حقائق سريعة! في الواقع، هناك عدد كبير جدًا من المحركات في السيارات!

An محرك كهربائيهو جهاز يقوم بتحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية، ومنذ اختراع فاراداي للمحرك الكهربائي الأول، أصبحنا قادرين على العيش بدون هذا الجهاز في كل مكان.

في الوقت الحاضر، تشهد السيارات تحولاً سريعاً من كونها ميكانيكية في الغالب إلى أجهزة كهربائية، ويزداد استخدام المحركات فيها انتشاراً. قد لا يتمكن الكثيرون من تخمين عدد المحركات الموجودة في سياراتهم، وستساعدك المقدمة التالية على اكتشاف أنواع المحركات في سيارتك.

تطبيقات المحركات في السيارات

لمعرفة مكان المحرك في سيارتك، يُعدّ المقعد الكهربائي المكان الأمثل. في السيارات الاقتصادية، عادةً ما توفر المحركات إمكانية ضبط وضعية المحرك للأمام والخلف وإمالة مسند الظهر. أما في السيارات الفاخرة،المحركات الكهربائيةيمكن التحكم في تعديل الارتفاع، على سبيل المثال، إمالة وسادة أسفل المقعد، ودعم أسفل الظهر، وتعديل مسند الرأس، وثبات الوسادة، بالإضافة إلى ميزات أخرى يمكن استخدامها بدون محركات كهربائية. ومن ميزات المقاعد الأخرى التي تستخدم محركات كهربائية: طيّ المقعد كهربائيًا، وتحميل المقاعد الخلفية كهربائيًا.

مساحات الزجاج الأمامي هي المثال الأكثر شيوعًامحرك كهربائيتطبيقات في السيارات الحديثة. عادةً، تحتوي كل سيارة على محرك ماسحة واحد على الأقل للمساحات الأمامية. تزداد شعبية ماسحات الزجاج الخلفي في سيارات الدفع الرباعي والسيارات ذات الأبواب الخلفية، مما يعني وجود ماسحات خلفية ومحركات مماثلة في معظم السيارات. يضخ محرك آخر سائل الغسيل إلى الزجاج الأمامي، وفي بعض السيارات إلى المصابيح الأمامية، والتي قد تحتوي على ماسحة صغيرة خاصة بها.
تحتوي جميع السيارات تقريبًا على مروحة لتوزيع الهواء عبر نظام التدفئة والتبريد؛ وتحتوي العديد من السيارات على مروحتين أو أكثر في المقصورة. كما تحتوي السيارات الفاخرة على مراوح في المقاعد لتهوية الوسائد وتوزيع الحرارة.

في الماضي، كانت النوافذ تُفتح وتُغلق يدويًا في كثير من الأحيان، أما الآن، فقد أصبحت النوافذ الكهربائية شائعة. تُثبّت محركات مخفية في كل نافذة، بما في ذلك فتحات السقف والنوافذ الخلفية. يمكن أن تكون المحركات المستخدمة لهذه النوافذ بسيطة مثل المُرحّلات، إلا أن متطلبات السلامة (مثل اكتشاف العوائق أو تثبيت الأجسام) تدفع إلى استخدام محركات أكثر ذكاءً مع مراقبة الحركة وتحديد قوة الدفع.

مع التحول من نظام القفل اليدوي إلى نظام القفل الكهربائي، أصبحت أقفال السيارات أكثر ملاءمة. تشمل مزايا التحكم الآلي ميزات عملية مثل التشغيل عن بُعد، وتعزيز السلامة والذكاء، مثل الفتح التلقائي بعد الاصطدام. بخلاف النوافذ الكهربائية، يجب أن تحتفظ أقفال الأبواب الكهربائية بخيار التشغيل اليدوي، مما يؤثر على تصميم المحرك وهيكل قفل الباب الكهربائي.

