Motocicleta Zero DS 2010 - Modificada e Emplacada com Certificado de Segurança Veicular (Parte 1/4)

Enfim, a Motocicleta Elétrica Zero DS ano 2010 que foi modificada em um trabalho em conjunto com o proprietário dela, foi emplacada com sucesso. Legalizada, agora ela está pronta para transitar com liberdade, indo até aonde a sua autonomia (cerca de 95 km em estradas, segundo o manual do usuário do produto, com uma carga completa do pacote de bateria original em perfeito estado) permite.

O feito é grande pois, não se trata de um veículo comum. Além de ser um Veículo Elétrico, ela é importada, não conta com assistência técnica autorizada no Brasil, e teve as suas características originais modificadas com emprego de um novo conjunto motor / controlador. 

O emplacamento dela significa, entre outras coisas, que o projeto está aprovado com o Certificado de Segurança Veicular - CSV. Aqui, vamos descrever, o mais detalhadamente possível, tudo o que foi realizado, do ponto de vista técnico e tecnológico, no reequipamento dessa motocicleta.

Se preferir, veja o vídeo documentário no Youtube.

Motor Revolt RV-160 Pro e Controlador Kelly KEB Aplicados à Atualização de uma Motocicleta Zero DS ano 2010

O Motor Revolt RV-160 Pro:

Ao fazer a atualização de uma Motocicleta Zero DS 2010, diante da necessidade da substituição do seu motor CC escovado original, o Agni 95-R, que sofreu seguidas queimas de escovas e do comutador (mais comumente chamado "coletor"), avaliar as melhores opções de escolha acabaram por conduzir ao motor CC sem escovas de fabricado em Israel da marca Revolt, modelo RV-160 Pro, que pode ser bobinado pelo fabricante, personalizado, especificamente sob medida para uma dada relação rpm/volt requirida (parâmetro referido com KV, com K em letra maiúscula, para não confundir com quilovolt), e para uma dada tensão nominal, para operar com a sua potência máxima continua de 12 kW (com 20 kW de pico) e peso aproximado de 10 kg.

Duas versões de opção de diferentes especificações para o Motor Revolt RV-160 Pro foram, a princípio, pensadas: uma considerando tal motor como sendo especificado para uma Tensão Nominal de 60 V e outra considerando o mesmo motor, porém, para uma Tensão Nominal de 72 V.

Considerando que o pacote de bateria da motocicleta Zero DS 2010 é especificado 14S, ou seja, ele é montado em um arranjo que resulta dele apresentar entre os seus terminais uma tensão equivalente à de 14 células Li-íons em série. Dado que cada célula Li-íon empregada nesse pacote é especificada para uma tensão nominal de 3,8V, resulta numa tensão nominal do pacote de bateria de 14 x 3,8 = 53,2 V. 

Assim, mesmo que o pacote de bateria esteja carregado ao extremo (o que equivale a considerar que cada célula atinja a tensão de 4,2 V), a tensão de saída do pacote de bateria (que nesse caso sobe para 14 x 4,2 = 58,8 V) fica, adequadamente, abaixo da tensão nominal do motor, ainda que ele seja especificado para a tensão nominal de 60 V.

Já, a opção pela tensão de nominal do motor de 72 V, isso daria uma margem maior para uma futura atualização do pacote de bateria, para ele oferecer uma tensão maior. Porém, enquanto isso não for feito (ou seja, enquanto for mantido o pacote de bateria em 14S), a tensão nominal do pacote de apenas 53,2V ficaria muito baixa, comparativamente a tensão nominal do motor (72 V) e, como resultado, a máxima potência do motor ficaria subaproveitada, podendo tornar a operação da motocicleta insatisfatória devido a baixa potência efetivamente desenvolvida. Assim, optou-se pela encomenda de um motor de tensão nominal de 60 V.

A ideia de se obter uma rotação do motor de 3990 rpm com um acionamento alimentado em 14S (53,2 V) é a fim de aumentar (apenas ligeiramente) a característica de Velocidade Máxima nominal original da Motocicleta Zero DS 2010, que é de 67 mph (105 km/h), mantendo a mesma relação da transmissão original dessa motocicleta, que é realizada por meio de uma corrente (#420), com uma engrenagem transmissora (ligada ao eixo do motor) de 16 dentes, e uma engrenagem receptora (ligada ao eixo da roda traseira) de 53 dentes (ou seja, a relação 16T / 53T).

A roda traseira (roda de tração) da motocicleta Zero DS 2010 original é equipada com um pneu 110/90-16, o que provê, ignorando perdas de energia por deslisamento, um descolamento da motocicleta de aproximadamente 1,90 m por volta dessa roda. Considerando a relação da transmissão, temos:

O que resulta numa velocidade horária máxima de:

Note que, se os motores (o novo e o original) tiverem, comparativamente, aproximadamente a mesma potência, pretender um aumento de velocidade sempre tenderá a corresponder a uma diminuição do torque disponível (e vice-versa).  Isso é algo que poderá resultar em um desempenho ruim da motocicleta em aclives.

