ناقل الحركة المتغير باستمرار NuVinci

تقنية Nuvinci Cycling قيد التطوير حاليًا لتطبيقات أخرى، بما في ذلك توربينات الرياح ، والمركبات الكهربائية الخفيفة ، ومعدات الطاقة الخارجية، ومحركات الملحقات الأمامية للسيارات .

كانت أجهزة تغيير السرعة الميكانيكية موجودة منذ القرن التاسع عشر، وقد استُخدمت بنجاح في الآلات، ولا سيما جهاز تغيير السرعة ذو الكرة المائلة من نوع كوب. وقد بُذلت محاولات عديدة لتطبيقها في ناقلات الحركة الخاصة بالمركبات، لكن النجاح التجاري ظل بعيد المنال. ^{[ 1 ]}

في عام ٢٠١٧، أُعلن عن تغيير اسم شركة NuVinci Cycling إلى Enviolo. ^{[ ٢ ]} وفي فبراير ٢٠١٨، تقدمت الشركة بطلب إفلاس بموجب الفصل ١١. وفي يونيو ٢٠١٨، خرجت الشركة من إعادة الهيكلة بموجب الفصل ١١ من قانون الإفلاس، ^{[ ٣ ]} وتحت إدارة جديدة، أُعيد تسمية قسم الدراجات إلى Enviolo. ^{[ ٤ ]}

يستخدم نظام التروس NuVinci CVT مجموعة من الكرات الدوارة والمائلة الموضوعة بين قرصي الإدخال والإخراج في ناقل الحركة. يؤدي إمالة الكرات إلى تغيير أقطار التلامس بينها، وبالتالي تغيير نسبة السرعة. ^{[ 5 ] [ 6 ]} ونتيجة لذلك، يوفر نظام NuVinci CVT انتقالًا سلسًا ومتواصلًا إلى أي نسبة ضمن نطاقه. يتم تغيير نسبة التروس عن طريق إمالة محاور الكرات بشكل مستمر، لتوفير أنصاف أقطار تلامس مختلفة، والتي بدورها تُحرك قرصي الإدخال والإخراج. يحتوي النظام على عدة "كواكب" لنقل عزم الدوران عبر عدة مناطق سائلة. توضع الكرات في مصفوفة دائرية حول بكرة وسيطة مركزية (الشمس) وتتلامس مع قرصي جر منفصلين للإدخال والإخراج. يسمح هذا التكوين بأن يكون الإدخال والإخراج متمركزين ومدمجين. والنتيجة هي القدرة على تحريك ناقل الحركة بسلاسة عبر نطاق النسبة بالكامل، سواءً أثناء الحركة أو تحت الحمل أو عند التوقف.

هناك عاملان يسمحان لناقل الحركة المتغير باستمرار NuVinci بتوفير نطاق نسب متغيرة باستمرار في حزمة صغيرة الحجم:

1. أولها التكوين الهندسي للمحرك، والذي يعتمد على اختلاف نسبة التلامس للكرة . يؤدي تلامس كرة دوارة في موقعين مختلفين بالنسبة لمحور دورانها إلى توفير "نسبة تروس"، والتي يمكن أن تتراوح من نسبة منخفضة إلى نسبة عالية اعتمادًا على موقع نقاط التلامس لعزم الدوران والسرعة الداخلة والخارجة . ^{[ 5 ]}
2. العامل الثاني هو التزييت الهيدروديناميكي المرن (EHL). ^{[ 7 ]} تُعرف ناقلات الحركة التي تستخدم التزييت الهيدروديناميكي المرن لنقل الطاقة باسم ناقلات الحركة الجرّية . تعمل ناقلة الحركة الجرّية باستخدام سائل جرّ يوفر، في الظروف العادية، التزييت اللازم للمحرك. عندما يتعرض هذا السائل لضغوط تلامس عالية نتيجة الاحتكاك الدوراني بين العنصرين الصلبين للغاية، وهما الكرات والأقراص، فإنه يتحول بشكل شبه فوري إلى مادة صلبة مرنة . ضمن منطقة الاحتكاك هذه ، تتراص جزيئات السائل وترتبط لتشكل مادة صلبة، يمكن من خلالها نقل قوة القص وبالتالي عزم الدوران . تجدر الإشارة إلى أن عناصر الدوران ليست في الواقع على اتصال مباشر. ^{[ 5 ]}

يحتوي نظام ناقل الحركة المتغير باستمرار NuVinci على عدد قليل من الأجزاء. ^{[ 5 ] [ 6 ]} تتميز معظم نواقل الحركة المتغيرة باستمرار بكفاءة ميكانيكية أقل من نواقل الحركة التقليدية المنافسة.

