ग्रहीय गियरबॉक्स का टोर्क घनत्व समानांतर-अक्ष डिज़ाइन की तुलना में लगभग 46% अधिक हो सकता है, मुख्य रूप से इसलिए क्योंकि यह भार को कई ग्रह गियर्स में वितरित करता है। इससे विद्युत वाहनों के लिए बहुत कुशल बनाता है, जिससे कारों को बेहतर त्वरण प्राप्त होता है और ड्राइवट्रेन का वजन लगभग 14% से 22% तक कम हो जाता है। 2023 के शोध में जो शक्ति घनत्व को अधिकतम करने के तरीके को दर्शाता है, एक दिलचस्प बात भी सामने आई। संकुचित ग्रहीय व्यवस्था प्रति मोटर द्वारा उत्पादित प्रति किलोवाट लगभग 8 से 12 घन सेंटीमीटर स्थान बचाती है। यह ज्यादा नहीं लग सकता, लेकिन बैटरियों से भरे विद्युत वाहनों के डिज़ाइन में यह वास्तव में काफी महत्वपूर्ण है।
अपने लोड साझाकरण डिज़ाइन के साथ ग्रहीय गियर 33% अधिक टोक़ को संभाल सकते हैं, जबकि सामान्य हेलिकल गियर व्यवस्था की तुलना में बिल्कुल समान स्थान लेते हैं। जब निर्माता गियर दांत के आकार और बेयरिंग्स की स्थिति में रचनात्मकता दिखाते हैं, तो वे उन संकुचित 9.5 लीटर आवासों के भीतर लगभग 1,650 से 2,200 न्यूटन मीटर के बीच टोक़ के आंकड़े प्राप्त कर रहे हैं। गणना करने पर यह लगभग 21.3 Nm प्रति घन सेंटीमीटर के बराबर होता है। उदाहरण के लिए बॉर्गवार्नर लीजिए, जो इस उद्योग के प्रमुख नामों में से एक है। उन्होंने वास्तविक परीक्षणों के माध्यम से दिखाया है कि उनके स्मार्ट कूलिंग सिस्टम शक्ति आउटपुट को स्थिर रखते हैं, भले ही इंजन कठिन परिस्थितियों में ऊंची चढ़ाइयों पर चढ़ते समय या लंबी दूरी तक भारी लोड ढोते समय कठिन परिश्रम कर रहे हों। कठिन संचालन स्थितियों के तहत प्रदर्शन बनाए रखने में इस तरह के तापीय प्रबंधन का सबसे बड़ा अंतर होता है।
डीसी ग्रहीय गियर मोटर तेज घूमने वाली ब्रशलेस मोटर्स को कई स्तरों वाले रिड्यूसर्स के साथ जोड़ता है, जो सिर्फ 120x180 मिलीमीटर जितनी छोटी जगह में पैक किए जाते हैं। इस तरह के कॉम्पैक्ट डिज़ाइन के कारण इन्हें मॉड्यूलर स्केटबोर्ड सेटअप पर लगाना बहुत आसान हो जाता है। पिछले साल के अंत तक, लगभग पांच में से चार नए इलेक्ट्रिक वाहनों ने अपने पिछले पहियों के लिए इन सीधे युग्मित ग्रहीय मोटर्स का उपयोग शुरू कर दिया था। तीन-स्तरीय मॉडल्स के मामले में, ये लगभग 18:1 से लेकर 34:1 तक गियर रिडक्शन को संभाल सकते हैं। जो बात प्रभावित करती है, वह यह है कि विभिन्न तापमान स्थितियों के तहत भी ये कितनी अच्छी प्रदर्शन करते हैं, जिसमें यांत्रिक दक्षता दर 92% से लेकर लगभग 94% से अधिक तक बनी रहती है। ऐसे प्रदर्शन का दक्ष परिवहन प्रणालियों के डिज़ाइन में बहुत महत्व होता है।
ग्रहीय गियर प्रणालियों की यांत्रिक दक्षता आमतौर पर प्रति चरण लगभग 95 से 98 प्रतिशत तक पहुँच जाती है क्योंकि भार एक साथ कई गियर मेश पर वितरित हो जाता है। जब निर्माता दांतों के आकार को अनुकूलित करते हैं और बेहतर सामग्री का उपयोग करते हैं, तो शोध ने पिछले वर्ष नेचर में प्रकाशित शोध के अनुसार सामान्य समानांतर अक्ष गियर की तुलना में फिसलने के कारण होने वाली घर्षण हानि लगभग 21% तक कम हो जाती है। इलेक्ट्रिक वाहनों के लिए यह इतना महत्वपूर्ण क्यों है? खैर, ये डीसी ग्रहीय गियर मोटर्स अपनी शीर्ष दक्षता को गति की विस्तृत सीमा में बनाए रख सकती हैं। यह उन वाहनों के लिए बहुत महत्वपूर्ण है जो शहरी यातायात में लगातार रुकते और चलते रहते हैं, जहाँ दिन भर में बार-बार त्वरण होता रहता है।
