Detailný technický popis s dôrazom na princíp otáčania

Základy elektromagnetizmu

Elektromotor je zariadenie, ktoré premieňa elektrickú energiu na mechanickú (rotačný pohyb). Využíva pritom základný fyzikálny jav:

Elektrický prúd pretekajúci cievkou vytvára magnetické pole.
Pôsobenie magnetických polí spôsobuje pohyb.

Tento princíp je základom pre všetky elektromotory – vrátane tých v elektrických kolobežkách.

Časti elektromotora

Typický BLDC (Brushless DC motor – bezkefový jednosmerný motor), aký sa najčastejšie používa v kolobežkách, sa skladá z dvoch hlavných častí:

1. Stator (nepohyblivá časť)

• Obsahuje medené vinutia (cievky), ktoré sa striedavo napájajú prúdom.
• Tieto vinutia sú rozmiestnené do tzv. fáz – bežne 3 (trojfázový motor).

2. Rotor (otáčajúca sa časť)

• Je umiestnený vo vnútri alebo okolo statora (záleží na konštrukcii).
• Obsahuje permanentné magnety, ktoré reagujú na magnetické pole vytvorené statorom.
• Keď sa magnetické pole mení, rotor sa snaží udržať orientáciu a otáča sa.

Ako sa zabezpečí otáčanie – krok za krokom

Krok 1: Napájanie cievok (statora)

Radič (controller) posiela prúd do jednej alebo viacerých cievok v statore podľa určitej postupnosti. Tým sa vytvára magnetické pole, ktoré „ťahá“ rotor do novej pozície.

Krok 2: Snímanie polohy rotora – Hallove senzory

Na to, aby radič vedel, ktoré vinutie aktivovať ako ďalšie, potrebuje poznať aktuálnu polohu rotora.
Na tento účel sa v motoroch používajú Hallove senzory (podľa fyzika Edwina Halla – nie „hala“ senzory).

Čo je Hallov senzor?

Hallov senzor je malý elektronický prvok, ktorý deteguje prítomnosť magnetického poľa. Keď sa magnet z rotora priblíži k senzoru, ten vygeneruje signál, ktorý informuje radič o polohe rotora.

Ako to funguje?

• V motore sú typicky 3 Hallove senzory rovnomerne rozmiestnené pri cievkach.
• Senzory rozpoznávajú prechod magnetov rotora (sever – juh) a vytvárajú impulzy.
• Radič tieto impulzy sleduje a vie tak presne načasovať ďalší krok v otáčaní.

Výhody Hallových senzorov:

• Umožňujú plynulý rozbeh z pokoja
• Zvyšujú efektivitu a presnosť otáčania
• Zabraňujú zadrhávaniu alebo trhaniu

Bez týchto senzorov by motor nemohol spoľahlivo fungovať pri nízkych otáčkach. Niektoré lacnejšie alebo výkonné motory fungujú aj bez senzorov (tzv. sensorless režim), ale rozbiehajú sa menej hladko.

Krok 3: Striedanie fáz (komutácia)

Radič na základe výstupov z Hallových senzorov cyklicky mení napájanie jednotlivých vinutí (fáz) – tzv. elektronická komutácia. Tým vzniká rotačné magnetické pole, ktoré „ťahá“ rotor za sebou.

Predstav si to ako sériu magnetov, ktoré sa postupne zapínajú a vypínajú – vždy ten najbližší pri rotore „pritiahne“ magnety rotora, a tak sa rotor stále točí.

Krok 4: Pokračovanie pohybu

Rotor sa snaží neustále nasledovať rotujúce magnetické pole vytvorené statorom. Tento cyklus sa opakuje niekoľko tisíc krát za sekundu. Výsledkom je plynulý rotačný pohyb kolesa.

Príklad 3-fázového BLDC motora

Motor má vinutia pre 3 fázy: A, B, C.

Komutácia prebieha napríklad v tomto poradí:

Krok	Fáza A	Fáza B	Fáza C
1	+V	-V	0
2	0	-V	+V
3	-V	0	+V
4	-V	+V	0
5	0	+V	-V
6	+V	0	-V

Každý krok znamená nové „nastavenie“ magnetického poľa, ktoré posunie rotor o určitý uhol.

---

Ako sa reguluje rýchlosť?

Rýchlosť motora sa riadi:

1. Počtom komutačných krokov za sekundu – čím viac krokov, tým rýchlejší pohyb.
2. Napätím a prúdom do cievok – vyššie napätie = vyššie otáčky; vyšší prúd = väčší krútiaci moment.

Čo znamená „bezkefový“ motor?

