יצרנים רבים בתעשיית הרכב מתכננים כיום את פלטפורמות הדור השני והשלישי של הרכבים החשמליים ונוצר ביקוש עז לחסכון בגודל המארזים, נוחות וזמן ההרכבה בניסיון להגדיל את האמינות לצד הורדת עלויות.
ניקח לדוגמא את GM ומערכת החשמל של הרכב החשמלי שלה “הוולט”. מהנדסי החברה החליטו להתקין את המערכת ישירות בתוך חלל התמסורת. אופן התקנה זה ביטל את הצורך בשימוש בכבלים תלת פאזיים וחיבור המנועים החשמליים נעשה באמצעות פיני חיבור על גבי המעגל המודפס.
חברת סימנס, ביחידה המשולבת החדשה שלהם כוללת את המהפך החשמלי והמנוע של – Sivetec MSA 3300 וכך הם מציע אפשרות plug-and-play עבור היצרנים. חיבורי פיני הכוח נעשה בשיטת הלחיצה למעגל ללא הלחמה (PRESSFIT) מה שמאפשר קיצור משמעותי בזמן ההרכבה. החיסכון בשימוש בכבלים גם משפר את רמת ההשראות הכוללת של מודולי הכוח.
אחד היצרנים הבולטים בתחום המגענים ליישומי אוטומוטיב הנה חברה מקליפורניה ארה”ב, GIGAVAC, היצרן השיק לאחרונה גרסאות חדשות של הקונטקטור האטום הרמטי שלהם אשר נועדו ליישום ישירות על גבי המעגלים מודפסים (PCB).
סגירת המעגל
קונטקטור או בעברית תקנית “מגען” הינו מתג הנשלט חשמלית. מגענים דומים לממסרים פרט לכך שהם תוכננו למתג ולהעביר זרם חשמלי בעל עוצמה גבוהה. מגענים מחברים ומנתקים כוח למעגל חשמל לסירוגין באמצעות מעגל בקרה שעובד בזרמים ומתחים הרבה יותר נמוכים, מה שמאפשר להציג בקצה של המשתמש מתג קטן ומעוצב, לולא יכולת זו היה נדרש מפסק גדל מידות עם ידית מאסיבית למיתוג העומס האמיתי. מגענים משמשים כיום במגוון יישומים שונים תאורה, חימום, התנעת מנועים, דודים תרמיים, מערכות חשמל סולארי וכו’.
במערכת הרכב חשמלי (EV), המגען משמש לחיבור וניתוק של קו אספקת החשמל היוצא ממארז הסוללות אל קופסת בקרת החשמל והאלקטרוניקה, כמו כן כדי לבודד את מעגל המתח הגבוה כל אימת שהרכב כבוי. למגען הראשי יש גם יכולת ניתוק חירום ולפיכך תפקיד בטיחותי קריטי. לדוגמא במקרה של תאונת דרכים ישמש המגען לנתק מידית את הסוללות הראשיות – במהירות שלא נופלת מזמן פריסת כרית אוויר. לפיכך ביישומי רכב חשוב להשתמש במגען מוקשח ואמין שיכול לעמוד בתנאי הסביבה הקשים של הכביש כגון רטט בתדירויות שונות, והלמי כוח כבידה גבוה חלילה והרכב מעורב בתאונה .
טכנולוגיית ה-EPIC
GIGAVAC הושקה בשנת 2002 על ידי קבוצה קטנה של מייסדים עם עשרות שנות ניסיון בתחום המיתוג. קו המוצרים הראשון שלה היה מגוון של ממסרים למיתוג מתח גבוה, ובשנת 2006 התרחבו גם לתחום המגענים תוך התבססות על הידע הנרחב בביצוע אטימת חרסינה למתכת. טכנולוגית המיתוג החדשה שפיתחו מכונה EPIC – (קרמיקה אטומה רחבת ביצועים) והיא מוגנת פטנט.
איטום הוא קריטי עבור מגענים על מנת למנוע מזיהום לחדור ולהשפיע על החלק הפנימי המכיל את המגעים הראשיים. טכנולוגית ה-EPIC מהווה פריצת דרך באיטום באיכות גבוהה של המגענים תוך הקטנת עלות הייצור. ישנם יצרנים המשתמשים באיטום קרמי מלא (אשר מיקר את הייצור והמוצר), או איטום זכוכית למתכת (אשר עלול להיסדק ולהישבר בחשיפה להלמים גבוהים), או איטום בחומר פלסטי או שרף אפוקסי אשר אינו מספק מענה בטווח הגבוה של הטמפרטורה וגם לא אטימת-מיקרו הנדרשת כדי להשתמש בגז מילוי בעל ביצועים גבוהים.
