اتجاه تطوير المحركات عديمة النواة

مع التقدم المستمر للمجتمع، والتطور المتواصل للتكنولوجيا المتقدمة (وخاصة تطبيقات الذكاء الاصطناعي)، وسعي الناس الدؤوب نحو حياة أفضل، يتزايد استخدام المحركات الصغيرة بشكل ملحوظ. فعلى سبيل المثال، تتجه قطاعات عديدة، كصناعة الأجهزة المنزلية، وصناعة السيارات، وأثاث المكاتب، والقطاع الطبي، والقطاع العسكري، والزراعة الحديثة (الزراعة، وتربية المواشي، والتخزين)، والخدمات اللوجستية، نحو الأتمتة والذكاء بدلاً من الاعتماد على العمالة، مما يزيد من شعبية استخدام الآلات الكهربائية. ويتجلى مستقبل تطوير المحركات بشكل رئيسي في الجوانب التالية:

اتجاه التنمية الذكية

مع توجه صناعة تصنيع المعدات العالمية، وإنتاج المنتجات الصناعية والزراعية نحو دقة الأداء والتحكم والسرعة ودقة المعلومات، بات لزامًا على أنظمة محركات القيادة أن تتمتع بوظائف مثل التقييم الذاتي والحماية الذاتية وتنظيم السرعة الذاتي والتحكم عن بُعد بتقنية الجيل الخامس وما فوق، مما يجعل المحركات الذكية اتجاهًا تنمويًا هامًا في المستقبل. لذا، ينبغي على شركات الطاقة إيلاء اهتمام خاص لأبحاث وتطوير المحركات الذكية في خططها المستقبلية.

في السنوات الأخيرة، يمكننا أن نرى مجموعة متنوعة من تطبيقات المحركات الذكية، وخاصة أثناء الوباء، حيث لعبت الأجهزة الذكية دورًا مهمًا في مكافحتنا للوباء، مثل: الروبوتات الذكية للكشف عن درجة حرارة الجسم، والروبوتات الذكية لتوصيل البضائع، والروبوتات الذكية لتقييم حالة الوباء.

كما أنها تلعب دورًا مهمًا في الوقاية من الكوارث والإنقاذ، مثل: الحكم على حالة الحريق بواسطة الطائرات بدون طيار، والروبوتات الذكية لمكافحة الحرائق التي تتسلق الجدران (تقوم شركة POWER بالفعل بإنتاج المحرك الذكي)، والروبوتات الذكية للاستكشاف تحت الماء في المناطق العميقة.

تتعدد استخدامات المحركات الذكية في الزراعة الحديثة، ومنها: تربية الحيوانات: التغذية الذكية (حيث يتم توفير كميات وعناصر غذائية مختلفة من العلف وفقًا لمراحل نمو الحيوان المختلفة)، والولادة بمساعدة الروبوتات، والذبح الذكي. زراعة النباتات: التهوية الذكية، والري الذكي، وإزالة الرطوبة الذكية، وقطف الفاكهة الذكي، وفرز وتعبئة الفاكهة والخضراوات الذكية.

اتجاه تطوير منخفض الضوضاء

بالنسبة للمحركات، يوجد مصدران رئيسيان للضوضاء: الضوضاء الميكانيكية من جهة، والضوضاء الكهرومغناطيسية من جهة أخرى. في العديد من تطبيقات المحركات، يفرض العملاء متطلبات عالية فيما يتعلق بمستوى الضوضاء. لذا، يتطلب خفض ضوضاء نظام المحرك دراسة شاملة من جوانب متعددة، تشمل البنية الميكانيكية، والتوازن الديناميكي للأجزاء الدوارة، ودقة الأجزاء، وميكانيكا الموائع، وعلم الصوتيات، والمواد، والإلكترونيات، والمجال المغناطيسي. ومن ثم، يمكن حل مشكلة الضوضاء بناءً على مجموعة متنوعة من الاعتبارات الشاملة، مثل التجارب المحاكاة. لذلك، يُعدّ حل مشكلة ضوضاء المحرك في الواقع العملي مهمة بالغة الصعوبة بالنسبة للعاملين في مجال البحث والتطوير، ولكن غالبًا ما يعتمدون على خبراتهم السابقة لحل هذه المشكلة. ومع التطور المستمر للعلوم والتكنولوجيا، والتحسين المتواصل للمتطلبات، يظل خفض ضوضاء المحرك موضوعًا بالغ الأهمية بالنسبة للعاملين في مجال البحث والتطوير والتقنيين.

اتجاه تطوير الشقق

في التطبيقات العملية للمحركات، غالبًا ما يكون من الضروري اختيار محرك ذي قطر كبير وطول صغير. على سبيل المثال، يُشترط على المحركات المسطحة من نوع القرص، التي تنتجها شركة POWER، أن يكون مركز ثقل المنتج النهائي منخفضًا، مما يُحسّن استقرار المنتج النهائي ويُقلل الضوضاء أثناء تشغيله. ولكن إذا كانت نسبة النحافة صغيرة جدًا، فإن ذلك يُفرض متطلبات أعلى على تقنية تصنيع المحرك. تُستخدم المحركات ذات نسبة النحافة الصغيرة بكثرة في الفواصل الطاردة المركزية. عند سرعة دوران محددة (سرعة زاوية)، كلما صغرت نسبة النحافة، زادت السرعة الخطية للمحرك، وتحسّن أداء الفصل.

