ما هي مزايا مولدات الأقراص؟

مولد القرص (المعروف أيضًا باسم مولد التدفق المحوري أو مولد القرص) هو نوع من المحركات ذو بنية مختلفة عن مولدات التدفق الشعاعي التقليدية (النوع الأكثر شيوعًا من المولدات ذات الدوار الأسطواني والجزء الثابت).

وقد حظيت باهتمام واسع النطاق لأنها تتمتع بسلسلة من المزايا المتميزة، وخاصة في مجالات التطبيق المحددة.

وفيما يلي المزايا الرئيسية لمولدات الأقراص:

01

كثافة طاقة وكثافة عزم دوران عالية للغاية

هذه هي الميزة الأساسية لمولدات الأقراص. هيكلها مسطح، ومسار التدفق المغناطيسي فيها محوري (على طول المحور)، مما يعني أنها قادرة على توليد طاقة وعزم دوران أكبر بكثير من المولدات التقليدية ذات القطر والحجم نفسه.

النتيجة: هذا يُمكّن من جعل المحرك صغير الحجم وخفيف الوزن للغاية، مع إنتاج طاقة هائلة. هذا أمر بالغ الأهمية للتطبيقات شديدة الحساسية للمساحة والوزن.

02

هيكل مدمج، مظهر مسطح

بسبب تصميمها على شكل "قرص" أو "فطيرة"، فإن طولها المحوري (سمكها) رقيق للغاية، ولكن قطرها كبير نسبيًا.

التطبيق: مناسب جدًا للتكامل في محاور العجلات (مثل محركات محاور العجلات للسيارات الكهربائية)، وأنظمة الدفع المباشر لتوربينات الرياح، والأجهزة المختلفة ذات متطلبات مساحة التثبيت الخاصة.

03

كفاءة عالية وخسارة منخفضة للسكك الحديدية

تعتبر الدائرة المغناطيسية لمولد القرص قصيرة، وتستخدم العديد من التصميمات هياكل بدون قلب أو ذات قلب قليل (يتم معالجة لف الجزء الثابت بمواد مثل راتنج الإيبوكسي، بدون صفائح الفولاذ السيليكونية التقليدية).

فوائد:

إزالة فقدان الحديد: بدون قلب حديدي، يتم تجنب فقدان التيار الدوامي وفقدان الهستيريسيس، مما يحسن الكفاءة بشكل كبير أثناء التشغيل بسرعة عالية.

تأثير ترس صفري: يضمن التصميم الخالي من النواة عدم وجود تغيير في المقاومة المغناطيسية عند دوران الدوار، مما يؤدي إلى عزم دوران منخفض للغاية عند البدء وتشغيل سلس وهادئ.

04

أداء ديناميكي ممتاز وخصائص تحكم

بسبب عزم القصور الذاتي المنخفض (عادةً ما يكون الدوار رقيقًا وخفيفًا)، فإنه يمكنه التسارع والتباطؤ بسرعة كبيرة.

التطبيق: أداء ممتاز في المواقف التي تتطلب بدء وتوقف متكرر واستجابة سريعة لتغيرات السرعة، مثل محركات المؤازرة الصناعية ومفاصل الروبوت.

05

أداء جيد لتبديد الحرارة

يوفر الشكل المسطح مساحة سطح مكشوفة أكبر لملفات الجزء الثابت للتسخين، مما يُسهّل تبديد الحرارة عبر الغلاف. إذا كان الهيكل يحتوي على جزءين ثابتين مُحاطين بدوار واحد، فإن تأثير تبديد الحرارة يكون أفضل.

الفائدة: السماح للمحرك بالعمل تحت حمولة عالية طويلة الأمد دون تدهور الأداء (إزالة المغناطيسية) بسبب ارتفاع درجة الحرارة، وبالتالي تحسين قدرة المحرك على تحمل التحميل الزائد.

06

مناسب للاتصال المباشر بمحركات رئيسية عالية السرعة

بفضل دوارها القوي وخصائصها منخفضة الخسارة، فإن مولد القرص مناسب جدًا للاتصال المباشر بالتوربينات عالية السرعة (مثل توربينات الغاز الصغيرة) دون الحاجة إلى علبة تروس تخفيض، مما يبسط هيكل النظام ويحسن الموثوقية الشاملة.

ملخص وسيناريوهات التطبيق

بفضل الجمع بين هذه المزايا، تعد مولدات الأقراص مناسبة بشكل خاص للمجالات التالية:

مركبات الطاقة الجديدة: محركات محاور العجلات، ومحركات الدفع الرئيسية (على سبيل المثال، استخدمت النماذج المبكرة من سيارة Tesla Model S/X محركات التدفق المحوري التي توفرها شركة Futian Electric التايوانية).

توليد طاقة الرياح: يمكن لتوربينات الرياح ذات الدفع المباشر التخلص من علب التروس الضخمة وتحسين الموثوقية والكفاءة.

الفضاء: مجال يتطلب وزنًا وقوة عالية للغاية، مثل إمدادات الطاقة المساعدة للطائرات وأنظمة الدفع للمركبات الجوية غير المأهولة.

المعدات الصناعية الراقية: محركات المؤازرة، ومفاصل الروبوت، وأدوات الآلات CNC عالية الدقة.

نظام توليد الطاقة الصغيرة عالية السرعة: يستخدم بالاشتراك مع توربينات الغاز الصغيرة.

وبطبيعة الحال، فإنه لديه أيضا بعض العيوب:

تعتبر عملية التصنيع معقدة وتكلفتها مرتفعة، خاصة بالنسبة لعملية لف وتجفيف الأجزاء الثابتة الخالية من الحديد، والتي تعد أكثر تعقيدًا من تصنيع المحرك التقليدي، مما يؤدي إلى ارتفاع سعر الوحدة.

قد تكون كمية الفولاذ المغناطيسي المستخدم أكبر: من أجل الحصول على مجال مغناطيسي عالي، هناك حاجة في بعض الأحيان إلى مواد مغناطيسية أكثر ديمومة.

مشكلة قوة السحب المغناطيسية المحورية: في هيكل فجوة الهواء المفردة، سوف يتعرض الدوار لقوة سحب مغناطيسية محورية قوية، مما يفرض متطلبات أعلى على تصميم وعمر خدمة المحمل (ولكن هيكل الدوار المزدوج يمكنه مواجهة هذه القوة).

باختصار، تتميز مولدات الأقراص بمزايا بارزة، لا سيما في التطبيقات الحديثة عالية التقنية التي تتميز بخفة الوزن، والتصغير، والكفاءة العالية، والأداء الديناميكي. كما أنها تُظهر قدرة تنافسية متزايدة.