Hub-motor / in-wheel drive system / motor-de-cubo

Este post, tal como o título nos sugere, é inteiramente dedicado ao motor elétrico escolhido para equipar a Morcega. Os seguintes, serão objeto dos restantes componentes utilizados. Terminarei esta sequência, com o relato da experiência da compra. Isto só porque vem aí o Natal e vocês podem querer também fazer algum pedido especial ao barbudo.

No post anterior, falei-vos de pesquisas, um método a que recorri vezes e vezes sem conta neste projeto. Para afinar as pesquisas, é importante percebermos o que temos em mãos e as suas limitações (ou virtudes se for esse o caso), para que possamos assim focarmo-nos no que que há disponível no mercado que possamos utilizar. Baralhados? Eu explico. Por exemplo, o chassis da Morcega é um tipo de chassis que só permite a instalação de hub-motors ou motores-de-roda, dito na nossa língua. Logo, por este facto, eu estava condicionado a esta arquitetura de motor e suas caraterísticas, o que no meu caso nem foi necessariamente mau pois revejo algumas (muitas) vantagens neles.

Embora muito do que venha aqui a ser dito também se possa aplicar aos automóveis (sim, também existem automóveis com estes tais motores-de-roda), o meu projeto e a minha orientação, daqui em diante, é de aplicação exclusiva aos motociclos.

Hub-motor / in-wheel drive system / motor-de-cubo

QSMotor 13inch 6000W In-Wheel Hub Motor

QSMotor 13″ 6000W In-Wheel Hub Motor

Para quem não sabe, este é um sistema em que a jante da roda possui no seu eixo o próprio motor. Este sistema é muito habitual, não só nas bicicletas elétricas mas também na generalidade das scooters a pilhas. Existem algumas vantagens nestes motores face aos demais motores elétricos, nomeadamente:

Simplicidade de integração no veículo: Para um rookie como eu, trata-se de uma ENORME vantagem. A aplicação de um outro tipo de motor num veículo passa naturalmente, por um processo de “fixação” ou “adaptação” deste ao chassis. Podemos englobar neste processo os seguintes aspetos:

  • Definição e construção de apoios;
  • Verificação do alinhamento do pinhão de ataque acoplado ao motor, com a cremalheira;
  • Estudo da nova relação de transmissão – instalação de nova cremalheira que compense a ausência de caixa de velocidades;
  • Ajuste do comprimento da corrente;
  • Substituição da corrente por correia e por conseguinte cremalheira por poli.

Em suma, fruto da alteração de motor, toda a transmissão tem de ser modificada. Com o novo motor elétrico, existe naturalmente uma nova relação de transmissão que tem de ser estudada para permitir um compromisso entre força e velocidade, uma vez que, por simplicidade e não havendo necessidade de tal, iremos prescindir da caixa de velocidades. No que diz respeito à corrente, podemos equacionar também a substituição por uma correia. Embora esta alteração não seja mandatária, no meu entender ela faz todo o sentido num VE de 2 rodas. Agora que trocámos o ruidoso motor por um bem mais silencioso, não vamos querer passar a ouvir o resmalhar da corrente, pois não? A correia, confere assim a suavidade de funcionamento e a dignidade que um VE merece.

Espero que tenham entendido, porque na verdade nada do que aqui foi dito atrás se aplica a um motor-de-cubo. Neste caso, é montar a roda/motor e ligar os cabos. Tão simples quando isto. T-ã-o simples…

Regenerativa: Para os menos familiarizados com estes termos, refiro-me à caraterística de um motor elétrico poder ele próprio funcionar também como um gerador de corrente. Esta regeneração ocorre sempre que existe movimento sem dispêndio de energia, como numa descida em que não se acelera, ou tão simplesmente o ato de deixar rolar o veículo perante uma paragem num semáforo, por exemplo. A travagem regenerativa confere a um VE, a mesma sensação e o mesmo sentido prático que a travagem de motor proporciona num CI, com a vantagem de que num VE a desaceleração é acompanhada da recuperação de energia para a bateria, proporcionando ao mesmo tempo uma maior segurança na travagem (menor probabilidade da roda entrar em derrapagem), uma maior suavidade de condução e também claro, uma poupança de travões. Contudo, para que se possa tirar partido destas vantagens tão apreciadas pelos utilizadores dos VE, é fundamental que o controlador seja também ele próprio capaz de lidar com a capacidade do motor funcionar como gerador.

