ഇലക്ട്രിക് കാറുകൾക്ക് ഗിയർ ഉണ്ടോ ?


അനൂപ് അരവിന്ദാക്ഷൻ

അതെന്തൊരു ചോദ്യമാ അല്ലേ? ഗിയർ ഇല്ലാതെ കാറുകൾ ഉണ്ടാവോ? ഗീയർ ഇല്ലാതെ കാറോടിക്കാൻ പറ്റില്ലല്ലോ. അപ്പൊ ഇലക്ട്രിക് കാറുകൾക്കും ഗിയർ  വേണ്ടേ? നമുക്ക് നോക്കാം.

ടോർക്കും ചലനവും

ഒരു കാറ് എങ്ങനെയാണ് മുന്നോട്ടുപോവുക കാറിന്റെ ചക്രം തിരിഞ്ഞു ചക്രത്തിലെ ബലം റോഡിൽ ശക്തി ചെലുത്തുമ്പോൾ ബലത്തിൻ്റെ എതിർദിശയിലേക്ക് കാർ നീങ്ങും. അല്ലേ? അതായത് ടയറിന്റെ കറക്കം റോഡിൽ ചെലുത്തുന്ന ബലമാണ് കാറിനെ മുന്നോട്ടുപോകാൻ സഹായിക്കുന്നത്. ടയറിലെ ഈ തിരിയൽ ശക്തിയെ, അല്ലെങ്കിൽ ഈ ചുഴറ്റൽ ശക്തിയെ ടോർക്ക് എന്നു പറയുന്നു.

കാറിന്റെ ചക്രം നല്ല ബലത്തിൽ തിരിഞ്ഞെങ്കിൽ മാത്രമേ കാർ മുന്നോട്ടു നീങ്ങുകയുള്ളൂ. ശ്രദ്ധിക്കണം കറക്കത്തിന്റെ വേഗതയിൽ അല്ല ബലത്തിലാണ് കാര്യം. കാറിന്റെ ചക്രത്തിന് ചെറിയ ഭാരത്തെ മുന്നോട്ടു നീക്കുന്നതിന് ചെറിയ ബലം/ടോർക്ക് മതി തിരിയാൻ. എന്നാൽ വലിയ ഭാരത്തെ മുന്നോട്ടു നീക്കണമെന്നുണ്ടെങ്കിൽ കാറിന്റെ ചക്രത്തിൽ പ്രയോഗിക്കുന്ന ബലം/ടോർക്ക് കൂടുതലായിരിക്കണം.

ടോർക്കും RPM ഉം

നമുക്കറിയാം ഇന്ധനം കത്തിച്ച് എൻജിനിലെ പിസ്റ്റൺ മേലേയ്ക്കും താഴേക്കും ചലിപ്പിക്കുമ്പോഴാണ് കാറിൽ ബലം ഉല്പാദിപ്പിക്കപ്പെടുന്നത് എന്ന്. അതായത് പിസ്റ്റൺൻ്റെ നേർരേഖയിൽ ഉള്ള ചലനമാണ് നമ്മൾ പിന്നീട് വൃത്താകൃതിയുള്ള ചലനം ആക്കി മാറ്റി ചക്രങ്ങളിലേക്ക് കൊടുക്കുന്നത്. ഇനി നമ്മുടെ പിസ്റ്റൺ ഏകദേശം 5 സെൻറീമീറ്റർ ചലിക്കുന്നുണ്ട് എന്ന് കരുതാം. പിസ്റ്റൺ 5 സെൻറീമീറ്റർ ചലിക്കുമ്പോൾ നമ്മുടെ ടയറും 5 സെൻറീമീറ്റർ ചലിക്കേണ്ടതല്ലേ? ചലിക്കണം എങ്കിൽ എന്തു വേണം, പിസ്റ്റണിൽ ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കപ്പെടുന്ന ബലം ടയറിനെ ചലിപ്പിക്കുവാൻ അത്രയും ശക്തമായിരിക്കണം.

