أشياء يجب أن تعرفها عن محركات المركبات الكهربائية

لطالما كان عشاق السيارات متعصبين بشأن المحركات، ولكن التحول إلى الكهرباء أمر لا يمكن إيقافه، وقد تحتاج احتياطيات المعرفة لدى بعض الأشخاص إلى التحديث.

الأكثر شهرة اليوم هو محرك الدورة رباعي الأشواط، والذي يعد أيضًا مصدر الطاقة لمعظم المركبات التي تعمل بالبنزين.على غرار المحركات رباعية الأشواط وثنائية الشوط ومحركات وانكل الدوارة لمحركات الاحتراق الداخلي، يمكن تقسيم محركات المركبات الكهربائية إلى محركات متزامنة ومحركات غير متزامنة وفقًا للاختلاف في الدوارات. تسمى المحركات غير المتزامنة أيضًا بالمحركات الحثية، بينما تحتوي المحركات المتزامنة على مغناطيس دائم. والتيار لإثارة المحرك.

الجزء الثابت والدوار

تتكون جميع أنواع محركات المركبات الكهربائية من جزأين رئيسيين: الجزء الثابت والدوار.

الجزء الثابت▼

الجزء الثابت هو جزء المحرك الذي يبقى ثابتًا وهو الغلاف الثابت للمحرك، المثبت على الهيكل مثل كتلة المحرك.الدوار هو الجزء المتحرك الوحيد من المحرك، على غرار العمود المرفقي، الذي يرسل عزم الدوران إلى الخارج من خلال ناقل الحركة والتفاضلي.

يتكون الجزء الثابت من ثلاثة أجزاء: قلب الجزء الثابت، وملف الجزء الثابت، والإطار.تمتلئ الأخاديد المتوازية العديدة في جسم الجزء الثابت بملفات نحاسية مترابطة.

تحتوي هذه اللفات على إدخالات نحاسية أنيقة على شكل دبوس شعر تزيد من كثافة ملء الفتحة والاتصال المباشر من سلك إلى سلك.تعمل اللفات الكثيفة على زيادة قدرة عزم الدوران، بينما تكون الأطراف متداخلة بشكل أكثر دقة، مما يقلل الحجم للحصول على حزمة إجمالية أصغر.

الجزء الثابت والدوار▼

تتمثل الوظيفة الرئيسية للجزء الثابت في توليد مجال مغناطيسي دوار (RMF)، في حين أن الوظيفة الرئيسية للعضو الدوار هي قطع خطوط القوة المغناطيسية في المجال المغناطيسي الدوار لتوليد (الإخراج) الحالي.

يستخدم المحرك تيارًا مترددًا ثلاثي الطور لضبط مجال الدوران، ويتم التحكم في تردده وقوته بواسطة إلكترونيات الطاقة التي تستجيب للمسرع.البطاريات عبارة عن أجهزة تعمل بالتيار المباشر (DC)، لذا تشتمل إلكترونيات الطاقة الخاصة بالمركبة الكهربائية على عاكس DC-AC الذي يزود الجزء الثابت بتيار التيار المتردد اللازم لإنشاء المجال المغناطيسي الدوار المتغير المهم للغاية.

ولكن تجدر الإشارة إلى أن هذه المحركات هي أيضًا مولدات، مما يعني أن العجلات ستدفع الدوار إلى الخلف داخل الجزء الثابت، مما يؤدي إلى تحفيز مجال مغناطيسي دوار في الاتجاه الآخر، مما يعيد الطاقة إلى البطارية عبر محول AC-DC.

هذه العملية، المعروفة باسم الكبح المتجدد، تخلق السحب وتبطئ السيارة.لا يعد التجديد في صميم توسيع نطاق السيارات الكهربائية فحسب، بل أيضًا في السيارات الهجينة عالية الكفاءة، حيث يؤدي التجديد المكثف إلى تحسين الاقتصاد في استهلاك الوقود.لكن في العالم الحقيقي، لا يكون التجديد بنفس كفاءة "دحرجة السيارة"، مما يؤدي إلى تجنب فقدان الطاقة.

تعتمد معظم السيارات الكهربائية على ناقل حركة أحادي السرعة لإبطاء الدوران بين المحرك والعجلات.مثل محركات الاحتراق الداخلي، تكون المحركات الكهربائية أكثر كفاءة عند عدد دورات المحرك المنخفض والحمل العالي.

في حين أن السيارة الكهربائية قد تحصل على نطاق مناسب مع ترس واحد، فإن سيارات البيك أب وسيارات الدفع الرباعي الأثقل تستخدم ناقل حركة متعدد السرعات لزيادة النطاق بسرعات عالية.

تعتبر السيارات الكهربائية متعددة التروس غير شائعة، واليوم، تستخدم سيارات Audi e-tron GT وPorsche Taycan فقط ناقل حركة ثنائي السرعات.

ثلاثة أنواع من المحركات

يتكون الجزء الدوار للمحرك التحريضي، الذي ولد في القرن التاسع عشر، من طبقات أو شرائح طولية من مادة موصلة، معظمها من النحاس وأحيانًا الألومنيوم.يُحدث المجال المغناطيسي الدوار للجزء الثابت تيارًا في هذه الصفائح، والذي بدوره يخلق مجالًا كهرومغناطيسيًا (EMF) يبدأ بالدوران داخل المجال المغناطيسي الدوار للجزء الثابت.

