вращения синхронизируются, поле перестает создавать в роторе индукцию, и он начинает замедляться, рассинхронизируясь обратно. Важно заметить, что собственно на ротор никакого электричества напрямую не подается.

Итак, есть еще третий тип электрического двигателя, который встречается в современных электромобилях: синхронный на электромагнитах. Он похож по устройству на двигатели с постоянными магнитами на роторе, только эти магниты – электрические. На них подается постоянный ток, так что полярность магнитов ротора остается неизменной. А вот полярность магнитов статора, напротив, меняется, что и обеспечивает вращение.

Такие синхронные моторы на электромагнитах славятся своей способностью обеспечивать стабильность оборотов и ставятся, обычно, на всякие установки вроде насосов. А еще… на электрокар Renault Zoe. Зачем? Честно сказать, найти быстрый ответ на этот вопрос не получилось. Можем лишь предположить, что это связано с лучшей способностью такого двигателя служить генератором, рекуперируя энергию торможения. Мотор на Zoe не самый мощный, а мощным генератором он быть обязан.

Так что же лучше? Большинство автоконцернов выбирает моторы на постоянных магнитах: они эффективнее. Tesla в первые годы настаивала на асинхронных моторах. Но потом… сделала ставку на двух моторную полнопривродную схему, в которой асинхронный мотор обеспечивает динамику, а двигатель на постоянных магнитах гарантирует низкий расход энергии при небольших нагрузках. И только Renault… ну вы поняли.

А теперь о том, что ждет нас дальше. При буксировке даже обесточенный двигатель на постоянных магнитах тут же начинает работать как генератор, что чревато перегревом и возгоранием энергосистемы электромобиля. В синхронных моторах Renault оставшейся магнетизм в роторе также способен вызвать индукцию в катушках статора, ну и пошло поехало – генерация тока, перегрев, пожар.

И только асинхронные двигатели, когда их статоры не под напряжением, не являются генераторами: их можно буксировать.

Так вот, современная тенденция такова. Моторы на постоянных магнитах становятся все мощнее и тяговитее, оставаясь самыми эффективными. Производители постепенно переходят на них. Но придумать, как машины с ними безопасно буксировать инженерам еще предстоит. Пока они декларируют принцип «Наши электромобили не ломаются и в буксировке не нуждаются». Но звучит не больно убедительно.

Использование электродвигателей в железнодорожной и автомобильной промышленности

Вскоре после того как электродвигатель был изобретен, его начали использовать в наземном и водном транспорте в качестве тягловой силы. Даже с появлением двигателя внутреннего сгорания электрические механизмы не утратили своей актуальности благодаря таким качествам, как:

• Высокий КПД (до 95%).
• Большой ресурс.
• Экологичность.
• Простота в уходе.
• Большая мощность.
• Экономичность.
• Бесшумность.

Виды транспорта, в которых применяются электродвигатели

Использование электродвигателей в железнодорожной и автомобильной промышленности обусловлено их высокой эффективностью и, что особенно важно на данный момент, экологической чистотой. Основные виды техники, работающей на электричестве – это:

• Локомотивы (тепловозы с электропередачей и электровозы).
• Атомоходы, подводные лодки, теплоходы с электроприводами.
• Пригородные электропоезда.
• Городской наземный транспорт (троллейбусы и трамваи).
• Подземный городской транспорт (поезда метрополитена).
• Электромобили.
• Большегрузные автомобили с электроприводом.
• Беспилотные летательные аппараты.
• Самоходные краны.
• Транспортно-подъемные машины.

В тепловозах часто устанавливается дизель в паре с электродвигателем – первый вращает генератор, питающий ТЭД, а второй приводит колеса в движение.

Ниже мы рассмотрим особенности моторов разных типов транспорта.

Двигатели для городского транспорта

Двигатели для надземного и подземного городского транспорта дают возможность улучшить экологическую обстановку и снизить уровень шума в мегаполисах. Основная нагрузка приходится на поезда метро, поэтому сейчас непрерывно ведется работа над улучшением эксплуатационных характеристик, надежности и долговечности электродвигателей вагонов. К ним предъявляются следующие требования:

• Способность справляться с высокими пусковыми ускорениями.
• Способность сохранять высокую эффективность при постоянной смене режимов работы.

К особенностям тяговых двигателей для всех видов городского транспорта можно отнести:

• Сравнительно небольшую мощность (до 200 кВт).
• Низкое максимальное напряжение.
• Высокий КПД (до 91%).
• Наличие резервов для роста эффективности работы агрегата.

Двигатели для спецтехники и крановых установок

На самоходных кранах электродвигатели приводят в движение привод колес и лебедку. При мощности в 40-50кВт они могут работать от сети 220В. В торговых и логистических центрах для транспортировки продуктов питания и фармакологических товаров применяются исключительно погрузчики с электродвигателями, так как они не производят экологически вредных выбросов.

Двигатели для электровозов

Это самые мощные двигатели (до 400кВт для тепловозов и до 1500кВт для карьерных и магистральных электровозов), которые работают в комплексе с тяговой передачей и движущей колесной парой, образуя колесно-моторный блок. Они создают очень сильное тяговое усилие и позволяют транспорту развивать большую скорость.

Как работает водородный двигатель и какие у него перспективы

Автомобили с водородными двигателями называют главными конкурентами электрокаров. Но у технологии пока что немало минусов, и, например, основатель Tesla Илон Маск называет ее «тупой и бесполезной». Прав он или нет?

С 2018 года в ЕС действует запрет на дизельные автомобили новейшего поколения в населенных пунктах [1]. Это стало поворотным моментом в развитии рынка электрокаров, а также — гибридных и водородных двигателей.

Великобритания еще в 2017-м высказывалась за полный запрет бензиновых авто к 2040 году. Тогда же, если верить исследованию Bloomberg New Energy Finance [2], на электрокары будет приходиться 35% от всех продаж автомобилей. Уже к 2030 году Jaguar и Land Rover планируют довести число электрокаров в своих линейках до 100% [3]. Часть из них тоже работает на водороде.

История развития рынка водородных двигателей

Первый двигатель, работающий на водороде, придумал в 1806 году французский изобретатель Франсуа Исаак де Риваз [4]. Он получал водород при помощи электролиза воды.

Первый патент на водородный двигатель выдали в Великобритании в 1841 году [5]. В 1852 году в Германии построили двигатель внутреннего сгорания (ДВС), который работал на воздушно-водородной смеси. Еще через 11 лет французский изобретатель Этьен Ленуар сконструировал гиппомобиль [6], первые версии которого работали на водороде.

В 1933 году норвежская нефтегазовая и металлургическая компания Norsk Hydro Power переоборудовала [7] один из своих небольших грузовиков для работы на водороде. Химический элемент выделялся за счет риформинга аммиака и поступал в ДВС.

В Ленинграде в период блокады на воздушно-водородной смеси работали около 600 аэростатов. Такое решение предложил военный техник Борис Шепелиц, чтобы решить проблему нехватки бензина. Он же переоборудовал 200 грузовиков ГАЗ-АА для работы на водороде.

Первый транспорт на водороде выпустила в 1959 году американская компания Allis-Chalmers Manufacturing Company — это был трактор [8].

Первым автомобилем на водородных топливных элементах стал Electrovan от General Motors 1966 года. Он был оборудован резервуарами для хранения водорода и мог проехать до 193 км на одном заряде. Однако это был единичный демонстрационный экземпляр, который передвигался только по территории завода.

В 1979-м появился первый автомобиль BMW с водородным двигателем. Толчком к его созданию послужили нефтяные кризисы 1970-х, и по их окончании об идее альтернативных двигателей забыли вплоть до 2000-х годов.

В 2007 году та же BMW выпустила ограниченную серию автомобилей Hydrogen 7, которые могли работать как на бензине, так и на водороде. Но машина была недешевой, при этом 8-килограммового баллона с газом хватало всего на 200-250 км.

Первой серийной моделью автомобиля с водородным двигателем стала Toyota Mirai, выпущенная в 2014 году. Сегодня такие модели есть в линейках многих крупных автопроизводителей: Honda, Hyundai, Audi, BMW, Ford и других.

Toyota Mirai 2016 года выпуска

Как работает водородный двигатель?

На специальных заправках топливный бак заправляют сжатым водородом. Он поступает в топливный элемент, где есть мембрана, которая разделяет собой камеры с анодом и катодом. В первую поступает водород, а во вторую — кислород из воздухозаборника.

Каждый из электродов мембраны покрывают слоем катализатора (чаще всего — платиной), в результате чего водород начинает терять электроны — отрицательно заряженные частицы. В это время через мембрану к катоду проходят протоны — положительно заряженные частицы. Они соединяются с электронами и на выходе образуют водяной пар и электричество.

Схема работы водородного двигателя

По сути, это — тот же электромобиль, только с другим аккумулятором. Емкость водородного аккумулятора в десять раз больше емкости литий-ионного. Баллон с 5 кг водорода заправляется около 3 минут, его хватает до 500 км.

Как работает водородный двигатель внутри Toyota Mirai

Где применяют водородное топливо?

• В автомобилях с водородными и гибридными двигателями. Такие уже выпускают Toyota, Honda, Hyundai, Audi, BMW, Ford, Nissan, Daimler;
• В поездах. Первый такой был выпущен в Германии компанией Alstom и ходит по маршруту Букстехуде — Куксхафен;
• В автобусах: например, в городских низкопольных автобусах марки MAN.
• В самолетах. Первый беспилотник на водороде выпустила компания Boeing, внутри — водородный двигатель Ford;
• На водном транспорте. Siemens выпускает подводные лодки на водороде, а в Исландии планируют перевести на водородное топливо все рыболовецкие суда;
• Во вспомогательном транспорте. Водород используют в электрокарах для гольфа, складских погрузчиках, сервисных автомобилях логистических компаний и аэропортов;
• В энергетике. Электростанции мощностью от 1 до 5 кВт, работающие на водороде, могут обеспечивать теплом и энергией небольшие города и отдельные здания. Например, после аварии на Фукусиме в 2018 году Япония активнее начала переходить на водородную энергетику [9], планируя перевести на водород 1,4 млн электрогенераторов;
• В смесях с обычным топливом. Например, с дизельным или газовым — чтобы удешевить производство.

Плюсы водородного двигателя

• Экологичность при использовании. Водородный транспорт не выбрасывает в атмосферу диоксид углерода;
• Высокий КПД. У двигателя внутреннего сгорания (ДВС) он составляет около 35%, а у водородного — от 45%. Водородный автомобиль сможет проехать на 1 кг водорода в 2,5-3 раза больше, чем на эквивалентном ему по энергоемкости и объему галлоне (3,8 л) бензина;
• Бесшумная работа двигателя;
• Более быстрая заправка — особенно в сравнении с электрокарами;
• Сокращение зависимости от углеводородов. Водородным двигателям не нужна нефть, запасы которой не бесконечны и к тому же сосредоточены в нескольких странах. Это позволяет нефтяным государствам диктовать цены на рынке, что невыгодно для развитых экономик.

Минусы водородного двигателя

• Высокая стоимость. Галлон бензина в США стоит около $3,1 [10], а эквивалентный ему 1 кг водорода — $8,6. Водородные батареи содержат платину — один из самых дорогих металлов в мире. Дополнительные меры безопасности также делают двигатель дорогим: в частности, специальные системы хранения и баки из углепластика, чтобы избежать взрыва.
• Проблемы с инфраструктурой. Для заправки водородом нужны специальные станции, которые стоят дороже, чем обычные.
• Не самое экологичное производство. До 95% сырья для водородного топлива получают из ископаемых [11]. Кроме того, при создании топлива используют паровой риформинг метана, для которого нужны углеводороды. Так что и здесь возникает зависимость от природных ресурсов.
• Высокий риск. Для использования в двигателях водород сжимают в 850 раз [12], из-за чего давление газа достигает 700 атмосфер. В сочетании с высокой температурой это повышает риск самовоспламенения.

Водород обладает высокой летучестью, проникает даже в небольшие щели и легко воспламеняется. Если он заполнит собой весь капот и салон автомобиля, малейшая искра вызовет пожар или взрыв. Так, в июне 2019 года утечка водорода привела к взрыву на заправке в Норвегии. Сила ударной волны была сопоставима с землетрясением в радиусе 28 км. После этого случая водородные АЗС в Норвегии запретили

Водород для топлива можно получать разными способами. В зависимости от того, насколько они безвредны, итоговый продукт называют [13] «желтым» или «зеленым». Желтый водород — тот, для которого нужна атомная энергия. Зеленый — тот, для которого используют возобновляемые ресурсы. Именно на этот водород делают ставку международные организации.

