נסיעת מבחן מנוע סינכרוני: מה זה אומר?
מכוניות חשמליות עדיין מאפילות על ידי פיתוח סוללות
ההתפתחות המהירה של הרכבות היברידיות והתקדמות חסרת תקדים בשנים האחרונות בתחום הרכבים החשמליים הם המוקד העיקרי בפיתוח טכנולוגיית המצברים. הם דורשים מקסימום משאבים ממפתחים ומהווים אתגר הגדול ביותר עבור מעצבים. עם זאת, אין לזלזל בעובדה שהתקדמות בפיתוח טכנולוגיות ליתיום-יון מתקדמות מלווה בהתקדמות משמעותית בתחום ויסות ההספק של זרמים חשמליים ומנועים חשמליים. הסתבר שלמרות שמנועים חשמליים בעלי יעילות גבוהה, יש להם תחום רציני לפיתוח.
מעצבים מצפים כי ענף זה יצמח בקצב גבוה במיוחד, לא רק מכיוון שכלי רכב חשמליים הופכים לנפוצים יותר, אלא גם משום שחישמול של כלי רכב המונעים בעירה הוא מרכיב חשוב ברמות הפליטה שנקבעו באיחוד האירופי.
למרות שלמנוע החשמלי יש היסטוריה ארוכה, מעצבים מתמודדים עם אתגרים חדשים כיום. מנועים חשמליים, בהתאם למטרה, יכולים להיות בעלי עיצוב צר וקוטר גדול או קוטר קטן ומרכב ארוך. התנהגותם ברכבים חשמליים טהורים שונה מזו בהיברידיות, שם יש להתחשב בחום שנוצר ממנוע הבעירה. לרכבים חשמליים טווח המהירות רחב יותר, ויש להתאים את אלה המותקנים במערכת היברידית מקבילה בתיבת ההילוכים לפעולה בטווח המהירות של מנוע הבעירה. רוב המכונות פועלות על מתח גבוה, אך מכונות חשמליות של 48 וולט יהפכו פופולריות יותר ויותר.
מדוע מנועי זרם חילופין
למרות העובדה שמקור החשמל אצל הסוללה הוא זרם ישר, מעצבי מערכות החשמל אינם חושבים כיום להשתמש במנועי DC. אפילו אם לוקחים בחשבון הפסדי המרה, יחידות AC, במיוחד סינכרוניות, עולות על יחידות DC. אבל מה בעצם אומר מנוע סינכרוני או אסינכרוני? אנו נכיר לכם את החלק הזה של עולם הרכב מכיוון שבעוד שמכוניות חשמליות קיימות זה מכבר במכוניות בצורה של סטרטרים ואלטרנטורים, לאחרונה הוצגו בתחום זה טכנולוגיות חדשות לחלוטין.
טויוטה, GM ו- BMW הם כיום כמה מהיצרנים הבודדים שהשתלטו על פיתוחם וייצורם של מנועים חשמליים בעצמם. אפילו חברת הבת של טויוטה לקסוס מספקת מכשירים אלה לחברה אחרת, Aisin היפנית. רוב החברות מסתמכות על ספקים כגון ZF Sachs, סימנס, בוש, Zytec או חברות סיניות. מן הסתם, ההתפתחות המהירה של עסק זה מאפשרת לחברות כאלה ליהנות משותפויות עם יצרניות רכב. באשר לצד הטכנולוגי של הדברים, כיום, לצרכים של כלי רכב חשמליים וכלאיים, משתמשים בעיקר במנועים סינכרוני AC עם רוטור חיצוני או פנימי.
היכולת להמיר ביעילות סוללות DC לזרם זרם תלת פאזי ולהיפך נובעת בעיקר מהתקדמות טכנולוגית הבקרה. עם זאת, הרמות הנוכחיות באלקטרוניקה כוח מגיעות לרמות גבוהות פי כמה מאלו שנמצאות ברשת חשמל ביתית, ולעתים קרובות עולות על 150 אמפר. זה מייצר הרבה חום שעליו אלקטרוניקה כוח צריכה להתמודד. נכון לעכשיו, נפח התקני הבקרה האלקטרוניים עדיין גדול מכיוון שלא ניתן לצמצם מכשירי בקרת מוליכים למחצה אלקטרוניים באמצעות מטה קסם.
