Transaxles voor elektrische motoren: ontwerp-, selectie- en onderhoudsgids

Wat een transmissie met elektrische motor eigenlijk combineert

Een elektrische motor transaxle integreert drie functies waarvoor voorheen afzonderlijke componenten nodig waren in één enkele behuizing: de elektrische aandrijfmotor, de reductiekast en het differentieel dat het vermogen verdeelt over de twee aandrijfwielen. In een conventioneel benzinevoertuig zijn de motor, de transmissie en het asdifferentieel doorgaans verschillende samenstellen die met elkaar zijn verbonden door aandrijfassen. In een elektrisch voertuig dat rond een transaxle is gebouwd, zit dit allemaal in één compacte eenheid die direct op de as is gemonteerd. Daarom is het ontwerp de standaardarchitectuur geworden voor de meeste elektrische auto's, veel hybride voertuigen en een groeiend aantal elektrische golfkarretjes, vorkheftrucks en lichte bedrijfsvoertuigen.

Deze consolidatie is van belang omdat elektromotoren zich heel anders gedragen dan verbrandingsmotoren. Een elektromotor produceert vrijwel onmiddellijk vanuit stilstand het volledige koppel en kan veilig met een veel hoger toerental draaien dan een zuigermotor. Dit betekent dat de overbrenging die nodig is om het motorvermogen om te zetten in bruikbare wielsnelheid en koppel er totaal anders uitziet dan een traditionele transmissie met meerdere versnellingen. De meeste elektrische transmissies gebruiken een enkele vaste overbrengingsverhouding in plaats van meerdere selecteerbare versnellingen, aangezien de brede koppelband van de motor schakelen grotendeels onnodig maakt bij dagelijks rijden.

Kerncomponenten in de behuizing

Als je een typische elektrische transmissie opent, zie je een vrij compacte set onderdelen die samenwerken in een gedeelde behuizing. De elektromotor zit aan het ene uiteinde, meestal een synchrone motor met permanente magneet of een inductiemotor, afhankelijk van de ontwerpprioriteiten van de fabrikant op het gebied van efficiëntie, kosten en hogesnelheidsprestaties. Aan de uitgaande as van de motor is een reductietandwielset bevestigd, meestal een twee- of drietraps spiraalvormig tandwielstelsel, hoewel sommige ontwerpen planetaire tandwielsets gebruiken voor een compactere voetafdruk.

Vanuit de reductietandwieloverbrenging vloeit het vermogen naar een open differentieel met beperkte slip, waardoor de twee aandrijfwielen tijdens het nemen van bochten met verschillende snelheden kunnen draaien terwijl ze nog steeds kracht ontvangen van de enkele motor. Dit alles wordt omringd door een smeersysteem, meestal een door een spat- of lagedrukpomp gevoed systeem dat gebruik maakt van een specifieke transaxle-vloeistof die is samengesteld om zowel de tandwielsmering als, in veel ontwerpen, ook een zekere mate van motorkoeling aan te kunnen.

Belangrijkste subsystemen die u moet kennen

• Elektrische aandrijfmotor, permanentmagneet of inductietype
• Reductietandwieltrein met vaste overbrengingsverhouding, meestal spiraalvormig of planetair
• Open differentieel of sperdifferentieel
• Geïntegreerd smeer- en koelcircuit
• Afgedichte lagersets die de motor- en uitgaande assen ondersteunen

Ontwerp met één snelheid en waarom meerdere versnellingen zelden nodig zijn

Een van de meest voorkomende vragen van mensen die overstappen van een auto met verbrandingsmotor is waarom elektrische transmissies bijna nooit een transmissie met meerdere snelheden bevatten. Het antwoord ligt in de vorm van de koppel- en vermogenscurven van een elektromotor. Een benzinemotor produceert alleen een sterk koppel binnen een smal toerentalgebied. Daarom bestaan ​​er meerdere versnellingen om de motor bij een groot bereik aan voertuigsnelheden in de buurt van dat goede punt te laten werken. Elektromotoren leveren daarentegen een bijna maximaal koppel vanaf nul toerental en behouden het bruikbare vermogen over een veel breder snelheidsbereik, vaak tot 15.000 of zelfs 20.000 toeren per minuut in sommige ontwerpen.