Самый безвредный способ — электролиз, то есть, извлечение водорода из воды при помощи электрического тока. Пока что он не такой выгодный, как остальные (например, паровая конверсия метана и природного газа). Но проблему можно решить, если сделать цепочку замкнутой — пускать электричество, которое выделяется в водородных топливных элементах для получения нового водорода.

Водородный транспорт в России

В России в 2014 году появился свой производитель водородных топливных ячеек — AT Energy. Компания специализируется на аккумуляторных системах для дронов, в том числе военных. Именно ее топливные ячейки использовали для беспилотников, которые снимали Олимпиаду-2014 в Сочи.

В 2019 году Россия подписала Парижское соглашение по климату, которое подразумевает постепенный переход стран на экологичные виды топлива.

Чуть позже «Газпром» и «Росатом» подготовили совместную программу развития водородной технологии на десять лет.

Главный фактор, который может обеспечить России преимущество на рынке водорода — это богатые запасы пресной воды [14] за счет внутренних водоемов, тающих ледников Арктики и снегов Сибири. Вблизи последних уже есть добывающая инфраструктура от «Роснефти», «Газпрома» и «Новатэка».

В конце 2020 года власти Санкт-Петербурга анонсировали [15] запуск каршеринга на водородном топливе совместно с Hyundai. В случае успеха проект расширят и на другие крупные города России.

Перспективы технологии

Вокруг водородных двигателей немало противоречивых заявлений. Одни безоговорочно верят в их будущее — например, Арнольд Шварценеггер еще в 2004 году, будучи губернатором Калифорнии, обещал [16], что к 2010 году весь его штат будет покрыт «водородными шоссе». Но этого так и не произошло. В этом отчасти виноват глобальный экономический кризис: автопроизводителям пришлось выживать в тяжелейших финансовых условиях, а подобные технологии требуют больших и долгосрочных вложений.

Другие, напротив, критикуют технологию за ее очевидные недостатки. Так, основатель Tesla Илон Маск назвал водородные двигатели «ошеломляюще тупой технологией» [17], которая по эффективности заметно уступает электрическим аккумуляторам. Отчасти он прав: сегодня водородным автомобилям приходится конкурировать с электрокарами, гибридами, транспортом на сжатом воздухе и жидком азоте. И пока что до лидерства им очень далеко.

С одной стороны, в Европе Toyota Mirai II стоит несколько дешевле, чем Tesla Model S (€64 тыс. против €77 тыс.) [18]. Полная зарядка водородного автомобиля занимает около 3 минут — против 30-75 минут для электрокара. Однако вся разница — в обслуживании: Toyota Mirai вмещает 5 кг водородного топлива [19] по цене $8-9 за кг. Таким образом, полный бак обойдется в $45, и его хватит на 500 км — получаем около $9 за 100 км пробега. Для Tesla Model S те же 100 км обойдутся всего в $3.

Но у водородного топлива есть существенное преимущество перед электрическими аккумуляторами — долговечность. Если аккумулятора в электрокаре хватает на три-пять лет, то водородной топливной ячейки — уже на восемь-десять лет. При этом водородные аккумуляторы лучше приспособлены для сурового климата: не теряют заряд на морозе, как это происходит с электрокарами.

Есть еще одна перспективная сфера применения водородного топлива — стационарное резервное питание: ячейки с водородом могут снабжать энергией сотовые вышки и другие небольшие сооружения. Их можно приспособить даже для энергоснабжения небольших автономных пунктов вроде полярных станций. В этом случае можно раз в год наполнять газгольдер, экономя на обслуживании и транспорте.

Основной упрек критиков — дороговизна водородного топлива и логистики. Однако Международное энергетическое агентство прогнозирует, что цена водорода к 2030 году упадет минимум на 30% [20]. Это сделает водородное топливо сопоставимым по цене с другими видами [21].

Если вспомнить, как развивался рынок электрокаров, то его росту способствовали три главных фактора:

1. Лобби со стороны развитых государств: в США [22], ЕС [23], Японии [24], России [25] и других странах приняты законы в поддержку экологичного транспорта.
2. Удешевление аккумуляторов: согласно исследованию Bloomberg New Energy Finance, за последние десять лет цены на литий-ионные аккумуляторы упали с $1200 до $137 за кВт·ч.
3. Развитие инфраструктуры: специальные электрозарядные станции и зарядки в крупных бизнес-центрах, на парковках ТЦ и аэропортов.

Водородные двигатели ждет примерно тот же сценарий. В Toyota видят главные перспективы [26] для водородных двигателей в компактных автомобилях, а также в среднем и премиум-классе. Пока что производство не вышло на тот уровень, чтобы бюджетные модели работали на водороде и оставались рентабельными. Современные водородные машины стоят вдвое дороже обычных [27] и на 20% больше, чем гибридные.

Согласно прогнозу Markets&Markets [28], к 2022 году объем мирового производства водорода вырастет со $115 до $154 млрд. Остается главный вопрос: как быть с инфраструктурой? Чтобы водородные двигатели стали массовыми, нужны сети заправок, трубопроводы для топлива, отлаженные логистические цепочки. Все это пока только зарождается. Но и тут есть позитивные сдвиги: например, канадская Ballard Power по заказу китайского Министерства транспорта запустила пилотный проект, в рамках которого водородное топливо можно будет заливать в обычные АЗС.

Появился первый электромотор с 95% эффективности | Электротранспорт

В Германии представили первый мотор, в котором не используются редкоземельные материалы, устройство не вредит окружающей среде. При этом его эффективность крайне высока.

Исследователи напомнили, что почти пять лет назад компания Honda объявила о разработке первого в мире деформированного магнита, не содержащего редкоземельных металлов. В то время это считалось важным прорывом для отрасли, поскольку это означало, что Honda сможет производить электродвигатели без тяжелых редкоземельных металлов — таких как диспрозий или тербий.

Немецкий поставщик автомобильных деталей Mahle теперь анонсировал свой первый в истории электромотор без магнитов. Сейчас он находится на завершающей стадии разработки, и его важнейшей характеристикой является то, что он не требует редкоземельных элементов. Mahle утверждает, что этот технологический прорыв не только делает производство более экологичным, но и дает преимущества с точки зрения затрат и безопасности ресурсов.

«С нашим новым электродвигателем мы становимся устойчивой компанией, — отмечает Михаэль Фрик, председатель правления Mahle. — Отказ от магнитов и, следовательно, от использования редкоземельных элементов открывает большие перспективы не только с геополитической точки зрения, но и с точки зрения ответственного использования природы и ресурсов».

Помимо того, что новый электродвигатель Mahle более экологичен, он отличается высокой эффективностью. Компания утверждает, что безмагнитный двигатель обеспечивает КПД около 95% практически при всех режимах работы. Эти уровень эффективности, который ранее достигали только автомобили Формулы E.

Mahle также обещает высокую долговечность благодаря бесконтактной передаче электрического тока между вращающимися и неподвижными частями внутри двигателя. По сути, это означает, что электродвигатель не требует технического обслуживания и подходит для широкого спектра применений.

«Наш безмагнитный двигатель, безусловно, можно назвать прорывом, поскольку он обеспечивает несколько преимуществ, которые еще не были объединены в продукте такого типа. В результате мы можем предложить нашим клиентам продукт с выдающейся эффективностью при сравнительно низкой цене», — отметили в компании.

---

Читать также:

Создана первая точная карта мира. Что не так со всеми остальными?

В реакторе Чернобыльской АЭС усилились ядерные реакции.

Физики создали аналог черной дыры и подтвердили теорию Хокинга. К чему это приведет?

200 лет электродвигателю / Хабр

Электромотор Фарадея 1822 года

В 1820 году датский физик Ханс Кристиан Эрстед ввел электромагнитную теорию в состояние замешательства. Натурфилософы того времени считали, что электричество и магнетизм — это два разных явления, но Эрстед предположил, что поток электричества через провод создает вокруг него магнитное поле. Французский физик Андре-Мари Ампер увидел демонстрацию эксперимента Эрстеда, в котором электрический ток отклонял магнитную иглу, и разработал математическую теорию для объяснения этой взаимосвязи.

Английский ученый Майкл Фарадей вскоре вступил в полемику, когда Ричард Филлипс, редактор журнала «Анналы философии», попросил его написать статью об истории электромагнетизма — области, которой было всего около двух лет и которая явно находилась в состоянии становления.

Фарадей был интересным кандидатом для этой задачи, о чем Нэнси Форбс и Бэзил Махон рассказывают в своей книге 2014 года «Фарадей, Максвелл и электромагнитное поле». Он родился в 1791 году и получил лишь самое скромное образование в церковной школе в своей деревне Ньюингтон, Суррей (сейчас это часть Южного Лондона). В возрасте 14 лет он стал подмастерьем у переплетчика. Он прочитал много книг, которые переплетал, и продолжал искать возможности учиться дальше. В 1812 году, когда ученичество Фарадея подходило к концу, один из клиентов переплетчика предложил Фарадею билет на прощальную лекцию Хамфри Дэви в Королевском институте Великобритании.

Дэви, который был всего на 13 лет старше Фарадея, уже прославился как химик. Он открыл натрий, калий и несколько соединений, а также изобрел шахтерскую лампу. Кроме того, он был харизматичным оратором. Фарадей делал подробные записи лекций и отправлял копии Дэви с просьбой о трудоустройстве. Когда в Королевском институте открылась вакансия ассистента по химии, Дэви взял Фарадея на работу.

Фарадей (слева), Дэви (справа).

Дэви был наставником Фарадея и обучил его принципам химии. Фарадей отличался ненасытным любопытством, и его репутация в Королевском институте росла. Но когда Филлипс попросил Фарадея написать обзорную статью для «Анналов», он только начинал заниматься электромагнетизмом и был несколько обескуражен математикой Ампера.

В душе Фарадей был экспериментатором, поэтому, чтобы написать подробный отчет, он повторил эксперименты Эрстеда и попытался следовать рассуждениям Ампера. Его «Исторический очерк электромагнетизма», опубликованный анонимно в «Анналах», описывал состояние этой области, текущие исследовательские вопросы и экспериментальную аппаратуру, теоретические разработки и основных участников. (Краткое изложение статьи Фарадея см. в статье Aaron D. Cobb «Michael Faraday’s ‘Historical Sketch of Electro-Magnetism’ and the Theory-Dependence of Experimentation» в декабрьском выпуске Philosophy of Science за 2009 год («Исторический очерк электромагнетизма Майкла Фарадея» и зависимость экспериментов от теории « в декабрьском выпуске 2009 года Философия науки).

Реконструируя эксперименты Эрстеда, Фарадей не был полностью убежден, что электричество действует как жидкость, протекая по проводам так же, как вода по трубам. Вместо этого он думал об электричестве как о колебаниях, возникающих в результате напряжения между проводящими материалами. Эти мысли заставляли его экспериментировать.

3 сентября 1821 года Фарадей наблюдал круговое вращение провода, притягиваемого и отталкиваемого магнитными полюсами. Он зарисовал в своем блокноте вращение по часовой стрелке вокруг южного полюса магнита и обратное вращение вокруг северного полюса. «Очень убедительно», — написал он в своем дневнике о проведенном эксперименте, — «но надо сделать более разумный прибор».

На следующий день у него все получилось. Он взял глубокий стеклянный сосуд, закрепил в нем магнит вертикально с помощью воска, а затем наполнил сосуд ртутью так, чтобы магнитный полюс находился чуть выше поверхности. Он опустил в ртуть жесткую проволоку и подключил прибор к батарее. Когда по цепи проходил ток, он создавал круговое магнитное поле вокруг проволоки. Когда ток в проволоке взаимодействовал с постоянным магнитом, закрепленным на дне блюда, проволока вращалась по часовой стрелке. На другой стороне прибора провод был закреплен, а магнит мог свободно перемещаться, что он и делал по кругу вокруг провода.

Чтобы ознакомиться с наглядной анимацией работы аппарата Фарадея, посмотрите это учебное пособие, созданное Национальной лабораторией высоких магнитных полей. А для желающих собрать свой собственный двигатель Фарадея можно посмотреть это видео:

Хотя устройство Фарадея было отличным доказательством концепции, оно было не так уж полезно, разве что в качестве салонного фокуса. Вскоре люди стали расхватывать карманные двигатели в качестве подарков.

