Nedávno sme tu rozoberali problematiku prehrievania elektromotora e-kolobežiek Xiaomi. Záverom bolo, že pri dlhom zaťažovaní jazdou v stúpaniach a dlhodobých brzdeniach motorom sa teplota v jeho vnútri dokáže rýchlo vyšplhať na nebezpečné hodnoty. Znižuje to životnosť motora, ba môže ho to úplne zničiť. Aby sme tomu zabránili, rozoberieme si podrobnejšie ako je na tom elektromotor s chladením a ako mu v tom smere pomôcť. Ako teda zlepšiť chladenie motorov Xiaomi?
Chladenie motorov od výroby
Najväčším zdrojom tepla v motore je jeho 27 cievok vinutia. Z týchto cievok teplo prechádza na samotný stator. Plastová izolácia medzi cievkami a kovom statora je prvá prekážka, ktorá bráni rýchlejšiemu odvádzaniu tepla. Ďalšou „brzdou“ pri odvádzaní tepla je os motora. Je napoly dutá, prechádzajú ňou napájacie káble od riadiacej jednotky a plochy, cez ktoré teplo prechádza na hliníkový kryt motora a prednú vidlicu kolobežky sú malé: len cez ložisko, podložku a maticu.
Úplne uzatvorený motor elektrokolobežky tiež neumožňuje žiadne odvádzanie horúceho vzduchu z vnútra. Aj prenos tepla vyžarovaním na bočné kryty je slabý. Hliníkový odliatok bez tmavého náteru odráža tepelné žiarenie späť. Vzduchová medzera medzi statorom a magnetmi rotora je takisto zlý vodič tepla. Samotné magnety sú síce citlivé na vysoké teploty (niektoré typy trvalo strácajú silu už pri 80 °C), ale sú dobre chladené priamo hliníkovým ráfikom kolesa na ktorom sú prilepené.
Ak si to zhrnieme: hliníkové teleso motora je síce dobrý chladič, ale teplo z medeného vinutia sa naňho dostáva veľmi pomaly a horúci vzduch zvnútra sa tiež nemá ako dostať von. Situácia je teda dosť zlá. Ako z toho von?
Ako vylepšiť chladenie motorov Xiaomi?
Existuje niekoľko ciest ako si pomôcť so znížením teploty motora pri používaní kolobežky. Všetky sú vyskúšané v komunite majiteľov elektrobicyklov, ktorých motory sú výrazne podobné motorom elektrokolobežiek.
1. Vyvŕtanie otvorov do bokov motora
Urobiť niekoľko veľkých otvorov do bočných krytov je účinná metóda ochladzovania. Má však nevýhody: Oslabenie pevnosti korpusu motora a hlavne strata vodotesnosti a prachotesnosti. Pri elektrokolobežke je to horšie, lebo stred kolesa je oproti bicyklu nižšie pri ceste, kde je viac prachu. Odolný náter statora aj rotora, prípadne zaliatie statora epoxidom určite pomôže.
2. Naliatie oleja do motora
Menšie množstvo (25 – 100 ml) transformátorového, prevodového, alebo motorového oleja v motore podstatne zlepší odvádzanie tepla. Olej ochladzuje cievky a hlavne vypĺňa vzduchovú medzeru medzi pólmi statora a magnetmi rotora. Nevýhody: Zamastenie celého vnútrajška. Unikanie oleja cez netesnosti (okolo bočného krytu, okolo ložísk). Úniky sa zvyšujú s teplotou motora – vzniká pretlak. Dôkladné utesnenie motora a inštalácia pretlakového ventilu môžu úniky znížiť. Problémom pri oleji je aj riziko neznášanlivosti oleja a niektorých plastov, lepidiel a podobne.
3. Ferrofluid
Tekutá suspenzia z magnetických nanočastíc menších ako 10 nanometrov rozpustených v oleji funguje podobne ako bežný olej: Vypĺňa vzduchovú medzeru medzi statorom a rotorom.