ആ ബലം കുറവാണെങ്കിലൊ? ടയർ കറങ്ങുകയില്ലല്ലോ. ദൗർഭാഗ്യവശാൽ പിസ്റ്റണിൽ ഉത്പാദിപ്പിക്കപ്പെടുന്ന ബലത്തിന് അതേ തോതിൽ ടയറിനെ ചലിപ്പിക്കാനുള്ള അത്രയും ബലം ഇല്ല. അപ്പോൾ നമ്മൾ എന്ത് ചെയ്യും? പിസ്റ്റൺ പലപ്രാവശ്യം കറക്കി ആ കറക്കം ഗിയറുകൾ ഉപയോഗിച്ച് ചെറിയ കറക്കം ആക്കി മാറ്റി ടയറിലേക്ക് കൊടുക്കും. അതായത് ടയറിന് ഒരു പ്രാവശ്യം കറങ്ങുന്നതിനായി പിസ്റ്റൺ പല പല ആവർത്തികൾ കറങ്ങേണ്ടിവരും.

ഇങ്ങനെ പിസ്റ്റൺ ഒരു മിനിറ്റിൽ എത്ര ആവർത്തി കറങ്ങുന്നു എന്ന് കണക്കാക്കാനാവും. പിസ്റ്റൺ ഒരു മിനിറ്റിൽ എത്ര ആവർത്തി കറങ്ങുന്നു എന്നതിനെയാണ് ആർ.പി.എം അല്ലെങ്കിൽ റൊട്ടേഷൻസ് പെർമിനിറ്റ് എന്ന് പറയുന്നത്.

ഇങ്ങനെ പല ആവർത്തികളിലുള്ള എൻജിന്റെ ചലനങ്ങളെ ഗിയറുകൾ ഉപയോഗിച്ച് ചെറിയ ആവർത്തികൾ ആക്കി മാറ്റുമ്പോൾ വലിയ ബലം/ടോർക്ക് ടയറുകളിലേക്ക് കൊടുക്കുവാൻ സാധിക്കും. എൻജിന്റെ ചലന ആവൃത്തികൾ എത്രമാത്രം കൂടുന്നുവോ അത്രയും അധികം ബലം/ടോർക്ക് ടയറുകളിലേക്ക് കൊടുക്കുവാനാവും. അതായത് എൻജിൻ ആർപിഎം എത്രമാത്രം കൂടുന്നുവോ അത്രയും അധികം ബലം/ടോർക്ക് നമുക്ക് ടയറുകളിലേക്ക് കൊടുക്കാനാകും എന്ന് സാരം. എൻജിനുകൾക്ക് സാധാരണഗതിയിൽ ഏറ്റവും കൂടുതൽ ബലം അല്ലെങ്കിൽ ഏറ്റവും കൂടുതൽ ടോർക്ക് ലഭിക്കുന്നത് ഏകദേശം 4000 ആർ.പി.എമ്മിനും 6000 ആർ.പി.എമ്മിനും ഇടയ്ക്കാണ്. ഈ അധിക ബലം ഉപയോഗിച്ചാണ് കാറുകൾ ചലിക്കാൻ ആരംഭിക്കുന്നത് 1. ചലനം ആരംഭിക്കുന്ന ഈ അവസരത്തിൽ ടയറുകളിലെ ബലം കൂടുതലും ടയറുകൾക്ക് വേഗത കുറവും ആയിരിക്കും. ഇനി വേഗത കൂട്ടണം എന്നിരിക്കട്ടെ. അതിന് എൻജിൻ ആർ.പി.എം കൂട്ടിയാൽ മതിയല്ലോ. പക്ഷേ പെട്രോൾ, ഡീസൽ എഞ്ചിനുകൾക്ക് ഒരു കുഴപ്പമുണ്ട് അവയുടെ ആർപിഎം ഒരു പരിധിയിലധികം ഉയർത്താൻ ആവുകയില്ല.