اتجاه تطوير الخفة والتصغير

يُعدّ تصغير حجم المحرك وتخفيف وزنه اتجاهًا هامًا في تصميم المحركات، لا سيما في تطبيقات الفضاء والطيران، والسيارات، والطائرات المسيّرة، والمعدات الطبية، حيث تُفرض متطلبات صارمة على وزن المحرك وحجمه. ولتحقيق هذا الهدف، أي تقليل وزن المحرك وحجمه لكل وحدة طاقة، ينبغي على مهندسي تصميم المحركات تحسين التصميم وتطبيق تقنيات متقدمة ومواد عالية الجودة. ونظرًا لأن موصلية النحاس أعلى بنحو 40% من موصلية الألومنيوم، يُنصح بزيادة نسبة استخدام النحاس والحديد. ويمكن استبدال دوار الألومنيوم المصبوب بالنحاس المصبوب. كما يتطلب قلب المحرك الحديدي والفولاذ المغناطيسي موادًا ذات جودة أعلى، مما يُحسّن بشكل كبير من موصليتهما الكهربائية والمغناطيسية، إلا أن تكلفة مواد المحرك سترتفع بعد هذا التحسين. إضافةً إلى ذلك، تتطلب عملية إنتاج المحرك المُصغّر متطلبات أعلى.

اتجاه عالي الكفاءة وحماية البيئة الخضراء

تشمل حماية البيئة في مجال المحركات تطبيق معايير إعادة تدوير مواد المحركات وكفاءة تصميمها. وفيما يتعلق بكفاءة التصميم، قامت اللجنة الكهروتقنية الدولية (IEC) بتوحيد معايير قياس كفاءة الطاقة في المحركات على مستوى العالم، وذلك من خلال تطبيق معايير موحدة تشمل معايير كفاءة الطاقة في الولايات المتحدة (MMASTER) والاتحاد الأوروبي (EuroDEEM) وغيرها من منصات توفير الطاقة في المحركات. أما فيما يخص معايير إعادة تدوير مواد المحركات، فسيعمل الاتحاد الأوروبي قريبًا على تطبيق معيار إعادة تدوير مواد المحركات (ECO). كما تبذل بلادنا جهودًا حثيثة لتعزيز استخدام المحركات الموفرة للطاقة والصديقة للبيئة.

ستشهد معايير الكفاءة العالية وتوفير الطاقة للمحركات في العالم تحسناً ملحوظاً، وستصبح المحركات عالية الكفاءة والموفرة للطاقة مطلوبة بشدة في السوق. في الأول من يناير 2023، أصدرت اللجنة الوطنية للتنمية والإصلاح وخمس جهات أخرى وثيقة "المستوى المتقدم لكفاءة الطاقة، ومستوى توفير الطاقة، ومستوى الوصول إلى معدات منتجات استخدام الطاقة الرئيسية (إصدار 2022)"، وبدأ تطبيقها، حيث ينبغي إعطاء الأولوية في إنتاج واستيراد المحركات لإنتاج وشراء المحركات ذات المستوى المتقدم من كفاءة الطاقة. وبالنسبة لإنتاجنا الحالي للمحركات الصغيرة، يجب أن تضع الدول متطلبات خاصة بمستوى كفاءة الطاقة في إنتاج واستيراد وتصدير المحركات.

تطوير توجهات توحيد أنظمة المحركات والتحكم

لطالما كان توحيد معايير المحركات وأنظمة التحكم هدفًا يسعى إليه مصنّعو هذه الأنظمة. ويُحقق هذا التوحيد فوائد جمّة في مجالات البحث والتطوير، والإنتاج، والتحكم في التكاليف، ومراقبة الجودة، وغيرها. ويُحسّن توحيد معايير المحركات وأنظمة التحكم من أداء المحركات المؤازرة، ومحركات العادم، وغيرها.

يشمل توحيد مواصفات المحرك توحيد شكله الخارجي وأدائه. يؤدي توحيد الشكل الخارجي إلى توحيد أجزائه، وهذا بدوره يؤدي إلى توحيد إنتاج الأجزاء، وبالتالي توحيد إنتاج المحرك ككل. أما توحيد الأداء، فيتم بناءً على تصميم المحرك وشكله الخارجي، وذلك لتلبية متطلبات الأداء المختلفة للعملاء.

يشمل توحيد نظام التحكم توحيد البرمجيات والأجهزة والواجهات. لذا، بالنسبة لنظام التحكم، يُبدأ أولاً بتوحيد الأجهزة والواجهات، وبناءً على هذا التوحيد، يمكن تصميم وحدات البرمجيات وفقًا لمتطلبات السوق لتلبية الاحتياجات الوظيفية لمختلف العملاء.