Por que um motor elétrico aquece e qual é o limite dessa temperatura?

A potência de um motor elétrico é, primeiramente, limitada pela sua temperatura. Um motor pode suportar uma corrente muito alta por alguns segundos, mas então precisa diminuir para evitar danos. Compreender a origem do calor e o que ele pode causar ajuda a ajustar um veículo, a escolher um motor e a interpretar uma perda de potência durante a condução.

As perdas no cobre

Os enrolamentos têm uma pequena resistência elétrica. A corrente que os percorre dissipa calor, que é proporcional ao quadrado da corrente: dobrar a corrente multiplica esse calor por quatro. Essas são as perdas por efeito Joule, e elas se tornam significativas quando se exige muito torque: partidas, subidas, acelerações.

O fenômeno se autoalimenta: a resistência do cobre aumenta em aproximadamente 0,4% por grau. Portanto, um motor quente aquece ainda mais rapidamente, mantendo a mesma corrente.

É por isso que a escolha do enrolamento é importante: um motor de alta velocidade, que produz menos torque por ampère, exige mais corrente para o mesmo esforço. Consulte nosso guia sobre Kv, Kt e polos.

As perdas no ferro

O estator é feito de finas chapas de aço magnético. A cada ciclo elétrico, o campo magnético inverte sua polaridade, o que causa dois tipos de perdas:

• `histerese: uma pequena quantidade de energia perdida a cada inversão do campo no metal;`
• Correntes de Foucault: Correntes induzidas que giram nas chapas e as aquecem. É para limitar essas correntes que o ferro é laminado em chapas isoladas.

Estas perdas aumentam com a frequência elétrica, portanto, com a velocidade e o número de polos. Elas são mais significativas em altas velocidades e aumentam ainda mais com a redução do fluxo.

O que o calor ameaça

O isolamento dos enrolamentos

O fio de cobre é revestido com um verniz isolante, projetado para suportar uma temperatura máxima especificada pela sua classe de isolamento. Acima dessa temperatura, o verniz envelhece rapidamente e, em seguida, racha: as espiras entram em contato, o motor perde eficiência, aquece ainda mais e, eventualmente, queima.

Os ímãs

Os ímãs de neodímio perdem um pouco de força quando aquecem: o motor produz menos torque por ampère, o que pode ser revertido ao resfriá-lo. No entanto, acima de uma temperatura que depende do seu grau, parte da magnetização é perdida permanentemente: isso é a desmagnetização. O motor, então, se torna permanentemente mais fraco. Os graus dos ímãs são indicados por letras (por exemplo, H, SH, UH), que indicam sua resistência à temperatura.

O risco é máximo quando uma alta temperatura se combina com uma corrente forte que se opõe aos ímãs, como ocorre em situações de alta demanda de potência.

Como um motor de cubo (hub motor) dissipa o calor

Um motor de cubo para patinetes é uma estrutura fechada. O calor gerado pelas bobinas, localizadas no centro, precisa atravessar o ar interno antes de atingir a roda, e depois o ar externo; parte desse calor também se dissipa através do eixo, em direção à estrutura da patinete. Esse caminho é longo, o que explica por que um motor de cubo aquece rapidamente durante esforços repetidos.

Várias soluções podem aprimorar este processo:

• aberturas e uma boa circulação de ar, como a nossa ventilação para motores;
• um líquido especial (ferrofluido) colocado no espaço entre o rotor e o estator, que conduz o calor de forma mais eficiente do que o ar;
• Um motor maior, que produz o mesmo torque com menos corrente e oferece uma área de dissipação de calor maior.

Monitorar a temperatura

Muitos motores de patinetes elétricos incorporam um sensor de temperatura no enrolamento. Conectado ao controlador, ele permite que este reduza gradualmente a corrente antes de atingir um nível perigoso. É isso que causa a sensação de perda de potência após uma subida longa: uma proteção, e não uma falha.