موتور هاي استفاده شده در خودروهاي هيبريدي و مقايسه آنها

تعریف خودروهاي هیبریدي

کلیات خودروهاي هیبریدي یا به اصطلاح عامیانه این است که این خودروهاي از دو نوع منبع انرژي براي تامین انرژي خود استفاده می کنند که یکی از آنها استفاده از یک موتور احتراق داخلی و یک موتور الکتریکی میباشد.

انواع مختلفی موتور براي تامین این امر در کنار موتورهاي الکتریکی می توان به کار برد مانند موتورهای CNG ، موتورهاي استرلینگ، هیدروژنی و انواع موتورهاي بنزینی و دیزلی .

انواع مختلف موتورهای هیبریدی

به صورت کلی، موتورهای هیبریدی به سه دسته زیر تقسیم می شوند:

• سری
• موازی
• سری-موازی(ترکیبی)

خودروهاي هیبرید سري (Series Hybrid)

در این نوع هیبریدها، موتور بنزینی، ژنراتور را به حرکت در آورده و ژنراتور نیروی حاصل را به بخش کنترل کننده نیرو انتقال می دهد. در این بخش، نیروی حاصل هم برای شارژ باتری و هم برای قدرت دادن به موتور الکتریکی تقسیم شده که موتور الکتریکی نیروی حاصل را به سیستم انتقال قدرت ارسال میکند. بنابراین موتور بنزینی در هیبریدهای سری هرگز به طور مستقیم به سیستم انتقال قدرت نیرو نمی دهد. این نوع سیستم هیبرید معمولا از قدرت خروجی بالایی برخوردار نمی باشد.

در خودروهاي هیبرید سري میتوان با استفاده از دو موتور الکتریکی و دو کنترلر جداگانه، سیستم دیفرانسیل، سیستم کلاچ و جعبه دنده را حذف کرد.

ویژگی ها:

• تکنولوژي نسبتا ساده
• امکان کارکرد درجا وجود ندارد و در نتیجه باعث کاهش آلودگی و مصرف سوخت میشد
• امکان حذف دیفرانسیل، جعبه دنده و سیستم کلاچ
• قابلیت کنترل بسیار ساده به دلیل مجزا بودن موتور الکتریکی و موتور احتراق داخلی از نظر مکانیکی

معایب:

• راندمان پایین به دلیل تبدیل چند مرحله اي انرژي
• وزن و حجم نسبتا بالا – سرعت و شتاب نسبتا پایین در حد خودروهاي الکتریکی

خودروهاي هیبرید موازي (Parallel Hybrid)

در این نوع خودروها دو سیستم الکتریکی و احتراق داخلی با هم به طور مکانیکی در ارتباط اند و توان دو منبع، توان حرکتی خودرو را تامین می نمایند که در این ساختار ژنراتور حذف شده است. دو موتور الکتریکی و موتور احتراقی از طریق یک سیستم انتقال قدرت به طور مشترك با چرخ هاي محرك ارتباط دارند و سیستم الکتریکی توسط باطري ها و سیستم احتراق داخلی توسط منبع سوخت هاي فسیلی مستقیما تامین می شود. علت نامیدن این خودروها این است که موتور الکتریکی و موتور احتراق داخلی هر دو گشتاور مورد نیاز بار را براي به حرکت درآوردن خودرو فراهم می کنند.

خودروهاي هیبرید سري – موازي (ترکیبی) (Series-Parallel Hybrid)

در این ترکیب یک تقسیم کننده نیرو در مقایسه با هیبرید سری و یک ژنراتور در مقایسه با هیبرید موازی به سیستم اضافه می‌شود. در این سیستم توان ایجاد شده توسط موتور بنزینی به دستگاه تقسیم کننده نیرو انتقال داده شده و سپس به دو بخش مکانیکی و الکتریکی تقسیم می شود. بخش مکانیکی نیروی حاصل را به سیستم انتقال قدرت و سپس به چرخها ارسال کرده و هماهنگ با آن، بخش الکتریکی نیز نیرو حاصل را به بخش کنترل کننده نیرو انتقال می دهد به گونه‌ای که این سیستم در نقطه بهینه خود کار کند.
این سیستم را می توان هم به صورت الکتریکی و هم به صورت احتراقی بطور جداگانه یا هم زمان استفاده نمود.

این سیستم را می توان در شهر بصورت الکتریکی و بدون آلودگی ، و در سرعت هاي بالا و در بیرون شهر به صورت مستقل و احتراقی و یا از ترکیب هر دو استفاده نمود. در مواقعی که احتیاج به شتاب گیري سریع داریم هر دو سیستم با هم عمل می کنند .