Motor Revolt RV-160 Pro instalado na Motocicleta Zero DS 2010

Contudo, apesar desse motor se encaixar mecanicamente quase que perfeitamente à motocicleta Zero DS 2010, tal motor tem uma diferença importante em relação ao motor original, uma característica que não pode ser, a princípio, ignorada, que é o fato dele ser um Motor Outrunner, no qual o eixo da máquina se encontra ligado ao rotor, que é externo, ou seja, a maior parte externa do corpo da máquina gira.

Nesse caso, um cilindro oco, de aço inoxidável, que faz fronteira com o ambiente externo, é adotado para conter na periferia de sua circunferência interna o conjunto de ímãs permanentes (neodímio) que são necessários à constituição da estrutura do rotor do motor CC sem escovas. 

Um desafio para aplicar um motor CC sem escovas Outrunner em uma motocicleta consiste em poder mantê-lo limpo e protegido do ambiente. Ao contrário de um motor CC sem escovas Inrunner, o motor Outrunner normalmente não é selado muito bem e têm grandes recortes em ambas as suas faces laterais, ou seja, na tampa e na contra tampa do motor.

Em um avião de Rádio Controle, esses recortes permitem a hélice cumprir o papel arrefecer o motor, soprando ar sobre os enrolamentos (bobinas) do estator do motor durante o voo. No entanto, o ambiente para a operação de uma motocicleta elétrica é muito mais duro, com sujeira de estrada, poças d'água, lama e cascalhos de ruas que podendo ser atirados por sobre a área do motor, os quais podem danificar os enrolamentos expostos ou se alojar no entreferro, travando o giro.

Motocicleta Zero S / DS com motor (original) Agni 95-R

Entretanto, como pode ser observado na imagem ao lado, o motor original da motocicleta, o Agni 95-R (que, apesar de ser um motor escovado, também possui imãs permanentes para produzir o fluxo de campo, em vez de produzi-lo por excitar enrolamentos), também possui aberturas que visam a entrada de ar de arrefecimento, não apenas nas tampas laterais, como também na periferia de seu cilindro oco, pois, o fluxo de ar de arrefecimento através do motor é um fator limitante importante, enquanto a corrente contínua (e o torque desenvolvido) a baixas tensões (baixas velocidades) só pode ser aumentada se a ventilação for boa. 

2013 ZERO Z-FORCE™ 75-7 MOTOR

Além do mais, vale notar que a própria Zero Motorcycles (fabricante norte-americana das motocicletas Zero) abandonou o emprego do motor Agni 95-R em suas motocicletas modelo Zero DS e passou a utilizar o seu próprio novo Z-Force® motor, a partir do ano modelo 2013, ainda que ela tenha precisado fazer um recall das motocicletas, em Março de 2014, devido a "um possível defeito de fabricação" desses motores e, posteriormente, em 2015, anunciou um motor Z-Force totalmente atualizado.

Uma outra questão preocupante é que o corpo de um motor outrunner em rotação pode se tornar um potencial problema de segurança para o motociclista ou para o carona da motocicleta. Isso poderia se tornar, inclusive, em algum empecilho mais sério, na hora de se obter o CSV - Certificado de Segurança Veicular, necessário para se proceder a completa legalização, visando o emplacamento dessa motocicleta.  

Motor CC Sem Escovas (Outrunner BLDC Motor)
Revolt RV-160 Pro - Dimensões Mecânicas

Então realmente convém pensar na necessidade de algum tipo de guarnição protetora em torno do motor para ambas as funções: para protegê-lo contra os elementos do ambiente e para proteger as pessoas contra contato com o corpo dele em movimento.

Olhando atentamente para a o arranjo que é feito na aplicação original da motocicleta Zero DS 2010, com o seu motor Agni R-95, eu observo que o mesmo dispositivo de conduto que é utilizado para transferir o ar de arrefecimento ao motor (a Zero o chama de Z-Force Air Induction System) que é soprado por uma turbina de ventilação, que é constituído de um material plástico preto fino, poderia ser readaptado para servir, concomitantemente, tanto como guarnição protetiva do motor, quanto para uma melhor ventilação de arrefecimento dele.

A estrutura de tal dispositivo tem múltiplas funções protetivas: tanto impede a entrada no motor de (apenas uma parte da) sujeira, barro e objetos, lançados pela roda em locomoção sobre a pista, bem como para evitar o contato do corpo móvel, no caso de um motor outrunner, com partes do corpo (dedos, mãos, pé, cabelos, etc) ou as vestimentas e trajes do motociclista ou de seu carona, além de propiciar a entrada (e saída) do ar de arrefecimento por ventilação forçada.

Já, por sua vez, o motor Revolt RV-160 Pro encomendado ao fabricante chegou com as janelas das tampas laterais dele fechadas, pela inclusão de uma peças feitas a partir de chapa de alumínio, recortadas e coladas nas faces internas de cada uma dessas tampas. Contudo, após alguns testes, foi decidido remover tais vedações das janelas das tampas, pois elas estavam prejudicando, sobremaneira, o arrefecimento do motor, que se aquecia muito e rapidamente, quando em operação na motocicleta.

