El hubmotor Leafbike 1500W tiene una alta eficiencia y un gran rendimiento

Leafbike ha estado produciendo un motor de buje de transmisión directa que se ha ganado un lugar de respeto entre los entusiastas de las bicicletas eléctricas, y decidí que era hora de explicar por qué sigue superando a la competencia en este rango de tamaño. Entonces, echemos un vistazo…

Lo que hace que este modelo sea especial son las laminaciones extrafinas de 0,35 mm en el núcleo del estator, y hablaré de eso en un momento. Pero primero… me gustaría hablar un poco sobre la popularidad de los motores de cubo de transmisión directa en este rango de tamaño. Los kits de bicicletas eléctricas más asequibles son los llamados motores de cubo de transmisión directa de 1000 W. Por lo general, tienen un estator que usa las laminaciones comunes de 205 mm de diámetro, y luego los fabricantes de motores de cubo los apilan para hacer que el motor sea más ancho si desea más potencia. Hay hubmotors comunes anunciados como 1000W, 1500W y 3000W que comparten las mismas laminaciones. Esta similitud de piezas hace que estas laminaciones sean más asequibles debido a la producción en masa.

Una vez que se ensambla el ancho de la pila de laminación, el fabricante envuelve cables de cobre alrededor de cada «diente» de la pila de laminación para hacer que los electroimanes que se encienden y apagan hagan girar el motor. La popularidad del tamaño de 1500 W se debe al hecho de que es el motor de cubo más ancho que aún permite que un cuadro de bicicleta común con punteras de 135 mm de ancho use una rueda libre común y asequible de 7 velocidades.

Esto también significa que el tamaño de 1500 W se ve casi idéntico al tamaño común de 1000 W externamente. El enorme monstruo QS 205/50H solo deja suficiente espacio para una rueda dentada de una sola velocidad, lo que hace que su anchura sea aún más llamativa.

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Los motores de cubo más baratos etiquetados como «1000 W» suelen tener un estator de 28 mm de ancho. La mayoría de los concentradores DD chinos que están etiquetados como 1500 W tienen un estator e imanes de aproximadamente 35 mm de ancho. Imagen cortesía de Neptronix.

Hace años, cuando alguien que era nuevo en el mundo de las bicicletas eléctricas compraba un motor central económico de transmisión directa (DD) de 1000 W, a menudo se enamoraba de él, pero… quería más potencia. Simplemente agregar un controlador y una batería más potentes generalmente terminaba con un motor frito. Así que… volvieron a Internet y compraron un Crystalyte H35 más grande. El «35» en el nombre se debe a que los imanes del rotor tienen una «Altura» de 35 mm y, como resultado, la pila de laminación correspondiente también tiene 35 mm de ancho. Los motores de cubo de 1000 W generalmente solo tenían un estator de 28 mm de ancho.

Estos motores de estator de 35 mm de ancho funcionaron bien cuando los limitó a los 1500 W nominales, pero… su rendimiento fue sobresaliente si duplicó eso durante unos segundos para una ráfaga de aceleración usando 3000 W.

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Laminaciones delgadas

La verdadera magia está en las finas laminaciones. Suena extraño que una laminación un poco más delgada pueda tener un gran efecto, pero lo tiene. Lo que es aún más extraño es que cuesta menos de $10 por motor cambiar de las laminaciones comunes de 0,50 mm a las más delgadas de 0,35 mm y, sin embargo, no son tan comunes como podría imaginar.

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Aquí puede ver los devanados de cobre alrededor de los dientes del estator y las delgadas láminas de acero que se llaman laminaciones. Foto cortesía de Neptronix

Esto afecta un fenómeno llamado “corrientes de Foucault”. Cuando un imán pasa sobre un material ferroso (como el hierro en las láminas de acero), algunos de los electrones de las moléculas de hierro son atraídos y empujados por el campo magnético de los imanes. Después de que los electroimanes se apagan y los imanes permanentes han pasado, esos electrones sueltos regresan a cualquier molécula de hierro desequilibrada cercana. Cuanto más larga es la distancia que recorren de un lado a otro, más calor generan. El uso de laminaciones más delgadas limita la distancia que pueden viajar las corrientes de Foucault.

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Este gráfico muestra el camino de la «Corriente de Foucault» de los electrones sueltos cuando se induce un campo magnético para convertir temporalmente el acero en un electroimán. Una pila de láminas delgadas funciona más fría que una barra sólida.

