Каждому человеку будет очень тяжело крутить педали при подъеме в горку, особенно с затяжным уклоном. Не менее утомительно ездить на велотранспорте против сильного ветра, когда даже со спуска нужно прилагать усилие на педали, чтобы не остановиться. На прямых участках дорог, ну и особенно на склонах, велосипед имеет одни преимущества: тишина хода, нет ограничения в запасе топлива, не предъявляются требования государственного транспортного учёта. Скорее всего, если бы были массово доступны велосипеды с электроприводом, то легким двухколесным транспортом пользовались бы раза в два больше людей.
Устройство электровелосипеда
Чтобы собрать самодельный электропривод или установить купленный комплект на велосипед необходимо знать назначение отдельных устанавливаемых деталей. По сути, электровелосипед – это обычный велосипед, на котором дополнительно закреплены следующие детали:
- электродвигатель;
- передаточный механизм;
- аккумуляторная батарея;
- контроллер;
- регулятор скорости;
- оборудование контроля.
Электродвигатель может быть коллекторным, со щетками, или бесколлекторным, более простым по устройству, но более габаритным при равной мощности. Рационально устанавливать на велосипед электромоторы мощностями в пределах 150-1500 Вт. По рабочему напряжению электродвигатели выбираются на 12, 24, 36, 48 В. Чем выше напряжение, тем ниже ток, протекающий по обмоткам двигателя и подключаемым проводам, следовательно, можно использовать проводники меньшего сечения.
Своими руками можно собрать ременной, цепной или фрикционный передаточный механизм.
Аккумуляторная батарея обычно закрепляется на багажнике или в креплении на раме велосипеда. Лучше использовать необслуживаемые аккумуляторы, без жидкости. Свинцово-кислотные аккумуляторы имеют больший вес, в сравнении с другими типами аккумуляторов, при той же емкости. К тому же из них вытекает кислота при наклоне велосипеда. Разумно поставить батарею емкостью не более 20 Ач, так как большего объема батареи будут слишком тяжелыми, чтобы возить их на велосипеде.
Контроллер, заводский сборки, представляет собой прямоугольный блок в алюминиевом корпусе, для лучшего охлаждения. Главное назначение контролера – это изменять величину тока питания электродвигателя, по падению напряжения на переменном сопротивлении в регуляторе скорости. Регулируется ток силовыми тиристорами или полевыми транзисторами, им то и нужно охлаждение при работе. Второстепенные функции электронного блока: измерять уровень заряда батареи, ограничивать ток заряда батареи, ограничивать скорость передвижения на велосипеде.
Регулятор скорости фактически является переменным резистором. Для удобства этот реостат устанавливается в привычную поворотную ручку, которая одевается на руль.
К оборудованию контроля относятся:
- предохранители;
- тормозная ручка с микроконтактом, который отключает электродвигатель во время торможения;
- фара в корпусе, с выключателем питания, сигналом, светодиодным индикатором уровня заряда батареи;
- датчик, включающий двигатель при вращении педалей.
Виды электроприводов
Электроприводы для велосипедов бывают трех видов:
- Фрикционные.
- Цепной, ременной.
- Мотор-колесо.
Фрикционная передача
Подобная разновидность электропривода встречается в продаже, но большой популярностью не пользуется. Монтируется привод в сборе с электродвигателем и батареей на подседельный штырь, над задним колесом. Передача вращения от электродвигателя происходит за счет трения обрезиненного ролика об покрышку. Кажется, что в такой передаче все просто и надежно. Но такой способ передачи отлично работает только на детских электрических машинках и велосипедах, а для ежедневного использования на большом велосипеде он является не удачным.
У фрикционной передачи много недостатков.
- Быстро стирается покрышка приводимого в движение колеса.
- Необходимо поддерживать повышенное давление в камере движимого колеса.
- Возникает пробуксовка приводного ролика при подъеме в горку, перевозке груза, особенно при езде по мокрой дороге или снегу.
- Тяжелый привод создает сильное изгибающее усилие на подседельный штырь и постепенно ломает раму велосипеда.
Фрикционный электропривод для велосипеда имеет одно преимущество – простота установки . Велосипед оборудовать таким приводом посильно каждому человеку: достаточно закрепить устройство над колесом, установить ручку-регулятор, и можно отправляться в дорогу.
Ременной или цепной электропривод
Такой вариант привода многие мастера собирают своими руками из электромоторов от стиральных машин, автомобильных стартеров, клиновых ремней, цепей, тяжелых свинцово-кислотных аккумуляторов.
У электроприводов с цепными и есть недостатки.
- Открытая передача подвержена повышенному износу.
- Такая передача на колесо значительно более шумная, чем у других электроприводов на велосипед. Особенно слышен шум цепи, ремня при прогулке на велосипеде по парку, лесу.
