6 فناوری که می تواند موتورهای الکتریکی را متحول کند

موتورهای الکتریکی آنقدر همه کاره و بادوام هستند که تصور یک کارخانه مدرن بدون آنها دشوار است. موتورها در همه جا ، در تاسیسات  کارخانجات ، خودرو ها و حتی منازل یافت می شوند، از فن های دمنده سیستم HVAC گرفته تا چرخ دنده های محرک در ماشین آلات و تسمه های نقاله که اجزاء را در سراسر خط تولید حرکت می دهند. طبق اطلاعات مجله Reliable Plant، موتورهای الکتریکی 60 درصد از مصرف برق صنعتی در آمریکا را تشکیل می دهند و آنها را به هدف اصلی برای سرمایه گذاری در بهره وری تبدیل می کند.

طبق گفته انجمن توسعه مس، یک موتور الکتریکی صنعتی معمولی می تواند سالانه بین هفت تا نه برابر قیمت خرید اولیه خود ، برق استفاده کند، به این معنی که دوره بازگشت سرمایه گذاری در موتورهای با راندمان بالا می تواند بسیار کوتاه باشد. CDA تخمین می زند که موتورهای با راندمان برتر یک دوره بازپرداخت معمولی بین دو تا سه سال را ارائه می دهند.

از ماشین ها تا  کارخانه

فناوری پایه موتورهای الکتریکی در 150 سال گذشته اندکی تغییر کرده است. طبق گزارش موسسه فناوری کارلسروهه، اولین موتور الکتریکی در سال 1834 - 44 سال قبل از لامپ اختراع شد. و موتور القایی AC در سال 1889 با استفاده از همان مکانیزم اصلی تولید گردید.

علیرغم سادگی طراحی موتور القایی، پیشرفت های تکنولوژیکی جدید برای افزایش کارایی، طول عمر و عملکرد موتور القایی بوجود  آمده است. ظهور بازار خودروهای الکتریکی روزنه هایی را برای توسعه موتورهای قدرتمندتر و کارآمدتر که می توانند خودروهایی با شارژ بیشتر و سریعتر تولید کرد بوجود آورده است . اکنون، برخی از پیشرفت‌های فناوری که صنعت خودروسازی را متحول کرده‌اند، راه خود را به سمت کاربردهای صنعتی باز کرده‌اند.

موتورهای صنعتی ثابت از جهات مهمی با موتورهای الکتریکی خودرو تفاوت دارند، اما هنوز همپوشانی قابل توجهی وجود دارد. به عنوان مثال، در حالی که تقریباً تمام موتورهای خودرو از موتورهای سنکرون جریان مستقیم بدون مغناطیس دائمی هستند، این موتورها با موتورهای القایی جریان متناوب مقاوم‌تر و ارزان‌تر که معمولاً در صنعت استفاده می‌شوند، چندین جزء مشترک دارند. بهبود در سیم‌پیچ‌های شفت  و اتلاف گرما ممکن است اولین کاربرد خود را در موتورهای جریان مستقیم برای خودروهای الکتریکی داشته باشد، اما این پیشرفت‌ها به سرعت برای استفاده در طرح‌های جریان متناوب نیز سازگار خواهند شد.

در اینجا شش پیشرفت در موتورهای الکتریکی وجود دارد که می تواند بر تولید تأثیر بگذاردرا بررسی میکنیم .

شفت های مسی دایکاست ( Die-Cast Copper Rotors )

اکثر موتورهای القایی از یک شفت  به سبک «قفس سنجابی» ساخته شده از میله‌های نازک فلز رسانا استفاده می‌کنند که می‌تواند یک میدان الکترومغناطیسی را برای به حرکت درآوردن موتور القا کند. در موتورهای قدیمی تر، این «قفس سنجاب» از میله های آلومینیومی ساخته شده است که رسانایی کمتری نسبت به مس دارند اما کار کردن با آن بسیار آسان تر است.

طبق گفته وزارت انرژی، آلومینیوم برای موتورهای الکتریکی قدیمی تر ترجیح داده می شود، زیرا دمای ذوب پایین 660 درجه سانتیگراد آن را برای ریخته گری در فرآیند تولید مناسب می کند. رسانایی بالاتر مس نوید یک شفت  قدرتمندتر را می داد، اما دمای ذوب بالای 1083 درجه سانتیگراد آن با تکنیک های ریخته گری سنتی غیر قابل اجرا بود.

