Мотор электровелосипеда

ЭЛЕКТРОМОТОР ДЛЯ ВЕЛОСИПЕДА: ОСНОВНЫЕ ВИДЫ

В данной статье мы рассмотрим основные виды такого прибора, как электромотор для велосипеда. Итак, стоит сказать, что моторы, которые устанавливаются на электрические велосипеды, существуют таких типов:

•  мотор-колесо;
•  подвесной двигатель;
•  двигатель на фрикционной передаче.

МОТОР-КОЛЕСО

Мотор-колесо – это самый распространённый на сегодня тип электромотора. Стоит отметить, что этот тип электродвигателя обычно устанавливают, когда переоборудуют обычный городской велосипед в велосипед с электромотором.

Что касается внешнего вида и дизайна велосипеда, то они почти не меняются, так как мотор-колесо практически незаметно. Этот двигатель монтируется как к передней, так и к задней ступице, но иногда бывает, что ставят по мотору на каждое колесо.

Велосипед считается полностью переоборудованным, когда завершен монтаж аккумулятора и ручки «газа». Часто мотор-колесо продается со спицами, которые уже смонтированы к ступице.

Мотор-колеса обладают мощностью в пределах 150 — 2000 Вт.. Отметим так же, что мотор-колеса имеют три основные варианта исполнения: на 24, 36 и 48 В. И на каждый из этих типов требуется свой аккумулятор.

Велосипед, на котором установлено мотор-колесо, способен разогнаться до 60-70 км/час и обладает запасом хода примерно 40-50 км. Естественное, если вы двигаетесь в гору, эти показатели существенно снижаются.

Чтобы увеличить мощность и скорость электровелосипеда, некоторые экспериментаторы увеличивают питание до 72 В. Но, это достаточно рискованная затея, ведь можно повредить установленный на байк электромотор.

ПОДВЕСНОЙ ДВИГАТЕЛЬ

Подвесной двигатель является самостоятельным узлом, крепящийся к каретке или нижней трубе байка. Обязательным моментом является то, что на электромотор и цепную передачу устанавливается специальный защитный кожух.

Двигатель передает усилие на заднюю звезду через цепную передачу. Питание двигателя осуществляется аккумуляторной батареей, которая крепится внизу несущей платформы байка.

Расходуемая мощность и скорость велосипеда регулируется специальным электронным контроллером. Контроллер управляется ручкой руля (по аналогии с ручкой «газ» у мотоцикла).

Если сравнивать данную конструкцию с мотор-колесом, то общая масса велосипеда немного увеличится. Однако, скорость электробайка возрастет существенно, и даже может достичь 120 км/час.

Так же как и мотор-колесо, электропривод рассмотренного типа может устанавливаться почти на любой велосипед.

ДВИГАТЕЛЬ НА ФРИКЦИОННОЙ ПЕРЕДАЧЕ

Электропривод, в основе которого лежит фрикционный механизм, работает благодаря следующему принципу. Передача крутящего момента от вала электродвигателя производится непосредственно к покрышке колеса транспортного средства.

Данный тип передачи крутящего момента с двигателя к колесу считается малоэффективным, так как имеет ряд вполне весомых минусов, а именно:

• очень невысокий КПД;
• значительно уменьшает срок службы колеса;
• требует постоянно контролировать давление в колесе;
• при мокрой погоде передаточный ролик ощутимо проскальзывает.

Единственное, что оправдывает допустимость применения электродвигателя такого типа, это то, что его можно просто установить, не разбирая при этом велосипед.

Типы моторов

Для столь миниатюрной и хрупкой техники годятся всего несколько типов моторов, поэтому о них рассказывать долго не получится

Можно подвесить движок на раму или поставить на багажник – это не так важно, главное, на каком топливе будет работать новое «сердце» велосипеда

Бензиновый

До недавнего времени бензиновый мотор был первым, о чём стоило задумываться, механизируя свой велосипед. Как уже было рассказано, история использования бензиновых моторов на велосипедах насчитывает более полувека. Использовались не только серийные двигатели для велосипедов, но и различная экзотик, например, двигатели от триммеров и бензопил.