- Чтобы подключить подобный электропривод к велосипеду, необходимо на раму поместить громоздкую конструкцию для крепления электродвигателя и ведущей звездочки или шкива.
Элекпропривод через цепь или ремень является очень удобным, чтобы построить самодельный электровелосипед.
- Можно подключить цепной привод к многоскоростной передаче велосипеда. Переключая передачи, легко регулировать величину усилия на электродвигатель, при подъеме в гору, проезжая глубокий песок, снег. Когда электродвигатель вращается на полных оборотах, не гудит, он потребляет меньше тока. Заряда аккумуляторов хватает на долгое время, если не перегружать электродвигатель.
- Можно собрать такой электрический велосипед с цепным или ременным приводом, который сможет развивать большую скорость, чем готовые, заводской сборки варианты. Развить рекордную скорость на велосипеде поможет имеющаяся скоростная цепная передача.
- Свободный выбор места установки электродвигателя, так как длину цепной и ременной передачи можно менять в широких пределах.
Продаются готовые наборы со звездочками, цепью, электромотором, батареей, зарядным устройством, контроллером, ручкой-регулятором, которые подойдут на велосипед без амортизаторов, с жестким хвостом (хардтейл) и полным подвесом. Только цены на электронаборы с цепной передачей выше, чем на комплекты электроприводов другого вида. Большую популярность среди покупателей имеют наборы с цепной передачей тайваньского производителя Cyclone.
Мотор-колесо
Наиболее распространенный вид электропривода, имеющийся в продаже. В таком устройстве бесколлекторный электродвигатель установлен в ступицу колеса.
Преимуществ у колеса с электромотором много:
- Установить мотор-колесо несложно, как сзади на раму, так и спереди на вилку.
- Можно собрать полноприводной велосипед, установив два мотор-колеса.
- Работающий бесколлекторный двигатель практически не слышно.
- Колесо на велосипеде с большой ступицей смотрится значительно лучше, чем закрепленный на раме электродвигатель.
Имеется несколько замечаний по опыту использования мотор-колеса.
- Нельзя устанавливать колесо с электромотором большой мощности на алюминиевую вилку, иначе тангенциальная сила вращения мотора сломает усик дропаута вилки. Вилка велосипеда отлично выдерживает поперечную силу, направленную снизу вверх. Задние дропауты велосипеда рассчитаны на тангенциальную силу, которая смещает колесо перпендикулярно оси, поэтому на них можно смело ставить колесо с электромотором максимальной мощности.
- Нельзя крутить мотор-колесо с замкнутыми проводами, выходящими из него. Первое, что делает человек, взяв колесо в руки – он начинает его крутить. При принудительном вращении любой электромотор вырабатывает электрический ток. От статора электродвигателя выходит три толстых провода и два или более тонких от датчика. Если при вращении колеса эти провода будут замкнуты между собой, то между ними пробьет искра, и испортит датчик.
- Монтировать электроколесо нужно так, чтобы провода, выходящие из его ступицы, были слева. Тогда колесо будет вращаться в нужную сторону.
- Во многих азиатских странах существует ограничение скорости передвижения на велосипеде – не более 25 км/ч. Поэтому в контроллере предусмотрена блокировка от превышения установленной скорости. Быстрее разогнаться не получится, даже ускоряя велосипед педалями. Выключенный контроллером электродвигатель будет работать в режиме генерации, как электромагнитный тормоз.
Продается множество наборов, в которые входят: собранное колесо с электродвигателем от 200 до 1000 Вт, контроллер, батарея, зарядное устройство, оборудование контроля, регулятор скорости. Можно купить более дешевый комплект мотор-колеса на велосипед, в котором нет аккумуляторной батареи, и продается не собранное колесо, а отдельно втулка с мотором. Самые популярные электроколеса на велосипед выпускают фирмы: Electra, Golden motor, Polariss, Yamasaki.
Нужно сказать, что сейчас нет смысла собирать электровелосипед из подручных комплектующих, так как можно приобрести проверенный, надежный набор электропривода на велосипед. К тому же, можно купить готовый, красиво собранный электровелосипед например у таких производителей: GRACE, Izip, Sanyo Electric, Schwinn, Yamaha.
Сегодня мы поговорим о том, как самостоятельно собрать или сделать электровелосипед своими руками в домашних условиях. Также узнаем, как самому переделать простой горный велосипед в электробайк с помощью электроколеса – фото и инструкции
Даже собранный своими руками на основе самого простого велосипеда электробайк обладает небольшим двигателем, который успешно толкает его вперед. Можно сказать, что это самый маломощный, но все же транспорт. В зависимости от предусмотренной изготовителем мощности мотора, которая колеблется от 150 до 1000 Вт, электрический велосипед может немного облегчить кручение педалей неподготовленным ездокам, или вовсе взять на себя всю нагрузку. Правда, скорость передвижения велосипеда с мотором, в сравнении с обычным, не сильно увеличилась. Причиной тому правила дорожного движения, разделяющие все транспортные средства по категориям.