کمک مالی وزارت انرژی باعث توسعه مواد ریخته گری با دایکاست که می توانند دماهای بالاتر را تحمل کنند، منجر به در دسترس بودن شفت های مسی برای موتورهای القایی شد. انجمن توسعه مس گزارش می دهد که این شفت های بسیار رسانا می توانند تلفات انرژی در هسته موتور را 12 تا 15 درصد کاهش دهند.

((دایکاست یک فرآیند ریخته گری فلز است که با فشار دادن فلز مذاب تحت فشار بالا به داخل حفره قالب ایجاد می شود. ساخت قطعات با استفاده از دایکاست نسبتاً ساده است و فقط شامل چهار مرحله اصلی است که هزینه افزایشی هر مورد را پایین نگه می‌دارد. دایکاست به ویژه برای مقدار زیادی از ریخته گری های کوچک تا متوسط مناسب است.))

 

درایوهای مگنت دائمی

برخلاف موتورهای القایی که تا زمانی که یک جریان متناوب به سیم‌پیچ‌های موتور اعمال نشود، میدان مغناطیسی ندارند، یک موتور آهنربای دائمی یک آهنربای سرامیکی قوی را در داخل شفت های خود جای می‌دهد. این به موتور اجازه می دهد تا با سرعت های متغیر بچرخد و همچنین میدان مغناطیسی قوی تری را در محفظه فشرده تر ایجاد کند.

وزارت انرژی گزارش می دهد که مزیت اصلی موتورهای آهنربای دائم قدرت برتر آن است که آنها را به فناوری موتور انتخابی در بازار خودروهای الکتریکی تبدیل کرده است. آنها می توانند به نسبت گشتاور به وزن دو برابر موتورهای القایی دست یابند و می توانند گشتاورهای بالایی را در سرعت های متغیر تولید کنند.

سیم پیچ مربعی

شفت  یک موتور القایی جایی است که جریان الکتریکی در آن جریان دارد. عبور سیم با طول بیشتری از شفت  میدان مغناطیسی قوی‌تری ایجاد می‌کند، اما سیم‌ها باید محکم پیچیده شوند تا میدان مغناطیسی متمرکز و در دسترس استاتور (قسمت ثابت الکتروموتور)چرخان که محور موتور را به حرکت در می‌آورد، حفظ شود.

یکی از تولیدکنندگان خودروهای برقی اخیراً یک موتور الکتریکی ساخته است که از سیم‌های مسی مربعی در شفت های خود استفاده می‌کند و شکاف‌های ذاتی سیم‌های گرد را از بین می‌برد. طبق مجله Motor Trend، سیم‌های مربعی بافته شده موتور، میدان مغناطیسی فشرده‌تری ایجاد می‌کنند در حالی که به نقاط لحیم کاری ظریف کمتری نسبت به فن‌آوری‌های سیم‌پیچ رقیب نیاز دارند.

سیم‌پیچ‌های شفت  فشرده‌تر باید گشتاور بیشتری را در فضای کمتر ایجاد کنند، و شفت  با نقاط لحیم کاری کمتر، طول عمر بیشتر و هزینه‌های تولید پایین‌تر را نوید میدهد.
شفت های شار محوری

موتورهای الکتریکی سنتی "شار شعاعی" هستند، به این معنی که میدان مغناطیسی آنها عمود بر چرخش موتور است. این به یک محفظه استوانه ای نسبتاً طولانی برای قرار دادن شفت های موتور الکتریکی نیاز دارد.

به گفته شرکت تحقیقاتی ID Tech Ex، بسیاری از خودروسازان در حال بررسی موتورهای شار محوری هستند که از شفت های پنکیک شکل در اطراف استاتور استفاده می کنند. میدان مغناطیسی موتور محوری با محور محرک موتور هماهنگ است و امکان طراحی فشرده تر را فراهم می کند. موتورهای شار محوری همچنین شفت  را در مجاورت سیم‌پیچ‌های استاتور قرار می‌دهند که دریچه را برای افزایش بازده باز می‌کند. این موتورها برای بازار خودروهای برقی ساخته می شوند، اما می توانند برای کاربردهای صنعتی که به محفظه موتور فشرده نیاز دارند، کاربرد داشته باشند.

