דברים שכדאי לדעת על מנועים לרכב חשמלי

חובבי רכב תמיד היו פנאטים לגבי מנועים, אבל אי אפשר לעצור את החשמול, וייתכן שצריך לעדכן את מאגרי הידע של חלק מהאנשים.

המוכר ביותר כיום הוא מנוע ארבע פעימות, שהוא גם מקור הכוח לרוב כלי הרכב המונעים בבנזין.בדומה למנועי הרוטור ארבע פעימות, שתי פעימות ווואנקל של מנועי בעירה פנימית, ניתן לחלק את מנועי הרכב החשמלי למנועים סינכרוניים ולמנועים אסינכרוניים לפי ההבדל ברוטורים.מנועים אסינכרוניים נקראים גם מנועי אינדוקציה, בעוד מנועים סינכרוניים מכילים מגנטים קבועים.וזרם כדי לעורר את המנוע.

סטטור ורוטור

כל סוגי המנועים לרכב חשמלי מורכבים משני חלקים עיקריים: סטטור ורוטור.

סטטור▼

הסטטור הוא החלק של המנוע שנשאר נייח והוא הבית הקבוע של המנוע, המותקן על השלדה כמו בלוק המנוע.הרוטור הוא החלק הנע היחיד של המנוע, בדומה לגל הארכובה, ששולח מומנט החוצה דרך תיבת ההילוכים והדיפרנציאל.

הסטטור מורכב משלושה חלקים: ליבת סטטור, סלילת סטטור ומסגרת.החריצים המקבילים הרבים בגוף הסטטור מלאים בפיתולי נחושת המחוברים ביניהם.

פיתולים אלה מכילים תוספות נחושת מסודרות מסיכות ראש שמגבירות את צפיפות מילוי החריצים ומגע ישיר בין חוט לחוט.פיתולים צפופים מגדילים את קיבולת המומנט, בעוד שהקצוות ממוקמים בצורה מסודרת יותר, ומפחיתים את הנפח עבור חבילה כוללת קטנה יותר.

סטטור ורוטור▼

תפקידו העיקרי של הסטטור הוא ליצור שדה מגנטי מסתובב (RMF), בעוד שתפקידו העיקרי של הרוטור הוא להיחתך על ידי קווי הכוח המגנטי בשדה המגנטי המסתובב כדי ליצור (פלט) זרם.

המנוע משתמש בזרם חילופין תלת פאזי כדי להגדיר את שדה הסיבוב, והתדירות וההספק שלו נשלטים על ידי אלקטרוניקת כוח המגיבה למאיץ.סוללות הן התקני זרם ישר (DC), כך שהאלקטרוניקה של הרכב החשמלי כוללת מהפך DC-AC המספק לסטטור את זרם ה-AC הדרוש ליצירת השדה המגנטי המסתובב המשתנה החשוב כל כך.

אבל כדאי לציין שהמנועים האלה הם גם גנרטורים, כלומר הגלגלים יניעו לאחור את הרוטור בתוך הסטטור, ויגרמו לשדה מגנטי מסתובב בכיוון השני, וישלחו כוח חזרה לסוללה באמצעות ממיר AC-DC.

תהליך זה, המכונה בלימה רגנרטיבית, יוצר גרר ומאט את מהירות הרכב.התחדשות היא הליבה לא רק של הרחבת הטווח של כלי רכב חשמליים, אלא גם של היברידיות יעילות במיוחד, שכן התחדשות נרחבת משפרת את צריכת הדלק.אבל בעולם האמיתי, התחדשות אינה יעילה כמו "גלגול המכונית", מה שמונע אובדן אנרגיה.

רוב רכבי החשמל מסתמכים על תיבת הילוכים עם מהירות אחת כדי להאט את הסחרור בין המנוע לגלגלים.כמו מנועי בעירה פנימית, מנועים חשמליים הם היעילים ביותר בסל"ד נמוך ובעומס גבוה.

בעוד ש-EV עשוי לקבל טווח הגון עם הילוך בודד, טנדרים ורכבי שטח כבדים יותר משתמשים בתמסורות מרובות הילוכים כדי להגדיל את הטווח במהירויות גבוהות.

רכבי חשמליים מרובי הילוכים אינם נפוצים, וכיום, רק אודי e-tron GT ופורשה טייקאן משתמשים בתיבות הילוכים דו-הילוכים.

שלושה סוגי מנועים

הרוטור של מנוע האינדוקציה, שנולד במאה ה-19, מורכב משכבות אורכיות או רצועות של חומר מוליך, לרוב נחושת ולעיתים אלומיניום.השדה המגנטי המסתובב של הסטטור משרה זרם ביריעות אלו, אשר בתורו יוצר שדה אלקטרומגנטי (EMF) שמתחיל להסתובב בתוך השדה המגנטי המסתובב של הסטטור.