Espaço para a conversão: Outra grande vantagem destes motores é o espaço que não ocupam. Isto é tão ou mais importante, quando falamos de veículos de 2 rodas onde o espaço para a bateria e demais componentes é quase sempre escasso.

Refrigeração: Apesar de existir uma variante de motores de roda com opção de refrigeração líquida, normalmente estes motores não são refrigerados porque, por um lado a sua potência nunca é muito elevada (os maiores que conheço são de 10kW) e por outro, o facto de ficarem no exterior do veículo faz com que beneficiem também da própria deslocação do ar.

Mas nem tudo são rosas na vida e também não só de vantagens vivem os motores-de-roda. Eis alguns ‘espinhos’ ou desvantagens destes motores:

Peso em movimento ou peso suspenso: Como disse anteriormente, o motor nesta arquitetura é a jante ou a roda do veículo. No caso da Morcega, falo-vos de aproximadamente 23Kg em rotação. O peso destes motores vem quase todo ele do fato de possuírem inúmeros ímãs no seu interior, capazes de gerarem campos magnéticos muito fortes. Imaginem agora uma máquina de lavar a roupa a centrifugar a 1000rpm. Imaginam o que se passa se ela não tiver os 4 apoios bem assentes no chão? Pois é, as suas vibrações propagam-se a tudo o que com ela estiver em contacto. É mais ou menos isto que pode suceder, se o motor e a jante não estiverem calibrados. Para além deste facto, acrescentar peso em partes móveis como é o caso de uma roda, afeta aspetos da dinâmica de um veículo como a aceleração e viragem. Apesar destes ‘espinhos’, podemos encontrar equipas a competir no TTX GP (Time Trials Xtreme Grand Prix) com esta tecnologia.

Fiabilidade: Estes motores, por estarem naturalmente mais em contacto com o solo, são mais “massacrados” do que qualquer outro tipo de motor. Passar por cima de um buraco, por exemplo, transmite grande parte da energia de impacto ao próprio motor. Como é fácil perceber, estas situações não geram saúde, ficando a fiabilidade destes motores também muito relacionada com a sua robustez de construção. Ainda assim e pela minha experiência, não reconheço neste ponto uma preocupação real.

Dificuldade em substituir/reparar pneu: Em caso de furo, é bom que o pneu consiga ser reparado com um taco, pois remover a roda para reparação pode ser o cabo dos trabalhos. Digo ‘pode’ porque já presenciei a mesma operação em 2 motores idênticos, com a diferença de que num deles bastou desapertar 432 parafusos para conseguir extrair o motor da própria jante, ao passo que no outro, não havendo esta possibilidade/facilidade, obrigou mesmo a desconetar fisicamente o motor do controlador para libertar a roda.

6 Phases hub-motor

Motor separável da jante

Motor da Morcega

Motor não separável da jante (motor da Morcega)

Arrefecimento: Dado o facto de o motor ser completamente fechado, não há como reforçar o seu arrefecimento, embora como disse mais atrás, exista a opção de arrefecimento a líquido em marcas como a EnerTrac (http://www.enertrac.net). Com esta opção, a potência do motor é também superior. Os modelos desta marca, quando refrigerados, duplicam mesmo a potência, passando a disponibilizar 20kW!

Estética: Dependendo do veículo em causa, a estética pode sair prejudicada. No caso da Morcega, até acho que o motor fica bem na scooter mas isto é uma opinião muito própria e nada isenta. No caso dos motores da EnerTrac, a montagem do motor pode ser feita em diferentes configurações de jante, de forma a minimizar o impacto visual.

Não digo que não existam mais ‘espinhos’ (há-os com certeza, até porque estes motores não são os preferidos dos mais entendidos e por algum motivo será) mas a simplicidade desconcertante destes motores e a disponibilização do espaço que proporcionam na conversão, fazem com que sejam os meus favoritos.

