עובדות מהירות! יש למעשה כל כך הרבה מנועים במכוניות!

An מנוע חשמליהוא מכשיר שממיר אנרגיה חשמלית לאנרגיה מכנית, ומאז המצאת המנוע החשמלי הראשון על ידי פאראדיי, הצלחנו לחיות את חיינו בלי מכשיר זה בכל מקום.

כיום, מכוניות עוברות במהירות מלהיות מכניות בעיקר למכשירים המונעים חשמלית, והשימוש במנועים במכוניות הופך נפוץ יותר ויותר. אנשים רבים עשויים שלא להיות מסוגלים לנחש כמה מנועים מותקנים במכוניתם, וההקדמה הבאה תעזור לכם לגלות את המנועים במכוניתכם.

יישומים של מנועים במכוניות

כדי לגלות היכן נמצא המנוע במכונית שלכם, מושב חשמלי הוא המקום האידיאלי למציאתו. במכוניות חסכוניות, מנועים בדרך כלל מספקים כוונון קדימה ואחורה והטיית משענת הגב. במכוניות פרימיום,מנועים חשמלייםיכול לשלוט בכוונון גובה, לדוגמה, הטיית כרית תחתית המושב, תמיכה לגב התחתון, כוונון משענת הראש וקשיחות הכרית, בין היתר תכונות שניתן להשתמש בהן ללא מנועים חשמליים. תכונות מושב אחרות המשתמשות במנועים חשמליים כוללות קיפול מושבים חשמלי וטעינה חשמלית של המושבים האחוריים.

מגבי שמשות הם הדוגמה הנפוצה ביותר לכךמנוע חשמלייישומים במכוניות מודרניות. בדרך כלל, לכל מכונית יש לפחות מנוע מגב אחד למגבים הקדמיים. מגבי חלונות אחוריים הופכים פופולריים יותר ויותר בקרב רכבי שטח ומכוניות עם גב מסוג "דלת אסם", מה שאומר שמגבים אחוריים ומנועים תואמים קיימים ברוב המכוניות. מנוע נוסף מזרים נוזל שטיפה לשמשה הקדמית, ובחלק מהמכוניות לפנסים הקדמיים, שעשויים להיות בעלי מגב קטן משלהם.
כמעט בכל מכונית יש מפוח שמזרים אוויר דרך מערכת החימום והקירור; כלי רכב רבים כוללים שני מאווררים או יותר בתא הנוסעים. כלי רכב יוקרתיים יותר כוללים גם מאווררים במושבים לאוורור כריות ופיזור חום.

בעבר, חלונות נפתחו ונסגרו לעתים קרובות באופן ידני, אך כיום חלונות חשמליים נפוצים. מנועים נסתרים ממוקמים בכל חלון, כולל גגות שמש וחלונות אחוריים. המפעילים המשמשים לחלונות אלה יכולים להיות פשוטים כמו ממסרים, אך דרישות בטיחות (כגון זיהוי מכשולים או הידוק עצמים) מובילות לשימוש במפעילים חכמים יותר עם ניטור תנועה והגבלת כוח הנעה.

עם המעבר מנעולי דלת ידניים לחשמליים, נעילת רכב הופכת לנוחה יותר. היתרונות של בקרה ממונעת כוללים תכונות נוחות כגון הפעלה מרחוק, ובטיחות ואינטליגנציה משופרות כגון פתיחה אוטומטית לאחר התנגשות. בניגוד לחלונות חשמליים, נעילת דלתות חשמלית חייבת לשמור על אפשרות הפעלה ידנית, ולכן הדבר משפיע על תכנון המנוע ומבנה נעילת הדלת החשמלית.

ייתכן שאינדיקטורים בלוחות מחוונים או בצברים התפתחו לדיודות פולטות אור (LED) או לסוגים אחרים של צגים, אך כיום כל לוח מחוונים ומחוונים משתמשים במנועים חשמליים קטנים. מנועים אחרים בקטגוריית הנוחות כוללים מאפיינים נפוצים כגון קיפול מראות צד וכיוונון מיקום, כמו גם יישומים קודרים יותר כגון גגות פתוחים, דוושות נשלפות ומחיצות זכוכית בין הנהג לנוסע.

מתחת למכסה המנוע, מנועים חשמליים הופכים נפוצים יותר במספר מקומות אחרים. במקרים רבים, מנועים חשמליים מחליפים רכיבים מכניים המונעים על ידי רצועה. דוגמאות לכך כוללות מאווררי רדיאטור, משאבות דלק, משאבות מים ומדחסים. ישנם מספר יתרונות לשינוי פונקציות אלו מהנעת רצועה להנעה חשמלית. אחד מהם הוא שהשימוש במנועי הנעה בציוד אלקטרוני מודרני יעיל יותר מבחינה אנרגטית מאשר שימוש ברצועות וגלגלות, וכתוצאה מכך יתרונות כגון יעילות דלק משופרת, משקל מופחת ופליטות נמוכות יותר. יתרון נוסף הוא שהשימוש במנועים חשמליים במקום רצועות מאפשר חופש רב יותר בתכנון מכני, מכיוון שמיקומי ההרכבה של משאבות ומאווררים אינם חייבים להיות מוגבלים על ידי רצועת הסרפנטיין שיש לחבר לכל גלגלת.

