كل ما تريد معرفته عن المحاور الكهربائية

مع تكثيف الشركات في جميع أنحاء العالم جهودها للحد من الكربون، يستثمر الكثير منها في السيارات الكهربائية أو الهجينة. بعضها كهربائي بالكامل، بينما يحتوي البعض الآخر على عناصر كهربائية، مثل المحور الكهربائي (eAxle)، مما يقلل من اعتمادها على الوقود الأحفوري. ومن خلال كهربة كل أو بعض مجموعة نقل الحركة في السيارة ــ المكونات التي تحول الوقود أو الكهرباء إلى طاقة لتحريك السيارة ــ تستطيع الشركات والأفراد التحول إلى وسائل النقل المنخفضة الكربون. إليك ما تحتاج إلى معرفته حول eAxles وما يخبئه المستقبل لهذا المكون الحيوي. 

لقد ساعدتنا الهندسة الحديثة في جعل العديد من وسائل النقل والخدمات اللوجستية تعمل بالكهرباء والابتعاد عن المركبات ذات الكربون الثقيل. تتمتع السيارات الكهربائية (EVs) الآن بالقوة والقدرة على التنافس مع المركبات التقليدية التي تعمل بالديزل، مع مجموعة من النماذج التي تركز على الأداء والحمولة والتي تتساوى مع نماذج محركات الاحتراق الداخلي. 

لقد انتقلت العديد من الشركات بنجاح إلى استخدام المركبات الكهربائية لعمليات التوصيل إلى الميل الأخير - ولكن معظمها لا يزال يعمل على التوصل إلى أفضل حالة عمل حول استخدام المركبات الكهربائية للنقل بعيد المدى أو نقل البضائع الثقيلة. 

في حين أن البنية التحتية للمركبات الكهربائية تتحسن في دول مثل الولايات المتحدة، إلا أنها ليست جاهزة لدعم أساطيل السيارات الكهربائية. وجدت إحدى الدراسات أنه بحلول عام 2035، سيكون لمحطات الشاحنات القادرة على شحن الشاحنات الكهربائية نفس احتياجات الطاقة التي تحتاجها بلدة صغيرة. وحتى بالنسبة للمركبات التي يمكن أن تصل إلى 500 ميل بشحنة واحدة، مثل سيارة تيسلا شبه الكهربائية الجديدة، يمكن أن يكون السعر باهظًا بشكل لا يصدق للشركات ذات الميزانيات المتواضعة.  

تعد المركبات الهجينة خيارًا معقول التكلفة وواقعيًا من الناحية اللوجستية للعديد من الأفراد والشركات. وتعد المحاور الإلكترونية بمثابة قطعة واحدة من المعدات التي تتيح مجموعة من التحولات في المركبات الكهربائية - بدءًا من الحلول الهجينة وحتى السيارات الكهربائية بالكامل. لكن ما هي بالضبط؟
 

ما هو المحور الإلكتروني؟ 

تعد المحاور الإلكترونية أحدث الابتكارات التي يمكن أن تغير طريقة دفع المركبات. أولاً، دعونا نلقي نظرة سريعة على ماهية المحور القياسي وماذا يفعل. 

يعد المحور القياسي أحد المكونات الرئيسية للسيارة. إنه أحد العناصر الخمسة التي تشكل مجموعة نقل الحركة في السيارة، والتي تستمد الطاقة من المحرك أو البطارية وتوصيلها إلى العجلات لتتمكن من التحرك. تتكون مجموعة نقل الحركة القياسية من محرك (أو محرك كهربائي للمركبات الكهربائية أو المركبات الكهربائية التي تعمل بخلايا الوقود)، وناقل الحركة، وعمود الإدارة، والترس التفاضلي، والمحاور. ضمن مجموعة نقل الحركة، تتمثل المهام الرئيسية للمحور في دعم الهيكل والوزن الإجمالي للمركبة ونقل الطاقة إلى العجلات لدفع السيارة.

