لماذا لم تنتشر المحركات داخل العجلات حتى الآن؟

المحرك داخل العجلة هو بنية دفع توضع فيها المحرك الكهربائي مباشرة في صرة الجنط، وتلغي جميع مكونات نقل الحركة مثل علبة التروس والديفيrencial وعمود النقل. ورغم أن مزاياه قوية جدا على الورق، إلا أنه لم ينتشر حتى اليوم في السيارات الكهربائية ذات الإنتاج التسلسلي بسبب زيادة الكتلة غير المعلقة، وصعوبة إدارة الحرارة، ومشاكل الإحكام، والتكلفة العالية.

كيف يعمل المحرك داخل العجلة؟

يقوم المبدأ على الحث الكهرومغناطيسي كما في أي محرك كهربائي. ينظّم متحكم الطور توقيت التيار في ملفات الجزء الثابت؛ ويشكل المجال المغناطيسي الدوار الناتج وفقا للإشارات الواردة من حساسات الموضع تفاعلا مع المغناطيسات الدائمة في الدوار، فيدير الدوار - أي العجلة. لا توجد سلسلة مكوّنة من القابض وعلبة التروس والديفيrencial وعمود النقل؛ بل تُنقل القدرة إلى العجلة في المكان الذي تتولد فيه.

محرك العجلة الحديث هو أكثر بكثير من وحدة دفع بحد ذاته. يتحد داخل نفس الهيكل المدمج الدفع المباشر، واستعادة الطاقة عبر الكبح التجديدي والكبح الاحتكاكي، والتحكم الإلكتروني في سرعة الفرق، والتبريد بالهواء أو الماء. من جهة التحكم، يبرز نهجان: فمحركات بحساسات Hall توفر تحكما دقيقا جدا عند السرعات المنخفضة، بينما تقدّر المحركات بدون حساسات موقع الدوار بقياس القوة الدافعة الكهربائية العكسية (BEMF)، وتواجه صعوبة في توليد العزم عند السرعات المنخفضة جدا.

الهياكل ذات الدوار الخارجي والدوار الداخلي

توجد بنيتان أساسيتان لمحركات داخل العجلة. في الهيكل ذي الدوار الخارجي، يدور الدوار المحيط بالعجلة بسرعة منخفضة - حوالي 1.000–1.500 دورة/دقيقة - ويوفر دفقا مباشرا وهادئا؛ الهيكل بسيط لكن كثافة القدرة محدودة. أما الهيكل ذو الدوار الداخلي فيعمل بسرعات عالية تصل إلى 10.000 دورة/دقيقة ويخفض هذه السرعة إلى سرعة العجلة عبر علبة تروس كوكبية بنسبة ثابتة. وتتيح مجموعة التروس المتداخلة إنتاج نفس القدرة بمحرك أصغر وأخف؛ فالتروس الكوكبية المدمجة تجعل الأنواع ذات الدوار الداخلي تنافسية بشكل كبير من حيث كثافة القدرة. ومناقشة تفضيل البنية لا تزال مستمرة: البساطة أم كثافة القدرة؟

وتقنية اللفات هي المتغير الآخر الذي يحدد كثافة القدرة. الأسلاك النحاسية المستطيلة على شكل مشبك الشعر والمعروفة باسم Hairpin توفر تخطيطًا أكثر إحكامًا بكثير مقارنة بالملفات ذات الأسلاك الدائرية، وتوزيعًا أفضل للحرارة، وبالتالي كثافة قدرة أعلى. الحصول على قدرة أكبر من وحدة الحجم هو الطريقة الأكثر مباشرة لتسهيل عمل المحرك داخل المساحة الضيقة في العجلة.