Хотя, безусловно, находятся умельцы, создающие самодельные электровелосипеды и с более мощными моторами, развивая с помощью них скорость под 120 км/ч и поднимаясь даже в горки без помощи ног. Кстати, сборка электровелосипеда своими руками популярна не меньше (а то и больше) заводского их производства. Для тех, кто хоть немного технически подкован, даже есть специальные наборы, в которые входят основные комплектующие для оснащения простого городского двухколесника: собственно двигатель, аккумулятор и зарядник для него, а также контроллер управления.
Подробное видео по сборке электровелосипеда из набора мотор-колесо:
Существенное преимущество электровелосипеда, независимо от сборки (своими руками или заводской), в том, что зарядить его аккумулятор не составит никакого труда тем, у кого под боком есть обычная розетка электросети. Так же, как мобильный телефон, велосипед можно оставить заряжаться на ночь, нескольких часов хватит на то, чтобы к утру он вновь был готов к «работе». А как быть, если аккумулятор сел в пути? Ничего страшного, крутя педали по старинке, можно доехать до пункта назначения. Виды электропривода для велосипеда. Неважно: собран велосипед на производстве или своими руками в домашних условиях с использованием таких готовых комплектов, как “Electric Bike Conversion Kit”. Главная деталь, способствующая движению таких велосипедов без усилий со стороны человека – конечно, электропривод. Причем бывает он нескольких типов.
Наиболее распространенный и получивший признание у многочисленных пользователей за бесшумную работу - встроенный двигатель. Это тот случай, когда мотор крепится либо к переднему, либо заднему, либо сразу к обоим колесам велосипеда, не портя внешнего вида транспортного средства, а лишь заметно утяжеляя его. Колесо с мотором хорошо тем, что имеет мощность в 150-1000 Вт и при этом не требует больших затрат на монтаж оборудования. Электропривод с цепью – более шумный, но зато менее тяжелый, да к тому же практичный, так как многие умельцы-самоучки научились применять моторы от любых бытовых электроприборов для создания собственного электробайка.
Мощность такого электропривода, возможность использования коробки передач делают его работу эффективной, а езду – достаточно быстрой. Жаль только, стоимость готовых комплектующих выше, чем у первого вида моторов. Ролик фрикционного электропривода велосипеда привлекателен только в своей установке: разбирать всю конструкцию не требуется. Устанавливается он сверху колеса. Вращаясь, ролик передает крутящий момент покрышке, поэтому колесо приходит в движение. Фрикционный электропривод обладает большим количеством минусов по отношению к остальным видам моторов. Коэффициент полезного действия такого двигателя гораздо меньше остальных, а высокая стоимость и быстрое истирание покрышек колеса делают его непривлекательным вариантом для покупателей. К тому же, чтобы система функционировала нормально, нужно постоянно следить за давлением в шинах велосипеда, а это не совсем удобно.
Преимуществом данного набора является то, что Вы сможете легко переделать обычный велосипед в велосипед с электродвигателем с помощью этих комплектующих. Вам останется только установить и соединить этот электронабор для полноценной работы. Рассмотрим детально электронабор и что необходимо для работы электровелосипеда:
1. Самое простое – за основу берется Ваш велосипед с разным диаметром колес – 20, 24, 26 или 28 дюймов.
2. Электроколесо на велосипед — представляет собой бесколлекторный электродвигатель для велосипеда постоянного тока, который заспицован в обод. Он может быть установлен, как спереди, сзади, так и к обеим колесам сразу — полноприводный. По мощности электромоторы для велосипеда могут быть такими — 250 Вт, 380 Вт, 500 Вт и самое мощное мотор колесо 1000w (как пример, 500 Вт способны развивать скорость до 45 км/ч, что уже не мало). Этот велосипедный мотор не требует регулировок, настроек и обслуживания.
3. Аккумуляторная батарея – батарея является второй по важности частью. Выполняет функцию подачи тока от аккумуляторной батареи к электродвигателю. Батареи бывают на 12, 24, 36 и 48 вольт. Хотя, чем выше мощность батареи – это вовсе не означает, что скорость будет увеличиваться. Рекомендовано выбирать батарею в соответствии с напряжением электромотора. Покупайте батареи LiFePO4 (литий-фосфатные аккумуляторы), так как они имеют следующие преимущества — дешевые, надежные, долговечные (в среднем 1500 циклов заряд-разряд), быстро заряжаются (примерно 2-3 часа). Зарядное устройство для таких аккумуляторов довольно проста и напоминает в большинстве случаев зарядку для мобильных телефонов.