Oproti oleju má však plusy. Ferrofluid je priťahovaný k magnetom, vypĺňa presne len tie miesta kde je najviac potrebný. Potrebujeme ho teda len veľmi malé množstvo: 5 až 10 ml! Nespôsobuje ani úniky mastnoty a kladie proti pohybu len minimálny odpor. Z grafu vidno, že dokáže znížiť teplotu statora o viac ako 30°C.
Nevýhodou je jeho dostupnosť a vysoká cena. 10 ml suspenzie STATORADE stojí 30 eur. Mínusom je aj to, že citlivé magnety rotora sú intenzívnym prechodom tepla viac zaťažované.
4. Nanesenie matnej čiernej farby na vnútrajšok motora
Vychádzame z poznatku, že teleso dobre pohlcujúce viditeľné svetlo dobre pohlcuje aj infračervené žiarenie. Výsledky skúšok potvrdzujú, že nanesením matnej čiernej farby na vnútorné boky motora, stator a magnety sa zlepší prenos tepla o približne 5%.
5. Zlepšenie odvodu tepla z osi motora na vidlicu kolobežky
Odstránením farby, prebrúsením a zarovnaním dosadacích plošiek vidlice, podložky, upevňovacej matice kolesa a nanesením tepelne vodivej pasty alebo tepelne vodivého silikónu, môžeme z oboch strán trochu znížiť tepelný odpor. Keď to urobíme precízne, zistíme, že vidlica elektrokolobežky (alebo pruženia Monorim) sa po dynamickejšej jazde začne o niečo viac nahrievať.
Úprava jedného motora v praxi
Po zvážení všetkých možností vylepšenia chladenia (a mojom osobnom odpore k „mastným“ riešeniam: olej, ferrofluid) som sa rozhodol pre vyvŕtanie troch väčších otvorov do boku motora, natretie jeho vnútra čiernou farbou a zlepšenie prenosu tepla z osi na vidlicu kolobežky prebrúsením a prepastovaním dosadacích plošiek. Najnáročnejšou úpravou bola realizácia bočných otvorov, tak si ju bližšie popíšeme.
Chladenie motorov pomocou ventilačných otvorov na boku kolesa
Mojim cieľom bolo nielen vyvŕtať do veka tri obyčajné diery, ale vyrobiť 3 uzatvárateľné, vodotesné otvory, ktoré budú po väčšinu času jazdenia zatvorené a otvoria sa len v prípade potreby intenzívnejšieho chladenia.
Predtým bolo potrebné zohnať materiál: stupňový vrták do kovu „stromček“ do priemeru 20 mm, mosadzné vodárske redukcie G 1/2“ x G 3/8“, mosadzné zátky G 3/8“, dvojzložkové epoxidové lepidlo na kov, zopár zbrúsených 5 centových mincí (na výrobu horných častí zátok) a teflonovú tesniacu pásku.
Po rozobratí elektromotora nasledovalo vymeranie a vŕtanie dier. Po narezaní 1/2“ závitov do otvorov sa do nich naskrutkovali pripravené skrátené mosadzné objímky z vonkajším závitom G 1/2“ a vnútorným G 3/8“ s naneseným epoxidovým lepidlom.
Ostávalo už len vyrobiť z 3/8“ mosadzných zátok a päťcentoviek pomocou epoxidového lepidla samotné zátky. Ideálnym tesnením sa ukázala zrolovaná biela vodárska teflonová páska, ako to vidieť na detailnej fotografii.
Tip na záver
Komu sa vidia uvedené spôsoby zlepšovania chladenia motora elektrokolobežiek Xiaomi príliš radikálne, alebo technicky náročné, existuje jeden veľmi jednoduchý a nedeštruktívny spôsob, akým si možno trocha vylepšiť ochladzovanie motora: Stačí, keď si z ľavého boku motora jednoducho vypáčite sivý plastový kryt, ktorý nemá iný účel ako estetický.
Je tam iba „samozacvaknutý“ a na pár miestach poistený minimálnym množstvom silikónového tmelu. Keď sa vám motor bez plastového krytu nebude páčiť, môžete si kryt kedykoľvek vrátiť späť.