Silnik elektryczny

Silnik elektryczny stanowi serce układu napędowego każdego samochodu elektrycznego i pełni tę samą podstawową funkcję co silnik spalinowy w klasycznym aucie: przekształca zmagazynowaną energię w siłę obrotową wprawiającą koła w ruch. Zasadnicza różnica tkwi w sposobie, w jaki ta energia jest dostarczana. Zamiast spalać paliwo, by wytworzyć ciśnienie i ruch, silnik wykorzystuje oddziaływanie pól magnetycznych z prądem elektrycznym, zamieniając energię chemiczną zgromadzoną w akumulatorze bezpośrednio na pracę mechaniczną. Ta elektromechaniczna przemiana odznacza się wyjątkową sprawnością, ponieważ nowoczesne silniki trakcyjne rutynowo przetwarzają w użyteczny ruch ponad 90 procent otrzymywanej energii elektrycznej, podczas gdy w silniku benzynowym wartość ta wynosi zwykle od 30 do 40 procent.

Pod względem budowy silnik składa się z nieruchomej części zewnętrznej zwanej stojanem oraz z obracającej się części wewnętrznej, czyli wirnika. Prąd przemienny doprowadzony do uzwojeń stojana wytwarza wirujące pole magnetyczne; wirnik, wyposażony w magnesy trwałe lub w indukowany w nim prąd, podąża za tym polem, a jego wał przekazuje powstały moment obrotowy przez jednostopniową przekładnię redukcyjną do kół. Ponieważ pole magnetyczne można z dużą precyzją sterować za pomocą elektroniki mocy, silnik wytwarza siłę płynnie i bez przerw w ogromnym zakresie prędkości obrotowych, dlatego samochody elektryczne nie potrzebują wielobiegowej skrzyni biegów ani sprzęgła.

Dla kierowcy najbardziej uderzającą cechą jest sposób dostarczania momentu obrotowego. Silnik elektryczny osiąga maksymalną siłę już od zera obrotów na minutę, więc pełna moc pociągowa dostępna jest w chwili wciśnięcia pedału przyspieszenia, co zapewnia bezwysiłkowe i pozbawione zwłoki przyspieszanie definiujące wrażenia z jazdy samochodem elektrycznym. Nie trzeba budować obrotów silnika ani czekać, aż rozpędzi się turbosprężarka. Silnik pracuje też niemal bezgłośnie, bez drgań, a liczba ruchomych części jest w nim niewielka, co przekłada się na niskie koszty utrzymania i wyjątkową niezawodność przez długi okres eksploatacji.

To samo urządzenie potrafi działać w odwrotną stronę jako prądnica. Gdy kierowca zwalnia pedał lub hamuje, koła obracają wirnik, a silnik wytwarza prąd, który trafia z powrotem do akumulatora, podczas gdy opór wytracania prędkości spowalnia samochód. Na tym opiera się hamowanie regeneracyjne, które odzyskuje energię tracioną w klasycznym aucie w postaci ciepła i zauważalnie wydłuża zasięg w ruchu miejskim.

Dominują dwa główne rozwiązania konstrukcyjne. Silniki synchroniczne z magnesami trwałymi wykorzystują w wirniku magnesy z metali ziem rzadkich, oferując wysoką sprawność i gęstość mocy w zwartej obudowie, natomiast silniki indukcyjne (asynchroniczne) rezygnują z magnesów i zamiast tego indukują prąd w wirniku, poświęcając nieco sprawności na rzecz niższego kosztu i uniezależnienia od dostaw metali ziem rzadkich. Wiele wydajnych aut elektrycznych łączy oba typy na dwóch osiach. Silnik nigdy nie pracuje samotnie: zależy od inwertera kształtującego zasilający go prąd przemienny, od wysokonapięciowego akumulatora dostarczającego energię oraz od osobnego obiegu chłodzenia odprowadzającego ciepło powstające przy długotrwałym dużym obciążeniu.