4. Специальные ручки руля (регулятор скорости) – позволяют регулировать скорость электровелосипеда.
5. Контроллер – блок с различными проводами, который отвечает за работу всего электронного механизма. Представляет собой плату, которая расположена в алюминиевом корпусе для защиты от внешних воздействий. Самое лучшее место для него – крепеж для фляги.
6. Чехол или сумка для батареи – предназначен для хранения аккумуляторов.
7. Различные провода и предохранители – для работы вышеуказанных пунктов. Можно применять и обычные провода от аудио колонок.
Преимущества самодельного электровелосипеда:
1. Если использовать готовый комплект «мотор колеса», вы сможете установить его на свой велосипед всего за несколько часов.
2. По цене электромоторы для велосипедов выйдут значительно ниже нежели покупка уже готового, собранного электровелосипеда;
3. Готовый электровелосипед будет намного тяжелее за счет стандартных деталей и самых простых аккумуляторов; .
4. Готовый электровелосипед будет иметь малую мощность, так как если Вы захотите сами собрать электровелосипед, то сможете подобрать интересующие Вас компоненты индивидуально.
Мы привели всего лишь несколько аргументов, которые помогут Вам с выбором, однако для того, чтоб самостоятельно собрать и изобрести рабочий механизм, нужно разбираться в электронике.
Основным отличием электровелосипеда от обычного велосипеда составляет наличие двигателя, аккумуляторов и контроллера. В конце хотелось бы сделать вывод о том, что впечатления от такого электровелосипеда могут быть только положительными
Набор для электровелосипеда своими руками состоит из уже собранного колеса, контроллера, рукоятки газа, рукояток тормоза, датчика под педали, фары с замком, кнопки звукового сигнала, сумки для батареи.
Вторая часть комплекта — это батарея и зарядное устройство.
Комплекты бывают на 12, 24, 36 и 48 вольт и мощностью в 250, 380, 500 и 1000 ватт.
Батарею выбирается соответствующего напряжения. Я бы советовал не гнаться за мощностью. 380W для ровной и холмистой местности вполне достаточно. Увеличивая мощность скорость будет увеличиваться не значительно, но в гору «тянуть» будет лучше.
Мой личный опыт — я очень редко помогаю педалями и звездочки стоят все время в положении «максимальная скорость».
Стоит заметить, что в многих странах есть ограничение в 250W.
Почему я выбрал 48V, я сейчас точно сказать не смогу, но в мае, когда я прочесывал интернет перед покупкой была поставлена метка — брать только 48V. С мощностью батареи все просто — у меня 10A, это 25 км. Если купить 20A, будет 50 км пробега и 16 кг батареи вместо 8-ми. Решите, стоит ли вам таскать лишние 4-8 кг веса, если вы не собираетесь далеко ездить. Я понимаю, что мощность не в амперах измеряется, но так их продавцы различают. Не ватт/час, а именно напряжение/амперы.
Мотор для самодельного электровелосипеда
Колесо-мотор 4. уже собраны. Покрышка и камера в комплект не входит. Колесо надо выбирать по размеру колес вашего велосипеда, для меня это был номер 26 — самый распространенный размер. Если вы покупали камеру или покрышку — размер вы знаете точно.
Главное, что надо помнить монтируя колесо — кабель должен выходить из колеса слева! Тогда оно будет вращаться в правильную сторону. Вторая и не очевидная опасность — из колеса выходит три толстых провода и несколько тонких. Первое что делает человек смонтировав колесо — он его крутит. Колесо вырабатывает электричество, между силовым проводом и одним из тонких проводков проскакивает искра и все, сгорел датчик, покатушки отменяются. Поэтому вынув колесо из коробки сразу обматываем эти провода изолентой и до момента подключения к контроллеру так их держим.
Возможно придется слегка подтачивать посадочное место на вилке и ось на колесе, у меня так и получилось. Дремель и несколько режущих дисков хватило, чтобы установить колесо.
Тут надо быть максимально аккуратным, чем плотнее колесо сядет на своё место, тем меньше проблем будет в будущем. Не сточите лишнего. Владельцам дорогих велосипедов с алюминиевыми вилками стоит выбрать заднее колесо, я читал как мощное киловатное колесо просто выламывало усы на вилке при пробном включении. Передняя вилка рассчитана на нагрузку вверх и назад, а колесо тянет вперед и по кругу. А вот мотор на заднем колесе дает нагрузки на раму не отличающиеся от педалей.
