Jak funguje elektrický motor? 10 otázek a odpovědí

Na jakém principu vlastně elektromobily fungují? Jak se liší jejich chování od aut se spalovacími motory? A jak je to s jejich spolehlivostí? Odborníci společnosti ŠKODA AUTO pro vás připravili jasné a srozumitelné odpovědi na všechny důležité otázky.

17. 5. 2018 eMobilita

Začíná doba elektrická. Elektromobily se již brzy stanou běžnou součástí našich každodenních životů a ŠKODA do roku 2025 bude mít v nabídce hned 10 elektrifikovaných modelů. Jejich fungování ale pro velkou část řidičů stále obestírá mnoho nejasností. Elektrická auta mají příchuť neznáma, něčeho složitého, nesrozumitelného a technologicky vzdáleného. Ve skutečnosti jsou naopak v řadě ohledů jednodušší než vozy se spalovacími motory.

1. V čem se liší elektromotor od spalovacího motoru?

Jedná se o zcela odlišný princip přeměny energie na mechanický pohyb. Zatímco spalovací motor využívá termodynamických jevů při spalování paliva, u elektromotorů k této přeměně dochází využitím elektromagnetických jevů při průchodu elektrického proudu magnetickým polem. Spalovací motor pracuje s klikovým mechanismem, tedy s válci, písty, ventily, klikovým hřídelem a dalšími komponenty, jádro elektromotorů využívaných pro pohon vozů tvoří pouze stator a rotor a jejich vzájemná interakce. Každý takový elektromotor má navíc i tu vlastnost, že se umí chovat jako generátor, takže při brzdění a zpomalování vozu můžeme energii vracet zpět do baterie a tím ji dobíjet.

2. Jak se liší chování elektromotoru a spalovacího motoru?

Každý z těchto motorů má zcela odlišný průběh výkonu a točivého momentu. Zatímco u spalovacího motoru výkon a moment roste s otáčkami do svého maxima, u elektromotoru je maximální moment k dispozici již od téměř nulových otáček a směrem k nejvyšším otáčkám pak klesá. V praxi to znamená, že elektromobil má největší tažnou sílu hned při rozjezdu, a tedy poměrně velkou dynamiku. Elektromotor navíc díky velmi širokému rozsahu pracovních otáček nepotřebuje vícestupňovou převodovku se spojkou a typickému elektroautu tak stačí od rozjetí až po jízdu maximální rychlostí jediný převodový stupeň, tzv. reduktor.

3. Jak se vypočítává výkon elektromobilu?

Výpočet výkonu není tak jednoduchý jako u konvenčních vozů. V případě elektromobilu není výkon dán pouze výkonem pohonné jednotky, ale je ovlivněn i výkonem, který je schopna dodat baterie. Jedná se tedy vždy o hodnotu, která je dána celým systémem pohonu. Proto lze pohon navrhnout například i tak, že jeho technický základ je pro různé výkonnostní verze společný a konečný výkon vozu je pak dán jen kombinací s různě dimenzovanými bateriemi.

5. Jak je to se servisem a životností elektromotorů?

Vzhledem k tomu, že hlavní a vlastně jedinou pohyblivou částí elektromotoru je rotor, jsou nároky na servis ve srovnání se spalovacím motorem naprosto minimální. Není potřeba měnit olej ani palivové či vzduchové filtry. Protože se často jedná o vysokootáčkové stroje, je nutné dobře konstrukčně vyřešit nároky zejména na ložiska, obecně lze ale říci, že elektropohon vyžaduje nižší servisní péči než konvenční motory.

7. Mají všechny elektromobily stejný typ motoru?

Stejně jako lidé vyvinuli různé druhy spalovacích motorů, existuje i několik možností a variant elektromotorů. Jejich typ je vždy volen s ohledem na požadované vlastnosti vozu. Pokud půjdeme více do detailu, tak nejrozšířenější jsou takzvané třífázové synchronní motory, často s permanentními magnety, nebo motory asynchronní, případně jejich variace. Nedílnou součástí těchto motorů bývá jednotka s výkonovou elektronikou, která může být na motoru buď přímo integrovaná, nebo umístěna separátně a s motorem je pak propojena třemi silnými fázovými vodiči.

8. Je rozdíl mezi elektromotory v plug-in hybridech a čistě elektrických vozech?

Ano. Při konstrukci motoru pro čistě elektrický vůz se vychází z toho, že ve voze žádný jiný druh pohonu nebude a není tudíž potřeba ho jakkoli zohledňovat. Motor tak může být optimálně navržen s ohledem na požadovaný točivý moment a výkon, potřebné otáčky a zástavbové možnosti vozu. Naproti tomu konstrukce motoru pro hybridní pohon musí zohlednit i vlastnosti spalovacího motoru, se kterým elektromotor spolupracuje – možnosti mechanického připojení, pracovní teploty, otáčky a průběh výkonu. Složitější je i systém řízení pohonu. Vůz musí umět jet jak čistě elektricky, tak ve spalovacím či kombinovaném režimu, a to vždy s optimálním využitím energie.

9. Je pravda, že elektromobily existovaly už před více než 100 lety?

První pokusy o sestrojení elektrického vozu vznikaly už v roce 1835 (tedy 48 let před sestrojením prvního benzínového motoru), a to nezávisle na sobě v Itálii a Nizozemí. Na konstrukčních řešeních vozidel s elektrickým pohonem pak na přelomu 19. a 20. století pracovali například i český vynálezce František Křižík (dokonce tehdy představil vůz LAURIN & KLEMENT) nebo Ferdinand Porsche. V roce 1900 jezdilo v USA dokonce více elektromobilů než vozů se spalovacími motory a stejně tak hranici 100 km/h pokořil jako první vůz s elektrickým pohonem. Tyto vozy ale měly stále těžké olověné baterie a krátký dojezd. Nástup sériové výroby automobilů a masové využití spalovacích motorů s komfortnějším dojezdem ovšem použití elektrického pohonu na dlouhý čas odsunuly na vedlejší kolej.

10. Proč se dnes elektromotory opět rozvíjejí?

K rozmachu eMobility v dnešní době přispěla nejen potřeba snižování lokálních emisí výfukových plynů a CO₂, ale zejména zrychlující se vývoj a dostupnost nových technologií. Moderní baterie na bázi lithia mají násobně lepší schopnost ukládat a vydávat potřebné množství energie, mají svoji vlastní řídící elektroniku, komunikují s celým systémem vozu a na jejich dalším vývoji se intenzivně pracuje. Stejně tak i dnešní polovodičové součástky dokáží přenést několikanásobně větší proudy při minimálních ztrátách a lze je tak využít k efektivní regulaci a řízení výkonných elektromotorů. Součástí podpory eMobility je i větší dostupnost tzv. zelené energie z obnovitelných zdrojů a plánovaný rozvoj infrastruktury nabíjecích stanic.