HUB motorların avantajları ve elektrikli araçlar

Merhaba, uzun bir aradan sonra muhendisk için ilk yazıma HUB motorlar hakkında konuşarak başlamak isterim; yaptığım araştırmalar sonucunda Türkiye’de yine her teknolojide olduğu gibi bu teknoloji üzerinde de ilginin az olduğunu görüyorum, en azından ben öyle düşünüyor olabilirim. Çünkü yaptığım araştırmalara göre internette Pars Makina ve tez.yok adresinde rastladığım toplamda 4 projeden başka bu geleceğin teknolojisi olarak düşünülebilecek merkez motorlarına ilgi oldukça az. Durum o ki her teknolojide olduğu gibi bu teknolojide gündemi yakalamada biraz geç kalacağız ve üretmekten çok tüketmeye alışacağız.

Diğer isimleri: in-wheel motor, wheel motor, wheel hub motor.

HUB motorlar, HUB kavramından da – Hub, merkez demektir – çıkarılabileceği gibi merkeze bağlı motorlardır yani bu tip motorlarda sıradan motorların aksine rotor bölümümüz sabit ve stator bölümümüz rotor etrafında hareket yapmaktadır. Bu da bize bu tip bir teknolojinin günümüz elektrikli araçlarının tekerleklerinin ivmelendirilmesinde kullanılabileceği düşüncesini aşılamaktadır hatta bu konuda ilk somut örnek Çek Cumhuriyeti‘nden MW Motors şirketinden çıkmıştır; tamamen merkez motorları ile ivmelendirilen Luka EV etiketine sahip araç 300 km menzile kadar şarj tutabiliyor ve her tekerlek 17 beygir gücünde bu da 17*4 = 78 beygir total güç demektir. Evet! bu günümüz benzinli, motorinli araçlarına göre ve diğer elektrikli araçlara göre düşük bir kapasite fakat bu teknolojinin yeni olduğunu halen daha geliştiricilerin motorları tekerleklerin içine çekemediğini de göz önünde bulundurabiliriz.

Hatırlatmak isterim ki ilk benzinli araçlar bugün ki 1000-2000 beygirli süper araçların yanında bir at kadar yavaş ve 1.5 kW yani yaklaşık 2 beygir gücündeydi.

Tarihteki ilk hub motor

Wellington Adams’ın 1884 yılında aldığı patent.

Hub motor teknolojisinin temelleri 24 Haziran 1884 yılında Wellington Adams adlı bir Amerikan mucit tarafından hazırlanmıştır ve 300,827 numaralı patent ile belgelendirilmiştir. Fakat birçok patentin kaderinde olduğu gibi 1884 – 1897 yıllarında birçok çalışmada kullanılan patent, bir başkası tarafından değerlenmiştir: Bazen adı Löhren Porsche olarak da telaffuz edilen Lohren Porsche.

24 Haziran 1884, 300,827 numaralı patent: buradan görebilirsiniz.

Günümüz hibrit motorlarının temelini atan Lohner Porsche’nin 1897-98 yıllarında geliştirdiği otomobil

Günümüz hibrit motorlarının da mucidi olarak bilinen bu tarihi şahsiyet, tarihte ilk kez 1889 yılında sahneye çıkmıştır. Wellington Adams’ın hub, yani merkez motoru fikrini ortaya atmasından 15 sene sonra ilk kez Lohren Porsche benzin ile elektriği buluşturarak ticari amaçlı kullanmıştır. Ürettiği bu 1.500 kg ağırlığındaki otomobil 1900-1905 arasında satışa sunulmuştur.

– 1884 yılında HUB motorlar hakkında ilk tohumları atan Wellington Adams 1898 yılında ölmüştür. –

Hub – Merkez motorlarının yapısı ve avantajları

Her şeyden önce HUB motorlar bir elektrik motorudur ( Doğru akım moturu ) ve dolayısı ile elektrik motorlarından bulunan birçok bileşeni bu motorlarda da görmek pek alışıla gelmedik bir şey olmayacaktır. Fırçasız DC motor yapısında olan  HUB motorlarda yine diğer tüm DC motorlar gibi bir adet Rotor bir adet de Stator elemanı bulunmaktadır. Rotor kelimesi Rotasyon kelimesi ile aynı kökenlidir bu yüzden dönmek anlamına da gelmektedir, bu neticede de Rotor elemanının standart DC motorlarda dönen kısım olduğunu çıkarabiliriz fakat günümüzde evimizdeki bilgisayarlarda bile rastlayabileceğimiz Fan vb. teknolojik ürünlerde de gördüğümüz yapı aslında HUB motorlar ile neredeyse bire bir aynıdır.