Isso propiciou a feliz, porém trabalhosa necessidade de ter que abrir o motor Revolt RV-160 Pro para proceder tal retrabalho, o que exigiu o emprego de um saca polias, combinado com duas chaves de fenda grandes utilizadas como alavancas, para romper o poderoso campo atrativo dos imãs permanentes do rotor sobre o material do núcleo do estator.

Motor Revolt RV-160 Pro aberto para retrabalho

A troca do motor da motocicleta Zero S / DS 2010 a partir do motor Agni 95-R para um novo motor Revolt RV-160 Pro implica, também, na necessidade da troca do Controlador do Motor, uma vez que o motor original é um motor CC escovado, enquanto o novo motor é um CC sem escovas (tal como um Motor CA Trifásico Síncrono, só que com o número de polos do estator diferente do número de polos do rotor). 

Muito embora ambos motores contenham ímãs permanentes em sua constituição, eles os empregam por razões bem diferentes quanto a finalidade: o Revolt RV-160 Pro usa os ímãs permanentes para formar os pares de polos no rotor, enquanto o Agni R-95 os emprega em substituição aos enrolamentos de excitação (ou enrolamentos de campo), ou seja, para produzir o fluxo de campo (uma arquitetura mais antiga e tradicional para motores CC).

Por conta disso, o Controlador do Motor também precisa ser substituído, pois, a comutação do novo motor (em contraponto à comutação do motor CC escovado original que é realizada por um conjunto de oito escovas deslizando sobre o comutador) para motores CC sem escovas é um processo de comutação eletrônica de seis etapas, realizada fora do motor, pelo controlador do motor. O princípio de funcionamento do motor CC sem escovas (que eu prefiro chamar, simplesmente, de Máquina Elétrica de Imãs Permanentes), já foi tratado diversas vezes em vários diferentes artigos postados no blog Veículos Elétricos.

Conseguintemente, por conta da troca do Controlador do Motor, uma série outras modificações precisam ser feitas no sistema eletroeletrônico da motocicleta, tanto para que este controlador possa operar corretamente, quanto para que o Controlador Dedicado da Motocicleta não fique com nenhuma de suas importantes funções originais comprometidas.

Uma questão que surge, então, por exemplo, é que o novo Controlador do Motor precisa tomar posse da função de monitoramento da temperatura do motor, função que, antes, era feita, exclusivamente, pelo Controlador Dedicado da Motocicleta.

O novo Controlador do Motor exige que o motor possua um termistor (sensor de temperatura) específico, diferente daquele que é empregado no motor Agni R-95 original da motocicleta. Entretanto, esse novo termistor é incompatível para que o Controlador Dedicado da Motocicleta possa proceder o adequado comando liga / desliga do motor do ventilador do dispositivo de conduto que é utilizado para transferir o ar de arrefecimento ao motor original.

Motor Revolt RV-160 Pro montado com Ventoinha Externa

Assim, após testes, decidiu-se por não mais empregar o dispositivo de conduto que era utilizado para transferir o ar de arrefecimento ao motor (o Z-Force Air Induction System), uma vez que uma simples ventoinha, retirada de um cooler de 120 mm, foi adaptada para ser agregada à ponta anterior do eixo do novo motor, com suas sete hélices cuidadosamente posicionadas em relação às quatorze aberturas da tampa do motor (1 hélice para cada 2 aberturas).

Opcionalmente, uma ventoinha de sete hélices de um cooler de 140 mm também pode ser empregada, para produzir um maior fluxo de ar. Até o presente momento, ficou provado que isso basta para ajudar a prover um bom arrefecimento para o motor, cujo estator é constituído de enrolamentos que são feitos com Fios Cobre Esmaltado de alta classe (Classe H, 180°C (IEC 60317-8)), permitindo que ele opere em temperaturas bastante elevadas (até 160°C, seguramente).

Quanto a comutação de um motor CC sem escovas, ela é controlada eletronicamente. Para girar continuamente o eixo de um motor CC sem escovas os enrolamentos do seu estator devem ser energizados numa dada sequência. Em aplicações de motocicletas, a carga mecânica (conjugado resistente) sentida pelo eixo do motor varia durante a operação, ao longo de uma faixa de velocidade, e exige uma certa precisão e rapidez de controle para prover boas respostas dinâmicas.

Para o controlador desse motor é importante conhecer a posição do rotor, a fim dele determinar qual deve o enrolamento a energizar, a cada passo, seguindo uma sequência de energização correta. Tanto a velocidade quanto a posição do rotor é informada por dispositivos de realimentação executados em malha fechada, usando algoritmos avançados de controle, que requerem um controlador especialmente desenvolvido para tal aplicação. A posição e velocidade do rotor é detectada por meio de Sensores de Efeito Hall, em geral, montados internamente, incorporados ao conjunto do estator do motor.

