|
Renkaat | Sähköt | Korit | Auton säätö | Muuta | Sanasto | Linkit | ||
|
Sähkömoottorit
Ennakon säätäminen Koska sähkömoottoreissa ajoitus ei koskaan pitäisi olla muuta kuin ennakon puolella, puhutaankin yleensä pelkästään ennakosta. Moottorin ennakolla tarkoitetaan hiilten suhdetta magneetteihin. Kun hiilet ovat aivan keskellä magneettien välissä, ennakko on nollassa. Kun moottorin päätyä (ja samalla hiiliä) väännetään moottorin pyörimissuuntaan vastakkaisesti, ennakko kasvaa ja luonnollisestikin ennakko vähenee toiseen suuntaan. Kun ennakkoa on liikaa, virran kulutus, moottorin kierrokset kasvaa ja moottori kuluu nopeammin, mutta hyötysuhde alkaa putoamaan. Tämän takia ennakon säätäminen onkin sopivan kohdan etsimistä. Yleensä sopiva ennakon arvo on 0-15 astetta ja yli 30 asteen ei pitäisi koskaan mennä. Joissakin moottoreissa enemmänkin voi tulla kyseeseen, mutta tällöin kannattaa olla jo mittarit, joilla pystyy etsimään sitä optimaalista kohtaa. Jos ei olla varmoja sopivan ennakon määrästä, niin on turvallisempaa laittaa vähemmän ennakkoa, jolloin moottori käy viileämpänä ja ajoaika on pitempi. Ennakkoa ei tulee koskaan vääntää nollakohdan yli, koska tällöin moottorin suorituskyky laskee dramaattisesti ja moottori lämpenee reilusti. Ennakon lisäämisellä saavutetaan lisää tehoa ja huippukierroksia, mutta samalla ajoaika lyhenee, kollektori kuluu nopeammin ja lämmöntuotto lisääntyy. Vastaavasti ennakon vähentämisellä saavutetaan lisää vääntöä, pidempi ajoaika, pidempi huoltoväli ja pienempi lämmöntuotto. Eli sopivan ennakon määrä riippuu myös itse autosta ja radasta. Lisäksi jokainen moottori on yksilö, jolla on aivan omat optimikohtansa ennakolle. Avoimella radalla, jossa suurista kierroksista on selvää hyötyä, ennakko pitää olla suuri. Kun taas radalla, jossa väännöllä on enemmän merkitystä, ennakko tulee olla hieman pienempi. Nämä erot ovat kuitenkin maksimissaan vain muutamia asteita, joten säätäminen kannattaa tehdä vain 1-2 asteen portain. Lisäksi ennakon säätämisen jälkeen eteen voi myöskin tulla välitysten muuttaminen. Eli vähennettäessä ennakkoa, kannattaa ainakin harkita pinionin pienentämistä yhdellä hampaalla. Lisättäessä ennakkoa, kannattaa puolestaan harkita pinionin suurentamista yhdellä hampaalla. Aluksi on selvitettävä ennakon nollakohta. Yleensä kannuun on merkitty nollakohta pienellä uralla tai erillisin teippauksin/maalauksin. Jos tällaista merkkiä ei ole, niin nollakohdan voi selvittää myöskin seuraavasti. Moottorin pohjassa on moottorin kiinnitys ruuvien reiät. Ennakon nollakohta on näiden rinnakkaisten (lähekkäin toisiaan) kiinnitysreikien puolivälissä. Päädyssä nollakohtaa markkeeraa yleensä päädyn kiinnitysruuvin kohdalla oleva ura. Muitakin uria voi löytyä, mutta nollakohta on se ruuvin kohdalla oleva.
Ennakko on nollassa, kun kannun ja päädyn nollakohdat ovat kohdakkain. Ennakkoa lisätään kääntämällä päätyä vastapäivään ja vähennetään kääntämällä päätyä myötäpäivään katsottuna moottoria päädystä. Luonnollisestikin ennen säätämistä päädyn kiinnitysruuveja on hieman löysättävä ja säädön jälkeen taas kiristettävä. Ennen ennakon säätämistä kannattaa merkitä alkuperäinen ennakon määrä kannuun esim. askarteluveitsellä, jolloin epäonnistuneen ennakkokokeilun jälkeen voidaan palata alkuperäiseen asetukseen. Eri valmistajilla on erilaisia tapoja merkitä ennakon määrää kannussa. Joillakin valmistajilla viivat ovat 5 asteen välein ja jotkut toiset taas 6 asteen välein. Eli ensin on selvitettävä miten kyseisessä kannussa ennakon määrä on ilmoitettu, jotta tiedetään paljonko ennakkoa on tullut laitettua. Jos näitä merkkejä ei ole tai niistä ei oikein saada selville, niin olemassa on nimen omaan ennakon säätöön tarkoitettuja pukkeja, jossa on merkitty selvästi ennakon määrä. Toisaalta ihan tavallisella mitallakin saa melkoisen tarkan tuloksen, kun muistaa 3 mm vastaavan 10 astetta.
On myöskin mahdollista, että ennakko on 180 astetta pielessä. Tällöin moottori pyörii väärään suuntaan, vaikka johdot ovatkin liitetty oikeinpäin moottoriin ja nopeudensäädin on oikein ohjelmoitu. Tällöin asia korjataan kääntämällä moottorin päätyä puolikierrosta ympäri. Moottorin huolto aloitetaan luonnollisestikin purkamisesta. Ensiksi irroitetaan hiilten jouset ja poistetaan hiilet kanavistaan. Tässä vaiheessa kannattaa pistää merkille, kummalla puolella jouset on sijainneet. Joissakin moottoreissa on eri jäykkyiset hiilet plus- ja miinuspuolella. Seuraavaksi pistetään merkille ennakon asento, jotta kokoamisvaiheessa pystytään helposti laittamaan pääty oikein päin ja ennakko muutenkin kohdalleen. Tämän voi tehdä esim. tekemällä viilto askarteluveitsellä kannuun. Vielä ennen päädyn avaamista kannattaa kokeilla ankkurin välys pitkittäin ja poikittain. Nyt voidaan avata päädyn kiinnitysruuveja hieman, jotta päätyä voidaan kiertää sen verran, että sen saa pois. Päädyn saa vedettyä pois, kun päätyä on kierretty noin puoli kierrosta. Nyt päästäänkin vetämään ankkuri varovasti kannusta pois, jotta pystytään pistämään merkille ankkurissa olevien prikkojen puolet ja määrät. Samalla kannattaa katsoa, onko kollektoria vasten oleva pakeliitti- tai teflonprikka paikoillaan ja ehjä. Tämä on ehdottomasti oltava paikoilaan, jottei oikosulkuvaaraa synny. Prikat kannattaa ottaa nyt ankkurilta pois, jotta ne ei huku puhdistuksen aikana. Joissakin halvemmissa moottoreissa ei olekaan avattavaa päätyä, vaan pääty on puristettu kiinni kannun siivekkeillä. Tällaisen moottorinkin saa auki, mutta vahinkoakin voi syntyä. Yleensä pääty lähtee irti, kun moottorin akseliin napautetaan kunnolla esim. lankun pätkällä. Moottori puolestaan suljetaan vääntämällä siivekkeitä hieman auki, laittamalla kannu paikoilleen ja napauttamalla siivekkeet jälleen kiinni esim. sopivalla ruuvimeisselillä. Menetelmä on siis raju ja moottori ei välttämättä kestä tätä. Mootori voidaan saada auki myös hellävaraisemmin ulosvetäjällä painamalla moottorin akselista. Ongelma on kuitenkin se, miten ulosvetäjien leuat saadaan kiinnitettyä kannuun. Purettu moottori voidaan nyt puhdistaa kauttaaltaan. Puhdistukseen kannattaa käyttää pientä sivellintä, paineilmaa ja elektroniikan puhdistukeen tarkoitettua suihketta. Siveltimellä kannattaa puhdistaa kuulalaakerien seutu, jotta likaa ei painettaisi paineilmalla laakerien sisään. Paineilmalla