Bir hub – merkez moturunun örneği

Bu tip motorlarda rastladığımız bir diğer mekanizma ise planet dişli mekanizmasıdır. Bu dişli mekanizması ile standart manuel ve benzinli araçlarda kullanılan diferansiyel sistemini bu tip motorlarda da tümleşik olarak görmek mümkün fakat bu “otomatik” diye tabir ettiğimiz sistem olmaktadır. Bu planet dişli mekanizmasının bazı HUB motorlarda motorun içine tümleşik bir şekilde görebilirsiniz.

Gelelim şimdi bu tip DC motorların çalışma prensibine; HUB motorlar aynı evimizdeki Fanlarda olduğu gibi rotora satılan sargıların, statorun içinde bulunan doğal mıknatıslar ile N ve S kutuplarının birbirini çekmesi, aynı kutupların ise itmesi prensibine dayanılarak geliştirilmiştir.

Rotor üzerindeki sargılara elektrik verdiğimizde, oluşan manyetik alan bir kutup etkisi yaratacaktır, bu durumda daha önceden bu sargıların etrafına dizilen doğal ve güçlü mıknatıslar bu yapay elektromanyetik alan ile etkileşime girecek, sonuçta da bir itme veya çekme kuvveti olacaktır. İşte DC motorların içindeki sargıları düzenli ve sıralı bir şekilde elektrik akımına uğratır isek oluşan bu itme kuvvetleri ile motorun rotorunun dönmesini sağlayabiliriz. Biliyorum, bu konu yazılarak anlatılması zor olan konulardan, işte bunu düşünerek aşağıya bu tip motorların çalışma prensibini anlatan, yaralanabileceğiniz bir görsel içerik koymayı da unutmadım;

Yukarıdaki video içerikte de gördüğünüz gibi learnengineering.com’un hazırladığı bu eğitimde, fırçasız yani brushless DC motorların çalışma prensibinin tamamen N – S kutuplarının birbirini çekmesi N – N ve S – S yani aynı kutuların birbirlerini itmesi prensibi ile ortaya çıkarılmıştır. Bu aşamada elektrik enerjisinden en iyi şekilde yaralanmak için videonun sonunda da belirttiği gibi bir bobin değil birden fazla bobin elektriklendirilir, bu yapılırken aynı kutuplar birbirini çekerken arkadan zıt kutubun ise iterek bu tepkiye destek olması sağlanır.

HUB motorların arabalarda kullanılmasının avantajları nelerdir ?

Hibrit çalışan araçlar haricinde günümüzde tamamen HUB motorlar ile tahrik edilen ticari bir araç mevcut değil fakat bir ön görüde bulunursak ve üretilmiş onlarca konsept arabadan bahsedecek olursak hub – fırçasız DC motorların arabalarda ve diğer binek araçlarda kullanılmasının avantajlarını şöyle sıralayabiliriz;

• Kolay dizayn edilebilir yapı: Genelde, araçlarını günün isteklerine ve kullanıcıların estetiğine sunmaya hazırlanan her firma en özel tasarımı yapmaya çalışıyor fakat motorun kapladığı hacim ve motordan gelen gücü tekerleklere aktarmak üzere dizayn edilen diferansiyel – şaft ikilisi gibi elemanlar bu tasarıma bazı kurallar koymalarına sebep oluyor, fakat HUB motorların Elektrikli araçlar için sağlayacağı en büyük estetik avantaj : az alan kaplamaları ve zaten standartta mevcut olan bir öğeye yani tekerleğin içerisine montaj edilmeleridir.
• Daha verimli sistem: HUB motorlarda standart benzinli motorların aksine, kullanılması planlanabilecek planet dişli – redüktör sisteminden başka güç aktarım organı bulunamaktadır, bu da elektrik enerjisini, mekanik enerjiye dönüştürürken bize en az verim kaybını sağlayacaktır.
• Daha fazla kontrol edilebilirlik: Benzinli araçları çalışma esnasında izlemek ve kontrol etmek oldukça zor, bu yüzden sadece HUB motorların kullanıldığı sistemler değil tüm Elektrik motorların kullanıldığı araçlar benzinli ve motorinle çalışan araçlara nazaran daha çok kontrol edilebilirlik ve izlenilebilirlik sağlıyor. Bu durum da günümüz akıllı teknoloji sistemine entegre edilebilecek bir araç sistemi ortaya çıkarıyor.