Хотя оригинального моторчика Фарадея больше не существует, зато существует тот, который он построил в следующем году; он хранится в коллекции Королевского института и изображен на фото в начале публикации. Эта простая на вид конструкция является самым ранним примером электродвигателя, первого устройства, превращающего электрическую энергию в механическое движение.

Последствия изобретения Фарадея

Фарадей знал силу быстрой публикации, и менее чем за месяц он написал статью «О некоторых новых электромагнитных движениях и теории электромагнетизма», которая была опубликована в следующем номере «Ежеквартального журнала науки, литературы и искусства». К сожалению, Фарадей не оценил необходимость полного признания вклада других в открытие.

Через неделю после публикации Хамфри Дэви нанес своему подопечному сокрушительный удар, обвинив Фарадея в плагиате.

Дэви обладал печально известным чувствительным эго. Он также был расстроен тем, что Фарадей не отметил должным образом его друга Уильяма Хайда Волластона, который более года изучал проблему вращательного движения с помощью токов и магнитов. Фарадей упоминает обоих в своей статье, а также Ампера, Эрстеда и некоторых других. Но он не называет никого из них своим соавтором, помощником или сооткрывателем. Фарадей не работал непосредственно с Дэви и Волластоном над их экспериментами, но он подслушал разговор между ними и понял направление их работы. Кроме того, в ранних публикациях было принято (и до сих пор принято) отмечать заслуги своего консультанта.

Фарадей пытался очистить свое имя от обвинений в плагиате и в основном преуспел в этом, хотя его отношения с Дэви оставались напряженными. Когда Фарадей был избран членом Королевского общества в 1824 году, единственный голос против подал президент общества, Хамфри Дэви.

Следующие несколько лет Фарадей избегал работы в области электромагнетизма. Было ли это его собственным выбором или он был вынужден сделать его из-за того, что Дэви поручил ему трудоемкие обязанности в Королевском институте, вопрос открытый.

Одним из заданий Фарадея было спасение финансов Королевского института, что он и сделал, оживив серию лекций и введя популярную рождественскую лекцию. Затем в 1825 году Королевское общество попросило его возглавить Комитет по улучшению стекла для оптических целей — попытку возродить британскую стекольную промышленность, которая уступила позиции французским и немецким производителям линз. Это была утомительная, бюрократическая работа, которую Фарадей выполнял как патриотический долг, но рутина и постоянные неудачи выбили его из колеи.

Эксперименты Фарадея в 1831 году привели к созданию трансформатора и динамо-машины

В 1831 году, через два года после смерти Дэви и после завершения работы Фарадея в рабочей группе над стекольным проектом, он вернулся к экспериментам с электричеством, занявшись акустикой. Он объединился с

Чарльзом Уитстоном

для изучения звуковых колебаний. Фарадея особенно интересовало, как звуковые колебания можно наблюдать, когда скрипичный смычок проводит по металлической пластине, слегка присыпанной песком, создавая отчетливые узоры, известные как фигуры Хладни. В этом видеоролике:

Фарадей изучал нелинейные стоячие волны, образующиеся на поверхности жидкости, которые сегодня известны как волны Фарадея или пульсации Фарадея. Он опубликовал свое исследование «О своеобразном классе акустических фигур; и о некоторых формах, принимаемых группами частиц на вибрирующих упругих поверхностях» в «Философских трудах Королевского общества».

Все еще убежденный в том, что электричество каким-то образом вибрирует, Фарадей задался вопросом, может ли электрический ток, проходящий через проводник, вызвать ток в соседнем проводнике. Это привело его к одному из самых известных изобретений и экспериментов — индукционному кольцу. 29 августа 1831 года Фарадей подробно описал в своем блокноте эксперимент со специально подготовленным железным кольцом. Он обмотал одну сторону кольца тремя отрезками изолированной медной проволоки, каждый длиной около 24 футов (7 метров). Другую сторону он обмотал примерно 60 футами (18 метрами) изолированной медной проволоки. (Хотя он описывает только собранное кольцо, на обмотку проводов у него, вероятно, ушло много дней. Современные экспериментаторы, создавшие реплику, потратили на это 10 дней). Затем он начал заряжать одну сторону кольца и наблюдать за эффектом на магнитной игле, расположенной на небольшом расстоянии. К своему восторгу, он смог вызвать электрический ток от одного набора проводов к другому, создав таким образом первый электрический трансформатор.

Запись в записной книжке Фарадея от 29 августа 1831 года описывает его эксперимент с железным индукционным кольцом, связанным проволокой, -первым электрическим трансформатором.

Фарадей не прекращал эксперименты до осени 1831 года, на этот раз с постоянным магнитом. Он обнаружил, что может производить постоянный ток, вращая медный диск между двумя полюсами постоянного магнита. Это было первое динамо и прямой предок действительно полезных электродвигателей.

Спустя двести лет после открытия электродвигателя Майкла Фарадея по праву помнят за все его работы в области электромагнетизма, а также за его способности химика, лектора и экспериментатора. Но сложные отношения Фарадея с Дэви также говорят о проблемах учеников (и наставников), издательской деятельности, а также о том, как держать (или не держать) личные обиды. Иногда говорят, что Фарадей стал величайшим открытием Дэви, что несколько несправедливо по отношению к Дэви, который сам по себе был достойным ученым. Когда репутация Фарадея начала затмевать репутацию его наставника, Фарадей допустил несколько ошибок, ориентируясь в урезанном, чувствительном ко времени мире научных публикаций. Но он продолжал делать свою работу — и делал ее хорошо, — внося неизменный вклад в работу Королевского института. Через десять лет после своего первого открытия в области электромагнетизма он превзошел себя в другом. Неплохо для самоучки с слабым знанием математики.

---

Вакансии

НПП ИТЭЛМА всегда рада молодым специалистам, выпускникам автомобильных, технических вузов, а также физико-математических факультетов любых других высших учебных заведений.

У вас будет возможность разрабатывать софт разного уровня, тестировать, запускать в производство и видеть в действии готовые автомобильные изделия, к созданию которых вы приложили руку.

В компании организован специальный испытательный центр, дающий возможность проводить исследования в области управления ДВС, в том числе и в составе автомобиля. Испытательная лаборатория включает моторные боксы, барабанные стенды, температурную и климатическую установки, вибрационный стенд, камеру соляного тумана, рентгеновскую установку и другое специализированное оборудование.

Если вам интересно попробовать свои силы в решении тех задач, которые у нас есть, пишите в личку.

О компании ИТЭЛМА

Мы большая компания-разработчик

automotive

компонентов. В компании трудится около 2500 сотрудников, в том числе 650 инженеров.

Мы, пожалуй, самый сильный в России центр компетенций по разработке автомобильной электроники. Сейчас активно растем и открыли много вакансий (порядка 30, в том числе в регионах), таких как инженер-программист, инженер-конструктор, ведущий инженер-разработчик (DSP-программист) и др.

У нас много интересных задач от автопроизводителей и концернов, двигающих индустрию. Если хотите расти, как специалист, и учиться у лучших, будем рады видеть вас в нашей команде. Также мы готовы делиться экспертизой, самым важным что происходит в automotive. Задавайте нам любые вопросы, ответим, пообсуждаем.

Список полезных публикаций на Хабре

ИСТОРИЯ ЭЛЕКТРОМОТОРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ: ПУТЕШЕСТВИЕ ВО ВРЕМЯ

С момента зарождения технологий темпы инноваций продолжали ускоряться. Новые изобретения и технологии облегчают нашу жизнь, но удивительно то, что технологии часто приводят к новым новаторским идеям и открытиям, облегчая проектирование и создание даже более новых технологий. Этот постоянно ускоряющийся цикл инноваций продолжает видоизменять и обновлять мир, в котором мы живем, и это причина, по которой вы можете потягивать старомодный и наблюдать за Сайнфельдом, пока вы упакованы в металлическую трубу, мчащуюся по небу на высоте 30 000 футов над уровнем моря. Атлантический океан.

История технологии электродвигателей не стала исключением, следуя этой тенденции инноваций на протяжении последних 200 лет. Оглядываясь назад на изобретение первого электродвигателя в 1832 году, трудно представить, какое влияние электродвигатели уже оказали на нашу жизнь и другие технологии, и еще труднее представить себе следующие 200 лет инноваций. Пересказывая историю электродвигателя, мы станем свидетелями ускоряющегося цикла инноваций в реальных условиях и лучше поймем, что нас ждет в будущем.

Изобретение электродвигателя

Ганс Христиан Эрстед экспериментировал с электричеством в 1820 году, когда он заметил, что компас отклоняется, когда он подносит к нему наэлектризованный стержень. Он только что открыл электромагнетизм и, хотя, несомненно, не осознавал влияния своего открытия, он просто привел в движение мяч для инноваций в технологии электродвигателей.

Вскоре ученые всего мира начали искать применение электромагнетизма для выработки электроэнергии.Уильяму Стерджену, английскому физику, приписывают изобретение первого электродвигателя постоянного тока в 1832 году. Его конструкция была первым электродвигателем, способным приводить в движение механизмы, однако он все еще был сильно ограничен своей низкой выходной мощностью.

Несколько лет спустя в США Томас Дэвенпорт и его жена Эмили Дэвенпорт получили первый патент на электродвигатель постоянного тока в 1837 году. Их конструкция была частичной адаптацией первого двигателя Sturgeon. К сожалению, несмотря на годы экспериментов, конструкция двигателя Давенпорта по-прежнему страдала от тех же проблем с мощностью и эффективностью, с которыми сталкивалась оригинальная конструкция Sturgeon.

Запатентованный двигатель Томаса и Эмили Давенпорт

Тем не менее, самый впечатляющий ранний двигатель был построен русским по имени Мориц фон Якоби, чей электродвигатель установил мировой рекорд по механической мощности в 1834 году, включая двигатель Давенпорта. Якоби тоже не терял времени, внося свои усовершенствования, и только год спустя, в 1835 году, он продемонстрировал увеличенную мощность своего нового дизайна, переправив через реку 14 человек на лодке, приводимой в движение его мотором.

Первый практический двигатель постоянного тока

После первых демонстраций возможностей электродвигателей резко возрос интерес к технологии электродвигателей, вдохновив на создание сотен новых изобретений и открытий.И все же первое поколение электродвигателей прославили пресс-папье. Они были ужасно непрактичными, имели потери напряжения на обмотках, нестабильный ток питания и обычное искрение. В течение следующих 50 лет инженеры и физики работали над решением этих проблем путем оптимизации и изменения основных компонентов электродвигателя.

В период с 1835 по 1886 год в конструкцию ротора и якоря был внесен ряд улучшений в целях разработки первого «практичного» двигателя, при этом заметный вклад внесли итальянский физик Антонио Пачинотти и бельгийский инженер-электрик Зенобе Грамм.Однако только американскому изобретателю Фрэнку Джулиану Спрэгу приписывают изобретение первого «практичного» двигателя в 1886 году.

«Практичный» мотор Фрэнка Джулиана Спрага

Электродвигатель

Sprague устранил искрение, потерю напряжения на обмотках и мог подавать мощность с постоянной скоростью, что сделало его первым «практичным» электродвигателем постоянного тока, позволяющим более широкое применение электродвигателей. Конструкции двигателей Sprague были практически надежными и довольно мощными, но эффективность этих конструкций оставляла желать лучшего.Спраг будет использовать свои двигатели для разработки первой системы электрических тележек в следующем году в Ричмонде, штат Вирджиния, в 1887 году.

Первые генераторы и электрификация

В Европе, развивая свои ранние открытия и открытия других, Зеноб Грамм в 1871 году разработал свою машину Грамма. Его машина могла преобразовывать механическую энергию в непрерывный ток электрической энергии. Представляя свое изобретение на Всемирной выставке 1873 года в Вене, Грамм случайно обнаружил обратимость электродвигателей, когда он соединил два устройства постоянного тока на расстоянии 2 км друг от друга, одно из которых функционировало как двигатель, а другое – как генератор.

Открытие обратимости электродвигателя постоянного тока доказало, что электродвигатели могут использоваться в качестве генераторов, преобразуя механическую работу в электрическую энергию, а также имея возможность возвращать неиспользованную энергию обратно источнику, что способствовало развитию первых электрических сетей.