ഒരേ ആർ.പി.എമ്മിൽ തന്നെ വേഗത കൂട്ടുന്നതിനു വേണ്ടി നമുക്ക് വീണ്ടും ഗിയറുകളെ ഉപയോഗപ്പെടുത്താം. ഈ സമയത്ത് ടയറുകളിലെ ബലം/ടോർക്ക് കുറവും ടയറുകളുടെ വേഗത കൂടുതലുമായിരിക്കും. എത്രമാത്രം വേഗത കൂടുന്നുവോ അതിനനുസൃതമായി ടയറുകളിലെ ബലം/ടോർക്ക് കുറഞ്ഞുവരും.

വേഗതയും ആർ.പിഎമ്മും ഗിയർ റേഷ്യോയും

എൻജിൻ കറങ്ങുന്ന വേഗതയിലല്ല ടയർ കറങ്ങുന്നത് എന്നത് നമുക്ക് മനസ്സിലായല്ലോ. എൻജിൻ കറങ്ങുന്ന വേഗതയും ടയർ കറങ്ങുന്ന വേഗതയും തമ്മിലുള്ള അനുപാതത്തെ തത്ക്കാലം ഗിയർ റേഷ്യോ എന്ന് പറയാം.2 കാറിന്റെ  വേഗതയും ആർ.പി.എമ്മും ഗിയർ റേഷ്യേയും ടയറിന്റെ ചുറ്റളവും തമ്മിലുള്ള ബന്ധത്തെ താഴെ കൊടുക്കുന്ന പോലെ സൂചിപ്പിക്കാം

Top speed = (RPM × ടയർ ചുറ്റളവ്) ÷ (Gear ratio )

ഇക്വേഷനിൽ നിന്നും നമുക്ക് മനസ്സിലാകും വേഗത കൂടണമെങ്കിൽ ആർപിഎം കൂടണം അല്ലെങ്കിൽ ഗിയർ റേഷ്യോ കുറയ്ക്കണം. രണ്ടാണെങ്കിലും വണ്ടിയുടെ വേഗത വർദ്ധിക്കും.

RPM കൂടുന്നു ⇒വേഗത കൂടുന്നു.

ഗിയർ റേഷ്യോ കുറയുന്നു ⇒ വേഗത കൂടുന്നു.

നേരത്തെ പറഞ്ഞുവല്ലോ പെട്രോൾ, ഡീസൽ എഞ്ചിനുകളുടെ ആർ.പി.എം ഒരു പരിധിക്കപ്പുറം കൂട്ടുവാൻ സാധിക്കുകയില്ല. അപ്പോൾ വേഗത കൂട്ടാൻ എന്താണ് വഴി? ഗിയർ റേഷ്യോ കുറയ്ക്കുക എന്നതുതന്നെ. ഈ സൗകര്യത്തിന് വേണ്ടിയാണ് പെട്രോൾ എൻജിൻ അല്ലെങ്കിൽ ഡീസൽ എൻജിൻ കാറുകളിൽ ഗിയർബോക്സ് അല്ലെങ്കിൽ ഗിയറുകൾ ഉപയോഗിക്കുന്നത്.

