قلب المركبات الكهربائية: دليل شامل لأنواع محركات السيارات الكهربائية وتطور التكنولوجيا

عند مناقشة السيارات الكهربائية، غالبًا ما يكون نطاق البطارية في مركز الاهتمام. ومع ذلك، فإن الروح الحقيقية للسيارة، المكون الذي يحول الطاقة الكهربائية إلى قوة للقيادة، هو محركها الكهربائي. على عكس التماثل النسبي لمحركات الاحتراق الداخلي على مدى القرن الماضي، يقدم مشهد السيارات الكهربائية صورة متطورة لتقنيات متنوعة ومتنافسة. إذًا، "ما هو نوع المحركات المستخدمة في السيارات الكهربائية؟"​ الجواب هو الاختيار الذي ولد من مصفوفة من المقايضات الهندسية - الكفاءة والتكلفة والأداء والاستدامة معًا تشكل هذه السيمفونية التكنولوجية. ستوفر هذه المقالة تحليلاً متعمقًا لتقنيات محركات السيارات الكهربائية السائدة والناشئة وسترشدك إلى منصة احترافية لاستكشاف أعمق:www.pumbaaev.com.

​I. الأسس التقنية: مبادئ العمل وخصائص المحركين الرئيسيين للمركبات الكهربائية​

في الوقت الحالي، يستخدم أكثر من 95% من السيارات الكهربائية ذات الإنتاج الضخم في المقام الأول اثنتين من تقنيات المحركات: المحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم والمحركات الحثية ذات التيار المتردد.

​1. المحرك المتزامن ذو المغناطيس الدائم (PMSM).​

باعتبارها التكنولوجيا السائدة السائدة في السوق اليوم، يتم استخدام PMSM على نطاق واسع لقيادة المحور الأمامي أو الخلفي نظرًا لكفاءتها الاستثنائية.

• ​المبدأ الفني الأساسي:​

  تم دمج دوارها مع مغناطيس دائم عالي القوة (مصنوع عادة من مواد أرضية نادرة مثل النيوديميوم والحديد والبورون). عندما يتم تنشيط ملفات الجزء الثابت بتيار متردد ثلاثي الطور لتوليد مجال مغناطيسي دوار، يدور المجال المغناطيسي الدائم على الجزء المتحرك بتزامن صارم معه، مع عدم وجود فرق في السرعة (الانزلاق) تقريبًا، ومن هنا جاء اسم "متزامن". هذا "القفل" المغناطيسي المباشر هو أساس كفاءته العالية.

• ​تحليل متعمق للمزايا الأساسية:​

  • ​ذروة الكفاءة وكثافة الطاقة العالية:​​ يحافظ نظام PMSM على كفاءة تحويل عالية للغاية (غالبًا ما تزيد عن 95%) عبر معظم نطاق التشغيل الخاص به، خاصة في نطاقات السرعة المتوسطة إلى المنخفضة ونطاقات عزم الدوران المتوسطة إلى العالية المستخدمة بشكل شائع في القيادة داخل المدينة. وهذا يعني تقليل إهدار الطاقة الكهربائية، مما يساهم بشكل مباشر في زيادة نطاق القيادة. وتساعد خاصية "الحجم الصغير والقوة العالية" أيضًا في تعبئة المركبات ووزنها الخفيف.

  • ​أداء تحكم ممتاز:بفضل المجال المغناطيسي المستقر من المغناطيس الدائم، يكون التحكم في المحرك دقيقًا وسريع الاستجابة، مما يوفر خرج عزم دوران سلسًا وفوريًا لتجربة قيادة محسنة وخطية.

  • ​احتياجات التبريد المبسطة:​​ مصدر الحرارة الرئيسي موجود في الجزء الثابت (اللفات)، مع الحد الأدنى من تسخين الدوار، مما يجعل تصميم نظام التبريد واضحًا نسبيًا.

• ​التحديات:​​

  • ​الاعتماد على العناصر الأرضية النادرة والتكلفة:إن العناصر الأرضية النادرة (مثل الديسبروسيوم والتيربيوم) الموجودة في المغناطيس الدائم باهظة الثمن، وسلسلة التوريد الخاصة بها مركزة، مما يشكل مخاطر جيوسياسية وتقلبات في الأسعار.

  • ​التحكم المعقد في إضعاف المجال عالي السرعة:​​ عند السرعات العالية جدًا، تكون هناك حاجة إلى استراتيجيات تحكم إضافية "لإضعاف" مجال المغناطيس الدائم لمنع الجهد الزائد، مما يزيد من تعقيد وحدة التحكم.

• ​نماذج التطبيق النموذجية:​

  وحدة الدفع الخلفي في Tesla Model 3/Y، ومجموعة المحرك الكهربائي 8 في 1 في BYD Dolphin/Han EV، NIO ET7، XPeng P7، ومعظم الموديلات الكهربائية من Hyundai وKia وGM وغيرها من العلامات التجارية.