Debido a esto, los motores de cubo Leafbike se enumeran con una eficiencia del 90,5%, que es mejor que el promedio. Hace años, pensé que unos cuantos puntos porcentuales más de eficiencia significaban que un motor dado podría proporcionar un poco más de rango con la misma batería, así que… eso realmente no me importaba. Luego, descubrí que esos pocos puntos porcentuales de eficiencia significaban que el motor menos eficiente estaba convirtiendo más vatios de la batería en calor residual. Como resultado, menos vatios de la batería se convirtieron en trabajo. El motor central Leafbike 1500W es capaz de tomar alta potencia mientras produce menos calor residual es donde está la magia.

Entonces, ¿cuánta potencia puede consumir realmente la Leafbike 1500W? Con frecuencia, se descubre que los kits de bicicletas eléctricas de China tienen clasificaciones de potencia muy inexactas. Algunos están calificados a la baja para hacer que un componente poderoso parezca legal, y otros están sobrevalorados para impresionar a los compradores con lo poderosos que son. Basado en varios años de ebike hot-rodders usando este hubmotor, puedo decir con confianza que 50V X 30A es su clasificación constante, lo que significa que… si lo carga lo suficiente como para consumir continuamente 1500W, no se quemará.

Si leyó muchos de los artículos que escribimos en el pasado, sabrá que la clasificación máxima temporal de un motor central es generalmente el doble del nivel de potencia continua. Esto significa que califico este motor como capaz de generar 3000 W durante bastante tiempo antes de que tenga que desconectar la alimentación y dejar que se enfríe un poco. Eso es bastante loco para un hubmotor que no es muy grande o pesado. Se vuelve aún más loco si lees la siguiente sección a continuación sobre modos de disipación de calor…

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deshacerse del calor

En algún lugar alrededor de 3000 W a 60 A, este motor alcanza la saturación. Esto significa que si agrega más amperios por encima de eso, obtendrá un poco más de potencia, pero no tanto como cuando está usando un nivel de potencia más bajo. La cantidad de masa de cobre en un estator de 35 mm de ancho puede tomar 30 A todo el día, pero alrededor de 60 A, el calor realmente comienza a aumentar mucho por amperio adicional. Si ocasionalmente golpea este motor con 60A, es posible que no quiera hacerlo por mucho tiempo. Agotará su batería rápidamente y «empapará de calor» los devanados del estator, porque también está excediendo la capacidad de este motor para arrojar calor.

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Este es un ejemplo de placas laterales ventiladas en una Crystalyte H35. El estator es rojo porque ha sido sellado con un conservante para evitar la oxidación. Imagen cortesía de GCinDC.

Hace unos años hubo muchos experimentos sobre cómo ayudar a estos motores de cubo a arrojar más calor. El método más simple y obvio era cortar agujeros grandes en las placas laterales. Si agregó un sensor de temperatura al estator (muy recomendado para todos los motores de cubo hot-rodded), eso le indicaría cuándo se acercaba a una zona de peligro donde el calor podría dañar el estator. Este tipo de modificación le permitió usar 60A con más frecuencia y durante más tiempo cada vez que lo golpeó.

Sin embargo, cortar agujeros grandes en las placas laterales permite que entre suciedad en el interior del motor, lo que puede dañar los cojinetes del eje, entre otras cosas. Hacer esto todavía funciona para una carrera a corto plazo, pero no es una solución que recomiendo para viajes largos. Si desea mantener sellada la carcasa del motor central, las opciones restantes son… agregar ATF, actualizar a un núcleo de estator de aluminio fundido o agregar ferrofluido (FF).

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ATF, núcleo de aluminio fundido o ferrofluido?

Aunque las placas laterales de un motor de cubo DD son de aluminio (que se sabe que absorbe y disipa bien el calor), hay un espacio de aire entre los electroimanes calientes en el estator estacionario y el rotor giratorio de imán permanente. Si agrega aproximadamente una taza de café pequeña de líquido de transmisión automática (ATF) sintético al interior del motor central, este líquido se esparce tan pronto como el motor comienza a girar y llena ese espacio de aire. Esto proporciona un camino para acelerar el calor en el estator que llega a las placas laterales de aluminio, de modo que el calor pueda disiparse al aire exterior.

Esto es bueno para el rendimiento de alto amperaje, pero tiene un precio. No importa qué tan bien intente sellar las placas laterales, el ATF ocasionalmente se escapará y goteará, o peor aún, será arrojado sobre los frenos traseros. Las pruebas incluso han verificado que cuando el núcleo del motor se calienta y se enfría, hace que el motor «respire» a través de pequeños espacios de aire en los hilos de alambre de cobre en los cables de fase del motor, así que… también debe agregar una pequeña ventilación. a una placa lateral para evitar diferencias de presión. Agregar ATF es como los orificios de ventilación de los que hablamos antes… bueno para una carrera, pero no vale la pena para un luchador callejero a largo plazo.

