لماذا يستخدم PMSM في السيارات الكهربائية؟ الدليل النهائي للمحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم في المركبات الكهربائية

اكتشف سبب سيطرة محرك PMSM للسيارة على مجموعات نقل الحركة في السيارة الكهربائية. اكتشف كفاءتها وكثافة الطاقة ومزايا العالم الحقيقي مقارنة بالبدائل مثل المحركات الحثية.

مع ارتفاع سوق السيارات الكهربائية العالمية (EV) - مع توقعات تصل إلى 200 مليون وحدة بحلول عام 2030 - يواصل المهندسون وصانعو السيارات إعطاء الأولوية لعنصر حاسم واحد: المحرك الكهربائي. ومن بين جميع الخيارات، برز المحرك المتزامن ذو المغناطيس الدائم (PMSM) باعتباره المعيار الذهبي لمحركات السيارات الكهربائية. ولكن ما الذي يجعلها غير قابلة للاستبدال؟ تشرح هذه المقالة الأسباب التقنية والعملية التي تجعل محرك PMSM للسيارة هو الاختيار الأمثل، مدعومًا بالبيانات والمقارنات واتجاهات الصناعة.

ما هو محرك PMSM؟ تجديد سريع

قبل الغوص في تطبيقات المركبات الكهربائية، دعونا نوضح: PMSM هو محرك تيار متردد بدون فرش يستخدم مغناطيس دائم (عادة النيوديميوم أو السماريوم والكوبالت) مدمج في الدوار الخاص به. على عكس المحركات الحثية (IMs)، التي تعتمد على الحث الكهرومغناطيسي لتوليد تيارات الجزء الدوار، تعمل محركات PMSM على مزامنة سرعة الجزء الدوار مع المجال المغناطيسي الدوار للجزء الثابت، مما يتيح التحكم الدقيق والكفاءة الفائقة.

5 أسباب رئيسية وراء قيادة محرك PMSM للسيارة لمجموعات نقل الحركة للمركبات الكهربائية

1. كفاءة لا مثيل لها: حاسمة لقلق النطاق

يعد نطاق المركبات الكهربائية أحد أهم اهتمامات المستهلكين، وتعالج PMSM هذا الأمر بشكل مباشر. بفضل تصميم الدوار المغناطيسي الدائم:

·تتجاوز كفاءة الذروة 95% (مقابل 92% تقريبًا للمحركات الحثية)، مما يقلل من فقدان الطاقة أثناء التشغيل.

·وهي تحافظ على كفاءة عالية عبر نطاق سرعة أوسع (خاصة عند الأحمال الجزئية)، حيث تتم معظم عمليات القيادة اليومية.

على سبيل المثال، يستخدم طراز Tesla's Model 3 طويل المدى نظامًا هجينًا بمحرك ممانعة المغناطيس الدائم (PRM) يحركه PMSM، مما يحقق نطاقًا يصل إلى 513 كم (WLTP) - ويرجع ذلك جزئيًا إلى تشغيل PMSM منخفض الخسارة.

2. كثافة الطاقة العالية: أصغر وأخف وزنا وأكثر قوة

يواجه مصممو السيارات الكهربائية مقايضة مستمرة: زيادة القوة إلى الحد الأقصى مع تقليل الوزن والمساحة. تتفوق PMSMs هنا:

·يلغي المغناطيس الدائم الحاجة إلى ملفات نحاسية ضخمة في الدوار، مما يقلل من حجم الدوار ووزنه.

·تعد كثافة الطاقة (خرج الطاقة لكل وحدة كتلة) أعلى بمقدار 2-3 مرات من المحركات الحثية، مما يسمح للمحركات المدمجة بتوفير أكثر من 200 كيلووات (270 حصانًا) - وهي مثالية للسيارات الكهربائية عالية الأداء مثل سيارة بورش تايكان.

يوفر هذا الحجم الصغير مساحة للبطاريات أو كبائن الركاب، وهي نقطة بيع رئيسية للمركبات الكهربائية الحديثة.