lähtee suurin osa liasta, mutta varsinkin kannussa olevaan pinttyneeseen likaan puree vasta elektroniikan puhdistukeen tarkoitettu suihke. Tätä suihketta ei saa mielellään joutua laakereihin ja hiiliin, koska se kuivattaa laakerit ja pehmittää hiilet. Hyvä tapa onkin suihkuttaa ainetta jollekin rätille ja pyyhkiä sillä lika pois. Hiilet Yleensä moottorin huollon yhteydessä on hyvä vaihtaa hiiletkin uusiin. Jos hiilet vaihdetaan uusiin, niin kollektori on hyvä sorvata samalla. Melko pienelläkin kokemuksella voi havaita, että moottorin suorituskyky laskee melko nopeasti jo muutamien akullisten jälkeen erityisesti jos hiilet sisältää paljon hopeaa. Paljon hopeaa sisältävien hiilten vaihtoväli voi olla vain muutamia akullisia. Eli näillä "hopea"-hiilillä saavutetaan hieman lisää suorituskykyä, mutta ne ovat lyhytikäisiä ja syövät kollektoria nopeasti. On myöskin olemassa hopeaa sisältämättömiä ja paljon kestävämpiä hiiliä, mutta nämäkin on hyvä vaihtaa melko usein. Hyvä vaihtoväli voisi olla enintään 30 akullista. Joissain hiilissä on kiinnityslenkit, joista ne voidaan ruuvata päätyyn kiinni, mutta näitä ei kannata käyttää. Ne voi poistaa vaikka sivuleikkureilla. Oikea tapa kiinnittää hiilet päätyyn on juottaminen, eli hiilet juotetaan johtimistaan kiinni hiilikanavan kylkeen tai viereen. Tinaa ei luonnollisestikaan saa kuitenkaan päästä hiilikanavaan. Tinaa kannattaa muutenkin käyttää säästeliäästi, jotta hiilen johto säilyy mahdollisimaan joustavana, eli tinaa tulisi olla vain kiinnityskohdassa. Jos hiilessä on kaksi johdinta, niin molemmat johdot juotetaan päällekkäin samaan paikkaan. Kannattaa myös ennen tinaamista varmistaa, että hiili yltää hiilikanavaan kiinnitettynäkin. Hiilen kosketuspinnan etureuna kannattaa pyöristää hieman hienolla viilalla tai hiekkapaperilla. Tämä vähentää kipinöintiä ja kitkaa. Vakiokoneiden tapauksessa pyöristys on tehtävä myös takareunasta, jotta kilpailun katsastuksessa ei voida väittää moottorin ennakkoa muutetun. Viriluokassa tätä vaaraa ei ole. Kun hiili asennetaan hiilikanavaan, niin kannattaa vielä varmistaa, että kyseinen pyöristetty reuna todellakin menee oikeinpäin (moottori pyörii vastapäivään akselin päätä katsoessa).
Ankkuri Ankkurissa oleva kollektori on myöskin hyvä sorvata jokaisen moottorihuollon yhteydessä. Hiilten tapaan kollektorilla on melkoisen suuri vaikutus moottorin suorituskykyyn. Kollektori on myöskin käytännössä sitä pitkäikäisempi mitä useammin sitä sorvataan. Jos sorvausväli on suuri, niin kollektorista joudutaan sorvaamaan huomattavasti suurempi lastu kuin hiljattain sorvatusta kollektorista. Kollektori on sorvauskunnossa, kun se on alkanut muuttua mustaksi tai punaiseksi. Kollektori kannattaa ehdottomasti sorvata siihen tarkoitetulla kollektorisorvilla, koska sorvaaminen vaatii melkoista mittatarkkuutta. Esimerkiksi kollektorissa on yleensä sorvausvaraa vain alle milli ja sitä sorvataan jopa kymmenen kertaa. Sorvatessa kollektorista poistetaan niin pieni lastu kuin mahdollista, jotta kollektori muuttuu jälleen täysin oranssiksi. Hyvänä indikaattorina kannattaa käyttää mustaa tussia, jolla maalataan ennen sorvausta kollektori kokonaan mustaksi. Kun kaikki musta väri on lähtenyt sorvauksessa pois, on sorvaus suoritettu. Jos kollektori menee osittainkin puhki tai kollektori on sorvattu halkaisijaltaan alle 6,7 mm, niin on aika vaihtaa moottoriin uusi ankkuri. Mitta pitää paikkansa ns. normaalikollektoristen ankkurien tapauksessa, joiden kollektori on uutena halkaisijaltaan noin 7,5 mm. Lopuksi puhdistetaan kollektorin kolot esim. askarteluveitsellä. Kolot kannattaa vielä pyöristää kuulakärkikynällä vetämällä koloja pitkin, jolloin kolojen reunat pyöristyvät hieman. Tämä kannattaa tehdä varsinkin, jos kollektorisorvissa ei ole timanttiterää.
Jos ankkuri heilui irrotusvaiheessa sivuttain, niin moottorin laakerit on tiensä päässä. Yleensä tässä tapauksessa koko konekin on tullut tiensä päähän, mutta laakerit on myöskin vaihdettavissa. Laakerit saa ulos pesistään esim. lyömällä laakeri pois hieman moottorin akselia isommalla ristipää ruuvimeisselillä, pultilla tms. uudet laakerit kannattaa napauttaa paikoilleen apuvälineellä, jonka koko on hieman suurempi kuin laakerin ulkomitta, jolla ei vahingoitettaisi uutta laakeria. Ankkurin keskittäminen magneettikentässä Jos ankkuri heilui irrotusvaiheessa reilusti pitkittäin tai ankkuri nojaa selvästi toiseen laakeriin, niin prikat on asetettava uudestaan. Välystä täytyy olla kuitenkin aina jonkun verran, mutta ei milliä enempää. Aluksi poistetaan ankkurista kaikki prikat paitsi kollektorin päässä oleva pakeliitti- tai teflonprikka, joka jätetään ehdottomasti paikoilleen. Ankkuri asetetaan paikoilleen ja pääty laitetaan kiinni tai pidetään sitä kädellä paikoillaan. Pyörittämällä ankkuria huomataan, että ankkuri pyrkii keskittämään itsensä kannun magneettien avulla. Nyt vetämällä ja työntämällä voidaan todeta välyksen määrä keskikohdan molemmilla puolilla. Otetaan ankkuri pois kannusta ja laitetaan prikkoja molempiin päihin arvioidun välyksen mukaan ja kokeillaan ankkuria jälleen moottorissa. Jos välystä on vieläkin reilusti keskikohdan toisella puolella, niin lisätään jälleen tälle puolelle prikkoja tai vaihdetaan jo asennettuja paksumpiin. Jos taas keskikohdan toisella puolella ei ole yhtään välystä ja ankkuri nojaa laakerin, niin tältä puolelta poistetaan prikka tai vaihdetaan ohuempaan. Tavoitteena on se, että keskikohdan molemmilla puolilla on välystä millin osia. Hiilikanavat Ennen kuin kokoaminen aloitetaan, niin on hyvä ensin tarkistaa, että päädyssä olevat hiilikanavat ovat kohtisuorassa. Tähän tarkoitukseen myydään vartavasten suunniteltuja työkaluja, joilla saadaan kanavat erittäin tarkasti säädettyä kohtisuoraan. Yleensä riittää kuitenkin se, että silmämääräisesti todetaan niiden kohtisuoruus. Silmä on yllättävän hyvä mittari. Jos hiilikanavat eivät ole kohtisuorassa, niin vinossa olevan hiilikanavan voi vääntää suoraan esim. ristipääruuvimeisselillä, joka mahtuu juuri ja juuri hiilikanavaan. Nyt onkin aika jälleen kasata kone käänteisessä järjestyksessä purkamiseen nähden. Hiiliä laitettaessa paikoilleen kannattaa varmistaa, että hiilet liukuvat kanavissaan nätisti. Samalla kannattaa katsoa jousien kunto ja uusia ne tarvittaessa. Laakerit kannatta myöskin