حقائق سريعة! يوجد بالفعل العديد من المحركات في السيارات!

An محرك كهربائيهو جهاز يحول الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية، ومنذ اختراع فاراداي لأول محرك كهربائي، أصبحنا قادرين على عيش حياتنا بدون هذا الجهاز في كل مكان.

تشهد السيارات اليوم تحولاً سريعاً من كونها أجهزة ميكانيكية في الغالب إلى أجهزة تعمل بالكهرباء، ويتزايد استخدام المحركات فيها بشكل ملحوظ. قد لا يتمكن الكثيرون من تخمين عدد المحركات الموجودة في سياراتهم، وستساعدك هذه المقدمة على اكتشاف أنواع المحركات في سيارتك.

تطبيقات المحركات في السيارات

للعثور على مكان المحرك الكهربائي في سيارتك، يُعدّ المقعد الكهربائي المكان الأمثل لذلك. في السيارات الاقتصادية، توفر المحركات عادةً إمكانية تعديل وضعية المقعد للأمام والخلف وإمالة مسند الظهر. أما في السيارات الفاخرة،المحركات الكهربائيةيمكن التحكم في تعديل الارتفاع، على سبيل المثال، إمالة وسادة المقعد السفلية، ودعم أسفل الظهر، وتعديل مسند الرأس، وصلابة الوسادة، من بين ميزات أخرى يمكن استخدامها بدون محركات كهربائية. تشمل ميزات المقعد الأخرى التي تستخدم محركات كهربائية طي المقعد كهربائياً وتحميل المقاعد الخلفية كهربائياً.

تُعد مساحات الزجاج الأمامي المثال الأكثر شيوعًا لـمحرك كهربائيتُستخدم هذه التقنية في السيارات الحديثة. عادةً، تحتوي كل سيارة على محرك واحد على الأقل للمساحات الأمامية. وتزداد شعبية مساحات الزجاج الخلفي في سيارات الدفع الرباعي والسيارات ذات الأبواب الخلفية المزدوجة، مما يعني وجود مساحات خلفية ومحركاتها في معظم السيارات. كما يوجد محرك آخر لضخ سائل غسيل الزجاج الأمامي، وفي بعض السيارات إلى المصابيح الأمامية، التي قد تحتوي بدورها على مساحات صغيرة خاصة بها.
تحتوي معظم السيارات على مروحة تعمل على تدوير الهواء عبر نظام التدفئة والتبريد؛ والعديد من المركبات مزودة بمروحتين أو أكثر داخل المقصورة. كما تحتوي المركبات الفاخرة على مراوح في المقاعد لتهوية الوسائد وتوزيع الحرارة.

في الماضي، كان فتح وإغلاق النوافذ يتم يدويًا في أغلب الأحيان، أما الآن فقد أصبحت النوافذ الكهربائية شائعة. تُوضع محركات مخفية داخل كل نافذة، بما في ذلك فتحات السقف والنوافذ الخلفية. قد تكون المحركات المستخدمة لهذه النوافذ بسيطة كالمرحلات، ولكن متطلبات السلامة (مثل استشعار العوائق أو تثبيت الأشياء) تستدعي استخدام محركات أكثر ذكاءً مزودة بخاصية مراقبة الحركة وتحديد قوة الدفع.

مع التحول من الأقفال اليدوية إلى الكهربائية، أصبحت أقفال السيارات أكثر ملاءمة. تشمل مزايا التحكم الآلي ميزات مريحة مثل التشغيل عن بُعد، بالإضافة إلى تعزيز السلامة والذكاء، مثل الفتح التلقائي بعد الاصطدام. على عكس النوافذ الكهربائية، يجب أن تحتفظ أقفال الأبواب الكهربائية بخيار التشغيل اليدوي، مما يؤثر على تصميم المحرك وبنية القفل.

ربما تطورت المؤشرات الموجودة على لوحات العدادات أو مجموعات العدادات إلى مصابيح LED أو أنواع أخرى من الشاشات، ولكن الآن تستخدم جميع العدادات والمقياس محركات كهربائية صغيرة. تشمل المحركات الأخرى في فئة توفير الراحة ميزات شائعة مثل طي المرايا الجانبية وتعديل وضعها، بالإضافة إلى تطبيقات أكثر تميزًا مثل أسقف السيارات المكشوفة، والدواسات القابلة للسحب، والفواصل الزجاجية بين السائق والراكب.

أصبحت المحركات الكهربائية أكثر شيوعًا في العديد من الأجهزة الأخرى، وخاصةً في المحركات الكهربائية. في كثير من الحالات، تحل المحركات الكهربائية محل المكونات الميكانيكية التي تعمل بالأحزمة. ومن الأمثلة على ذلك مراوح التبريد، ومضخات الوقود، ومضخات المياه، والضواغط. يُوفر استبدال نظام نقل الحركة بالأحزمة بنظام كهربائي مزايا عديدة، منها أن استخدام المحركات الكهربائية في الأجهزة الإلكترونية الحديثة أكثر كفاءة في استهلاك الطاقة من استخدام الأحزمة والبكرات، مما يُحسّن كفاءة استهلاك الوقود، ويُقلل الوزن، ويُخفض الانبعاثات. ومن المزايا الأخرى أن استخدام المحركات الكهربائية بدلًا من الأحزمة يُتيح مرونة أكبر في التصميم الميكانيكي، حيث لا تتقيد مواقع تركيب المضخات والمراوح بمسار الحزام المتعرج المُثبت على كل بكرة.

