محرك محور العجلة

تم تسجيل براءات اختراع لعدة تصاميم لمحركات كهربائية، تعمل بالاحتراق، وبخارية، مثبتة داخل العجلات، خلال ثمانينيات وتسعينيات القرن التاسع عشر. ^{[ 8 ]} ومن بين الحاصلين على براءات الاختراع: ويلينغتون آدامز من سانت لويس عام 1884؛ ^{[ 9 ]} وإدوارد باركهيرست من ووبرن عام 1890؛ ^{[ 10 ]} وألبرت بارسيل في وقت لاحق من عام 1890؛ ^{[ 11 ]} وتشارلز ثيريك عام 1896، الذي أشار إلى عدم وجود خسائر في نقل الطاقة بفضل غياب قضبان النقل التقليدية من المحركات إلى العجلات؛ ^{[ 12 ]} وسي إف غودارد عام 1896، الذي ذكر محركًا بمكبس محوري للعربات التي لا تجرها الخيول، يعمل بغاز متمدد من نوع ما؛ ^{[ 13 ]} ودبليو سي سميث عام 1897، الذي ذكر محركًا يعمل بتمدد الغاز المتفجر داخل محور العجلة، يستخدم كاميرات على مسار في المحور لنقل الطاقة إلى العجلة. ^{[ 14 ]}

في عام 1897 ، شارك فرديناند بورشه بسيارة كهربائية بمحرك مثبت في محور العجلة في سباقٍ أُقيم في فيينا ، النمسا. وقد طوّر بورشه سياراته الأولى كسيارات كهربائية مزودة بمحركات كهربائية مثبتة في محاور العجلات تعمل بالبطاريات. ^{[ 15 ]} وفي عام 1900، ظهرت سيارة سباق من تصميم لونهر-بورشه مزودة بأربعة محركات مثبتة في محاور العجلات لأول مرة في المعرض العالمي في باريس. وإلى جانبها، طُرح نموذج تجاري، هو لونهر-بورشه شيز، بمحركين مثبتين في محاور العجلات الأمامية. وقد لاقى هذا النموذج استحسانًا كبيرًا، واستمر إنتاج العديد من النماذج بناءً على تصميمه من قِبل لونهر وشركات تصنيع أخرى حتى عشرينيات القرن العشرين. ^{[ 16 ] [ 7 ]}

يمكن استخدام محركات العجلات مع تروس ذات دفع مباشر أو تروس كوكبية . ^{[ 17 ]} وهي تدير العجلة إما من خلال تصميم دوار محوري أو داخلي أو خارجي ، مع تصميم مبدل ذي فرش أو بدون فرش . ^{[ 18 ]}

تتميز محركات العجلات بتصميمها الجذاب ومرونتها العالية، إذ يمكن استخدامها في أنظمة الدفع الأمامي أو الخلفي أو الدفع الفردي للعجلات . كما أنها صغيرة الحجم، مما يوفر مساحة أكبر للركاب أو البضائع أو مكونات المركبة الأخرى. وتتيح هذه المحركات توزيعًا أفضل للوزن مقارنةً بالمحرك الأحادي، وتُغني عن العديد من مكونات الدفع في المركبات التقليدية، مثل ناقل الحركة والتروس التفاضلية والمحاور، مما يقلل من التآكل والخسائر الميكانيكية. ^{[ 3 ] [ 19 ]} ويجب أن تتمتع محركات العجلات عالية الجهد بمقاومة عالية للتلف، خاصةً في كابلاتها ومكوناتها عالية الجهد. ^{[ 2 ]}

من عيوب محرك محور العجلة أن وزن المحرك لا تدعمه مخمدات الصدمات في نظام التعليق، مما يزيد من الوزن غير المعلق للمركبة ويؤثر سلبًا على التحكم وجودة القيادة. ورغم هذا الانخفاض في جودة القيادة مع محركات محور العجلة الكهربائية، إلا أنها لا تزال أفضل من جودة قيادة المركبات ذات محركات الاحتراق الداخلي المماثلة، ولكن لا يزال التحكم في المركبة متأثرًا سلبًا بسبب زيادة الحمل الديناميكي على العجلات . ^{[ 3 ]} وقد وجدت شركتا بروتيان إلكتريك ولوتس أن معظم الآثار السلبية للكتلة غير المعلقة الإضافية يمكن التخلص منها بإضافة نظام تخميد للتعليق، وأن القدرة على استخدام توجيه عزم الدوران بدقة حسّنت بالفعل من تحكم السيارة لدرجة أن التأثير الصافي للترتيب بأكمله كان إيجابيًا. ^{[ 20 ]}

بدون دعم من ممتصات الصدمات في نظام التعليق، تكون المحركات المدمجة في العجلات أقل حماية من الصدمات والحطام، مما يقلل من متانتها. تُقلل بعض التصاميم الوزن غير المعلق عن طريق تقليل وزن المحرك، على سبيل المثال باستخدام تصميم بدون قلب أو لفائف سلكية من نوع ليتز . قد يكون لهذه التصاميم الموفرة للوزن تأثير سلبي على متانة المحرك. ^{[ 19 ]}