К 1920-м годам страны всего мира начали разрабатывать электрические сети. Вскоре электричество начало проникать в повседневную жизнь: газовые фонари были заменены электрическими уличными фонарями, кондиционеры теперь охлаждали офисы и дома, а улицы крупных городов были заполнены системами электрических тележек.Электроэнергетика началась, и практичность электрических технологий ускорилась.

Передовая технология двигателей – воздушные зазоры, магниты и др.

В 1921 году для электродвигателей была представлена ​​революционная новая концепция конструкции, которая еще больше повысила их надежность и эффективность. Несмотря на то, что группа обслуживания двигателей в США была введена для предотвращения повреждений, вызванных трением между компонентами, было обнаружено, что небольшой воздушный зазор между ротором и статором также способствует прохождению электромагнитного потока в машинах постоянного тока, дополнительно повышая их эффективность.

Печатная плата статора блока управления двигателем постоянного тока с воздушным зазором

, маркировка

Износ щеточных двигателей постоянного тока будет оставаться проблемой даже после обнаружения воздушного зазора. В щеточных двигателях постоянного тока щетки должны контактировать с коммутаторами для передачи электрических сигналов; эрозия из-за этого постоянного трения приведет к их износу, иногда к перегреву при высоких нагрузках. Их надежность и проблемы с управлением температурой не позволили широко использовать щеточные электродвигатели постоянного тока в приложениях с большой мощностью, таких как HVAC и электромобили.

Все изменилось с изобретением бесщеточного коммутатора. Хотя бесщеточные двигатели с постоянными магнитами были открыты в 1962 году, они стали широко использоваться только в 1982 году, когда стали доступны редкоземельные металлы. С помощью постоянных магнитов бесщеточные двигатели постоянного тока могут быть более мощными и эффективными, чем любой щеточный двигатель, при этом обеспечивая превосходное качество движения.

Конечно, открытие бесщеточного двигателя постоянного тока не остановило инноваций, и в конце 80-х пара ученых Джерри Генко и Норман Смит запатентовали двигатель со статором на печатной плате.Их конструкция как электрически, так и механически соединяла статор с печатной платой, чтобы снизить производственные и материальные затраты, связанные с двигателями BLDC с постоянными магнитами.

Современные моторные технологии

Бесщеточные двигатели постоянного тока сегодня на световые годы опережают старые троллейные двигатели 19 века, но их конструкция далека от совершенства. Обычные двигатели BLDC, подобные тем, которые были разработаны в 80-х годах, являются сегодня наиболее популярными типами двигателей на рынке, и их популярность продолжает расти вместе со спросом на углеродно-нейтральные продукты и доступные системы кондиционирования воздуха.Потребность в решениях с еще более высокой выходной мощностью в меньшем корпусе, меньшим воздействием на окружающую среду и жизнеспособным процессом массового производства будет продолжать расти.

Создавая на основе 200-летних открытий, команда ECM пересмотрела идею Дженко и Смита, подойдя к ней с точки зрения 21 века. За счет встраивания протравленных медью проводников в многослойную печатную плату для формирования статора, который работает вместе с постоянными магнитами, запатентованная технология ECM устраняет необходимость в обмотке проводов и слоях железа, используемых в обычных двигателях и генераторах.

Запатентованная печатная плата статора и двигателя ECM

Использование

ECM статора на печатной плате в конструкции BLDC с постоянным магнитом позволяет им разрабатывать невероятно тонкие и легкие двигатели, которые используют до 80% меньше сырья. Кроме того, используя свой революционно новый дизайн, команда ECM создала программное обеспечение для проектирования PrintStator, которое автоматически генерирует уникальные конструкции статора печатных плат и включает в себя все запатентованные конструктивные особенности ECM. PrintStator оптимизирует геометрию и толщину меди в статорах печатных плат, чтобы создать машину с превосходной плотностью крутящего момента и энергоэффективностью.

Покомпонентное изображение запатентованной конструкции двигателя статора на печатной плате блока управления двигателем

В 2015 году был запущен PrintStator, который использовался для создания прототипа среднего привода для электрического велосипеда. На основе дискретных входов PrintStator автоматически сгенерировал уникальный дизайн статора печатной платы вместе со связанным файлом Gerber, указав подробные характеристики сборки, повсеместно используемые производителями печатных плат для печати проекта. К концу 2019 года компания ECM собрала 10 патентов, касающихся конструкции и программного обеспечения PCB Stator BLDC.PrintStator был использован для успешной интеграции платформы PCB Stator в электромобильную, HVACR, робототехническую, военную, морскую и медицинскую промышленность.

Конструкция двигателя статора печатной платы

ECM решает многие проблемы, с которыми сталкивались электродвигатели с момента их изобретения в 1832 году, значительно улучшая надежность, эффективность и удельную мощность двигателя, но также решая проблемы современных технологий, включая устойчивость, технологичность, размер и вес. Использование статоров на печатной плате в двигателях BLDC, безусловно, является следующим этапом эволюции технологии электродвигателей, но, как мы видим из прошлого, оно не будет последним.

________________

Приложение

[1] https://edisontechcenter.org/electricmotors.html#:~:text=History%20and%20Inventors%3A,motion%20devices%20 using%20electromagnetic%20fields. – Ранняя история электродвигателей и изобретатели
[2] https://shodhganga.inflibnet.ac.in/bitstream/10603/50968/4/chapter%201.pdf – Первые бесщеточные двигатели постоянного тока
[3] https: // patents.justia.com/inventor/robert-e-lordo (Патенты на двигатели BLDC) – Патенты на двигатели BLDC с постоянными магнитами
[4] https: // www.eti.kit.edu/english/1382.php (источник изображения и информации о первых двигателях Jacobi)
[5] http://www.bera.org/articles/sprague.html (изображение двигателя Sprague)
[6] https : //www.hemmings.com/stories/2020/01/31/why-thomas-and-emily-davenport-shouldnt-get-credit-for-inventing-the-electric-vehicle (изображение двигателя Давенпорта)

Изобретение электродвигателя и электрогенератора

Изобретение электродвигателя

Эксперимент Майкла Фарадея с униполярным электродвигателем 1821 года

В 1800 году Алессандро Вольта изобрел электрическую батарею – Voltaic Pile.

В 1820 году Ганс Кристиан Эрстед обнаружил, что магнитная стрелка (компас) отклоняется, когда помещается рядом с проводом, по которому течет ток, и это означает, что электрический ток создает магнитное поле. Это была первая демонстрация механического движения, вызванного электрическим током.

http: //www-spof.gsfc.nasa.gov …
https: //nationalmaglab.org …
http: //www.youtube.com …

Майкл Фарадей был впечатлен открытиями Эрстеда, и в результате преобразование электрической энергии в механическую энергию с помощью электромагнитных средств было впервые продемонстрировано им в 1821 году.По сути, свободно висящий провод погружали в бассейн с ртутью, в который помещали постоянный магнит. Когда через провод протекает ток, провод вращается вокруг магнита, показывая, что ток вызывает круговое магнитное поле вокруг провода, которое взаимодействует с магнитным полем постоянного магнита, и возникающая в результате сила, действующая на провод, раскручивает его.

Этот примитивный мотор не имеет практического применения и служит в основном для демонстрационных целей на школьных уроках физики.Ядовитую ртуть иногда заменяют рассолом (соленой водой). Использование проводящей жидкости (ртуть, рассол) возникает из-за необходимости обеспечить свободное движение провода и замкнуть электрическую цепь (алюминиевая фольга или любой прочный провод могут служить той же цели).

Демонстрации мотора Фарадея:
https: //nationalmaglab.org …
http: //www.youtube.com …

Это простое преобразование электричества во вращательное движение можно также продемонстрировать с помощью неодимового дискового магнита, шурупа для гипсокартона, щелочного элемента батареи, провода и элемента батареи, соединенных последовательно.Винт и магнит крутятся.

Демонстраций:
http: //www.youtube.com …
http: //www.youtube.com …

Двигатели, которые работают в соответствии с принципами, описанными выше, называются униполярными двигателями в отличие от современных более эффективных двигателей постоянного тока, в которых используется коммутатор для изменения направления тока, чтобы поддерживать непрерывное вращение. Униполярный двигатель может производить непрерывное вращение без необходимости реверсирования тока.Поскольку для работы двигателя требуется одна и та же электрическая полярность, греческое слово homos = то же самое, используемое в сочетании с «полярностью», создает термин униполярный.

Правая сторона в основном такая же, как описано выше (свободный провод обведен вокруг неподвижного магнита). Затем Фарадей полностью изменил установку, на этот раз с помощью фиксированного провода и болтающегося стержневого магнита, который вращался вокруг фиксированного провода при подаче тока. Принцип снова тот же – свободная часть обводится вокруг неподвижной части.Здесь использование ртути позволило магниту, помимо проводимости, свободно плавать. Учтите, что магнит должен быть изготовлен из проводящего материала, чтобы замкнуть электрическую цепь.

Изобретение Фарадея, хотя и примитивное, было первым шагом в развитии электродвигателя.

Колесо Барлоу, самый ранний вид униполярного двигателя, основанный на открытиях Эрстеда и Фарадея, был построен англичанином Питером Барлоу в 1822 году.

Колесо Барлоу – схема 1842 г.

Электрический ток проходит через ступицу колеса, обод которого погружен в небольшую ртутную ванну.Взаимодействие тока с магнитным полем U-магнита заставляет колесо вращаться. Зубчатое колесо заменяет свободную проволоку (наконечники) в эксперименте Фарадея. Хотя оригинальное колесо, представленное Барлоу, было зубчатым, оно также будет работать с гладким круглым металлическим диском, обычно сделанным из проводящего материала, такого как медь. Вы можете попробовать сравнить эффективность двух конструкций.

Демонстрация колеса Барлоу:
https: //nationalmaglab.org …
http: // www.youtube.com …
http: //physics.kenyon.edu …

Изобретение электрогенератора

В то время как униполярный двигатель преобразует электрическую энергию в механическую энергию, униполярный генератор делает обратное: преобразует механическую энергию в электричество путем обратного действия. Если в вышеупомянутых экспериментах с электродвигателем Фарадея электрический ток, проходящий через свободный провод, заставлял его вращаться вокруг постоянного магнита, то движущийся провод через магнитное поле (перпендикулярное ему) будет создавать напряжение на проводе, и если цепь замкнут и ток.

Короче говоря, в присутствии электромагнитного поля ток может перемещать провод, а движение провода может генерировать ток.

Генератор диска Фарадея с 1831 г.

Этот обратный принцип (закон индукции Фарадея) был открыт в 1831 году Майклом Фарадеем и фактически открыл принцип действия электромагнитных генераторов. Фарадей построил первый электромагнитный генератор, названный диском Фарадея, тип униполярного генератора, используя медный диск (вместо провода), вращающийся между полюсами подковообразного магнита.Когда диск вращался ручкой, устройство создавало небольшое постоянное напряжение между его ступицей и ободом.

Согласно закону Фарадея генерируемое напряжение пропорционально скорости изменения магнитного потока, и практический смысл состоит в том, что чем быстрее вы вращаете диск, тем выше будет генерируемое напряжение.
https: //en.wikipedia.org …

Продвинутое предложение проекта: продемонстрировать и объяснить парадокс Фарадея:
http://maxwellsociety.net…

Ссылки:
Изобретение электродвигателя. 1800–1854.
. Разработка электродвигателя.
. Моделирование и имитация простого униполярного электродвигателя типа Фарадея.
. Некоторые простые демонстрационные эксперименты с использованием униполярных электродвигателей.

Книги & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp

История электромобилей

Электромобили, появившиеся на свет более 100 лет назад, сегодня набирают популярность по многим из тех же причин, по которым они были первыми.

Будь то гибрид, подключаемый гибрид или полностью электрический, спрос на автомобили с электроприводом будет продолжать расти, поскольку цены падают, а потребители ищут способы сэкономить деньги на насосе. Согласно отчету Navigant Research, в настоящее время более 3 процентов продаж новых автомобилей во всем мире могут вырасти почти до 7 процентов – или 6,6 миллиона в год – продаж электромобилей к 2020 году.

В связи с растущим интересом к электромобилям мы смотрим, где эта технология была и где она развивается.Отправьтесь в путешествие во времени вместе с нами, исследуя историю электромобиля.

Рождение электромобиля

Трудно отнести изобретение электромобиля к одному изобретателю или стране. Вместо этого это была серия прорывов – от батареи до электродвигателя – в 1800-х годах, которые привели к появлению первого электромобиля на дороге.