تقوم المحاور القياسية بنقل الطاقة وعزم الدوران من المحرك لتحريك السيارة في الاتجاه المطلوب. كان التكرار الأول أكثر قليلاً من مجرد قضيب متصل بعجلتين، لكن المحاور الحديثة توفر تحكمًا أكبر بكثير لتسهيل القيادة السلسة والآمنة. جميع المركبات لديها محور أمامي وخلفي لدعم العجلات الأربع، ولكن المركبات الأكبر حجما لديها المزيد من المحاور لدعم هيكل أكبر وعدد أكبر من العجلات. تعد المحاور جزءًا أساسيًا من أي مركبة لأنها تمنح السائق القدرة على التحكم في الاتجاه الذي يسلكه. 

ومع ذلك، في العقدين الماضيين، بدأ المزيد من الشركات المصنعة في دمج المحور مع مكونات مختلفة لإنشاء حل أكثر ملاءمة للمركبات المستدامة - eAxle. 

eAxle هو نظام قيادة كهربائي يدمج المكونات الضرورية المطلوبة لدفع السيارة أثناء استخدام هيكل المحور التقليدي. بفضل التروس المصممة للتعامل مع عزم دوران المحرك العالي وكميات كبيرة من تجديد الفرامل، يمكن تكييف المحاور الإلكترونية - مثل عروض Accelera القابلة للتطوير - لتناسب الاحتياجات المختلفة بناءً على تطبيق السيارة ودورة العمل والمتطلبات الإقليمية ودورة العمل. 
 

كيف يتم تشغيل eAxles؟

تستمد المحاور الإلكترونية الطاقة من المحركات التي تعمل بالبطارية، والتي تستخدم عادة بطاريات الليثيوم أيون (Li-ion). تحتوي المحاور عادةً على محرك واحد، ولكن اعتمادًا على حجم المحور، قد تحتوي على محركين لضمان قدرتها على توفير مستوى عالٍ بما فيه الكفاية من الطاقة. يحتوي أحدث جيل من المحاور الإلكترونية على مكونات مثل المحرك وناقل الحركة المدمجين في مكون واحد، والذي يمكن أن يكون وزنه ككل أقل بكثير من الأجزاء الثلاثة المنفصلة. 
 

ما هي المحركات التي تستخدمها eAxles؟

يمكن تشغيل المحاور الإلكترونية بواسطة مجموعة من أنواع المحركات المختلفة. تتضمن بعض الخيارات ما يلي:

• محرك متزامن بمغناطيس دائم - تعد محركات PMS مناسبة تمامًا للإعدادات عالية الأداء بفضل كثافة الطاقة العالية وكفاءتها.
• المحرك التحريضي – على الرغم من أنها منخفضة التكلفة نسبيًا، وتعتبر خيارًا بسيطًا ومتينًا، إلا أن المحركات التحريضية تتمتع بكفاءة وإمكانات طاقة أقل.
• محرك الممانعة المبدلة - باستخدام عزم الممانعة، يمكن لمحركات الممانعة المبدلة أن توفر كفاءة عالية في قيادة المحرك في محرك بسيط ومنخفض التكلفة، على الرغم من أنها تتمتع بقدرة عزم دوران أقل.

تحتوي مجموعات نقل الحركة الكهربائية (ePowertrains) عادةً على واحد من ثلاثة مواضع للمحرك: وضع المحرك مباشرة في المحور، أو استخدام حل محرك مركزي، أو اختيار محرك مركزي مع علبة تروس. يمكن أن يؤدي اختيار eAxle المدمج إلى تقليل السحب، مما يجعل السيارة أكثر انسيابية ويمنع الاستهلاك الزائد للطاقة.  
 