öljytä. Muutenkin laakereita on hyvä öljytä usein. Sisäänajo Jos kollektori on huollon aikana sorvattu tai hiilet on vaihdettu, niin moottori on aina ajettava sisään. Uutena hiilten pinta ei ole aivan tasainen ja hiilten ja kollektorin välinen kosketus ei ole aivan täydellinen. Eli käytännössä vain hyvin pieni osa hiilestä on kontaktissa kollektoriin. Jos nyt lähdettäisiin moottorilla ajamaan täysillä, niin kaikki virta kulkisi näiden pienien alueiden kautta aiheuttaen suurta kipinöintiä ja kollektorin palamista. Näiden syiden takia sisäänajo on siis hyvä suorittaa. Tämän suorittamiseen on melkoisen monta hyväksi havaittua tapaa. Pääsääntönä on kuitenkin käyttää moottoria jonkun aikaa alhaisella jännitteellä ilman kuormaa. Jotkut suosivat myös vaiheittaista sisäänajoa, jossa jännitettä nostetaan pikkuhiljaa. Eli sisäänajon voi suorittaa esim. aluksi kahdella kennolla kolmen minutin ajan ja sitten kolmella kennolla kahden minutin ajan. Käytännössä tämä onnistuu ottamalla akkupaketti käteen ja pitämällä minutti kerrallaan akkupaketin vierekkäisiä kennoja kytkettynä moottoriin. Kolmen kennon sisäänajoa varten tarvitaan ainakin yksi johto, jotta virtaa saadaan otettua molemmista kolmen kennon sarjasta yhden minutin ajan. Kun kaikki kolme paria ja molemmat kolmen kennon sarjat on käyty läpi, niin sisäänajo on suoritettu. Näin akkuakin on purettu tasaisesti, joten sekään ei kärsi sisäänajosta. Hiilten sovittumista voi kiihdyttää tätä varten myytävillä aineilla, jotka pehmentävät hiiliä sisäänajoa varten. Sähköautoissa on mahdollista käyttää myös kahta tai useampaa moottoria joko rinnan tai sarjassa. Tässä jutussa puhutaan kahdesta moottorista, mutta asia on sovellettavissa helpostikin useampiinkin moottoreihin. Sarjaan kytkettynä kukin moottori saa puolet akkupaketin jännitteestä. Tällöin saadaan puolet tehosta ja kaksinkertainen ajoaika verrattuna yhteen moottoriin. Sarjaan kytkettynä moottorit kuormittavat nopeudensäädintä moottorien yhteen lasketun lankakierrosmäärän verran. Eli jos meillä on sarjassa kaksi 10-lankaista moottoria, niin nopeudensäätimeksi pitää valita malli, jonka moottorirajoitus on korkeintaan 20. Eli teoriassa vauhti ja ajoaika tällaisella kokoonpanolla on sama kuin yhdellä 20-lankaisella moottorilla ja vääntö on kaksinkertainen.
Rinnan kytkettynä kukin moottori saa akkupaketin täyden jännitteen. Tällöin saadaan kaksinkertainen teho ja puolet ajoajasta verrattuna yhteen moottoriin. Rinnan kytkettyjen moottorien kuormitus nopeudensäätimelle saadaan jakamalla yhden moottorin lankakierrosmäärä moottorien lukumäärällä. Eli jos meillä on rinnan kaksi 20-lankaista moottoria, niin nopeudensäätimeksi pitää valita malli, jonka moottorirajoitus on korkeintaan 10.
Koska jokainen moottori on yksilönsä ja liukuhihnalla näitä pieniä eroja ei voida ottaa huomioon, uudestakin vakiomoottorista voidaan saada jonkun verran suorituskykyä irti pienillä hienosäätötoimenpiteillä. Suurin osa näistä toimenpiteistä on ihan helposti kotikonstein suoritettavissa. Mitään mahtavia tehonlisäyksiä ei kannata odottaa, mutta jotain selvästi huomattavaa on kuitenkin saavutettavissa. Esimerkkinä tässä selityksessä on Matrix V-10 turbo, joka on rakenteeltaan vakiomoottori, mutta ei kuitenkaan kisalaillinen. Tästä huolimatta ohjeet on täysin sovellettavissa muihinkin vakiomoottoreihin. Ensimmäiseksi moottori on avattava. Tämä aloitetaan poistamalla hiilten jouset ja hiilet kanavistaan. Tässä vaiheessa kannattaa pistää merkille, kummalla puolella jouset on sijainneet. Useissa moottoreissa on eri jäykkyiset jouset plus- ja miinuspuolella. Moottorin päädystä löytyy kaksi ruuvia, jotka pitävät päätyä paikoillaan. Kun ruuvit on avattu pääty voidaan vetää pois. Myös ankkuri voidaan vetää kannusta ulos ja riisua prikoista. Kannattaa katsoa myös kannun ja päädyn sisälle, jos sinne on jäänyt joku prikka. Liukulaakerit Seuraavaksi kannusta ja päädystä poistetaan liukulaakerit. Jotkut jättävät tämän vaiheen mielellään suorittamatta, mutta mielestäni liukulaakerit saa kiillotettua paremmin laakereiden ollessa irrallaan. Tarkoituksena on siis kiillottaa laakerin sisäpinta ja ulkoreuna, johon ankkurissa olevat prikat nojaavat. Laakereiden kiillotus paikoillaan on mahdollista, mutta helpompaa se on kuitenkin suorittaa irrallaan. Liukulaakerit lähtevät helpoiten irti käyttämällä vasaraa ja sopivan kokoista meistiä tai pulttia. Kannattaa kokeilla aluksi vielä ihan meistiä painamalla. Monet liukulaakerit lähtevät jo näin. Jos tämä ei auto, niin kannattaa ottaa se vasara esille. Näillä kevyesti naputtelemalla liukulaakereiden pitäisi ainakin irrota nätisti. Kannattaa jälleen muistaa, että usea pieni lyönti on paljon parempi tapa kuin yksi liian luja. Liukulaakerit halutaan kuitenkin ulos ilman vahinkoja. Tässä vaiheessa kannattaa pistää mieleen mitenkä päin liukulaakeri on ollut pesässään. Joidenkin laakereiden ulkopinnat ovat erinäköiset. Nyt olisi liukulaakereiden kiillotuksen aika. Kiillotustahnoja on joka lähtöön, mutta parhaimmaksi, halvimmaksi ja yksinkertaisimmaksi vaihtoehdoksi olen todennut ihan tavallisen hammastahnan. Tällä laakerit saadaan kiillotettua erittäin hyvin ilman mitään vahinkoja. Hammastahna toimii siis erittäin hienona kiillotusaineena. Lisäksi hammastahnan saa huuhdeltua pois lämpimällä vedellä. Tietenkin tässä voidaan käyttää myös muita aineita, mutta ainakin hammastahna on toimivaksi testattu. Yleensä näillä muilla aineilla on taipumusta poistaa materiaalia liian tehokkaasti, ja niiden poistaminen käsitellyltä pinnalta ei ole aina kovinkaan helppoa. Jos materiaalia poistetaan liikaa liukulaakereista, ankkuri alkaa huojumaan. Tämä ei todellakaan ole toivottava ominaisuus. Eli tavoitteena on saada liukulaakerin sisäpinta (reikä) mahdollisimman kiiltäväksi ilman, että liukulaakerin sisähalkaisija kasvaa juurikaan. Varsinainen kiillotus tehdään seuraavasti. Dremeliin kiinnitetään joku liukulaakerin reikään juuri sopiva tanko. Myös vanhaa ankkuria voidaan käyttää. Tähän tankoon pursotetaan jonkun verran hammastahnaa ja pujotetaan liukulaakeri. Liukulaakerin sisäpintaa hinkataan suurilla kierroksilla muutaman minuutin ajan lisäten hammastahnaa tarvittaessa. Lopuksi liukulaakerit huuhdellaan huolellisesti lämpimällä vedellä. Nyt liukulaakerin sisäpinnan pitäisi olla todella kiiltävä.
