إذا كنت مهتمًا بالتعمق في تكنولوجيا محركات الاحتراق الداخلي، فيجب أن تكون مستعدًا لوابل من العديد من المفاهيم المختلفة. محركات ذات سحب طبيعي، محركات توربينية، حقن مباشر، حقن غير مباشر، أو حقن مباشر وغير مباشر! البنزين والديزل والغاز الطبيعي المضغوط وغاز البترول المسال ودورة أتكينسون ودورة ميلر ودورة بوداك ودورة الديزل ودورة أوتو (انظر محرك Mazda Skyactiv-X)، توربو ذو هندسة ثابتة، توربو ذو هندسة متغيرة، توربو مزدوج التمرير، توقيت عمود الحدبات المتغير ... والقائمة تطول.
السؤال الذي يطرح نفسه بشكل تلقائي تقريبًا هو: لماذا لدينا الكثير من تصميمات ومفاهيم محركات الاحتراق الداخلي؟ الجواب بسيط - لأن أياً منهم ليس جيداً بما فيه الكفاية من وجهة نظر الكفاءة. في السعي لتحسين الكفاءة، تم تقديم العديد من التصاميم عبر تاريخ السيارات من قبل المهندسين. هل هذا التنوع في التصاميم مناسب للمحركات الكهربائية أيضًا؟ كم عدد أنواع المحركات الموجودة لدينا في التنقل الإلكتروني؟ الجواب هو فقط 3 منها رئيسية. دعونا نتعرف عليهم.
المحرك التعريفي غير المتزامن - درس تاريخي موجز
المحرك التعريفي غير المتزامن ليس شيئًا جديدًا. لقد تم اختراعه من قبل باحثين مستقلين - نيكولا تيسلا وجاليليو فيراريس. على الرغم من أن المخترع الإيطالي قام بتطوير هذا المحرك لأول مرة في عام 1885، إلا أن نيكولا تيسلا كان أول من قدم براءة الاختراع في عام 1888.
يعد اختراع المحرك التعريفي بلا شك أحد أعظم الإنجازات في تسخير الكهرباء لتشغيل حياتنا. إن اعتماد هذا النوع من المحركات منتشر على نطاق واسع هذه الأيام، بحيث يصعب تخيل الحياة اليومية بدونه. تستخدم العديد من الأجهزة الكهربائية تلك المحركات والغالبية العظمى من المحركات الصناعية هي من النوع التحريضي غير المتزامن.
كيف يعمل المحرك التعريفي غير المتزامن؟
تحتوي جميع المحركات الكهربائية على جزأين رئيسيين. يسمى الجزء الثابت بالجزء الثابت ويسمى الجزء الدوار بالدوار. لنبدأ بالجزء الثابت - عادةً ما يكون عبارة عن أسطوانة فولاذية ذات فتحات وملفات نحاسية منسوجة بهندسة محددة. يتم تغذية هذه الملفات بتيار متردد ثلاثي الطور تم تحويله من التيار المستمر (الذي توفره البطارية) في إلكترونيات الطاقة. يخلق هذا التيار مجالًا مغناطيسيًا دوارًا في الجزء الثابت، وتسمى سرعة هذا المجال المغناطيسي الدوار بالسرعة المتزامنة.
في الجوهر، إليك كيفية عمل هذا النوع من المحركات: يتم وضع جهد التيار المتردد على الملفات النحاسية (أو اللفات) ونتيجة لذلك نحصل على مجال مغناطيسي دوار، هذا المجال يحفز الجهد في الجزء الدوار والذي بدوره يؤدي إلى تدفق التيار. ينتج تدفق التيار هذا مجالًا مغناطيسيًا دوارًا خاصًا به في الجزء المتحرك والذي يتخلف عن المجال المغناطيسي للجزء الثابت. القوة بين المجالين المغناطيسيين والتي تؤدي في نهاية المطاف إلى تحريك الجزء المتحرك تسمى قوة لورنتز. يتم بعد ذلك نقل حركة الدوار إلى عجلات السيارة من خلال التخفيض المناسب.
يُسمى هذا المحرك غير متزامن لأن المجال المغناطيسي الدوار للعضو الدوار والجزء الثابت غير متزامنين. يأتي الجزء التحريضي من المجال المغناطيسي الدوار والجهد والتيار المستحث بواسطة الجزء الثابت. عندما نضغط على دواسة الوقود، يتأخر المجال المغناطيسي للدوار قليلاً عن الجزء الثابت. عندما نتباطأ ويعمل المحرك كمولد (الكبح المتجدد)، فإن المجال المغناطيسي الدوار للدوار يكون متقدمًا على الجزء الثابت. هذا الاختلاف في المجالات المغناطيسية الدوارة يسمى "الانزلاق" ويصل بشكل عام إلى 5% حسب تصميم المحرك.