بما أن أي ناقل حركة متغير باستمرار (CVT) يسمح لمحرك ، سواء كان بشريًا أو آليًا، بالعمل عند (أو بالقرب من) سرعته المثلى من حيث الكفاءة أو عزم الدوران أو القدرة الناتجة، فإن ناقل الحركة NuVinci CVT قد يُحسّن الكفاءة أو الأداء العام للنظام مقارنةً بناقل الحركة التقليدي، ولكن فقط إذا تجاوزت هذه الزيادة في كفاءة أو أداء المحرك أي خسارة في الكفاءة أو الأداء قد تنتج عن استبدال ناقل الحركة التقليدي بناقل الحركة NuVinci CVT. على سبيل المثال، إذا كانت كفاءة ناقل الحركة NuVinci CVT تساوي 90% فقط من كفاءة ناقل الحركة التقليدي الذي حل محله، فيجب أن تكون الزيادة في كفاءة التشغيل للمحرك 11% (أي 1/0.90 - 1 = 0.11 أو 11%) قبل أن تتحسن الكفاءة العامة. لا تُقدم الشركة أي بيانات تتعلق بكفاءة نواقل الحركة الخاصة بها، وقد رفضت تقديمها عند الطلب. ^{[ 8 ]}

توفر ناقلة الحركة المتغيرة باستمرار NuVinci إمكانية استقبال مدخلات متعددة مع تغيير السرعة والنسبة، وإدارة عزم الدوران، وتوفير منفذ طاقة واحد أو عدة منافذ. وبفضل دعمها لحلول التحكم بناءً على عزم الدوران بدلاً من السرعة، تحل ناقلة الحركة المتغيرة باستمرار NuVinci مشكلة التسارع عند السرعات المنخفضة المتأصلة في بعض المركبات التي تعتمد على عزم الدوران. ^{[ 5 ]}

إن التصميم البسيط لـ NuVinci CVT وانخفاض عدد أجزائه يجعلانها قابلة للتطوير بسهولة، مع أدوات يمكن استخدامها في مجموعة واسعة من التطبيقات.

يستخدم ناقل الحركة NuVinci قوة الجر الدورانية لنقل عزم الدوران، تمامًا كما تفعل ناقلات الحركة الحلقية. ولكن على عكس ناقلات الحركة الحلقية ذات السعة المتغيرة، فإنه يوزع عزم الدوران المنقول على عدة كرات، مما يقلل من قوة التثبيت الكلية المطلوبة.

يسمح هذا الترتيب لناقل الحركة المتغير باستمرار NuVinci بالجمع بين نقل الطاقة السلس والمستمر لناقل الحركة المتغير باستمرار وفائدة محرك التروس الكوكبية التقليدي .

كما هو الحال مع ناقلات الحركة المتغيرة باستمرار (CVT) الأخرى من نوع الجر، يتضمن نقل عزم الدوران عبر ناقل الحركة NuVinci CVT انزلاقًا نسبيًا بين مناطق التلامس الناقلة لعزم الدوران. ^{[ 9 ]} ويعود ذلك إلى أن أجزاء الكرة، في أي منطقة تلامس محددة، تتحرك في اتجاه مختلف قليلًا وبسرعات مختلفة قليلًا عن القرص (تُعرف هذه الظاهرة في ناقلات الحركة المتغيرة باستمرار من نوع الجر باسم "دوران التلامس"). تُعرَّف سرعة الدوران (أو سرعة الحفر) بأنها الفرق في سرعة دوران البكرات الدافعة والمُدارة في اتجاه عمودي على مستوى منطقة التلامس. وينتج هذا عن الفرق النسبي في سرعات سطح كلا العنصرين عبر منطقة التلامس، وهو مصدر رئيسي لفقدان الطاقة في ناقلات الحركة المتغيرة باستمرار من نوع الجر. ^{[ 9 ]} في جميع ناقلات الحركة المتغيرة باستمرار من نوع الجر، يحدث هذا الانزلاق النسبي بالضرورة بين الأسطح التي تخضع لضغوط تثبيت عالية جدًا لضمان نقل عزم الدوران بشكل موثوق. ويتسبب هذا الانزلاق النسبي تحت الضغوط العالية في فقدان الطاقة أثناء النقل (انخفاض الكفاءة). ترفض شركة Fallbrook Technology نشر أي بيانات عن كفاءة ناقل الحركة المتغير باستمرار NuVinci. ^{[ 10 ]} مع ذلك، يُعد NuVinci نوعًا مُعدَّلًا من ناقل الحركة المتغير باستمرار (CVT) ذي "محرك الكرة المائلة"، وتتراوح كفاءة هذا النوع عادةً بين 70% و89%. ^{[ 11 ]} إلا أن تصميمه الهندسي يختلف اختلافًا كبيرًا عن ناقل الحركة المتغير باستمرار من نوع Kopp المذكور في المرجع، حيث تقع نقاط تلامس نقل عزم الدوران في NuVinci على القطر الخارجي بدلًا من القطر الداخلي، مما يجعل البكرة الوسيطة (العنصر المسؤول عن مقاومة حمل التثبيت) تحت ضغط بدلًا من شد، ولأن سطح تلامس البكرة الوسيطة ليس متطابقًا مع سطح Kopp. وبشكل عام، وبسبب طريقة إعداد ناقل الحركة المتغير باستمرار، يكون أكثر كفاءة عند نسبة 1:1 مقارنةً بأقصى وضعيات السرعة الزائدة أو المنخفضة. أظهرت نتائج الاختبارات المستقلة أنه عند نسبة 1:1 يكون أكثر كفاءة من محاور التروس الداخلية للدراجات المماثلة، بينما يكون أقل قليلاً عند النسب القصوى.

