محرك داخل العجلة للمركبات الكهربائية "EVs"
نظرًا للحاجة الملحة لتحقيق اقتصادٍ خالٍ من الكربون، تزداد كذلك أهمية المركبات الكهربائية "EVs"، وذلك لأنها لا ينبعث منها غاز ثاني أكسيد الكربون أثناء الحركة. وبالتالي، تلتزم شركة هيتاشي، المحدودة "Hitachi, Ltd." وشركة هيتاشي أستيمو، المحدودة "Astemo, Ltd." بتوسيع إنتاج المركبات الكهربائية "EVs"، بعد أن أعلنت كلتا الشركتان بشكل مشترك عن تطوير محرك داخل العجلة للسيارات الكهربائية في 30 سبتمبر، 2021.
تبنت شركة هيتاشي "نظام الدفع المباشر"، وهو عبارة عن آلية دفع للمركبات الكهربائية "EVs" يتم فيها نقل عزم دوران المحرك الكهربائي "داخل العجلة" المثبت داخل عجلة المركبة الكهربائية "EV" مباشرة إلى العجلة.
أوضح أكيشي تاكاهاشي "Akeshi Takahashi"، رئيس فريق التطوير في مركز الابتكار التكنولوجي الخاص بشركة هيتاشي، أنه تم تطوير هذه التقنية على أساس ثلاثة مفاهيم.
"المفهوم الأول هو شكل مُدمج وخفيف الوزن، والمفهوم الثاني هو التكامل المُدمج، والمفهوم الثالث هو ترشيد استهلاك الطاقة".
يجمع النموذج الأولي بين محرك مدمج، وخفيف الوزن مع عاكس وفرامل، مما يتيح إمكانية التركيب داخل العجلة، وبالتالي تحقيق كثافة طاقة ذات مستوى عالمي تبلغ 2.5 كيلو واط/كجم.
وعلاوة على ذلك، يعمل استخدام القوة المدمجة للمحرك الخاص بحركة المركبة الكهربائية "EV" على خفض فقدان الطاقة بنسبة 30٪ مقارنة بأنظمة المركبات الكهربائية "EV" التقليدية، مما يعمل على إطالة مسافة القيادة بشكل كبير.
بدأ تنفيذ تطوير المحرك داخل العجلة نتيجة لتعليق من قبل أحد المسؤولين التنفيذيين في مجموعة البحث والتطوير، والذي قال: "بدلاً من التفكير في الاعتماد على التقنيات الحالية، علينا أن نتوقع احتياجات المجتمع بعد عشر سنوات من الآن عند إنشاء أحد أهداف التنمية".
أخذ فريق التطوير ذلك بعين الاعتبار وناقشوه باستفاضة.
أوضح تاكاهاشي "Takahashi" قائلاً: "إن تصور المستقبل بعد عشر سنوات والحساب بشكل عكسي جعلنا نخلق مفاهيم من منظور ما أردناه للمستقبل بدلاً مما يمكننا فعله الآن. وبالتالي، توقعنا سيارة ذات مقصورة مريحة. ولقد كان تركيزنا منصبًا على وجود محرك داخل العجلة، والذي من شأنه أن يترك مساحة أكبر للمقصورة، مما يقضي على ضياع وقت الشحن، ويتيح قيادة المركبة لمسافات طويلة بشكل مريح".
إن المركبات الكهربائية "EVs" المزودة بتقنية المحرك داخل العجلة لها فوائد كبيرة. يؤدي تركيب المحرك داخل العجلة إلى التخلص من مجموعة نقل الحركة، مما يتيح توسيع المقصورة. كما أن تنفيذ المركبات ذات الأرضيات المنخفضة للغاية يوفر المرونة فيما يتعلق بتركيب البطارية وسعتها، وهو أمر ضروري للمركبة الكهربائية "EV". وعلاوة على ذلك، من الممكن نظريًا التحكم المستقل في العجلات، مما قد يؤدي إلى تحسين أداء القيادة.
ومن خلال الاستفادة من الإمكانات الكاملة لمحرك الدفع، يمكن للمحرك داخل العجلة تحسين أداء وكفاءة المركبة. وبما أنه من المتوقع أن تساهم هذه التقنية في انتشار المركبات الكهربائية "EVs"، فقد تم إحراز تقدم في البحث والتطوير في جميع أنحاء العالم.
ومع ذلك، هناك تحديات تواجه عملية التسويق التجاري لهذه التقنية والتي كان يجب التغلب عليها، مثل صعوبة تصميم محرك عالي الأداء يكون صغير بما يكفي ليتناسب مع المساحة المحدودة للعجلة ودمج وحدة الطاقة في العجلة، مما يزيد من الوزن غير المعلق من نهاية نظام التعليق الخاص بالمركبة ويؤثر سلبًا على الراحة أثناء القيادة.
