Perché un motore elettrico si surriscalda e fino a dove può arrivare

La potenza di un motore elettrico è limitata prima di tutto dalla sua temperatura. Un motore può sopportare una corrente enorme per pochi secondi, poi deve raffreddarsi per non danneggiarsi. Comprendere da dove proviene il calore e cosa minaccia aiuta a regolare una macchina, a scegliere un motore e a interpretare un calo di potenza durante la marcia.

Le perdite nel rame

Gli avvolgimenti hanno una piccola resistenza elettrica. La corrente che li attraversa vi dissipa calore, proporzionale al quadrato della corrente: raddoppiare la corrente moltiplica questo calore per quattro. Queste sono le perdite nel rame, e dominano non appena viene richiesta molta coppia: partenze, salite, riprese.

Il fenomeno si autoalimenta: la resistenza del rame aumenta di circa lo 0,4% per grado. Un motore caldo si scalda quindi ancora più velocemente, a parità di corrente.

Ecco perché anche la scelta dell'avvolgimento è importante: un motore High Speed, che produce meno coppia per ampere, richiede più corrente per lo stesso sforzo. Vedi la nostra guida su Kv, Kt e poli.

Le perdite nel ferro

Lo statore è composto da sottili lamiere di acciaio magnetico. Ad ogni ciclo elettrico, il campo si inverte, producendo due tipi di perdite:

• l'isteresi: una piccola energia persa ad ogni inversione del campo nel metallo;
• le correnti parassite: correnti indotte che girano nelle lamiere e le riscaldano. Per limitarle, il ferro è realizzato a pacco di lamiere isolate.

Queste perdite aumentano con la frequenza elettrica, quindi con la velocità e il numero di poli. Contano soprattutto ad alta velocità e aumentano ulteriormente in indebolimento di campo.

Cosa minaccia il calore

L'isolante degli avvolgimenti

Il filo di rame è ricoperto da una vernice isolante, progettata per una temperatura massima definita dalla sua classe di isolamento. Oltre questa, la vernice invecchia rapidamente e poi si fessura: le spire si toccano, il motore perde efficienza, si scalda ancora di più e finisce per bruciare.

I magneti

I magneti al neodimio perdono un po' di forza quando si scaldano: il motore produce meno coppia per ampere, un fenomeno reversibile raffreddandosi. Ma oltre una temperatura che dipende dal loro grado, una parte dell'magnetizzazione viene persa definitivamente: questa è la smagnetizzazione. Il motore diventa così permanentemente più debole. I gradi dei magneti sono indicati da lettere (ad esempio H, SH, UH) che ne indicano la resistenza termica.

Il rischio è massimo quando una temperatura elevata si combina con una forte corrente opposta ai magneti, come in un forte indebolimento di campo.

Come un motore hub dissipa il suo calore

Un motore hub da monopattino è un involucro chiuso. Il calore degli avvolgimenti, situati al centro, deve attraversare l'aria interna prima di raggiungere il cerchio e poi l'aria esterna; una parte passa anche attraverso l'asse verso il braccio del monopattino. Questo percorso è lungo, il che spiega perché un motore hub sale rapidamente di temperatura durante gli sforzi ripetuti.

Diverse soluzioni migliorano questo percorso:

• aperture e circolazione dell'aria, come la nostra ventilazione per motori;
• un liquido speciale (ferrofluido) inserito nel traferro, che conduce il calore meglio dell'aria;
• un motore più grande, che produce la stessa coppia con meno corrente e offre maggiore superficie di scambio.

Monitorare la temperatura

Molti motori da monopattino integrano un sensore di temperatura nell'avvolgimento. Collegato al controller, gli permette di ridurre progressivamente la corrente prima della soglia di pericolo. È questa la sensazione di calo di potenza dopo una lunga salita: una protezione, non un guasto.