Hierdoor kan een enkele, zorgvuldig gekozen overbrengingsverhouding aanvaardbare prestaties dekken, van stilstand tot snelwegsnelheden, zonder het extra gewicht, de kosten en de mechanische complexiteit van schakelmechanismen. Een handvol krachtige elektrische voertuigen maakt gebruik van transaxles met twee versnellingen om de acceleratie bij lage toerentallen of de efficiëntie bij topsnelheid te verbeteren, maar dit blijft op de bredere markt eerder uitzondering dan regel.

De juiste transmissie selecteren voor een voertuigtoepassing

Bij het kiezen van een transaxle met elektrische motor voor een nieuw voertuigontwerp of een conversieproject moeten verschillende specificaties worden afgestemd op de beoogde gebruikssituatie, in plaats van eenvoudigweg de krachtigste optie te kiezen die beschikbaar is. Het continue vermogen is belangrijker dan het piekvermogen voor langdurige toepassingen zoals cruisen op de snelweg of slepen, aangezien een transaxle die zijn nominale vermogen slechts een paar seconden kan volhouden voordat hij wordt verwarmd, in de praktijk zal teleurstellen, zelfs als het piekaantal er op papier indrukwekkend uitziet.

De keuze van de overbrengingsverhouding moet gebaseerd zijn op de beoogde topsnelheid en de gewenste acceleratiekarakteristieken, aangezien een kortere eindoverbrengingsverhouding de acceleratie en het klimvermogen verbetert ten koste van een lagere maximumsnelheid en een iets verminderde snelwegefficiëntie, terwijl een hogere overbrengingsverhouding het tegenovergestelde doet. Kopers moeten ook bevestigen dat het differentieeltype geschikt is voor hun toepassing; een open differentieel is prima voor typisch passagiersgebruik, maar prestatievoertuigen of offroad-toepassingen profiteren van een sperdifferentieel of elektronisch geregeld differentieel dat de vermogensafgifte beter beheert wanneer een wiel grip verliest.

Belangrijkste specificaties om te vergelijken

Koelstrategieën en hun impact op de betrouwbaarheid

Het warmtebeheer in een elektrische transmissie heeft rechtstreeks invloed op zowel de consistentie van de prestaties als de betrouwbaarheid op de lange termijn. Luchtgekoelde ontwerpen, gebruikelijk in toepassingen met een lager vermogen, zoals golfkarretjes en lichte bedrijfsvoertuigen, zijn afhankelijk van de luchtstroom door de behuizingen met vinnen en zijn eenvoudig en onderhoudsarm, maar beperkt in de hoeveelheid aanhoudend vermogen dat ze kunnen dissiperen voordat de prestaties afnemen. Vloeistofgekoelde ontwerpen circuleren koelvloeistof door kanalen rondom de motorstator en soms door het tandwielhuis zelf, waardoor een duurzame werking met hoog vermogen mogelijk is zonder de thermische smoring waar luchtgekoelde eenheden onder zware of langdurige belasting last van hebben.

Sommige transaxles met hogere prestaties maken gebruik van op olie gebaseerde koeling die dezelfde vloeistof circuleert die wordt gebruikt voor tandwielsmering rechtstreeks door of rond de motorwikkelingen, wat een efficiënte warmteoverdracht biedt maar een zorgvuldige vloeistofkeuze vereist, aangezien de olie tegelijkertijd moet voldoen aan de elektrische isolatie-eisen van de motor en de extreme druk-smeringsbehoeften van de tandwieltrein. Kopers die transaxles evalueren voor veeleisende toepassingen zoals commerciële bestelwagens of prestatievoertuigen moeten specifiek vragen naar duurzame vermogens bij realistische bedrijfstemperaturen, in plaats van uitsluitend te vertrouwen op de piekcijfers bij een koude start op een specificatieblad.

Installatieoverwegingen bij conversies en nieuwbouw

Voor ingenieurs die werken aan het ombouwen van elektrische voertuigen of het op maat bouwen van kleine voertuigen, vereist het monteren van een elektrische transmissie aandacht voor verschillende details die verder gaan dan alleen het op zijn plaats vastschroeven. De montagepunten moeten zo worden ontworpen dat ze de onmiddellijke koppelafgifte van een elektromotor aankunnen, waardoor de piekbelasting op de steunen hoger kan zijn dan bij een vergelijkbare benzinemotor die het koppel geleidelijker opbouwt. Stijve of slecht ontworpen steunen kunnen overmatige trillingen en geluid in de cabine overbrengen, dus veel fabrikanten specificeren hydraulische of elastomere steunen die speciaal zijn afgestemd op de eigenschappen van de elektrische aandrijflijn.