גם מנועים סינכרוניים וגם אסינכרונים הם סוג של מכונות חשמליות של שדה מגנטי מסתובב בעלות צפיפות הספק גבוהה יותר. באופן כללי, הרוטור של מנוע אינדוקציה מורכב מחבילה פשוטה של יריעות מוצקות עם פיתולים קצרים. זרם זורם בפיתולי הסטטור בזוגות מנוגדים, כאשר זרם מאחד משלושת הפאזות זורם בכל זוג. מאחר שבכל אחד מהם הוא מוסט בפאזה ב-120 מעלות ביחס לשני, מתקבל מה שנקרא השדה המגנטי המסתובב. זה, בתורו, גורם לשדה מגנטי ברוטור, והאינטראקציה בין שני שדות מגנטיים - סיבוב בסטטור והשדה המגנטי של הרוטור, מובילה לסחף של האחרון ולסיבוב הבא. עם זאת, בסוג זה של מנוע חשמלי, הרוטור תמיד מפגר אחרי השדה מכיוון שאם אין תנועה יחסית בין השדה לרוטור, הוא לא יגרום לשדה מגנטי ברוטור. לפיכך, רמת המהירות המרבית נקבעת על ידי תדירות זרם האספקה והעומס. עם זאת, בשל היעילות הגבוהה יותר של מנועים סינכרוניים, רוב היצרנים דבקים בהם.
מנועים סינכרוניים
ליחידות אלו יעילות וצפיפות הספק גבוהים משמעותית. הבדל משמעותי ממנוע אינדוקציה הוא שהשדה המגנטי ברוטור אינו נוצר על ידי אינטראקציה עם הסטטור, אלא הוא תוצאה של הזרם הזורם דרך הפיתולים הנוספים המותקנים בו, או מגנטים קבועים. לפיכך, השדה ברוטור והשדה בסטטור הם סינכרוניים, ומהירות המנוע המקסימלית תלויה גם בסיבוב השדה, בהתאמה, בתדירות הזרם והעומס. על מנת למנוע צורך באספקת חשמל נוספת לפיתולים, המגדילה את צריכת החשמל ומקשה על הרגולציה הנוכחית ברכבים חשמליים מודרניים ובדגמים היברידיים, משתמשים במנועים חשמליים עם מה שמכונה עירור קבוע, כלומר. עם מגנטים קבועים. כפי שכבר צוין, כמעט כל יצרני מכוניות כאלה משתמשים כיום ביחידות מסוג זה, ולכן, לדעת מומחים רבים, עדיין תהיה בעיה עם מחסור באלמנטים נדירים יקרים של אדמה נדירה ודיספרוסיום. מנועים סינכרוניים מגיעים בזנים שונים ובפתרונות טכנולוגיים מעורבים כמו BMW או GM, אך עליהם נספר עוד.
בנייה
מנועי רכב חשמליים גרידא מחוברים בדרך כלל ישירות לדפרנציאל ציר ההינע והכוח מועבר לגלגלים באמצעות צירי סרנים, מה שמפחית את הפסדי ההילוכים המכניים. עם פריסה זו מתחת לרצפה, מרכז הכובד מצטמצם ועיצוב הבלוק הכללי הופך קומפקטי יותר. המצב שונה לחלוטין עם הפריסה של דגמים היברידיים. עבור היברידיות מלאות כגון מצב יחיד (טויוטה ולקסוס) ומצב כפול (שברולט טאהו), המנועים החשמליים מקושרים בדרך כלשהי לגלגלי השיניים הפלנטריים במערכת ההנעה ההיברידית, ובמקרה זה הקומפקטיות מחייבת את העיצוב שלהם להיות ארוך וקטן יותר. קוֹטֶר. בהיברידיות מקבילות קלאסיות, דרישות קומפקטיות אומרות שהמכלול שמתאים בין גלגל התנופה לתיבת ההילוכים הוא בעל קוטר גדול יותר והוא שטוח למדי, כאשר יצרנים כמו Bosch ו-ZF Sachs מסתמכים אפילו על עיצוב רוטור בצורת דיסק. יש גם וריאציות של הרוטור - בעוד בלקסוס LS 600h האלמנט המסתובב ממוקם בפנים, בחלק מדגמי מרצדס הרוטור המסתובב נמצא בחוץ. העיצוב האחרון נוח במיוחד גם במקרים בהם המנועים החשמליים מותקנים במרכזי הגלגלים.
טקסט: ג'ורג'י קולב
