איך פועל מנוע חשמלי של רכב?
מנועי חשמל ברכבים מודרניים פשוטים יותר ממנועי בעירה פנימית, אך המורכבות הטכנולוגית שלהם לא פחות מרשימה. אם מרחק הנסיעה ומהירות הטעינה שלו נקבעים על ידי הסוללה, מנועי הכוח הם אלו שמתרגמים את האנרגיה לתנועה מיידית על הכביש.
יונדאי (Hyundai) פרסמה סרטון הסבר מעמיק שמפרק את כל התהליך לגורמים, כולל הטכנולוגיה שמאפשרת לדגמי ביצועים כגון יונדאי איוניק 5 (Ioniq 5) וקיה EV6 GT להגיע ליכולות קיצוניות.
בכל מערכת הנעה חשמלית שלושה חלקים מרכזיים: המנוע שמייצר את המומנט, הרדוסר (Reducer) שמעביר את המומנט לגלגלים ומהפך (Inverter) - הופך את הזרם הישיר (DC) מהסוללה לזרם חילופין (AC) למנוע ושולט בדיוק באופן שבו האנרגיה מוזרמת. לפי יונדאי, האינוורטר הוא זה שמגדיר במידה רבה את חלוקת הכוח ואת יעילות ההנעה.
ברגע הנהיגה, הזרם מהסוללה מוזרם אל המהפך ומומר ל־AC. כאשר הזרם החילופי עובר בסלילי המנוע, הוא יוצר שדה מגנטי שמשתנה כל הזמן. השדה המגנטי הזה מסובב את הרוטור המגנטי הממוקם במרכז המנוע - תהליך שמתרחש תוך מילי־שניות מרגע הלחיצה על הדוושה, לכן מתקבלת אותה תגובה מיידית ורציפה המוכרת ברכבי חשמל.
אינוורטר: המרכז שמכוון את הביצועים
לפי יונדאי, התגובה של הרכב לתאוצה תלויה ישירות בתצורת המהפך. אפשר לשדרג ביצועים על ידי מתח גבוה יותר מהסוללה או על ידי הגדלת הזרם במנוע, אך פעולות אלו מעלות את המשקל ומצריכות רכיבים גדולים יותר ומורכבות תרמית גבוהה יותר. לכן יונדאי פיתחה פתרון שמבוסס על אופטימיזציה של פעולת המהפך עצמו, מערכת מנוע שני שלבים. החידוש של יונדאי הוא מערכת דו־שלבית שבה מספר המתגים בממיר המבוסס סיליקון־קרביד (SiC) מוכפל: במקום שישה מתגים - 12.
איך זה עובד? בזמן נהיגה רגועה רק שישה מתגים סטנדרטיים פעילים. בעת תאוצה מלאה - כל 12 המתגים נכנסים לפעולה. הרגע שבו כל הרכיבים פעילים יחד מעלה את המתח ב־70% בערך ומספק אותה תאוצה אגרסיבית שמאפיינת את דגמי הביצועים של יונדאי וקיה, ללא עלייה ממשית במשקל. יונדאי הצליחה לצמצם תשעה מודולים של מוליכים למחצה לשלושה בלבד, וכך לצמצם את גודל המהפך תוך הגדלת העוצמה.
יונדאי מדמה את המערכת למערכת VTEC של הונדה, שגם בה קיימים שני מצבי פעולה: מצב חסכוני לסל"ד נמוך ומצב חזק יותר להאצה. העיקרון דומה: שתי תצורות פעולה שמופעלות לפי דרישת הנהג, רק שכאן מדובר בניהול אלקטרוני של מתח וזרם במקום מנגנון מכני של שסתומים.
יונדאי מסבירה כיצד רכיבי ההנעה החשמלית נהפכו לכלי הנדסי מתקדם שמנהל אנרגיה במדויק, תוך הגברת הכוח, שיפור היעילות ושמירה על משקל נמוך.
המערכת הדו־שלבית של יונדאי מדגימה כיצד פתרונות אלקטרוניים עשויים להחליף חלק מהמורכבות הפיזית של מנועי העבר ולהעניק לרכבים חשמליים ביצועים שמיישרים קו עם מכוניות ספורט בלי טיפה של בנזין.