3. دقة التحكم الفائقة: الأداء السلس وسهولة القيادة

تتطلب المركبات الكهربائية تسارعًا سريع الاستجابة وتشغيلًا هادئًا وتحكمًا دقيقًا في عزم الدوران. تقدم PMSMs:

·ويضمن عدم الانزلاق الدوار دورانًا متزامنًا، مما يسمح بتعديلات عزم الدوران على مستوى المللي ثانية عبر التحكم في المتجهات (FOC).

·يُترجم انخفاض تموج عزم الدوران (الاهتزاز) إلى تسارع أكثر سلاسة وقيادة أكثر هدوءًا - وهو أمر بالغ الأهمية للسيارات الكهربائية المتميزة التي تستهدف الأسواق الفاخرة.

على سبيل المثال، تستفيد سيارة BMW i4 من تقنية PMSM لتحقيق دقة "القيادة بدواسة واحدة"، مما يعزز راحة السائق.

4. الاستقرار الحراري: الموثوقية في جميع الظروف

تعمل محركات السيارات الكهربائية في درجات حرارة شديدة (-40 درجة مئوية إلى 85 درجة مئوية) ويجب أن تتحمل دورات التسارع/التباطؤ المتكررة. تتفوق PMSMs على البدائل:

·تحافظ المغناطيسات الدائمة على ثبات المغنطة عبر نطاقات درجات الحرارة (مع طلاء مناسب)، مما يتجنب مخاطر إزالة المغنطة التي تظهر في بعض الIMs عالية الطاقة.

·يؤدي انخفاض خسائر الدوار إلى تقليل توليد الحرارة، مما يؤدي إلى تبسيط تصميم نظام التبريد وخفض التكاليف.

5. التوافق مع التقنيات المتقدمة

تدمج المركبات الكهربائية الحديثة نظام الكبح المتجدد، والتحديثات عبر الهواء (OTA)، وتوجيه عزم الدوران الذكي. PMSMs متوافقة بطبيعتها:

·تعمل كفاءتها العالية في التشغيل العكسي على تعزيز كفاءة الكبح المتجددة (استعادة ما يصل إلى 20% من الطاقة أكثر من IMs).

·تتيح خوارزميات التحكم بدون مستشعر (الشائعة في PMSMs) تشغيلًا فعالاً من حيث التكلفة وخاليًا من الصيانة، وهو أمر أساسي لإنتاج سيارات كهربائية قابلة للتطوير.

اعتماد العالم الحقيقي: PMSM في المركبات الكهربائية الرائدة

·Tesla Model S/X Plaid: محركات مغناطيسية دائمة مزدوجة (الأمامية: الحث، الخلفية: PMSM) لتحقيق توازن الطاقة والكفاءة.

·Hyundai Ioniq 6: محرك PMSM ذو الدفع الخلفي يوفر 225 كيلووات (302 حصان) مع نطاق يبلغ 582 كم (WLTP).

·Rivian R1T: أربع أجهزة PMSM مستقلة (واحدة لكل عجلة) تتيح توجيه عزم الدوران لتحقيق الرشاقة على الطرق الوعرة.

المستقبل: سيهيمن محرك PMSM للسيارات على السيارات الكهربائية

وبينما تسعى شركات صناعة السيارات إلى تحقيق نطاقات أطول، وشحن أسرع، وتكاليف أقل، ستظل أجهزة PMSM مركزية. إن الابتكارات مثل المغناطيس المجزأ (الحد من الاعتماد على العناصر الأرضية النادرة) ومحولات كربيد السيليكون (SiC) (تعزيز الكفاءة بشكل أكبر) لن تؤدي إلا إلى تعزيز مكانتها.

خاتمة

إن هيمنة محرك PMSM على السيارات الكهربائية ليست عرضية، بل هي نتيجة لكفاءة وكثافة طاقة ودقة تحكم لا مثيل لها. بالنسبة لشركات صناعة السيارات، يعني اختيار PMSM تقديم النطاق والأداء والموثوقية التي تحدد المركبات الكهربائية اليوم. بالنسبة للمستهلكين، فإن ذلك يترجم إلى قيادة أطول، ورحلات أكثر سلاسة، وتكاليف تشغيل أقل. مع تسارع ثورة السيارات الكهربائية، ستظل شركات PMSM هي البطل المجهول تحت الغطاء.