ولقد تم إنتاج مركبات تجريبية تحقق سرعة هائلة وتصميمًا مبتكرًا عبر تقنية المحرك داخل العجلة؛ ومع ذلك، فإن عدم وجود مركبة تجارية متطورة يشير إلى صعوبة التحديات.
تاكاهاشي "Takahashi" يشرح الصعوبات التي واجهوها أثناء عملية التطوير
(الصورة: تاكوما إمامورا "Takuma Imamura")
تتكون سياسة تطوير هذه التقنية من أفكار جريئة للتغلب على هذه التحديات، مما يعكس مدى صعوبة التطوير.
ومع ذلك، يواصل تاكاهاشي "Takahashi" وزملاؤه مواجهة هذه التحديات. فلقد صرح تاكاهاشي "Takahashi" عن اقتناع قائلًا: "إذا تمكنا من التسويق التجاري للمحرك داخل العجلة، فيمكن بذلك استخدامه في مركبات البضائع الكبيرة، وسيارات الأجرة بدون سائق، وما شابه، ولذلك فهي خطوة مهمة في تطور قطاع التنقل".
وتابع: "إن أساس تحسين كثافة الطاقة كان مصفوفة مغناطيسية تسمى (مصفوفة هالباخ "Halbach array")". ولقد أدى تدوير اتجاه المغانط المستخدمة في المحرك بمقدار 90 درجة إلى توليد قوة مغناطيسية قوية في اتجاه معين. وعلى الرغم من أنه تم استخدام هذه التقنية في المحركات الصغيرة المستخدمة في المكانس الكهربائية والأجهزة الأخرى، فقد كانت هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها تطبيق هذه التقنية على محرك كبير، ولذلك كان هناك الكثير من التجربة والخطأ".
وبالإضافة إلى ذلك، يعتمد الملف المستخدم في المحرك على ملف مسطح ذو شكل خاص يعمل على تحسين كثافة الملف وتقليل السعة. ولقد تم إجراء أكثر من عشر جلسات عصف ذهني قبل تحديد شكل الملف المسطح.
تاكيشي توكوياما "Takeshi Tokuyama"، الذي كان مسؤولًا عن تطوير العاكس
(الصورة: تاكوما إمامورا "Takuma Imamura")
يعد تصميم عاكس الدائرة الكهربائية الذي يتحكم في المحرك أيضًا ابتكارًا غير مسبوق.
إن المحركات التقليدية داخل العجلة والخاصة بالعاكسات عادةً ما يتم تركيبها داخل المركبة، ولكن هذه التقنية تدمج العاكس والمحرك. وتحدث تاكيشي توكوياما "Takeshi Tokuyama"، المطور في مركز الابتكار التكنولوجي الخاص بشركة هيتاشي، عن الصعوبات التي واجهوها في تحقيق هذا الابتكار.
ولقد أوضح قائلًا: "من أجل دمج العاكس مع المحرك، قررنا استخدام الزيت بدلاً من الماء لتبريد أشباه الموصلات الكهربائية المستخدمة في العاكس. ويؤدي هذا إلى تبريد أشباه الموصلات الكهربائية بشكل مباشر، كما أن تدوير الزيت يؤدي أيضًا إلى تبريد ملف المحرك. بالإضافة إلى ذلك، فإن تقليل المساحة المخصصة لأنابيب التبريد اللازمة لتبريد المياه بشكل كبير يجعل من الممكن دمج العاكس والمحرك".
ولقد تم اتخاذ القرار الصعب بشأن نسبة المسافة بين العاكس والمحرك داخل العجلة بعد مناقشة مستفيضة. وبالعودة إلى الماضي، قال توكوياما "Tokuyama": "ناقش الأشخاص المسؤولون عن كل جزء من عملية التطوير قضاياهم وطلباتهم بشكل متعمق لتحقيق مزيد من التفاهم المتبادل، وهو أمر بالغ الأهمية لحل القضايا".
لا تزال هناك حاجة إلى عمليات التحقق والتحسينات مثل ضمان الموثوقية وإنجاز الإنتاج الضخم لتسويق هذه التقنية، ولكن تاكاهاشي "Takahashi" يشير إلى أن مستقبل قطاع التنقل يمكن تغييره بشكل كبير إذا كان من الممكن تحقيق التسويق التجاري، قائلاً: "نظرًا لعدم وجود مجموعة نقل الحركة، فإنه يمكن زيادة حجم المقصورة. وبالتالي، تزامناً مع وصول عصر القيادة الآلية، أعتقد أنه يمكننا المساعدة في الحصول على مقصورة أكثر راحة".
وتُعد هذه التقنية خطوة كبيرة إلى الأمام في التسويق التجاري للمحرك داخل العجلة، مع توقع أن هذا سيولد المزيد من قوة الدفع التي تساعد على انتشار المركبات الكهربائية "EVs".
