טכנולוגיית הליבה של כונן חשמלי עבור
רכבי אנרגיה חדשים
מערכת ההנעה החשמלית היא חלק הליבה של כלי רכב חשמליים וכלי רכב היברידיים. מרכיביו העיקריים כוללים מנועים, יחידות בקרת מנוע ומפחיתים. רכיבים אלו ממלאים תפקידים שונים במערכת ההנעה החשמלית ופועלים יחד להשגת תפעול יעיל ובעל ביצועים גבוהים של הרכב.
1. מנוע
המנוע הוא הליבה של מערכת ההנעה החשמלית. תפקידו הוא להמיר את תפוקת האנרגיה החשמלית מהסוללה לאנרגיה מכנית כדי להניע את הרכב קדימה. בכלי רכב חשמליים ורכבים היברידיים, המנועים הנפוצים כוללים מנועים סינכרוניים מגנט קבוע (PMSM), מנועי אינדוקציה ומנועי סריגה ממוגנים.
1.1 מנוע סינכרוני מגנט קבוע (PMSM)
המנוע הסינכרוני המגנט הקבוע הוא מנוע יעיל, בעל ביצועים גבוהים הנמצא בשימוש נרחב בכלי רכב חשמליים וכלי רכב היברידיים. זה משיג פעולה יעילה של המנוע על ידי שימוש במגנטים קבועים ליצירת שדה מגנטי.
ל-PMSM יש צפיפות הספק גבוהה, רעש נמוך וצריכת אנרגיה נמוכה, והוא יכול להשיג יעילות גבוהה בטווח מהירויות רחב. בנוסף, אסטרטגיית הבקרה של PMSM בוגרת יחסית ויכולה להשיג בקרת מומנט ומהירות מדויקת.
1.2 מנוע אינדוקציה
מנוע אינדוקציה הוא מנוע חשמלי הפועל באמצעות עקרון האינדוקציה האלקטרומגנטית. עקרון העבודה הספציפי הוא כדלקמן:
במנוע אינדוקציה, זרם חילופין מועבר דרך הסטטור ונוצר שדה מגנטי מסתובב דרך פיתולי הסטטור. מכיוון שהרוטור של מנוע אינדוקציה הוא דיסק מתכתי סגור, כאשר השדה המגנטי המסתובב עובר דרך הרוטור, זורמים זרמי מערבולת ברוטור. זרמי מערבולת אלו יוצרים שדה מגנטי הפוך המקיים אינטראקציה עם השדה המגנטי של הסטטור כדי לייצר מומנט. הרוטור מתחיל להסתובב וממשיך להסתובב כשהשדה המגנטי המסתובב משתנה. מהירות הסיבוב של הרוטור אינה עומדת בקצב של תדירות השדה המגנטי המסתובב, ולכן מנועי אינדוקציה נקראים גם מנועים אסינכרוניים.
על ידי שליטה על פרמטרים כגון זרם ורצף פאזה בסטטור, ניתן להשיג שליטה מדויקת על המהירות, ההיגוי והמומנט של מנוע האינדוקציה.
למנועי אינדוקציה יש יתרונות של מבנה פשוט, פעולה אמינה, תחזוקה קלה ועלות נמוכה יחסית, והם מתאימים לרוב היישומים, כגון מכשירי חשמל ביתיים, כלי עבודה חשמליים, מכונות תעשייתיות ותחבורה.
1.3 מנוע סרבנות מחליף
עיקרון העבודה של מנוע סריגה מתווכת (SRM) מבוסס על העיקרון שהשטף המגנטי תמיד סגור לאורך הנתיב של חדירות מגנטית מרבית. כאשר קווי מרכז השיניים של הסטטור והרוטור אינם חופפים והחדירות המגנטית אינה מקסימלית, השדה המגנטי יפיק כוח משיכה מגנטי ויוצר מומנט סריגה, הגורם לסיבוב של הרוטור למצב של חדירות מגנטית מרבית. כאשר זרם מסופק לכל פיתול פאזה של הסטטור ברצף, רוטור המנוע יסתובב צעד אחר צעד בכיוון ההפוך לרצף הפאזות המופעל. שינוי רצף האנרגיה של כל שלב של הסטטור יגרום למנוע לשנות כיוון. עם זאת, שינויים בכיוון זרימת זרם הפאזה לא ישפיעו על סיבוב הרוטור.
