Гибридный двигатель Nelco

Идея гибридного двигателя получила интересное развитие в компании Nelco. Система Nelco использует электропривод, который потенциально может использоваться на автомобилях совместно с двигателем внутреннего сгорания. Заявленные характеристики системы эквивалентны обычному автомобилю с приводом на передние колеса, но с потреблением топлива в размере только двух третей от обычного и сокращенной на две трети вредной эмиссией. На рисунке показано параллельное расположение двигателя и мотора, используемое для этой системы. Создатели надеются, что транспортное средство с таким двигателем могло бы иметь дальность 800 км (500 миль) и максимальную скорость 160 км/ч (100 миль/ч). Основные используемые компоненты — свинцово-кислотная батарея, выдерживающая глубокую разрядку, бесщеточный электромотор постоянного тока с постоянными магнитами и роторный двигатель Norton.

Рис. Параллельное расположение двигателей, используемое для системы Nelco

Специальная батарея использует конструкцию пластин из свинцово-оловянной фольги, которая была развита для авиационной промышленности. Конструкция позволяет реализовать глубокую цикличность зарядки-разрядки и долгий срок службы, так как высокое внутреннее давление предотвращает потерю активного материала во время мощной разрядки. Тесты показали, что 18 батарей номиналом в 30 А/ч и 12 В могут обеспечить мощность 50 кВт в течение 5 минут. Хоукср Сидли (Hawker Siddeley) разработал плоскую решетку элементов, которые могут быть помещены под пассажирским купе автомобиля. Пакет имеет размеры 120x120x4 см. весит 170 кг и обеспечивает энергию около 7,5 кВт/ч. Батарея может выдержать 1100 циклов разряда до 80-процентной глубины разгрузки (depth of discharge — DOD) и 11 000 циклов 20-проиеитиой DOD. Это, как ожидают, составит продолжительность жизни самого транспортного средства. Причина такого «долгожительства» — система термального управления батареи, которая поддерживает свинцово-кислотные элементы при постоянной температуре в пределах 30-40 «С, что является самой эффективной рабочей температурой.

Роторные двигатели Norton приобрели известность благодаря выигрышам главных призов в мировых мотогонках. Этот двигатель имеет быстрый прогрев и начальный вращающий момент только 8 Нм. Используются два электрически каталитических конвертера с предварительным подогревом. Система инжекции подает в двигатель бедные смеси при высоких нагрузках. Двигательная установка обеспечивает постоянные выходные характеристики при помощи электрического мотора, добавляющего недостающую мощность во время смены нагрузки.

Рис. Бесщеточный мотор постоянного тока с постоянными магнитами

На рисунке показан поперечный разрез бесщеточного электромотора постоянного тока с постоянными магнитами. Фактически используемый мотор весит 45 кг и охлаждается жидкостью; в качестве хладагента используется масло, чтобы предотвратить образование льда. Мотором управляют сложные по конструкции инвертор и схема регулирования. Напряжение источника питания (батареи) 216 В преобразуется в постоянное стабилизированное напряжение 300 В для питания мотора. Питание на мотор подается с помощью трехфазного распределителя мощности с трапециевидной или квадратной формой волны, фазы питания могут быть изменены, чтобы осуществлять торможение или ускорение. Положение педали акселератора задает входной сигнал к модулю контроля, а датчик положения ротора на основе эффекта Холла обеспечивает сигнал обратной связи. Обратная связь по положению ротора должна гарантировать правильный порядок фаз возбуждения мотора.

Весь блок энергоснабжения весит около 100 кг, по сравнению с 200 кг для обычной системы. Батареи, однако, добавляют еще 130 кг сверх нормы, но позволяют совершить 48-километровый (30-мильный) пробег, не прибегая к топливному двигателю.