वास्तविक परिस्थितियों में स्थायी चुंबक मोटर्स के साथ ग्रहीय रिड्यूसर्स को जोड़ने से समग्र पावरट्रेन दक्षता में 9.34% की वृद्धि होती है। संकेंद्रित लेआउट शक्ति संचरण पथ की लंबाई को कम करता है, जिससे त्वरण के दौरान जड़त्व हानि में 18% की कमी आती है। रणनीतिक रूप से स्थापित टेपर्ड रोलर बेयरिंग्स घूर्णन घर्षण को और कम करते हैं, जिससे पुनर्योजी ब्रेकिंग के दौरान ऊर्जा अपव्यय में 6.7% की कमी में योगदान देते हैं।
थर्मली स्थिर सिंथेटिक तेलों पर आधारित उन्नत स्नेहकों का उपयोग करने से कठोर निरंतर उच्च टॉर्क की स्थिति में चलने पर ऑपरेटिंग तापमान लगभग 23 डिग्री सेल्सियस तक कम हो जाता है। जब निर्माता अपने डिज़ाइन में शीतलन चैनलों के साथ-साथ फ़ेज़ परिवर्तन सामग्री को एकीकृत करते हैं, तो वे मानक निष्क्रिय शीतलन विधियों की तुलना में लगभग 41 प्रतिशत अधिक ऊष्मा को दूर करने में सफल होते हैं। यह एक बड़ा अंतर बनाता है क्योंकि यह उन महत्वपूर्ण क्षेत्रों में तेल के विघटन को रोकता है जहाँ चीजें बहुत गर्म हो जाती हैं। परिणामस्वरूप, आधुनिक ग्रहीय गियरबॉक्स लगातार 250 न्यूटन मीटर के भार को संभालते हुए भी लगभग 89 प्रतिशत दक्षता बनाए रखते हैं। इसके अलावा एक और लाभ है जिसके बारे में आजकल बहुत कम चर्चा होती है लेकिन इसका उतना ही महत्व है—वे पारंपरिक हेलिकल गियर की तुलना में लगभग 19 प्रतिशत अधिक शांत रूप से चलते हैं, जिसका अर्थ है कारखाने के श्रमिकों और आसपास के समुदायों के लिए कम ध्वनि प्रदूषण।
ग्रहीय गियरबॉक्स काम करते हैं कई ग्रह गियर्स पर टोक़ भार को फैलाकर, बजाय एक समय में एक हिस्से पर सभी दबाव डालने के। यह डिज़ाइन चाल घिसावट को रोकने में मदद करती है, इसलिए वे 250 न्यूटन मीटर से अधिक के संचालन को विश्वसनीय तरीके से संभाल सकते हैं। अधिकांश गुणवत्तापूर्ण मॉडल मजबूत इस्पात या विशेष मिश्र धातुओं से बने होते हैं जो उन तीव्र टोक़ उछालों का सामना कर सकते हैं जो हम बिजली वाहनों को तेजी से त्वरित होते देखते हैं। इन इस्पात भागों में उच्च कार्बन सामग्री होती है जो उन्हें 1,200 मेगापास्कल या उससे अधिक की अविश्वसनीय ताकत प्रदान करती है, जिसका अर्थ है कि सामान्य कार्य स्थितियों के तहत वे मुड़ेंगे या टूटेंगे नहीं। वास्तविक दुनिया के परीक्षणों ने कुछ काफी प्रभावशाली भी दिखाया है: दस हजार से अधिक ड्यूटी चक्रों से गुजरने के बाद, इन गियरबॉक्स प्रणालियों ने अपने प्रदर्शन स्तर को बनाए रखा है, बस दक्षता में 0.8% की छोटी गिरावट के साथ। इस तरह की स्थायित्व उन्हें पारंपरिक समानांतर शाफ्ट डिज़ाइन से काफी आगे रखता है, जो निर्माताओं द्वारा आयु परीक्षण में उन्हें लगभग दो तिहाई से आगे बढ़ाता है।