מנועי אינדוקציה נקראים מנועים אסינכרוניים מכיוון שהשדה האלקטרומגנטי המושרה והמומנט הסיבובי יכולים להיווצר רק כאשר מהירות הרוטור מפגרת מאחורי השדה המגנטי המסתובב.סוגים אלו של מנועים נפוצים מכיוון שהם אינם דורשים מגנטים של אדמה נדירה והם זולים יחסית לייצור.אבל הם פחות מסוגלים לפזר חום בעומסים גבוהים מתמשכים, והם מטבעם פחות יעילים במהירויות נמוכות.

מנוע מגנט קבוע, כפי שהשם מרמז, לרוטור שלו יש מגנטיות משלו ואינו דורש כוח כדי ליצור את השדה המגנטי של הרוטור.הם יעילים יותר במהירויות נמוכות.רוטור כזה מסתובב גם באופן סינכרוני עם השדה המגנטי המסתובב של הסטטור, ולכן הוא נקרא מנוע סינכרוני.

עם זאת, פשוט לעטוף את הרוטור במגנטים יש בעיות משלה.ראשית, זה דורש מגנטים גדולים יותר, ועם תוספת המשקל, זה יכול להיות קשה לשמור על סנכרון במהירויות גבוהות.אבל הבעיה הגדולה יותר היא מה שנקרא "EMF אחורי" המהיר, שמגביר את הגרר, מגביל את הכוח העליון ויוצר עודף חום שעלול לפגוע במגנטים.

כדי לפתור בעיה זו, לרוב מנועי המגנט הקבוע של הרכב החשמלי יש מגנטים קבועים פנימיים (IPMs) המחליקים בזוגות לתוך חריצים אורכיים בצורת V, המסודרים במספר אונות מתחת לפני השטח של ליבת הברזל של הרוטור.

חריץ ה-V שומר על בטיחות המגנטים הקבועים במהירויות גבוהות, אך יוצר מומנט חוסר רצון בין המגנטים.מגנטים נמשכים או נדחים על ידי מגנטים אחרים, אבל חוסר רצון רגיל, מושך את האונות של רוטור הברזל לשדה המגנטי המסתובב.

המגנטים הקבועים נכנסים לפעולה במהירויות נמוכות, בעוד מומנט חוסר הרצון משתלט במהירויות גבוהות.פריוס משמש במבנה זה.

הסוג האחרון של מנוע מעורר זרם הופיע רק לאחרונה בכלי רכב חשמליים.שני המנועים לעיל הם מנועים ללא מברשות.החוכמה הקונבנציונלית גורסת שמנועים ללא מברשות הם האפשרות הקיימת היחידה עבור כלי רכב חשמליים.וב.מ.וו יצאה לאחרונה נגד הנורמה והתקינה מנועים סינכרוניים AC מורגשים בזרם מוברש בדגמי i4 ו-iX החדשים.

הרוטור של סוג זה של מנוע יוצר אינטראקציה עם השדה המגנטי המסתובב של הסטטור, בדיוק כמו רוטור מגנט קבוע, אך במקום לקבל מגנטים קבועים, הוא משתמש בשש אונות נחושת רחבות המשתמשות באנרגיה מסוללת DC כדי ליצור את השדה האלקטרומגנטי הדרוש .

הדבר מצריך התקנת טבעות החלקה ומברשות קפיצים על גל הרוטור, ולכן יש אנשים שחוששים שהמברשות יישחקו ויצברו אבק ויינטשו שיטה זו.בעוד שמערך המברשות סגור במארז נפרד עם כיסוי הניתן להסרה, נותר לראות אם בלאי מברשות מהווה בעיה.

היעדר מגנטים קבועים מונע את העלייה בעלות של כדורי אדמה נדירים ואת ההשפעה הסביבתית של הכרייה.פתרון זה מאפשר גם לשנות את עוצמת השדה המגנטי של הרוטור, ובכך לאפשר אופטימיזציה נוספת.ובכל זאת, הפעלת הרוטור עדיין צורכת מעט כוח, מה שהופך את המנועים הללו לפחות יעילים, במיוחד במהירויות נמוכות, כאשר האנרגיה הנדרשת ליצירת השדה המגנטי היא חלק גדול יותר מהצריכה הכוללת.

בהיסטוריה הקצרה של כלי רכב חשמליים, מנועי AC סינכרוניים מתרגשים בזרם הם חדשים יחסית, ועדיין יש הרבה מקום לרעיונות חדשים להתפתח, והיו נקודות מפנה גדולות, כמו המעבר של טסלה ממושגים של מנועי אינדוקציה לקבועים. מנוע סינכרוני מגנטים.ואנחנו פחות מעשור לעידן ה-EV המודרני, ואנחנו רק התחלנו.