A maioria dos motores CC sem escovas tem três sensores Hall, montados no interior do motor, anexados à estrutura de seu estator, em geral, próximos da parte traseira, ou seja, na extremidade oposta daquela por onde sai o eixo de tração do motor. Os sensores Hall podem ser montados numa placa de circuito impresso e fixo à tampa de invólucro na extremidade oposta a saída do ponta do eixo. Isso permite aos usuários ajustar o conjunto completo de sensores Hall, para alinhá-lo com a interação dos polos entre rotor-estator, a fim de obter o melhor desempenho.

Durante a operação, sempre que os polos magnéticos dos ímãs alojados no rotor passam perto de cada um dos respectivos sensores Hall eles mudam de estado, produzindo um sinal elétrico digital (do tipo estado alto / estado baixo), indicando se é um ímã com face referente a polo N ou a polo S que está passando perto daquele específico sensor. Com base na combinação dos três sinais dos sensores Hall, pode ser determinada, pelo controlador, a exata sequência de comutação da energização dos enrolamentos que deve ser procedida.

Incorporar, integrando os sensores Hall para o estator do motor é um processo complexo uma vez que qualquer desalinhamento nestes sensores Hall com respeito aos ímãs do rotor geram um erro na determinação da posição do rotor. Para simplificar o processo de montagem dos sensores Hall para o estator alguns motores podem ter um conjunto extra de pequenos ímãs para o serviço de comandar os sensores Hall, em separado dos ímãs principais do rotor que produzem o fluxo de campo magnético responsável pelo alto torque do motor. 

Contudo, ter esse conjunto de ímãs extras, em separado, praticamente não é possível de ser feito em um motor CC sem escovas como o Revolt RV-160 Pro, porque ele é um motor do tipo de fluxo radial, com uma dimensão bem curta no sentido axial (motor magro), além dele ter rotor externo (outrunner). Não há lugar conveniente aonde se possa colocar os sensores Hall, internamente, num motor assim, sem que eles estejam sob o efeito dos intensos campos magnéticos dos ímãs principais do rotor. 

Neste caso específico (motor Revolt RV-160 Pro), cada um dos três sensores Hall estão alojados, colados, próximos às bordas dos vãos que há entre as ranhuras do estator, um sensor para cada quatro do total de doze ranhuras. Assim, nesse caso, os mesmos campos magnéticos dos ímãs principais do rotor, além de gerar o fluxo que produz o torque, são usados, também, para comandar as mudanças dos estados dos sensores hall, enquanto o rotor do motor gira.

Motor Revolt RV-160 Pro - vista interna da posição dos sensores de efeito Hall

Para controlar o motor Revolt R-160 Pro, foi escolhido um novo controlador dentro da linha de produtos da empresa Kelly Controls, LLC, um dos fabricantes mais creditados do mercado, não apenas de controladores de motores, mas, também, de uma linha completa de produtos para mobilidade elétrica.

Controlador Kelly  KEB72121E (Controlador de Motor CC Sem Escovas):

Controlador Kelly escolhido para a aplicação é o modelo KEB72121E, que opera na faixa de tensão de bateria desde 24 V até 72 V, para corrente de fase de pico máxima (por até 10 segundos, não repetitivo) de 550 A (ou corrente de fase máxima de 200 A constante), potência nominal máxima 12 kW, descrito como BIKE BRUSHLESS CONTROLLER / REGEN.

Muito embora tal controlador tenha a Função Regem (frenagem regenerativa), ela não pôde ser empregada na motocicleta Zero DS 2010, num primeiro momento, sem que nós conhecêssemos, antes, também, as especificações do Carregador Embarcado (QUIC da Delta-q Technologies) existente na motocicleta, a fim de garantir que o mesmo pudesse, efetivamente, proteger o pacote de baterias contra uma eventual sobrecarga, muito embora o BMS (Battery Management System) da motocicleta Zero DS 2010 tenha uma função redundante que também pode realizar tal proteção.

Já, a opção pela escolha de um Controlador de Motor especificado como “de alta velocidade” (uma opção de versão oferecida pelo fabricante Kelly Controllers LLC) não significa que ele aumentará (e nem que diminuirá) a velocidade final do motor, mas, sim, significa, tão somente, se ele será (ou não) capaz de capturar, adequadamente, o Tempo de Comutação de cada um dos três sensores Hall instalados distanciados a 120° (ou, opcionalmente, a 60°), que se encontram alojados dentro do motor CC sem escovas.

A configuração de Polos do Estator / Polos do Rotor 12N 14P (que significa que existem 12 Ranhuras no estator e 14 magnetos no rotor) relativa ao motor CC sem escovas Revolt RV-160 Pro é comum para aplicações de torque mais elevados e velocidade final não muito alta, além de baixa contagem de enrolamento por dente. Uma configuração de motor comumente conhecida por sua operação suave e silenciosa. 

O Padrão do Enrolamento do estator é AabBCc aABbcC (as vezes também descrita como AacCBb aACcbB, o que significa exatamente a mesma coisa), em que cada letra (a, b ou c) refere-se a uma das três fases do motor (que é trifásico), enquanto que, a mudança entre maiúscula e minúscula de cada letra implica em sentido inverso na direção do enrolamento da respectiva bobina do motor (enrolamento em sentido horário / enrolamento em sentido anti-horário).