ربما تطورت مؤشرات لوحة القيادة أو لوحات العدادات إلى مصابيح LED أو أنواع أخرى من الشاشات، لكن الآن، يستخدم كل قرص وعداد محركات كهربائية صغيرة. تشمل المحركات الأخرى، التي تُوفر الراحة، ميزات شائعة مثل طي المرايا الجانبية وتعديل موضعها، بالإضافة إلى تطبيقات أكثر تطورًا مثل السقف القابل للطي، والدواسات القابلة للسحب، والفواصل الزجاجية بين السائق والراكب.

تحت غطاء المحرك، تزداد المحركات الكهربائية شيوعًا في عدد من المجالات الأخرى. في كثير من الحالات، تحل المحركات الكهربائية محل المكونات الميكانيكية التي تعمل بالسير. ومن الأمثلة على ذلك مراوح المبردات، ومضخات الوقود، ومضخات المياه، والضواغط. هناك العديد من المزايا لتغيير هذه الوظائف من السير إلى الدفع الكهربائي. إحداها أن استخدام محركات الدفع في المعدات الإلكترونية الحديثة أكثر كفاءة في استخدام الطاقة من استخدام السير والبكرات، مما يؤدي إلى فوائد مثل تحسين كفاءة الوقود، وخفض الوزن، وخفض الانبعاثات. ومن المزايا الأخرى أن استخدام المحركات الكهربائية بدلًا من السير يتيح حرية أكبر في التصميم الميكانيكي، حيث لا يلزم أن تكون مواقع تركيب المضخات والمراوح مقيدة بالسير الأفعواني الذي يجب ربطه بكل بكرة.

الاتجاهات في تكنولوجيا المحركات داخل المركبات

تعتبر المحركات الكهربائية ضرورية في الأماكن المحددة في الرسم البياني أعلاه، وبعد ذلك، مع تزايد اعتماد السيارة على الإلكترونيات وتقدم القيادة الذاتية والذكاء، سيتم استخدام المحركات الكهربائية بشكل متزايد في السيارة، كما يتغير نوع المحركات المستخدمة في القيادة أيضًا.

في حين كانت معظم محركات السيارات تستخدم أنظمة 12 فولت القياسية سابقًا، أصبحت أنظمة الجهد المزدوج 12 فولت و48 فولت شائعة الاستخدام الآن، حيث يسمح نظام الجهد المزدوج بإزالة بعض أحمال التيار العالي من بطارية 12 فولت. تتمثل ميزة استخدام مصدر طاقة 48 فولت في تقليل التيار بمقدار أربعة أضعاف لنفس القدرة، مع تقليل وزن الكابلات ولفائف المحرك. تشمل التطبيقات ذات الأحمال عالية التيار التي يمكن تحديثها إلى طاقة 48 فولت محركات بدء التشغيل، والشواحن التوربينية، ومضخات الوقود، ومضخات المياه، ومراوح التبريد. قد يوفر تركيب نظام كهربائي 48 فولت لهذه المكونات حوالي 10% من استهلاك الوقود.

فهم أنواع المحركات
تتطلب التطبيقات المختلفة محركات مختلفة، ويمكن تصنيف المحركات بعدة طرق.

١. التصنيف حسب مصدر طاقة التشغيل - بناءً على مصدر طاقة تشغيل المحرك، يُمكن تصنيفه إلى محركات تيار مستمر ومحركات تيار متردد. كما تُقسم محركات التيار المتردد إلى محركات أحادية الطور ومحركات ثلاثية الطور.

٢. وفقًا لمبدأ العمل - وفقًا لاختلاف هيكلها ومبدأ عملها، يمكن تقسيم المحركات إلى محركات تيار مستمر، ومحركات غير متزامنة، ومحركات متزامنة. كما يمكن تقسيم المحركات المتزامنة إلى محركات متزامنة ذات مغناطيس دائم، ومحركات متزامنة ذات ممانعة، ومحركات تباطؤ. أما المحركات غير المتزامنة، فتنقسم إلى محركات حثية ومحرك تيار متردد مبدل.

