Почему греется мотор-колесо?

Мотор-колесо имеет надежную конструкцию и рассчитано на долгий срок службы. И даже если выходят из строя подшипники или датчики холла, их замена позволяет реанимировать электромотор и продолжить его эксплуатацию. Но иногда ступичный электродвигатель перегревается при работе, а превышение допустимой температуры губительно сказывается на его техническом состоянии.

Из-за критического нагрева электрического мотора появляются шумы при его работе, темнеют обмотки, перегорают провода, утрачивают свои качества неодимовые магниты. В результате снижается КПД электродвигателя: его энергопотребление увеличивается, а развиваемая скорость, тяговые характеристики и дальность хода на одном заряде АКБ падают.

Если МК перегрелось, а нагрузка не уменьшается, температура растет скачкообразно, и двигатель вскоре «умирает». Насколько быстро – зависит от потребляемой мощности и эффективности теплоотвода. В среднем электромотор нагревается до граничной температуры меньше чем за минуту.

Причины перегрева МК

Основными причинами перегрева мотор-колеса являются:

1. Некорректный выбор мощности МК при его покупке. Несоответствие мощности электромотора той нагрузке, с которой ему приходится работать. Общая нагрузка состоит из веса транспортного средства, перевозимых им людей и груза. Нагрузка значительно возрастает при преодолении крутых и затяжных подъемов, и вероятность перегрева зашкаливает. Особенно летом и при езде без педалей, по принципу мопеда. Поэтому нужно выбирать мощное и тяговитое мотор-колесо, в соответствии с его нагрузкой.
2. Форсирование маломощных МК. Нередко владельцы персонального электротранспорта покупают редукторные мотор-колеса с небольшими значениями вольтажа и мощности и форсируют их, используя контроллер с увеличенными характеристиками. Например, берут МК на 36 В, 350 Вт и форсируют его контроллером на 48 В и 600 Вт. В результате возрастает динамика. Но использование электромотора в не щадящем режиме приводит к его ускоренному износу и выходу из строя.
3. Нарушение правил эксплуатации двигателя, из-за которых внутреннее выделение тепла превышает допустимые значения. К перегреву электромотора приводят чрезмерные токовые нагрузки и слишком высокий крутящий момент. Поэтому чаще всего МК перегревается из-за повышения напряжения питания (в таком случае растет и ток) или увеличения механической нагрузки на валу. Дополнительно может сказываться неэффективное охлаждение (внешний отвод тепла) из-за слабого обдува или высокой температуры воздуха.

Обобщенная формула, почему греется мотор-колесо, выглядит так: недостаточная мощность МК + продолжительные высокие нагрузки. А если к этим слагаемым добавляется еще и летняя жара, перегрев электромотора и его быстрый выход из строя практически гарантирован. А вместе с движком может сгореть и контроллер.

Последствия перегрева

Когда нагрузка превышает возможности электрического двигателя, возросший ток вместо того, чтобы выполнять механическую работу, сильно нагревает обмотки ротора и постоянные магниты статора или ротора. При повышении температуры выше точки кюри магниты на время утрачивают свои свойства – до тех пор, пока температура не понизится. В обмотках ротора стремительно падает генераторная ЭДС, которая противостоит ЭДС батареи. Реактивное сопротивление обмоток уменьшается, проходящий через них ток критически увеличивается, и происходит скачкообразный перегрев.

Для неодимовых магнитов точка кюри соответствует примерно 120 °С. Если же обмотки ротора нагреваются выше 130–150 °С, в дополнение к описанным проблемам начинает разрушаться лаковая изоляция проводов и происходит межвитковое замыкание. Ток возрастает еще сильнее, как и уровень нагрева. Перегретые обмотки выглядят потемневшими или даже спекшимися и обуглившимися.

Как понять, что мотор-колесо перегревается?

При перегреве МК температура растет скачкообразно, поэтому обнаружить эту неисправность непросто. По ощущениям частота вращения остается прежней, мотор работает, а стремительный прирост тока и температуры остается незаметным, пока не оплавится изоляция на проводах обмоток и произойдет межвитковое замыкание. На этом этапе корпус МК уже будет горячим и возникнет запах гари. Но в большинстве случаев райдеры не замечают и этих признаков неисправности, продолжая движения вплоть до полного отказа электродвигателя.

Но если вы хорошо чувствуете свой транспорт и знаете границы его возможностей, просто не используйте его в запредельном режиме. Например, при крутом или затяжном подъеме, когда электровелосипед выкладывается на максимум и явно «напрягается», помогите ему педалями. Если же вы едете на электроскутере или мопеде и чувствуете, что он устал от высоких нагрузок, дайте ему отдохнуть. А в следующий раз при покупке электромотора купите более мощную модель. Также поможет контроллер с выбором мощности. В жаркий день просто выставьте в настройках половинную мощность.

Как избежать таких проблем?

Чтобы мотор-колесо не перегревалось при интенсивных нагрузках, необходимо:

1. Использовать МК со встроенным датчиком температуры и контроллером, способным автоматически снижать силу тока при сильном нагреве обмоток. Когда температура превысит допустимое значение, контроллер снизит силу тока или даже временно отключит электромотор, чтобы уберечь его от перегрева.
2. Вместо сложной управляющей электроники можно купить мощное мотор-колесо, с 20–50% запасом мощности, и использовать его с обычным контроллером.
3. Не превышать номинальную мощность при езде и контролировать температуру МК.
4. После 10–15 минут высокой нагрузки – экстремальной езды по гравию или песку, подъему по склону и т.п. – делать перерыв на 10–15 минут, чтобы двигатель остыл.
5. При использовании маломощного мотора на 250–350 Вт – избегать дополнительных нагрузок на мотор и помогать ему педалями. Дополнительную нагрузку создает не только вес райдера, пассажира и перевозимых грузов, но и езда с мягкими шинами, с давлением ниже 1,5 атм., и трение тормозных колодок при их неправильной настройке.

Ранее в блоге VoltBikes вышла статья об устройстве электроквадроциклов.