Este padrão de enrolamento é conhecido pelo acrônimo DLRK (Distributed Lucas, Retzbach e Kuhfuss) pois ele deriva do arranjo conhecido pelo acrônimo LRK (Lucas, Retzbach e Kuhfuss), que por sua vez foi (e ainda é) o padrão adotado por motores que são conhecidos como Motores com Seção de Fase Dividida (Split Phase Sector Motor (SPS)), um tipo elegante de motor CC sem escovas que deu origem aos motores outrunners.

Como se pode observar pelos números (12N 14P), a quantidade de ímãs permanentes no rotor (ou número de polos do rotor (P)) não coincide com a quantidade de enrolamentos do estator (ou número de polos do estator (N)), ou seja, não se trata, exatamente, de um tipo de Motor CA Síncrono clássico, nos quais o número de polos do estator é o mesmo número de polos do rotor.

O Número de Polos Magnéticos do rotor se definido pela quantidade de ímãs que são alojados nele. Neste caso, são 14 polos magnéticos (14 peças de imãs no rotor, lembrando que trata se de 7 Polos Norte e 7 Polos Sul), que são dispostos de modo a que ímãs adjacentes sejam de polaridades magnéticas  (Norte ou Sul) opostas entre si, ou seja, as peças de imãs permanentes são dispostas em polos alternados.

O número de polos magnéticos no rotor divididos por dois é denominado Número de Pares de Polos (14 / 2 = 7 pares de polos). O número de pares de polos dá a relação entre a velocidade do campo magnético girante e a frequência de rotação do rotor / eixo do motor. Assim, o eixo de um motor que possua rotor dotado com 14 magnetos que são alojados, distribuídos, ao longo da circunferência de seu rotor, girará 7 vezes mais lento do que o campo magnético gira ao longo da circunferência de seu estator.

Também podemos fazer: (360° / 14 polos) / 3 fases x 6 passos sequenciais = 51,42 ° (resultado arredondado para duas casas decimais e onde os denominados passos sequenciais são referentes aos seis diferentes estados combinatórios de comutação apresentados pelos sensores Hall que são necessários para fazer tal motor rodar (e, se fosse um motor de dois polos, ou um par de polos, o rotor giraria em uma revolução completa):

360 ° / 51,42 ° = 7, ou seja, a relação entre a velocidade do campo magnético girante e velocidade de rotação do rotor / eixo do motor é 7:1.

Há duas maneiras distintas de se bobinar o estator de um motor outrunner 12N 14P DLRK sendo que ambas resultam no mesmo padrão de enrolamento já mencionado (AabBCc aABbcC). Porém, a segunda maneira (aquela que é a mostrada à direita na figura a seguir) é mais conveniente, principalmente, para se proceder o fechamento dos enrolamentos motor em Triangulo (Δ ou Delta), pois os fios que têm que ser interligados no fechamento terminam próximos.

Independente de qual das duas formas apresentadas acima seja a empregada no fechamento do motor RV-160 Pro que foi encomendado à empresa israelense Revolt para a aplicação na motocicleta Zero DS 2010, o que importa é que ele foi especificado para apresenta uma rotação de 4500 rpm quando operando a tensão nominal de 60 V (que é a tensão nominal máxima da alimentação sob a qual este motor pode operar, sendo que o  pacote de bateria Li-íons da motocicleta apresenta um arranjo 14S, o que provê uma tensão nominal de 14 x 3,8 V = 53,2 V).

Com efeito, se considerarmos a tensão nominal de saída do pacote de bateria, que é de 53,2V (ou seja, classificação 14S), a rotação do motor corresponderá a meros 3990 rpm. Isso é determinado em função de um KV (rpm/volt, não confundir com quilovolt) especificado de valor 75, que é algo ligeiramente superior ao KV de valor 71 que é correspondente ao do motor Agni 95-R, original da motocicleta. Já, quanto ao número de polos do rotor, que é 14 (pois ele apresenta 14 magnetos distribuídos no rotor), significa que ele apresenta 7 pares de polos. 

O motor Revolt RV-160 Pro tem 3 sensores Hall (distanciados a 120°), o que caracteriza um sistema trifásico padrão. Dai, o parâmetro eRPM (velocidade elétrica ou velocidade do campo girante) pode ser calculado, sendo definido por rpm vezes par de polos, resultando em: 7 x 4500 = 31500.

Assim, temos eRPM = 31500 e, portanto, a opção por controlador Kelly KEB na versão de alta velocidade, em que o PWM opera com frequência 33 kHz (recomendado para os casos em que eRPM ≥ 40000), em vez do padrão comum de 16,6 kHz  não é requerido para o caso do controlador para ser empregado na motocicleta Zero DS 2010 com o novo motor Revolt RV-160 Pro. 

Contudo, foi feita escolha da opção por um controlador com gabinete de alumínio com grau de proteção IP65, melhor protegido contra umidade, mais adequado para um ambiente agressivo e molhado de operação da motocicleta.