لماذا تحظى البنية بإعجاب؟ الأجزاء المُزالة والمزايا المكتسبة

نقل المحرك إلى العجلات في سيارة كهربائية يبسّط البنية الميكانيكية جذريًا. يختفي القابض وصندوق التروس والفارق التفاضلي وعمود نقل الحركة تمامًا؛ مما يقلل الخسائر الميكانيكية في سلسلة نقل الحركة إلى الصفر. يُنقل العزم مباشرة إلى العجلة دون أي مفاصل وسيطة - لا كردان ولا مفاصل عالمية - ويستجيب في نفس لحظة قدم السائق.

يظهر تأثير التبسيط بوضوح أكبر في القائمة:

• بفضل الاستقلال المستقل لكل عجلة، يمكن تطبيق الدفع الأمامي والخلفي والدفع الرباعي الدائم 4x4 بسهولة ببنية واحدة.
• يخلو الحجم المخصص للمحرك وصندوق التروس داخل الهيكل؛ يتحول هذا الفراغ إلى مساحة للركاب أو الشحن أو سعة بطارية إضافية.
• مع انخفاض عدد الأجزاء المتحركة، يصبح التشغيل أهدأ، وينخفض التآكل الميكانيكي والحاجة إلى الصيانة.
• نظرًا لتوزيع الوزن على الزوايا الأربع، ينخفض مركز الثقل مما يساهم في الاستقرار.

وعلى جانب الكفاءة أيضًا، يعمل الحساب لصالحنا: مقارنة بالنظام ذي المحرك المركزي، توفر السيارات الكهربائية ذات المحركات داخل العجلات كفاءة نظامية أعلى وخسائر ميكانيكية أقل. السيارة التي تتبسط ميكانيكيًا، هي كهربائيًا سيارة أكثر ذكاءً بكثير - لأن عزم المحركات الأربعة يمكن إدارته بشكل مستقل على مقياس المللي ثانية.

مشكلة الكتلة غير المُنبّض بها: الوزن المُسلَّم إلى سيطرة نظام التعليق

التكلفة الأكثر جدلًا للمحرك داخل العجلة هي مساهمته في الكتلة غير المُنبّض بها. الكتلة المُنبّض بها هي التي يحملها هيكل السيارة، أما الكتلة التي لا تمر عبر النوابض فهي التي تديرها العجلة والتعليق مباشرة. عند نقل المحرك إلى داخل الجنط، تزداد هذه الكتلة الثانية بشكل كبير وتصبح النتائج قابلة للقياس: يتأثر سلبًا التماسك على الطريق وراحة القيادة وحساسية نظام التعليق ومتانة المكونات.

الفيزياء بسيطة وقاسية. الزيادة في الكتلة غير المُنبّض بها تُضعف قدرة العجلة على تتبع ملامح الطريق، وتكبّر الحمل الديناميكي على العجلة وتأرجح نظام التعليق، وتُبرز نمط الرنين الثانوي في نطاق 7-10 هرتز مما يفسد الراحة. ورغم أن انعكاس هذا التأثير على الهيكل يختلف حسب السيارة بسبب التأثير المرشح لمسافة المحور، فإن كل كيلوغرام إضافي لا يتحكم فيه نظام التعليق يُدفع في النهاية من الإطار الملامس للطريق.

في هذه النقطة، توجد أيضًا رأي معارض لا يجب تجاهله. يريد منتجو هذه التقنية أن تأثير الكتلة غير المُنبّض بها مبالغ فيه، وأن نظام تعليق مضبوطًا جيدًا والمخمدات النشطة يمكن أن توازن هذا التأثير إلى حد كبير. لكن الدراسات المحكّمة في السنوات الأخيرة تؤكد أن الزيادة في الكتلة غير المُنبّض بها تُكبّر الحمل الديناميكي على العجلة وتأرجح نظام التعليق بشكل قابل للقياس. الواقع أن الصورة كالتالي: المشكلة ليست مستعصية على الحل، لكنها ليست موضعا للاستهانة أيضا - فالتعويض ممكن فقط بتصميم تعليق أكثر تطورا وأغلى ثمنا.