Liukulaakerin pinta, jota vasten ankkurissa olevat prikat tulevat, ei ole yleensä läheskään sileä. Tämä pinta kannattaa käsitellä myöskin, jotta kitka saadaan mahdollisimman pieneksi. Tähän voidaan käyttää pöydällä makaavaa karkeudeltaan korkeintaan 2000 hiekkapaperia. Liukulaakerit hiotaan tämän hiekkapaperin päällä kunnes pinta on täysin kirkas. Kiiltoa voi parantaa vielä esim. Dremelin nahkalaikalla. Lopuksi liukulaakerit puhdistetaan esim. elektroniikan puhdistusaineella tai Sinolilla.
Ankkuri Kollektori näyttää varmaankin pyöreältä ja sileältä, mutta hyvin harvoin kollektori on tehtaan jäljiltä aivan huippukunnossa. Tämän takia kollektori kannattaakin vielä itsekin sorvata. Kollektorin sorvaamiseen käytetään ehdottomasti timanttiteräistä kollektorisorvia. Sorvatessa kollektorista poistetaan niin pieni lastu kuin mahdollista. Jotta tämä onnistuisi, indikaattorina kannattaa käyttää mustaa tussia, jolla maalataan ennen sorvausta kollektori kokonaan mustaksi. Sorvauksessa otetaan pinnasta mahdollisimman ohut kerros, jonka jälkeen sorvi pysäytetään ja tarkastetaan kollektori. Jos kaikki musta väri on lähtenyt sorvauksessa pois, on sorvaus suoritettu. Muussa tapauksessa kollektorista otetaan uusi mahdollisimman ohut kerros pois ja tarkastetaan uudestaan. Kun kollektori on saatu sorvattua täysin kirkkaaksi ja pyöreäksi, puhdistetaan kollektorin kolot esim. askarteluveitsellä ja kolot pyöristetään kuulakärkikynällä vetämällä koloja pitkin, jolloin kolojen reunat pyöristyvät hieman. Lopuksi kollektori puhdistetaan esim. elektroniikan puhdistusaineella tai Sinolilla. Tämä poistaa loput kuparihiutaleet ja musteen jämät kollektorista.
Ankkurin akselin puolikkaat kaipaavat myöskin kiillotusta. Ankkuri kiinnitetään Dremeliin ja tällä ankkuria pyöritetään karkeudeltaan vähintään 2000 hiekkapaperissa jonkun aikaa, jotta suurimmat karkeudet saadaan akselilta poistettua. Yleensä akselit ovat sen verta sileitä jo valmiiksi, että olen itse jättänyt tämän vaiheen väliin ja siirtynyt heti aluksi seuraavan. Eli ankkurin akselit kiillotetaan jälleen sillä hyväksi todetulla hammastahnalla. Eli johonkin rättiin laitetaan hieman hammastahnaa, ja Dremeliin kiinnitettyä ankkuria pyöritetään suurilla kierroksilla tässä rätissä muutaman minutin ajan. Käsittely tehdään luonnollisestikin molemmille ankkurin akselin puolikkaille. Jälleen hammastahnan jämät poistetaan huolellisesti lämpimällä vedellä.
Nyt voidaankin sitten aloittaa moottorin kokoaminen. Liukulaakerit painetaan sormella niin syvälle paikoilleen kun ne menee. Se kiillotettu puoli laakerista tulee siis moottoriin sisäpuolelle. Laakerit voidellaan liukulaakeriöljyllä, ja ankkuri laitetaan paikoilleen kannuun. Prikoista ei kannata huolehtia sen enempää, mutta kollektoria vasten kannattaa laittaa se bakeliittiprikka ja molempiin päihin tavalliset ohuet prikat. Nyt pääty voidaan laittaa paikoilleen. Jos pääty ei mene vielä täysin paikoilleen, sen voi käsin painamalla ja päädyn kiinnitysruuveilla tasaisesti kiristämällä pakottaa paikoilleen. Nyt ankkurin molempia päitä naputellaan vasaralla hyvin varovaisesti kunnes molemmat liukulaakerit istuvat pesissään nätisti ja ankkuri pyörii hyvin jouhevasti. Hiilikanavat Ennen kuin varsinainen kokoaminen aloitetaan, niin on hyvä ensin tarkistaa, että päädyssä olevat hiilikanavat ovat kohtisuorassa. Pienikin heitto voi heikentää moottorin suorituskykyä merkittävästi. Tähän tarkoitukseen myydään varta vasten suunniteltuja työkaluja, joilla saadaan kanavat erittäin tarkasti säädettyä kohtisuoraan. Jotta hiilikanavat saadaan säädetty kohtisuoraan on hiilikanavien ruuvit avattava löysälle. Tämän jälkeen työkalu asetetaan hiilikanavien läpi paikoilleen ja työkalun mukana tullut akseli asetetaan myöskin paikoilleen. Tämän jälkeen voidaankin ruuvit jälleen kiristää ja työkalu poistaa. Nyt hiilikanavien pitäisi olla kohtisuorassa.
Ankkurin keskittäminen magneettikentässä Ankkurissa pitää olla jonkun verran pitkittäisvälystä moottorin sisällä ja ankkurin tulisi olla magneettikentän keskellä. tämän takia ankkurin akseleille on laitettava sopiva määrä prikkoja. Pyörittämällä ankkuria huomataan, että ankkuri pyrkii keskittämään itsensä kannun magneettien avulla. Nyt vetämällä ja työntämällä voidaan todeta välyksen määrä keskikohdan molemmilla puolilla. Otetaan ankkuri pois kannusta ja laitetaan prikkoja molempiin päihin arvioidun välyksen mukaan ja kokeillaan ankkuria jälleen moottorissa. Jos välystä on vieläkin reilusti keskikohdan toisella puolella, niin lisätään jälleen tälle puolelle prikkoja tai vaihdetaan jo asennettuja paksumpiin. Jos taas keskikohdan toisella puolella ei ole yhtään välystä ja ankkuri nojaa laakerin, niin tältä puolelta poistetaan prikka tai vaihdetaan ohuempaan. Tavoitteena on se, että keskikohdan molemmilla puolilla on välystä millin osia. Ankkurissa tulee kuitenkin olla vähintään ne aikaisemmin mainitut prikat paikoillaan, eli kollektoria vasten on bakeliittiprikka ja molemmissa päissä ainakin yhdet tavalliset prikat.
Moottorin kokoaminen Kun ankkuri on saatu asettumaan keskelle magneettikenttää ja välyskin on sopiva voidaan moottori koota loppuun. Päädyn asentamisessa on yksi kikka, jota kannattaa käyttää. Vakiomoottoreissa kiinteä ajoitus on toteutettu siten, että päädyssä oleva uloke asettuu kannussa olevaan loveen. Tämä lovi on kuitenkin yleensä hieman isompi kuin olisi tarvetta, eli pääty kannattaa kääntää aivan loven vasempaan laitaan (pääty on ylhäällä) ennen päädyn kiristämistä paikoilleen. Tällä voidaan ajoitukseen vaikuttaa parhaimmillaan jopa asteen verran.