Контроллер электровелосипеда
Контроллер — маленькая алюминиевая коробочка 3. с пучком проводов. Особых проблем с ней нет. Найти удобное место на раме и закрепить. У меня удачно на нижней балке оказалось два болта просто вкрученные в раму. На один из них я и повесил контроллер, второй не совпал и я зафиксировал её пластиковым стрипом. Стоит ими запастись, незаменимая вещь для фиксации кабелей. Единственная замечание. Из-за законодательного ограничения скорости в некоторых странах в контроллере есть блокировка. Чаще всего это провод, который надо просто разомкнуть. Заблокированный контроллер не даст разогнаться быстрее 25 км/ч.
Во первых надо заменить рукоятки тормозов. Я не стал менять рукоятку переднего тормоза. Заменил только заднюю. Зачем надо менять? В рукоятке находится контакт, который отключает электромотор в момент торможения.
Во вторых на левую сторону руля надо установить рукоятку газа. Снимаем резиновую ручку, отрезаем её с внутренней стороны на необходимую ширину. Ставим все на своё место.
В третьих надо установить фару. В фаре находится «замок зажигания» и звуковой сигнал. Кнопку звукового сигнала я не стал подключать, могу и так поорать. А вот пара ключиков весьма порадовала. Ключ заменяет выключатель питания, а дальнейший поворот включает фару. Это удобно. Вытащить ключ из «фары» не выключив велосипед не получится. Велосипед довольно тяжелый, а ход на педалях тоже не так прост (ведь они стоят на максимуме и еще надо провернуть мотор, который в таком случае становится генератором) — запрыгнуть и укатить на вашем велосипеде вору будет не так просто. Даже просто укатить его в руках. Это позволяет не сильно «напрягаться» отвлекаясь от велосипеда на несколько минут и не пристегивать его каждый раз замком.
Светодиоды в теории должны показывать степень разряда батареи. Возможно на свинцовых так и есть, но на LiFePO4 батарее это не работает. Сначала светится полный заряд, потом красный светодиод — батарея пустая. Кроме того, это суперлайт светодиоды и они банально слепят ночью прямо в лицо, да и днем тоже мешают. Поэтому там и находится эта полоска клейкой бумаги. Потом я сточу кончики светодиодов и капну сверху по капле термоклея, чтобы получить просто матовое свечение.
Батарея электровелосипеда, собранного самостоятельно
Это разновидность литиевой батареи. LiFePO4 — она дешевле своих собратьев из сотовых телефонов, не взрывается, хорошо отдает большие токи, быстро заряжается, имеет до 1500 циклов заряд-разряд до начала заметного снижения емкости. Такие батареи появились всего год-два назад и на рынке еще мало известны. Китайцы сами собирают их из отдельных элементов необходимого вольтожа, мощности и размера. Кроме батареи в сумке находится плата-балансира зарядки. С неё идет пучок проводов в саму батарею. Тоесть батарея заряжается по частям и отдельные «банки» элементов балансируются между собой.
Почему не обычная кислотно-свинцовая батарея? Аналогичная по параметрам моей батареи будет весить больше 20-ти кг. Будет возня с электролитом, долгая зарядка, количество циклов заряд-разряд не больше тысячи, а всего сотня-две. Мало того, если я пойду покупать у себя в магазине такие батареи — это будет стоить не намного меньше. Так что даже по деньгам я не выгадаю.
Мотор-колесо является бесколлекторным электродвигателем постоянного тока. В его конструкции не предусмотрены щетки, а это делает электрическую машину более надежной, и на замену коллектору установлено несколько датчиков Холла.
Обмотка возбуждения заменена постоянными ниодимовыми магнитами, которые, на сегодняшний день, считаются одними из мощнейших постоянных магнитов. Ротор конструкции выполнен из высококачественной электротехнической стали, что делает КПД конструкции больше. Мотор-колесо обладает неподвижным ротором (крепящимся к оси байка) и вращающимся статором. Выбирая мотор-колесо, следует проанализировать, для каких целей вам нужен электроприводной велосипед, и, в соответствии с этим, выбрать изделие нужной мощности.
Электровелосипеды имеют два основных метода управления: с помощью педалей и механизм регулировки мощности. Как следует из названия электровелосипед с помощью в педалировании помогает вам вращать педали и требует определенных физических усилий. При использовании этого метода регулировки датчик (крутящего) момента измеряет скорость или нагрузку, чтобы определить необходимую мощность электродвигателя. Все автоматизировано и поэтому не нужно ни о чем думать — просто садитесь в седло и езжайте. У некоторых электровелосипедов имеется множество настроек, в то время как у других может быть только одна регулировка мощности. Можно настраивать необходимую помощь в педалировании. При слабых настройках помощь в педалировании будет едва заметна, но это поможет увеличить время работы мотора. При более сильных настройках мощность более заметна и вы можете достичь очень высоких скоростей, так как одновременно в педалированием вам будет помогать мотор на свою полную мощность.
