شنبه , ۲۵ آذر ۱۳۹۶

تمرکز شرکت زیمنس به روی ارتقای موتور خودروی برقی

 2

موتور برقی ۱۵۰ ساله شد و شرکت زیمنس در حال حاضر آن را برای استفاده در خودروهای برقی مجددا طراحی کرده است. تمرکز این شرکت به روی افزایش قدرت این موتورها ست.

شرکت زیمنس در وب سایت رسمی خود در ارتباط با این موضوع چنین نوشت: موتوری که ۱۰۰ درصد انرژی ورودی را به حرکت تبدیل کند و وسیله نقلیه را به صورت هموار و به طور همگن شتاب دهد و آنقدر جمع و جور باشد که به  محفظه موتور نیاز نداشته و درعوض روی محور چرخ نصب شود، هم چون رویایی برای مخترعان است. با این حال رسیدن به این رویا دست نیافتنی نیست و تحقق آن در خودروهایی با موتورهای برقی به جای موتورهای احتراق داخلی به واقعیت نزدیک تر می شود.

دکتر کارستن میشل، رئیس توسعه واحدهای داخلی خودرو برقی  بخش صنعت زیمنس می گوید: موتورهای برقی سیستم های پیش برنده کامل هستند. با این وجود، توسعه موتورهای برقی ساده نیست. اگر چه زیمنس در ۱۵۰ سال اخیر موتوربرقی تولید کرده است، اما انتخاب یک موتور صنعتی کردن و نصب آن بر روی خودرو آسان نیست. توقع خودروسازان بسیار بالاست و موتور باید برای نصب روی ده ها هزار دستگاه  وسیله نقلیه به صورت کاملا خودکار مناسب باشد. این موتورها نیاز به خروجی بالا و در عین حال وزن کم دارند. همچنین باید تا حد امکان کارآمد باشند و حتی در نوسانات شدید درجه حرارت و دماهای مختلف درست کار کنند.

تعیین هدف توسعه وابسته به ترکیب منحصر به فرد نیاز خودروساز است. همانطور که موتورهای بنزینی و دیزلی متعددی وجود دارد، موتورهای برقی  نیز از تنوع بالایی برخوردارند. تقریبا تمام موتورهای برقی مورد استفاده در وسایل نقلیه امروزی یا یک ماشین برقی غیرهمزمان برانگیخته شده بوسیله برق و یا یک موتور همزمان برانگیخته شده به طور دائم است. ماشین غیرهمزمان، در حدود ۱۰-۱۵ درصد سنگین تر و بزرگتر از یک موتور همزمان با خروجی مشابه بوده و چگالی قدرت آن پایین تر است. با این وجود مزیت استراتژیک ندارد چون به آهنربای دایمی نیاز ندارد چرا که جریان برق خود یک میدان مغناطیسی ایجاد می کند. نبود آهنرباهای دائمی نیاز به فلزات خاکی کمیاب مانند نئودیمیوم را کاهش می دهد. در نتیجه، شرکت هایی که ماشین های غیرهمزمان تولید می کنند، لازم نیست که بیش از این به چین، به عنوان تامین کننده اصلی فلزات خاکی کمیاب تکیه کنند، و آنها نیز لازم نیست در مورد افزایش شدید قیمت مواد اصلی نگران باشند. ویژگی مشخصه ماشین های غیرهمزمان نسبت به موتورهای همزمان این است که در سرعت های چرخش بالاتر گشتاور آنها کاهش می یابد. هدف اصلی در رابطه با ماشین های غیرهمزمان آینده افزایش بیشتر تراکم قدرت است. به عنوان مثال، محققان در حال کار کردن بر روی بهینه سازی سیستم های خنک کننده و استفاده از ورق های فلزی جدید با خواص مغناطیسی و مکانیکی بهبود یافته هستند. بر خلاف موتور احتراقی، موتور برقی دارای یک خروجی حداکثر است که بسیار بالاتر از خروجی متوسط ​​می باشد. به عنوان مثال، یک موتور ۵۰ کیلووات به راحتی می تواند ۱۲۰ کیلووات توان برای یک زمان کوتاه تولید کند. طول مدت دوام این “توربو الکتریکی” به نوع سیستم خنک کننده بستگی دارد. موتورهای الکتریکی امروز با یک پوشش آب احاطه شده است. یک روش خنک کننده بهتر، استخراج گرمای اضافی به طور مستقیم از داخل موتور است. اما ایده کشیدن مارپیچ لوله های آب در ماشین های برقی درحال گردش چندان مخاطره آمیز نیست. میشلز می گوید: موتورهایی که ما برای آزمایش بکار بردیم نشان می دهد که این کار در ماشین های برقی امکانپذیر است. ماشین های غیرهمزمان می توانند از این شیوه نفع ببرند چون اتلاف حرارت در چرخنده های حامل جریان آنها بالاتر است.

کارایی نزدیک به ۹۷ درصد است. هیچ شکی نیست که موتور همزمان دایما برانگیخته بهترین ماشین برقی از لحاظ اجراست و در حال حاضر نزدیک به دستیابی به بازده ۹۷ درصد است. در یک موتور همزمان، چرخنده همیشه دقیقا در راستای میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط مولد است به این معنی که هیچ لغزشی وجود ندارد. اتلاف الکتریکی آنها نیز کمتر از ماشین های غیرهمزمان می باشد. بنابراین مهندسان توسعه اگر بتوانند استفاده از فلزات خاکی کمیاب را به حداقل برساند، بسیار به این مورد علاقه مندند. یکی از راه های دستیابی به این امر استفاده از یک موتور ترکیبی است که مانند یک آهنربای دائم تحت بار جزئی عمی می کند. اما می تواند با استفاده از برانگیختن جداگانه میدان مغناطیسی به نیازهای خروجی بالاتر پاسخ دهد. تیم متخصص Inside e-Car نه تنها به دنبال توسعه مفاهیم جدید مربوط به موتور بلکه بهینه سازی سیستم رانش است. هدف، انجام پروژه های مشتری بوسیله تطبیق سیستم رانش صنعتی با نیازهای خودروست. این امر به ویژه درمورد مبدل بهکار می رود، که جریان مستقیم از باتری را به جریان متناوب برقی که موتور با آن کار می کند،تبدیل می کند. همچنین مبدل، ذخیره برق از انرژی ترمز که موتور برقی در حالت ژنراتور تولید می کند را ممکن می کند. میشلز می گوید: در اینجا، تفاوت الزامات بین کاربردهای صنعتی و خودرو حتی بیشتر از الزامات موتور است.