إدارة الحرارة والإحكام: البيئة المعادية داخل العجلة

فخ الحرارة داخل الغلاف الضيق

في المركبة ذات المحرك المركزي، يقع المحرك في منطقة متصلة بمجموعة التبريد بسهولة وعلى تماس مع الهواء النقي. أما داخل العجلة، فالمحرك ذاته يعمل داخل غلاف ضيق يسخن من حرارة المكابح ويتعرض لرذاذ الطريق. تبديد الحرارة في هذه المنطقة صعب؛ فرط الحرارة يخفض كفاءة المحرك أولا، ثم يفسد العزل بسرعة ويسبب أعطالا في المكونات الإلكترونية قد تصل إلى قصر كهربائي. العتبة الحرجة واضحة أيضا: فوق 140 °C قد تفقد المغانط الدائمة خاصيتها المغناطيسية - أي أن صعودا واحدا طويلا بحمل ثقيل قد يضعف المحرك بشكل دائم. الحمل الإضافي الذي يفرضه الكتلة غير المعلقة على المكابح يزيد الحرارة المتولدة أكثر فأكثر. اتجاه الحل معروف: قنوات التبريد السائل، والمشتتات الحرارية المتقدمة، ومواد لفائف منخفضة المقاومة. لقد أثبت عمليا أن تبديد الحرارة في محرك داخل العجلة كبير السعة من فئة 35 kW ممكن مع نظام تبريد داخلي؛ أي أنه مشكلة قابلة للحل تقنيا، لكن كل حل يضيف تكلفة ووزنا.

معركة الحشوات: الماء والغبار والاهتزاز

المشكلة البيئية الثانية هي الإحكام. فالمحرك يقع داخل قطعة تدور بسرعة السيارة؛ محيط بالرطوبة والغبار والطين والماء المالح والاهتزاز المستمر. بينما تتمتع كل مكونة فوق نظام التعليق بحماية جزئية من هذه البيئة، يخوض المحرك داخل العجلة معركته في الخط الأمامي الخارجي للهيكل. مهمة الحشوة تتطلب توازنا ثنائي الاتجاه: فبينما توفر إحكاما عاليا، يجب ألا تضيف فقدا بالاحتكاك إلى القطعة الدوارة. لهذا السبب تُصمم حشوات المحاور داخل العجلة بشكل خاص لتقليل فقد الاحتكاك عند السرعات المتزايدة؛ وتُطور هندسات حشوات قابلة للتحجيم وأنظمة إحكام تبدد حرارة الاحتكاك للخارج وتخفض حرارة الحشوة بمستوى براءات الاختراع.

تؤكد تحليلات الأعطال هذه النتائج أيضا: فأثر الكتلة غير المعلقة على ديناميكية القيادة، وصعوبات الإحكام، والضوضاء، كلها من أبرز مصادر الأعطال في محركات داخل العجلة. وهناك بعد اقتصادي أيضا: فصرة العجلة هي واحدة من أكثر المناطق عرضة لأضرار الحوادث؛ وعند تعرضها للتلف، فالقطعة التي تُصلح لم تعد جنطا بسيطا، بل وحدة باهظة الثمن تضم داخلها المحرك والإلكترونيات القدرة والحشوات. فلا عجب أن تكلفة نظام رباعي المحركات عالي الكفاءة وخفيف الوزن ما تزال مرتفعة.