اتجاهات تكنولوجيا المحركات داخل المركبات

تُعد المحركات الكهربائية ضرورية في الأماكن المحددة في الرسم التخطيطي أعلاه، وبالتالي، مع ازدياد اعتماد السيارة على الإلكترونيات وتقدم القيادة الذاتية والذكاء الاصطناعي، سيتم استخدام المحركات الكهربائية بشكل متزايد في السيارة، كما أن نوع المحركات المستخدمة في القيادة يتغير أيضًا.

بينما كانت معظم محركات السيارات سابقًا تستخدم أنظمة 12 فولت القياسية، أصبحت أنظمة الجهد المزدوج 12 فولت و48 فولت شائعة الاستخدام، حيث يسمح نظام الجهد المزدوج بإزالة بعض الأحمال ذات التيار العالي من بطارية 12 فولت. تتمثل ميزة استخدام مصدر طاقة 48 فولت في تقليل التيار بمقدار أربعة أضعاف للحصول على نفس القدرة، وما يصاحب ذلك من انخفاض في وزن الكابلات وملفات المحرك. تشمل التطبيقات ذات الأحمال عالية التيار التي يمكن تحديثها إلى طاقة 48 فولت: محركات التشغيل، والشواحن التوربينية، ومضخات الوقود، ومضخات المياه، ومراوح التبريد. قد يؤدي تركيب نظام كهربائي 48 فولت لهذه المكونات إلى توفير ما يقارب 10% من استهلاك الوقود.

فهم أنواع المحركات
تتطلب التطبيقات المختلفة محركات مختلفة، ويمكن تصنيف المحركات بطرق متنوعة.

1. التصنيف بناءً على مصدر الطاقة التشغيلية - يمكن تصنيف المحركات، بحسب مصدر الطاقة التشغيلية، إلى محركات تيار مستمر ومحركات تيار متردد. وتنقسم محركات التيار المتردد بدورها إلى محركات أحادية الطور ومحركات ثلاثية الطور.

2. وفقًا لمبدأ العمل - بناءً على اختلاف البنية ومبدأ العمل، يمكن تقسيم المحركات إلى محركات تيار مستمر، ومحركات غير متزامنة، ومحركات متزامنة. وتنقسم المحركات المتزامنة بدورها إلى محركات متزامنة ذات مغناطيس دائم، ومحركات متزامنة ذات ممانعة مغناطيسية، ومحركات ذات تخلف مغناطيسي. أما المحركات غير المتزامنة، فتنقسم إلى محركات حثية ومحركات تيار متردد ذات مبدل.

3. التصنيف وفقًا لوضع بدء التشغيل والتشغيل - يمكن تقسيم المحرك وفقًا لوضع بدء التشغيل والتشغيل إلى محرك غير متزامن أحادي الطور يعمل بمكثف، ومحرك غير متزامن أحادي الطور يعمل بمكثف، ومحرك غير متزامن أحادي الطور يعمل بمكثف، ومحرك غير متزامن أحادي الطور ذو طور منقسم.

4. التصنيف حسب الاستخدام - يمكن تقسيم المحركات الكهربائية إلى محركات قيادة ومحركات تحكم حسب الاستخدام. تنقسم محركات القيادة إلى محركات كهربائية للأدوات الكهربائية (بما في ذلك أدوات الحفر والتلميع والطحن والتفريز والقطع والتوسيع وغيرها)، ومحركات كهربائية للأجهزة المنزلية (بما في ذلك الغسالات والمراوح الكهربائية والثلاجات ومكيفات الهواء ومسجلات الأشرطة ومسجلات الفيديو ومسجلات الفيديو ومشغلات أقراص DVD والمكانس الكهربائية والكاميرات ومجففات الشعر وماكينات الحلاقة الكهربائية وغيرها)، بالإضافة إلى الآلات والمعدات الصغيرة العامة (بما في ذلك مجموعة متنوعة من أدوات الآلات الصغيرة والآلات الصغيرة والمعدات الطبية والأجهزة الإلكترونية وغيرها). تنقسم محركات التحكم إلى محركات متدرجة ومحركات مؤازرة.

5. التصنيف وفقًا لهيكل الدوار - يمكن تقسيم المحرك وفقًا لهيكل الدوار إلى محرك حثي قفصي (يسمى المعيار القديم محرك غير متزامن ذو قفص سنجابي) ومحرك حثي ذو دوار ملفوف بسلك (يسمى المعيار القديم محرك غير متزامن ذو دوار ملفوف بسلك).