​2.المحرك التعريفي AC (محرك غير متزامن).​

ابتكره نيكولا تيسلا وأعادته شركة تيسلا موتورز إلى الاتجاه السائد، وهو حل كلاسيكي وموثوق وقوي.

• المبدأ الفني الأساسي:​

  يستخدم الدوار هيكل "قفص السنجاب" المصنوع من قضبان موصلة ولا يحتوي على مغناطيس دائم. يستحث المجال المغناطيسي الدوار للجزء الثابت تيارًا في قضبان الدوار القصيرة. وهذا التيار بدوره يخلق المجال المغناطيسي للدوار. يطارد حقل الجزء المتحرك بشكل دائم حقل الجزء الثابت دون تحقيق التزامن (يوجد انزلاق)، ومن هنا جاء الاسم "غير متزامن". هذا الانزلاق هو الذي يولد عزم الدوران.

• ​تحليل متعمق للمزايا الأساسية:​

  • التكلفة والمتانة: بناء بسيط وقوي، ولا يتطلب أي مواد أرضية نادرة، وعادةً ما تكون تكاليف تصنيعه أقل. طبيعتها الوعرة تسمح لها بتحمل درجات الحرارة القصوى وظروف التحميل الزائد، مما يؤدي إلى انخفاض معدلات الفشل.

  • أداء وموثوقية عالي السرعة: مع عدم وجود مغناطيس دائم، لا يوجد خطر إزالة المغناطيسية، مما يجعله مناسبًا جدًا للتشغيل المستمر عالي السرعة في الدقيقة. إن التحكم في إضعاف المجال أبسط بطبيعته.

  • صيانة منخفضة وكبح متجدد: لا يتطلب أي صيانة تقريبًا ويمكنه تحويل الطاقة الحركية بكفاءة إلى طاقة كهربائية للبطارية أثناء السير أو الكبح.

• التحديات:​

  • كفاءة التحميل الجزئي: عادة ما تكون كفاءتها أقل قليلاً من PMSM في ظل ظروف مثل الإبحار منخفض الحمل لأنها تتطلب تيارًا لإنشاء المجال المغناطيسي للدوار (تيار الممغنطة).

  • كثافة الطاقة: لتحقيق نفس خرج الطاقة، عادة ما يكون حجمها ووزنها أكبر قليلاً من PMSM المكافئ.

• نماذج التطبيق النموذجية:​

  محرك المحور الأمامي في Tesla Model S/X (النماذج المبكرة)، وبعض طرازات Audi e-tron، وغالبًا ما يستخدم في أنظمة المحرك المزدوج جنبًا إلى جنب مع PMSM في العديد من المركبات التجارية الكهربائية والسيارات عالية الأداء للاستفادة من نقاط قوتها.

​ثانيا. مقارنة التكنولوجيا: الاختيار الاستراتيجي بين PMSM والمحرك التعريفي​

اتجاه الصناعة: يتبنى العديد من صانعي السيارات استراتيجية التكوين المختلط - في نماذج الدفع الرباعي ذات المحرك المزدوج، قد يستخدم المحور الأمامي محركًا تحريضيًا (يوازن بين الكفاءة والتكلفة)، بينما يستخدم المحور الخلفي PMSM (للحصول على ذروة القوة والكفاءة)، أو العكس. وهذا يسمح بأداء "Ludicrous Mode" المتفجر مع الاعتماد بشكل أساسي على المحرك الفعال أثناء الإبحار، مما يحقق التوازن الأمثل بين الأداء والمدى.

​

ثالثا. النجوم الصاعدة والبدائل: تقنيات السيارات الكهربائية الناشئة

لمعالجة الاعتماد على العناصر الأرضية النادرة والاختناقات التقنية، يعمل المهندسون بنشاط على تطوير تقنيات المحركات من الجيل التالي:

• المحرك المتزامن المثار كهربائيا (EESM):​​

  هذه تقنية واعدة "لأفضل ما في العالمين". إنه يستبدل المغناطيس الدائم بملف نشط (مغناطيس كهربائي) على الدوار. من خلال التحكم في تيار الإثارة، يمكن تعديل قوة مجال الدوار ديناميكيًا - مما يؤدي إلى إضعاف المجال عند السرعات العالية لتحقيق الكفاءة وتقويته أثناء التسارع للحصول على أقصى عزم دوران. بدأ الجيل الخامس من محرك BMW الإلكتروني (iX وi4 وما إلى ذلك) وبعض موديلات Renault في استخدامه. فهو يجمع بين الكفاءة العالية والتصميم الخالي من العناصر الأرضية النادرة وإمكانية التحكم العالية، وإن كان بهيكل أكثر تعقيدًا قليلاً.

