Con l'Europa che pianifica di diventare un'"economia a zero emissioni" entro il 2040, il futuro della mobilità è elettrico.

Tra i diversi veicoli elettrici che esistono oggi, gli scooter elettrici forniscono la soluzione più promettente. Oltre ad essere più ec0-friendly di altre alternative di trasporto elettrico, la loro natura portatile e le dimensioni compatte li rendono ideali per il pendolarismo urbano (e sicuramente un futuraride!).

Oggi, cercheremo di spiegare il meccanismo di funzionamento di questa incredibile giostra.

Uno scooter elettrico, come dice il nome, funziona con l'elettricità. Ha una batteria che immagazzina energia elettrica, che viene poi convertita in energia cinetica da un motore. La parte principale di lavoro o il propulsore di uno scooter elettrico è il suo motore.

Cerchiamo di capire come funziona!

Come funziona il motore di uno scooter elettrico?

Dall'accelerazione e la velocità massima alla capacità di arrampicata, è il motore di uno scooter elettrico che determina quasi tutti gli aspetti delle sue prestazioni. 

Prima di dare un'occhiata al meccanismo di funzionamento e al tipi di motori per scooter elettricivediamo quali sono le cose più importanti che possiamo desiderare da loro.

Cose che si possono desiderare da un motore di scooter elettrico

Il motore di uno scooter elettrico deve avere abbastanza coppia di partenza per muovere lo scooter da fermo.

Deve avere una potenza adeguata per portarti dove vuoi, sia che si tratti di un posto in salita. Deve anche essere controllabile in modo da variare la velocità del tuo scooter secondo le tue esigenze.

Soprattutto, deve essere affidabile e durevole per durare a lungo.

Tipi di motore di scooter elettrico

Ci sono due tipi comuni di motori che vengono utilizzati negli scooter elettrici. Essi sono:

• Motori DC spazzolati. 
• Motori DC senza spazzole.

Vediamo come funziona ognuno di loro e quali vantaggi ha uno rispetto all'altro.

Motore DC spazzolato

Un motore DC spazzolato è un motore in cui la corrente elettrica viene fornita alle bobine dell'elettromagnete sul rotore attraverso una coppia di spazzole. La caratteristica principale di questo motore è che l'elettricità viene fornita alla parte del motore che ruota.

Questo tipo di motore è stato sviluppato all'inizio del XIX secolo ed è principalmente popolare per il suo basso costo e il suo funzionamento semplice.

Ecco uno schema di un motore DC spazzolato, che può aiutare a capire come funziona questo motore. 

Parti funzionali di un motore DC spazzolato 

Un motore DC spazzolato è composto dalle seguenti parti:

Il Spazzole sono fatti di un materiale conduttivo che non è abrasivo. Hanno lo scopo di condurre l'elettricità dalla fonte (la batteria dello scooter) alla bobina elettromagnetica del rotore. Questo rende possibile che le bobine elettromagnetiche del rotore abbiano una fornitura di elettricità anche quando stanno ruotando in riferimento alle spazzole.

Il Commutatore è generalmente fatto di rame o di un altro metallo altamente conduttivo. Riceve l'elettricità dalle spazzole e la conduce agli avvolgimenti dell'elettromagnete del rotore. Ci sono due contatti di commutatore per ogni bobina del motore.

Il Armatura, chiamato anche rotore, è la parte del motore che ruota e converte l'energia elettrica in energia cinetica (movimento). Ha un mucchio di bobine di filo avvolto su di esso che genera il campo magnetico che fa ruotare l'albero del motore.

Il Statore è l'alloggiamento del motore che ha un magnete permanente al suo interno. Questo magnete fornisce il campo magnetico che interagisce con il campo magnetico degli elettromagneti del rotore per far ruotare il rotore. Alcuni motori DC potrebbero avere un elettromagnete nello statore. Nel caso di questi motori, l'elettromagnete dello statore prende elettricità dalla stessa fonte delle bobine del rotore.

