ترانس اکسل موتور الکتریکی: راهنمای طراحی، انتخاب و نگهداری

آنچه که یک ترانس اکسل موتور الکتریکی در واقع ترکیب می کند

یک گیربکس موتور الکتریکی سه عملکرد را که قبلاً به اجزای جداگانه نیاز داشتند در یک محفظه ادغام می کند: موتور محرک الکتریکی، چرخ دنده کاهش و دیفرانسیل که نیرو را بین دو چرخ محرک تقسیم می کند. در خودروهای بنزینی معمولی، موتور، گیربکس و دیفرانسیل محور معمولاً مجموعه‌های مجزایی هستند که توسط میل‌های محرک به هم متصل می‌شوند. در یک وسیله نقلیه الکتریکی که در اطراف یک گیربکس ساخته شده است، همه اینها در یک واحد جمع و جور که مستقیماً روی محور نصب شده است، زندگی می‌کنند، به همین دلیل است که این طرح به معماری پیش‌فرض برای اکثر خودروهای الکتریکی، بسیاری از خودروهای هیبریدی، و تعداد فزاینده‌ای از گاری‌های گلف الکتریکی، لیفتراک‌ها و وسایل نقلیه سبک تبدیل شده است.

این ادغام اهمیت دارد زیرا موتورهای الکتریکی رفتار بسیار متفاوتی با موتورهای احتراق داخلی دارند. یک موتور الکتریکی تقریباً بلافاصله از حالت سکون گشتاور کامل را تولید می کند و می تواند با خیال راحت در RPM بسیار بالاتر از موتور پیستونی بچرخد، به این معنی که دنده مورد نیاز برای تبدیل خروجی موتور به سرعت چرخ قابل استفاده و گشتاور کاملاً متفاوت از یک گیربکس چند سرعته سنتی به نظر می رسد. اکثر گیربکس‌های الکتریکی از یک نسبت دنده ثابت به جای چند دنده قابل انتخاب استفاده می‌کنند، زیرا باند گشتاور گسترده موتور، تعویض دنده را تا حد زیادی برای رانندگی روزمره غیر ضروری می‌کند.

اجزای اصلی در داخل مسکن

باز کردن یک گیربکس الکتریکی معمولی مجموعه نسبتاً فشرده ای از قطعات را نشان می دهد که در یک جعبه مشترک با هم کار می کنند. موتور الکتریکی در یک انتها قرار می گیرد، معمولا یک موتور سنکرون آهنربای دائم یا یک موتور القایی بسته به اولویت های طراحی سازنده در مورد کارایی، هزینه و عملکرد سرعت بالا. به شفت خروجی موتور یک مجموعه دنده کاهشی متصل است که معمولاً یک چرخ دنده مارپیچ دو یا سه مرحله ای است، اگرچه برخی از طراحی ها از چرخ دنده های سیاره ای برای ردپای فشرده تر استفاده می کنند.

از چرخ دنده کاهش، نیرو به یک دیفرانسیل باز یا لغزش محدود جریان می یابد، که به دو چرخ محرک اجازه می دهد در حین پیچیدن با سرعت های مختلف بچرخند در حالی که همچنان نیرو را از تک موتور دریافت می کنند. اطراف همه اینها یک سیستم روانکاری است، معمولاً یک سیستم پمپاژ پاشیده یا کم فشار با استفاده از یک مایع گیربکس خاص که برای روانکاری چرخ دنده و در بسیاری از طرح ها، درجه ای از خنک کننده موتور نیز فرموله شده است.

