व्हील-इन मोटर्स अभी तक क्यों नहीं फैले?

व्हील-इन मोटर (टायर के भीतर मोटर) एक ऐसी प्रणोदन आर्किटेक्चर है जिसमें विद्युत मोटर को सीधे व्हील हब में रखा जाता है और ट्रांसमिशन, डिफरेंशियल, ड्राइवशाफ्ट जैसे सभी ट्रांसमिशन घटकों को समाप्त कर दिया जाता है। इसके फायदे कागज़ पर बहुत मजबूत होने के बावजूद, बढ़ते अस्प्रंग मास, कठिन ताप प्रबंधन, सीलिंग की समस्याओं और उच्च लागत के कारण आज तक यह सीरियल उत्पादन वाली इलेक्ट्रिक कारों में व्यापक नहीं हो पाया है।

व्हील-इन मोटर कैसे काम करती है?

सिद्धांत हर इलेक्ट्रिक मोटर की तरह विद्युत चुंबकीय प्रेरण पर आधारित है। स्टेटर वाइंडिंग्स में धारा के समय को एक फेज़ कंट्रोलर नियंत्रित करता है; पोज़िशन सेंसरों से आने वाले संकेतों के आधार पर बनने वाला घूर्णी चुंबकीय क्षेत्र रोटर के स्थायी चुंबकों के साथ अंतरक्रिया करता है और रोटर को - यानी पहिए को - घुमाता है। क्लच, ट्रांसमिशन, डिफरेंशियल और ड्राइवशाफ्ट जैसी कोई श्रृंखला नहीं होती; शक्ति, जहाँ उत्पन्न होती है, वहीं पहिए तक पहुँचाई जाती है।

एक आधुनिक व्हील-इन मोटर अकेले ही एक प्रणोदन इकाई से कहीं अधिक है। प्रत्यक्ष ड्राइव, रीजनरेटिव ब्रेकिंग और घर्षण ब्रेकिंग के साथ ऊर्जा पुनर्प्राप्ति, इलेक्ट्रॉनिक डिफरेंशियल गति नियंत्रण और हवा या पानी की कूलिंग एक ही कॉम्पैक्ट आवरण के भीतर एकजुट होती है। नियंत्रण के क्षेत्र में दो दृष्टिकोण प्रमुख होते हैं: हॉल सेंसर वाली मोटर्स कम आरपीएम पर बहुत सटीक नियंत्रण प्रदान करती हैं, जबकि सेंसरलेस मोटर्स बैक EMF (BEMF) माप से रोटर की स्थिति का अनुमान लगाती हैं और बहुत कम आरपीएम पर टॉर्क उत्पन्न करने में कठिनाई होती है।

आउटर रोटर और इनर रोटर संरचनाएँ

व्हील-इन मोटर्स में दो मूल आर्किटेक्चर होते हैं। आउटर रोटर संरचना में पहिए को घेरने वाला रोटर कम आरपीएम पर - लगभग 1,000-1,500 RPM - घूमता है और शांत, प्रत्यक्ष ड्राइव प्रदान करता है; संरचना सरल होती है लेकिन शक्ति घनत्व सीमित होता है। इनर रोटर संरचना 10,000 RPM तक जाने वाली उच्च गति से काम करती है और एक निश्चित अनुपात वाले प्लैनेटरी ट्रांसमिशन के माध्यम से इस गति को पहिए की गति तक ले आती है। बीच में आने वाला गियरसेट छोटी और हल्की मोटर के साथ उतनी ही शक्ति उत्पन्न करने की अनुमति देता है; कॉम्पैक्ट प्लैनेटरी गियर इनर रोटर प्रकारों को शक्ति घनत्व में गंभीर रूप से प्रतिस्पर्धी बना रहे हैं। आर्किटेक्चर चयन की बहस अभी भी जारी है: सरलता या शक्ति घनत्व?

