מנוע חשמלי

מנוע חשמלי הוא עתיד התחבורה על הכבישים בכל רחבי העולם וגם בשוק הישראלי הכמהה לטכנולוגיה יעילה זאת. המנועים החשמליים הם גם חלק בלתי נפרד ממהפכת הרכב האוטונומי ונראה כי השימוש והשיפור במנועים אלה רק יגבר בעשור הקרוב אליו נכנסו.
אגב, מנועים חשמליים הם לא דבר חדש במחוזותנו ולא התחיל רק עכשיו עם התפתחות הרכב החשמלי. התיאורטיות והפרקטיקה התחילו עוד במאה ה – 18 עוד בניסוייו של בנג'מין פרנקלין, דרך גילוי הקשר בין זרם ושדה אלטקרומגנטי של הנס כריסטיאן ועד ביצועיו והמצאותיו של ניקולה טסלה עם מנועי ה – Induction. אך מאז המנוע החשמלי וסביבתו עברו עוד כמה וכמה שינויים שאיפשרו להם להגיח בעוצמה ברכבים החשמליים.  במאמר זה ניגע בהרכבו, יכולותיו ואף חסרונותיו של המנוע החשמלי ונסקור את הסיבות לכך שהמנוע עומד להיות איתנו כאן ולהרבה זמן.

מה הוא מנוע חשמלי?

מנוע חשמלי, או יותר מדוייק סוג של מנוע חשמלי ספציפי יותר בשימוש מכוניות חשמליות ה – Induction motor הוא מנוע אשר מקבל חשמל מהבטריה ברכב ואשר ממיר זאת לתנועה סיבובית לשם סיבוב גלגלי הרכב החשמלי.   למנוע החשמלי ישנם יתרונות רבים שנפרט במאמר זה ועיקרם הם נצילות ומשקל. מה שמצחיק בכל הסיפור הזה הוא שמנוע חשמלי (כידוע) אינו דבר חדש, ואף הומצא לפני מנוע הבעירה שמצוי בימינו בכל רכב רגיל. עם זאת, ההתפתחויות הטכנולוגיות האחרונות איפשרו למנוע זה למלא את החסר (ואת החסרונות) של מנוע הבעירה הפנימית המוכר ברכבי הדיזל/בנזין.

מנוע חשמלי
הרוטור - חלק מרכזי במנוע החשמלי

חלקי המנוע החשמלי

המנוע החשמלי לכאורה די פשוט ומורכב משני חלקים מרכזיים:

  1. הסטטור (The Stator) – הסטטור הוא החלק המכיל את הסלילים הרבים שאנחנו רגילים לראות במנועים חשמליים, לא רק מנועי רכבים אלא גם מנועי צעצועים. סלילים אלה המקבלים חשמל יוצרים שדה מגנטי המסתובב חזק מאוד והמאפשר את תזוזת הרוטור.
  2. הרוטור (The Rotor) -הרוטור כאמור הוא החלק הנע במנוע החשמלי. הרוטור נע כתוצאה מהשדות המגנטים הנוצרים מול הסטטור המקיף אותו.
בשורה תחתונה השדה המגנטי הנוצר בתוך המנוע בין הסטטור לרוטור גורם להנעת הרוטוב וליצירת תנועה ישירה סיבובית המניעה בסופו של דבר את גלגלי הרכב. השליטה במהירות סיבוב הרוטור תלויה פשוט בתדירות הכח שמוזרם למנוע ובעקבות זאת לגלגלים (נלמד על זאת בהמשך).

יתרונות השימוש במנועים חשמליים

על מנת לנסות להבין מה יתרונותיו של המנוע החשמלי, נשווה לרוב את המנוע למנוע הבעירה הפנימית, שהוא המנועה השכיח ביותר היום ברכבים ואשר מונע בדלק.
לעניינו, יתרונותיו של המנוע החשמלי הם:

  • אמינות ושליטה גבוהה – כאשר השליטה במנוע החשמלי תלויה בעיקר בתדירות זרם הAC שאנחנו מזרימים למנוע, קל מאוד לשלוט במנוע ולצפות את התוצאה.
  • אין צורך בתיבת הילוכים – זה אמיתי? אכן מנוע חשמלי אינו זקוק לתיבת הילוכים. הסיבה הפשוטה לכך היא היעילות של המנוע חשמלי, ניגע בכך בהמשך.
  • נצילות גבוהה – מלבד מומנט גבוה המנוע החשמלי מיצר תנועה ישירה מתאימה שאינה צריכה להיות מומרת לתנועה סיבובית בשלב מאוחר בדומה למנוע בעירה.
  • האצה מהירה ועצמית – בניגוע למנוע ברכב רגיל שצריך הצתה כאן כמובן אין צורך והמנוע תלוי רק בבטריות הטעונות.
  • כח אחיד ועקבי המופק מהמנוע
  • משקל – כתוצאה מיתרונות גדולים אלה אין צורך בכל החלקים הנמצאים במנוע בעירה פנימית, ומכאן הדרך למנוע קל משקל מאוד קצרה.
  • עלות תפעול – בעוד עלות המנוע החשמלי די גבוהה, התפעול של המנוע מאוד נמוך ביחס למנוע בעירה. עלות הטענת הבטריות פשוט נמוכה משמעותית מרכישת דלק, בטח בארצנו הקטנטנה והיקרה להפליא. מכאן הדבר מהווה יתרון גדול מאוד לאורך זמן.
  • מנוע שקט – האם פעם שמעתם רכב חשמלי שעבר לידכם? כנראה שלא. הרכבים החשמליים, המון בזכות המנועים החשמליים שלהם, מאוד שקטים. שקטים עד כדי סכנת חיים שלא נשים לב אליהם. לרוב מדובר ביתרון ברור על פני המנועים הרועשים שיש לנו ברכבים הסטנדרטיים.
  • מנוע ירוק ונקי – פחות זיהום אוויר (אין שימוש בדלק) ופחות נסיעות לתחת הדלק (מטעינים בבית ובעבודה את הרכב) גורמים למנוע החשמלי לקבל "וי" גם מצד כל ארגון ירוק ואנשים הרוצים להטיב עם כדור הארץ.