С другой стороны механизм регулировки мощности вообще не требует вращения педалей. Прямо как на мотоцикле, чтобы контролировать мощность и скорость — необходимо повернуть и удерживать дроссель. Вы можете параллельно вращать педали, но это не обязательно.
Одни электровелосипеды управляются только с помощью вращения педалей, другие снабжены механизмом регулировки мощности, а у некоторых имеется оба механизма. Как правило, велосипеды с помощью в педалировании имеют множество настроек мощности, из которых можно выбрать подходящие под условия поездки, а электрические велосипеды с обеими механизмами регулировки имеют ограниченные настройки помощи в педалировании. На этих велосипедах полный контроль обеспечивается механизмом регулировки мощности (когда это необходимо), а помощь в педалировании имеет второстепенное значение — на ровной местности.
Существуют две разные конфигурации установки мотор-колеса— спереди или сзади.
Установленное спереди мотор-колесо. Установленные спереди втулочные моторы можно обнаружить на готовых или переоборудованных велосипедах. Если вы переоборудуете стандартный велосипед, то самым простым решением будет установка мотора спереди, так как в этом случае не возникнет проблем с переключателем скоростей или цепью. А так как большинство конверсионных наборов для электровелосипедов включают батареи, устанавливающиеся на багажник, то использование втулочного мотора спереди уравновешивает вес велосипеда и улучшает управляемость.
Так как существует небольшой риск разрушения передней вилки электродвигателем, то настоятельно рекомендуется использовать втулочный мотор на переднем колесе только со стальной вилкой. Для готовых велосипедов это не составляет проблемы, так как обычно моторы комбинируеются со стальными вилками и они не такие мощные.
Втулочные моторы, установленные на заднее колесо, распространены преимущественно на готовых велосипедах, так как на заводе установить мотор сзади не составляет труда. А вот переоборудовать велосипед с задним мотором-колесом немного сложнее, чем в случае с передним втулочным мотором, так как появляются проблемы с цепью, трансмиссией и переключателем передач. Плюс вы можете быть ограничены с 6- или 7-скоростной трещоткой. Но мотор на заднем колесе обеспечивает больший крутящий момент и не так заметен, как на переднем колесе. .
Аккумулятор это самый важный фактор, влияющий на общую стоимость электровелосипеда. Существует несколько различных типов батарей, поставляющихся в разных формах и размерах. Как правило готовые электровелосипеды оборудуются герметичными свинцово-кислотными и литий-ионными аккумуляторами. Но в конверсионных наборах для электровелосипедов используются и некоторые другие типы аккумуляторов. Три основных типа аккумуляторов и их подтипов, про которые необходимо знать во время выбора электрического велосипеда:
Герметизированные свинцово-кислотные (SLA) — самые доступные по цене аккумуляторы, но у них самый низки срок эксплуатации и они самые тяжёлые. Такие аккумуляторы хорошо подойдут для новичков или велосипедистов, ограниченных финансовыми возможностями. Если вы решили купить конверсионный набор для электровелосипеда, то вы можете сначала установить герметичные свинцово-кислотные аккумуляторы, а позже заменить их на более дорогие. Приблизительно на каждые 12 В напряжения вес аккумулятора увеличивается на 3,2 - 3,6 кг (x2 для 24 В, x3 для 36 В, x4 для 48 В). Свинцово-кислотные аккумуляторы довольно тяжёлые. Они рассчитаны на 300 - 500 зарядов (1 - 2 года эксплуатации). Данные батареи являются очень чувствительны к процессу зарядки и могут повредиться, если их разрядить более, чем на 75%. Кроме этого, к концу эксплуатационного периода у них существенно уменьшается мощность.
Никель-металл-гидридные (NiMH) — это хорошие аккумуляторы по доступной цене. Они меньше и легче. У них больше период эксплуатации, чем у свинцово-кислотных. С тех пор, как в большинстве готовых электровелосипедов стали использовать свинцово-кислотные и литий-ионные аккумуляторы, никель-металл-гидридными аккумуляторами оснащаются только конверсионные наборы, с помощью которых вы можете самостоятельно переоборудовать свой велосипед в электрический велосипед. NiMH-батареи весят примерно в два раза меньше, чем свинцово-кислотные, а служат в 2 - 3 раза дольше — 400 - 600 зарядов (2 - 3 года эксплуатации). Также у этого типа аккумуляторов мощность не падает в конце периода эксплуатации или перед окончательным разрядом.