De selectie van de halve as verdient ook zorgvuldige aandacht, omdat de verbindingen met constante snelheid die de transmissie met de wielnaven verbinden, moeten worden berekend op de onmiddellijke koppelpieken die een elektromotor kan leveren, vooral tijdens agressieve acceleratie vanuit stilstand. Het gebruik van steekassen die alleen geschikt zijn voor het gemiddelde koppel in plaats van voor het maximale koppel, is een veelvoorkomende oorzaak van voortijdige defecten aan de homokineet in omgebouwde voertuigen.

Controlelijst vóór de definitieve installatie

• Bevestig dat de bevestigingspunten geschikt zijn voor onmiddellijke koppelafgifte, en niet alleen voor statisch gewicht
• Controleer of het koppel van de halve as het maximale vermogen van de transmissie overschrijdt
• Controleer het verloop van de koelvloeistofleidingen op knikken of een te grote buigradius
• Zorg ervoor dat de bedrading van de motorpositiesensor is afgeschermd tegen interferentie door hoogspanningskabels
• Controleer of de vloeistofvulniveaus en het type exact overeenkomen met de specificaties van de fabrikant

Onderhoudspraktijken die de levensduur verlengen

Transaxles met elektrische motoren vergen veel minder routineonderhoud dan een traditionele combinatie van motor en transmissie, maar ze zijn niet geheel onderhoudsvrij. Tandwielolie moet worden geïnspecteerd en ververst volgens het schema van de fabrikant, omdat zelfs een afgedicht systeem na verloop van tijd metaaldeeltjes kan ophopen als gevolg van normale tandwielslijtage, en aangetaste vloeistof zijn vermogen verliest om zowel de tandwielen als, bij oliegekoelde ontwerpen, de motorwikkelingen zelf te beschermen.

Koelvloeistofsystemen in vloeistofgekoelde transaxles moeten periodiek worden geïnspecteerd op lekken, de juiste koelvloeistofconcentratie en een heldere luchtstroom door de bijbehorende radiator, aangezien een koelvloeistofsysteem dat stilletjes aan effectiviteit verliest, kan leiden tot geleidelijke motordegradatie lang voordat er een dramatische storing optreedt. Lagerafdichtingen moeten ook periodiek worden gecontroleerd op tekenen van lekkage, omdat een defecte afdichting waardoor transmissieolie kan ontsnappen of verontreinigingen kunnen binnendringen, snel kan leiden tot versnelde slijtage van de hele unit.

Eigenaren en wagenparkbeheerders moeten een eenvoudig onderhoudslogboek bijhouden waarin de vloeistofverversingen, het bijvullen van de koelvloeistof en eventuele ongewone geluiden of trillingen die door bestuurders worden gemeld, worden bijgehouden, aangezien problemen met elektrische transmissies zich vaak aankondigen door subtiele veranderingen in geluid of soepelheid lang voordat een catastrofale storing optreedt. Het opmerken van deze vroege tekenen tijdens routineonderhoudsintervallen is veel goedkoper dan het vervangen van een beschadigd apparaat na een volledige storing.

Een transaxle afstemmen op uw specifieke gebruikssituatie

Uiteindelijk hangt de beste elektrische motortransaxle voor een bepaald project af van het afstemmen van continu vermogen, koppel, overbrengingsverhouding en koelvermogen op de werkelijke eisen van het voertuig in kwestie, in plaats van het najagen van het hoogste beschikbare piekvermogen. Een bedrijfsvoertuig of golfkar met lage snelheid profiteert van een eenvoudige, luchtgekoelde eenheid met laag vermogen die de kosten en complexiteit minimaliseert, terwijl een commercieel bestelvoertuig of een prestatiegerichte constructie een vloeistofgekoelde eenheid nodig heeft met een duurzaam vermogen dat de werkelijke bedrijfsomstandigheden weerspiegelt in plaats van korte testbankpieken.

Kopers en ingenieurs moeten volledige datasheets opvragen met informatie over continu- en piekvermogen, koppelcurves over het hele toerentalbereik, differentiële specificaties en details van het koelsysteem voordat ze een specifieke transaxle aanschaffen, en moeten deze cijfers rechtstreeks vergelijken met de eisen van hun beoogde toepassing in plaats van alleen op marketingsamenvattingen te vertrouwen.