Tässä vaiheessa kannatta varmistaa, että häiriönpoistokondensaattorit ovat paikoillaan. Nämä voivat olla perinteisiä jaloistaan juotettavia malleja tai moottorin päätyyn upotettuja pintajuotoskomponentteja. Jos näin ei ole, niin moottoriin on juotettava kolme häiriöpoistokondensaattoria. Ensimmäinen juotetaan moottorin plus- ja miinusnavan väliin, toinen moottorin miinusnavasta kannuun ja kolmas plusnavasta kannuun. Yleensä kondensaattoreita ei juoteta itse kannuun, vaan päädyn kiinnitysruuvin (sähköisessä yhteydessä kannuun) alla olevaan korvakkeeseen, jolloin moottorin avaaminen on helpompaa. Yleensä nämä kondensaattorit tulevat moottorin mukana, mutta jos näin ei ole, niin ne ovat aivan tavallisia 0,1 uF epäpolaarisia (voi kytkeä molemmin päin) keraamisia kondensaattoreita. Jos käytettävä nopeudensäädin on jarrullinen, niin moottoriin kannattaa juottaa myös shottky-diodi moottorin plus- ja miinusnapojen väliin, siten, että diodin raita on moottorin plusnavan puolella Pakillisen säätimen kanssa Shottky-diodia ei saa käyttää, koska pakin käyttö aiheuttaa oikosulun ja räjäyttää ainakin Shottky-diodin.
Jos hiiliä ei ole juotettu paikoilleen tai ne on kiinnitetty päätyyn ruuvin alle puristamalla, niin ne on juotettava moottorin päätyyn. Kannattaa muistaa, että hiilten puolilla on yleensä merkitystä. Jos hiilissä on nämä kiinnityslenkit, niin ne voi poistaa vaikka sivuleikkureilla. Oikea tapa kiinnittää hiilet päätyyn on juottaminen, eli hiilet juotetaan johtimistaan kiinni hiilikanavan kylkeen tai viereen. Tinaa ei luonnollisestikaan saa kuitenkaan päästä hiilikanavaan. Tinaa kannattaa muutenkin käyttää säästeliäästi, jotta hiilen johto säilyy mahdollisimman joustavana, eli tinaa tulisi olla vain kiinnityskohdassa. Jos hiilessä on kaksi johdinta, niin molemmat johdot juotetaan päällekkäin samaan paikkaan. Kannattaa myös ennen tinaamista varmistaa, että hiili yltää hiilikanavaan kiinnitettynäkin. Nyt voidaankin laittaa myös hiilten jouset paikoilleen, ja kone on loppuun koottu. Kannattaa vielä muistaa, että joustenkin puolilla on yleensä merkitystä.
Sisäänajo Moottori on aina ajettava sisään. Uutena hiilten pinta ei ole aivan tasainen ja hiilten ja kollektorin välinen kosketus ei ole aivan täydellinen. Eli käytännössä vain hyvin pieni osa hiilestä on kontaktissa kollektoriin. Jos nyt lähdettäisiin moottorilla ajamaan täysillä, niin kaikki virta kulkisi näiden pienien alueiden kautta aiheuttaen suurta kipinöintiä ja kollektorin palamista. Näiden syiden takia sisäänajo on siis hyvä suorittaa. Sisäänajon voi suorittaa esim. aluksi kahdella kennolla kolmen minuutin ajan ja sitten kolmella kennolla kahden minuutin ajan. Käytännössä tämä onnistuu ottamalla akkupaketti käteen ja pitämällä minuutti kerrallaan akkupaketin vierekkäisiä kennoja kytkettynä moottoriin. Kolmen kennon sisäänajoa varten tarvitaan ainakin yksi johto, jotta virtaa saadaan otettua molemmista kolmen kennon sarjasta yhden minuutin ajan. Kun kaikki kolme paria ja molemmat kolmen kennon sarjat on käyty läpi, niin sisäänajo on suoritettu. Hiilten sovittumista voi kiihdyttää tätä varten myytävillä aineilla, jotka pehmentävät hiiliä sisäänajoa varten. Välttämätöntä näiden aineiden käyttö ei kuitenkaan ole. Nyt moottorin pitäisi olla huippukunnossa ja valmiina kisaan. Moottorin tehoon ja muuhun luonteeseen pystytään vaikuttamaan monella tavalla. Vaikuttavia tekijöitä on mm. magneetit, laminaattien ominaisuudet, laakerointi ja käämitys. Käämitystä lukuun ottamatta ominaisuuksiin ei juurikaan päästä vaikuttamaan. Eli käyttäjä voi yleisesti valita saman moottorin eri käämityksillä. Ankkuri voi olla esim. 10x2, 12x1 tai 15x2. Näistä ensimmäinen luku tarkoittaa sitä, kuinka monta kierrosta käämiä on kiedottu kunkin ankkurin haaran ympärille. Jälkimmäisellä luvulla puolestaan tarkoitetaan sitä, kuinka monta rinnakkaista käämilankaa on kiedottu edellä mainitut kierrokset. Seuraavassa tarkastellaan hieman näiden lukujen merkitystä. Sähkömoottori on siis sähköllä toimiva moottori, jossa käämin läpi kulkeva virta tekee käämistä sähkömagneetin. Käämin toinen puoli varautuu negatiivisesti ja toinen positiivisesti. Sähkömagneetin ja kestomagneetin väliset magneettikentät vaikuttavat toisiinsa, jolloin käämi pyrkii liikkumaan mahdollisimman hyvään asentoon suhteessa kestomagneetin magneettikenttään. Esim. käämin positiivisesti varautunut puolisko vetää kestomagneetin negatiivista puoliskoa puoleensa ja hylkii positiivista. Tämä saa käämin pyörimään. Kollektorin tehtävänä on moottorissa on magnetisoida aina yksi käämi kerrallaan, jolloin vaikuttavat voimat ja myös pyörimissuunta saadaan pidettyä samana. Eli, kun sähkömagneettina toimivan käämi tulee kestomagneetin vetovoiman vaikutuksesta kestomagneettia kohti, kollektori katkaiseekin virran. Samalla hetkellä kollektori magnetisoi seuraavan käämin, joka taas lähestyy kestomagneetin vetovoiman vaikutuksesta kestomagneettia, kunnes virta jälleen katkeaa. Teoriassa moottorin teho kasvaa tällöin moottorin kierrosten noustessa. Asia ei kuitenkaan ole aivan näin yksinkertainen. Toisaalta käämit ovat pyöriessään kestomagneettien aiheuttamassa muuttuvassa magneettikentässä, jolloin käämeihin indusoituu jännite. Valitettavasti tämä induktiojännite on vastakkainen akun antaman jännitteen kanssa. Jäljelle jää tällöin näiden kahden jännitteen erotus, joka käytännössä pyörittää moottoria ja saa aikaan hyötytehoa. Lisäksi induktiojännite kasvaa myöskin kierrosten lisääntyessä, jolloin moottorien tehokäyrät muistuttavat aina paljolti paraabelia. Tähän induktiojännitteeseen perustuu myös se, että vähemmillä käämikierroksilla moottorista tulee tehokkaampi. Induktiojännite riippuu vain käämikierroksista, eikä virrasta. Eli lisättäessä vääntöä esim. lisäämällä käämikierroksia, niin myöskin induktiojännite kasvaa samalla laskien moottorin tehoa.