Для движения байка хватает минимальной, по меркам бензиновых двигателей, силы. Обычно это 1-2 л.с. Соответственно, объём движка начинается с 50 кубических сантиметров. Различают одноцилиндровые (большинство советских моделей, снятые с техники моторы) и двуцилиндровые двигатели. С разницей в мощности в 1,5-2 раза, вторые обычно устанавливаются, когда к моторизации подходят серьёзно. Обычно, конечно, это импортные движки, например, Honda.

Современный мотор Комета

Обычно бензомотор максимально прост, и используются двухтактные механизмы, которые заправляются смесью бензина с маслом и не требуют особого ухода. Комета, Д-5 и Д-6 и их китайские клоны F50 и F80 – двухтактники. Кроме того, они проще заводятся и могут быть съёмными. 4-х тактный мотор – это редкость на байке, более сложный механизм более экономичен, но «подхватистость» у него ниже, а ремонт, вес и стоимость – много дороже.

Электрический

Электровелосипеды резко обогнали бензиновые в последние годы. Здесь «сыграли» сразу несколько факторов:

1. Удешевление электродвигателей вследствие унификации производства в Китае.
2. Изобретения в сфере аккумуляторов, которые стали намного легче и вместительней.
3. Усложнение конструкции байков до того уровня, что электродвигатель становится приемлемым аксессуаром.

Электрический мотор на велосипед проще в установке и обслуживании, но инженеры пошли дальше, чем просто первый шаг замены бензинового движка на электрический. Сейчас стали очень популярны мотор-колёса, когда электрический двигатель для велосипеда устанавливается на втулку колеса неразъёмным способом. Это увеличивает и простоту установки (просто закрепить колесо и аккумулятор), и срок эксплуатации. Отсутствие дополнительного цепного привода и механизмов переключения делает конструкцию проще и надёжнее.

Краткий экскурс в историю

Идея использовать в качестве привода велосипеда электрический двигатель витала в умах изобретателей давно. Основным препятствием к реализации этой идеи было отсутствие аккумуляторных батарей, которые при достаточной электрической емкости, напряжении и отдаваемом в нагрузку токе, имели незначительные габаритные размеры и массу.

Толчком к интенсификации работ по созданию велосипедов с электроприводом стало широкое распространение литий-ионных и литий-полимерных щелочных аккумуляторов, которые при незначительных размерно-массовых показателях имеют высокие электротехнические характеристики и срок службы, позволяющий длительное время повторять циклы заряда-разряда без потери параметров качества. Сегодня различные образцы этих аккумуляторных батарей нашли самое широкое распространение в аккумуляторном электроинструменте.

Китайские производители первыми освоили не только массовый выпуск электровелосипедов, но и начали производство широкого ассортимента комплектующих, запасных частей и приспособлений, позволяющих превратить обычный велик в электровелосипед.

История и современность

Как уже было рассказано, изначально моторы на велосипеды устанавливались исключительно кустарно – брались движки от различных лодок, мотоблоков и просто станков, изготавливался привод и транспортное средство было готово.

Со временем промышленность пошла навстречу народным умельцам, и советские заводы, кроме выпуска готовых мотороллеров «Рига», начали выпускать отдельные двигатели, которые устанавливались самостоятельно на произвольную технику.

Наиболее популярные и известные моторы для велосипедов – это серия «Д» от завода «Красный Октябрь» из Ленинграда. Некоторые умельцы на соревнованиях разгонялись до 100 км/ч на изделиях с данным движком. Многие отмечают, что качество советских моторов было нестабильным. Всё слишком зависело от смены, партии, даты изготовления и, конечно же, технических навыков пользователя. Серия «Д» изначально предназначалась для кружков юных техников, и использование этих комплектующих требовало подготовки.

Ещё одним историческим мотором можно признать «Комету». Данный двигатель производился как комплектующее для очень широкого ассортимента техники. На базе «Кометы» изготавливались бензопилы, мотоблоки, мотороллеры и, конечно же, мотовелосипеды. Почти 2 «лошадки», малый вес и универсальность принесли этому двигателю для велосипеда славу.

За границей всегда было большое разнообразие моделей, которые в итоге пришли и к нам. Сейчас наиболее популярными являются моторы от Honda. Они стали де-факто стандартом как на лодках, так и на моторизированных велосипедах.