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Aquí hay un hubmotor con el soporte de aluminio fundido. Estos cuestan más y son más pesados ​​que los soportes comunes de acero estampado. Este es un MXUS 3000W, con un estator de 45 mm de ancho

Y esto nos lleva a la opción de utilizar un núcleo de estator de aluminio fundido en lugar de una placa fina de acero estampado. Por supuesto, los núcleos de los electroimanes del estator individuales siguen siendo pilas de láminas de acero laminado, pero entre el eje y los electroimanes debe haber alguna estructura de soporte. Una vez compré un hubmotor con un núcleo de aluminio fundido y funcionó como se anuncia. La gruesa masa de aluminio absorbió picos de calor de amperios altos temporales, y luego eliminó ese calor con el tiempo cuando estaba navegando a mi velocidad máxima. La aceleración fuerte consume muchos amperios, pero mantener la velocidad en realidad consume muy pocos amperios en comparación.

Entonces, ¿por qué no es eso lo que estoy recomendando? Funciona y no tiene nada de malo. El núcleo de aluminio fundido se vio por primera vez en los grandes motores de cubo de motocicleta, como el QS 205/50H. Debido a la demanda popular, incluso los hubmotores de tamaño mediano han agregado esta opción a su catálogo. El MXUS 3000W se puede comprar de cualquier manera, con un núcleo de acero estampado o aluminio fundido. La conclusión es que el núcleo del estator de aluminio fundido es más caro y más pesado.

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Aquí hay un motor Leafbike 1500W 205/35H sin radios de 7,4 kg (16,3 lbs). Foto cortesía de briangv99

Cuando una motocicleta eléctrica usa 8,000W o más, unas pocas libras o kilos de peso extra en el motor no son tan notables, pero… la Leafbike 1500W realmente brilla cuando se usa en un cuadro de bicicleta cuesta abajo bastante liviano debido a su peso razonable , y poder excepcional.

Y esto nos lleva a la última opción, que es la que recomiendo. Agregar Ferro-Fluid (FF) significa que ha mejorado drásticamente la capacidad de disipación de calor de este motor, y eso significa que puede usar 3000 W o 60 A con mucha frecuencia y durante períodos sorprendentemente largos.

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Ferro-Fluid y el motor de buje Leafbike

FF se desarrolló para ayudar a los imanes de los altavoces de música de alto rendimiento a disipar el calor, lo que permitió que los altavoces más pequeños alcanzaran un nivel de sonido más alto. No se agota a través de pequeños espacios en los motores de cubo porque se adhiere a los imanes, como los imanes permanentes en el rotor de un motor de cubo de bicicleta eléctrica.

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Esto es Ferro-Fluido. Observe cómo se adhiere a los imanes, en lugar de salir corriendo. Foto de spinningmagnets. Y sí, podría haber sido una modelo de manos glamorosa, pero he renunciado a la fama y la fortuna para poder escribir artículos para ustedes.

Escribimos sobre FF en 2017 (para ver ese artículo, haga clic aquí), y después de varios años de uso de hot rodders, no se han descubierto desventajas. Esto funciona. Fue tan popular que también escribimos una guía de instalación en 2018 (para ver ese artículo, haga clic aquí). El uso de FF significa que puede tener la versión más liviana de un motor de cubo, sin dejar de tener el potencial de potencia pico alto.

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¿Por qué no 72V?

Se puede hacer funcionar el motor Leafbike a 72 V (20 celdas en serie / 20S), y eso proporciona más potencia sin calor adicional. Sin embargo, soy un gran admirador de 48V o 52V para bicicletas eléctricas. Este es un rango de voltaje mucho más seguro para trabajar, las baterías son más baratas y hay una mejor selección de baterías.

Como nota al margen, si alguna vez tiene un corte de energía, los inversores que están etiquetados como entrada de 48 V aceptarán paquetes de baterías de 13S y 14S para la entrada (48V y 52V). Esto significa que estas grandes baterías de bicicletas eléctricas pueden alimentar un inversor para proporcionar 120 V CA en caso de emergencia.

Si lee nuestro artículo sobre la comprensión de los términos del motor (para leer ese artículo, haga clic aquí), este tamaño de motor puede tener la opción de varios devanados diferentes, llamados motores «Kv». Esto afecta la cantidad de RPM que obtendrá por voltio que aplique al motor.