डीसी सिस्टम के लिए ग्रहीय गियर मोटर्स सही गियर अनुपात के कारण तभी जड़त्व का उचित मिलान करना संभव बनाती हैं जब रोटर गतिकी पहियों और धुरी पर हो रही चीजों के साथ संरेखित होती है। जब यह संरेखण होता है, तो नियमित डायरेक्ट ड्राइव सिस्टम की तुलना में वास्तव में लगभग 39 प्रतिशत कम ऐंठन कंपन होता है, इसलिए कारें 0 से 60 मील प्रति घंटे तक उन तिरछी हरकतों के बिना बहुत अधिक सुचारू रूप से त्वरित होती हैं। फील्ड परीक्षणों से पता चलता है कि जब सब कुछ सही ढंग से मिलान किया जाता है, तो इंजीनियरों को करंट लूप से लगभग 22% त्वरित प्रतिक्रिया मिलती है। यह इसलिए महत्वपूर्ण है क्योंकि इससे उस परेशान करने वाली कॉगिंग प्रभाव कम हो जाता है और साथ ही बेयरिंग का जीवन भी बढ़ जाता है - फील्ड डेटा से संकेत मिलता है कि आम शहरी ड्राइविंग परिदृश्यों में, जहां रुक-थाम यातायात आम है, बेयरिंग जीवन में लगभग 17% सुधार होता है।
डीसी ग्रहीय गियर मोटर्स में ग्रहीय प्रणाली के कारण 3:1 से लेकर 100:1 से अधिक तक गियर अनुपात प्राप्त करना संभव होता है, जब कई स्टेज को एक साथ उपयोग में लाया जाता है। इस प्रकार की सीमा इंजीनियरों को इन मोटर्स के प्रदर्शन को उनकी आवश्यकताओं के आधार पर सटीक ढंग से समायोजित करने की अनुमति देती है। कुछ अनुप्रयोगों को टेढ़ी सड़कों पर चढ़ने जैसी स्थितियों में कम गति पर अधिकतम शक्ति की आवश्यकता होती है, जबकि अन्य को राजमार्गों पर बेहतर दक्षता की आवश्यकता होती है। पिछले वर्ष प्रकाशित शोध के अनुसार, दो-स्टेज ग्रहीय व्यवस्था का उपयोग करने से मोटर की अधिकतम गति में लगभग 38 प्रतिशत की कमी आती है, लेकिन टोक़ आउटपुट की मात्रा वही रहती है। इसका अर्थ है कि निर्माता प्रदर्शन में कमी के बिना छोटी और हल्की मोटर्स का निर्माण कर सकते हैं।
अधिकांश इलेक्ट्रिक वाहन (EV) 92–95% दक्षता और संकुचित पैकेजिंग के कारण एकल-गति ग्रहीय रिड्यूसर का उपयोग करते हैं। हालाँकि, इलेक्ट्रिक वाणिज्यिक वाहनों पर अनुसंधान से पता चलता है कि भारी भार के तहत बहु-गति प्रणाली रेंज में 12–18% का सुधार कर सकती है। इसका समझौता जटिलता है: बहु-गति ट्रांसमिशन को अनुकूलित गियर शिफ्टिंग के माध्यम से छोटे मोटर्स की अनुमति देने के लिए 23% अधिक घटकों की आवश्यकता होती है।
ग्रहीय गियरबॉक्स हाइब्रिड वाहनों में बहुत अच्छा काम करते हैं क्योंकि वे कई घटकों में भार को साझा कर सकते हैं और पारंपरिक इंजनों तथा विद्युत मोटर्स दोनों से आगत को संभाल सकते हैं। ये गियर प्रणाली गैस से चलने वाले और विद्युत संचालन के बीच स्विच करने को अन्य विकल्पों की तुलना में बहुत अधिक सुचारु बना देती हैं। पुनःप्राप्ति ब्रेकिंग (regenerative braking) के मामले में, इन बॉक्सों को रुकते समय सामान्यतः ऊर्जा का लगभग 15 से 22 प्रतिशत वापस प्राप्त करने में सफलता मिलती है। ऊर्जा के प्रबंधन के लिए अनुसंधान में एक दिलचस्प बात भी सामने आई है। जब इंजीनियर गियर अनुपात को ठीक से समायोजित करते हैं, तो ग्रहीय गियरबॉक्स से लैस कारें निरंतर गति रुक-रुक कर वाले शहरी ट्रैफ़िक में चलते समय निश्चित गियर अनुपात वाली प्रणालियों की तुलना में लगभग 9.3% अधिक ऊर्जा वापस प्राप्त कर पाती हैं। इससे ईंधन अर्थव्यवस्था में सुधार करने के इच्छुक निर्माताओं के लिए बिना प्रदर्शन के त्याग के ये काफी आकर्षक बन जाते हैं।