تبلغ الكفاءة النموذجية للمحرك التحريضي غير المتزامن ثلاثي الطور المستخدم في صناعة السيارات حوالي 90%. نظرًا لقوته وبساطته وطول عمره وعدم متطلباته للمواد الغريبة، يتم استخدام هذا المحرك بشكل حصري تقريبًا في العمليات الصناعية. كما أن خصائصه الجيدة للحمل الزائد تجعله محركًا مثاليًا عند الطلب ولهذا السبب غالبًا ما يستخدم كمحرك أمامي في السيارات الكهربائية ذات الدفع الرباعي.
بعض السيارات التي تستخدم المحركات الحثية غير المتزامنة هي: Audi e-Tron SUV، Mercedes-Benz EQC، Tesla Model S،3، XandYon المحاور الأمامية وسيارات VW Group MEB تستخدمها على المحاور الأمامية أيضًا.
محرك مغناطيسي دائم متزامن
الفرق الأساسي بين المحركات الحثية غير المتزامنة والمحركات ذات المغناطيس الدائم المتزامن هو الطريقة التي يتم بها إنتاج وتفاعل المجالات المغناطيسية الدوارة في الجزء المتحرك والجزء الثابت. في المحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم، يوجد مجال مغناطيسي دوار أصلي، يتم إنشاؤه بواسطة مغناطيس دائم (ومن هنا اسم المحرك) في الدوار. يتم قفل المجالات المغناطيسية الدوارة للعضو الدوار والجزء الثابت في هذه المحركات ولا يوجد انزلاق.
يعد المغناطيس الدائم الموجود في الدوار أحد العناصر الأساسية التي تزيد من كثافة الطاقة وتحسن كفاءة المحرك. تعني زيادة كثافة الطاقة توفير طاقة عالية بحجم منخفض، ولهذا السبب يتم استخدام محركات المغناطيس الدائم حصريًا في السيارات الكهربائية الهجينة القابلة للشحن (PHEV). يوجد المحرك الكهربائي في هذه المركبات في علبة التروس وهناك قيود على المساحة.
يُصنع المغناطيس الدائم من مواد أرضية نادرة وتسيطر الصين على معظمها. هناك أسئلة حول الجوانب الأخلاقية لعملية التعدين، ولهذا السبب، يحاول العديد من المصنعين تقليل استخدام هذه المواد في محركاتهم. ومع ذلك، فإن محرك المغناطيس الدائم المتزامن هو ملك الكفاءة - حيث يمكن أن يصل إلى 94-95% وعندما يكون هناك محرك واحد فقط في السيارة، فهذا هو نوع المحرك المستخدم.
يتم استخدام محركات المغناطيس الدائم فيHyundai Ioniq 5 وKia EV6 وTesla Model S و3 وXandYon على المحاور الخلفية. تستخدمها سيارات VW Group MEB أيضًا على المحاور الخلفية، مثل Jaguar i-pace وAudi e-tron GT وPorsche Taycan على سبيل المثال لا الحصر.
محرك متزامن متحمس كهربائيا
توفر المحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم أعلى مستويات الكفاءة، إلا أن اعتمادها على العناصر الأرضية النادرة يثير المخاوف. ولمعالجة هذه المشكلة، لجأت شركات تصنيع مثل بي إم دبليو، ورينو جروب، وسمارت إلى بنية محرك هجين - محركات متزامنة لا تعتمد على مغناطيسات أرضية نادرة.
كيف تعمل هذه الآلات؟ بدلًا من استخدام المغناطيس الدائم في الجزء الدوار لتوليد التدفق، يستخدمون الفرش وحلقات الانزلاق. ووفقاً لشركة BMW، فإن هذا النوع من المحركات يوفر كفاءة تصل إلى 93%، وهي نسبة قريبة جداً من كفاءة المحركات ذات المغناطيس الدائم. على الرغم من أن المفهوم يبدو واعدًا، إلا أن إدراج الفرش يعني أنها ستحتاج في النهاية إلى الاستبدال. نأمل أن تقوم الشركات المصنعة التي تقوم بتطوير هذا النوع من المحركات باختيار فرش ذات عمر خدمة طويل بما فيه الكفاية.
تم استخدام تصميم المحرك هذا في سيارات BMW iX3 وiX وi4؛ رينو ميجانE‑TECH؛ والمعادل الذكي.
