Miksi sähkömoottori lämpenee ja kuinka kuumaksi se voi tulla?

Sähkömoottorin teho on ensisijaisesti rajoitettu sen lämpötilan vuoksi. Moottori voi kestää suuren virran muutaman sekunnin ajan, mutta sen jälkeen sen on laskettava, jotta se ei vahingoitu. Lämpötilan alkuperän ymmärtäminen ja sen aiheuttamat riskit auttavat säätämään laitetta, valitsemaan sopivan moottorin ja tulkitsemaan tehon menetystä ajon aikana.

Kuparin aiheuttamat häviöt

Käämityksillä on pieni sähköinen vastus. Virta, joka kulkee niiden läpi, aiheuttaa lämmön, joka on suhteessa virran neliöön: virran kaksinkertaistaminen nelinkertaistaa tämän lämmön. Nämä ovat kuparihäviöitä, ja ne ovat merkittäviä aina, kun vaaditaan paljon vääntömomenttia: kiihdytykset, ylämäet, uudelleenlähtö.

Ilmiö ylläpitää itseään: kuparin vastus kasvaa noin 0,4 % jokaista astetta kohden. Siksi lämmin moottori lämpenee vielä nopeammin samalla virralla.

Tämä on myös syy siihen, miksi kelan valinta on tärkeä: korkean nopeuden moottori, joka tuottaa vähemmän vääntömomenttia ampeeria kohti, vaatii enemmän virtaa saman tehon saavuttamiseksi. Katso oppaamme aiheesta Kv, Kt ja napaisuudet.

Rauteet raudassa

Staattori on valmistettu ohuista, magneettisesta teräksestä valmistetuista levyistä. Jokaisella sähkösyklillä kenttä kääntyy, mikä aiheuttaa kaksi erilaista energiahukkaa:

• hystereesi: pieni energian menetys jokaisessa metallin magneettikentän suunnanvaihdoksessa;
• Eddy-virrat (Foucault-virrat): Nämä ovat induktioilla syntyviä virtoja, jotka kiertävät levyissä ja lämmittävät niitä. Juuri näiden virtojen rajoittamiseksi rauta on usein jaettu eristetyiksi levyiksi.

Nämä häviöt kasvavat sähköisen taajuuden mukana, mikä tarkoittaa nopeutta ja napojen määrää. Ne ovat merkittävimpiä korkeilla nopeuksilla, ja ne lisääntyvät entisestään kentän heikentämisen yhteydessä.

Mitä lämpö uhkaa

Kelojen eriste

Kuparijohdin on päällystetty eristävällä lakalla, jonka lämpötilankesto on määritelty sen eristysluokan mukaan. Jos lämpötila ylittää tämän rajan, lakka vanhenee nopeasti ja halkeilee. Tällöin kierrokset alkavat koskettaa toisiaan, moottorin hyötysuhde heikkenee, se lämpenee entistä enemmän ja lopulta voi palaa.

Magneetit

Neodyymimagneetit menettävät hieman voimaansa lämmetessään: moottori tuottaa vähemmän vääntömomenttia ampeeria kohti, mikä on korjattavissa jäähdyttämällä. Kuitenkin, tietyn lämpötilan ylittyessä, joka riippuu magneetin laadusta, osa magnetoinnista menetetään pysyvästi: tätä kutsutaan demagnetisaatioksi. Moottorin teho heikkenee tällöin pysyvästi. Magneettien laatuja merkitään kirjaimilla (esimerkiksi H, SH, UH), jotka ilmaisevat niiden lämmönkestävyyttä.

Riski on suurin, kun korkea lämpötila yhdistyy voimakkaaseen vastavirtaan magneetteihin nähden, kuten esimerkiksi äärimmäisessä tehonannossa.

Miten napamoottori päästää lämpönsä pois?

Sähköpotkulaudan napamoottori on suljettu kotelo. Kelojen tuottama lämpö, joka sijaitsee moottorin keskellä, on kuljettava ensin sisäilman läpi ennen kuin se saavuttaa vanteen, ja sitten ulkoilman; osa lämmöstä siirtyy myös akselin kautta potkulaudan runkoon. Tämä polku on pitkä, mikä selittää, miksi napamoottori lämpenee nopeasti toistuvien rasitusten aikana.

Useita ratkaisuja parantaa tätä prosessia:

• hyvä ilmanvaihto, kuten esimerkiksi moottorien jäähdytysjärjestelmämme moottorien jäähdytys;
• erityinen neste (ferrofluidi), joka on sijoitettu magneettikentän alueelle, johtaa lämpöä paremmin kuin ilma;
• Suurempi moottori, joka tuottaa saman vääntömomentin pienemmällä virralla ja tarjoaa suuremman pinta-alan lämmönvaihtoa varten.

Seuraa lämpötilaa

Monet sähköpotkulautojen moottorit sisältävät lämpötila-anturin keloissa. Anturi on kytketty ohjaimeen, ja sen avulla ohjain voi vähitellen vähentää virtaa ennen vaarallista lämpötilaa. Tämä selittää sen tunteen, että teho heikkenee pitkän nousun jälkeen: se on suojamekanismi, ei vika.