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

تستخدم معظم المحركات في تطبيقات هياكل السيارات حاليًا محركات التيار المستمر ذات الفرش، وهو حل تقليدي. تتميز هذه المحركات بسهولة تشغيلها وانخفاض 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 ويحسن كفاءة استهلاك الوقود ويخفض الانبعاثات، ولذلك يختار المصنعون استخدامها في مساحات الزجاج الأمامي، وأنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC). في هذه التطبيقات، تعمل المحركات لفترات طويلة بدلًا من التشغيل المؤقت كما هو الحال في النوافذ الكهربائية أو المقاعد الكهربائية، حيث تظل بساطة محركات الفرش وفعاليتها من حيث التكلفة ميزةً بارزة.

محركات كهربائية مناسبة للمركبات الكهربائية
سيؤدي التحول من المركبات الموفرة للوقود إلى المركبات الكهربائية بالكامل إلى التحول إلى المحركات التي تعمل بالكهرباء في قلب السيارة.

يُعد نظام محرك القيادة قلب السيارة الكهربائية، ويتكون من محرك، ومحول طاقة، ومستشعرات كشف متنوعة، ومصدر طاقة. تشمل المحركات المناسبة للسيارات الكهربائية: محركات التيار المستمر، ومحركات التيار المستمر عديمة الفرش، والمحركات غير المتزامنة، والمحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم، ومحركات التردد المتغير.

محرك التيار المستمر هو محرك يحول الطاقة الكهربائية المستمرة إلى طاقة ميكانيكية، ويُستخدم على نطاق واسع في تطبيقات الطاقة الكهربائية نظرًا لأدائه الممتاز في تنظيم السرعة. كما يتميز بعزم دوران بدء تشغيل كبير وسهولة التحكم نسبيًا، ولذلك، فإن أي آلة تبدأ العمل تحت حمل ثقيل أو تتطلب تنظيمًا منتظمًا للسرعة، مثل مطاحن الدرفلة العكسية الكبيرة، والرافعات، والقاطرات الكهربائية، والترام، وما إلى ذلك، تُعد مناسبة لاستخدام محركات التيار المستمر.

يتوافق محرك التيار المستمر عديم الفرش بشكل كبير مع خصائص أحمال المركبات الكهربائية، إذ يتميز بعزم دوران عالٍ عند السرعات المنخفضة، مما يوفر عزم دوران بدء تشغيل قويًا لتلبية متطلبات تسارع هذه المركبات. كما أنه يعمل ضمن نطاق سرعات واسع يشمل السرعات المنخفضة والمتوسطة والعالية، ويتميز بكفاءة عالية، خاصةً في ظروف الأحمال الخفيفة. أما عيبه، فهو أن تصميمه أكثر تعقيدًا من محرك التيار المتردد، ووحدة التحكم فيه أكثر تعقيدًا من محرك التيار المستمر ذي الفرش.

المحرك غير المتزامن، أو المحرك الحثي، هو جهاز يوضع فيه الدوار في مجال مغناطيسي دوار، وبفعل هذا المجال، يتولد عزم دوران، مما يؤدي إلى دوران الدوار. يتميز المحرك غير المتزامن ببساطة تركيبه وسهولة تصنيعه وصيانته، كما أنه يتمتع بخصائص حمل قريبة من السرعة الثابتة، مما يجعله مناسبًا لمعظم متطلبات سحب آلات الإنتاج الصناعية والزراعية. مع ذلك، فإن سرعة دوران المحرك غير المتزامن وسرعة دوران مجاله المغناطيسي ثابتة، مما يجعل تنظيم السرعة فيه ضعيفًا، وبالتالي فهو أقل اقتصادية ومرونة من محرك التيار المستمر. إضافةً إلى ذلك، في التطبيقات التي تتطلب قدرة عالية وسرعة منخفضة، لا يُعد المحرك غير المتزامن خيارًا مناسبًا كالمحرك المتزامن.

المحرك التزامني ذو المغناطيس الدائم هو محرك تزامني يُولّد مجالًا مغناطيسيًا دوارًا متزامنًا عن طريق إثارة مغناطيسات دائمة تعمل كدوار لتوليد هذا المجال، وتتفاعل ملفات الجزء الثابت ثلاثية الأطوار عبر العضو الدوار تحت تأثير المجال المغناطيسي الدوار، مما يُولّد تيارات متناظرة ثلاثية الأطوار. يتميز هذا المحرك بصغر حجمه وخفة وزنه، بالإضافة إلى انخفاض عزم القصور الذاتي الدوراني وكثافة الطاقة العالية، مما يجعله مناسبًا للمركبات الكهربائية ذات المساحة المحدودة. علاوة على ذلك، يتمتع بنسبة عزم دوران إلى قصور ذاتي عالية، وقدرة عالية على تحمل الأحمال الزائدة، وعزم دوران خرج كبير، خاصة عند سرعات الدوران المنخفضة، مما يجعله مناسبًا لتسارع بدء تشغيل المركبات الكهربائية. لذلك، حظيت محركات المغناطيس الدائم باعتراف واسع النطاق في أوساط صناعة المركبات الكهربائية محليًا وعالميًا، وتُستخدم في العديد من المركبات الكهربائية. على سبيل المثال، تعمل معظم المركبات الكهربائية في اليابان بمحركات المغناطيس الدائم، كما هو الحال في سيارة تويوتا بريوس الهجينة.