В начале века новаторы в Венгрии, Нидерландах и Соединенных Штатах, в том числе кузнец из Вермонта, начали экспериментировать с концепцией автомобиля с батарейным питанием и создали одни из первых небольших электромобилей. машины.И хотя британский изобретатель Роберт Андерсон примерно в это же время разработал первый примитивный электромобиль, французские и английские изобретатели построили одни из первых практических электромобилей только во второй половине XIX века.

Здесь, в США, первый успешный электромобиль дебютировал примерно в 1890 году благодаря Уильяму Моррисону, химику, который жил в Де-Мойне, штат Айова. Его шестиместный автомобиль, способный развивать максимальную скорость 14 миль в час, был немногим больше, чем электрифицированный фургон, но это помогло пробудить интерес к электромобилям.

В течение следующих нескольких лет в США начали появляться электромобили от разных автопроизводителей. Парк Нью-Йорка даже насчитывал более 60 электрических такси. К 1900 году электромобили достигли своего расцвета, составляя около трети всех транспортных средств на дорогах. В течение следующих 10 лет они продолжали демонстрировать высокие продажи.

Ранний взлет и падение электромобиля

Чтобы понять популярность электромобилей примерно в 1900 году, также важно понимать развитие личного автомобиля и других доступных опций.На рубеже 20-го века лошадь по-прежнему была основным средством передвижения. Но когда американцы стали более зажиточными, они обратились к недавно изобретенному автомобилю – доступному в паровой, бензиновой или электрической версиях – для передвижения.

Пар был проверенным и надежным источником энергии, доказавшим свою надежность для питания заводов и поездов. Некоторые из первых самоходных машин конца 1700-х годов работали на пару; тем не менее, только в 1870-х годах технология получила распространение в автомобилях.Частично это связано с тем, что пар был не очень практичным для личных автомобилей. Паровозам требовалось долгое время запуска – иногда до 45 минут на морозе – и их нужно было доливать водой, что ограничивало их дальность действия.

С появлением электромобилей на рынке появился новый тип транспортных средств – автомобили с бензиновым двигателем – благодаря усовершенствованиям двигателя внутреннего сгорания в 1800-х годах. Хотя бензиновые автомобили были многообещающими, они не были лишены недостатков. Для управления ими требовалось много ручного труда – переключение передач было непростой задачей, и их нужно было запускать с помощью рукоятки, что усложняло работу некоторых.К тому же они были шумными, и их выхлоп был неприятным.

Электромобили не имели проблем, связанных с паром или бензином. Они были тихими, легкими в управлении и не выделяли вонючего загрязнителя, как другие автомобили того времени. Электромобили быстро стали популярны среди горожан, особенно среди женщин. Они идеально подходили для коротких поездок по городу, а плохие дорожные условия за пределами города означали, что немногие автомобили любого типа могли отправиться дальше. По мере того как в 1910-е годы все больше людей получало доступ к электричеству, стало легче заряжать электромобили, что повысило их популярность среди всех слоев общества (включая некоторых из «самых известных и выдающихся производителей бензиновых автомобилей», как 1911 New York Times статья указана).

Многие новаторы в то время обратили внимание на высокий спрос на электромобили, изучая способы улучшения технологии. Например, Фердинанд Порше, основатель одноименной компании по производству спортивных автомобилей, в 1898 году разработал электромобиль под названием P1. Примерно в то же время он создал первый в мире гибридный электромобиль – автомобиль, работающий от электричества и энергии. газовый двигатель. Томас Эдисон, один из самых плодовитых изобретателей в мире, считал, что электромобили являются передовой технологией, и работал над созданием более совершенной аккумуляторной батареи для электромобилей.Даже Генри Форд, друживший с Эдисоном, в 1914 году сотрудничал с Эдисоном, чтобы изучить варианты недорогого электромобиля, согласно Wired .

Тем не менее, именно серийная модель T Генри Форда нанесла удар по электромобилю. Представленная в 1908 году модель T сделала автомобили с бензиновым двигателем широко доступными и доступными. К 1912 году бензиновый автомобиль стоил всего 650 долларов, а электрический родстер продавался за 1750 долларов. В том же году Чарльз Кеттеринг представил электрический стартер, избавив от необходимости использовать ручную рукоятку и способствуя увеличению продаж автомобилей с бензиновым двигателем.

Другие события также способствовали упадку электромобилей. К 1920-м годам в США была лучшая система дорог, соединяющих города, и американцы хотели выбраться и исследовать территорию. С открытием техасской сырой нефти газ стал дешевым и легкодоступным для сельских жителей Америки, и по всей стране начали появляться заправочные станции. Для сравнения: в то время очень немногие американцы за пределами городов имели электричество. В конце концов, к 1935 году электромобили практически исчезли.

Дефицит газа пробуждает интерес к электромобилям

В течение следующих 30 лет или около того электромобили вступили в своего рода темные века с небольшим прогрессом в технологиях. Дешевый бензин в больших количествах и постоянное совершенствование двигателей внутреннего сгорания сдерживали спрос на автомобили, работающие на альтернативном топливе.

Перенесемся в конец 1960-х – начало 1970-х годов. Стремительный рост цен на нефть и нехватка бензина – пик с введением арабского нефтяного эмбарго 1973 года – вызвали растущий интерес к снижению U.Зависимость С. от иностранной нефти и поиск местных источников топлива. Конгресс принял к сведению и принял Закон 1976 года об исследованиях, разработках и демонстрациях электрических и гибридных транспортных средств, разрешающий Министерству энергетики поддерживать исследования и разработки в области электрических и гибридных транспортных средств.

Примерно в то же время многие крупные и мелкие автопроизводители начали изучать варианты транспортных средств на альтернативном топливе, включая электромобили. Например, General Motors разработала прототип городского электромобиля, который был показан на Первом симпозиуме Агентства по охране окружающей среды по разработке энергосистем с низким уровнем загрязнения окружающей среды в 1973 году, а American Motor Company произвела электрические джипы, которые Почтовая служба США использовала в качестве транспортных средств. Программа испытаний 1975 года.Даже НАСА помогло поднять престиж электромобиля, когда его электрический луноход стал первым пилотируемым транспортным средством, совершившим поездку на Луну в 1971 году.

Тем не менее, транспортные средства, разработанные и произведенные в 1970-х годах, все еще имели недостатки по сравнению с автомобилями с бензиновым двигателем. . Электромобили в то время имели ограниченную производительность – обычно достигая максимальной скорости 45 миль в час – а их типичный диапазон был ограничен 40 милями до того, как их нужно было перезарядить.

Забота об окружающей среде двигает электромобили вперед

Снова перенесемся вперед – на этот раз в 1990-е годы.За 20 лет, прошедших после длинных газопроводов 1970-х годов, интерес к электромобилям в основном угас. Но новые правила на федеральном уровне и уровне штата начинают менять положение вещей. Принятие поправки к Закону о чистом воздухе 1990 года и Закона об энергетической политике 1992 года, а также новых правил выбросов при транспортных средствах, выпущенных Калифорнийским советом по воздушным ресурсам, помогло возродить интерес к электромобилям в США.

. преобразование некоторых из своих популярных моделей автомобилей в электромобили.Это означало, что электромобили теперь достигли скорости и производительности намного ближе к автомобилям с бензиновым двигателем, и многие из них имели запас хода в 60 миль.

Одним из самых известных электромобилей того времени был GM EV1, автомобиль, который широко показан в документальном фильме 2006 года Кто убил электромобиль? Вместо модификации существующего автомобиля GM спроектировала и разработала EV1 с нуля. Благодаря дальности действия 80 миль и способности ускоряться от 0 до 50 миль в час всего за семь секунд, EV1 быстро стал культовым.Но из-за высоких производственных затрат EV1 никогда не был коммерчески жизнеспособным, и GM прекратила его производство в 2001 году.

В условиях быстро развивающейся экономики, роста среднего класса и низких цен на газ в конце 1990-х годов многие потребители не беспокоились о топливе. эффективные автомобили. Несмотря на то, что в то время электромобили не привлекали особого внимания общественности, за кулисами ученые и инженеры при поддержке Министерства энергетики работали над улучшением технологий электромобилей, в том числе аккумуляторов.

Новое начало для электромобилей

В то время как все запуски и остановки индустрии электромобилей во второй половине 20-го века помогли показать миру перспективность технологии, настоящего возрождения электромобилей не произошло. примерно до начала 21 века. В зависимости от того, кого вы спросите, это было одно из двух событий, которые вызвали интерес, который мы наблюдаем сегодня к электромобилям.

Первым поворотным моментом, который многие предложили, было введение Toyota Prius.Выпущенный в Японии в 1997 году, Prius стал первым в мире серийным гибридным электромобилем. В 2000 году Prius был выпущен во всем мире и сразу же стал популярным среди знаменитостей, что помогло поднять престиж автомобиля. Чтобы сделать Prius реальностью, Toyota использовала никель-металлогидридную батарею – технология, которая была поддержана исследованиями Министерства энергетики. С тех пор рост цен на бензин и растущее беспокойство по поводу загрязнения углеродом помогли сделать Prius самым продаваемым гибридом во всем мире за последнее десятилетие.

(Историческая сноска: до того, как Prius мог быть представлен в США, Honda выпустила гибрид Insight в 1999 году, что сделало его первым гибридом, продаваемым в США с начала 1900-х годов.)

Другим событием, которое помогло изменить форму электромобилей, было объявление в 2006 году о том, что небольшой стартап из Кремниевой долины, Tesla Motors, начнет производить роскошный электрический спортивный автомобиль, который может проехать более 200 миль без подзарядки. В 2010 году Tesla получила ссуду в размере 465 миллионов долларов от Управления кредитных программ Министерства энергетики – ссуду, которую Tesla выплатила на целых девять лет раньше – для создания производственного предприятия в Калифорнии.За короткое время с тех пор Tesla завоевала широкую известность благодаря своим автомобилям и стала крупнейшим работодателем в автомобильной промышленности в Калифорнии.

Объявление Tesla и последующий успех побудили многих крупных автопроизводителей ускорить работу над собственными электромобилями. В конце 2010 года на рынок США были выпущены Chevy Volt и Nissan LEAF. Первый коммерчески доступный подключаемый гибрид, Volt имеет бензиновый двигатель, который дополняет его электрический привод, когда батарея разряжается, позволяя потребителям ездить на электричестве в большинстве поездок и на бензине, чтобы увеличить запас хода автомобиля.Для сравнения, LEAF является полностью электрическим транспортным средством (часто называемым аккумуляторно-электрическим транспортным средством, электромобилем или просто электромобилем для краткости), что означает, что он питается только от электродвигателя.

В течение следующих нескольких лет другие автопроизводители начали выпуск электромобилей в США; тем не менее, потребители все еще сталкивались с одной из первых проблем электромобилей – где заряжать свои автомобили на ходу. В рамках Закона о восстановлении Министерство энергетики инвестировало более 115 миллионов долларов в помощь в создании общенациональной инфраструктуры зарядки, установив более 18 000 бытовых, коммерческих и общественных зарядных устройств по всей стране.Автопроизводители и другие частные компании также установили свои собственные зарядные устройства в ключевых точках США, в результате чего сегодня общее количество зарядных устройств для электромобилей общего пользования доступно более чем в 8000 различных местах с более чем 20 000 зарядных точек.

В то же время новая технология аккумуляторов, поддерживаемая отделом автомобильных технологий Министерства энергетики, начала выходить на рынок, помогая улучшить диапазон подключаемых электромобилей. Помимо технологии аккумуляторов почти для всех гибридов первого поколения, исследования Департамента также помогли разработать технологию литий-ионных аккумуляторов, используемых в Volt.Совсем недавно инвестиции Департамента в исследования и разработки аккумуляторных батарей помогли сократить расходы на аккумуляторные батареи для электромобилей на 50 процентов за последние четыре года, одновременно улучшив характеристики автомобильных аккумуляторов (то есть их мощность, энергию и долговечность). Это, в свою очередь, помогло снизить стоимость электромобилей, сделав их более доступными для потребителей.

Теперь у потребителей больше возможностей, чем когда-либо, когда дело доходит до покупки электромобиля. Сегодня существует 23 модели с подзарядкой от электросети и 36 гибридных моделей различных размеров – от двухместного Smart ED до среднеразмерного Ford C-Max Energi и роскошного внедорожника BMW i3.Поскольку цены на бензин продолжают расти, а цены на электромобили продолжают падать, электромобили становятся все более популярными – сегодня в США на дорогах находятся более 234000 подключаемых электромобилей и 3,3 миллиона гибридов.