3. التصنيف وفقًا لوضع التشغيل والبدء - يمكن تقسيم المحرك وفقًا لوضع التشغيل والبدء إلى محرك غير متزامن أحادي الطور يعمل بالمكثف، ومحرك غير متزامن أحادي الطور يعمل بالمكثف، ومحرك غير متزامن أحادي الطور يعمل بالمكثف، ومحرك غير متزامن أحادي الطور مقسم الطور.

٤. التصنيف حسب الاستخدام - يمكن تقسيم المحركات الكهربائية إلى محركات دفع ومحركات تحكم حسب الاستخدام. تُقسّم محركات الدفع إلى أدوات كهربائية (بما في ذلك أدوات الحفر والتلميع والطحن والتثقيب والقطع والتوسيع وغيرها)، ومحركات كهربائية، وأجهزة منزلية (بما في ذلك الغسالات والمراوح الكهربائية والثلاجات ومكيفات الهواء ومسجلات الأشرطة وأجهزة تسجيل الفيديو ومسجلات الفيديو ومشغلات أقراص DVD والمكانس الكهربائية والكاميرات ومجففات الشعر وماكينات الحلاقة الكهربائية، إلخ)، ومحركات كهربائية، وغيرها من الآلات والمعدات الصغيرة متعددة الاستخدامات (بما في ذلك مجموعة متنوعة من الأدوات الآلية الصغيرة والآلات الصغيرة والمعدات الطبية والأجهزة الإلكترونية، إلخ). وتُقسّم محركات التحكم إلى محركات متدرجة ومحركات مؤازرة.

5. التصنيف وفقًا لهيكل الدوار - يمكن تقسيم المحرك وفقًا لهيكل الدوار إلى محرك تحريض قفصي (المعيار القديم يسمى محرك قفص السنجاب غير المتزامن) ومحرك تحريض دوار ملفوف سلكيًا (المعيار القديم يسمى محرك غير متزامن ملفوف سلكيًا).

6. التصنيف حسب سرعة التشغيل - يمكن تقسيم المحرك حسب سرعة التشغيل إلى محركات عالية السرعة، ومحركات منخفضة السرعة، ومحركات ذات سرعة ثابتة، ومحركات السرعة.

حاليًا، تستخدم معظم محركات هياكل السيارات محركات تيار مستمر ذات فرش، وهو حل تقليدي. تتميز هذه المحركات بسهولة تشغيلها وقلة تكلفتها نسبيًا بفضل وظيفة التبديل التي توفرها الفرش. في بعض التطبيقات، توفر محركات التيار المستمر عديمة الفرش (BLDC) مزايا كبيرة من حيث كثافة الطاقة، مما يقلل الوزن ويوفر استهلاكًا أفضل للوقود وانبعاثات أقل، ويفضل المصنعون استخدام محركات BLDC في مساحات الزجاج الأمامي، ومنافذ ومضخات التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC). في هذه التطبيقات، تميل المحركات إلى العمل لفترات طويلة بدلًا من التشغيل المؤقت مثل النوافذ الكهربائية أو المقاعد الكهربائية، حيث تظل بساطة المحركات ذات الفرش وفعاليتها من حيث التكلفة ميزة إضافية.

المحركات الكهربائية المناسبة للسيارات الكهربائية
إن التحول من المركبات الموفرة للوقود إلى المركبات الكهربائية البحتة سوف يشهد تحولاً إلى المحركات التي تعمل بالمحركات في قلب السيارة.

نظام تشغيل المحرك هو قلب السيارة الكهربائية، ويتكون من محرك، ومحول طاقة، وأجهزة استشعار كشف متنوعة، ومصدر طاقة. تشمل المحركات المناسبة للسيارات الكهربائية: محركات التيار المستمر، ومحركات التيار المستمر بدون فرش، والمحركات غير المتزامنة، والمحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم، ومحركات الممانعة التبديلية.