المقارنة مع المحرك المركزي: حساب معمارتين

تستخدم جميع السيارات الكهربائية على الطرق اليوم تقريبا معمارية بمحرك مركزي واحد أو مزدوج. في هذا التخطيط، يقع المحرك وصندوق التخفيض على المحور، في منطقة يحميها الهيكل؛ مقدما سلسلة إنتاج ناضجة، وإدارة حرارية مثبتة، وكتلة غير معلقة مقبولة. أما محرك داخل العجلة فيقوم بنفس العمل بأربع وحدات مدمجة ويتحمل الصعوبات المذكورة أعلاه. من المناسب تلخيص الفرق في جدول:

يوضح هذا الجدول أيضاً سبب بقاء هذه التقنية حتى الآن في نطاقات محدودة. في عالم الدراجات الكهربائية والسكوترات، أصبح محرك العجلة معياراً بالفعل بفضل بساطته وتكلفته المنخفضة؛ ففي التنقل الخفيف، تكون الكتلة غير المعلقة والأحمال الحرارية مشكلة أصغر بكثير مقارنة بالسيارة. أما على مستوى السيارة، فيتغير الحساب: كلما كبرت الكتلة والقوة وطاقة الفرملة، تفاقمت المشاكل الأربع بنفس النسبة.

توجيه عزم الدوران: أقوى ورقة لدى هذه التقنية

أقل مزايا المحرك داخل العجلة إثارة للجدل هي قدرة التحكم. عندما يكون لكل عجلة محركها الخاص، يصبح تطبيق عزم دوران مختلف على العجلات المختلفة مسألة معاملات في البرمجيات. يوفر توجيه عزم الدوران مساعدة في الانعطاف للسيارة عن طريق تسريع العجلة الخارجية وإبطاء العجلة الداخلية في المنحنى، ويمكن أن يحسّن التماسك مع الطريق بشكل ملحوظ. لا حاجة إلى تفاضلي ميكانيكي؛ فالتفاضلي الإلكتروني يضبط سرعات العجلتين الداخلية والخارجية في المنحنى بشكل مستقل.

كما أن استراتيجيات التحكم تنضج: حيث تم تطوير تحكم في الثبات للسيارات الكهربائية ذات المحاور داخل العجلة من خلال الجمع بين توجيه عزم الدوران المدمج والتوجيه الأمامي النشط. في المقابل، لا يزال السؤال مطروحاً في الأوساط الهندسية حول مدى سرعة تعقد التحكم، وكيف سيؤثر القدرة المعالجة التي تتطلبها خوارزميات التحكم بالجر وتوجيه العزم على تكلفة النظام. باختصار، أقوى ورقة لدى هذه التقنية هي في الوقت نفسه مبرر أكثر أنظمتها الفرعية تعقيداً.

هل تنفتح نافذة الانتشار؟ الصورة الحالية

يعمل التاريخ بطريقة دورية لطيفة. تم الحصول على براءة اختراع أول محرك عجلة كهربائي في عام 1884، وبراءة اختراع دراجة كهربائية بمحرك عجلة أمامي في عام 1895، وفي عام 1899 طُوّرت واحدة من أولى السيارات الهجينة التي جمعت بين محرك عجلة بأربع بطاريات ومحرك بنزيني. أي أن هذه التقنية بالعمر عمر السيارة؛ بينما لا تزال مشكلات الكتلة غير المعلقة والبطاريات التي أعاقتها في الفترة المبكرة تنتظر حلاً منذ أكثر من قرن.

اليوم، بدأ الوضع يتحرك. في السنوات الأخيرة، أعلنت إحدى الشركات المصنعة عن نظام محرك داخل العجلة جاهز للإنتاج ويستهدف الدخول في الإنتاج التسلسلي عام 2026، وفي خريف 2025 كشفت عن محرك عجلة جديد بقوة 220 kW موضحة أن إحدى الشركات الأوروبية المصنعة تخطط لاستخدام هذه التقنية في سيارة رياضية كهربائية. تقنية المحرك داخل العجلة الأولى المعتمدة والمستخدمة في المركبات الإنتاجية من مورّد منافس راكمت اختبارات على أكثر من 1.5 مليون ميل عبر أكثر من 100 مركبة ؛ وقد قدّمت الشركة نفسها نموذجاً جديداً مخصصاً للمركبات الكهربائية عالية الأداء في أكتوبر 2025. أما حل الدفع داخل العجلة المزوّد بمخمد مدمج والمعروض في CES 2026، فقد فُسّر على أنه ردّ على مشكلة حمل محامل العجلات المعروفة في هذه التقنية.