Bezkefový motor (BLDC) používa elektronickú komutáciu, nie mechanickú (žiadne kefky ani komutátor). To prináša výhody:

• Menšie opotrebenie
• Tichší chod
• Vyššia účinnosť
• Menšie prehrievanie

Ako sa motor chladí?

Pri výkone sa motor zahrieva. Chladenie môže byť:

• Pasívne – cez kovové časti, zvyčajne hliník.
• Aktívne – ventilátor alebo tepelné trubice pri výkonných kolobežkách.
• Teplotné senzory – pri prehriatí radič zníži výkon alebo motor odstaví.

Zhrnutie: Ako sa otáča elektromotor?

Elektrický prúd cez cievky vytvorí magnetické pole → magnetické pole priťahuje magnety rotora → Hallove senzory hlásia polohu → radič podľa toho komutuje fázy → rotor sa plynulo otáča.

NOVÁ KAPITOLA: Regeneratívne brzdenie – technický princíp

Čo je regeneratívne brzdenie?

Regeneratívne brzdenie je technika, pri ktorej sa kinetická energia pohybujúceho sa vozidla počas brzdenia premení späť na elektrickú energiu a tá sa uloží do batérie.

Namiesto toho, aby sa energia počas brzdenia stratila vo forme tepla (ako v mechanickej brzde), motor sa dočasne zmení na generátor.

---

⚙️ Ako to funguje – krok po kroku

▶️ 1. Brzdový príkaz

Používateľ stlačí brzdovú páčku alebo sa aktivuje elektronická brzda (napr. páčka palcom).
Systém rozhodne, či sa má aktivovať regeneratívne brzdenie (tzv. elektrodynamická brzda), klasické mechanické brzdy, alebo kombinácia.

▶️ 2. Zmena režimu motora

Radič zmení spôsob napájania vinutí motora – namiesto dodávania prúdu do motora umožní, aby sa otáčajúci rotor vytvoril spätný prúd do vinutí.

Inými slovami: motor sa stáva generátorom – rotor sa stále otáča (kvôli zotrvačnosti kolobežky), a to indukuje napätie vo vinutiach statora.

Tento jav sa nazýva Back EMF (spätné elektromotorické napätie). Ide o napätie generované motorom pri jeho otáčaní bez napájania – čím vyššie sú otáčky, tým vyššie Back EMF.

▶️ 3. Vznik spätného prúdu (Back EMF)

Prúd z tohto napätia sa následne:

• usmerní cez diódy alebo tranzistory v radiči (mostík)
  
• a cez DC-DC menič sa vracia späť do batérie
  

▶️ 4. Nabíjanie batérie

Batéria prijíma časť generovaného prúdu ako nabíjací prúd. Radič dohliada na to, aby:

• neprúdil priveľký prúd (ochrana batérie)
  
• napätie neprekročilo maximum
  
• sa aktivovalo iba pri dostatočne veľkej rýchlosti (nízke Back EMF je neefektívne)
  

---

---

⚠️ Technické obmedzenia regeneratívneho brzdenia

Obmedzenie	Vysvetlenie
⚡ Nízkou rýchlosťou sa nedá regenerovať	Back EMF je priamo úmerné otáčkam motora – ak sa kolobežka pohybuje pomaly, generované napätie je príliš nízke.
🔋 Batéria musí byť schopná prijímať prúd	Pri plne nabitej batérii alebo v zime nemusí byť regenerácia povolená kvôli ochrane článkov.
🛑 Nie je to náhrada za mechanické brzdy	Regenerácia má obmedzenú brzdnú silu. Na núdzové alebo prudké brzdenie sú potrebné klasické (kotúčové) brzdy.
🧠 Zložitejšia elektronika v radiči	Vyžaduje sofistikovaný algoritmus, ktorý reguluje spätný prúd do batérie.

---

Účinnosť regeneratívneho brzdenia

• Typická reálna účinnosť je 5–20 % (z celkovej energie, ktorú by sme inak stratili).
  
• Najväčší prínos má pri dlhších zjazdoch, pri častej jazde v meste a pri jazdcoch, ktorí často brzdia.
  
• Prínos je najmä v predĺžení dojazdu a znížení opotrebenia mechanických bŕzd.
  

---

Zhrnutie: Regeneratívne brzdenie

Počas brzdenia sa elektromotor zmení na generátor. Energia pohybu sa premení na elektrický prúd, ktorý sa (ak to podmienky dovoľujú) uskladní späť v batérii.

Tento proces je riadený radičom, závisí od otáčok, stavu batérie a obmedzení systému. Nezastúpi úplne mechanické brzdy, ale pomáha predĺžiť dojazd a šetriť komponenty.