موتورهاي الکتریکی

موتورهاي الکتریکی در خودروهاي برقی و هیبریدي به عنوان محرك هاي مکانیکی تلقی می شوند که انرژي الکتریکی را از باطريها گرفته و به انرژي مکانیکی براي به حرکت در آوردن خودرو تبدیل می کند.

موتورهای الکتریکی در انواع مختلفی ساخته می شوند. موتورهاي الکتريکي داراي استاتور يا قسمت ساکن و روتور يا قسمت متحرک هستند. موتورهاي الکتريکي فقط داراي يک قسمت متحرک هستند در حاليکه موتورهاي احتراقي قطعات متحرک زيادي دارند.

هر کدام از انواع موتورها داراي مشخصه هاي سرعت ، گشتاور و مشخصه برقي خاص هستند و براي استفاده در خودرو هیبریدی داراي مزايا و معايبي مي باشند.

انواع موتورهاي الکتریکی مناسب براي استفاده در خودروهای هیبریدی که به صورت انبوه توليد مي شوند عبارتند از:

• موتورهای القایی (Induction motor)

• موتورهای آهنربای دائم (Permanent-magnet motor)

• موتورهای سوئیچ رلوکتانس (Switched reluctance motor)

مقایسه موتورها از لحاظ ساختار:

در ارتباط با سیم پیچی موتورها باید بیان کرد که استاتور موتورهای القایی دارای شیارهایی هستند که سیم پیچی در داخل آنها قرار میگیرد. در قسمت رتور اگر رتور به صورت قفس سنجابی باشد, دارای میله های هادی است که این میله ها در درون شیارهای رتور قرار میگیرند و اگر رتور به صورت سیم پیچی باشد, این سیم پیچی مانند استاتور در داخل شیار قرار میگیرد، پس در این صورت موتور علاوه بر سیم پیچی استاتور دارای سیم پیچی در رتور نیز میباشد. موتورهای القایی رتور سیم پیچی شده دارای جاروبک و حلقه های لغزان میباشند. در موتورهای مغناطیس دائم سیم پیچی استاتور از داخل شیار عبور میکند و در رتور نیز دارای آهنربا میباشد اما موتورهای سوئیچ رلوکتانس فقط در استاتور دارای سیم پیچی هستند. رتور این موتورها فاقد هرگونه سیم پیچی و یا آهنربای دائم، میله های هادی و حلقه های لغزان و جاروبک است. بنابراین موتورهای سوئیچ رلوکتانس نسبت به موتورهای دیگر دارای ساختار ساده تری هستند.

موتورهای القایی به دلیل حساس بودن به تنشها و حتی در هنگام ضربات شدید دچار شکستگی میله های هادی و یا پارگی سیم پیچی میشوند. در موتورهای آهنربای دائم ضربات شدید مانند تصادفات خودرو میتواند بر مگنت آنها تاثیر بگذارد و منجر به تضعیف عملکرد آنها شود. موتورهای سوئیچ رلوکتانس علاوه بر داشتن ساختمان ساده دارای استحکام بسیار بالایی از ساختمان میباشند.

مقایسه موتورها از لحاظ هزینه:

موتورهای القایی معمولاً دارای هزینه پایینی میباشند از طرفی به دلیل حساس بودن این موتورها به انواع تنشها، نگرانی هایی برای تعمیر و نگه داری آنها وجود دارد. موتورهای آهنربای دائم بدلیل وجود آهنربا، دارای هزینه بالایی میباشند. موتورهای سوئیچ رلوکتانس به دلیل ساختار ساده دارای هزینه ذاتاً پایینی می باشند. این موتورها علاوه بر داشتن هزینه ذاتاً کم، به دلیل نیاز کم به تعمیر و نگه داری و نیز هزینه پایین تعمیر و نگهداری حتی نسبت به موتورهای القایی دارای هزینه کمتری میباشند.

مقایسه موتورها از لحاظ اینرسی و شتاب:

با توجه به سادگی رتور موتورهای سوئیچ رلوکتانس نسبت به سایر موتورهای الکتریکی، این موتورها نسبت به سایر موتورهای الکتریکی دارای اینرسی پایین تری میباشند. بنابراین میتوان بیان کرد که دارای شتاب مناسبی نیز میباشند. موتورهای سوئیچ رلوکتانس دارای قدرت بسیار بالا و راندمان بالا هستند.