מגמות בטכנולוגיית מנועים ברכב

מנועים חשמליים הם הכרחיים במקומות המסומנים בתרשים לעיל, ובהמשך, ככל שהמכונית הופכת לאלקטרונית יותר ותתקדם נהיגה אוטונומית ואינטליגנציה, מנועים חשמליים ישמשו יותר ויותר במכונית, וגם סוג המנועים להנעה משתנה.

בעוד שבעבר רוב המנועים במכוניות השתמשו במערכות סטנדרטיות של 12 וולט לרכב, מערכות דו-מתחיות של 12 וולט ו-48 וולט הופכות כיום למיינסטרים, כאשר מערכת המתח הכפול מאפשרת להסיר חלק מעומסי הזרם הגבוהים יותר מסוללת ה-12 וולט. היתרון בשימוש באספקת 48 וולט הוא הפחתה פי ארבעה בזרם עבור אותו הספק, וההפחתה הנלווית במשקל הכבלים וסלילי המנוע. יישומים עם עומסי זרם גבוהים שניתן לשדרג להספק של 48 וולט כוללים מנועי התנעה, מגדשי טורבו, משאבות דלק, משאבות מים ומאווררי קירור. הצבת מערכת חשמל של 48 וולט עבור רכיבים אלה עשויה לחסוך כ-10 אחוזים בצריכת הדלק.

הבנת סוגי המנועים
יישומים שונים דורשים מנועים שונים, וניתן לסווג מנועים במגוון דרכים.

1. סיווג לפי מקור הכוח הפועל - בהתאם למקור הכוח הפועל של המנוע, ניתן לסווג אותו למנועי DC ומנועי AC. ביניהם, מנועי AC מחולקים גם למנועים חד פאזיים ומנועים תלת פאזיים.

2. לפי עקרון העבודה - לפי המבנה ועקרון העבודה השונים, ניתן לחלק את המנוע למנוע DC, מנוע אסינכרוני ומנוע סינכרוני. ניתן לחלק מנועים סינכרוניים גם למנועים סינכרוניים בעלי מגנט קבוע, מנועים סינכרוניים בעלי רילקטנס ומנועי היסטרזיס. ניתן לחלק מנוע אסינכרוני למנוע אינדוקציה ומנוע קומוטטור AC.

3. סיווג לפי מצב הפעלה ופעולה - ניתן לחלק את המנוע לפי מצב ההפעלה והפעולה למנוע אסינכרוני חד פאזי המופעל באמצעות קבלים, מנוע אסינכרוני חד פאזי המופעל באמצעות קבלים, מנוע אסינכרוני חד פאזי המופעל באמצעות קבלים ומנוע אסינכרוני חד פאזי מפוצל.

4. סיווג לפי שימוש - ניתן לחלק מנועים חשמליים למנועי הנעה ולמנועי בקרה לפי השימוש. מנועי הנעה מחולקים לכלי עבודה חשמליים (כולל קידוח, ליטוש, השחזה, חריץ, חיתוך, ריקוע וכלים אחרים) עם מנועים חשמליים, מכשירי חשמל ביתיים (כולל מכונות כביסה, מאווררים חשמליים, מקררים, מזגנים, מכשירי הקלטה, מכשירי וידאו, מקליטי וידאו, נגני DVD, שואבי אבק, מצלמות, מייבשי שיער, מכונות גילוח חשמליות וכו') עם מנועים חשמליים ומכונות וציוד קטנים אחרים למטרות כלליות (כולל מגוון מכונות קטנות, מכונות קטנות, ציוד רפואי, מכשירים אלקטרוניים וכו'). מנועי בקרה מחולקים למנועי צעד ומנועי סרוו.

5. סיווג לפי מבנה הרוטור - ניתן לחלק את המנוע לפי מבנה הרוטור למנוע אינדוקציה מסוג כלוב (התקן הישן נקרא מנוע אסינכרוני מסוג סנאי) ומנוע אינדוקציה מסוג רוטור מלופף תיל (התקן הישן נקרא מנוע אסינכרוני מלופף תיל).

6. סיווג לפי מהירות פעולה - ניתן לחלק את המנוע לפי מהירות פעולה למנועים במהירות גבוהה, מנועים במהירות נמוכה, מנועים במהירות קבועה ומנועים במהירות.