Käämikierrosmäärän lisäksi moottorin ominaisuuksiin vaikuttaa myös käämin paksuus ja rinnakkaisten käämilankojen määrä. Suurin vaikutus on rinnakkaisten käämien yhteenlasketulla poikkipinta-alalla. Sillä ei ole kovinkaan suurta merkitystä kuinka monta rinnakkaista käämiä loppujen lopuksi olikaan. Kun moottoria lähdetään kiihdyttämään nollasta, niin kevyellä ankkurilla (ohut käämilanka) varustettu moottori kiihtyy paremmin, koska tällöin ankkurin hitausmomentin tulee olla mahdollisimman pieni. Toisaalta käämilanka ei saa olla kuitenkaan liian ohut, jotta käämin vastus ei kasva liian suureksi. Raskaammalla ankkurilla (paksu käämilanka) varustettu moottori on puolestaan parempi pääsääntöisesti suurilla kierroksilla ajettaessa, koska paksu käämilanka mahdollistaa suuremman virran. Käämilangan paksuntamiseen sijaan voidaan lisätä myös rinnakkaisten käämilankojen määrää. Ohuiden käämilankojen väliin jää vähemmän ilmaa, jolloin yhtä täyteen käämityssä ankkurissa käämien poikkipinta-ala on suurempi. Toisaalta yksi paksu käämilanka päästää virtaa lävitseen paremmin kuin yhteen lasketulta poikkipinta-alaltaan saman suuruiset rinnakkaiset käämilangat. Tämän takia nykyisissä moottoreissa käytetään hyvin harvoin kahta rinnakkaista käämilankaa enempää. Eli syheröisellä ja pienellä radalla käytetään ankkuria, jossa on käytetty yhtä ohutta käämilankaa. Isolla ja nopealla radalla puolestaan käämilangan paksuutta kasvatetaan tai rinnakkaisten käämilankojen määrää lisätään. On tietenkin mahdollista vielä vaikuttaa moottorin ominaisuuksiin erilaisilla käämintätekniikoilla. Käämi voidaan esim. käämiä mahdollisimman lähelle ankkurin keskustaa tai ulkolaitaa. Näiden vaikutus on kuitenkin niin pieni, että myytävissä koneissa löytyy käytännössä aina tasaisesti käämittyjä ankkureita. Käämitään voidaan suorittaa koneellisesti tai käsin. Koneellista käämintää käytetään yleisesti halvemmissa moottoreissa, jolloin hinnasta tulee edullisempi hieman suorituskyvyn kustannuksella. Kilpakoneissa käytetään pääsääntöisesti käsin käämittyjä ankkureita, koska käsin käämimällä käämityksestä saadaan huomattavasti tasaisempi ja näin suorituskykyisempi. Lisäksi käämeihin pystytään vaikuttamaan myös itse ankkurin muodolla. Varsinkin käytettäessä paksua käämilankaa joudutaan ankkurista "poistamaan materiaalia", jotta käämilanka saadaan ylipäätään mahtumaan ankkurille. Näihin seikkoihin ei yleensä pystytä vaikuttamaan, joten asiaa ei käsitellä sen enempää.
Kollektorin pinta loppuu ja menee puhki jossain vaiheessa, kun kollektoria sorvailee tarpeeksi. Itse asiassa kollektorissa on sorvattavaa pintaa vain noin 0,7 mm. Yleensä kuitenkin muu ankkuri on hyvässä kunnossa. Mieleen hiipii siis väkisinkin, josko tuota kollektoria pystyisi jotenkin uusimaan. Mahdotonta tämä toki ei ole, joten pakkohan sitä oli kokeilla. Uhriksi otin loppuun sorvatun käsin käämityn 12x2 ankkurin.
Eli kollektorin kuparipintaa olisi siis kasvatettava jälleen alkuperäisiin mittoihin. Helpoiten tämä onnistuu vetämällä vanhan kollektorin päälle sopivan mittainen kupariholkki. Lähimpänä sopivaa on ihan tavallinen vesijohdoissa käytettävä 8 mm kupariputki. Valitettavasti sen sisämitta on kuitenkin vain 6 mm ja vanhaa kollektoria ei voi juurikaan sorvata alle 6,8 mm. Vanhasta kollektorista pitää siis olla vanha kuparipinta olemassa mahdollisimman laajalta alueelta, ja sen pitää olla edelleen hyvin kiinni alustassaan. Muuten kollektorin uudelleen päällystäminen ei onnistu tällä menetelmällä. Eli kupariputken sisähalkaisijaa on kasvatettava ainakin tuohon 6,8 mm tai ainakin hieman suuremmaksi kuin nykyinen kollektori on halkaisijaltaan tällä hetkellä. Eli vanhan kollektorin on oltava halkaisijaltaan hieman pienempi kuin kupariputken sisähalkaisijan. Tämä onkin varmaankin koko tämän projektin vaikein kohta. Halkaisijan kasvattaminen onnistuu kuitenkin sorvaamalla, poraamalla, hiomalla ja/tai kalvamalla. Kun sisähalkaisijaa ollaan saatu suurennettua riittävältä matkalta putkesta katkaistaan vanhan kollektorin mittainen tai hieman pidempi pätkä kupariholkiksi.
Kun kupariholkki on saatu valmiiksi, vanha kollektori käsitellään juoksutteella ja päällystetään kokonaan juotostinalla. Myöskin kuopariholkin sisäpinta käsitellään juoksutteella ja päälystetään tinalla. Tavallista 60/40 tinaa ei kuitenkaan kannata käyttää, koska tässä kohteessa mahdollisimman suuresta sulamislämpötilasta ja kovuudesta on hyötyä. Sopiva juotostina on koostumukseltaan 97,5% lyijyä ja 2,5% hopeaa. Joukossa voi myös olla ripaus kuparia. Tämän tinan sulamislämpötila on reilusti yli 300 astetta ja kovuus on hyvä. Lisäksi kyseinen tina soveltuu erityisesti kuparille. Tällä "tinalla" pitäisi kollektorin pysyä kasassa vielä 12 lankaisissakin koneissa, kunhan moottori ei pääse lämpenemään liikaa. Jos haluaa olla aivan varma, että kollektorin pinta pysyy kasassa, kannattaa juotoskolvi unohtaa, ja siirtyä kovajuotokseen. Tällöin käytetään esim. hopeajuotosta ja pientä kaasupoltinta.
Nyt kupariholkin sisäpinta ja kollektori käsitellään huolellisesti juoksutteella ja kupariholkki työnnetään kollektorin päälle kolvilla kupariholkkia kuumentaen. Tähän tarvitaankin sitten erittäin tehokas kolvi, jossa on tehoa mieluusti ainakin 80W. Kupariholkin ulkopintaa kuumennetaan siis niin paljon, että kaikki kupariholkin sisällä oleva tina sulaa, jolloin kupariholkki putoaa paikoilleen. Kupariholkkia kannattaa auttaa käyttämällä pihtejä, jolloin ylimääräinen tina pursuaa kupariholkin ja vanhan kollektorin välistä. Lämmön siirtymistä helpottamaan kupariholkin ulkopintakin voidaan tinata, jolloin lämpö siirtyy kolvista paremmin kupariin.
Tässä vaiheessa on hyvä jälleen sorvata kollektori, jotta lämmönsiirrossa käytetty tina saadaan poistettua kollektorista. Tässä ei kuitenkaan kannata olla kovinkaan tarkka, koska tämä on vasta välivaihe ja tarkoituksena on vain helpottaa seuraavan vaiheen onnistumista. Samalla ylimääräinen kupariholkin osa voidaan sorvata pois kollektorisorvilla. Eli kupariholkki katkaistaan vanhan kollektorin tasalle.
Vielä olisi tehtävä tarvittavat urat uuteen kollektoriin. Tämä onnistuu helpoiten käyttämällä esim. Dremeliä ja mahdollisimman kapeata metallilaikkaa. Tässä hiomisessa kannattaa olla erityisen tarkkana, jotta urasta tulisi mahdollisimman suora ja kapea. Lisäksi kannattaa varoa hiomasta laikalla käämejä. Ne on kuitenkin niin lähellä. Urien pohjille jää kuitenkin jämiä tinasta ja kuparista, joten urat kannattaa vielä puhdistaa huolellisesti askarteluveitsellä. Jäljellä onkin sitten enää kollektorin lopullinen sorvaaminen. Eli pintaa sorvataan sen verran, että kaikki tina, kuparipinnan kolot yms. saadaan pois.