ഇലക്ട്രിക്ക് കാറുകൾ

ടോർക്ക്/ബലം

ഇനി നമുക്ക് ഇലക്ട്രിക് കാറുകളുടെ കാര്യത്തിലേക്ക് വരാം. ബാറ്ററിയിൽ നിന്ന് ഊർജ്ജം സ്വീകരിച്ച് മോട്ടോർ കറക്കി അല്ലെങ്കിൽ മോട്ടോർ ജനറേറ്റർ കറക്കി (മോട്ടോറും മോട്ടോർ ജനറേറ്ററും ഏകദേശം ഒന്നുതന്നെയാണ്. കാറുകളിൽ ഉപയോഗിക്കുന്ന മോട്ടോറുകൾ പൊതുവെ മോട്ടോർ ജനറേറ്ററുകൾ എന്നാണ് പറയുന്നത് തൽക്കാലം രണ്ടും ഏകദേശം ഒരു പോലെ തന്നെ നമുക്ക് കരുതാം) ആണല്ലോ ഇലക്ട്രിക് കാറുകളിൽ ഊർജം ഉൽപാദിപ്പിക്കുന്നത്. കാർ ചലിക്കാൻ ആരംഭിക്കുമ്പോൾ ആണല്ലോ ഏറ്റവും കൂടുതൽ ബലം അല്ലെങ്കിൽ ടോർക്ക് ആവശ്യമായി വരുന്നത്. മോട്ടോറുകൾക്ക് പരമാവധി ടോർക്ക് ഉൽപാദിപ്പിക്കുന്നതിന് ഉയർന്ന/കൂടിയ ആർ.പി.എം എത്തേണ്ട ആവശ്യമില്ല. നിശ്ചലാവസ്ഥയിൽ തന്നെ ഇലക്ട്രിക് മോട്ടോറുകൾക്ക്/മോട്ടോർ ജനറേറ്ററുകൾക്ക് പരമാവധി ടോർക്ക് ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കുന്നതിന് സാധിക്കും. അതായത് ആർ.പി.എം പൂജ്യം ആയിരിക്കുമ്പോൾ തന്നെ പരമാവധി ടോർക്ക് ഉല്പാദിപ്പിക്കുവാൻ കാറിൽ ഉപയോഗിക്കുന്ന മോട്ടോർ ജനറേറ്ററുകൾക്ക് സാധിക്കും. മറ്റൊരു വിധത്തിൽ പറഞ്ഞാൽ മോട്ടോർ അല്ലെങ്കിൽ മോട്ടോർ ജനറേറ്ററിൽ ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കപ്പെടുന്ന ബലം അല്ലെങ്കിൽ ടോർക്ക് കാറിനെ മുന്നോട്ടു നയിക്കാൻ പര്യാപ്തമാണ്. അതിനെ ഗിയർബോക്സ് പോലെയുള്ള മറ്റു സംവിധാനങ്ങളിലൂടെ കടത്തി വിടേണ്ട കാര്യമില്ല. അപ്പോൾ ഇലക്ട്രിക് കാറിന് ചലനം ആരംഭിക്കുന്നതിന് വേണ്ടി മോട്ടോർ ജനറേറ്റർ മാത്രം മതി എന്ന് മനസ്സിലായല്ലോ. ഇനി നമുക്ക് ഇലക്ട്രിക് കാറിന്റെ വേഗതയെ കുറിച്ച് നോക്കാം.

RPM

ഒരു സാധാരണ പെട്രോൾ എൻജിൻ അല്ലെങ്കിൽ ഡീസൽ എൻജിന് ലഭിക്കുന്ന പരമാവധി ആർപിഎം ഏതാണ്ട് 6000 വരെ ആണ് എന്ന് നേരത്തെ പറഞ്ഞുവല്ലോ. എന്നാൽ മോട്ടോർ ജനറേറ്ററുകൾക്ക് സാധാരണഗതിയിൽ 18,000 മുതൽ 20,000 വരെ പരമാവധി ആർപിഎം ആർജ്ജിക്കാൻ സാധിക്കും. അതായത് ഒരു മോട്ടോർ ജനറേറ്ററിന് ഒരു മിനിറ്റിൽ പരമാവധി 18,000 മുതൽ 20,000 വരെ ആവർത്തി കറങ്ങാൻ സാധിക്കും.

താരതമ്യം

ഇനി ഒരു കാറിന്റെ സ്പെസിഫിക്കേഷൻ നമുക്ക് നോക്കാം.

  • ടയറിൻ്റെ വ്യാസം അല്ലെങ്കിൽ ഡയമീറ്റർ 0.5 മീറ്റർ.
  • മോട്ടോർ ജനറേറ്ററിൻ്റെ പരമാവധി ആർപിഎം 18,000 r.p.m.
  • .ഈ കാറിൽ നമുക്ക് 200km/h വേഗത്തിൽ സഞ്ചരിക്കണം എന്ന് കരുതാം

നേരത്തെ സൂചിപ്പിച്ച ഇക്വേഷൻ പ്രകാരം ഗിയർ റേഷ്യോ എത്ര വേണം എന്ന് നമുക്ക് കണക്കാക്കാം