У литий-ионных аккумуляторов (Li-Ion) самый длительный период эксплуатации и самый низкий вес, хотя они и самые дорогие. Литий-ионные аккумуляторы — это общее название для большой группы аккумуляторов. Если вы не разбираетесь в типах литий-ионных аккумуляторов, то можете попасться на обман в некоторых магазинах или на сайтах, когда продавцы и производители будут преувеличивать их параметры. Типы литий-ионных аккумуляторов:
Литий-кобальтовые аккумуляторы (LiCoO2) применяются в ноутбуках, мобильных телефонах и мало распространены в электровелосипедах. Очень легкие, но нестабильные и небезопасные. Подвержены самовозгоранию!
Литий-марганцевые аккумуляторы (LiMnO2) являются самыми распространенными из литиевых, используемых в электровелосипедах. Аккумулятор LiMnO2 почти всегда называют «литиевым» или «литий-ионным». Если не указана другая спецификация, то скорей всего подразумевается именно литий-марганцевый аккумулятор. Это самые доступные по цене аккумуляторы среди литий-ионных. И хотя они весят значительно меньше за другие типы аккумуляторов, они самые тяжелые среди литий-ионных. Если кто-нибудь будет утверждать, что они выдерживают более 1000 перезарядок, то не верьте им! Данный тип литий-ионных батарей обычно выдерживает 500 - 800 зарядов.
Литий-полимерные аккумуляторы (LiPo) немного дороже за литий-марганцевые аккумуляторы, но у них сходные характеристики. Они отличаются в основном только конструкцией, так как у литий-полимерных нет твёрдой металлической оболочки, а имеется только мягкая полимерная.
Литий-фосфатные аккумуляторы (LiFePo4) самые лучшие литий-ионные аккумуляторы! У них самый большой период эксплуатации и самый маленький вес среди доступных вариантов! Литий-фосфатные аккумуляторы самые дорогие, но способны выдержать до 1500 - 2000 зарядов и у них самый стабильный график разряда из всех возможных аккумуляторов, а значит у них не падает мощность на протяжении всего периода эксплуатации и до полного разряда.
Напряжение аккумулятора у самодельного электровелосипеда.
Как правило электровелосипеды работают на напряжении 24, 36 и 48 В. Как правило, чем выше напряжение, тем выше максимальная скорость, хотя это не всегда так (проверьте паспортные данные). Поскольку на мощность и скорость могут оказывать влияние эффективность мотора и трансмиссии, то у электровелосипеда с напряжением в 24 В может быть такая же максимальная скорость, как и у велосипеда с напряжением 36 В. Но общая закономерность таково, что велосипеды с более высоким напряжением являются более быстрыми. При 24 В максимальная скорость может составлять 24 - 29 км/час, при 36 В — 26 - 32 км/час, при 48 В — 39 - 45 км/час.
Хотя эти характеристики выходят за нормативы, определённые по закону, но некоторые конверсионные наборы для переоборудования могут даже иметь напряжение 72 В и развивать скорость свыше 56 км/ час! Но такая высокая скорость может оказывать значительные нагрузки на компоненты велосипеда. Учтите, что даже самые быстрые спортсмены путешествуют на велосипеде со средней скоростью только 27 - 29 км/час. 32 км/час кажется очень высокой скоростью для большинства велосипедистов. Все, что выше этой скорости небезопасно и нарушает закон. Кроме того, чем выше напряжение, тем больше аккумуляторов устанавливается, а значит выше их цена и масса.
Ёмкость аккумуляторов у самодельного электровелосипеда.
Аккумуляторы оценивают по напряжению (В) и в ампер-часам (А*ч). Напряжению уделяется самое пристальное внимание, но не менее важны и ампер-часы. В ампер-часах измеряется емкость батареи. Она является хорошим показателем количества километров, который можно проехать от одного заряда батарей. Хотя влияние оказывают также и множество других факторов: вес велосипедиста, местность, потребляемая мощность, эффективность и т. д., но обычно это расстояние зависит от ёмкости аккумулятора. Так что, в среднем среднестатистический велосипедист с батареей на 10 А*ч может проехать 16 километров (без вращения педалей). А если велосипедист будет крутить педали, то это число может быть значительно выше, так что большинство батарей на 10 А*ч оцениваются производителями, принимая в расчет вращение педалей, как «способные проехать до 32 километров».
У велосипедов, на которых возможна помощь в педалировании, диапазон мощности оценивается гораздо выше. Это происходит из-за того, что велосипедист постоянно помогает двигателю и тем самым снижает ток (мощность).
Тем не менее, мы верим, что мощный электровелосипед — персональный транспорт будущего, который будет набирать популярность. Обладая всеми практическими достоинствами и скоростью скутера он более универсальный и проходимый, маневренный, бесшумный, экологичный, дешёвый в эксплуатации. Электровелосипед можно хранить дома, для него не нужен гараж или охраняемая стоянка, как для мотоцикла или скутера, который опасно оставлять на ночь на улице.