وينبغي قراءة التوقعات المتعلقة بالسوق بحذر. تتراوح التقديرات المنشورة لسوق المحركات داخل العجلة، باعتبار عام 2026 عاماً أساسياً، في نطاق واسع بين حوالي 2.17 و4.55 مليار دولار ؛ وتهدف التقديرات لعام 2034 إلى نطاق يتراوح بين 31 و70 مليار دولار ، مع معدل نمو سنوي يُتوقع بين 28% و41%. يشير هذا التباين إلى أن السوق لم يستقر بعد من حيث التعريف والنطاق - لكن اتجاهه واحد في كل تقدير: نحو الأعلى. وخلاصة مراجعة حديثة محكّمة تختصر الوضع: رغم مزايا المساحة والكفاءة، لم تُدمَج المحركات داخل العجلة ذات الدفع المباشر بعد على نطاق واسع في المركبات الكهربائية.

فلماذا لا تحتوي كل سيارة كهربائية على أربعة محركات داخل العجلات؟

لا يتسع الجواب لمساحة جملة واحدة، لكنه يتسع لأربع نقاط: الكتلة غير المعلقة، والحرارة، والإحكام، والتكلفة. يحل المحرك المركزي هذه المشكلات الأربع بضربة واحدة؛ وفي المقابل يدفع ثمناً من الكفاءة الميكانيكية ومرونة التوزيع الداخلي. أما المحرك داخل العجلة فيقوم بعملية مقايضة معاكسة تماماً: يكسب تقليل فقدان نقل الحركة، وحجم التوزيع الداخلي، وقدرة توجيه عزم الدوران؛ وفي المقابل يعقّد تصميم نظام التعليق، ويرفع هندسة الحرارة والإحكام إلى مستوى متقدم، ويزيد تكلفة المكونات.

اعتباراً من عام 2026، تقف هذه التقنية على عتبة الإنتاج الضخم: فقد نُفّذت التطبيقات المعتمدة الأولى، وأُعلنت أنظمة جاهزة للإنتاج، وطُوّرت إجابات هندسية لنقاط الضعف الكلاسيكية مثل حمل المحامل وإدارة الحرارة. ومفتاح الانتشار ليس اختراعاً واحداً؛ بل التقاء ثلاثة عوامل في نقطة واحدة: تعليق تكيفي رخيص يعوّض الكتلة غير المعلقة، وإنتاج يبلغ اقتصاديات الحجم، وشهية المصنّعين نحو المخاطرة. وحين يتحقق هذا اللقاء، ستُجدَّد بنية نقل الحركة في السيارة، التي لم تتغير منذ قرن، من جذورها لأول مرة.

المصادر

• الأنواع والمزايا والعيوب - ما هو محرك العجلة وكيف يعمل
• مبدأ عمل محرك العجلة ومزاياه وعيوبه
• المحركات داخل العجلة والكتلة غير المعلقة. هل تهم؟
• الدفاع عن المحركات داخل العجلة
• تقييم تأثير الكتلة غير المعلقة على راحة القيادة في المركبات ذات المحركات داخل العجلة
• تحليل مجال الحرارة وتبديد الحرارة في محاور المحركات
• مشاكل تبديد حرارة محاور المحركات وحلولها
• ختام مستقبل محاور المحركات: احتكاك منخفض وحماية قصوى
• مراجعة نقدية لمحركات العجلات ذات الدفع المباشر في المركبات الكهربائية
• بروتيان إلكتريك تكشف عن محور محرك عجلة جديد بقوة 220 كيلوواط
• إلافه بروبولشن تكنولوجيز
• سوق محركات العجلات الداخلية
• سوق محركات العجلات الداخلية
• محركات العجلات الكهربائية تستعيد زخمها من جديد