باتری های سنگین در اتومبیل های برقی هر کیلو وزن و هر لیتر حجم را به مسئله بزرگی تبدیل می کنند. عمر زندگی ۸۰۰۰ ساعته مبدل خودرو در صنعت کمتر است. اما مبدل نیز باید هر دو درجه حرارت سرد و گرمای شدید را تحمل کند. مبدل صنعتی اغلب بوسیله هوا سرد می شود، اما چگالی انرژی مورد نیاز برای استفاده در خودرو تنها می تواند با آب خنک کننده به دست آید. میشلز توضیح می دهد: درهرحال مبدل صنعتی به خصوص از نظر صحت کنترل و دقت به طور کلی  پایه خوبی برای شروع است. ما همچنین می توانیم از طیف گسترده ای از مهارت کنترل موتور استفاده کنیم که زیمنس طی چندین سال با مقررات ابزارهای چند محوری ماشین به دست آورده است.

3

در حالی که تیم متخصص Inside e-Car ، سیستم رانش برای استفاده انبوه در وسایل نقلیه برقی را توسعه می دهد، دکتر تیلو موزر از شرکت فناوری (CT) در مونیخ در حال آزمایش محدودیت های فناوری سیستم رانش است. موزر یکی از توسعه دهندگان سیستم رانشFurtive eGT بود. نتایج حاصل از کار او در حال حاضر وارد مسابقه شده است، وقتی خودروهای اسپرت برقی ساخته شده توسط شرکت فرانسوی Exagon خروجی ۳۰۰ کیلو وات و گشتاور بیش از ۵۰۰ نیوتن متر را به دست آورد. این اعداد مشابه آنچیزی است که یک موتور بنزینی بزرگ هشت سیلندر می تواند ارائه دهد، اما تنهااز دو موتور الکتریکی نصب شده بر روی محور عقب تولید می شود. مجموعه قدرت محدود به سرعت ۲۵۰ کیلومتر / ساعت است، نه به خاطر آن که نمی تواند وسیله نقلیه را سریعتر حرکت دهد بلکه به دلیل افزایش عمر باتری است. موزر و همکارانش در شرکت فناوری ابتدا یک نمونه اولیه را به سیستم رانش برقی کامل مجهز کردند. تراکم توان بالای این خودرو معادل ۲٫۶ کیلو وات در هر کیلوگرم چنان Exagon را تحت تاثیر قرار داد که برای توسعه اجزای سازنده برای وسایل نقلیه از زیمنس درخواست کرد، که تا پایان سال ۲۰۱۳ راه اندازی می شود. شرکت فناوری و Inside e-Car و موزر به عنوان مدیر پروژه فنی و دکتر فرانتس واگنر به عنوان ناظر کل بر پروژه همکاری نزدیک با هم دارند. واگنر توضیح می دهد: مزیت ما این است که این پروژه به ما فرصت می دهد تکنولوژی امروز را محدود کنیم چون می توانیم از کیفیت تولید خودرو اطمینان حاصل کنیم. این امر نه تنها به تراکم قدرت آهنربای دائم بلکه به بهره وری سیستم رانش کمک می کند، که در حدود ۹۶ درصد است. توسعه دهندگان زیمنس با ترکیب مقادیر مختلف از جمله استفاده از مواد مغناطیسی مخصوص و تطبیق شکل و ترتیب به گونه ای که کمترین اتلاف انرژی رخ دهد، به این مقدار دست پیدا کردند.

Inside e-Car از ایده های جدید دیگر در آینده استفاده خواهد کرد. به عنوان مثال، در حال حاضر درحال کار روی راه حل های بی سیم برای شارژ القایی باتری است مانند باتری هایی که امروزه در مسواک برقی مورد استفاده قرار می گیرد. پایه و اساس این راه حل توسط شرکت فناوری بنا گذاشته شدو این فناوری پس از موفقیت کامل در آزمایش ها به  Inside e-Car انتقال داده شد. موتورهای الکتریکی و الکترونیک نیز در آینده برای ایجاد واحد سیستم رانش/ موتور فشرده ادغام می شوند. میشلز می گوید: گزینه های زیادی وجود دارد و ما همه را مدنظر قرار می دهیم.

هر چیزی که باعث می شود خودروهای برقی سبک تر، کارآمد تر و راحت تر باشند می تواند سرعت موفقیت اتومبیل های برقی در بازار را افزایش دهد. با توجه به پیش بینی آژانس بین المللی انرژی، بیش از ۱۲۰ میلیون دستگاه خودرو در سال ۲۰۳۰ ساخته خواهد شد که نیمی از آنها برقی خواهد بود. حجم بازار جهانی حداقل ۶۰ میلیون خودرو برقی خواهد بود گرچه درواقع خودروهای زیادی مجهز به بیش از یک موتور رانش خواهند شد.

1

 

جوابی بنویسید

ایمیل شما نشر نخواهد شدخانه های ضروری نشانه گذاری شده است. *

*