Note que, ao realizar a comutação dos transistores MOSFETS de potência da sua ponte trifásica, o controlador produz a F_EM (força eletromotriz, no caso, a Tensão de Linha  (VL) que é vista entre cada par de terminais de fase do motor) do motor. Basicamente o cruzamento por zero de cada uma das três F_EM deve se alinhar com a respectiva borda do sinal de um dos sensores hall (como mostrado na figura a seguir), para ambos os casos previstos de disposição de sensores hall, isto é, a 60° ou a 120°.

Contudo, neste caso, o controlador não opera o sincronismo por detectar o cruzamento de zero da F_CEM (força contra eletromotriz), tal como é feito nos casos de controle sem sensor (controle sensorless). Ele apenas lê os sinais dos sensores hall, e assume, presumidamente, que o FEM alinha-se com eles. 

Todavia, para isso ter efeito, o motor já deve vir de fábrica com os sensores hall dispostos (conforme o pedido que foi feito, no caso, a 120°) e bem alinhados, conforme a figura mostrada a seguir, que mostra exemplos dos intervalos de tempo e os devidos alinhamentos dos sinais de Hall para cada um dos os casos (sensores dispostos a 60° e a 120°).

A partir da próxima postagem, continuaremos com esse mesmo tópico, relatando sobre a preparação preliminar do Controlador Kelly KEB e do Sistema Eletroeletrônico da Motocicleta.

Até breve!

Veja Também:

Motocicleta Zero DS 2010 - Modificada e Emplacada com Certificado de Segurança Veicular (Parte 2/4)

Motocicleta Zero DS 2010 - Modificada e Emplacada com Certificado de Segurança Veicular (Parte 3/4)

Motocicletas e Scooters Elétricos

Bem, é com muita satisfação que aqui neste blog, pela primeira vez, eu vou falar sobre Motocicletas e Scooters Elétricas.

Já era sem tempo pois, o blog está comemorando 6 meses de existência e, além do mais, eu mesmo sou motoqueiro, com muito orgulho da minha VELHA Suzuki GS 500E que, apesar do ano de fabricação dela (2008) não ser assim tão antigo, mas acontece que esta máquina foi fabricada por um período total de 21 anos, entre 1989 e 2009, mantendo sempre, exatamente, a mesma tecnologia. Obviamente que essa motocicleta de estrada padrão não é (infelizmente) uma moto elétrica mas, sim, equipada com um motor movido a combustão de gasolina, bicilíndrico de 487cc, 

Todavia, eu garanto que o meu "outro" sonho de consumo (além do carro elétrico) é poder rodar o meu dia a dia em uma motocicleta elétrica. Ainda tenho (apenas) 50 vividos, quem sabe eu chego lá ...

Brammo Empulse 2011 Carregando, ainda s/ conector SAE J-1772

Assim como o que acontece com os carros elétricos, as Motocicletas e Scooters Elétricos também são Veículos Elétricos Plug-in (sigla em inglês PEV) só que com apenas duas (ou três rodas, no caso dos triciclos), que podem ser recarregadas a partir de qualquer fonte externa de eletricidade (em geral diretamente da rede elétrica CA) e que a energia elétrica acaba sendo armazenada a bordo, em uma baterias de potência recarregável. Estes VEs são dotados de um ou mais motores elétricos para prover a tração nas roda, que as fazem se locomover. As Motocicletas Elétricas, distinguem-se dos Scooters, por não ter um quadro vazado (também chamado de quadro aberto, quadro baixo ou quadro feminino, em inglês, step-through frame).

Brammo Empulse R 2012 Portal de Carregamento c/ conector SAE J-1772

Também a faixa de potência e, conseguintemente a faixa de velocidade das Scooters costuma ser menor do que a faixa das motocicletas. Quanto a montagem, as Scooters tem a carroceria toda encapsulada, o que lhes dá um ar de maior "limpeza", produzindo menor ruido sonoro, bem como tendo mais espaço de armazenagem incorporado .Já há bastante tempo que em português do Brasil, a motocicleta passou a ser chamada, simplesmente, de moto.

Embreagens automáticas e transmissões continuamente variáveis ​​(CVT) torna as Scooters mais fáceis de aprender e de dirigir. Scooters geralmente têm rodas menores do que motos. Scooters costumam ter o motor como parte do braço oscilante, de modo que seus motores se deslocam para cima e para baixo com a suspensão.

Motociclistas experientes frequentemente relatam sobre uma "sensação única" ao se dirigir uma  moto, que é a de integração entre homem e máquina com sendo um único corpo. Eu mesmo já experimentei diversas vezes esta sensação é realmente fascinante e, apesar de eu ter um razoável conhecimento técnico de acionamentos elétricos para tração de transporte, eu não sei dizer o que é que pode mudar exatamente, a nível sensorial humano, quando se dirigir uma motocicleta elétrica que, apesar de se mover com uma agilidade equiparável e até de melhor performance dinâmica do que as motos tradicionais, quase não emite ruido sonoro algum. Eu venho estudando e falando mais sobre os carros, porque o mundo fala mais sobre carros do que sobre motocicletas mas, eu confesso, que a minha curiosidade e expectativa com a experiência pessoal de dirigir uma moto elétrica, é ainda bem maior do que foi com o carro elétrico.

