ما هو المحرك المستخدم في الحافلات الكهربائية؟ تحليل متعمق للتقنيات السائدة والاتجاهات المتطورة

في موجة التحول العالمية نحو وسائل النقل العام الحضرية الخالية من الانبعاثات، يؤثر المكون الأساسي الذي يحدد أداء الحافلات الكهربائية - محرك القيادة - بشكل مباشر على كفاءة السيارة ومداها وموثوقيتها. حاليًا، تتنافس حلول الصناعة حول كفاءة أعلى وتكامل أكبر وتحكم أكثر ذكاءً. ​تلبي أنظمة القيادة المتقدمة، مثل سلسلة المحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم (PMSM) ذات معدلات الطاقة التي تتراوح من 60 كيلووات إلى 350 كيلووات، المتطلبات الصارمة لمختلف المركبات بدءًا من الشاحنات الصغيرة إلى الحافلات الثقيلة من خلال تصميمات متكاملة للغاية.​توفر هذه المقالة تحليلاً متعمقًا لتقنيات المحركات السائدة والتحديات التقنية الرئيسية والاتجاهات المستقبلية التي تتضمن الحلول المتطورة في قطاع الحافلات الكهربائية.

أنا. مقارنة شاملة وتحليل متعمق لتقنيات المحركات السائدة

​1. المحرك المتزامن ذو المغناطيس الدائم (PMSM): الاختيار السائد للحافلات عالية الأداء​

أصبحت محركات PMSM هي الاتجاه السائد المطلق للحافلات الكهربائية المتوسطة إلى المتطورة نظرًا لكثافة الطاقة وكفاءتها الاستثنائية. يكمن جوهرها التقني في استخدام مواد مغناطيسية أرضية نادرة عالية الأداء (مثل مغناطيس النيوديميوم) لإنشاء المجال المغناطيسي للدوار.

​

تشمل الميزات التقنية المتقدمة الحالية ما يلي:​

• ​كثافة طاقة عالية وهيكل مدمج:​من خلال تصميم الدوائر المغناطيسية الأمثل، تحقق محركات الجيل الجديد زيادات كبيرة في الطاقة مع الحفاظ على هيكل مدمج. ​على سبيل المثال، تستخدم بعض نماذج PMSM المتقدمة دوارات المغناطيس الدائم الداخلي (IPM) وتصميمات محسنة لفتحات الجزء الثابت، مما يحقق كثافة عزم دوران عالية ونطاق واسع لسرعة الطاقة الثابتة، مما يتيح وضع وحدات القيادة عالية الطاقة ضمن مساحة الهيكل المحدودة.

• ​

• تحكم فعال وكامل المدى ووحدات تحكم متقدمة:​مع خوارزميات التحكم الميداني المتقدمة (FOC)، يحافظ المحرك على كفاءة عالية عبر نطاق واسع من السرعة. ​غالبًا ما تستخدم وحدة التحكم في المحرك المتقدمة (MCU) المطابقة تقنية تبريد الماء على الوجهين وتدعم استراتيجيات تعديل SVPWM، مما يضمن إنتاج ثابت عالي الطاقة وتشوهًا توافقيًا منخفضًا في ظل ظروف التشغيل عالية التردد.​​

•  

• ​التكامل والتخفيف:​أصبح التصميم المتكامل للغاية للمحرك وجهاز التحكم وعلبة التروس اتجاهًا. لا يقلل محور الدفع الإلكتروني "متعدد الإمكانات" هذا من مكونات الاتصال فحسب، بل يقلل أيضًا من وزن النظام. ​تتضمن الحلول المتكاملة الرائدة في الصناعة التصميم الشامل للمحرك وعلبة التروس ووحدة التحكم، مما يقلل بشكل فعال من عدد الأجزاء والحجم والوزن.​​

​

2. المحاور الإلكترونية المتكاملة: مسار مبتكر للقيادة المركزية​

الالمحور الإلكتروني للمحرك المركزيهو مسار تكنولوجي مهم آخر. إنه يدمج المحرك وعلبة التروس والترس التفاضلي بشكل كبير في مجموعة نقل الحركة المدمجة.

