اعتمادًا على نوع النظام الذي يتم تصميمه والبيئة الأساسية التي سيعمل فيها، يمكن أن يكون وزن المحرك مهمًا جدًا للتكلفة الإجمالية وقيمة التشغيل للنظام. يمكن معالجة تخفيض وزن المحرك من عدة اتجاهات، بما في ذلك التصميم المشترك للمحرك، والإنتاج الفعال للمكونات، واختيار المواد.
ولتحقيق هذا الهدف، من الضروري تحسين جميع جوانب تطوير المحركات الكهربائية: بدءًا من التصميم وحتى الإنتاج الفعال للمكونات باستخدام مواد محسنة، واستخدام مواد خفيفة الوزن، وعمليات تصنيع جديدة.
وبشكل عام، تعتمد كفاءة المحرك على نوع المحرك وحجمه واستخدامه، وأيضًا على جودة وكمية المواد المستخدمة. لذلك، ومن كل هذه الجوانب، هناك حاجة لتطوير المحركات الكهربائية باستخدام الطاقة ومكونات فعالة من حيث التكلفة.
المحرك هو جهاز تحويل الطاقة الكهروميكانيكية الذي يحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية في شكل حركة خطية أو دوارة. يعتمد مبدأ عمل المحرك بشكل أساسي على تفاعل المجالات المغناطيسية والكهربائية.
يمكن استخدام العديد من المعلمات لمقارنة المحركات: عزم الدوران، وكثافة الطاقة، والبناء، ومبدأ التشغيل الأساسي، وعامل الخسارة، والاستجابة الديناميكية، والكفاءة، والأخير هو الأكثر أهمية.
يمكن أن تعزى أسباب انخفاض كفاءة المحرك بشكل رئيسي إلى العوامل التالية: الحجم غير المناسب، وعدم الكفاءة الكهربائية للمحرك المستخدم، وعدم الكفاءة الميكانيكية للمستخدم النهائي (المضخات والمراوح والضواغط، وما إلى ذلك)، وعدم وجود نظام للتحكم في السرعة، وضعف أو سوء استخدام المحرك. صيانة غير موجودة.
من أجل تعظيم أداء الطاقة للمحرك، يجب تقليل الخسائر الناجمة عن تحويلات الطاقة المختلفة أثناء تشغيل المحرك. في الواقع، في المحرك الكهربائي، تتحول الطاقة من كهربائية إلى كهرومغناطيسية ومن ثم إلى ميكانيكية.
يختلف المحرك ذو الكفاءة المتزايدة عن المحرك التقليدي لأنه يتم تقليل الخسائر. في الواقع، في المحركات التقليدية، تنجم الخسائر بشكل رئيسي عن: الخسائر الميكانيكية بسبب الاحتكاك وفقدان انحراف القذيفه بفعل الهواء (المحامل والفرش والتهوية)، وفقدان الحديد الفراغي (المتناسب مع مربع الجهد)، والخسائر الناجمة عن تباطؤ الطاقة المشتتة المتعلقة بـ يتغير اتجاه التدفق، وبسبب الدوران داخل القلب، والخسائر الناجمة عن التيارات الدوامة بسبب التغيرات في التيار، وفقدان التدفق بسبب تأثير جول (متناسب مع مربع التيار).
1. التصميم المناسب
يعد تصميم المحرك الأكثر كفاءة جانبًا رئيسيًا لتقليل الوزن، وبما أن معظم المحركات مصممة للاستخدام على نطاق واسع، فإن المحرك المناسب لتطبيق معين غالبًا ما يكون أكبر من المطلوب فعليًا.
للتغلب على هذا التحدي، من المهم البحث عن شركات تصنيع المحركات التي ترغب في إجراء تغييرات بطريقة شبه مخصصة، بدءًا من ملفات المحرك والمغناطيسات وحتى حجم الإطار. لضمان وجود اللف الصحيح في مكانه، يجب ضبط حجم المحرك بحيث يمكن الحفاظ على عزم الدوران الدقيق والسرعة التي يتطلبها التطبيق.
بالإضافة إلى ضبط اللفات، يمكن للمصنعين أيضًا تغيير التصميم المغناطيسي للمحرك بناءً على التغيرات في النفاذية المغناطيسية. يمكن أن يساعد الوضع الصحيح للمغناطيسات الأرضية النادرة بين العضو الدوار والجزء الثابت في زيادة عزم الدوران الإجمالي للمحرك.
2. عملية التصنيع الجديدة
يستطيع المصنعون ترقية معداتهم باستمرار لإنتاج مكونات محرك ذات تفاوتات أعلى، مما يؤدي إلى التخلص من الجدران السميكة والمناطق الكثيفة التي كانت تستخدم في السابق كهوامش أمان ضد الكسر.
نظرًا لإعادة تصميم كل مكون وتصنيعه باستخدام أحدث التقنيات، يمكن تحقيق توفير في الوزن في العديد من الأماكن التي يتم فيها تضمين المكونات المغناطيسية، بما في ذلك العزل والطلاء والإطار وعمود المحرك.
3. اختيار المواد
يؤثر اختيار المواد بشكل عام على تشغيل المحرك والكفاءة والوزن، ولهذا السبب يستخدم العديد من الشركات المصنعة إطارات الألومنيوم بدلاً من الفولاذ المقاوم للصدأ لنأخذ المثال الأكثر وضوحًا.
واصل المصنعون تجربة المواد ذات الخصائص الكهرومغناطيسية والعازلة، ويستخدم المصنعون مجموعة متنوعة من المواد المركبة بالإضافة إلى المعادن الأخف التي توفر بدائل خفيفة الوزن لمكونات الفولاذ.
لأغراض التركيب، تتوفر مجموعة متنوعة من البلاستيك المقوى والبوليمرات والراتنجات، اعتمادًا على متطلبات المستخدم المحددة للمحرك النهائي. مع استمرار مصممي المحركات في تجربة المكونات البديلة والبحث عنها، بما في ذلك الطلاءات الأقل كثافة والراتنجات لأغراض الختم، فإنهم يبثون حياة جديدة في عملية الإنتاج، مما يؤثر غالبًا على وزن المحرك.
بالإضافة إلى ذلك، توفر الشركات المصنعة محركات بدون إطار، مما يزيل تأثير الإطار على وزن المحرك تمامًا.
في الخلاصة
التقنيات التي تستخدم مواد خفيفة الوزن وعمليات تصنيع جديدة ومواد مغناطيسية لتقليل وزن المحرك وتحسين كفاءة المحرك.
تمثل المحركات الكهربائية، وخاصة في تطبيقات السيارات، تكنولوجيا مستقبلية متزايدة. لذا، على الرغم من أنه لا يزال هناك طريق طويل لنقطعه، نأمل أن تصبح هذه تقنية موحدة بشكل متزايد حيث يمكن للمحركات الكهربائية المعززة للكفاءة معالجة المشكلات المتعلقة بتوفير الطاقة.
