Nedávno jsme zde rozebírali problematiku přehřívání elektromotoru e-koloběžek Xiaomi. Závěrem bylo, že při dlouhém zatěžování jízdou ve stoupáních a dlouhodobých brzdění motorem se teplota v jeho nitru dokáže rychle vyšplhat na nebezpečné hodnoty. Snižuje to životnost motoru, ba může ho to úplně zničit. Abychom tomu zabránili, rozebereme si podrobněji jak je na tom elektromotor s chlazením a jak mu v tom směru pomoci.
Chlazení od výroby
Největším zdrojem tepla v motoru je jeho 27 cívek vinutí. Z těchto cívek teplo přechází na samotný stator. Plastová izolace mezi cívkami a kovem statoru je první překážka, která brání rychlejšímu odvádění tepla. Další „brzdou“ při odvádění tepla je osa motoru. Je napůl dutá, procházejí ní napájecí kabely od řídící jednotky a plochy, přes které teplo přechází na hliníkový kryt motoru a přední vidlici koloběžky jsou malé: jen přes ložisko, podložku a matici.
Zcela uzavřený motor elektrokolobežky také neumožňuje žádné odvádění horkého vzduchu z vnitřku. I přenos tepla vyzařováním na boční kryty je slabý. Hliníkový odlitek bez tmavého nátěru odráží tepelné záření zpět. Vzduchová mezera mezi statorem a magnety rotoru je rovněž špatný vodič tepla. Samotné magnety jsou sice citlivé na vysoké teploty (některé typy trvale ztrácejí sílu již při 80 ° C), ale jsou dobře chlazené přímo hliníkovým ráfkem kola na kterém jsou přilepená.
Pokud si to shrneme: hliníkové těleso motoru je sice dobrý chladič, ale teplo z měděného vinutí se na něj dostává velmi pomalu a horký vzduch zevnitř se také nemá jak dostat ven. Situace je tedy dost špatná. Jak z toho ven?
Možnosti zlepšení chlazení
Existuje několik cest jak si pomoci se snížením teploty motoru při používání koloběžky. Všechny jsou vyzkoušené v komunitě majitelů elektrokol, jejichž motory jsou výrazně podobné motorem elektrokolobežek.
1. Vyvrtání otvorů do boků motoru
Udělat několik velkých otvorů do bočních krytů je účinná metoda ochlazování. Má však nevýhody: Oslabení pevnosti korpusu motoru a hlavně ztráta vodotěsnosti a prachotěsnosti. Při elektrokoloběžce je to horší, protože střed kola je oproti kolu níže u silnice, kde je více prachu. Odolný nátěr statoru i rotoru, případně zalití statoru epoxidem určitě pomůže.
2. Nalití oleje do motoru
Menší množství (25 – 100 ml) transformátorového, převodového nebo motorového oleje v motoru podstatně zlepší odvádění tepla. Olej ochlazuje cívky a hlavně vyplňuje vzduchovou mezeru mezi póly statoru a magnety rotoru. Nevýhody: zamaštění celého vnitřku. Unikání oleje přes netěsnosti (kolem bočního krytu, kolem ložisek). Úniky se zvyšují s teplotou motoru – vzniká přetlak. Důkladné utěsnění motoru a instalace přetlakového ventilu mohou úniky snížit. Problémem při oleji je i riziko nesnášenlivosti oleje a některých plastů, lepidel a podobně.
3. Ferrofluid
Tekutá suspenze z magnetických nanočástic menších než 10 nanometrů rozpuštěných v oleji funguje podobně jako běžný olej: Vyplňuje vzduchovou mezeru mezi statorem a rotorem.
Oproti oleji má však plusy. Ferrofluid je přitahován k magnetům, vyplňuje přesně jen ta místa kde je nejvíce potřeba. Potřebujeme ho tedy jen velmi malé množství: 5 až 10 ml! Nezpůsobuje ani úniky mastnoty a klade proti pohybu jen minimální odpor. Z grafu je vidět, že dokáže snížit teplotu statoru o více než 30 °C.
Nevýhodou je jeho dostupnost a vysoká cena. 10 ml suspenze STATORADE stojí 800 korun. Mínusem je i to, že citlivé magnety rotoru jsou intenzivním přechodem tepla více zatěžovány.
4. Nanesení matné černé barvy na vnitřek motoru
Vycházíme z poznatku, že těleso dobře pohlcující viditelné světlo dobře pohlcuje i infračervené záření. Výsledky zkoušek potvrzují, že nanesením matné černé barvy na vnitřní boky motoru, stator a magnety se zlepší přenos tepla o přibližně 5%.
5. Zlepšení odvodu tepla z osy motoru na vidlici koloběžky
Odstraněním barvy, přebroušením a zarovnáním dosedacích plošek vidlice, podložky, upevňovací matice kola a nanesením tepelně vodivé pasty nebo tepelně vodivého silikonu, můžeme z obou stran trochu snížit tepelný odpor. Když to uděláme precizně, zjistíme, že vidlice elektrokolobežky (nebo pružení Monor) se po dynamičtější jízdě začne o něco více nahřívat.
Úprava jednoho motoru v praxi
Po zvážení všech možností vylepšení chlazení (a mém osobním odporu k „mastným“ řešením: olej, Ferrofluid) jsem se rozhodl pro vyvrtání tří větších otvorů do boku motoru, natření jeho nitra černou barvou a zlepšení přenosu tepla z osy na vidlici koloběžky přebroušením a přepastovaním dosedacích plošek. Nejnáročnějším úpravou byla realizace bočních otvorů, tak si ji blíže popíšeme.
Ventilační otvory na boku kola
Mým cílem bylo nejen vyvrtat do víka tři obyčejné díry, ale vyrobit 3 uzavíratelné, vodotěsné otvory, které budou po většinu času ježdění zavřené a otevřou se jen v případě potřeby intenzivnějšího chlazení.
Dříve bylo nutné sehnat materiál: stupňový vrták do kovu „stromeček“ do průměru 20 mm, mosazné vodařská redukce G 1/2 „x G 3/8“, mosazné zátky G 3/8 „, dvousložkové epoxidové lepidlo na kov, pár zbroušených 5 centových mincí (pro výrobu horních částí zátek) a teflonovou těsnící pásku.
Po rozebrání elektromotoru následovalo vyměření a vrtání děr. Po naříznutí 1/2 „závitů do otvorů se do nich našroubovaly připraveny zkrácené mosazné objímky z vnějším závitem G 1/2“ a vnitřním G 3/8 „s naneseným epoxidovým lepidlem.
Zbývalo už jen vyrobit z 3/8 „mosazných zátek a pěticentovek pomocí epoxidového lepidla samotné zátky. Ideálním těsněním se ukázala srolovaná bílá vodařská teflonová páska, jak to vidět na detailní fotografii.
TTip na závěr
Komu se uvedené způsoby zlepšování chlazení motoru elektrokoloběžek Xiaomi příliš radikální, nebo technicky náročné, existuje jeden velmi jednoduchý a nedestruktivní způsob, jakým si lze trochu vylepšit ochlazování motoru: Stačí, když si z levého boku motoru jednoduše vypáčíw šedý plastový kryt, který nemá jiný účel než estetický.
Je tam pouze „samozacvaknutý“ a na pár místech pojištěný minimálním množstvím silikonového tmelu. Když se vám motor bez plastového krytu nebude líbit, můžete si kryt kdykoliv vrátit zpět.