Dado que todas estas diferentes opciones de Kv usan los mismos estatores, todas tienen la misma cantidad de espacio de aire alrededor de cada diente del estator. Esto significa que las bobinas se pueden fabricar con muchas vueltas de alambre más delgado o menos vueltas de alambre más grueso. Dado que los motores Kv más rápidos (menor número de vueltas) usan un cable más grueso, tienen menos resistencia, incluso si solo usa la mitad de su potencial de velocidad más alta. A continuación se enumeran los recuentos de turnos disponibles de Leafbike. Recomiendo el 4-Turn, incluso si en realidad no viaja a esa velocidad máxima. Las velocidades máximas en carretera que se enumeran a continuación son para una rueda de 26 pulgadas y una llanta de 2 pulgadas.

4T / 13,1 Kv = 631 rpm a 48 V = 39 mph
5T /10,1 Kv = 485 rpm a 48 V = 30 mph
6T / 7,0 Kv = 336 rpm a 48 V = 21 mph

Leafbike llama al modelo 4T su devanado Kv de «45 MPH», pero esa velocidad es con el motor descargado y girando en el aire.

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Una propuesta de Cargobike

Ocasionalmente me preguntan qué tipo de sistema es el más confiable. Mi bicicleta eléctrica favorita es una de conducción intermedia, pero debo admitir que la simplicidad de un motor central DD es difícil de superar. Y otra forma de hacer que suba colinas mejor con menos calor es atarlo a una llanta más pequeña, como una llanta de BMX fuerte de 20 pulgadas. Esto reduce la velocidad máxima y aumenta el par de las ruedas, sin ningún otro cambio.

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Esta es una Extracycle Edgerunner, una bicicleta de carga de cola larga con una rueda trasera de 20 pulgadas que sería perfecta para un motor de buje Leafbike de 1500 W. El cuadro Yuba Sweet Curry también es similar con una rueda trasera de 20 pulgadas.

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¿Qué controlador?

Si usted es un hot-rodder desde hace mucho tiempo, no necesita ningún consejo mío sobre los controladores. Sin embargo, si eres bastante nuevo en el juego ebike, definitivamente recomendaría que te quedes con el controlador de fábrica y aceleres por primera vez (además, obtén un acelerador de repuesto para solucionar problemas, son baratos). Esto garantiza que todos los componentes sean plug and play. Un controlador de onda sinusoidal costaría un poco más, pero funcionaría casi en silencio. Los controladores estándar asequibles utilizan una «onda trapezoidal», que a veces se denomina onda cuadrada, y emiten un ligero zumbido al acelerar.

He encontrado que el sitio web de Leafbike es un poco incómodo para navegar, pero el controlador estándar para el kit Leafbike 1500W es una unidad de 40A que usa 12-FET, pero… tienen un controlador de 18-FET clasificado para 55A. Si quieres el controlador más grande, busca:

Controlador de motor de bicicleta de nieve gruesa de 48V / 52V 2000W

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Así es como llega un hubmotor con radios. Foto cortesía de Allex, en Suecia

En la imagen a continuación, podemos ver que Leafbike usa el tamaño y la forma comunes de laminación con 51 dientes de estator. Es trifásico, por lo que 17 electroimanes por fase. El rotor tiene 46 imanes permanentes de neodimio, por lo que al programar un controlador personalizado, ingresaría 23 «pares de polos» (alternan el norte y el sur mirando hacia el estator). Un outrunner radial con tres sensores Hall para que el controlador sepa la posición del rotor mientras gira. Un eje grueso y fornido.

La placa negra en el centro es el delgado soporte del estator de acero estampado. Los cables de fase tienen un área de sección transversal de 3 mm cuadrados de espesor. En realidad, «se parece» a docenas de otros modelos de motor central, pero esta imagen no muestra que las laminaciones tengan un grosor de 0,35 mm, en lugar del grosor común de 0,50 mm. De ahí es de donde provienen la eficiencia y el bajo calor.

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Foto cortesía de Raggertje en los Países Bajos.

Para obtener un enlace solo al motor desnudo, haga clic aquí.

Para obtener un enlace al kit completo Leafbike 1500W, haga clic aquí

En cuanto a la batería, si no tienes preferencia, te recomiendo el pack Luna Cycles Wolf de 52V. Si le gusta esta opción, especifique la versión de potencia que puede producir 50A.

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El Luna Cycle Wolf Pack está encapsulado en resina para la mejor impermeabilización y resistencia a los impactos. Lo puedes conseguir en resina transparente o negro.

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Escrito por Ron/spinningmagnets, marzo de 2022

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