Kierroslukumittarin rakentaminen Joskus olisi kiva hieman vertailla eri sähkömoottoreita. Karkeasti tämän voi tehdä korvakuulolta tai radalla testaamalla. Olisi kuitenkin hedelmällisempää, jos asian voisi selvittää hieman tieteellisemmin. Laitteiston rakentaminen, jolla saataisiin hienoja käppyröitä tehosta, kierrosluvusta ja väännöstä tietokoneelle, ei ole kovinkaan yksinkertaista tai halpaa. Pelkästä kierrosluvustakin on hyötyä, ja tällaisen laitteiston rakentaminen ei ole kovinkaan vaikeata, joten tällaisen laitteiston rakentamista käsitellään tässä. Laitteiston rakenne on melkoisen yksinkertainen. Testattavan moottorin akselille asennetaan kiekko, jossa on tasaisesti reikiä, joita kannuun kiinnitettävä optoerotin laskee. Tätä optoeroittimen pulssia luetaan yleismittarilla, jossa on taajuuden mittausmahdollisuus. Kierrosluku saadaan kertomalla saatu taajuus 60:llä ja jakamalla moottorin akselilla olevien reikien määrällä. Alla on vielä periaatekuva laitteistosta.
Jotta optoerotin saadaan toimimaan kunnolla, on sille asennettava etuvastus R1. Tämän arvo riippuu käytettävästä jännitteestä ja optoerottimen ominaisuuksista. Eli etuvastus valitaan siten, että optoerottimelle syötetään sellaista sähköä, jota se speksiensä mukaan haluaa. Lisäksi optoerottimen ja mittalaitteen välille asennetaan toinen vastus R2, jotta pulssit saadaan nätisti mittalaitteelle näkyviin. Aluksi vastukseksi voi kokeilla vaikka 1 kOhm vastusta. Jos tällä ei toimi, niin kannattaa sitten haarukoida sopivampaa. Optoerottimeen kannattaa liimata metalliliuska, jonka avulla optoerotin saadaan kiinnitettyä moottorin kannuun siten, että käytettävä anturikiekko saadaan asettumaan nätisti optoerottimen haarukan väliin. Seuraavassa kuvassa on minun versioni asiasta. Tarvittavat vastukset on kiinnitetty käytettäviin johtoihin ja suojattu kutistesukalla.
Koko projektin vaikein osa taitaa olla sopivan anturikiekon valmistaminen. Sopivan yksilön voi tehdä esim. sorvaamalla tai käyttämällä vanhaa pinjonia, johon on kiinnitetty halkaisijaltaan noin 30 mm kiekko. Tässä tapauksessa kannattaa olla hyvin tarkkana siitä, että kyseinen kiekko kiinnitetään mahdollisimman keskelle pinjonia. Anturikiekon olisi siis oltava mahdollisimman tasapainoinen. Anturikiekkoon porataan 2-4 reikää tasaisin välein. Jälleen pitää pitää huoli siitä, että anturikiekko säilyy mahdollisimman tasapainoisena. Reikien sijainti ja koko riippuu käytettävästä optoerottimesta. Reikien on osuttava siten, että optoerotin pystyy toimimaan kunnolla, eli reikien on oltava riittävän suuria ja niiden väli on oltava reilu.
Mittaaminen aloitetaan kiinnittämällä optoerotin ja anturikiekko moottoriin sekä optoerottimen johdot virtalähteeseen ja mittalaitteeseen. Nyt kytkettäessä moottori paksuilla johdoilla kiinni akkuun, mittalaite näyttää taajuutta. Tästä taajuudesta saadaan kierrosluku minuutissa kertomalla taajuus 60:llä ja jakamalla tämä anturikiekon reikien määrällä. Jotta tulokset olisivat mahdollisimman vertailukelpoisia, moottoria pyörittävän akun tulisi olla aina sama ja täyteen ladattu. Näin moottorille syötettävä jännite olisi mahdollisimman vakio. Jos laitteistosta haluaa saada vielä enemmän irti, niin moottorin akselille kannattaa kiinnittää vielä erikokoisia potkureita. Tällöin saadaan kierrosluvut erilaisilla kuormilla, jolloin moottorin luonne selviää paremmin. Harjattoman moottorin perusteet Tasavirtamoottorit toimivat periaatteessa seuraavasti. Siinä käämin läpi kulkeva virta tekee käämistä sähkömagneetin. Käämin toinen puoli varautuu negatiivisesti ja toinen positiivisesti. Sähkömagneetin ja kestomagneetin väliset magneettikentät vaikuttavat toisiinsa, jolloin käämi pyrkii liikkumaan mahdollisimman hyvään asentoon suhteessa kestomagneetin magneettikenttään. Esim. käämin positiivisesti varautunut puolisko vetää kestomagneetin negatiivista puoliskoa puoleensa ja hylkii positiivista. Tämä saa käämin pyörimään. Seuraavassa kuvassa käämin vääntövoima on nolla. Maksimaalinen vääntövoima saavutetaan käämin ollessa 90 asteen kulmassa kuvan tilanteeseen nähden. Eli käämin pyöriessä magneettikentässä vääntövoima muuttuu sinikäyrän mukaisesti.
On helppoa huomata, että käämejä kannattaisi olla useampia vääntövoiman tasoittamiseksi. Harjallisen tasavirtamoottorin (perinteinen) tapauksessa tämä menee seuraavasti. Kollektorin tehtävänä on moottorissa on magnetisoida aina yksi käämi kerrallaan, jolloin vaikuttavat voimat ja myös pyörimissuunta saadaan pidetty samana. Eli, kun sähkömagneettina toimivan käämi tulee kestomagneetin vetovoiman vaikutuksesta kestomagneettia kohti, kollektori katkaiseekin virran. Samalla hetkellä kollektori magnetisoi seuraavan käämin, joka taas lähestyy kestomagneetin vetovoiman vaikutuksesta kestomagneettia, kunnes virta jälleen katkeaa. Kollektori on siis jaettu siten, että jokainen käämi on kytketty kahden kollektorin sektorin väliin. Kun hiilet nojaavat kollektoriin, sen pyöriessä virta kulkee hiilien ja edelle mainittujen kollektorin sektorien kautta yhden käämin kautta kerrallaan magnetisoiden sen. Sektoreita ja käämejä lisäämällä saadaan vääntövoimaa tasoitettua melkoisen helposti. Harjattoman moottorin tapauksessa ei tällaistä mekaanista kosketusta ole. Moottori on siis käytännössä käännetty toisinpäin. Eli moottorissa on kestomagneetti laitettu pyöriin ja käämit ovat paikoillaan, jolloin käämit voivat olla ihan kiinteästi kiinni nopeudensäätimessä ilman hiiliharjoja. Tämän takia harjaton moottori on erittäin huoltovapaa. Ainoa harvoin huoltoa tarvitseva kohde on moottorin päätylaakerit. Eli harjattomalla moottorilla voidaan ajaa helposti satojakin akullisia ilman huoltoa. Harjallinen moottori puolestaan vaatii huoltoa jopa muutamien akullisten välein. Tässä on siis melkoinen ero. Lisäksi harjattomat moottorit ovat hyötysuhteeltaan erinomaisia harjallisiin moottoreihin verrattuna, koska harjattomassa moottorissa ainoa kitka on kuulalaakereissa. Tästä seuraa se, että moottorin teho ja ajoaika kasvaa huomattavasti. Hyötysuhteesta on myöskin se etu, että moottori lämpenee huomattavasti vähemmän, ja lämpö on yleensä helpommin siirrettävissä moottorista ulos kannussa olevan käämityksen takia. Harjattomassa moottorissa ei siis ole kollektoria, joka tekisi vuorollaan kustakin käämistä jännitteellisin. Tämän takia käämin suhde kestomagneettiin (vaihe) on tunnistettava elektronisesti, jotta kuhunkin käämiin pystytään kytkemään virta juuri oikeassa vaiheessa. Kytkeminen tapahtuu transistorikytkimien avulla, joita ohjataan saadun vaihetiedon avulla. Se miten kyseinen vaihetieto saadaan, riippuu moottorin tyypistä. Harjattomat moottorit