على غرار المحركات المدمجة في العجلات، يمكن تصميم المركبات الكهربائية بمحركات قريبة من العجلات، تُسمى أحيانًا محركات طرف العجلة. يتميز هذا التصميم بنفس مزايا المحركات المدمجة في العجلات، مع تجنب الوزن غير المعلق ومشاكل التآكل، نظرًا لوجود المحركات بالقرب من العجلات داخل هيكل السيارة، مدعومة بنظام التعليق. تُعد المحركات القريبة من العجلات أقل إحكامًا من المحركات المدمجة في العجلات، ولكنها، اعتبارًا من عام 2022، أكثر موثوقية وأقل تكلفة، ^{[ 22 ]} كما أنها تتجنب المخاطر المرتبطة بمكونات الجهد العالي خارج هيكل السيارة، ^{[ 2 ]} وتُبسط تصميم السيارة وتجميعها. ^{[ 23 ]}

طوّرت شركة أمريكان أكسل  محركات طرفية للعجلات بقدرة 100 كيلوواط و150  كيلوواط من خلال مشروع مموّل من وزارة الطاقة الأمريكية لتسويق محركات طرفية للعجلات منخفضة التكلفة تعمل بالطاقة النظيفة. وتمّ خفض التكاليف بدمج المحرك والعاكس ووحدة تخفيض السرعة في وحدة واحدة، وتجنّب استخدام العناصر الأرضية النادرة الثقيلة . ^{[ 24 ]}  وكان من المخطط أن تُطرح وحدة الدفع الطرفية للعجلات ثلاثية الوظائف بقدرة 100 كيلوواط في خط إنتاج سيارات REE Automotive . ^{[ 23 ]} وكان من المقرر بدء الإنتاج في عام 2025، لكنه توقف بعد أن عجزت REE عن تأمين شركاء من كبرى شركات صناعة السيارات أو مشترين مؤسسيين كبار. ^{[ 25 ]}

كانت سيارة IZA، التي عُرضت في مؤتمر IEEE عام 1997، من أوائل السيارات النموذجية الحديثة التي تستخدم محركات كهربائية في العجلات ، وقد بُنيت بأربعة محركات بقوة 25 كيلوواط (34 حصانًا) . ^{[ 26 ]}  

ومن بين السيارات النموذجية الأخرى التي عُرضت في معارض السيارات: شيفروليه سيكويل ، 2005؛ ^{[ 27 ]} ميتسوبيشي MIEV ، 2005؛ ^{[ 28 ]} هاي-با درايف ميني QED، 2006؛ ^{[ 29 ]} هوندا FCX النموذجية، 2005؛ ^{[ 30 ]} سيتروين C-Métisse ، 2006؛ ^{[ 31 ]} بروتيان الكهربائية فورد F-150، 2008؛ ^{[ 32 ]} هيوليز WILL باستخدام نظام التعليق النشط للعجلات من ميشلان ، 2008؛ ^{[ 33 ]} بيجو BB1 ، 2009؛ ^{[ 34 ]} هيريكو فولد ، التي عُرضت عام 2012، سيارة حضرية قابلة للطي تبلغ سرعتها القصوى 50 كم/ساعة (31 ميل/ساعة) ^{[ 35 ] [ 36 ]} مزودة بمحرك، ومحركات توجيه، ونظام تعليق، ومكابح مدمجة في كل عجلة، يتم التحكم بها بواسطة نظام قيادة إلكتروني ؛ ^{[ 37 ]} فلات فورمر، هيكل شاحنة ذاتية القيادة 6x6، عُرض عام 2019؛ ^{[ 38 ]} مركبات متنوعة من إنديجو تكنولوجيز منذ عام 2019؛ ^{[ 2 ]} نموذج أبتيرا موتورز الأولي عام 2022 ^{[ 39 ]} على الرغم من أن نماذج أبتيرا الأولية لعام 2024 لم تكن مزودة بمحركات مدمجة في العجلات؛ ^{[ 40 ]} وإيتالديزاين كوينتيسينزا بمحركات إيلاف سونيك المدمجة في العجلات عام 2025. ^{[ 41 ]}  

تشمل السيارات النموذجية التي تم الإعلان عنها دون تقديم نموذج مادي للجمهور ما يلي: سيارة سيمنز في دي أو إي كورنر النموذجية، 2006؛ ^{[ 42 ]} و ZAP-X ، 2007. ^{[ 43 ]}

تشمل المركبات الإنتاجية المزودة بمحركات داخل العجلات ما يلي:

• لونهر-بورش شيز، ميكست، وغيرها. أنتجت شركة لونهر وغيرها من الشركات المصنعة عدة نماذج مبنية على هذا التصميم في أوائل القرن العشرين. ^{[ 16 ] [ 7 ]}
• لايت يير 0 بمحركات إيلافي المدمجة في العجلات، ^{[ 44 ]} تم إنتاجها لفترة وجيزة في عام 2022 قبل أن تعلن الشركة المصنعة إفلاسها. ^{[ 45 ] [ 46 ]}
• تم إنتاج سيارة لوردستاون إندورانس المزودة بمحركات إيلافي داخل العجلات، ^{[ 47 ]} لفترة وجيزة في عام 2022 قبل أن تعلن الشركة المصنعة إفلاسها. ^{[ 48 ]}

تشمل المركبات الإنتاجية المخطط لها ما يلي:

• سيارة BMW Neue Klasse ، من المقرر إنتاجها في عام 2026 بمحركات داخل العجلات طورتها شركة DeepDrive. ^{[ 49 ] [ 50 ]}
• رينو 5 توربو 3E ، من المقرر إنتاجها في عام 2027  بمحركين خلفيين بقوة 200 كيلوواط مثبتين في العجلات. ^{[ 51 ]}