  • വേഗത = 200km/h
  • RPM = 18000rpm
  • ടയറിന്റെ വ്യാസം = o.5m

വേഗത = RMP × ടയറിൻ്റെ ചുറ്റളവ് ÷ Gear Ratio

200km/h = 18000rpm × (0.5m × π) ÷ Gear Ratio

Gear ratio = 18000rpm × (0.5 × π) ÷ 200km/h

= 8.5 എന്ന് ലഭിക്കും 3 – Unit ഓരോന്നിലും വ്യത്യസ്തമാണ്. ഏകീകരിക്കുന്നത് താഴെ സൂചിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നു

ഇനി ഇതേ ഗിയർ റേഷ്യോയിൽ ഒരു സാധാരണ പെട്രോൾ എൻജിൻ അല്ലെങ്കിൽ ഡീസൽ എഞ്ചിന് എത്രമാത്രം വേഗത ലഭിക്കും എന്ന് നമുക്ക് നോക്കാം. പെട്രോൾ എൻജിൻ അല്ലെങ്കിൽ ഡീസൽ എൻജിന് പരമാവധി ആർപിഎം 6000 ആണ് എന്ന് നേരത്തെ പറഞ്ഞിരുന്നത് ഒർക്കുമല്ലൊ.

  • RPM = 6000rpm
  • Sയറിൻ്റെ വ്യാസം = o.5m
  • Gear Ratio = 8.5

വേഗത = RMP × ടയറിൻ്റെ ചുറ്റളവ് ÷ Gear Ratio

വേഗത = 6000rpm ×(0.5 × π) ÷ 8.5

= 66.5 km/h

ഇവിടെ നിന്നും നമുക്ക് മനസ്സിലാകുന്നത് ഉയർന്ന ഗിയർ റേഷ്യോയിൽ തന്നെ ഇലക്ട്രിക് കാറുകൾക്ക് ആവശ്യത്തിനുള്ള വേഗതയും നേടാൻ ആവുന്നുണ്ട് എന്നതാണ്. അതായത് ചലനത്തിന് ആവശ്യമായ ടോർക്കും സഞ്ചാരത്തിന് ആവശ്യമായ വേഗതയും ഒരേ ഗിയറിൽ നിന്ന് തന്നെ ലഭിക്കുമെങ്കിൽ നമ്മൾ അധികം ഗിയറുകൾ ഉപയോഗിക്കേണ്ട ആവശ്യം ഇല്ലല്ലോ

റിവേഴ്സ് ഗിയർ

ഇലക്ട്രിക് കാറിന്റെ മുന്നോട്ടു പോകുന്നതിനുള്ള പ്രശ്നങ്ങൾ എല്ലാം ഏകദേശം നമ്മൾ പരിഹരിച്ചു. ആവശ്യത്തിനുള്ള ബലവും ആവശ്യത്തിനുള്ള വേഗതയും നമുക്ക് ലഭിച്ചു. എന്നാൽ കാറിന് മുന്നോട്ടു മാത്രം പോയാൽ പോരല്ലോ പിന്നോട്ടും പോകണമല്ലോ. അപ്പോൾ റിവേഴ്സ് പോകുന്നതിനു വേണ്ടി എന്താണ് ചെയ്യുക? പെട്രോൾ/ഡീസൽ എഞ്ചിനുകളിൽ റിവേഴ്സ് പോകാൻ അല്ലെങ്കിൽ പിന്നോട്ടു പോകാൻ ഉള്ള ഗിയർ സംവിധാനം അല്പം സങ്കീർണമാണ്. എന്നാൽ ഇലക്ട്രിക് കാറുകളിൽ അത് വളരെ എളുപ്പമാണ്. നമ്മുടെ മോട്ടോർ ജനറേറ്റർ പിന്നോട്ട് കറക്കിയാൽ മതിയല്ലോ. അതിനുവേണ്ടി മോട്ടോറിലേക്ക് കൊടുക്കുന്ന കരണ്ടിൻ്റെ ഫെയ്സ് തിരിച്ചു കൊടുത്താൽ മതി. വീട്ടിലെ ഫാനിൻറെ ഫെയ്സ് തിരിച്ചുകൊടുത്തു നോക്കുക. അപ്പോൾ കാറ്റ് താഴേക്ക് വരുന്നതിനു പകരം മേലേക്ക് പോകും. ഇങ്ങനെ ഫെയ്സ് മാറ്റുന്നതിനുള്ള ഒരു ഘടകമാണ് ഇൻവർട്ടർ എന്നുള്ളത് 4. ഇലക്ട്രിക് കാറുകൾ നമ്മൾ ഇൻവെർട്ടർ ഉപയോഗിച്ച് റിവേഴ്സ് പോകേണ്ട ഘട്ടങ്ങളിൽ ഇങ്ങനെ ഫെയ്സ് മാറ്റി മോട്ടോറിൻ്റെ കറക്കം പിന്നോട്ട് ആക്കുന്നു.