 
موتورهای رلوکتانس سوئیچ شده

موتورهای القایی از نوسان طبیعی جریان متناوب برای تغییر قطبیت میدان الکترومغناطیسی خود استفاده می کنند که به نوبه خود باعث چرخش موتور می شود. اما نسل جدیدی از موتورهای رلوکتانس سوئیچ از فناوری های کنترل کننده پیشرفته برای کنترل بهینه قطبیت میدان مغناطیسی موتور استفاده می کنند.

به گفته وزارت انرژی آمریکا، ساخت موتورهای رلوکتانس سوئیچ نسبت به موتورهای القایی مشابه ارزان‌تر است و مدیریت حرارتی بهبود یافته‌ای را ارائه می‌دهند که به سیستم‌های خنک‌کننده نسبتاً ساده نیاز دارند.

مجله Overdrive گزارش می دهد که موتورهای سوئیچ رلوکتانس می توانند با عملکرد موتورهای مغناطیسی خاکی کمیاب گران تر بدون نیاز به فلزات عجیب و غریب مانند نئودیمیم مطابقت داشته باشند. موتورهای رلوکتانس سوئیچ دار نیز این قابلیت را دارند که سرعت چرخش خود را با دقت بسیار بیشتری نسبت به موتورهای القایی که به فرکانس شبکه الکتریکی قفل می شوند، کنترل کنند.

شار شعاعی ذوزنقه ای

یکی از جدیدترین نوآوری‌ها در طراحی موتور الکتریکی، شفت های دندانه‌دار ذوزنقه‌ای است که توسط یک استارت‌آپ اسرائیلی توسعه یافته‌اند و نوید گشتاور بیشتری را در بسته‌بندی کوچک‌تر نسبت به طرح‌های موتور شعاعی رقیب می‌دهند.

با توجه به مقاله ممنتشر شده در مجله Electric and Hybrid، نمونه‌های اولیه موتور شار شعاعی ذوزنقه‌ای نسبت به موتورهای DC بدون جاروبکی که در اکثر خودروهای الکتریکی استفاده می‌شود، ((در موتورهای جریان مستقیم معمولی، جاروبک‌ها وظیفه رساندن جریان الکتریکی از طریق کموتاتورها به سیم‌پیچ‌های روتور را برعهده دارند.))قدرت بیشتری ارائه می‌دهند و اتلاف انرژی کمتر بصورت حرارت  دارند. اگر این فناوری وارد تولید تجاری شود، نسخه مبتنی بر فریت آن می‌تواند با موتورهای القایی در کاربردهای صنعتی رقابت کند و جایگزین قدرتمندتر و فشرده‌تری برای طرح‌های سنتی ارائه دهد. ((فریت یک ترکیب شیمیایی از مواد سرامیکی با اکسید آهن هست ، از فریت به خاطر نفوذ پذیری مغناطیسی بالا و همچنین هدایت الکتریکی خیلی کمش به عنوان هسته برای سلف ها استفاده میکند ))

امیدواریم با دنبال کردن این مقاله آسان، موتور الکتریکی مناسب را در فروشگاه اینترنتی گل الکتریک پارت پیدا کنید. با این حال، اگر سؤال بیشتری دارید، لطفاً برای مشاوره بیشتر در مورد این موضوع با متخصص موتورهای الکتریکی ما تماس بگیرید. ما اینجا هستیم، برای شما!

اطلاعات موجود در این مقاله فقط برای اهداف اطلاعات عمومی در نظر گرفته شده است و بر اساس اطلاعات موجود در تاریخ اولیه انتشار است. هیچ اظهارنظری مبنی بر کامل بودن یا جاری بودن اطلاعات یا مراجع انجام نشده است. این مقاله جایگزینی برای بررسی مقررات جاری دولتی، استانداردهای صنعتی، یا سایر استانداردهای خاص کسب و کار و/یا فعالیت شما نیست و نباید به عنوان توصیه یا نظر حقوقی تلقی شود. خوانندگان با سؤالات خاص باید به استانداردهای قابل اجرا مراجعه کنند یا با یک وکیل مشورت کنند.