Motore a mozzo per monopattino: come è costruito un motore-ruota, pezzo per pezzo
Il motore di uno scooter elettrico è quasi sempre nascosto all'interno della ruota: si tratta di un motore a mozzo, o motore-ruota. Non ha né catena, né cinghia, né riduttore. La sua particolarità è di essere costruito "al contrario": la parte che contiene gli avvolgimenti rimane fissa, fissata all'asse, mentre l'involucro esterno, rivestito di magneti, ruota insieme al pneumatico. Comprendere questa costruzione aiuta a scegliere un motore, a montarlo correttamente e a diagnosticare eventuali rumori o guasti.
L'essenziale
- Lo statore, con i suoi avvolgimenti in rame, è fissato all'albero e non ruota.
- La campana esterna, che contiene i magneti, ruota attorno allo statore e aziona direttamente il cerchio.
- Tutti i cavi (le tre fasi, i sensori, la sonda di temperatura) escono attraverso l'asse cavo.
- Due cuscinetti, uno in ciascuna sede, guidano il carter attorno all'asse.
- Il cerchio può essere integrato nel gruppo mozzo, oppure può essere costituito da due semicerchi che ne facilitano la sostituzione del pneumatico.
Un motore a rotore esterno
In un motore elettrico tradizionale, come quello di un trapano, la parte rotante si trova al centro, mentre la parte fissa la circonda. Il motore a mozzo inverte questi ruoli: si parla di motore a rotore esterno. Lo statore si trova al centro, mentre il rotore forma l'involucro che lo circonda.
Questa architettura offre due vantaggi per uno scooter elettrico. Innanzitutto, il motore fa girare direttamente la ruota: non ci sono componenti di trasmissione da manutenere, regolare o che possano rompersi. In secondo luogo, i magneti sono posizionati su un diametro ampio, il che conferisce un'elevata leva e molta coppia anche a partire da fermo, senza la necessità di un riduttore. È anche per questo che i motori a mozzo hanno un numero elevato di poli, come spiega la nostra guida su il Kv, il Kt e i poli.
Lo statore: il cuore fisso
Lo statore è costituito da una serie di lamelle sottili di acciaio magnetico, tagliate a forma di stella. Ogni braccio della stella è chiamato "dente"; attorno a ciascun dente è avvolto del filo di rame smaltato. I denti sono collegati in tre gruppi, che rappresentano le tre fasi del motore.
Lo statore è fissato e bloccato sull'asse, il quale a sua volta è serrato all'interno del telaio dello scooter tramite delle ghiare. Pertanto, lo statore non si muove: è il campo magnetico creato dalla corrente nei suoi avvolgimenti a "ruotare", ed è controllato dal controller, che a sua volta trascina con sé i magneti.
Il modo in cui questi avvolgimenti sono realizzati (numero di spire, spessore del filo) determina le caratteristiche del motore: più orientato alla velocità o più orientato alla coppia. Questa è la differenza tra le nostre versioni High Speed e High Torque.
La campana e i suoi magneti
La campana è un tubo in acciaio o alluminio chiuso da due flange. Sulla sua superficie interna sono incollati magneti permanenti, generalmente in neodimio, alternati con la polarità nord e sud. Tra la superficie dei magneti e le lamelle dello statore, rimane solo un piccolissimo spazio d'aria: l'interferenza magnetica. Più questo spazio è sottile e uniforme, più il motore è efficiente, ma maggiore è la precisione richiesta nella sua fabbricazione.
Gli magneti lavorano sotto forte stress: sono attratti dallo statore, scossi dagli urti della strada e riscaldati dal motore. Un magnete che si stacca sfrega nello spazio tra il rotore e lo statore, producendo un rumore caratteristico; in questo caso, è necessario fermarsi. La larghezza di questi magneti viene spesso utilizzata per identificare il motore: consultare la nostra guida sulle misure 60, 70, 75, 80.
Supporti, cuscinetti e albero cavo
Ogni lato del carter è chiuso da una flangia, una sorta di coperchio avvitato. Al centro di ogni flangia si trova un cuscinetto a sfera che ruota attorno all'asse. Sono questi due cuscinetti che sostengono tutto il peso del pilota e assorbono gli urti. Un cuscinetto usurato si riconosce da un rumore di sfregamento che aumenta con la velocità, oppure da un gioco laterale della ruota.
L'asse è cavo su un lato, almeno: è da lì che fuoriescono tutti i cavi del motore. Il passaggio è stretto, ed è un punto critico. Il cavo esce dall'asse proprio accanto al braccio, dove è soggetto a vibrazioni e movimenti della sospensione. Un cavo schiacciato, compresso da una rondella o sfregato contro un bordo tagliente, alla fine si danneggia, causando scatti o interruzioni.