Цепной электропривод для электровелосипеда

Набор для электровелосипеда с цепным приводом

Самостоятельная переделка обычного велосипеда в электровелосипед в этом случае будет более трудоемка. Хотя этот вариант электропривода является более эффективным чем мотор-колесо. При меньшем весе и мощности, электровелосипеды с цепной передачей разгоняются до больших скоростей.

Желающие сделать электровелосипед своими руками по этой схеме могут немного сэкономить на комплектующих, если удастся найти подходящий электромотор, так как можно приспособить двигатель из какой-либо бытовой или автотехники. Некоторые умельцы используют электродвигатели из стиральных машин, стеклоочистителей автомобиля и даже из электродрели.

Так же существуют наборы из серии «Сделай сам» для переделки велосипеда в электровелосипед. Большую популярность в мире завоевали наборы от тайваньской компании Cyclone. В их линейке продуктов представлены комплекты с электродвигателями от 200 до 1500 Вт, а набор из двух моторов по 1,5кВт разгоняет электровелосипед до 120 км/ч !!!

Преимущества цепного электропривода

• меньший вес двигателя и аккумуляторов, рассчитанных на меньшее напряжение;
• более высокая максимальная скорость;
• возможность использовать систему переключения передач велосипеда, что повышает КПД.

Недостатки цепного электропривода

• более сложная установка комплекта и необходимость использования специального инструмента;
• шумы, издаваемые электродвигателем и цепью;

Цены на такие наборы начинаются от 400$.

Производители электродвигателей на велосипед

На рынке существует множество производителей данных устройств, и основная доля компаний, выпускающих вело-моторы, расположена в Китае.

Bafang

Компания производит электрические моторы широкого применения, и в том числе велосипедные. Электродвигатели для велосипедов фирма выпускает в виде моторов-колёс, устанавливающихся на любой байк. Популярен комплект Bafang BBS02. Моторы представлены в разных мощностях – 250-750 Вт. Данные наборы укомплектованы устройствами привода, ручкой пуска, тормозами  и другими составляющими. Весит такой мотор около 4 кг, а наибольшую скорость с данным агрегатом можно развить до 50 км/ч.

MXUS

MXUS является суббрендом Huayu Xinfeng и производит мотор-колеса и комплектующие для електробайков уже более 20 лет. Помимо производства и продажи моторов и комплектов для преобразования электронных велосипедов, MXUS также планирует производить элктро-колеса на различные самокаты, скутеры и интеллектуальные электронные велосипеды, чтобы удовлетворить больше требований клиентов.

Huayu Xinfeng имеет мастерскую где работают 200 работников и 30 профессиональных инженеров。В 2015, компания произвела миллион моторов и наборы преобразования e-велосипеда 100 тысяч. 

Продукты уже прошли европейскую аттестацию CE, аттестацию EN15194, аттестацию RoHs, аттестацию CCC, удостоверение подлинности качества ISO9001.

Golden Motor

Эта китайская компания производит набор с мотором-колесом, в состав которого входит всё, что нужно для установки на велосипед. Мощность двигателя программируется от 250 до 1500 Вт. Велосипед с электромотором этого производителя способен развить скорость до 40-45 км/ч. Вес мотора почти 3 кг.

Какое напряжение выбрать для мотор-колеса электровелосипеда?

При сборке электровелосипеда или других видов персонального электротранспорта нужно определиться с подходящими вам характеристиками. Мотор выбирается в зависимости от того, какая мощность нужна электровелосипеду, с учетом необходимой скорости и тяговых качеств. При выборе аккумуляторной батареи первостепенную роль играют ее емкость, вольтаж и масса. С увеличением емкости АКБ возрастает и ее вес, и дальность хода на одном заряде. Вольтаж электровелосипеда бывает разный – 36, 48, 60, 72, 96 В. На что он влияет, и как не ошибиться с выбором – расскажем далее.

Напряжение АКБ электровелосипеда

Запасенная энергия равна произведению мощности и времени: Е=W·t. Единица ее измерения – джоуль или ватт-час. Поскольку мощность электрического тока – это произведение силы тока и напряжения (W=I·U), то Е= I·U·t. Произведение I·t – это емкость (С). Значит, запасаемая энергия аккумуляторной батареи равна произведению напряжения и емкости: Е=U·C.