​

تنعكس مزاياها الأساسية وتقدمها التكنولوجي في:​

• ​التكامل العالي والتعبئة المريحة: تتميز المحاور الإلكترونية المصممة للحافلات والشاحنات بدرجة عالية من التكامل، مما يوفر مساحة أكبر لتخطيط الهيكل، وتسهيل وضع مجموعات البطاريات والأنظمة الأخرى.​

•  

• ​كفاءة وموثوقية ممتازة:يؤدي استخدام تصميم التروس الأمثل وأنظمة التشحيم الفعالة إلى زيادة كفاءة النقل. يضمن الاختبار الصارم للمقاعد والطرق موثوقية المنتج ومتانتهيوازن هذا النهج بين الكفاءة العالية لمحركات الأقراص المركزية التقليدية ومرونة التغليف.

ثانيا. التحديات التقنية الرئيسية والحلول المبتكرة لمحركات الحافلات الكهربائية

​

1. السعي النهائي للإدارة الحرارية: من التبريد الأساسي إلى التحكم الذكي في درجة الحرارة​

يعتمد التشغيل الفعال والمستقر للمحرك بشكل كبير على الإدارة الحرارية الممتازة. لقد تطورت الحلول المتطورة إلى حلول متطورةأنظمة تبريد تعاونية متعددة المسارات:

• ​

• تبريد الزيت المباشر لملف الجزء الثابت:​يتدفق زيت التبريد مباشرة داخل القنوات داخل اللفات دبوس الشعر، مما يوفر كفاءة عالية للغاية في إزالة الحرارة. ​تستخدم أنظمة الإدارة الحرارية المتقدمة إستراتيجيات لمراقبة درجات الحرارة بشكل مستقل في نقاط رئيسية متعددة داخل المحركمما يضمن أن النظام يعمل دائمًا ضمن نافذة درجة الحرارة المثالية.

• ​

• استراتيجيات التحكم الحراري الذكي:​​استنادًا إلى ردود فعل درجة الحرارة في الوقت الفعلي والنماذج التنبؤية، يتم تنظيم تدفق سائل التبريد وحمل المحرك ديناميكيًا. ​توفر بعض وحدات إمداد الطاقة المتكاملة المتقدمة (CDU)، والتي تجمع بين وظائف OBC وDCDC وPDU، أساسًا مستقرًا لتوزيع الطاقة للإدارة الحرارية للمركبة، بما في ذلك نظام القيادة الإلكترونية.​​

​

2. ضمان موثوقية النظام ومتانته: من التصميم إلى المراقبة​

في مواجهة التشغيل اليومي عالي الكثافة للحافلات، تعد الموثوقية أمرًا بالغ الأهمية. هذا يعتمد على:

• ​ترقيات المواد والعمليات الرئيسية:مثل استخدام مغناطيسات أرضية نادرة ذات درجة حرارة عالية وعالية الإكراه؛ ​من حيث العملية، تضمن تقنية اللف الآلي والتشريب الفراغي اتساق وموثوقية معالجة العزل​

•  

• ​استراتيجيات المطابقة والتحكم في السيارة بالكامل:تعتمد أنظمة القيادة الإلكترونية الناجحة على الخبرة العميقة في مطابقة المركبات بالكامل واستراتيجيات التحكم المتقدمة. على سبيل المثال، تتميز وحدات التحكم في المحرك المصممة خصيصًا للمركبات التجارية بمنطق تحكم محسن للتحكم الدقيق في عزم الدوران وتجربة قيادة سلسة. تم تحسين كفاءة تحويل الطاقة بشكل ملحوظ مقارنة بمتوسطات الصناعة​

ثالثا. التكامل والتآزر: اتجاهات التنمية على مستوى النظام

ستعتمد القدرة التنافسية المستقبلية للحافلات الكهربائية بشكل متزايد على التكامل العميق والتآزر الذكي لنظام القيادة مع أجزاء السيارة الأخرى.