استخدام خلايا الوقود لتشغيل المحاور الإلكترونية

مثل البطاريات، تعد خلايا الوقود أيضًا مصدرًا مستدامًا للطاقة للمركبات الخالية من الانبعاثات. لشرح هذه التقنية بأبسط العبارات، تحتوي خلية الوقود على قطبين كهربائيين – قطب سالب (الأنود) وقطب موجب (الكاثود) – يقعان على جانبي المنحل بالكهرباء. يتم تغذية الأنود بمصدر طاقة، وهو الهيدروجين الموجود في خلية وقود الهيدروجين، ويقوم المحفز بفصل الجزيئات إلى بروتونات وإلكترونات. والنتيجة هي الكهرباء وانبعاثات غير ضارة في شكل ماء وحرارة. 
تنتج خلية الوقود التي تعمل بالهيدروجين انبعاثات منخفضة أو معدومة (اعتمادًا على مصدر الكهرباء الذي يغذي التحليل الكهربائي). يتشكل الهيدروجين ليكون بديلاً مستدامًا للمستقبل؛ في حين أن البنية التحتية ليست موجودة تمامًا لجعل المركبات التي تعمل بالهيدروجين خيارًا قابلاً للتطبيق في الوقت الحاضر، فإن التكنولوجيا تتقدم بسرعة. ومن المتوقع أن تكون المركبات التي تعمل بالهيدروجين متاحة على الطرق والسكك الحديدية بشكل جماعي بحلول عام 2030. 
 

الفوائد وراء eAxle

يمكن أن تكون المحاور الإلكترونية حيوية في مساعدة الشركات على التحول من أسطول الوقود الأحفوري إلى المركبات الهجينة أو الكهربائية بالكامل. ومع ذلك، فإن فوائد تركيب eAxle تتجاوز بكثير إمكانية تقليل الكربون. تتمتع هذه المكونات الحديثة بالكثير من المزايا، بما في ذلك:

• إمكانية خدمة أفضل للأسطول حيث يمكن دمج المحاور الإلكترونية في السيارة بشكل أسهل وتقليل عدد الأجزاء المنفصلة.
• إمكانية زيادة كفاءة مجموعة الحركة مع تقليل فقد التروس.
• يزيد من العمر الافتراضي ويقلل من صيانة الفرامل من خلال الكبح المتجدد.
• عادةً ما تنتشر المكونات المتكثفة في جميع أنحاء الهيكل بأكمله إلى محور أكثر إحكاما.
• يوفر مساحة لوضع البطاريات داخل قضبان الإطار في المكان الأكثر حماية بالهيكل. وإذا كانت هناك حاجة إلى مزيد من المدى، فيمكن إضافة بطاريات إضافية خارج قضبان الإطار بدلاً من خزانات الوقود التقليدية - مما يقلل من اعتماد السيارة على الوقود.
• يقلل من التلوث الضوضائي لأن السيارة تكون أكثر هدوءاً أثناء التشغيل.
• يوفر تجربة قيادة ممتعة مع الاستجابة الفورية لعزم الدوران.

تكييف المركبات للمستقبل

شراء المركبات الجديدة هو تكلفة لا تستطيع العديد من الشركات تحملها. يعد تكييف الشاحنات الحالية من خلال تركيب eAxle طريقًا أقل تكلفة لجعل الأسطول أكثر استدامة. تم تصميم بعض المحاور الإلكترونية وأنظمة نقل الحركة، مثل تلك الموجودة في Accelera™ من Cummins، ببنية معيارية بطبيعتها. 

تحافظ Accelera™ eAxles على أجهزة تركيب المحور الموجودة لتسهيل عملية تكامل OEM. تعد الطرازات مثل Accelera 14Xe مناسبة لمجموعة من تكوينات المركبات، بما في ذلك السيارات الكهربائية والهجينة والهجينة المزودة بقابس. بفضل خيارات النقل المتنوعة لتطبيقات مختلفة، بما في ذلك الأحمال طويلة المدى أو الثقيلة، تعمل المحاور الإلكترونية لدينا على تسهيل تقليل الاعتماد على الوقود وتوفير نقل أكثر استدامة.