ग्रहीय गियर प्रणाली अपने उल्लेखनीय प्रदर्शन को तीन मुख्य भागों के सहयोग के लिए धन्यवाद प्राप्त करती है: इसके केंद्र में केंद्रीय सन गियर होता है, फिर एक कैरियर नामक ढांचे से जुड़े कई छोटे ग्रह गियर होते हैं, और अंत में सबके चारों ओर घेरे हुए बड़ा रिंग गियर होता है। अधिकांशतः, सन गियर शक्ति स्थानांतरण के लिए प्रारंभिक बिंदु के रूप में कार्य करता है, जो उन ग्रह गियरों को गति में लाता है। ये छोटे गियर वास्तव में एक साथ सन गियर और रिंग गियर दोनों को छूते हैं, जिससे बल को कई बिंदुओं पर वितरित करने वाली एक आश्चर्यजनक प्रणाली बनती है। इस व्यवस्था के बारे में जो बात बहुत अच्छी है वह यह है कि यह अत्यधिक स्थान-कुशल होते हुए भी शक्ति का संचरण बहुत अच्छी तरह से करती है। इसीलिए हम आधुनिक इलेक्ट्रिक वाहनों में इन ग्रहीय व्यवस्थाओं को हर जगह देखते हैं, विशेष रूप से डीसी मोटर्स के साथ जुड़े होने पर, जहाँ हर इंच का स्थान महत्वपूर्ण होता है लेकिन अधिकतम दक्षता की कोई कमी नहीं हो सकती।
अधिकांश विद्युत वाहन ड्राइवट्रेन में सूर्य गियर मुख्य इनपुट शाफ्ट के रूप में कार्य करता है, जो टॉर्क को उन ग्रह गियर्स पर स्थानांतरित करता है। जब ये छोटे गियर सूर्य गियर के चारों ओर घूमते हैं और एक ही समय में स्थिर रिंग गियर से जुड़ते हैं, तो यह एक अच्छा स्पीड रिडक्शन प्रभाव उत्पन्न करता है। इस व्यवस्था को इतना अच्छा बनाने वाली बात यह है कि कई दांत एक साथ संपर्क में आते हैं। इससे पूरे सिस्टम में शक्ति वितरण काफी समान रूप से फैल जाता है, जिसका अर्थ है बेहतर भार सहने की क्षमता और समय के साथ घटकों पर कम क्षय। ऐसे वाहनों के लिए जो टैक्सी या डिलीवरी वैन की तरह बहुत सारे चक्रों से गुजरते हैं, लंबे समय में इस तरह का क्षय प्रतिरोधकता वास्तव में महत्वपूर्ण होता है।
एकाधिक ग्रह गियर स्वयं तंत्र में टोक़ को संतुलित करते हैं, जिससे ग्रहीय गियरबॉक्स पारंपरिक स्पर गियर प्रणालियों की तुलना में 33% अधिक निरंतर भार सहन कर सकते हैं। इस स्वचालित भार समानता से त्वरित त्वरण और पुनर्जनित ब्रेकिंग के कारण होने वाले असममित तनाव के तहत भी टिकाऊपन सुनिश्चित होता है, जिससे ग्रहीय डिज़ाइन मांग वाले इलेक्ट्रिक वाहन (EV) के वातावरण में विशेष रूप से मजबूत बन जाते हैं।
टोक़ घनत्व से तात्पर्य गियरबॉक्स द्वारा आकार के संबंध में संभाले जा सकने वाले टोक़ की मात्रा से है। ग्रहीय गियरबॉक्स उच्च टोक़ घनत्व प्रदान करते हैं क्योंकि वे भार को कई गियर में वितरित करते हैं, जिससे दक्षता में सुधार होता है और घिसावट कम होती है।
ग्रहीय गियर इलेक्ट्रिक वाहन पावरट्रेन में कॉम्पैक्ट डिज़ाइन और उच्च टोक़ घनत्व प्रदान करके सुधार करते हैं, जिससे हल्के ड्राइवट्रेन और कुशल शक्ति प्रबंधन की अनुमति मिलती है। वे विभिन्न गति के दौरान उच्च दक्षता बनाए रखने में भी मदद करते हैं, जो शहरी यातायात में रुक-थाम की ड्राइविंग के लिए महत्वपूर्ण है।
हां, ग्रहीय गियरबॉक्स संकर वाहनों के लिए बहुत उपयुक्त हैं क्योंकि वे भार वितरण का प्रबंधन कर सकते हैं और पारंपरिक तथा विद्युत ऊर्जा स्रोतों के बीच सुचारु संक्रमण प्रदान कर सकते हैं, जिससे वे पुनःप्राप्ति ब्रेकिंग प्रणालियों के लिए भी आदर्श बनाते हैं।
ग्रहीय गियरबॉक्स पारंपरिक हेलिकल गियर की तुलना में लगभग 19% कम शोर करते हैं, जिससे औद्योगिक श्रमिकों और आसपास के समुदायों दोनों के लिए ध्वनि प्रदूषण कम होता है।
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