يمكن جمع أو تقسيم مدخلات عزم الدوران، تمامًا كما هو الحال في ناقل الحركة الكوكبي التقليدي. يتميز التحكم في النسبة بالثبات، ويمكن تشغيله على طول الخط المركزي لناقل الحركة ، وهو ما يشبه ناقل الحركة الكوكبي المُجرَّب. في معظم التطبيقات، لا حاجة إلى أنظمة هيدروليكية عالية الضغط .

تشمل المزايا الأخرى المشتركة مع تصميمات ناقل الحركة المتغير باستمرار المماثلة أن أعمدة الإدخال والإخراج يمكن أن تكون إما في خط مستقيم أو متداخلة أو في تكوين على شكل حرف U (الإدخال والإخراج متحد المحور ومستوي ) ، مما يجعل ناقل الحركة بسيطًا وصغيرًا وخفيفًا وسهل التجميع.

يدعي فالبروك أن نظام التحكم في ناقل الحركة مستقر وخطي ولا يتطلب جهداً كبيراً في تطوير نظام التحكم .

قد يكون ناقل الحركة المتغير باستمرار (CVT) من NuVinci مناسبًا للعديد من المنتجات المختلفة التي تستخدم نظام نقل الحركة الميكانيكي . التطبيق الوحيد المُسوّق حاليًا هو محور الدراجة ذو التروس الداخلية. يحلّ ناقل الحركة المتغير باستمرار (CVT) من NuVinci محلّ مُبدّلات السرعة ومحاور التروس الداخلية الأخرى ، ويوفر نطاقًا لنسبة التروس يبلغ حوالي 350%، وهو نطاق مشابه لنطاق الدراجات ذات تروس المحور بـ 8 أو 9 سرعات، أو ذات حلقات السلسلة المزدوجة (معظم دراجات السباق أو دراجات الطرق السريعة). ^{[ 12 ]} هذا النطاق أقل قليلًا من نطاق 526% الموجود في الدراجات ذات تروس المحور من Rohloff ذات 14 سرعة أو معظم دراجات الجبال/الهجينة/السياحية ذات حلقات السلسلة الثلاثية. وفقًا للمعايير التقليدية، يُعتبر محور دراجة NuVinci ثقيلًا. يزن طراز الجيل الثاني N171B ما بين 3.85 و3.95 كيلوغرام (8.5 و8.7 رطل) ، بما في ذلك العجلة الحرة ومعدات التثبيت. ^{[ 13 ]} يبلغ وزن طراز N360، الذي أُعلن عنه في أوائل سبتمبر 2010، 2.45 كجم (5.4 رطل) . ^{[ 14 ]} تشير المقالة نفسها إلى أن "الوزن الإجمالي لمبدلات السرعة الأمامية والخلفية من Shimano SLX، ومقابض تغيير السرعات، والمحور الحر، والتروس الخلفية يبلغ حوالي 1.3 كجم (2.9 رطل) ". مع ذلك، فإن نظام NuVinci CVT مُصمم خصيصًا للفئات الأقل اهتمامًا بالوزن ( الدراجات السياحية ، ودراجات الراحة ، ودراجات التنقل اليومي )، كما أن أحدث طرازين، N330 وN380، مُصممان أيضًا للدراجات المدنية، ودراجات الرحلات، ودراجات eMTB (الرياضية متعددة الاستخدامات). وتتمثل ميزتهما الأكبر في المتانة، مع إمكانية تغيير السرعات بسلاسة تحت الحمل وبشكل متواصل، وهو أمر بالغ الأهمية خاصةً مع أنظمة محركات الدراجات الكهربائية القوية.     

كما تقوم الشركة بتطوير منتجات تعتمد على وحدة ناقل الحركة المتغير باستمرار (CVT) لتطبيقات السيارات.

حصل النظام والدراجات المرتبطة به على العديد من الجوائز، منها:

• اختيار محرري مجلة الدراجات الهوائية لدراجة التنقل لهذا العام ^{[ 16 ]}
• تكنولوجيا العام ودراجة العام في هولندا ^{[ 17 ]}
• جائزة iF Design EUROBIKE الذهبية لعام 2008 ^{[ 18 ]}

فازت الدراجات المجهزة بناقلات حركة NuVinci لاحقًا بجوائز iF Design EUROBIKE في عامي 2010 و 2011. ^{[ 19 ]}

قامت شركة Ellsworth Handcrafted Bicycles ، المتخصصة في صناعة هياكل وعجلات الدراجات، بتصميم دراجة هوائية تعتمد على ناقل الحركة المتغير باستمرار Nuvinci CVT. وفي عام 2007، حازت دراجة Ellsworth Ride على أعلى الجوائز في مراجعة مجلة Popular Science السنوية لأفضل المنتجات الجديدة الهامة. ^{[ 20 ]}

• مقارنة تروس المحور
• ناقل حركة متغير باستمرار
• المتغير

• الموقع الرسمي لشركة NuVinci