زیرسیستم های اصلی برای دانستن

• موتور محرک الکتریکی، از نوع آهنربای دائمی یا القایی
• قطار دنده کاهش نسبت ثابت، معمولاً مارپیچ یا سیاره ای
• واحد دیفرانسیل باز یا لغزش محدود
• مدار یکپارچه روغنکاری و خنک کننده
• مجموعه های بلبرینگ مهر و موم شده که از موتور و محورهای خروجی پشتیبانی می کنند

طراحی تک سرعته و چرا چند دنده به ندرت مورد نیاز است

یکی از رایج‌ترین سؤالات افرادی که از وسایل نقلیه احتراقی استفاده می‌کنند این است که چرا گیربکس‌های برقی تقریباً هرگز یک گیربکس چند سرعته ندارند. پاسخ در شکل منحنی های گشتاور و قدرت یک موتور الکتریکی نهفته است. یک موتور بنزینی فقط در یک باند RPM باریک گشتاور قوی تولید می کند، به همین دلیل است که چندین دنده وجود دارد تا موتور را در نزدیکی آن نقطه شیرین در طیف وسیعی از سرعت های خودرو کار کند. در مقابل، موتورهای الکتریکی، گشتاور نزدیک به حداکثر را از صفر دور در دقیقه ارائه می‌کنند و توان خروجی مفید را در محدوده سرعت بسیار وسیع‌تری حفظ می‌کنند، که اغلب تا 15000 یا حتی 20000 RPM در برخی طراحی‌ها می‌رسد.

به همین دلیل، یک نسبت دنده منفرد و با دقت انتخاب شده می تواند عملکرد قابل قبولی را از یک شروع ایستاده تا سرعت بزرگراه بدون اضافه وزن، هزینه و پیچیدگی مکانیکی مکانیزم های تعویض پوشش دهد. تعداد انگشت شماری از خودروهای برقی با عملکرد بالا از گیربکس‌های دو سرعته برای بهبود شتاب پایین یا بازدهی بالاتر استفاده می‌کنند، اما این امر در بازار گسترده‌تر به جای یک قاعده استثنا باقی می‌ماند.

انتخاب گیربکس مناسب برای یک برنامه خودرو

انتخاب یک گیربکس موتور الکتریکی برای طراحی خودروی جدید یا پروژه تبدیل نیازمند تطبیق چندین مشخصات با مورد مورد نظر است نه صرفاً انتخاب گزینه با بالاترین قدرت موجود. رتبه‌بندی توان مداوم بیش از اوج قدرت برای کاربردهای پایدار مانند کروز در بزرگراه یا بکسل اهمیت دارد، زیرا گیربکسی که فقط می‌تواند خروجی نامی خود را برای چند ثانیه قبل از دریچه گاز حرارتی حفظ کند، در استفاده در دنیای واقعی ناامید می‌شود، حتی اگر عدد پیک آن روی کاغذ چشمگیر به نظر برسد.

انتخاب نسبت دنده باید بر اساس حداکثر سرعت هدف و ویژگی‌های شتاب مورد نظر باشد، زیرا نسبت نهایی کوتاه‌تر شتاب و توانایی بالا رفتن از تپه را به قیمت حداکثر سرعت پایین‌تر و کمی کاهش کارایی بزرگراه بهبود می‌بخشد، در حالی که نسبت بلندتر برعکس عمل می‌کند. خریداران همچنین باید تأیید کنند که نوع دیفرانسیل مناسب برنامه آنهاست. دیفرانسیل باز برای استفاده معمولی مسافر مناسب است، اما خودروهای پرفورمنس یا کاربردهای خارج از جاده از یک دیفرانسیل با لغزش محدود یا کنترل الکترونیکی دیفرانسیل بهره می برند که هنگام از دست دادن کشش یک چرخ، تحویل نیرو را بهتر مدیریت می کند.