Le piano dell'albero, ovvero le due superfici piatte lavorate alle sue estremità, impedisce all'albero di ruotare all'interno dei supporti. Se i bulloni non sono serrati correttamente, la coppia del motore può far ruotare l'albero, causando la torsione e la rottura dei fili: è un guasto che si verifica frequentemente in officina.
I cavi che provengono dal motore
Le tre fasi
Questi sono i cavi principali, uno per gruppo di avvolgimenti. Trasportano tutta la corrente del motore, spesso molto più di quella che proviene dalla batteria. La loro sezione dipende dal motore: i nostri motori delle gamme MHS, MHT, XHS e XHT hanno fasi da 10 mm², mentre i modelli SHS60 e SHT60 hanno fasi da 4 mm². All'estremità, ci sono dei connettori che devono essere adeguati: in queste gamme, si tratta di connettori "bullet" AMASS da 8 mm. Un connettore sottodimensionato si surriscalda, si annerisce e alla fine può causare interruzioni.
I sensori Hall
Un cavo più sottile, spesso a cinque fili, collega tre piccoli sensori posizionati tra le pale dello statore. Questi sensori rilevano il passaggio dei magneti e indicano al controller la posizione del rotore, consentendo un avvio fluido e senza scatti. Due fili alimentano i sensori, mentre tre trasmettono i loro segnali.
La sonda di temperatura
Molti motori ad alte prestazioni integrano una sonda immersa negli avvolgimenti. Collegata al controller, questa sonda permette al sistema di ridurre la potenza prima che il motore si danneggi. Le ragioni di questo surriscaldamento sono dettagliate nella nostra guida perché un motore elettrico si surriscalda.
Cerchi integrati o cerchi parziali
Il cerchio è la parte su cui viene montato il pneumatico. Esistono due tipi di costruzione:
- Il cerchio integrato fa parte del mozzo. Questo vale per i nostri motori SHS60, SHT60, W50 e W60, che sono dotati di un cerchio tubeless da 6,5 pollici integrato. Vantaggio: un sistema semplice e senza camera d'aria. Svantaggio: non è possibile sostituire il cerchio senza sostituire l'intero mozzo.
- `Le cerchi parziali sono due metà fissate con bulloni ai lati del mozzo. Vengono separati per montare il pneumatico, il che evita di dover utilizzare un leva pneumatici. Questo vale per i nostri modelli MHS e MHT, forniti con cerchi parziali da 6,5 pollici, e per i nostri modelli XHS e XHT, che offrono opzionalmente un cerchio in alluminio lavorato a CNC.`
L'intera gamma dei nostri motori è presentata nella categoria motori per scooter elettrici.
Consiglio per l'officina.
Ogni volta che si smonta una ruota, controllare l'uscita del cavo sull'asse: guaina danneggiata, filo schiacciato, rondella posizionata in modo errato. E stringere i bulloni dell'asse con la coppia corretta. La maggior parte dei guasti "al motore" che vediamo derivano da questo, e non dall'interno del motore stesso.
Domande frequenti
È possibile smontare un motore a mozzo da soli?
È possibile, ma delicato: i magneti attraggono fortemente lo statore, e la campana si richiude bruscamente se viene rilasciata, con il rischio di pizzicare le dita o danneggiare i magneti e i fili. È necessario un'attrezzatura adeguata e un ambiente pulito, perché anche la più piccola scheggia può attaccarsi ai magneti.
Perché il mio motore fa rumore o produce un suono di sfregamento quando sono in movimento?
Le più comuni cause sono un cuscinetto usurato, un magnete staccato che sfrega, un albero che gira all'interno dei supporti o la presenza di un corpo estraneo nel motore. Interrompere immediatamente l'utilizzo e far controllare: un magnete staccato può danneggiare lo statore in pochi chilometri.
Un motore a mozzo è impermeabile?
È sigillato, ma raramente perfettamente impermeabile: l'acqua può entrare attraverso l'uscita del cavo o le guarnizioni delle flange. Un motore forato per la ventilazione non è più impermeabile e deve essere utilizzato solo in condizioni asciutte.
Un motore a mozzo richiede manutenzione?
Pochi controlli necessari: verifica dei cuscinetti, del serraggio dell'asse, dello stato del cavo e dei connettori di fase. Questo è uno dei principali vantaggi di questa architettura rispetto a una trasmissione a catena.
È possibile montare un motore più potente sul proprio scooter elettrico?
Spesso, sì, utilizzando assi e distanziatori adatti alla larghezza delle braccia. È inoltre necessario verificare che il controller e la batteria siano compatibili, altrimenti il vantaggio rimane solo teorico.