Электромобили будущего

Трудно сказать, где будущее приведет электромобили, но ясно, что они обладают большим потенциалом для создания более устойчивого будущего. Если мы переведем все легковые автомобили в СШАпереходя на гибриды или подключаемые к электросети электромобили, используя нашу нынешнюю комбинацию технологий, мы могли бы снизить нашу зависимость от иностранной нефти на 30-60 процентов, снизив при этом углеродное загрязнение от транспортного сектора на целых 20 процентов.

Чтобы помочь достичь этой экономии выбросов, в 2012 году президент Обама запустил EV Everywhere Grand Challenge – инициативу Министерства энергетики, объединяющую лучших и самых талантливых ученых, инженеров и представителей бизнеса Америки, чтобы сделать подключаемые к электросети электромобили более доступными, чем сегодняшний бензин. к 2022 году.Что касается аккумуляторов, Объединенный центр исследований накопителей энергии при Аргоннской национальной лаборатории работает над преодолением самых серьезных научных и технических барьеров, препятствующих крупномасштабному усовершенствованию аккумуляторов.

А Энергетическое агентство по перспективным исследовательским проектам Департамента (ARPA-E) продвигает революционные технологии, которые могут изменить наше представление об электромобилях. От инвестиций в новые типы аккумуляторов, которые могут работать дальше от одной зарядки, до экономически эффективных альтернатив материалам, важным для электродвигателей, проекты ARPA-E могут трансформировать электромобили.

В конце концов, только время покажет, какие дорожные электромобили возьмут на себя в будущем.

В чем разница?

• Гибридное электрическое транспортное средство (или сокращенно HEV) – это транспортное средство без возможности подключения, но имеющее систему электропривода и аккумулятор. Его движущая энергия поступает только из жидкого топлива. Узнайте об истории гибрида – от первого в мире до самого продаваемого в мире.
• Подключаемый гибридный электромобиль (также называемый PHEV) – это транспортное средство с возможностью подключения к сети, и оно может использовать энергию для движения либо от своей батареи, либо от жидкого топлива.Прочтите о первом коммерчески доступном подключаемом гибриде.
• Полностью электрическое транспортное средство (часто называемое аккумуляторно-электрическим транспортным средством, электромобилем или для краткости электромобилем или AEV) – это транспортное средство, которое полностью получает энергию для движения от своей батареи, и оно должно быть подключено к сети для подзарядки. . Изучите эволюцию электромобиля, охватывая все, от его ранней популярности до средневековья и до его возрождения сегодня.
• Подключаемый к электросети электромобиль (или PEV) – это любое транспортное средство, которое может быть подключено к сети (либо подзаряжаемый гибрид, либо полностью электрический автомобиль).Узнайте, как подключаемые к электросети электромобили могут помочь нам в создании более устойчивого будущего.

Кто изобрел асинхронный двигатель

Асинхронный двигатель – одно из важнейших изобретений в современной истории. Он повернул колеса прогресса с новой скоростью и официально положил начало второй промышленной революции, резко повысив эффективность производства энергии и сделав возможным распределение электроэнергии на большие расстояния.Сегодня машины не только включают свет в вашем доме, но и приводят в действие многие механические устройства, которые люди считают само собой разумеющимися, от пылесосов и электрических зубных щеток до стильной Tesla Motors Model S.

. Один из оригинальных электромоторов Tesla 1888 года выпуска. По сей день эта конструкция является основным генератором энергии для промышленности и бытовой техники. Предоставлено: Wikimedia Commons

. Первый асинхронный двигатель был изобретен знаменитым Никола Тесла в 1887 году в его мастерской на улице Либерти, 89 в Нью-Йорке.Говорят, что этот одаренный изобретатель однажды в солнечный день в Будапеште 1882 года увидел свой двигатель переменного тока, читая строфы из «Фауста» Гете.

«В том возрасте я знал наизусть целые книги, слово в слово. Одним из них был «Фауст» Гете. Солнце только что садилось и напомнило мне о великолепном отрывке «Sie ruckt und weicht, der Tag ist uberlebt, Dort eilt sie hin und fordert neues Leben». Oh da kein Flugel mich vom Boden hebt Ihr nach und immer nach zu streben! Ein schöner Traum indessen sie entweicht, Ach, au des Geistes Flügeln wird so leicht Kein körperlicher Flügel sich gesellen! »Когда я произнес эти вдохновляющие слова, идея возникла, как вспышка молнии, и в одно мгновение правда открылась.Я нарисовал палкой на песке схему, показанную шесть лет спустя в моем выступлении перед Американским институтом инженеров-электриков, и мой напарник прекрасно их понял.

Образы, которые я видел, были удивительно резкими и четкими и имели твердость металла и камня, настолько, что я сказал ему: «Посмотри здесь мой мотор; смотри, как я перевернул это ». Я не могу описать свои эмоции. Пигмалион, увидев, как оживает его статуя, не мог быть более тронутым. Тысячу тайн природы, на которые я мог наткнуться случайно, я отдал бы за ту, которую я вырвал у нее вопреки всему и с риском для моего существования… »

Летом 1883 года, находясь в Париже, Тесла построил свой первый настоящий асинхронный двигатель и увидел, как он работает.Тесла отплыл в Америку в 1884 году и прибыл в Нью-Йорк с четырьмя центами в кармане, несколькими своими стихами и расчетами для летательного аппарата. После нескольких случайных заработков он устроился на работу к Томасу Эдисону, который поручил ему улучшить динамо-машину для его двигателя постоянного тока. Ни Эдисон, ни инвесторы Эдисона не интересовались планами Tesla относительно переменного тока.

Как работает двигатель постоянного тока

В двигателе постоянного тока магнит, который создает магнитное поле, закреплен на месте и образует внешнюю статическую часть двигателя.Это называется статором. Катушка с проволокой подвешена между полюсами магнита и подключена к источнику постоянного тока, например, к батарее. Ток, проходящий через провод, создает временное магнитное поле (это электромагнит), которое отталкивает поле от постоянного магнита, заставляя провод перевернуться.

Обычно провод останавливается после одного поворота и снова переворачивается, однако ключевой компонент, называемый коммутатором, меняет направление тока на противоположное каждый раз, когда провод переключается. Таким образом, провод может вращаться в одном направлении до тех пор, пока течет ток.

Двигатель постоянного тока был изобретен Майклом Фарадеем в 1820-х годах, а десять лет спустя Уильям Стерджен превратил его в практическое изобретение.

После борьбы с американским изобретателем Тесла покинул лабораторию Эдисона и в 1888 году стал партнером Джорджа Вестингауза, которому он продал патент на технологию многофазного переменного тока Теслы. Их партнерство стало очень прибыльным: было заключено множество контрактов, в том числе контракт на поставку электроэнергии на Всемирную ярмарку в Чикаго 1893 года.

Однако первый большой прорыв в области двигателей переменного тока произошел, когда в том же году была выбрана конструкция многофазного переменного тока Tesla, чтобы использовать мощность Ниагарского водопада.

С самого детства Тесла мечтал обуздать силу великого чуда природы. В автобиографии «Мои изобретения» он сказал:

«В классе было несколько механических моделей, которые меня заинтересовали и обратили мое внимание на водяные турбины».

После описания великого Ниагарского водопада:

«Я представил себе большое колесо, идущее у водопада.”

Он объявил своему дяде, что однажды «он поедет в Америку и осуществит этот план».

Патент США 382 279 на Электромагнитный двигатель выдан Николе Тесле в 1888 году.

Несмотря на пропаганду Эдисона, направленную на дискредитацию Теслы как изобретателя и альтернативного тока как жизнеспособной технологии – такие вещи, как публичные демонстрации, в которых животных жестоко избивали электрическим током, – разработки Теслы последовали. естественный ход прогресса. Поскольку постоянный ток проходит по линиям передачи, накопленное сопротивление в проводах значительно снижает электрическую мощность, подаваемую потребителю.AC, с другой стороны, не несет таких же потерь и может преодолевать большие расстояния с гораздо меньшей потерей потенциала. Напряжение переменного тока также может увеличиваться или уменьшаться с помощью трансформаторов, поэтому электроэнергия может производиться с высокой мощностью на генерирующих станциях, а затем снижаться прямо в точке местного распределения.

Как работает электродвигатель переменного тока

Альтернативный ток меняет свое направление примерно 50 раз в секунду (~ 50 Гц), поэтому электродвигатель требует принципиально иной конструкции, чем электродвигатель постоянного тока.

В двигателе переменного тока статор состоит из кольца пар электромагнитов, которые создают вращающееся магнитное поле. В отличие от двигателя постоянного тока, где мощность передается на внутренний ротор, в двигателе переменного тока мощность подводится к этим электромагнитам, чтобы навести поле. Гениальный трюк состоит в том, чтобы подавать питание на электромагниты попарно. Когда одна пара полностью активна, другая полностью отключается.

Когда катушки находятся под напряжением, они создают магнитное поле, которое индуцирует электрический ток в роторе, который является электрическим проводником согласно закону Фарадея.Новый ток создает собственное магнитное поле, которое пытается противодействовать полю, в первую очередь создавшему его, согласно закону Ленца. Эта игра в ловушку между двумя магнитными полями и есть то, что в конечном итоге вращает ротор.

В ХХ веке распределение электроэнергии во всем мире резко расширилось. В первом десятилетии века, например, большой считался энергоблок мощностью 25 000 киловатт. Но к 1930 году самая большая установка в Соединенных Штатах имела мощность 208 000 киловатт, а давление превышало 1 200 фунтов на квадратный дюйм.Из-за экономии на масштабе цена за киловатт-час электроэнергии резко упала, что в конечном итоге помогло электрифицировать всю страну. И с таким количеством энергии в нашем распоряжении неожиданно мир был готов к технологическому расцвету.

Майкл Фарадей, отец первого электродвигателя (1791-1867)

Фарадей происходил из скромной семьи, которая была не в состоянии оплатить его высшее образование.Однако в возрасте от 14 до 21 года он обучился нескольким научным дисциплинам, читая любые специализированные книги, которые он мог найти во время своего ученичества переплетчиком в Лондоне. Когда ему было 22 лет, после посещения лекций химика Хамфри Дэви , он был назначен помощником химика в Королевском институте в Лондоне. Эта работа дала ему возможность поехать в несколько европейских стран со своим наставником и встретиться с другими известными учеными , а также принять участие в экспериментах , проводимых его коллегами из Королевского института.

Его работа была фундаментальной в развитии электричества , так как он обнаружил, что изменяющийся во времени магнитный поток через петлю из проволоки создает напряжение.

Фарадей заложил основу теории электромагнетизма , которую позже смог развить Джеймс Клерк Максвелл (которому мы посвятим следующую статью в разделе блога «Ученые, изменившие мир»). Эта теория сделала возможным появление электротехнической промышленности . Профессор дидактики экспериментальных наук в Университете Севильи, Испания, Фернандо Риверо Гаррайо объясняет : «Без развития электромагнетизма и его технических приложений мы бы все равно использовали свечи или масляные лампы для освещения, фабрик. будет приводиться в действие водяными мельницами или ветряными мельницами, и вряд ли какая-либо из современных отраслей промышленности – электрохимическая, автомобильная, электронная – будет существовать ».

• В 1821 , хотя датский химик Ганс Кристиан Орстед к тому времени уже открыл электромагнетизм, Фарадей сконструировал два устройства для производства того, что он тогда назвал « электромагнитное вращение, » и, используя это имя в качестве названия , он опубликовал результаты своей работы.Фактически, это описывает принцип того, что мы теперь знаем как электродвигатель .

• Он открыл законы электролиза , в результате чего он считается истинным основоположником электромагнетизма и электрохимии.

• Клетка Фарадея определяется на веб-странице Мадридского технического университета следующим образом: «Клетка Фарадея – это психическое ограждение , блокирующее внешние статические электрические поля .[…] Он используется как защита от электрических разрядов, так как внутри клетки отсутствует электрическое поле. […] Многие устройства, которые мы используем в повседневной жизни, оснащены клеткой Фарадея, например микроволновые печи , сканеры , кабели и так далее. Другие устройства, в которых нет клетки Фарадея, действуют как таковые. К ним относятся лифтов , вагонов и самолетов . Вот почему рекомендуется, чтобы люди оставались в машине, если попали в грозу: ее металлический корпус действует так, как будто это клетка Фарадея.”