Il Albero è la parte di uscita del motore dove l'energia è usata per fare lavoro, cioè ruotare la ruota di uno scooter.

Cosa succede quando si accende un motore a corrente continua spazzolato?

Quando si accende un motore DC spazzolato, avviene la seguente sequenza di eventi: 

• La corrente elettrica passa dalle spazzole al commutatore e poi agli avvolgimenti dell'elettromagnete del rotore. 
• Questo induce un campo magnetico nel rotore che interagisce con il campo magnetico dei magneti permanenti del gruppo statore.
• L'interazione di questi campi magnetici fa ruotare il rotore e converte l'energia elettrica della fonte in energia di rotazione.

Una cosa da notare qui è che il campo magnetico degli avvolgimenti del rotore cambia direzione ogni 180 gradi di rotazione. Per mantenere costante il senso di rotazione, il contatto tra il commutatore e le spazzole inverte il senso del flusso della corrente ogni 180 gradi.

Inoltre, la direzione dell'applicazione della forza magnetica al rotore cambia durante la sua rotazione. Questo significa che il motore avrà diverse velocità in diversi punti di rotazione. Questo è compensato dall'avere più bobine nel rotore in modo che il motore abbia sempre una velocità e una coppia uniformi.

Cosa determina la potenza di uscita di un motore DC spazzolato? 

Una delle caratteristiche più importanti del motore di uno scooter elettrico è la sua potenza. Poiché la potenza in qualsiasi sistema elettrico è il prodotto del voltaggio e della corrente, significa che aumentando uno dei due il motore diventerà più potente. 

Per rendere un motore più potente, gli avvolgimenti sul rotore possono essere aumentati in modo che passi più corrente. Aumentando la tensione d'ingresso si aumenta anche la potenza in uscita di un motore DC. Inoltre, l'uso di magneti più potenti può anche aumentare la potenza del motore.

Pro e contro dei motori DC spazzolati

I motori DC spazzolati hanno alcuni vantaggi rispetto ai motori senza spazzole. Questi includono:  

• Basso costo.
• Coppia più elevata su una gamma più ampia di velocità del rotore.
• Movimento fluido a basse velocità.
• Buon controllo della velocità.
• Può essere ricostruito.
• Funziona meglio in tutti i tipi di ambienti.
• Non ha bisogno di un controllore quando funziona a velocità costante.

Tuttavia, ci sono anche alcune limitazioni dei motori DC spazzolati. Queste includono: 

• Minore durata a causa del contatto solido-solido tra il commutatore e le spazzole.
• Rumore di funzionamento più elevato. 
• Alta inerzia del rotore.
• Interferenza elettromagnetica causata dall'arco della spazzola.

Motori DC senza spazzole 

La maggior parte degli scooter elettrici al giorno d'oggi usa invece un motore DC senza spazzole. Ciò è dovuto principalmente al fatto che questi motori possono inserirsi all'interno del mozzo della ruota e non hanno bisogno di essere montati sul telaio. 

Un motore DC senza spazzole (BLDC), come dice il nome, non ha spazzole per condurre l'elettricità. Ha un design e un principio di funzionamento totalmente diverso rispetto a un motore spazzolato. Questo tipo di motore è stato sviluppato negli anni '70 ed è molto popolare soprattutto per la sua lunga durata e il minor rumore.

Ecco uno schema delle parti interne di un motore BLDC:

Ci sono due parti funzionali principali di un motore BLDC. Essi sono:

• Il rotore, che è un magnete permanente e si trova all'interno dello statore. 
• Lo statore, che ha le bobine dell'elettromagnete.

Alcuni motori BLDC potrebbero avere bobine fisse di elettromagneti nel mezzo e magneti permanenti attaccati allo statore. In tali motori, lo statore è ciò che ruota.

Come funziona un motore DC senza spazzole?

Il principio di funzionamento di un motore BLDC è semplice: si fornisce corrente elettrica alle bobine dello statore e il campo magnetico risultante fa ruotare il rotore, che è un magnete permanente. Come si può notare, le bobine del motore BLDC non ruotano, non c'è bisogno di spazzole e di un commutatore in un tale motore. 