مشخصات کلیدی برای مقایسه

استراتژی های خنک کننده و تأثیر آنها بر قابلیت اطمینان

مدیریت حرارت در داخل یک گیربکس الکتریکی به طور مستقیم بر ثبات عملکرد و قابلیت اطمینان طولانی مدت تأثیر می گذارد. طرح‌های خنک‌کننده هوا، که در کاربردهای کم‌مصرف مانند چرخ دستی‌های گلف و وسایل نقلیه سبک رایج هستند، به جریان هوا در بدنه‌های پره‌دار متکی هستند و ساده و کم‌تعمیر هستند، اما در میزان توان پایداری که می‌توانند قبل از کاهش عملکرد از بین ببرند، محدود هستند. طرح‌های خنک‌شونده مایع، مایع خنک‌کننده را از طریق کانال‌های اطراف استاتور موتور و گاهی از طریق محفظه چرخ دنده به گردش در می‌آورند، و اجازه می‌دهند عملکرد پایدار با قدرت بالا بدون دریچه گاز که واحدهای خنک‌کننده با هوا را تحت بارهای سنگین یا طولانی‌مدت آزار می‌دهد، انجام دهند.

برخی از گیربکس‌های با کارایی بالاتر از خنک‌کننده مبتنی بر روغن استفاده می‌کنند که همان سیال مورد استفاده برای روان‌کاری دنده را مستقیماً از طریق یا اطراف سیم‌پیچ‌های موتور به گردش در می‌آورد، که انتقال حرارت کارآمد را ارائه می‌دهد اما نیاز به انتخاب دقیق سیال دارد، زیرا روغن باید هم نیازهای عایق الکتریکی موتور و هم نیازهای روانکاری فشار شدید قطار دنده را به طور همزمان برآورده کند. خریدارانی که گیربکس‌ها را برای کاربردهای سخت‌گیرانه مانند خودروهای تحویل تجاری یا خودروهای عملکردی ارزیابی می‌کنند، باید به‌طور خاص در مورد رتبه‌بندی توان پایدار در دمای عملیاتی واقعی بپرسند، نه اینکه صرفاً به ارقام اوج شروع سرد از برگه مشخصات تکیه کنند.

ملاحظات نصب برای تبدیل ها و ساخت های جدید

برای مهندسانی که روی تبدیل خودروهای الکتریکی یا ساخت خودروهای سفارشی با حجم کم کار می کنند، نصب یک گیربکس برقی نیازمند توجه به چندین جزئیات فراتر از بستن پیچ و مهره آن است. نقاط نصب باید طوری مهندسی شوند که از تحویل گشتاور فوری یک موتور الکتریکی استفاده کنند، که می تواند تنش اوج بالاتری را نسبت به موتورهای بنزینی مشابهی که گشتاور را به تدریج ایجاد می کند، بر روی پایه ها وارد کند. پایه‌های سفت یا ضعیف می‌توانند لرزش و سر و صدای بیش از حد را به داخل کابین منتقل کنند، بنابراین بسیاری از سازندگان پایه‌های هیدرولیک یا الاستومری را مشخص می‌کنند که به طور خاص برای ویژگی‌های پیشرانه الکتریکی تنظیم شده‌اند.

انتخاب نیم شفت نیز مستحق توجه دقیق است، زیرا اتصالات سرعت ثابتی که گیربکس گیربکس را به توپی چرخ وصل می‌کند باید برای نوک گشتاور لحظه‌ای که یک موتور الکتریکی می‌تواند ایجاد کند، به‌ویژه در هنگام شتاب‌گیری تهاجمی از حالت سکون، رتبه‌بندی شود. استفاده از نیم شفت هایی که فقط برای میانگین گشتاور خروجی به جای گشتاور اوج درجه بندی شده اند، یکی از دلایل شایع شکست زودرس مفصل CV در خودروهای تبدیل شده است.