تسمى المحركات الحثية بالمحركات غير المتزامنة لأن المجال الكهرومغناطيسي المستحث وعزم الدوران لا يمكن توليدهما إلا عندما تتأخر سرعة الدوار عن المجال المغناطيسي الدوار.هذه الأنواع من المحركات شائعة لأنها لا تتطلب مغناطيسات أرضية نادرة كما أن تصنيعها رخيص نسبيًا.لكنها أقل قدرة على تبديد الحرارة عند الأحمال العالية المستمرة، وتكون بطبيعتها أقل كفاءة عند السرعات المنخفضة.

المحرك ذو المغناطيس الدائم، كما يوحي الاسم، يتمتع الدوار الخاص به بمغناطيسية خاصة به ولا يحتاج إلى طاقة لإنشاء المجال المغناطيسي للدوار.فهي أكثر كفاءة بسرعات منخفضة.يدور هذا الجزء المتحرك أيضًا بشكل متزامن مع المجال المغناطيسي الدوار للجزء الثابت، لذلك يطلق عليه محرك متزامن.

ومع ذلك، فإن مجرد تغليف الدوار بالمغناطيس له مشاكله الخاصة.أولاً، يتطلب هذا مغناطيسًا أكبر، ومع الوزن الإضافي، قد يكون من الصعب الحفاظ على المزامنة بسرعات عالية.لكن المشكلة الأكبر تكمن في ما يسمى "المجال الكهرومغناطيسي الخلفي" عالي السرعة، والذي يزيد من السحب، ويحد من الطاقة القصوى، ويولد حرارة زائدة يمكن أن تلحق الضرر بالمغناطيس.

لحل هذه المشكلة، تحتوي معظم محركات المغناطيس الدائم في المركبات الكهربائية على مغناطيسات داخلية دائمة (IPMs) تنزلق في أزواج إلى أخاديد طولية على شكل حرف V، مرتبة في فصوص متعددة تحت سطح القلب الحديدي للدوار.

يحافظ الأخدود على شكل V على سلامة المغناطيس الدائم عند السرعات العالية، ولكنه يخلق عزم دوران ممانعة بين المغناطيسات.تنجذب المغناطيسات إلى مغناطيسات أخرى أو تتنافر معها، لكن التردد العادي يجذب فصوص الجزء الدوار الحديدي إلى المجال المغناطيسي الدوار.

تعمل المغناطيسات الدائمة عند السرعات المنخفضة، بينما يتولى عزم الممانعة السيطرة عند السرعات العالية.يتم استخدام بريوس في هذا الهيكل.

النوع الأخير من المحركات المثارة بالتيار لم يظهر إلا مؤخرًا في السيارات الكهربائية. كلا المحركين المذكورين أعلاه عبارة عن محركات بدون فرش. تقول الحكمة التقليدية أن المحركات بدون فرش هي الخيار الوحيد القابل للتطبيق للسيارات الكهربائية.وقد خالفت شركة BMW مؤخرًا القاعدة وقامت بتركيب محركات متزامنة تعمل بالتيار المتردد ومفعمة بالتيار على طرازي i4 و iX الجديدين.

يتفاعل الجزء الدوار من هذا النوع من المحركات مع المجال المغناطيسي الدوار للجزء الثابت، تمامًا مثل الجزء الدوار ذو المغناطيس الدائم، ولكن بدلاً من وجود مغناطيس دائم، فإنه يستخدم ستة فصوص نحاسية عريضة تستخدم الطاقة من بطارية DC لإنشاء المجال الكهرومغناطيسي اللازم .

يتطلب ذلك تركيب حلقات انزلاقية وفرش زنبركية على عمود الدوار، لذلك يخشى بعض الأشخاص من تآكل الفرش وتراكم الغبار ويتخلون عن هذه الطريقة.بينما يتم وضع مجموعة الفرشاة في حاوية منفصلة بغطاء قابل للإزالة، يبقى أن نرى ما إذا كان تآكل الفرشاة يمثل مشكلة أم لا.

يؤدي غياب المغناطيس الدائم إلى تجنب ارتفاع تكلفة العناصر الأرضية النادرة والتأثير البيئي للتعدين.يتيح هذا الحل أيضًا تغيير قوة المجال المغناطيسي للدوار، مما يتيح المزيد من التحسين.ومع ذلك، فإن تشغيل الدوار لا يزال يستهلك بعض الطاقة، مما يجعل هذه المحركات أقل كفاءة، خاصة عند السرعات المنخفضة، حيث تمثل الطاقة اللازمة لإنشاء المجال المغناطيسي نسبة أكبر من إجمالي الاستهلاك.

في التاريخ القصير للسيارات الكهربائية، تعد المحركات المتزامنة التي تعمل بالتيار المتردد جديدة نسبيًا، ولا يزال هناك مجال كبير لتطوير أفكار جديدة، وكانت هناك نقاط تحول رئيسية، مثل انتقال تسلا من مفاهيم المحركات التحريضية إلى المحركات الدائمة محرك متزامن مغناطيسي.لقد مر أقل من عقد من الزمن على عصر السيارات الكهربائية الحديثة، وقد بدأنا للتو.