वाइंडिंग तकनीक भी शक्ति घनत्व को निर्धारित करने वाला एक अन्य कारक है। हेयरपिन नामक क्लिप आकार के आयताकार तांबे के तार, गोल तार वाली वाइंडिंग की तुलना में बहुत अधिक सघन लेआउट, बेहतर ऊष्मा वितरण और इसलिए अधिक पावर डेंसिटी प्रदान करते हैं। इकाई आयतन से अधिक पावर प्राप्त करना, पहिये के भीतर के सीमित स्थान में मोटर के काम को आसान बनाने वाला सबसे सीधा तरीका है।

आर्किटेक्चर आकर्षक क्यों है? हटाए गए पुर्जे और प्राप्त हुए लाभ

इलेक्ट्रिक कार में मोटर को पहियों तक पहुंचाना यांत्रिक संरचना को मूल रूप से सरल बना देता है। क्लच, ट्रांसमिशन, डिफरेंशियल और ड्राइव शाफ्ट पूरी तरह समाप्त हो जाते हैं; इससे पावरट्रेन श्रृंखला में यांत्रिक नुकसान शून्य हो जाता है। टॉर्क, बिना किसी मध्यवर्ती जॉइंट के - न कार्डन, न यूनिवर्सल जॉइंट - सीधे पहिये तक पहुंचता है और ड्राइवर के पैर के साथ ही उत्तर देता है।

सरलीकरण का प्रभाव सूची में और भी स्पष्ट रूप से पढ़ा जाता है:

• प्रत्येक पहिये के स्वतंत्र संचालन के कारण फ्रंट, रियर और परमानेंट 4x4 ड्राइव, एक ही आर्किटेक्चर से आसानी से लागू किया जाता है।
• चेसिस में मोटर और ट्रांसमिशन के लिए आरक्षित आयतन खाली हो जाता है; यहां का स्थान यात्रियों, कार्गो या अतिरिक्त बैटरी क्षमता में बदल जाता है।
• चलने वाले पुर्जों की संख्या कम होने से संचालन शांत हो जाता है, यांत्रिक घिसाव और रखरखाव की आवश्यकता कम हो जाती है।
• वजन चारों कोनों में फैल जाने से गुरुत्व केंद्र नीचे आ जाता है और स्थिरता में योगदान मिलता है।

दक्षता के मामले में भी गणित अनुकूल है: केंद्रीय मोटर वाली प्रणाली की तुलना में, पहिये के भीतर मोटर वाले इलेक्ट्रिक वाहन अधिक सिस्टम दक्षता और कम यांत्रिक नुकसान प्रदान करते हैं। यांत्रिक रूप से सरल होने वाला वाहन, विद्युत रूप से बहुत अधिक बुद्धिमान वाहन होता है - क्योंकि चार मोटरों का टॉर्क मिलीसेकेंड स्तर पर स्वतंत्र रूप से प्रबंधित किया जा सकता है।

स्प्रंग अनस्प्रंग मास की समस्या: सस्पेंशन के नियंत्रण में छोड़ा गया वजन

पहिये के भीतर मोटर की सबसे अधिक चर्चित कीमत, अनस्प्रंग मास में इसका योगदान है। स्प्रंग मास वह होता है जिसे बॉडी वहन करती है, जबकि अनस्प्रंग मास वह होता है जिसे पहिया और सस्पेंशन सीधे प्रबंधित करते हैं। जब मोटर को व्हील रिम के भीतर स्थानांतरित किया जाता है, तो यह दूसरा द्रव्यमान काफी बढ़ जाता है और परिणाम मापने योग्य हो जाते हैं: ग्रिप, ड्राइविंग आराम, सस्पेंशन की संवेदनशीलता और घटकों की टिकाऊता नकारात्मक रूप से प्रभावित होती है।