voidaan käytännössä jakaa kahteen eri päätyyppiin - sensorilleiseen ja sensorittomaan moottoriin. Sensorillisessa moottorissa, kyseinen sensori on yleensä Hall-anturi. Hall-anturi perustuu siihen, että virrallisen johteen ollessa kohtisuorassa magneettikentässä elektronien kulkurata muuttuu. Toisin sanoen, jos johtimeen tuodaan jännite ja kohtisuoraan siihen magneettikenttä, syntyy virran suunnalle ja magneettikentälle kohtisuoraan jännite, Hall–jännite. Hall-anturit ovat hyvin nopeita ja niillä voidaan havaita jopa 100 000 pulssia/s. Tämän takia ne soveltuvatkin erinomaisesti harjattoman sähkömoottorin vaiheen havaitsemiseen. Käytännössä vaihe havaitaan siten, että akselille on kiinnitetty levy, jossa on tasaisesti reikiä tai koloja. Näiden kolojen tai reikien kohdalla syntyy mainittu Hall-jännite. Sensorittomassa moottorissa vaiheen tunnistus perustuu moottorin generaattorivaikutukseen. Harjatonta sähkömoottoriahan ajetaan aina kahden vaihejohdon kautta kerrallaan, jolloin vapaana olevaan vaihejohtoon syntyy tämä generaattorivaikutuksen johdosta jännite. Tämä jännite on huipussaan kun magneettikentän muutosnopeus on huipussaan. Tämä puolestaan tapahtuu magneetin ohittaessa kyseisen vaihejohdon kohdalla olevan käämin. Tätä jännitteen vaihtelua voidaan seurata melkoisen tarkasti, jolloin vaihe on myöskin tiedossa. Tämän tavan heikko puoli on se, ettei vaihetietoa ole saatavilla moottorin ollessa pysähdyksissä. Eli lähdettäessä pyörittään moottoria, nopeudensäätimen on arvattava moottorin vaihe. Tästä johtuu se, että varsinkin vanhemmat nopeudensäätimet saattoi aluksi lähteä pyörittään moottoria hetkellisesti jopa väärään suuntaan. Vaikka nämä seuranta-algoritmit ovat kehittyneet melkoisesti, ei sensorittomalla moottorilla päästä lähelle sensorillisen moottorin tarkkuutta varsinkaan pienillä moottorin kierroksilla. Toki sensorittomassa rakenteessakin on omat etunsa. Moottorin rakenne on yksinkertaisempi, hinta on edullisempi, moottorista tulee ulos vähemmän johtoja ja mahdollisia vikakohteita on vähemmän. Lisäksi sensorittomat moottorit ovat yleensä suoraan vaihdettavissa jopa eri valmistajan moottoriin. Sensorillisten moottorien rakenteet eivät puolestaan ole eri valmistajien välillä, ainakaan tällä hetkellä, välttämättä samanlaisia. Eli sensorillista moottoria ei välttämättä voi vaihtaa toisen valmistajan moottoriin ilman, että vaihtaisi nopeudensäätimen samalla. Toisaalta ROAR-säännön (sivu 42, kohta 8.7.5) täyttävät moottorit ja säätimet (LRP, Novak, Nosram) ovat keskenään vaihdettavissa. Harjattomankin moottorin tapauksessa olisi edullista tasoittaa vääntövoimaa. Tämä tarkoittaa sitä, että useita käämejä, joilla on kullakin omat ohjauspiirinsä olisi jaettava tasaisesti kannun sisäpinnalle staattoriksi. Helpostikin huomaa, ettei kovinkaan montaa käämiä ole edullista käyttää. Yleensä käytetäänkin kompromissina kolmea eri käämiä, eli vaihetta. Kukin käämi on kuitenkin jaettu yleensä ainakin kahteen osaan. Eli kukin käämi on kiedottu ainakin kahden eri staattorin hampaan ympärille. Eli moottorissa voi olla esim. kuusi staattorin hammasta, mutta silti se on vain kolmevaiheinen. Kukin käämi on vain kiedottu kahden hampaan ympärille. Myös sähköisesti kolmivaiheisen moottorin käämit voidaan kytkeä parilla eri tavalla. Ensimmäisellä tavalla käämit voidaan kytkeä tähtimuotoon (Wye), jolloin jokaisen käämin toinen pää on kytketty yhteen ja toiset päät vaihejohtoihin. Toisessa tavassa käämit asetetaan kolmioksi (Delta), jolloin aina kahden käämin päät ovat kytketty aina yhteen. Tällöin kukin vaihejohto tulee tällaiseen kahden käämin liitoskohtaan. Moni onkin varmaan ihmetellyt, miksi 6 kieppinen harjaton moottori vastaa noin 12 kieppistä harjallista moottoria. Tähän on hyvinkin yksinkertainen selitys. Tähtikytkennässä minkä tahansa vaiheiden välille kytketyn virran on kuljettava aina kahden käämin läpi. Eli virta kulkee esim. kahden 6 kieppisen käämin läpi, jolloin tämä harjaton moottori vastaa sitä 12 kieppistä harjallista moottoria. Kolmiokäämityksen tapauksessa näin ei ole. Tällöin aina kahden vaiheen välillä on vain yksi käämi.
Tulikin mainittua, että moottorin vääntövoima on maksimissaan, kun roottorin (ankkuri) ja staattorin (käämitys) voimakentät ovat 90 asteen kulmassa toisiinsa nähden. Eli ideaalitapauksessa tasainen ja maksimaalinen voimakenttä saadaan aikaan siten, että staattorin voimakenttä etenee jatkuvasti 90 astetta roottorin voimakentän edellä. Koska vaiheiden määrä on rajoitettu tässä tapauksessa vain kolmeen, huomataan staattorin voimakenttän olevan muutettavissa vain 60 asteen askelin. Eli staattorin voimakenttä on keskimäärin ideaalisesti 90 astetta roottorin voimakenttää edellä, kun voimakenttien ero pidetään 60-120 asteen välillä. Tämä on merkitty keltaisella seuraavassa kuvassa. Kun voimakenttien välinen kulma on pudonnut 60 asteeseen, staattorin voimakenttää siirretään 60 astetta eteen päin (120 asteeseen) siirtämällä virta seuraavaan käämiiin.
Harjattoman moottorin asennuksessa on muutamia huomioitavia asioita. Harjattoman moottorin hyötysuhde on siis parempi kuin vastaavalla harjallisella moottorilla. Tämän takia välitys voi olla hieman pitempi. Eli pinjoni voi olla hampaan tai pari suurempi. Sensorittomassa harjattomassa moottorissa on kolme vaihejohtoa (A, B ja C), joista minkä tahansa kahden johdon paikkaa vaihtamalla moottorin pyörimissuunta vaihtuu. Sensorillisen moottorin tapauksessa näin ei voi menetellä, koska tällöin sensorien välittämä informaatio menisi sekaisin. Sensorilliseen moottoriin ja nopeudensäätimeen on tämän takia merkitty kunkin vaihejohdon oikea paikka kirjaimilla A, B ja C. Harjattomassa moottorissa käämit ovat siis kannussa. Ne voivat olla myös melkoisen lähellä moottorin asennuksessa käytettäviä ruuvinreikiä, joten asennusruuvien valinnassa täytyy olla todella tarkkana. Liian pitkä ruuvi tuhoaa helposti käämin ja täten myös moottorin. Moottorin ohjekirjasta on hyvä tarkastaa ennen moottorin asennusta oikean ruuvin pituus. Jos mainintaa ei löydy, kannattaa ruuviehdokas ruuvata kevyesti käsin moottoriin ennen sen asennusta. Heti kun ruuvi ottaa kevyestikin kiinni käämiin, niin ruuvaus lopetetaan ja tarkastetaan, että ulkona olevan ruuvin pituus on selvästi pienempi kuin moottoripukin paksuus. Vielä on yksi asia hyvä muistaa. Vaikka harjaton moottori on tunnottomampi välitykselle kuin harjallinen sisarensa, ei välitysten pitentämisessä kannata liioitella. Moottorissa käytettävät magneetit alkavat menettää tehoaan radikaalisti moottorin lämmettyä liian kuumaksi. Tämä raja menee noin 100 asteessa.
|
||
| Copyright © Ari-Pekka Liljeroos | ||