BMW C evolution Electric Scooter 2012 (PROTÕTIPO)

A produção comercial atual (novembro de 2012) já apresenta várias marcas e modelos, tanto de Motos quanto de Scooters elétricos disponíveis em diversos mercados ao redor do mundo.

O conceito de "motos elétricas" não é uma ideia nova, pois as primeiras referências a motociclos eléctricos podem ser encontrados nos registros de patentes norte-americanos desde 1860. Todavia, apesar dos muitos esforços de pioneiros e mesmo ao menos uma tentativa de fabricação em massa (no caso do Scoot'Elec Peugeot, que foi uma motoneta elétrica produzida pela Peugeot na França entre 1996 e 2006), ela só passou a ter um maior impulso comercial a partir do ano de 2000, quando verificou-se que, com as baterias de íons de lítio e conjuntos de acionamentos e motores elétricos de mais alto desempenho e rendimento, que vinham sendo introduzidos às motocicletas, visando originalmente aplicações militares, acabaram por resultar, também, em produtos comercialmente mais viável.

Sem um escapamento, motocicleta elétrica de arrancada Killacycle fritando os pneus.

Em 2007 uma Killacycle, motocicleta com motor elétrico construída com o propósito especifico de corridas de arrancada, modelo A123, movida a bateria de íons de Li (LiFePO4), definiu um novo record mundial para o quarto de milha (arrancada de 400 metros) que foi percorrido no tempo de 7,824 s, a uma velocidade média de 168 mph (270 km / h) em Phoenix, Arizona, EUA.

A partir de 2009 começou a crescer nos EUA, tanto em número, quanto em importância, os eventos esportivos relacionados com motos elétricas, como a primeira edição de "As 24 Horas de Electricross", o primeiro evento corrida de resistência para motos elétricas do tipo fora de estrada (motocross) e, igualmente, a primeira edição do "Grande Prêmio Radical Contra o Relógio", o TTXGP, idealizado por Azhar Hussain, em 2008.

Este ultimo novo evento, de nível internacional, ocorreu inserido num evento maior que foram as corridas da ilha de Man 2009, realizadas no circuito de 37,733 milhas (60,725 km) especial para motocicletas de corrida "movidas, sem a utilização de combustíveis à base de carbono e que emitem zero de tóxicos / nocivos".

Para 2010 o evento foi substituído por TT Zero, também criado para  motocicletas de emissões zero. Em 2010, Hussain organizou corridas de motocicletas elétricos na América do Norte e Europa, que culminaram em um campeonato mundial em Albacete, na Espanha. A série se expandiu para incluir Austrália em 2011, juntamente com corridas nos Estados Unidos e Europa.

Em 2010, a ElectroCat foi a primeira motocicleta elétrica a subir a montanha Pikes Peak, a 16 km a oeste de Colorado Springs,  no Condado de El Paso, Colorado, EUA.e definir um tempo recorde de subida no Internacional Pikes Peak Hill Climb.

Motocicletas elétricas incluem as marcas: Zero DS, Brammo Empulse, Native S, Moto Czysz E1PC e Vectrix scooter.

Apesar de estar relacionada a uma indústria e mercado, ambos ainda incipientes, as motocicletas elétricas estão começando a ganhar uma posição no mercado e a chamar cada vez mais atenção. Como os custos já começam a cair e a tecnologia das baterias continuamente a melhorar, é provável que você se veja mais e mais diante destes tranquilos veículos de duas rodas, seja rodando pelas estradas ou mesmo fora delas.

Em 2012 a empresa austríaca KTM Sportmotorcycle AG apresentou durante o EIMCA (Milan Motorcycle Show) a versão de produção da motocicleta elétrica fora de estrada Freeride E: uma máquina sem ruídos, leve e ágil.

Como está agora, do mesmo modo que ocorre na questão dos carros elétricos, o maior obstáculo para o sucesso comercial das motocicletas elétricas é a autonomia. Enquanto suas primas bebedoras de gasolina  podem viajar algumas centenas de quilômetros com um tanque, as motocicletas elétricas estão lutando para se aproximar da metade da autonomia delas.

No entanto, as motocicletas elétricas já estão em vantagem em termos de custo de abastecimento que é bem mais baixo, além dos custos de manutenção que também tendem a ser menores.

Apenas pequenos fabricantes estão levando a cabo a fabricação de motocicletas elétricas neste momento da história, o que faz com que se abra um amplo e atraente leque de expectativas e de oportunidades, mas nenhum dos grandes fabricantes está ignorando esta nova tecnologia e muitos deles têm os seus projetos e protótipos.

Em Outubro último passado (2012), a Zero Motorcycles apresentou a sua linha 2013, brandindo cinco novos modelos: a S, DS, XU, MX e um novo modelo de rua, a FX.