भौतिकी सरल और निर्मम है। बढ़ता अनस्प्रंग मास, पहिये की सड़क की सतह का अनुसरण करने की क्षमता को कमजोर करता है, पहिये के गतिशील भार और सस्पेंशन के दोलन को बढ़ाता है और लगभग 7-10 Hz बैंड में द्वितीयक अनुनाद मोड को स्पष्ट करके आराम को खराब करता है। एक्सल दूरी के फ़िल्टरिंग प्रभाव के कारण इस प्रभाव का बॉडी पर प्रतिबिंब वाहन-दर-वाहन भिन्न होता है, फिर भी सस्पेंशन द्वारा नियंत्रित न होने वाला प्रत्येक अतिरिक्त किलोग्राम अंततः सड़क के संपर्क में रहने वाले टायर से चुकाया जाता है।

इस बिंदु पर एक विपरीत मत भी है और उसे नजरअंदाज नहीं किया जाना चाहिए। प्रौद्योगिकी के निर्माता दावा करते हैं कि अनस्प्रंग मास के प्रभाव को बढ़ा-चढ़ाया जा रहा है, और अच्छी तरह ट्यून किया गया सस्पेंशन और सक्रिय शॉक एब्जॉर्बर इस प्रभाव को काफी हद तक संतुलित कर सकते हैं। हालांकि, हाल के वर्षों के पीयर-रिव्यूड अध्ययन पुष्टि करते हैं कि अनस्प्रंग मास में वृद्धि पहिये के गतिशील भार और सस्पेंशन के दोलन को मापने योग्य रूप से बढ़ाती है। वास्तविक तस्वीर यह है: समस्या अजेय नहीं है, लेकिन इसे हल्के में लेना भी नहीं चाहिए - समाधान अधिक उन्नत और अधिक महंगे सस्पेंशन डिज़ाइन से संभव है।

ताप प्रबंधन और सीलबंदी: पहिये के भीतर का शत्रुतापूर्ण वातावरण

संकुचित आवरण में ऊष्मा जाल

केंद्रीय मोटर वाले वाहन में मोटर ऐसे क्षेत्र में स्थित होती है जहाँ शीतलन सर्किट से आसानी से जुड़ाव संभव है और जो ताज़ी हवा के संपर्क में रहता है। जबकि पहिये के भीतर वही मोटर एक संकरे आवरण में काम करती है, जो ब्रेक की गर्मी से गर्म होता है और सड़क से छपकने वाले पानी के संपर्क में आता है। इस क्षेत्र में ऊष्मा का निस्तारण करना कठिन है; अत्यधिक गर्मी पहले मोटर के प्रदर्शन को घटाती है, फिर इन्सुलेशन को तेज़ी से खराब करती है और इलेक्ट्रॉनिक घटकों में शॉर्ट सर्किट तक पहुँचने वाली खराबियों का कारण बन सकती है। महत्वपूर्ण सीमा भी स्पष्ट है: 140 °C से ऊपर स्थायी चुंबक अपना चुंबकत्व खो सकते हैं - यानी एक लंबे उच्च भार वाला चढ़ाई मोटर को स्थायी रूप से कमज़ोर कर सकती है। स्प्रंग मास द्वारा ब्रेक पर डाला जाने वाला अतिरिक्त भार उत्पन्न ऊष्मा को और बढ़ाता है। समाधान की दिशा ज्ञात है: तरल शीतलन चैनल, उन्नत हीट सिंक और कम प्रतिरोध वाली वाइंडिंग सामग्री। 35 kW श्रेणी की बड़ी क्षमता वाली व्हील हब मोटर के आंतरिक शीतलन तंत्र से ऊष्मा का निस्तारण प्रयोगात्मक रूप से सत्यापित हो चुका है; यानी तकनीकी रूप से यह एक हल की जा सकने वाली समस्या है, लेकिन हर समाधान लागत और वज़न जोड़ता है।