האם צריך הילוכים עם מנוע חשמלי ומדוע?

ראשית ננסה להבין מה מטרת תיבת ההילוכים, לאו דווקא ברכב חשמלי אלא בכל רכב ויותר ברכב המונע במנוע בעירה פנימית. 
תיבת ההילוכים מחברת בין גוף מניע לגוף המונע (הגלגלים) במטרה לשנות את המומנט (אותו "כח" של הרכב) והמהירות של ההתקנים. הרי לא סתם אנחנו נוהגים להוריד הילוך במנוע בעירה פנימית בכדי לקבל יותר כח (אך פחות מהירות). המהירות והכח הם בקורולציה שלילית. קשה לקבל יעילות עם כזה מנוע בכל טווח של מהירות וכח. לענייננו, ברכב רגיל המנוע לא מחובר ישירות לגלגלים ועובר בין השאר דרך תיבת ההילוכים.

מנוע חשמלי המצוי ברכבים חשמליים לעומת מנוע הבנזין, עובד בצורה יעילה בכל מהירות בה הוא נמצא. אין צורך במשחק בין כח לבין מהירות כאשר מהרגע הראשון ניתן כח עוצמתי והדבר היותר חשוב "לשחק" איתו היא המהירות של המנוע, לרוב נשלט ע"י האינוורטר.

חסרונות השימוש במנוע חשמלי

על אף יתרונותיו העצומים של מנוע חשמלי הנמצא בכל רכב חשמלי, יש עדיין מס' חסרונות שנרצה לציין:

    • צורך בבטריה גדולה – מנוע חשמלי מצריך שימוש בבטריה אשר בטכנולוגיות של היום צריכה להיות גדולה למדי (היא פשוט מורכבת מהמון בטריות נטענות קטנות). מדובר במעמסה לא קטנה על הרכב ומשקל לא קטן (גם כשהן לא טעונות מן הסתם בניגוד לרכב רגיל שקל יותר כאשר הדלק נגמר).
    • צורך בממיר מתח – אומנם נפתרנו מכל מיני טכנולוגיות ישנות שהיו נצרכות עם מנוע בעירה פנימית, אך "הבעיה" במנוע חשמלי היא שצריך לספק לו זרם חילופין (AC) ולא זרם ישר (DC) המגיע מהבטריה. וכאן נכנס ממיר המתח לעשות את העבודה. המיר גם שולט בתדירות ולכן בעצם שולט במהירות המופקת מהמנוע. אך התשלום הוא בכך שצריך להוסיף את הממיר.
    • מחיר יקר – רכב חשמלי נחשב יקר היום לא מעט בגלל המנוע החשמלי עצמו המהווה קדמה טכנולוגית יקרה למדי.

אז האם אנחנו בעד או נגד מנוע חשמלי

אנחנו מעדיפים לא לקחת צד אם כי יהיה מאוד קל לנחש לאן אנחנו נוטים יותר. במאמר זה סקרנו גם את חסרונותיו של המנוע החשמלי, אך אם נשים לב, גם חסרונות אלה אינן ממש חסרונות כי החלופות של מנוע הבעירה הפנימית פשוט גרועים יותר. 
אומנם עם השימוש במנוע חשמלי יש צורך בבטריה ענקית אך הדבר גם מהווה יתרון לנקודת כובד נמוכה ויציבה ברכב ומוריד את עלות השימוש ובכלל מהווה יתרון ברור על פני השימוש בדלק. 
אומנם המחיר של הבטריה יקר, אך אורך החיים שלה, וכן האחריות שלה הם לרוב לטווח ארוך ומשתלמים מאוד.

עם כל זאת, המנוע החשמלי מהווה מקור לאנרגיה ישירה, מהירה, עם נצילות גבוהה וכח מתפרץ אדיר שאין משתווה לו ברכבים עם מנוע בנזין/דיזל. המנוע גם חוסך משקל באוטו ובעל יתרון ברור ביחס משקל/לכח ביחס למנוע הבעירה הפנימית.

חיסרון קצת יותר משמעותי קיים היום בעלות המנוע החשמלי. רכבים חשמלים הינם יקרים יותר מרכבים רגילים אך אנו מתחילים לראות שינויים חיוביים בשנת 2020 לגבי כך וככל שנראה יותר ויותר רכבים חשמליים אצל יצרני הרכב והיבואנים אנו צופים כי מחירי הרכבים החשמליים יהפכו להיות יותר ויותר הגיוניים ונגישים לציבור הרכב.

שתפו חבר/ה

לתגובה

האימייל לא יוצג באתר. שדות החובה מסומנים *