محرك التيار المستمر هو محرك يحول الطاقة الكهربائية المستمرة إلى طاقة ميكانيكية، ويُستخدم على نطاق واسع في مقاومة الطاقة الكهربائية نظرًا لأدائه الجيد في تنظيم السرعة. كما يتميز بعزم بدء تشغيل كبير وسهولة تحكم نسبية، مما يجعله مناسبًا لأي آلة تعمل تحت أحمال ثقيلة أو تتطلب تنظيمًا منتظمًا للسرعة، مثل مطاحن الدرفلة العكسية الكبيرة، والرافعات، والقاطرات الكهربائية، والترام، وغيرها.

محرك التيار المستمر بدون فرش يتوافق تمامًا مع خصائص أحمال المركبات الكهربائية، فهو يتميز بعزم دوران كبير عند السرعات المنخفضة، ما يوفر عزم دوران بدء كبير لتلبية متطلبات تسارع المركبات الكهربائية. كما أنه يعمل في نطاقات سرعات واسعة منخفضة ومتوسطة وعالية، ويتميز بكفاءة عالية في ظروف الأحمال الخفيفة. عيبه هو أن المحرك نفسه أكثر تعقيدًا من محرك التيار المتردد، ووحدة التحكم فيه أكثر تعقيدًا من محرك التيار المستمر بالفرش.

المحرك غير المتزامن، أي المحرك الحثي، هو جهاز يوضع فيه الدوار في مجال مغناطيسي دوار، وينتج عن هذا المجال عزم دوران، فيدور الدوار. يتميز المحرك غير المتزامن ببنيته البسيطة وسهولة تصنيعه وصيانته، وخصائصه في تحمل الأحمال بسرعة قريبة من الثبات، ما يلبي متطلبات معظم آلات الإنتاج الصناعي والزراعي. ومع ذلك، فإن سرعة المحرك غير المتزامن ومجاله المغناطيسي الدوار وسرعته المتزامنة لهما معدل دوران ثابت، وبالتالي فإن تنظيم السرعة ضعيف، وليس اقتصاديًا ومرنًا مثل محرك التيار المستمر. بالإضافة إلى ذلك، في التطبيقات عالية الطاقة ومنخفضة السرعة، لا تُعد المحركات غير المتزامنة معقولة مثل المحركات المتزامنة.

المحرك المتزامن ذو المغناطيس الدائم هو محرك متزامن يُولّد مجالًا مغناطيسيًا دوارًا متزامنًا عن طريق إثارة مغناطيسات دائمة تعمل كدوار لتوليد مجال مغناطيسي دوار، وتتفاعل ملفات الجزء الثابت ثلاثي الطور عبر المحرك تحت تأثير المجال المغناطيسي الدوار، مما يُحفّز تيارات ثلاثية الطور متماثلة. يتميز محرك المغناطيس الدائم بحجمه الصغير ووزنه الخفيف، وقصور ذاتي دوراني صغير، وكثافة طاقة عالية، وهو مناسب للسيارات الكهربائية ذات المساحات المحدودة. بالإضافة إلى ذلك، يتميز بنسبة عزم دوران إلى قصور ذاتي عالية، وقدرة تحمل عالية، وعزم دوران خرج كبير، خاصةً عند سرعات دوران منخفضة، وهو مناسب لتسريع بدء تشغيل السيارة المحوسبة. لذلك، حظيت محركات المغناطيس الدائم باعتراف واسع في مجالس السيارات الكهربائية المحلية والأجنبية، واستُخدمت في عدد من السيارات الكهربائية. على سبيل المثال، تعمل معظم السيارات الكهربائية في اليابان بمحركات مغناطيسية دائمة، وهي المستخدمة في سيارة تويوتا بريوس الهجينة.