सीलिंग रिंग की लड़ाई: पानी, धूल और कंपन

दूसरी पर्यावरणीय समस्या सीलबंदी है। मोटर सड़क की गति से घूमने वाले हिस्से के भीतर होती है; नमी, धूल, कीचड़, खारा पानी और निरंतर कंपन से घिरी होती है। स्प्रंग के ऊपर का हर घटक इस वातावरण से कुछ हद तक सुरक्षित रहता है, जबकि पहिये के भीतर की मोटर बंपर की सबसे बाहरी पंक्ति में लड़ाई लड़ती है। सीलिंग रिंग का कार्य दो तरफ़ा संतुलन माँगता है: उच्च सीलबंदी प्रदान करते हुए घूमने वाले हिस्से में घर्षण हानि न जोड़नी चाहिए। इसीलिए इन-व्हील मोटर की सीलिंग रिंग बढ़ती गति पर घर्षण हानि को कम करने के तरीके से विशेष रूप से डिज़ाइन की जाती हैं; स्केलेबल सील ज्यामिति और घर्षण की ऊष्मा को बाहर निकालकर सील के तापमान को नियंत्रित करने वाली सीलबंदी व्यवस्थाएँ पेटेंट स्तर पर विकसित की जा रही हैं।

फॉल्ट विश्लेषण के परिणाम भी इसकी पुष्टि करते हैं: स्प्रंग मास का ड्राइविंग डायनेमिक्स पर प्रभाव, सीलबंदी की कठिनाइयाँ और ध्वनिकी, इन-व्हील मोटर में प्रमुख विफलता के स्रोतों में शामिल हैं। आर्थिक पहलू भी है: व्हील हब दुर्घटना क्षति के सबसे संवेदनशील क्षेत्रों में से एक है; क्षतिग्रस्त होने पर मरम्मत किया जाने वाला हिस्से अब साधारण व्हील नहीं, बल्कि एक महंगी इकाई होती है जिसके भीतर मोटर, पावर इलेक्ट्रॉनिक्स और सील रिंग्स होती हैं। यह आश्चर्य की बात नहीं है कि उच्च दक्षता वाली, हल्की चार पहिया मोटर प्रणाली की लागत अभी भी अधिक है।

केंद्रीय मोटर से तुलना: दो आर्किटेक्चर का लेखा-जोखा

आज सड़कों पर लगभग सभी इलेक्ट्रिक कारें एक या दो केंद्रीय मोटर वाली आर्किटेक्चर का उपयोग करती हैं। इस लेआउट में मोटर और रिड्यूसर एक्सल पर, केरोसेस द्वारा संरक्षित क्षेत्र में स्थित होते हैं; परिपक्व उत्पादन श्रृंखला, सिद्ध थर्मल प्रबंधन और स्वीकार्य स्प्रंग मास प्रदान करते हैं। वहीं इन-व्हील मोटर वही काम चार कॉम्पैक्ट इकाइयों से करती है और ऊपर गिनाई गई चुनौतियों को झेलती है। इस अंतर को तालिका के रूप में संक्षेप में प्रस्तुत करना उचित होगा:

यह तालिका यह भी समझाती है कि यह तकनीक अभी भी सीमित क्षेत्रों में क्यों बनी हुई है। इलेक्ट्रिक साइकिल और स्कूटर की दुनिया में हब मोटर अपनी सरलता और कम लागत के कारण पहले से ही मानक बन चुकी है; हल्के मोबिलिटी में असस्पेंडेड द्रव्यमान और तापीय भार कार की तुलना में बहुत छोटी समस्या है। लेकिन कार के स्तर पर हिसाब बदल जाता है: जैसे-जैसे द्रव्यमान, शक्ति और ब्रेक ऊर्जा बढ़ती है, चारों समस्याएँ उसी अनुपात में गंभीर होती जाती हैं।