Com as características do meu chassis, eu encontrava-me limitado a este tipo de motor, o que até foi bom, como podem agora avaliar. Quando se tem pouca experiência e a oferta de soluções é muito vasta, a escolha torna-se naturalmente uma dor de cabeça. Neste meu caso nem havia escolha possível, “só” me faltava escolher a potência, ter em conta a tensão de funcionamento e claro, o vendedor.

Estava fácil demais. Se até aqui a escolha por um motor-de-roda era uma escolha forçada, a sua tecnologia de funcionamento já não o era. Em termos de motores elétricos e também neste tipo de motor, podemos ter os que são escovados (brushed) e os não escovados (brushless). Entrar nas caraterísticas que os diferenciam é, para mim, pisar ramo verde mas acho que ninguém estará em desacordo comigo se eu disser apenas que os brushless são motores que pela ausência de escovas são mais duráveis (embora tanto quanto sei, desde que não se ande a fazer corridas, a durabilidade dos brushed é também bastante grande), de montagem mais simplificada (assemblagem do próprio motor) mas também mais carotes. Creio ainda que os motores brushed são mais destinados a uma utilização onde sejam necessárias maiores tensões de funcionamento. Em suma, as principais diferenças entre ambos, estão na maior simplicidade de controlo do motor brushed, na eletrónica menos complexa que este requer para ser comandado e no facto de ser também um motor mais barato.

Para complicar um pouco temos ainda os motores de 3 fases e os de 6 fases mas sobre estes peço que vão um pouco atrás, ao post “O renascer dos electrões…”, onde expliquei sucintamente as vantagens e desvantagens de cada um.

Outro aspeto muito importante tem a ver com a questão do tamanho da roda e da própria dimensão do motor. A Morcega foi concebida para trabalhar com roda 13” e foi esse o tamanho de roda que tive de manter. Preocupei-me ainda com a dimensão do eixo, tanto no seu comprimento como no próprio diâmetro, pois havia que assegurar que a roda caberia e encaixaria na perfeição no meu chassis. Para esta confirmação, recorri à datasheet do próprio fabricante. A boa notícia é que isto parece que está mais ou menos estandardizado mas aconselho-vos sempre a terem a mesma preocupação que eu tive. O seguro morreu de velho… só não sei se chegou a ligar com um chinês ou não.

E qual foi afinal a minha opção para a Morcega? Normalmente diz-se que em equipa que ganha não se mexe e eu mantive assim a aposta num brushless. Eu já tinha percorrido 11 mil quilómetros com um brushless de 5000 Watts a 72 Volts. Em termos de potência e numa utilização a solo, este motor era suficiente, com pendura era digamos que o mínimo aceitável quando enfrentava subidas de maior inclinação. Optei assim por um brushless com um pouco mais de torque e potência, um de 6000 Watts também a 72 Volts. Cheguei a procurar motores de maior potência mas comecei-me a aperceber que a variedade e a oferta diminuíam bastante, para além de que li relatos de problemas de aquecimento e outras situações em que os seus utilizadores duvidavam inclusive que os motores tivessem as especificações anunciadas.

Estas são as caraterísticas do motor-de-roda QSMotor da Morcega:

  1. Motor Type: BLDC Hub Motor with Permanent Magnets
  2. Motor design: Double axle out with 13inch Aluminium rim
  3. Rim size:3.5×13
  4. Matching Tire: 130/60-13
  5. Magnet Height: 45MM
  6. of Pole Pairs: 28 pairs
  7. Rated Power: 6000W
  8. Max Power:7905W(Peak 12000W)
  9. Rated Voltage: 72V( 72-144V Can be optional)
  10. Speed: 110km/h (30-110km/h can be customized)
  11. Max No-load RPM:1339RPM
  12. Max Torque: 200N.M
  13. Max Efficiency: 88%
  14. Continious current:91A
  15. Max current:119A ,Peak 180A
  16. Brake type: Disc brake
  17. Rear Fock width for installation: 200mm
  18. Winding Core material: Aluminium
  19. Cross Section of Phase wire: 16 mm2
  20. Hall sensor phasing angle: 120 degree
  21. Temperature Sensor: Optional
  22. Working Temperature: 70 degree, Peak 120 degree
  23. Waterproof Grade: IP54
  24. W./ G..W. : 21kgs / 22kgs
  25. Package Size: 44*43*34CM

Podem encontrar mais detalhes e mais opções destes motores em http://www.qs-motor.com/.