• Фарадей был первым, кому удалось сжижать несколько газов : диоксид углерода, сероводород, бромистый водород и хлор.

• Он обнаружил бензол (углеводород) в 1825 году, пытаясь решить проблему сгорания газового освещения в Лондоне.

В значительной степени мы обязаны Фарадею такими концепциями, как электрод , катод и ион .

В знак признания его вклада имя фарадей было сначала присвоено единице электрического заряда , а затем единиц электрической емкости было названо фарад .

Фарадей написал Дневник , в котором он систематически и тщательно записывал все свои идеи, наблюдения, теоретические выводы и результаты своей лабораторной работы. Это хороший показатель методической структуры его мысли .

В 1826 г. он организовал серию лекций по науке в Королевском институте , которые проводились по пятницам после обеда. Их до сих пор держат .

В 1825 году он был назначен директором лаборатории Королевского института , а в 1833 году он заменил своего учителя , Хэмфри Дэви, фуллеровским профессором химии , также в Королевском институте.

Помимо своих научных чтений, Фарадей читал книги, чтобы стимулировать свое воображение , например Тысяча и одна ночь , и другие книги, которые научили бы его думать , такие как Исаака Уоттса The Improvement of the Разум .

Согласно Википедии, королева Виктория подарила ему Дом благодати и милости, где он должен был умереть через девять лет после того, как переехал туда.

Майкл Фарадей изобрел первый электродвигатель 200 лет назад … и с тех пор он очень полезен!

ПОЛ УИЛКИНСОН

Это двигатель Фарадея 1821 года!

Прошло 200 лет с тех пор, как человек по имени Майкл Фарадей изобрел электродвигатель и помог коренным образом изменить мир вокруг себя.

Электродвигатель прошел долгий путь за последние 200 лет, и многие вещи, которые вы любите использовать сегодня, возможно, не были бы здесь без него.

Но как это было открыто и как развивалось?

Кто изобрел электродвигатель?

Художественная фотография Тодда-Уайта / Королевский институт

Человек по имени Майкл Фарадей был автором идеи электродвигателя.

Он родился в 1791 году и фактически сам научился наукам! Его обучали совершенно другому – работе под названием переплетное дело, то есть соединению книг.

В конце концов Фарадей стал химиком и физиком и работал в Лондоне, в месте под названием Королевский институт.

Именно там он изобрел, среди прочего, электродвигатель.

Он также работал над магнетизмом – изучением магнитов – и открыл, как делать электромагниты. Они используются в электрических генераторах.

Итак, что такое электродвигатель Фарадея?

Электродвигатель преобразует электрическую энергию в физическое движение.

В двигателе Фарадея для производства электроэнергии использовались магниты и проволока.

Чтобы сделать это, он взял гвоздь и около 100 петель медной проволоки.В середине гвоздя он проделал отверстие и вставил в это отверстие деревянное веретено, он обмотал гвоздь медной проволокой и подключил его к батарее.

ПОЛ УИЛКИНСОН

Это настоящая подвальная лаборатория Фарадея в Королевском институте

Затем он взял подковообразный магнит и поместил свой гвоздь, обернутый медью, в середину подковы.

При этом он увидел, что деревянный шпиндель вращается.

Это произошло потому, что два противоположных полюса магнита работали друг против друга, создавая энергию!

Этот простой механизм в конечном итоге стал электродвигателем, который работает во многих устройствах, используемых сегодня, например, в компьютерах, мобильных телефонах и электрических зубных щетках.

Краткая история и эволюция электромобилей

Чтобы понять историю электромобилей, полезно рассмотреть ее в контексте развития личных автомобилей в целом.

Накануне 20-го века преобладающим видом транспорта все еще была лошадь. Но по мере роста доходов людей и развития доступных технологий некоторые начали экспериментировать с новыми видами транспорта.

СВЯЗАННЫЙ: КАКИЕ ЛУЧШИЕ ЭЛЕКТРОАВТОМОБИЛИ 2018?

В этот момент были доступны бензин, пар и электроэнергия, и каждый из них боролся за доминирование на рынке.

Паровые технологии в то время были хорошо зарекомендовали себя, они были широко понятны и пользовались доверием общественности. В конце концов, он доказал свою ценность, приводя в действие фабрики, шахты, поезда и корабли – создание небольших транспортных средств с использованием паровых двигателей казалось естественным шагом вперед.

Некоторые самоходные машины действительно существовали с конца 1700-х годов (в частности, паровой трехколесный велосипед Николаса Джозефа Кугно), но эта технология не была разработана для этой роли до конца 1800-х годов. Dampfwagen Cugnot с паровым двигателем считается первым в мире автомобилем.

Cugnots Dampfwagen, около 1769 г., Источник: F. A. Brockhaus / Wikimedia Commons

Но возникла проблема – паровые двигатели требовали длительного прогрева, часто приближающегося к часу. У них также был ограниченный ареал, и их нужно было постоянно кормить водой.

Как работают электромобили?

Электромобили, или сокращенно электромобили, работают за счет использования электродвигателя вместо двигателя внутреннего сгорания, как автомобили с бензиновым двигателем. В большинстве случаев электромобили используют большую тяговую аккумуляторную батарею для питания двигателя.Этот аккумуляторный блок заряжается путем подключения к специально разработанной зарядной станции или розетке в доме пользователя.

Поскольку электромобили работают на электричестве, они не имеют выхлопа и не содержат таких деталей, как топливный насос, топливопровод, карбюратор и топливный бак, которые необходимы в автомобилях с бензиновым двигателем.

В целом электромобили состоят из ряда основных компонентов. К ним относятся, помимо прочего, следующие:

1 . Батарея (полностью электрическая вспомогательная) : В большинстве транспортных средств с электроприводом вспомогательная батарея обеспечивает электричеством для запуска и питания аксессуаров транспортного средства, таких как часы.Его не следует путать с основным блоком тяговых аккумуляторных батарей.

2 . Порт зарядки: Накопленная в батарее энергия не может длиться вечно, и ее необходимо время от времени подзаряжать. Здесь в игру вступает порт зарядки. Это позволяет подключать электромобиль к внешнему источнику питания.

Источник : Министерство энергетики США

3 . Преобразователь постоянного тока в постоянный: Обычно тяговый аккумулятор имеет более высокое напряжение, чем многие другие компоненты в автомобиле.Это устройство преобразует постоянный ток высокого напряжения в постоянный ток низкого напряжения для безопасного использования.

4 . Электрический тяговый двигатель : Поскольку ожидается, что электромобиль действительно начнет движение в какой-то момент, необходимы средства для преобразования электричества в силу вращения для перемещения колес. Здесь на помощь приходит тяговый двигатель. Некоторые автомобили также имеют функции регенерации энергии на колесах, чтобы компенсировать часть потерянной энергии.

5 . Бортовое зарядное устройство : Поскольку электричество от внешних источников обычно является переменным током, это устройство преобразует его в постоянный ток для использования при зарядке аккумулятора.Он также используется для контроля характеристик батареи, таких как напряжение, ток, температура и состояние заряда во время зарядки аккумулятора.

6 . Контроллер силовой электроники : Это устройство активно управляет потоком электроэнергии, подаваемой в аккумулятор, и регулирует скорость электрического тягового двигателя (не говоря уже о крутящем моменте, который он генерирует).

7 . Система термического охлаждения : Эта система поддерживает надлежащий диапазон рабочих температур двигателя, электродвигателя, силовой электроники и других компонентов.

8 . Тяговый аккумулятор: Это «топливный бак» электромобиля и источник всей электроэнергии, используемой для работы большинства других компонентов транспортного средства.

9 . Электрическая трансмиссия : Это устройство передает механическую энергию от тягового двигателя, чтобы приводить в движение колеса электромобиля.

В дело вступают Отто, Дизель, Бенц и Форд

Четырехтактный двигатель, широко распространенный сегодня, был разработан Николаусом Отто в 1862 , а дизельный двигатель был разработан Рудольфом Дизелем в 1893 .

Чуть позже Карл Бенц разработал свой революционный «первый в мире серийный автомобиль» 1886 ; и Ford Model T стал первым автомобилем массового производства в начале 1900-х годов.

Несмотря на мощность и полезность, которые обеспечивают двигатели внутреннего сгорания, особенно по сравнению с альтернативами, работающими на паре и лошадиных силах, они не обходились без проблем.

Управлять ими было непросто, зачастую требовалось приложить значительные усилия для переключения передач и запуска двигателя.Эти автомобили также были очень шумными, а выхлопные газы были менее чем приятными.

Но был третий (ну четвертый, если включать животных) вариант – электромобили. Им не хватало многих проблем, связанных с другими альтернативами. Они были тихими, относительно простыми в эксплуатации и не имели никаких вредных выбросов.

Зигфрид Маркус разработал первое транспортное средство с бензиновым двигателем, Источник : Smarter Than Car / Twitter

Ранние электромобили были идеальной альтернативой двигателям внутреннего сгорания и паровым двигателям

Ранние электромобили нашли прибыльный рынок, особенно для использования при вождении по городам.Среди их основных потребителей были женщины, которые сочли, что они идеально подходят для коротких поездок по городу.

Один из первых практичных электромобилей был создан британским изобретателем Томасом Паркером примерно в 1884 . Другим известным примером ранних электромобилей был The Flocken Elektrowagen , который был произведен в Германии в 1888.

К сожалению, плохие дороги за пределами городских центров затрудняли выход первых электрических (и паровых / бензиновых) автомобилей далеко за пределы города. городской чертой.С началом электрификации в 1910-х годах зарядка этих ранних электромобилей стала значительно проще и значительно повысила их общественную привлекательность.

В то время производители автомобилей обратили на это внимание и начали экспериментировать с электрическими и ранними гибридными автомобилями. Одним из ярких примеров является основатель Porsche Фердинанд Порше, который разработал свой знаменитый P1 в 1898 (это также был его первый автомобиль).

Томас Эдисон также поддержал первые электромобили, веря в их превосходство над другими альтернативами, и работал над разработкой более эффективных аккумуляторов.Генри Форд (который оказался близким другом Эдисона) сотрудничал с ним примерно в 1914 , чтобы изучить варианты недорогих электромобилей.

Porsche P1, Источник: Arnaud 25 / Wikimedia Commons

По иронии судьбы или, возможно, намеренно, разработка Ford модели T, в частности процесс его массового производства, станет похоронным звонком для первых электромобилей. Модель T в 1912 стоила около 650 долларов за штуку – электрическая альтернатива стоила почти в три раза больше, около 1750 долларов.

Другие разработки в области бензиновых двигателей, такие как электрический стартер Чарльза Кеттеринга (и более ранний пример Х. Дж. Доусинга в 1896 году), устранили одно из главных раздражающих факторов ранних двигателей внутреннего сгорания – ручную рукоятку. Электромобили получили свое поражение, когда были улучшены дорожные системы и стали открываться большие запасы сырой нефти.

Эти и другие факторы способствовали падению электромобилей, и они почти исчезли примерно к 1935 году. Битва, казалось, была выиграна, и в следующие 30 лет автомобилей с двигателями внутреннего сгорания будут править безраздельно.

Так было до нефтяного кризиса 1970-х годов.

Flocken Elektrowagen , построенный в 1888 году, Источник : Генризирхенри / Wikimedia Commons

Кто сделал первый электромобиль?

Подобно автомобилям с двигателями внутреннего сгорания, не было единого изобретателя электромобилей. Их появление и развитие следует рассматривать скорее как серию открытий и изобретений, которые в конечном итоге «сольются» в то, что мы сегодня называем электромобилем.

Помимо открытия электричества, первой предпосылкой для разработки электромобилей была надежная аккумуляторная батарея.

Аньос Йедлик, венгерский изобретатель, разработал первый электродвигатель в 1828 . Используя это новое изобретение, он также разработал раннее «доказательство концепции» использования электричества в качестве средства передвижения, построив модель автомобиля, которую можно было перемещать с помощью его двигателя.

Немного позже, в 1834 , Вермонт Кузнец Томас Давенпорт построил еще одну модель электромобиля, который мог передвигаться по небольшой круговой электрической трассе.

Какими бы впечатляющими они ни были, в них не было автономных перезаряжаемых источников энергии, и поэтому их использование в качестве транспортного средства было ограниченным, даже если оно было увеличено.

Миру придется подождать до 1859 , когда французский физик Гастон Планте разработает свою свинцово-кислотную батарею.