टॉर्क वेक्टरिंग: तकनीक का सबसे शक्तिशाली हथियार

पहिया-भीतर मोटर के फायदों में सबसे कम विवादित पहलू इसकी नियंत्रण क्षमता है। जब हर पहिये की अपनी मोटर होती है, तो अलग-अलग पहियों पर अलग-अलग टॉर्क लगाना सॉफ्टवेयर में एक पैरामीटर की बात होती है। टॉर्क वेक्टरिंग, मोड़ में बाहरी पहिये को तेज करके और भीतरी पहिये को धीमा करके वाहन को घूमने में मदद देती है और सड़क पकड़ को स्पष्ट रूप से बेहतर बना सकती है। यांत्रिक डिफरेंशियल की आवश्यकता नहीं होती; इलेक्ट्रॉनिक डिफरेंशियल मोड़ में भीतरी और बाहरी पहियों की गति को स्वतंत्र रूप से समायोजित करता है।

नियंत्रण रणनीतियाँ भी परिपक्व हो रही हैं: एकीकृत टॉर्क वेक्टरिंग और सक्रिय फ्रंट स्टीयरिंग को मिलाकर पहिया-भीतर मोटर वाले इलेक्ट्रिक वाहनों के लिए स्थिरता नियंत्रण विकसित किया गया है। इसके बदले में, नियंत्रण की तेजी से जटिलता बढ़ना और ट्रैक्शन नियंत्रण तथा वेक्टरिंग एल्गोरिदम की आवश्यकता वाली प्रोसेसिंग शक्ति सिस्टम की लागत को कैसे प्रभावित करेगी, यह इंजीनियरिंग समुदाय में अभी भी सवाल का विषय है। संक्षेप में, तकनीक का सबसे शक्तिशाली हथियार, उसी के सबसे जटिल उपतंत्र का औचित्य भी है।

क्या व्यापक प्रसार की खिड़की खुल रही है? वर्तमान स्थिति

इतिहास रोचक रूप से चक्रीय ढंग से चलता है। पहला इलेक्ट्रिक हब मोटर पेटेंट 1884 में और सामने वाले पहिये पर हब मोटर वाली इलेक्ट्रिक साइकिल का पेटेंट 1895 में मिला, और 1899 में चार-बैटरी वाले हब मोटर को पेट्रोल इंजन के साथ जोड़ने वाली पहली हाइब्रिड कारों में से एक विकसित की गई। यानी यह तकनीक कार जितनी ही पुरानी है; शुरुआती दौर में इसे रोकने वाली असस्पेंडेड द्रव्यमान और बैटरी की समस्याएँ एक सदी से भी अधिक समय से समाधान की प्रतीक्षा कर रही हैं।

आज स्थिति हलचल भरी होने लगी है। हाल के वर्षों में एक निर्माता ने 2026 में सामूहिक उत्पादन में जाने के लक्ष्य वाली उत्पादन-तैयार पहिया-भीतर मोटर प्रणाली की घोषणा की और 2025 की शरद ऋतु में 220 kW शक्ति वाली एक नई हब मोटर प्रस्तुत करते हुए बताया कि एक यूरोपीय निर्माता इलेक्ट्रिक स्पोर्ट्स कार में इस तकनीक का उपयोग करने की योजना बना रहा है। एक प्रतिस्पर्धी आपूर्तिकर्ता की होमोलॉगेशन प्राप्त, उत्पादन वाहनों में उपयोग की गई पहली व्हील-इन मोटर तकनीक ने 100 से अधिक वाहनों पर 15 लाख मील से अधिक परीक्षण दौर जमा कर लिए हैं; उसी कंपनी ने अक्टूबर 2025 में हाई-परफॉर्मेंस इलेक्ट्रिक वाहनों के लिए विशेष एक नया मॉडल पेश किया। CES 2026 में प्रदर्शित आंतरिक डैम्पर वाला एक व्हील-इन ड्राइव समाधान तकनीक की ज्ञात व्हील बेयरिंग लोड समस्या के जवाब के रूप में देखा गया।

