بخشی از مقاله
چکیده
با توجه به اینکه سیستم انتقال قدرت خودرو باید محدودهی وسیعی از سرعتها را پشتیبانی کند و با توان مشخص موتور، میزان نیروی در دسترس در سرعتهای مختلف متفاوت خواهد بود، مشخصهی نیرو - سرعت مورد نیاز برای سیستم انتقال قدرت دارای اهمیت ویژهای در طراحی است. نقطه متفاوت طراحی این سیستم استفاده از دو موتور برای شرایط کارکرد مختلف است. یک موتور 3KW برای موارد کارکرد تحت فشار مانند شتابگیری، شیبروی، و سرعت زیاد که با یک گیربکس ۴ سرعته و یک چرخ زنجیر به چرخ متصل می شود و دومی یک موتور 600W است که برای حرکت با راندمان بالا، حرکت رو به عقب، و حرکت در زمانهایی که موتور 3KW در محدوده دمایی غیر مجاز قرار می-گیرد، استفاده می شود و با یک چرخ زنجیر ساده مستقیماﹰ و با بازدهی بالا به چرخ مربوط میشود که کمترین اتلاف انتقالی را در سیستم های شناخته شده داراست.
مقدمه
از این نوع ماشینها در مکانهای سرپوشیده استفاده میگردد زیرا ماشینهای با سوختهای فسیلی آلودگی ایجاد میکنند و خطرزا هستند. برای بررسی اقتصادی این موضوع نیز کافیست به هزینههای درمانی و تلفات ناشی از آلودگی مراجعه شود، در صورتی که با استفاده از این تکنولوﮊی میتوان الکتریسیته را در جایی که ایجاد آلودگی اهمیت کمتری دارد تولید و به محل مورد نظر انتقال داد. جای دیگری که از این نوع ماشینها استفاده میشود مکانهایی مثل بیمارستانها است که عدم وجود سروصدا اهمیت دارد و از ماشینهای با سوخت فسیلی بدلیل ایجاد سروصدای بالا نمی توان استفاده کرد. یکی از مهمترین قسمتهای خودروی الکتریکی که طراحی آن را از خودروهای سوخت فسیلی متمایز میکند، سیستم تولید و انتقال قدرت آن است.
از آنجا که ذخیرهی انرﮊی الکتریکی لازم برای حرکت خودرو حجم و وزن زیادی را به سیستم تحمیل میکند، مواردی همچون بهینه-سازیهای مصرف انرﮊی و روشهای مختلف صرفهجویی در انرﮊی موجود در این خودروها اهمیت ویژهای پیدا میکند. در این مقاله پس از شرح مختصری در مورد توان مورد نیاز، باتری و پارامترهای محدود کنندهی آن، به معرفی کوتاهی از موتورهای موجود و مقایسهی آنها برای کاربرد مورد نظرپرداخته می شود. در ادامه یک نوع موتور خاص را به عنوان نمونه انتخاب و سیستم انتقال قدرت خودرو با توجه به آن بررسی میشود.
۱ . محاسبات نیرو و توان مورد نیاز
موتور برای حرکت خودرو باید بر نیروهای مختلفی فائق آید که مهمترین آنها عبارتند از:
۱. نیروی مقاومت حرکت Fr
۲. نیروی مقاومت هوا Fa
۳. نیروی مقاومت شیب Fg
۴. نیروی شتابگیری Ft
نیروی تولید شده توسط سیستم انتقال قدرت باید به اندازهای باشد که در تمامی موارد مسابقه، بر هر چهار نیروی فوق به صورت همزمان فائق آید. بنابراین اگر نیروی موتور Fm باشد : - ۱ - Fm = Fr + Fa + Fg + Ft عامل محدود کنندهی دیگر در طراحی سیستم انتقال قدرت، سرعت خودرو است. با توجه به اینکه سیستم انتقال قدرت خودرو باید محدودهی وسیعی از سرعتها را پشتیبانی کند و با توان مشخص موتور، میزان نیروی در دسترس در سرعتهای مختلف متفاوت خواهد بود، مشخصهی نیرو - سرعت مورد نیاز برای سیستم انتقال قدرت دارای اهمیت ویژهای در طراحی است.