Em termos de marcas, esqueçam lá isso porque o que não for feito ou vier da China é porque não existe. Sim, ainda não o disse mas há material que não é fácil de encontrar na europa…

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4 Responses to Hub-motor / in-wheel drive system / motor-de-cubo

  1. Nuno says:

    Muito bem, e o que importa é que tens isso a andar 🙂
    Há mais 2 aspectos que posso comentar em relação aos motores brushed (com escovas, ou escovado) e brushless.
    Se uma falha no controlador deixar o motor ligado à bateria, no caso do motor escovado ele dispara à velocidade máxima e no caso do motor sem escovas ele trava a roda. Ambas as situações são más, mas penso que é pior ter um veiculo “vivo” à solta. Diga-se de passagem que nunca ouvi falar que isso alguma vez tivesse acontecido, em geral a tecnologia dos controladores está num ponto em que isso não acontece. De qualquer forma, tradicionalmente um sistema com motor escovado tem um contactor (relé) que desliga o motor em situações como a travagem (isto impede utilização da travagem regenerativa).
    Em geral estes motores roda sem escovas “chineses” não são nem dos mais eficientes nem dos que têm melhor relação potência/peso, mas são mais baratos e encontram-se na versão “roda” que, como concluíste, facilita grandemente a adaptação ao veículo – nunca vi um motor-de-roda escovado, pelo menos nesta gama de potências para motas. Como exemplo, nos motores da Motenergy (que tem escovados e sem escovas) encontras motores com até 90% de eficiência e 16Kg de peso com 9KW de potência contínua (numa gama de preços de 500 – 600 USD).
    Quanto a disponibilidade de “peças” para VEs aqui na Europa, estamos de facto bastante mal…

    • Sergio says:

      Focaste um aspeto que era eu para ter referido no post e que me passou e ainda bem porque senão, o texto ainda ficava maior e o meu universo de 2 leitores e 2 comentadores que, curiosamente até acho que são as mesmas pessoas, corria o risco de desaparecer. Refiro-me à consequência que descreves em caso de falha do controlador. Efetivamente estes motores, até pela caraterística física de não ficarem na rotação máxima em caso de falha, são mais seguros para quem inicia um processo como este e tem falta de experiência ou conhecimentos. Estou fã dos motores-de-roda apesar de que se fizesse uma conversão numa mota como a tua, acho que iria para outros motores … quem sabe o que vem aí a seguir… 😉

  2. Helder says:

    É verdade. Infelizmente, na Europa, fabricantes de motores, ou não te ligam literalmente nenhuma porque nem se dignam a responder a contactos, ou se ligam, dão valores de aquisição tão estapafúrdios que a única coisa que fazem é criar-nos um leve sorriso na cara e um pensamento sobre um tipo louco…

    Mas como em tudo na vida, da China não vêm só coisas más, aliás, muito do que as marcas “ocidentais” produzem é mesmo feito lá, com controlo de qualidade e especificações a condizer, claro, mas é lá, logo, eles sabem fazer bem.

    Quanto aos motores, concordo com a tua lógica. Um tipo “verdinho” em termos de conversão, se puder evitar trabalhos complicados é sempre uma mais valia. E a simplicidade de aplicação destes motores é desconcertante!

    Mais um excelente post! Venham mais destes!

    • Sergio says:

      A china teve na minha opinião, o dom de ter colocado VE acessíveis ao “povo”, em particular as scooter. Reclamamos da sua fraca qualidade mas a verdade é que foram eles que as fizeram e exportaram para esse mundo fora e é deles que hoje continuamos a importar muita coisa porque, como dizes e bem, na Europa nem querem saber. Por tudo aquilo que tenho passado e que tenho aqui relatado, acho que a principal diferença para os Ocidentais é que se eles querem fazem e nós se queremos entramos em espirais de protótipos, burocracias, leis… e nunca fazemos nada. Temos muito a aprender ainda, acho.

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