​

1. منصات القيادة الإلكترونية والهيكل الكهربائي المتكامل​

تتجه أنظمة القيادة من الجيل التالي نحو دمج المحرك ووحدة التحكم وعلبة التروس والشاحن المدمج وما إلى ذلك في منصة واحدة. ​تسمح فلسفة التصميم القائمة على النظام الأساسي بتكييف نفس منصة القيادة الإلكترونية مع نماذج المركبات المختلفة ومتطلبات الطاقةالذهاب خطوة أبعد،تظهر حلول الشاسيه الكهربائية الكاملة. تدمج هذه الأنظمة PMSM عالية الطاقة (تتميز أحيانًا بتصميم سداسي المراحل لتعزيز سلامة التكرار)، وحزم البطاريات ذات السعة الكبيرة، ومحاور أمامية وخلفية مخصصة، وأنظمة تعليق، مما يوفر منصة جاهزة للاستخدام لمصنعي المركبات.، مما يحسن بشكل كبير كفاءة التطوير ومرونة سلسلة التوريد.

​

2. الربط الذكي مع إدارة طاقة السيارة بالكامل​

يصبح المحرك مشاركًا أساسيًا في إدارة تدفق الطاقة في السيارة. من خلال الاتصال في الوقت الحقيقي مع نظام إدارة البطارية (BMS)، ونظام الإدارة الحرارية (TMS)، والمنصات السحابية، يتم تحقيق إدارة الطاقة التنبؤية. ​تعمل وحدة التحكم في السيارة (VCU)، بمثابة "العقل" للسيارة الكهربائية، وتقوم بتنسيق MCU وBMS وغيرها من الأجهزة المساعدة. واستنادًا إلى حالة السيارة ونية السائق، فإنه يقوم بصياغة استراتيجيات إدارة الطاقة المثلى، وبالتالي تحسين كفاءة الطاقة بشكل شامل​

ثالثا. النظرة المستقبلية: مواد ومفاهيم جديدة تقود التغيير التكنولوجي

التطور التكنولوجي لا نهاية له. تعمل بعض الاستكشافات المتطورة على تشكيل مخطط الجيل القادم من محركات الحافلات الكهربائية:

•  

• ​تطبيق المواد الجديدة:​​ يمكن أن يؤدي استخدام أشباه الموصلات ذات فجوة النطاق الواسعة مثل كربيد السيليكون (SiC) في وحدات التحكم إلى تقليل خسائر التبديل بشكل كبير. ​البحث في المواد الأرضية النادرة الثقيلة أو حتى المواد المغناطيسية الدائمة غير النادرةيعد اتجاهًا مهمًا لمواجهة تحديات الموارد.

•  

• ​سيناريوهات التطبيق المتنوعة:​تعمل التطورات في تكنولوجيا القيادة الإلكترونية على توسيع نطاق تطبيقاتها ليشمل قطاعات مثلآلات التعدين / الموانئ والسفن الكهربائية. وهذا يضع متطلبات أعلى على القدرة على التكيف البيئي، والقوة، وعزم الدوران، وبالتالي تعزيز التنمية التكنولوجية المتنوعة.

خاتمة

بدءًا من المحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم عالية الكفاءة والموثوقة وحتى المحاور الإلكترونية المتكاملة للغاية والهيكل الكهربائي الموجه نحو المستقبل، تتطور تكنولوجيا قيادة الحافلات الكهربائية بسرعة نحو التكامل والذكاء والمنصة. ​حلول تتضمن محركات ذات كثافة عالية الطاقة، وإدارة حرارية ذكية، واستراتيجيات تحكم متقدمة، ومراقبة صحية تنبؤيةتعمل باستمرار على تجاوز حدود الأداء، مما يوفر قوة أساسية أقوى وأكثر ذكاءً للتنقل الحضري الأخضر على مستوى العالم. يركز اختيار مسار التكنولوجيا بشكل متزايد على تكلفة دورة الحياة والفوائد، بهدف التحول المستدام إلى كهربة وسائل النقل العام.

تعتمد هذه المقالة على تحليل المواد التقنية الصناعية المتاحة للجمهور واتجاهات التطوير، بهدف تقديم تفسير تقني موضوعي. وينبغي التحقق من المعلمات والتطبيقات الفنية المحددة من خلال معلومات الشركة المصنعة الرسمية.