با انجام محاسبات برای دستیابی به سرعت 50Km/h در شیب صفر و شیب ۲/۰ ، توان بیشینهی مورد نیاز سر چرخها برای رسیدن به این مقادیر به ترتیب برابر ۳۶۰۱ و ۳۱۸۱ است که با در نظر گرفتن مقادیر بازدهی سیستم کنترل، مبدل، موتور و انتقال قدرت، توان ۰۰۲۲ وات مورد نیاز است. باتریها به صورت سری به یکدیگر متصل میشوند و بنابراین ولتاﮊ مجموعهی باتری برابر با ۴۴۱ ولت خواهد بود که با توان ۰۰۲۲ وات، جریان بیشینهی ۳.۵۱ آمپر، و با توان ۰۰۴۴ وات، جریان بیشینهی ۶.۰۳ آمپر از هر باتری عبور خواهد کرد.
۳ . انتخاب موتور
برای موتور خودروی الکتریکی، علیرغم مزایای موتورهای AC ، به علت محدودیت های موجود در بازار کشور، دو عدد موتور DC با توانهای ۳ کیلووات و ۰۰۶ وات در نظر گرفته شده است. طبق محاسبات با رابطه های ذکر شده، توان مورد نیاز موتور برای پیمودن مسافت حدود Km۰۷ مسافت کمتر از ۰۰۵ وات است، در حالی که برای سایر قابلیت نظیر شتاب و حرکت در شیب، توان بالای ۲.۲ کیلووات مورد نیاز است.
بنابراین، در صورت استفاده از یک موتور، برای پیمودن مسافت ناچاریم موتور را با توانی کمتر از ۵۲% توان نامی به حرکت درآوریم که بازدهی موتور در این شرایط بسیار پایین خواهد بود. با قرار دادن دو موتور با توان متفاوت، ضمن افزودن قابلیت تنظیم مناسب بازدهی و توان در شرایط متفاوت، به قابلیت اطمینان سیستم نیز به میزان قابل توجهی افزوده میشود و سیستم در صورت آسیب دیدن یک موتور هنوز قادر به ادامهی مسیر خواهد بود.
۳ . ۱ . موتور توان بالا
برای شتابگیری، شیبروی و سرعت بالای خودرو یک موتور ۳ کیلووات کامپوند ISKRA AMK5661 انتخاب شده است که دارای دور نامی ۰۰۳۳ دور در دقیقه، ولتاﮊ ورودی ۴۲ولت و دور یک طرفه پادساعتگرد است. با توجه به وجود یک گیربکس ۴ سرعته در سیستم انتقال قدرت، بیشینه فشار عملکردی مورد نیاز موتور برای کارکرد طولانی در حرکت با سرعت بالا حاصل میشود که در سرعت 60Km/h تقریباﹰ 6N.m خواهد بود. طبق نمودار شکل ۱، این موتور میتواند بدون هیچ گونه خنکسازی، ۶ دقیقه با این گشتاور و با بیشینه توان خود حرکت کند که این عدد با اقدامات خنک سازی و سیستم حفاظت الکترونیکی در نظر گرفته شده در طراحیها تا دو برابر قابل افزایش است.
۳ . ۲ . موتور توان پایین
برای کارکرد بدون فشار خودرو، مانند حرکت بدون شیب، حرکت با شتاب پایین، حرکت رو به عقب و حرکت با سرعت کم یا حفظ سرعت کمتر از 35Km/h، از یک موتور مگنت ثابت ۰۰۶ واتی سری NoStop MY1050 استفاده می شود. این موتور، یک موتور ۴۲ ولتی با وزن 5.5Kg است و راندمان کاری آن بالای ۶۷% میباشد. این موتور در گشتاور 4.1N.m می-تواند با دور 1400rpm با تقریب 100rpm به حرکت درآید و حداکثر دور آن در شرایط بدون بار 1700rpm است.
۴ . سیستم انتقال قدرت
در مورد خودروهای الکتریکی نسبت به ماشینهایی که با انرﮊی های دیگر کار می کنند، سیستم انتقال قدرت بکلی متفاوت است. موتورهای الکتریکی میتوانند ابتدا به ساکن تحت بار قرار گیرند و لزومی به رسیدن به یک دور نامی قبل از اعمال بار نیست.