നമ്മുടെ ചോദ്യം

ഇനി നമ്മുടെ പ്രധാനചോദ്യം. ഇലക്ട്രിക് കാറുകൾക്ക് ഗിയർ ഉണ്ടോ? മോട്ടോറിൽ നിന്നും വരുന്ന ബലം ചക്രങ്ങളിലേക്ക് നൽകണമല്ലോ. അതിനുവേണ്ടി ഒരു ഗിയർ ഇലക്ട്രിക് കാറുകളിൽ ഉപയോഗിക്കുന്നുണ്ട്. കൂടുതൽ ബലത്തിനും വേഗതയ്ക്കും ആ ഒരു ഗിയർ മതി എന്നുള്ളതുകൊണ്ട് കൂടുതൽ ഗിയർ സംവിധാനങ്ങൾ സാധാരണ ഇലക്ട്രിക് കാറുകളിൽ ഉപയോഗിക്കാറില്ല. ഒരു ഗിയർ മാത്രം ഉള്ളതുകൊണ്ട് റിവേഴ്സ് പോകേണ്ട സാഹചര്യങ്ങളിൽ അല്ലാതെ ഇടയ്ക്കിടയ്ക്ക് “ഗിയർ” മാറ്റേണ്ട ആവശ്യം ഇലക്ട്രിക് കാറുകളിൽ വരുന്നില്ല.


സൂചനകൾ

  1. ചലനം തുടങ്ങുന്നതിന് 6000rpm വേണ്ടിവരില്ല. low-end-torque ആണ് അതിൽ പ്രധാന ഘടകം
  2. Gear Ratio is the ratio of number if turns the output shaft makes when input shaft makes one. ലേഖനത്തിൽ പറഞ്ഞിരിക്കുന്നത് അതേ രീതിയിൽ എല്ലായിടത്തും പ്രയോഗിക്കാനായേക്കില്ല.
  3. Unit ഓരോന്നിലും വ്യത്യസ്തമാണ്. ഏകീകരിക്കാതെ ക്രിയ ചെയ്താൽ ഉത്തരം ലഭിക്കില്ല.

8000 RPM (Rotations per minute) = rpm ÷ 60 = 18000 ÷60= 300 rotations per second

200 km/h = 200 × 1000 ÷ 60 ÷60 = 55.5 meters per second

Circumference = diameter × π = 0.5 × 3.14 = 1.57 meter

4. ഇൻവെർട്ടർ ഫേസ് തിരിച്ച് നൽകുന്നതിന് മാത്രമല്ല ഉപയോഗിക്കുന്നത്. ബാറ്ററി റീചാർജ് ചെയ്യുമ്പോഴും ബ്രേക്കിംഗിലും വളവുകൾ തിരിയുമ്പോഴുമെല്ലാം ഇൻവെർട്ടർ ഇടപെടും.


എന്തുകൊണ്ട് വൈദ്യുത വാഹനങ്ങൾ ? ലേഖനം വായിക്കാം

എന്തുകൊണ്ട് വൈദ്യുത വാഹനങ്ങൾ ?

 

Leave a Reply