बाजार पक्ष के अनुमानों को सावधानी से पढ़ा जाना चाहिए। व्हील-इन मोटर बाजार के लिए 2026 को आधार वर्ष मानकर प्रकाशित अनुमान लगभग 2.17-4.55 अरब डॉलर की व्यापक सीमा में हैं; 2034 के लक्ष्य भी अनुमान के अनुसार 31-70 अरब डॉलर की सीमा में हैं और वार्षिक वृद्धि दर 28%-41% अनुमानित है। यह विस्तार दिखाता है कि बाजार अभी परिभाषा और दायरे के मामले में स्थिर नहीं हुआ है - लेकिन दिशा हर अनुमान में एक ही है: ऊपर की ओर। एक समकक्ष समीक्षा की गई हालिया रिपोर्ट भी स्थिति का सारांश देती है: स्थान और दक्षता के फायदों के बावजूद डायरेक्ट-ड्राइव व्हील-इन मोटर अभी तक इलेक्ट्रिक वाहनों में व्यापक रूप से एकीकृत नहीं हुई हैं।

आखिर हर इलेक्ट्रिक कार में चार व्हील-इन मोटर क्यों नहीं होते?

सवाल का जवाब एक वाक्य में नहीं समा सकता, लेकिन चार बिंदुओं में समा जाता है: अनस्प्रंग मास, गर्मी, सीलिंग और लागत। केंद्रीय मोटर इन चारों समस्याओं को एक ही बार में हल कर देता है; बदले में थोड़ी मैकेनिकल दक्षता और पैकेजिंग लचीलेपन की कीमत चुकाता है। व्हील-इन मोटर बिल्कुल उलटा सौदा करती है: वह ट्रांसमिशन नुकसान, पैकेज आयतन और टॉर्क वेक्टरिंग क्षमता हासिल करती है; बदले में सस्पेंशन डिज़ाइन को जटिल बनाती है, थर्मल और सीलिंग इंजीनियरिंग को चरम स्तर तक ले जाती है और घटक लागत बढ़ाती है।

2026 तक यह तकनीक सामूहिक उत्पादन की दहलीज पर खड़ी है: पहली होमोलॉगेशन प्राप्त अनुप्रयोग हो चुके हैं, उत्पादन-तैयार सिस्टम घोषित हो चुके हैं और बेयरिंग लोड तथा गर्मी प्रबंधन जैसी क्लासिक कमजोरियों के लिए इंजीनियरिंग समाधान विकसित हो चुके हैं। व्यापक होने की कुंजी कोई एक आविष्कार नहीं है; बल्कि अनस्प्रंग मास की भरपाई करने वाला सस्ती अडैप्टिव सस्पेंशन, पैमाने की अर्थव्यवस्था तक पहुंचने वाला उत्पादन और कार निर्माताओं की जोखिम लेने की इच्छा का एक ही बिंदु पर मिलना है। जब वह मुलाकात होगी, तो कार का पिछले सौ साल से अपरिवर्तित ट्रांसमिशन आर्किटेक्चर पहली बार मूल रूप से नवीनीकृत हो जाएगा।

स्रोत

• Types, Pros & Cons - What is a Hub Motor & How Does It Work
• Principle, Advantages & Disadvantages of Hub Motor
• In-Wheel Motors and Unsprung Mass. Does It Matter?
• Making the Case for In-Wheel Motors
• Evaluation of the Unsprung Mass Effect on Ride Comfort of In-Wheel Motor Vehicles
• Temperature Field Analysis and Heat Dissipation of In-Wheel Motors
• Hub Motors' Heat Dissipation Problems and Solutions
• Sealing the Future of In-Wheel Motors: Low Friction and Maximum Protection
• Critical Review of Direct-Drive In-Wheel Motors in Electric Vehicles
• Protean Electric ने नया 220 kW व्हील हब मोटर पेश किया
• Elaphe Propulsion Technologies
• व्हील में स्थापित मोटर बाज़ार
• व्हील में स्थापित मोटर बाज़ार
• व्हील में स्थापित इलेक्ट्रिक मोटरों को फिर से गति मिली