Если у вас есть электросамокат, то скорее всего у него ступичный мотор (он же мотор-колесо, он же hub motor). Вероятно, вы не задумывались о том насколько свежо подобное изобретение. Мы не будем углубляться в историю, а лишь скажем, что первый подобный двигатель запатентовал Веллингтон Адамс из штата Миссури в 1883 году.

Что такое ступичные двигатели

Если вы знакомы с принципом работы электродвигателей, то знаете основную идею превращения электричества в движущую силу. Электрический ток подается на катушку, которая находится между полюсами магнита и она вращается, создавая силу, которая может повернуть колесо и привести в движение транспортное средство.

В большинстве транспортных средств с электроприводом (электромобили, электровелосипеды и инвалидные коляски) используются аккумуляторы и один обычный электродвигатель для привода двух или четырех колес. Но электроскутеры Segway-Ninebot работают по-другому. Вместо того чтобы иметь один двигатель, приводящий в движение все колеса с помощью шестеренок или цепей, двигатель встраивается непосредственно в ступицу каждого колеса, поэтому двигатели и колеса — это одно и то же. Вот что подразумевается под ступичным двигателем.

Чем ступичный двигатель отличается от обычного двигателя

Основная идея точно такая же. В обычном двигателе у вас есть полый внешний кольцеобразный постоянный магнит, который остается неподвижным (называемый статором) и внутренний металлический сердечник, который вращается внутри него (называемый ротором). Ротор имеет ось вращения, проходящую через середину, которую вы используете для привода транспортного средства. Но что, если вы закрепили ось, чтобы она не могла вращаться и включить двигатель? Тогда у ротора и статора нет другого выбора, кроме как поменяться ролями: обычно подвижный ротор остается неподвижным, а статор вращается вокруг него. Можно провести эксперимент с электрической зубной щеткой. Вместо того чтобы держать зубную щетку за пластиковый корпус (который соединяется со статичной частью электромотора), попробуйте взять ее за щетинки и включить питание. Если вы сделаете, то обнаружите, что ручка медленно качается вперед и назад. По сути, это то, что происходит в ступичном двигателе. Вы соединяете центральную вращающуюся ось со статичной рамой скутера и внешняя часть двигателя начинает вращаться, приводя транспортное средство в движение.

В обычных электродвигателях для периодического изменения направления электрического тока и обеспечения вращения ротора в одном направлении используется коммутатор и щетки.
Ступичные двигатели в большинстве своем бесщеточные (иногда называемые бесщеточными двигателями постоянного тока или BLDC). Вместо коммутатора и щеток есть отдельные катушки и электронная схема (У самокатов Segway-Ninebot ES в колесе-моторе двадцать семь катушек). Схема включает и выключает питание в катушках, по очереди создавая в каждой из них силы, заставляющие двигатель вращаться. Поскольку щетки прижимаются к оси обычного двигателя, то создают трение, замедляя его, производят определенный шум и тратят энергию. Вот почему бесщеточные двигатели более эффективны, особенно на низких скоростях. Отказ от щеток также избавляет от необходимости их замены после износа.

Как схема узнает, какую из катушек включать и выключать и когда? Между катушками расположены крошечные датчики магнитного поля (известные как датчики Холла). Когда постоянные магниты на внешнем роторе проходят мимо них, датчики Холла определяют, где находятся северный и южный магнитные полюса ротора и какие катушки активировать, чтобы он продолжал вращаться.

Датчики Холла могут выйти из строя из-за перегрева, попадания воды в колесо или скачков напряжения.
Скорость регулируется очень просто. Частота подаваемых на колесо импульсов снижается и колесо начинает вращаться медленнее. Если прекратить подачу импульсов, то колесо остановится.

Проблемы ступичных двигателей

Ступичные двигатели больше и тяжелее обычных колес, поэтому изменяют управляемость самокатом. Для того чтобы езда была комфортной применяют амартизаторы.

В отличие от обычного двигателя, расположенного высоко над дорогой и уютно расположившегося в моторном отсеке, мотор-колесо должно выживать в более суровых условиях. Оно подвержено серьезной вибрации, должно выдерживать неровности на высокой скорости, уметь переносить высокие температуры и перепады температур. Вам нужно быть осторожными с прыжками и приземлениями на переднее мотор-колесо, так как это может привести к его механической поломке.

В целом, ступичные двигатели — удобный эстетичный современный вариант, который устраивает почти всех, а дальше они будут еще лучше. Вперед, в светлое будущее на самокате Segway-Ninebot!