Вывод: Чтобы повысить значение запасаемой энергии, нужно или увеличить емкость аккумулятора электровелосипеда, или выбрать АКБ с более высоким напряжением. Главное, чтобы напряжение всех компонентов, включая электромотор, аккумуляторную батарею, контроллер и зарядное устройство, было одинаковым.

В продаже чаще всего встречаются компоненты на 36 и 48 В. Остальные комплектующие менее распространены, что может стать проблемой при их последующей замене. Также при использовании компонентов большего напряжения нужны провода увеличенного сечения и мощные BMS платы. С увеличением токов возрастает нагрузка на электронику. Поэтому нужно выбирать элементы с запасом мощности, чтобы избежать их частого перегорания.

Мощность и емкость батареи электровелосипеда

У двигателей внутреннего сгорания основной характеристикой, определяющей движущую силу, выступает мощность в лошадиных силах. Этот параметр отвечает за ускорение и обеспечивает езду на заданной скорости. У транспортных средств на электротяге мощность измеряется в ваттах (Вт). Для перевода в лошадиные силы нужно разделить кВт на 0,736, т.е. 10 кВт≈13,6 л.с.

Электрическая мощность (обозначение – W, единица измерения – Вт) определяется как произведение силы тока (I, измеряется в A) и напряжения (U, измеряется в В). Получаем формулу: W= I·U.

Для примера, если на электромотор номинальной мощностью 1000 Вт от аккумуляторной батареи через контроллер поступает напряжение 48 В, а BMS плата и контроллер поддерживают силу тока 35 A, получаем значение выдаваемой мощности: 48 В х 35 A=1680 Вт. В результате, электродвигатель номинальной мощностью 1000 Вт выдает 1600 Вт

Важно учесть, что в контроллере происходят дополнительные потери, а проводка и фазовые провода должны иметь достаточное сечение для поддержания больших значений силы тока

Емкость аккумулятора электровелосипеда – это накопленная энергия, от которой зависит величина пробега. Единица ее измерения – ватт-час (ампер-час). Формула: С=U·I·t, где С – емкость, U – напряжение, I – сила тока, t – время. Химическая энергия батареи Е=U·C. К примеру, АКБ с рабочим напряжением 48 В и емкостью 12 А·ч имеет запас химической энергии 48·12=576 Вт·ч. Ее достаточно для 1 часа работы электромотора мощностью 500 Вт.  

Рекомендации по выбору вольтажа АКБ

Компоненты на 36 или 48 В обеспечивают высокий уровень электробезопасности. Они незаменимы при создании детского и подросткового электротранспорта. Подходят такие комплектующие и для большинства электровелосипедов для взрослых райдеров. Если мощность используемого электромотора не превышает 5 кВт, оптимальным напряжением считается 48 В. Комплектующие другого напряжения использовать можно, если есть BMS, контроллер и зарядное устройство с большим током на нужное напряжение.

Использовать электрокомпоненты большего напряжение имеет смысл, когда нужен мощный e-bike, развивающий скорость свыше 50 км/ч. В таких случаях используется мощное мотор-колесо, АКБ на 60 В или выше и контроллер с таким же рабочим напряжением. С увеличением вольтажа электрокомпонентов возрастает и предельная скорость. Насколько она вырастет – зависит от мощности электромотора и нагрузки, испытываемой транспортным средством.

Есть простое правило – выбирать напряжение того же значения, что и желаемая скорость. Например, чтобы получить e-bike с максимальной скоростью 50–60 км/ч, нужно использовать мотор-колесо (мощностью 1500–2000 Вт), энергоемкую батарею и контроллер с рабочим напряжением 60 В. Также нужно сопоставить емкость электровелосипеда и расстояние пробега на одном заряде (с запасом). Мощность контроллера не должна превышать допустимую нагрузку для электромотора

Примеры из реальных жизненных ситуаций

Возьмем для первого примера стандартный мотор с предельной мощностью в 250 Вт при 10 км/ч и велогонщика, который может тоже внести 250 Вт (не сильно стараясь) для поддержания заданной скорости. Вместе они выдадут одну впечатляющую мощность в 500 Вт.