Atualizadas com a mais avançada tecnológica, a. Zero garante ter alcançado um aumento médio de 99% energia armazenada nas baterias de todos os modelos, com a emblemática Zero modelo S sendo capaz agora de alcançar uma alegada autonomia de 137 milhas (220 km) com uma única carga de bateria.

Zero modelo S

Para atingir isso, a linha da Zero foi completamente redesenhada, revisando os quadros de cada máquina para proporcionar uma melhor ergonomia, facilitando a integração do novo hardware. Os motores refrigerados a ar Z-Force,  também são totalmente novos este ano, e são alimentados através de conversores de 2,8 kW.h a 11,4 kW.h dependendo do modelo da moto.

Com uma autonomia de 200 km, velocidade final de 153 km/h e um tempo de carga possível de uma hora, a Zero modelo S vem construindo um forte argumento para a viabilidade de motociclos elétricos. (ver o review completo em 2013 Zero Motorcycles Lineup).

Brammo Empulse R

Já a Brammo tem provocando o mundo com suas motocicletas elétricas modelos Empulse e Empulse R há mais de dois anos. Gozando de garantias de desempenho de 100 mph (160 km/h) e 100 milhas (160 km) de autonomia por carga, que as tornam bastante competitivas, a um preço de varejo de US$ 18.995 para a Empulse R, que custa dois mil dólares a mais do que a Empulse básica e apresenta suspensão totalmente ajustável e peças de fibra de carbono. Um review completo dessa moto pode ser encontrado em 2013 Brammo Empulse R Review - Video).

Geralmente, a fonte de energia para o motor elétrico das motos e scooters elétricos tem sido baterias, notadamente, nos últimos anos em que estas máquinas vem se tornando produtos comerciais, as baterias de íons de lítio mas, no contexto paralelo do desenvolvimento da tecnologia das denominadas células combustíveis, criou-se, também, vários protótipos (não comerciais). Alguns exemplos são: a ENV (Emission Neutral Vehicle) da Intelligent Energy, que é um protótipo de moto elétrica alimentada por uma célula de combustível de hidrogênio, a scooter da Honda com o Honda FC Stack, e a Yamaha FC-Aqel. Além disso, motocicletas com alimentação de tração híbrida (combustível + elétrico) estão disponíveis. Alguns exemplos são a Ecycle e a Yamaha Gen-Ryu (protótipo conceitual).

As motocicletas elétricas (de rodas) geralmente são diferenciadas das bicicletas elétricas e ciclomotores (ciclomotores c/  pedal) pela velocidade final que podem desenvolver, com as motos atingindo maior velocidade, geralmente superior a 30 mph (cerca de 50 km/h). Todavia, esta linha divisória tem se tornado cada vez mais tênue, devido ao estilo, ao marketing, opinião pública, tornando-se cada vez mais difícil de estabelecer uma exata diferenciação entre bicicletas elétricas e motocicletas elétricas.

Alguns modelos de bicicleta elétrica assumem a forma de scooters ou motos pequenas, porém mantendo características de porte e de faixas padrão das bicicletas elétricas (e-bikes) comuns, mas incrementadas com revestimentos plástico ou metálicos, sistemas de iluminação, indicadores e luzes de freio, e velocímetros. Estas são, no entanto, ainda classificadas como e-bikes na maioria das áreas. No entanto, as polêmicas, principalmente aquelas relacionadas às questões de ordem regulamentária de trânsito, tendem a se acirrar ainda mais, como tem acontecido em países como o Brasil.

Para mais detalhes veja: ABVE envia proposta para regulamentação dos veículos elétricos de duas e três rodas 

O esquema básico de um sistema de tração elétrica (powertrain) de uma moto ou scooter é, de maneira geral, semelhante ao dos carros elétricos, diferenciando, principalmente pelo porte, que tende a ser menor.

Alguns dos subsistemas (dispositivos) eletroeletrônicos de potência típicos empregados na constituição do sistema de tração de motocicletas elétricas (da Mission One). Da esquerda para a direita:  1- Motor Elétrico CA de Imãs Permanentes, 2- Controlador (Inversor) do Motor , 3- Unidade de Potência Controladora de Carregamento Embarcado, 4- Módulo de Bateria de  Íons de Lítio. Nota: 2 e 4 são arrefecidos por  refrigerante líquido.

Até 31/11/2011, as motos "amigas do meio ambiente" tinham os mesmos status e direitos dos VEs nos Estados Unidos, mas os benefícios federais foram suspensos para motocicletas elétricas, desde de 01/01/2012, apenas alguns incentivos estaduais na Califórnia foram mantidos. Agora o governo norte-americano, já pensa em voltar oferece incentivos a possíveis compradores de motocicletas elétricas. Segundo um projeto de lei, a taxa estabelecida foi de 10% em relação ao preço da moto, mas foi decretado um teto de US$ 2.500 de incentivo.

A medida tenta diminuir o preço das motocicletas elétricas nos Estados Unidos, já que chegam a custar mais cara que motos "convencionais". Com o crescimento dos pontos de recarga por todo o país, esse incentivo visa estimular a indústria e, claro, as pessoas a comprar um veículo ecologicamente correto.