• محرك التردد المتغير (SRM):​

  أحد أبسط الهياكل الحركية، حيث يتم تصنيع كل من العضو الدوار والعضو الثابت من فولاذ السيليكون الرقائقي ذي الأعمدة البارزة. الدوار ليس لديه مغناطيس ولا اللفات. يتم توليد عزم الدوران بناءً على مبدأ الحد الأدنى من الممانعة المغناطيسية. لديها إمكانات كبيرة بتكلفة منخفضة للغاية، وسرعات عالية جدًا، وموثوقية شديدة (تحمل درجات الحرارة العالية). وتتمثل التحديات الرئيسية في تموج عزم الدوران الذي يؤدي إلى الضوضاء والاهتزاز والتحكم المعقد للغاية. يُستخدم حاليًا بشكل أساسي في المركبات التجارية/المتخصصة، وهو موضوع بحث ساخن في الأوساط الأكاديمية والصناعة.

​

رابعا. ما وراء المحرك: نظام القيادة الإلكترونية الكامل​

إن اختيار محرك EV لا يقتصر فقط على اختيار ترتيب من المغناطيس أو الأسلاك النحاسية. إنه ينطوي على تآزر نظام القيادة الكهربائية بالكامل:

1. العاكس: "الدماغ" الذي يحول طاقة بطارية التيار المستمر إلى التيار المتردد الذي يحتاجه المحرك. يحدد أداء وحدات IGBT أو SiC (كربيد السيليكون) بشكل مباشر كفاءة إخراج المحرك واستجابته.

2. ​مخفض السرعة/علبة التروس: تحتاج السيارات الكهربائية عادةً إلى مخفض سرعة واحد فقط، لكن كفاءة نقل الحركة وأداء NVH (الضوضاء والاهتزاز والخشونة) أمر بالغ الأهمية.

3. نظام الإدارة الحرارية: يعتمد الأداء المستدام للمحرك على قدرة تبديد الحرارة. أصبحت تقنية تبريد الزيت المتقدمة معيارًا للمحركات عالية الأداء.

4. تكامل النظام: تعد أنظمة القيادة الإلكترونية "متعددة الإمكانات" المتكاملة للغاية (محرك مدمج، ووحدة تحكم، ومخفض سرعة، وشاحن داخلي، وما إلى ذلك) هي الاتجاه السائد الحالي، مما يوفر المساحة والوزن بشكل كبير.

​

خامسًا: الغوص العميق واكتساب الموارد: من النظرية إلى التطبيق

بالنسبة للمهندسين أو المتحمسين المتقدمين أو رواد الأعمال أو طلاب السيارات، فإن فهم هذه المبادئ هو مجرد خطوة أولى. إذا كنت بحاجة إلى:

• الحصول على المعلمات التقنية التفصيلية لنماذج محركات محددة

• الحصول على محركات أو وحدات تحكم أو أنظمة محرك إلكتروني كاملة عالية الجودة للتحويلات أو تطوير النماذج الأولية؛

• تعرف على أحدث تقنيات تبريد الزيت، أو وحدات تحكم SiC، أو حلول المحور الإلكتروني المتكاملة؛​

• الحصول على الاستشارات الفنية لمشاريع محددة (على سبيل المثال، تحويل المركبات الكهربائية، وكهربة المركبات).

إذًا يعد وجود منصة احترافية وغنية بالموارد أمرًا ضروريًا. نوصي بزيارةwww.pumbaaev.com. لا تقدم المنصة تحليلاً فنيًا متعمقًا للصناعة ومراجعات للمنتجات فحسب، بل تعمل أيضًا كجسر يربط المستخدمين المحترفين بمكونات وحلول مجموعة نقل الحركة للمركبات الكهربائية عالية الجودة. سواء كنت منخرطًا في البحث الأكاديمي أو التطوير الهندسي العملي، يمكنك العثور على معلومات وموارد قيمة هناك.

​

الاستنتاج

وبالعودة إلى السؤال الأولي: ما هو نوع المحركات المستخدمة في السيارات الكهربائية؟ الجواب هو مصفوفة تكنولوجية ديناميكية. تهيمن المحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم (PMSM) على كفاءتها العالية؛ ​تحتفظ المحركات الحثية ذات التيار المتردد بمكانتها بقوة في السيارات عالية الأداء والتكوينات المختلطة بفضل موثوقيتها وقدراتها عالية السرعة؛ في حين أن التقنيات الخالية من العناصر الأرضية النادرة مثل المحرك المتزامن المثار كهربائيًا (EESM) تستعد للنمو، مما يمثل مستقبلًا مستدامًا. يعكس اختيار كل محرك الحسابات الدقيقة التي تجريها شركة تصنيع السيارات فيما يتعلق بالأداء والتكلفة والمدى وأمن سلسلة التوريد.

إن الثورة التكنولوجية للسيارات الكهربائية لم تنته بعد، وسيكون تطور تكنولوجيا المحركات أحد محركاتها الأساسية. لمواكبة هذا التحول التكنولوجي المثير وتحويل المعرفة إلى ممارسة، تأكد من وضع إشارة مرجعية وزيارةwww.pumbaaev.comللحصول على أحدث قاعدة معرفية احترافية ودعم الموارد في أنظمة نقل الحركة في المركبات الكهربائية.