اعتمادًا على نوع النظام الذي يتم تصميمه والبيئة الأساسية التي يعمل فيها، يمكن أن يكون وزن المحرك مهمًا جدًا للتكلفة الإجمالية وقيمة التشغيل للنظام.يمكن معالجة تخفيض وزن المحرك في عدة اتجاهات، بما في ذلك تصميم المحرك العالمي، وإنتاج المكونات بكفاءة، واختيار المواد.ولتحقيق ذلك، من الضروري تحسين جميع جوانب تطوير المحركات: بدءًا من التصميم وحتى الإنتاج الفعال للمكونات باستخدام مواد محسنة، واستخدام مواد خفيفة الوزن وعمليات تصنيع جديدة.بشكل عام، تعتمد كفاءة المحرك على نوع المحرك وحجمه واستخدامه، وكذلك على جودة وكمية المواد المستخدمة.لذلك، ومن كل هذه الجوانب، يجب تطوير المحركات الكهربائية باستخدام مكونات الطاقة والفعالة 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، وآخرها هو الأكثر أهمية.يمكن أن تعزى أسباب انخفاض كفاءة المحرك بشكل رئيسي إلى العوامل التالية: الحجم غير المناسب، وانخفاض الكفاءة الكهربائية للمحرك المستخدم، وانخفاض الكفاءة الميكانيكية للمستخدم النهائي (المضخات، المراوح، الضواغط، إلخ.) عدم وجود نظام للتحكم في السرعة بشكل سيء الحفاظ عليها أو حتى عدم وجودها.
من أجل تعظيم أداء الطاقة للمحرك، يجب تقليل الخسائر الناجمة عن تحويلات الطاقة المختلفة أثناء تشغيل المحرك.في الواقع، في الآلة الكهربائية، يتم تحويل الطاقة من الطاقة الكهربائية إلى الكهرومغناطيسية ومن ثم العودة إلى الطاقة الميكانيكية.تختلف المحركات الكهربائية المعززة للكفاءة عن المحركات الكهربائية التقليدية لأن خسائرها ضئيلة.في الواقع، في المحركات التقليدية، تحدث الخسائر بشكل رئيسي بسبب: خسائر الاحتكاك والخسائر الميكانيكية بسبب خسائر انحراف القذيفه بفعل الهواء (المحامل والفرش والتهوية) خسائر في الحديد الفراغي (متناسبة مع مربع الجهد)، المتعلقة بالتغيرات في اتجاه التدفق الخسائر الناجمة إلى تباطؤ الطاقة المشتتة في القلب، والخسائر الناجمة عن تأثير جول (المتناسب مع مربع التيار) بسبب التيارات الدوامة الناجمة عن التيارات المتداولة وتغيرات التدفق في القلب.
التصميم المناسب
يعد تصميم المحرك الأكثر كفاءة جانبًا رئيسيًا لتقليل الوزن، ونظرًا لأن معظم المحركات مصممة للاستخدام على نطاق واسع، فإن المحرك المناسب لتطبيق معين غالبًا ما يكون أكبر مما هو مطلوب بالفعل.للتغلب على هذا التحدي، من المهم العثور على شركات تصنيع المحركات التي ترغب في إجراء تغييرات بطرق شبه مخصصة، بدءًا من ملفات المحرك والمغناطيسات وحتى حجم الإطار.للتأكد من وجود اللف الصحيح، من الضروري معرفة مواصفات المحرك بحيث يمكن الحفاظ على عزم الدوران الدقيق والسرعة المطلوبة للتطبيق.بالإضافة إلى ضبط اللفات، يمكن للمصنعين أيضًا تغيير التصميم المغناطيسي للمحرك بناءً على التغيرات في النفاذية.يمكن أن يساعد الوضع الصحيح للمغناطيسات الأرضية النادرة بين العضو الدوار والجزء الثابت في زيادة عزم الدوران الإجمالي للمحرك.
عملية التصنيع الجديدة
يستطيع المصنعون ترقية معداتهم بشكل مستمر لإنتاج مكونات محرك ذات قدرة تحمل أعلى، والتخلص من الجدران السميكة والمناطق الكثيفة التي كانت تستخدم في السابق كهامش أمان ضد الكسر.ونظرًا لإعادة تصميم كل مكون وتصنيعه باستخدام أحدث التقنيات، يمكن تقليل الوزن في أماكن متعددة تتضمن مكونات مغناطيسية، بما في ذلك العزل والطلاءات والإطارات وأعمدة المحرك.
اختيار المواد
يؤثر اختيار المواد بشكل عام على تشغيل المحرك وكفاءته ووزنه، وهو المثال الأكثر وضوحًا على سبب استخدام العديد من الشركات المصنعة لإطارات الألومنيوم بدلاً من الفولاذ المقاوم للصدأ.واصل المصنعون تجربة المواد ذات الخصائص الكهرومغناطيسية والعازلة، ويستخدم المصنعون مجموعة متنوعة من المواد المركبة المختلفة بالإضافة إلى المعادن الأخف التي توفر بدائل خفيفة الوزن لمكونات الفولاذ.ولأغراض 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 والراتنجات ذات الكثافة المنخفضة لأغراض الختم، فإنهم يبثون حياة جديدة في عملية الإنتاج، مما يؤثر غالبًا على وزن المحرك.بالإضافة إلى ذلك، توفر الشركات المصنعة محركات بدون إطار، والتي يمكن أن يكون لها تأثير على وزن المحرك من خلال إزالة الإطار تمامًا.
ختاماً
التقنيات التي تستخدم مواد خفيفة الوزن وعمليات تصنيع جديدة ومواد مغناطيسية لتقليل وزن المحرك وتحسين كفاءة المحرك.تمثل المحركات الكهربائية، وخاصة في تطبيقات السيارات، عددًا متزايدًا من التقنيات المستقبلية.لذلك، حتى لو كان لا يزال هناك طريق طويل لنقطعه، نأمل أن تصبح هذه تقنية موحدة بشكل متزايد، مع تحسين كفاءة المحركات الكهربائية التي تعالج المشكلات المتعلقة بتوفير الطاقة.
وقت النشر: 28 يوليو 2022