چک لیست قبل از نصب نهایی

• تأیید کنید که نقاط نصب برای تحویل فوری گشتاور رتبه بندی شده اند، نه فقط وزن ثابت
• بررسی کنید که میزان گشتاور نیم شفت از حداکثر خروجی گیربکس بیشتر باشد
• مسیر خط مایع خنک کننده را از نظر پیچ خوردگی یا شعاع خمش بیش از حد بررسی کنید
• اطمینان حاصل کنید که سیم کشی سنسور موقعیت موتور در برابر تداخل کابل های ولتاژ بالا محافظت می شود
• سطوح پر شدن مایع را تأیید کنید و دقیقاً مشخصات سازنده را مطابقت دهید

روش های تعمیر و نگهداری که عمر سرویس را افزایش می دهد

گیربکس‌های موتور الکتریکی نسبت به ترکیبی از موتور و گیربکس سنتی به تعمیر و نگهداری معمولی بسیار کمتری نیاز دارند، اما آنها کاملاً بدون نیاز به تعمیر و نگهداری نیستند. روغن دنده باید طبق برنامه سازنده بازرسی و تعویض شود، زیرا حتی یک سیستم آب بندی شده نیز می تواند ذرات فلزی ناشی از سایش معمولی دنده را در طول زمان جمع کند و مایع تخریب شده توانایی خود را برای محافظت از دنده ها و در طرح های خنک شده با روغن از سیم پیچ های موتور از دست می دهد.

سیستم‌های خنک‌کننده در گیربکس‌های مایع خنک‌شونده به بازرسی دوره‌ای برای نشتی، غلظت مناسب مایع خنک‌کننده و جریان هوای شفاف از طریق رادیاتور مربوطه نیاز دارند، زیرا سیستم خنک‌کننده‌ای که بی‌صدا کارایی خود را از دست می‌دهد می‌تواند مدت‌ها قبل از وقوع هر گونه خرابی چشمگیری منجر به تخریب تدریجی موتور شود. کاسه نمد یاتاقان ها نیز باید به طور دوره ای برای علائم نشتی بررسی شوند، زیرا خرابی آب بندی که اجازه خروج روغن دنده یا ورود آلاینده ها را می دهد می تواند به سرعت منجر به سایش سریع در سراسر واحد شود.

مالکان و مدیران ناوگان باید یک گزارش تعمیر و نگهداری ساده برای ردیابی تغییرات مایعات، پر کردن مایع خنک کننده و هر گونه سر و صدای غیرعادی یا لرزش گزارش شده توسط رانندگان داشته باشند، زیرا مشکلات گیربکس برقی اغلب از طریق تغییرات ظریف در صدا یا صافی قبل از وقوع یک خرابی فاجعه بار خود را نشان می دهد. گرفتن این علائم اولیه در فواصل سرویس های معمول هزینه بسیار کمتری نسبت به تعویض یک واحد آسیب دیده پس از خرابی کامل دارد.

تطبیق ترانسفورماتور با مورد استفاده خاص شما

در نهایت، بهترین گیربکس موتور الکتریکی برای هر پروژه معین به تطبیق قدرت پیوسته، گشتاور، نسبت دنده، و قابلیت خنک‌کننده با نیازهای واقعی خودروی مورد نظر بستگی دارد تا اینکه بالاترین پیک قدرت موجود را دنبال کند. یک وسیله نقلیه کاربردی با سرعت کم یا گاری گلف از یک واحد ساده، هوا خنک و کم مصرف سود می برد که هزینه و پیچیدگی را به حداقل می رساند، در حالی که یک وسیله نقلیه تحویل تجاری یا ساختار مبتنی بر عملکرد به یک واحد خنک کننده مایع با درجه قدرت پایدار نیاز دارد که منعکس کننده شرایط عملیاتی واقعی به جای پیک های مختصر تست است.

خریداران و مهندسان باید قبل از استفاده از یک گیربکس خاص، برگه‌های اطلاعات کاملی را درخواست کنند که توان پیوسته و پیک، منحنی‌های گشتاور در محدوده RPM، مشخصات دیفرانسیل و جزئیات سیستم خنک‌کننده را پوشش دهد، و باید این ارقام را مستقیماً با نیازهای برنامه مورد نظر خود مقایسه کنند نه اینکه صرفاً بر خلاصه‌های بازاریابی تکیه کنند.