למנוע הסרבנות המתחלף יש את היתרונות של מבנה פשוט, עלות נמוכה, אמינות גבוהה, ביצועי התנעה טובים וביצועי ויסות מהירות, וגם התקן הבקרה פשוט יחסית. עם זאת, ביישומים מעשיים, למנועי חוסר רצון מוחלפים יש חסרונות כגון אדוות מומנט גדולות, רעש גבוה וצורך בגלאי מיקום.
2. יחידת בקרת מנוע
יחידת בקרת המנוע היא מרכיב מרכזי במערכת ההנעה החשמלית ואחראית לשליטה וויסות המנוע. הפונקציות העיקריות של יחידת בקרת המנוע כוללות: קבלת אותות דוושת התאוצה ודוושת הבלם שהוקלטו על ידי הנהג, המרת אותות הדוושה לאותות חשמליים ושליחתם לבקר המנוע; ניטור פרמטרים כגון מתח סוללה, זרם וטמפרטורה כדי להבטיח שבקר המנוע פועל כרגיל; לשלוט על המהירות והמומנט של המנוע כדי להשיג האצת רכב, האטה, בלימה ופעולות אחרות; לתקשר עם בקרים אחרים דרך אפיק ה-CAN כדי לתאם את מערכת החשמל של הרכב, מערכת הבקרה ומערכת הבטיחות וכו'.
יחידת בקרת המנוע מורכבת מחומרת ותוכנה של הבקר. חומרת הבקר כוללת מיקרו-בקרים, התקני כוח, מעגלי הגנה וממשקי תקשורת ועוד, ואחראית על מימוש ההמרה והבקרה של אותות חשמליים. תוכנת הבקר אחראית למימוש אסטרטגיית בקרת המנוע, אבחון תקלות ופונקציות עיבוד.
3. מפחית
המפחית הוא אחד המרכיבים ההכרחיים במערכת ההנעה החשמלית. תפקידו להפחית את מהירות המנוע ולהגדיל את מומנט המוצא. מפחיתים מורכבים בדרך כלל מגלגלי שיניים, מיסבים ואטמים. בהתאם למבנה ולביצועים שלהם, ניתן לחלק אותם למפחיתי הילוכים, מפחיתי הילוכים פלנטריים ומפחיתי הילוכים תולעים.
בכלי רכב חשמליים ובכלי רכב היברידיים, נעשה שימוש לעתים קרובות במפחיתי הילוכים פלנטריים או במפחיתי הילוכים תולעים. למפחית הילוכים פלנטרי יש יעילות הילוכים גבוהה וגודל קטן, והוא מתאים לכלי רכב מהירים. למפחיתי הילוכים תולעים יש מומנט תפוקה גדול יותר ורעש נמוך יותר, והם מתאימים לכלי רכב במהירות נמוכה ועומס גבוה.
לסיכום, המנוע החשמלי, יחידת בקרת המנוע והמפחית הם המרכיבים העיקריים במערכת הנעה חשמלית הפועלים יחד להשגת תפעול יעיל ובעל ביצועים גבוהים של הרכב. עם ההתפתחות המתמשכת של הטכנולוגיה, מגמת הפיתוח של טכנולוגיית הנעה חשמלית עתידית היא אינטגרציה, פלטפורמה, יעילות גבוהה ומהירות גבוהה יותר. הופעתן והתפתחותן של מגמות אלו יביאו להזדמנויות ואתגרים רבים, ויש צורך לשים לב גם להשפעה של גורמים כמו NVH, עלות ואמינות.