כיום, רוב המנועים ביישומי גוף רכב משתמשים במנועי DC עם מברשות, שהוא פתרון מסורתי. מנועים אלה פשוטים להנעה וזולים יחסית בשל פונקציית הקומוטציה שמספקות המברשות. ביישומים מסוימים, מנועי DC ללא מברשות (BLDC) מציעים יתרונות משמעותיים מבחינת צפיפות הספק, מה שמפחית משקל ומספק צריכת דלק טובה יותר ופליטות נמוכות יותר, ויצרנים בוחרים להשתמש במנועי BLDC במגבים, חימום תא הנוסעים, מפוחים ומשאבות של אוורור ומיזוג אוויר (HVAC). ביישומים אלה, מנועים נוטים לפעול לפרקי זמן ארוכים במקום פעולה חולפת כמו חלונות חשמליים או מושבים חשמליים, שבהם הפשטות והיעילות הכלכלית של מנועי מברשות ממשיכות להיות יתרונות.

מנועים חשמליים המתאימים לרכבים חשמליים
המעבר מכלי רכב חסכוניים בדלק לכלי רכב חשמליים לחלוטין יביא למעבר למנועים מונעים בלב המכונית.

מערכת הנעת המנוע היא לב ליבו של רכב חשמלי, המורכב ממנוע, ממיר כוח, חיישני גילוי שונים וספק כוח. מנועים מתאימים לרכבים חשמליים כוללים: מנועי DC, מנועי DC ללא מברשות, מנועים אסינכרוניים, מנועים סינכרוניים עם מגנט קבוע ומנועי רילקטנס ממותגים.

מנוע DC הוא מנוע הממיר אנרגיה חשמלית DC לאנרגיה מכנית, והוא נמצא בשימוש נרחב בגרירת כוח חשמלית בזכות ביצועי ויסות המהירות הטובים שלו. יש לו גם מאפיינים של מומנט התנעה גדול ובקרה פשוטה יחסית, לכן כל מכונה שמופעלת תחת עומס כבד או דורשת ויסות מהירות אחיד, כגון מפעלי גלגול גדולים הפיכים, כננות, קטרים ​​חשמליים, חשמליות וכן הלאה, מתאימה לשימוש במנועי DC.

מנוע DC ללא מברשות תואם מאוד את מאפייני העומס של כלי רכב חשמליים, עם מאפייני מומנט גבוהים במהירות נמוכה, יכול לספק מומנט התחלתי גדול כדי לעמוד בדרישות התאוצה של כלי רכב חשמליים, יחד עם זאת, הוא יכול לפעול בטווח מהירויות רחב נמוך, בינוני וגבוה, ויש לו גם מאפייני יעילות גבוהים, ובתנאי עומס קל, יעילות גבוהה. החיסרון הוא שהמנוע עצמו מורכב יותר ממנוע AC והבקר מורכב יותר ממנוע DC עם מברשות.

מנוע אסינכרוני, כלומר מנוע אינדוקציה, הוא מכשיר שבו הרוטור ממוקם בשדה מגנטי מסתובב, ותחת פעולת השדה המגנטי המסתובב מתקבל מומנט מסתובב, וכך הרוטור מסתובב. מבנה המנוע האסינכרוני הוא פשוט, קל לייצור ותחזוקה, בעל מאפייני עומס מהירות קרובים לקבועים, ויכול לעמוד בדרישות הגרר של רוב מכונות הייצור התעשייתיות והחקלאיות. עם זאת, למהירות המנוע האסינכרוני ולמהירות הסינכרונית של השדה המגנטי המסתובב שלו יש קצב סיבוב קבוע, ולכן ויסות המהירות גרוע, אינו כלכלי כמו מנוע DC, גמיש. בנוסף, ביישומים בעלי הספק גבוה ומהירות נמוכה, מנועים אסינכרוניים אינם סבירים כמו מנועים סינכרוניים.

מנוע סינכרוני בעל מגנט קבוע הוא מנוע סינכרוני המייצר שדה מגנטי מסתובב סינכרוני על ידי עירור של מגנטים קבועים, הפועלים כרוטור ליצירת שדה מגנטי מסתובב, וסלילי הסטטור התלת-פאזיים מגיבים דרך הארמטורה תחת פעולת השדה המגנטי המסתובב, וגורמים לזרמים סימטריים תלת-פאזיים. מנוע המגנט הקבוע קטן בגודלו, קל במשקלו, עם אינרציה סיבובית קטנה וצפיפות הספק גבוהה, המתאים לרכבים חשמליים עם מקום מוגבל. בנוסף, יש לו יחס מומנט-לאינרציה גדול, קיבולת עומס יתר חזקה ומומנט יציאה גדול במיוחד במהירויות סיבוב נמוכות, המתאים להאצת התנעה של רכב ממוחשב. לכן, מנועי מגנט קבוע מוכרים בדרך כלל על ידי תעשיית הרכבים החשמליים המקומית והחו"ל ומשמשים במספר כלי רכב חשמליים. לדוגמה, רוב כלי הרכב החשמליים ביפן מונעים על ידי מנועי מגנט קבוע, המשמשים בטויוטה פריוס ההיברידית.