• Со скоростью в 10 км/ч гонщику под силу взобраться на холм с уклоном 17,5% при 500 Вт совместной мощности.
• Со скоростью в 8 км/ч велосипедист может взобраться на холм с уклоном 17,5% при своих 250Вт и работающем на 80% моторе в 200 Вт.
• Со скоростью в 6 км/ч велосипедист может вскарабкаться на горку с таким же уклоном 17,5% при своих 250Вт и работающем на 60% моторе в 125 Вт.

На первый взгляд, эти результаты могут показаться целиком неточными, потому что идёт на спад вместе со скоростью лишь эффективность электромотора, и кажется, будто велогонщику всё равно под силу взобраться на один и тот же крутой склон.

Эта неточность будет решена, когда мы поймём, насколько человек важен для работы электровелосипеда. Понаблюдаем, что бы произошло, если бы велосипедист вообще не нажимал на педали и все 500 Вт (как в примере выше) приходили от мотора.

• Со скоростью в 10 км/ч велосипедист смог бы взобраться на горку с уклоном 17,5% только при работающем на 100% двигателе в 500 Вт.
• Со скоростью в 8 км/ч ездок может взобраться на горку уже с меньшим уклоном 17% при работающем на 80% моторе в 400 Вт.
• Со скоростью в 6 км/ч ездок может выехать на холм с уклоном 14,5% при работающем лишь на 50% моторе в 250 Вт.

Эти результаты взяты с e-bike calculator при следующих вводных: суммарный вес — 100 кг; площадь лобового сопротивления — 0,4 метра кв; коэффициент трения — 0,7; длина подъема — 100 м; скорость встречного ветра — 10 км/ч и коэффициент сопротивления качению — 0,007.

Гонка по городу на собранном своими руками электровелосипеде с моторколесом:

Сила велогонщика наиболее значима, когда нужно поддержать скорость на электровелосипеде, потому что с её падением сильно снижается КПД двигателя. Анализируя это, вы сможете понять, насколько электровелосипед отличается от любого другого моторизированного транспорта и почему установка редукторных моторов не всегда является лучшим выбором. В переднее колесо лучше вовсе не ставить мотор с редуктором, ведь оно должно иметь свободный накат.

Мотор-колесо

Мотор-колесо представляет собой единый узел, состоящий из  бесколлекторного электродвигателя от 200 до 1000 Вт, установленного в ступицу колеса велосипеда. Данный вид электропривода особенно распространен в продаже. Его можно приобрести как в виде готовой конструкции со спицами и колесным ободом, так и просто двигателя.

Также комплект включает механизмы управления, регулятор скорости, контроллер, обеспечивающий правильную работу привода и аккумуляторные батареи, зарядное устройство. Мотор-колесо можно установить спереди на вилку, сзади на раму или на оба колеса для полнопривода. Электродвигатель мотор-колесо находится прямо во втулке колеса, поэтому система передаточных устройств от двигателя к рабочим органам машины проста и надежна.

• Установка достаточно простая, доступная без каких-либо специальных навыков;
• Внешний вид велосипеда особо не изменяется, так как мотор-колесо практически незаметно. Нужно только установить на раме аккумуляторный отсек, а на руле органы управления;
• Этот электродвигатель работает бесшумно. Электро-велосипед можно легко трансформировать снова в обычный велосипед.

ХАРАКТЕРИСТИКА

Бесщёточный безредукторный мотор марки Pasion Ebike. Мощность: > 400 Вт electric wheel Power: 1500WПолная скорость: около 55-65 км/часСОЛНЦЕ Рингл С Двойными стенками Из Алюминиевого Сплава Обода 48 В 1500 Вт Бесщеточный Без передач Мотор ЭпицентраКонтроллер DC36V/48 В 1500 ВтТормозные рычаги черный алюминиевый сплав36/48 В LCD3 Дисплей160 мм диаметр дискаРекомендуются батареи

Недостатки такого электромотора:

• увеличивает вес транспортного средства до 6 и более  килограммов;
• может потребоваться усиленная передняя вилка;
• существуют определенные ограничения по мощности привода.

Наиболее популярными электроколесами на велосипед считаются «Polariss», «Golden motor», «Yamasaki», «Electra». Их можно приобрести через интернет и в специализированные магазинах.