Технология была усовершенствована другим французом, Камилем Альфонсом Фором, который в 1881 году значительно увеличил емкость аккумулятора. Эта разработка позволила производить аккумуляторы в промышленных масштабах.

Современная свинцово-кислотная аккумуляторная батарея, Источник : Bisapien / Wikimedia Commons

Имея в руках надежный перезаряжаемый источник питания, другие изобретатели начали экспериментировать с электричеством и передвижением.

Когда были изобретены электромобили?

Как мы видели, создание электромобиля было скорее серией событий, чем конкретным событием. При этом, после ранних разработок, описанных выше, есть несколько претендентов на «первые» электромобили, представленные ниже, в зависимости от вашего представления о том, что представляет собой полностью сформированный электромобиль.

Интересная ранняя разработка электромобилей была сделана в 1834 профессором Сибрандусом Стратингом из Гронингена, Нидерланды (и его помощником Кристофером Беккером), которые создали небольшой электромобиль, работающий от неперезаряжаемых первичных элементов.

К сожалению, Стратингу не удалось развить свою «машину», так как он умер вскоре после этого, в 1841 .

Чуть позже, в 1867, австрийский изобретатель Франц Кравогль представил свой прототип электромобиля на Всемирной выставке в Париже.Это был двухколесный велосипед с электрическим приводом, который был не очень надежен для езды по улице.

В 1881, Гюстав Трув испытал трехколесный автомобиль на улицах Парижа. Это последовало за его разработкой первого в мире подвесного двигателя, который он использовал в качестве механизма привода своего трехколесного велосипеда с педалями Coventry-Rotary.

Хотя это не было ключевым изобретением на пути к полноценному электронному автомобилю.

Но только 1884 британский изобретатель Томас Паркер (который также электрифицировал лондонское метро) построил первый серийный электромобиль.Паркер питал свою машину от собственных специально разработанных перезаряжаемых аккумуляторов большой емкости.

Первый успешный электромобиль, Electrobat, был разработан инженером-механиком Генри Г. Моррисом и химиком Педро Г. Саломом в 1894 в Филадельфии, штат Пенсильвания. Это была медленная и тяжелая штуковина со стальными шинами, способными выдержать вес тяжелой рамы и большой свинцовой батареи.

Также в США Уильям Моррисон из Де-Мойна, штат Айова, разработал шестиместный электромобиль (универсал), который был способен развивать скорость до 23 км / ч.В 1895, потребителей начали обращать внимание на эту «новомодную технологию» после того, как А.Л. Райкер представил в США полностью электрические трехколесные велосипеды.

Первый электромобиль Томаса Паркера, около 1895 г., Источник : Wikimedia Commons

Разное другие изобретатели и инженеры разработали серию других моделей в течение этого периода, кульминацией которых стал электромобиль, установивший мировой рекорд скорости 18 декабря 1898 года .

После этих разработок технология электромобилей процветала – это был «золотой век» технологий.В результате интерес к электромобилям рос в конце 1890-х – начале 20-го века.

Электрические такси с батарейным питанием начали появляться примерно в то же время – в частности, парк лондонских такси Уолтера К. Берси, который был представлен в 1897 году.

Несмотря на их преимущества перед бензиновыми автомобилями того времени, отсутствие электрической инфраструктуры сдерживали их массовое внедрение потребителями. Фактически, это означало бы упадок электромобилей, поскольку их начали вытеснять автомобили с двигателями внутреннего сгорания, особенно после того, как были обнаружены большие залежи нефти.

К 1910 году большинство производителей электромобилей либо прекратили свою деятельность, либо полностью прекратили производство. Технология сохранилась для специализированных применений, таких как вилочные погрузчики, молочные баки в Великобритании, тележки для гольфа и некоторые нишевые автомобили, такие как Henney Kilowatt, но электромобили, как правило, оставались в стороне до своего возрождения в конце 20-го века .

1961 Хенни Киловатт, Источник : DRoberson / Wikimedia Commons

Первый электромобиль GM

Хотя GM проводила эксперименты с электромобилями еще в середине 1960-х годов, создав концепт-кар Electrovair, этот автомобиль так и не появился. это для массового производства.Electrovair был основан на 1966 Corvair и питался от серебристо-цинковой аккумуляторной батареи, которая могла выдавать 532 вольт .

Перенесемся на несколько десятилетий вперед, и компания General Motors решила еще раз «попробовать» (хотя и не полностью добровольно, как вы увидите).

Их первый электромобиль современного поколения, General Motors EV1, был разработан в середине 1990-х годов. EV1 был первым электромобилем, который был произведен серийно (и специально построен) в современную эпоху крупным производителем автомобилей.

Этому скромному автомобилю нужно было добавить еще несколько новинок.

– Это был первый автомобиль GM, разработанный с нуля как электромобиль.

– EV1 был также первым (и единственным) легковым автомобилем, продаваемым под брендом GM, и ни одно из его подразделений

Решение GM разработать и построить EV1 было частично вдохновлено Калифорнийским советом по воздушным ресурсам ( CARB), который передал мандат, обязывающий крупных производителей США разрабатывать автомобили с нулевым уровнем выбросов, если они хотят продолжать продавать свои товары в штате.

Источник : Мариордо / Wikimedia Commons

Когда был изготовлен первый автомобиль Tesla?

Tesla Motors произвела свой самый первый электромобиль Roadster в 2008 . Этот автомобиль стал революцией в современную эпоху электромобилей и отличался передовыми аккумуляторными технологиями и электрической трансмиссией.

Первоначальный родстер представлял собой электромобиль с аккумуляторной батареей (BEV) и был первым серийным полностью электрическим автомобилем, разрешенным к использованию на автомагистралях, в котором в качестве источника питания использовалась литий-ионная батарея.Это также первый полностью электрический автомобиль, способный проехать более 320 километров на одной зарядке.

Он также мог развивать невероятную максимальную скорость 200 км / ч .

И теперь он может добавить очень уникальный эпитет к своему и без того впечатляющему списку – первый серийный автомобиль, когда-либо запущенный в космос. В феврале 2018 года он служил макетом полезной нагрузки для испытательного полета Falcon Heavy. Манекен, одетый в скафандр, названный «Звездный человек», занимал место водителя

За годы производства (2008-2012 гг.) Более 2450 родстеров было продано в более чем 30 странах по всему миру.

Источник : Mariordo / Wikimedia Commons

Сокращенная временная шкала истории электромобилей

Вот несколько событий из истории электромобилей. Этот график не является исчерпывающим.

Damp93

Период	Год	Описание
‘Pre-Electric Car Age’	Prehistory-1700’s	Discovery of Electricity
	1769	Joseph Cugnot94
	1828	Anyos Jedlik строит рабочий мотор и маленькую игрушку EV
	1834	Томас Девенпорт строит еще одну модель автомобиля, которая питается от батарей
	1834	Профессор Сибрандус Стратинг создает свою собственную модель автомобиля с использованием неперезаряжаемых первичных элементов
	1859	Guston Plante изобретает свинцово-кислотную батарею
	1867	Франц Кравогль строит рабочий велосипед с электрическим приводом
«Золотой век»	1881	Камилла Альфонс Фор улучшил емкость аккумулятора Plante acity
	1881	Гюстав Трув строит трехколесный велосипед с электрическим приводом
	1884	Перезаряжаемый аккумулятор Томаса Паркера и электромобиль
	1888	Flocken Elektrowagen
	1894	Изобретен электробат
	1895	Уильям Моррисон строит свой 6-местный электромобиль / универсал
	1896	Электрический стартер для бензиновых двигателей делает их более практичными и удобными для потребителей
	1897	Начали появляться электрические такси
	1898	Первый в истории рекорд скорости установлен в электромобиле
	1898	Porsche P1 разработан
	1901	Porsche разрабатывает первый электрический гибрид
	1912	Модель Т. Форд знаменует начало конца «Золотого века»
	1910-1920 годы	Большие резервуары нефти и сырой нефти подталкивают электромобили к концу Золотого века.Многие производители прекращают выпуск электромобилей.
«Темные века»	1920-1950-е годы	Между этим периодом мало что изменилось. Электромобили ограничены ролями специалистов в отрасли. Помимо этого, большинство электромобилей практически исчезли к 1935 году.
	1950-е годы – 1961 год	Хенни Киловатт
	1959	AMC и Sonotone Corp. объединяют усилия для разработки «самозарядного» автомобиля с батарейным питанием. .
	1965	Scottish Aviation Scamp
	1966	GM Electrovair
	1966	Enfield 8000
	1969	Rambler American Station Wagon
‘Renaissance’	1970 900	Закон о чистом воздухе принят
	1971	NASA Lunar Rover
	1972	Первый электромобиль BMW 1602 E был представлен, но так и не был произведен
	1973	Oil Crisis
	1974- 1982	Sebring-Vanguard Citicar
	1976	U.С. Конгресс принял «Закон об исследованиях, разработке и демонстрации электрических и гибридных транспортных средств».
	1976	GM Electrovette
	1985	Sinclair C5
	1990	GM Impact Electric Concept Car
	1990-е годы	Многие правительства по всему миру издают «Законы о чистом воздухе» или вносят поправки в существующие и вводят политику в области энергетики. Отвечают основные производители автомобилей.
	1996	GM EV1 произведен, но потерял деньги GM
	1997	Родился Toyota Prius
	1999	Ученые работают над улучшением электромобилей и их аккумуляторов
	2004	Tesla Motors основана
	2008	Tesla Roadster
	2009 –	В США.S. и во всем мире начинает разворачиваться инфраструктура зарядных станций.
	2010	GM выпускает первый подключаемый гибридный двигатель Chevy Bolt
	2010 г. и далее	EV аккумулятор стоит отвес и другие крупные автомобили бренды начинают разрабатывать свои собственные автомобили дальнего радиуса действия, пригодные для использования на автомагистралях, такие как Nissan (Leaf), BMW, VW и т. д. Многие правительства во всем мире принимают законы о продвижении электромобилей и поэтапном отказе от двигателей внутреннего сгорания в течение следующих нескольких десятилетий.

Кто сделал первый гибридный автомобиль?

Легко, Toyota Prius, верно? К сожалению, нет. Согласно записям, первый электромобиль на самом деле был разработан намного раньше.

В 1889, неким Уильямом Х. Паттоном был изобретен гибридный бензиново-электрический вагон.

Хотя это и не автомобиль по нашему определению, это все же очень интересная концепция. Этот же человек в том же году адаптировал свою конструкцию для использования в двигательной установке лодки.

Немного позже, в 1901 , работая на заводе автобусов Lohner, некий Фердинанд Порше разработал свой Mixte. Это была полноприводная гибридная версия электромобиля «System Lohner-Porsche», которая была представлена ​​на Парижской всемирной выставке в том же году.

Mixte считается первым в мире гибридным автомобилем. Первоначальные прототипы этого автомобиля имели привод на два колеса, питались от аккумуляторов и имели два переднеприводных мотора, установленных в ступицах.

Некоторые также приписывают честь «первого гибрида» автомобилю, разработанному в 1905 году. Генри Пайпер, немецко-бельгийский изобретатель, создал свой собственный гибридный автомобиль, который состоял из электродвигателя и генератора, аккумуляторов и небольшого бензинового двигателя. двигатель.

Электродвигатель использовался для зарядки аккумулятора на крейсерской скорости, в то время как оба двигателя использовались для ускорения и преодоления крутых склонов.

Lohner-Porsche Mixte, около 1902 г., Источник : ptyx / Wikimedia Commons

В чем разница между гибридными и подключаемыми автомобилями?

В этой статье и в ее источниках упоминается несколько терминов, так что, вероятно, стоит прояснить любое недоразумение.

• Гибридный (HEV) не может заряжаться от бытовой сети (или от зарядной станции), но имеет аккумулятор и электрический привод. Основная энергия привода поступает от жидкого топлива (обычно бензина). Бензиновый двигатель включается, когда аккумулятор нуждается в подзарядке или когда требуется дополнительная мощность.
• Подключаемый гибрид (PHEV) может заряжаться от источника электричества и может приводиться в движение либо аккумулятором, либо жидким топливом.
• Полностью электрические транспортные средства (электромобили, AEV, электромобили с аккумулятором и т. Д.) получают всю энергию привода от своих батарей и должны заряжаться от источника электроэнергии.
• Подключаемые к электросети электромобили (PEV) – это просто универсальный термин для любого из вышеперечисленных, которые могут быть полностью или частично заряжены от источника электроэнергии (либо от бытовой сети, либо от зарядной станции).