גיגאווק משתמשת באיטום קרמיקה למתכת ייחודי, לטענתם עלותו שווה למחירם של מגענים בהם המגעים נמצאים באוויר הפתוח ואו מגענים באיכות נמוכה יותר, החצי-אטומים באפוקסי או פלסטיק ונוסף על כך האטימה כל כך איכותית כך שהם מתאימים לעבודה בכל סביבה – למעשה אפילו מתחת למים!
טכנולוגיית ה EPIC מאפשרת ליצרן למלא את החלל הפנימי של המגען עם מגוון של גזים בהרכבים שונים כך שישמשו כתווך דיאלקטרי – ויאפשרו שליטה מדויקת על תנאי הסביבה בו עובד המגע הראשי של המגען, כלומר דיכוי הניצוץ של הקשת החשמלית שנוצר בין המגעים בעת המיתוג.
הבחירה בגז מסוים כתווך דיאלקטרי מבוסס גם על היישום המיועד של המגען. כך לדוגמה, בחנקן משמש במגענים הנדרשים לעמוד בזרם גבוהה אבל רמת מתח נמוך. בסדרת אחרת המיועדת למיתוג זרם אבל ברמת מתח גבוה של מאות או אלפי וולטים, תא המגעים מדוחס במימן . בדומה לכך ניתן להציע תערובות גזים מותאמות אישית עבור יישומים מיוחדים.
הטכנולוגיה הזו כבר מוכחת באלפי יישומים, מאז הושקה, הפכה להיות מנוע צמיחה דרמטי לקו “מוצרי הכוח” של גיגאווק. ג’ים לאנום, סמנכ”ל פיתוח עסקי, מסר שטכנולוגיית איטום קרמיקה למתכת נותן להם הרבה יתרונות תחרותיים, למגען שלנו יש טווח טמפרטורות נרחב, הוא קומפקטי יותר. בגלל שימוש בתא אטום הרמטי ותווך דיאלקטרי מבוקר יש להם את היכולת לעשות הרבה יותר במונחים של זרם ומתח בחבילה קטנה.
קו המגענים מבוססי טכנולוגיית EPIC כולל סדרת מגענים לשימוש תעשייתי GX, את סדרת האמינות הגבוהה MX וגם מגענים חכמים הכוללים חיישני זרם ו/או מתח – כולם מיוצרים במפעל המשתרע על שטח של 4,000 מ”ר של החברה הממוקמת ליד סנטה ברברה בקליפורניה ארה”ב..
הנעה מתוך חסכון עלויות
תעשיית הרכב החשמלי הגדלה במהירות משמשת קרש קפיצה לחברה. הם מספקים מוצרים עבור מגוון כלי רכב חשמליים בכל הצורות והגדלים – החל מאופנועים, מכוניות נוסעים, אוטובוסים, רכבות ואף ספינות – וגם לתחנות הטענה לאותם רכבים.
אחד הלקוחות הגדולים ביותר שלהם בתחום זה הינה חברת טסלה אשר לפי בקשתה פיתחה גיגאווק את גרסת המגענים ל PCB שהוא למעשה הפשטה של המגען שלה, מפריטים מיותרים ושלדבריה מציעה חיסכון משמעותי בעלויות. “באופן כללי, זה לפחות 25% זול יותר בכמויות גבוהות,” אומר מרקוס בק, סמנכ”ל מוצרי הכוח. “מסיבה זו, אנו רואים כעת הרבה לקוחות אחרים המתחילים ליישם את השימוש במגענים על גבי המעגל המודפס בתעשיית הרכב.”
קונטקטורים הם חלקים מגושמים ביחס למרבית הרכיבים על גבי המעגל והם גם לא זולים בתלות בדרישות המיתוג של המתח והזרם, הם עשויים לעלות יותר
מ $100 ליחידה. בעוד עלויות חלק מהרכיבים על המעגל נמוכים עבור גרסת ה PCB, בק מסביר כי החיסכון הגדול ביותר ממומש כשמשכללים את החיסכון במקום ונוחות וקלות הרכבה. “מנקודת המבט של הרכבה, זה משמעותית הרבה יותר פשוט “, הוא אומר. “במקום הצורך לקבע את המגען איפשהו ולחווט אליו כבלי כוח עם מחברים, משלבים אותו ישירות בתוך קופסת תיבת ניהול הכוח או תיבת חיבורי המתח הגבוה של הרכב.
“ואז את החיבור הפיזי ניתן לעצב בצורות רבות ושונות, בעצם כל סוג שהלקוח רוצה, כל עוד זה תואם לעוצמת הזרם. חלק משתמשים בחיבור התבריג של המגען למעגל כדי לכרוך אותו גם לפס הצבירה ואחרים משתמשים במגעי חיבור.”
כיום מציעה גיגאווק גרסאות מעגל מודפס למגוון הסדרות שלה כגון MINITACTOR, GV, GX, ומגעני סדרת MX.