Подвесной электромотор для велосипеда

Изделие представляет собой самостоятельный элемент, фиксируемый в нижней области велосипедной рамы. При установке подвесного электродвигателя нужно в обязательном порядке организовать кожух его защищающий.

По ходу движения устройство будет передавать тягу на звёздочку заднего колеса посредством цепи. Также имеет место контроллер, дающий возможность регулировки скоростного режима и мощности силового агрегата. Эта деталь выглядит, как и рычаг акселерации на руле. Подвесная разновидность электромотора даёт возможность развивать велосипеду весьма солидную и даже можно сказать опасную скорость в 120 км/ч. Высокоэффективный движок можно внедрять в самые разнообразные велосипедные конструкции.

Самодельный велосипед с мотором Honda GX50

Когда технические решения признанных производителей не встречают энтузиазма, любители сами создают оригинальные средства передвижения. Вот такой мотовелосипед может кому-то показаться копией обычного мопеда, однако это именно велосипед, на который установлен двигатель Honda GX50. Оригинальное техническое решение принадлежит Андрею Волкову: мотовелосипед мощностью 2,5 лошадиных силы с полностью пересмотренной концепцией.

Основные отличия от предыдущих технических решений, в общем, положительно повлияли на общие характеристики модели. Двигатель крепится не к багажнику, а непосредственно к тому месту рамы, где ранее были педали. Кстати, от педалей автор мотовелосипеда полностью отказался, и логически размещение двигателя более чем обосновано: не нарушается сбалансированность общей конструкции, да и крутящий момент находится именно там, где у обычного велосипеда, то есть на месте педалей. При закреплении двигателя на багажнике мотовелосипед хуже ведёт себя при поворотах, может начать «гулять» заднее колесо, да и предыдущая концепция, на основании которой и создавалась данная модель, предусматривала жёсткую подвеску, а это действительно даёт о себе знать в не самом оптимистичном ключе.

Собиралось чудо техники на двухподвесной раме Merida 800 с воздушным амортизатором, на такую базу хорошо наращивать дополнительные функции. Например, был исправлен такой существенный недостаток других моделей, как отсутствие багажника на двухподвесной раме: в данном случае был смонтирован титановый багажник, конструкция которого усилена уголком. Стандартный подход к багажнику при креплении его к сидению является несерьёзным решением, к тому же в данном варианте грузоподъёмность багажника составляет примерно 40 килограмм. При желании можно загрузить и больше, но стоит помнить о том, что более тяжёлого пассажира может не выдержать рама, не рассчитанная на такие нагрузки.

Разумеется, потребовался серьёзный тюнинг используемой техники для совмещения с базовым велосипедом: двигатель через редуктор входит в вал каретки — то есть, вал редуктора перетачивался, так что вся нагрузка приходится на кареточный узел.

Подгонка двигателя проводилась с таким расчётом, чтобы вращение вала не превышало среднюю скорость, с которой велосипедист крутит педали. Благодаря такому подходу не происходит излишней нагрузки на велосипедную цепь — она не изнашивается раньше времени, что обязательно произошло бы при эксплуатации на более высоких скоростях.

В конструкции используется американский планетарный вариатор новой конструкции, переключение режимов, однако, производится вручную и очень плавно, что является лучшим вариантом для пересечённой местности.

Дисковые двухцилиндровые гидравлические тормоза на обоих колёсах обеспечивают безопасность и полный контроль велосипедиста над движением. Использовалась передняя вилка Manitou Slade с ходом 110 мм, а в роли генератора прекрасно себя зарекомендовала динамо-втулка Shimano.

Ходовые испытания мотовелосипеда проходили на асфальтовой дороге, на пересечённой местности, а также проверялась маневренность и безопасность на мокром асфальте после дождя. Порадовала приятная равномерность движений: двигатель не испытывает никаких лишних эмоций, его не сводит судорогой в ненужный момент. Мотовелосипед идёт ровно и мягко, в повороты вписывается отлично даже на мокрой дороге. Общая конструкция выглядит довольно гармонично, двигатель не слишком шумит, при этом скорость движения и технические характеристики позволяют отчётливо отнести модель именно к мотовелосипедам, с мопедом его перепутать невозможно.