Tuttavia, se le bobine sono fisse in posizione, come si fa a cambiare la polarità dell'elettromagnete che è necessaria per mantenere la rotazione del motore unidirezionale? Questo si ottiene usando un controllore.

Il controllore funziona o con un sensore di posizione del rotore o con l'aiuto di magneti sul corpo del motore. Ecco la differenza tra questi due tipi di controllori:

• Controllori BLDC basati su sensori: Un sensore è attaccato al rotore che determina la sua posizione in qualsiasi momento. Questi dati di posizione sono poi inviati al controllore. Il controllore invia corrente con polarità specifica a bobine specifiche per assicurarsi che il campo magnetico sia sempre in una posizione tale da mantenere la rotazione del rotore nel modo giusto.
• Controllori BLDC senza sensori: In questo approccio, gli elettromagneti sono posti sul corpo del motore. La rotazione del rotore induce una corrente elettrica in queste bobine dell'elettromagnete. L'intensità e la direzione di questa corrente dicono al controllore di eccitare specifiche bobine sullo statore per far ruotare il motore.

La necessità di un controllore rende un motore BLDC intrinsecamente complicato rispetto a uno brushless. Tuttavia, i motori BLDC hanno una serie di vantaggi che li rendono fattibili per molte applicazioni, specialmente per l'uso negli scooter elettrici.

Fattori che influenzano la potenza di uscita di un motore BLDC

La potenza di un motore BLDC dipende da quanto segue:

• La resistenza e quindi la corrente assorbita dalle bobine dello statore.
• La forza del magnete permanente usato per fare il rotore.
• La tensione fornita alle bobine dello statore.

Pro e contro di un motore BLDC

I motori BLDC, utilizzati anche in biciclettesono migliori delle loro controparti spazzolate perché: 

• Sono di dimensioni compatte.
• Hanno una coppia di partenza più alta.
• Offrire un migliore controllo della velocità.
• Sono più efficienti.

Tuttavia, tutto questo ha un prezzo. Ci sono anche alcuni lati negativi dei motori BLDC, come:

• Costano di più dei motori brushed.
• Il cablaggio di un motore brushless è complicato a causa dell'uso di controllori elettronici.
• Questi motori hanno bisogno di un controllore anche per l'uso a velocità costante.

Questo ci porta alla prossima domanda: quale tipo di motore è migliore per uno scooter elettrico? 

Quale Motore dello scooter elettrico è adatto a te?

La risposta dipende da molti fattori. Il più importante è il costo. Dopo di che, c'è il fattore affidabilità e complessità. Ma alla fine, tutto si riduce alla vostra decisione personale. Come abbiamo detto prima, entrambi i tipi di motore hanno i loro pro e contro.

Un scooter elettrico con motore BLDC può essere un'opzione migliore per voi, se: 

• Vuoi uno scooter con poco rumore.
• Vuoi usare lo scooter molto spesso e l'età del motore ti preoccupa.
• Il costo non è un problema per voi, e potete permettervi di pagare di più. 
• Volete un controllo più fine della velocità del motore.
• Si vuole un motore con un'alta coppia di fine corsa per negoziare i pendii a basse velocità.

D'altra parte, si può andare per uno scooter elettrico con un motore DC spazzolato, se:

• Vuoi uno scooter ad un prezzo più basso.
• L'età del motore non è un problema per voi.
• Vuoi un cablaggio e un'elettronica più semplici nel tuo scooter.

Il nostro verdetto sul motore dello scooter elettrico

Se ci chiedete, diremmo che un motore DC senza spazzole è sempre una scelta migliore per qualsiasi applicazione automobilistica, compresi gli scooter elettrici. È perché questi motori non hanno bisogno di manutenzione e funzionano più silenziosamente. Inoltre, sono più efficienti e hanno un controllo più fine sulla velocità e sulla coppia in uscita.