Многим нравятся велосипеды за комфортность и возможность физической нагрузки. Они используются в качестве средства передвижения на территориях городов со сложным движением. Но не все хотят тратить энергию для достижения необходимого места.
Часто скорости обычного устройства не хватает. Тогда рождаются идеи, как создать электровелосипед из подручных средств, чтобы он отвечал требованиям экологической чистоты и был более функциональным. Дело в том, что приобретение заводского варианта не всем по карману.
В чем его достоинства?
В первую очередь его считают мобильным устройством для передвижения, поскольку он сможет пройти в самых узких местах дороги. И ему не страшны пробки различной сложности.
Рассмотрим все достоинства:
- Станет отличной альтернативой для использования общественного транспорта;
- Электровелосипед можно эксплуатировать без необходимости получения прав;
- Ему не нужен бензин, однако, придется часто заряжать контроллер электрического напряжения;
- Поможет поддерживать физическую форму.
Чтобы определиться, что вам необходим этот вид транспорта обратите внимание на фото самодельных электровелосипедов различной конфигурации.
Они могут отличаться конструкционными особенностями и функциональными характеристиками: весом, доступной скоростью, дальностью движения на одной зарядке.
Как создать самостоятельно?
В первую очередь разберемся в том, что нужно для сборки электровелосипеда собственными усилиями. Очень важно найти работоспособный велосипед способный выдержать серьезную нагрузку. Модель легкого класса не подойдет — это должен быть крепкий экземпляр.
Но важнее всего приобрести двигатель с достаточной мощностью. Кроме этого, потребуется такой перечень дополнительных элементов:
- Контроллер на основе возможности программирования;
- Два дисковых тормоза механического типа;
- Аккумуляторы кислотного вида;
- Набор предохранителей и переключателей;
- «Звездочка» на основе 66 и 123 зубчиков;
- Нержавеющие крепежные элементы для надежной установки двигателя.
Но этого не достаточно, поскольку без необходимых инструментов сложно закрепить все детали.
Как собирать?
Осуществляется пошаговая сборка электровелосипеда своими руками. Необходимо выполнить модификацию тормозов и передней вилки, потом переходят к задней. После этого с велосипедом соединяется: двигатель, аккумулятор и резистор — это происходит поочередно.
В схему самой простой готовой модели должны входить:
- Надежный корпус от обычной версии велосипеда;
- Работоспособный двигатель;
- Источник питания;
- Батарея;
- Правильная версия переменного резистора;
- Цепь, похожая на мопедный вариант.
Можно создать много разных схем на основе одинакового аккумулятора. Но скорость и функциональные особенности могут отличаться. Чтобы правильно создать надежный вариант необходимо обладать знаниями из области физики. Речь идет о законе Ома, возможностях электропроводимости материалов и сопромата.
Но обычная версия отличается простотой и ее легко создать самостоятельно. В процессе сборки можно заметить некоторые недочеты и устранить их либо выявить путь для модификации электровелосипеда.
Двигатель
Размышляя о том, как сделать электровелосипед самостоятельно все приходят к одному — необходим надежный двигатель. Чтобы он смог качественно работать необходимо обеспечить соответствие напряжения и силы тока.
Если у модели будет мощность равная 400 Вт, тогда с учетом надежного редуктора можно развить скорость около 30 км/час. А, если установить емкий аккумулятор, тогда пробег может достигнуть 30 километров.
Важно: Не забывайте о балансе между емкостью аккумулятора и его силой напряжения, емкостью и напряжением агрегата. Для движка с мощностью в 500 Вт придется установить аккумулятор на 12 V с 40 амперами/час. Другими словами опирайтесь на закон Ома и тогда схема электровелосипеда прослужит дольше.
Обратите внимание!
Какой нужен контроллер и как настроить резистор?
За счет контроллера меняется уровень тяги электровелосипеда. И это прежде всего отличает его от обычной версии. Это устройство помогает оптимально распределить тягу на все колеса и обеспечить плавную работу агрегата.
Для данной версии обязательно устанавливаются ручки газа. С помощью переменного резистора легко регулировать скорость и уровень оборотов двигателя.
После проведения расчета необходимого уровня энергии, контакты размыкания монтируют на ручке тормоза (в замкнутом виде). За счет нажатия на контакты цепь будет размыкаться либо замыкаться, а мотор соответственно замедляться либо ускоряться.
Заключение
Теперь у вас есть простая инструкция, как собрать электровелосипед своими усилиями. Остается посоветовать не перенапрягать аккумулятор путем увеличения придельной скорости агрегата.
Берегите велосипед от прямых солнечный лучей, поскольку емкость аккумулятора заметно снизится из-за перегрева. Рекомендуем разгоняться с помощью мускулов, чтобы сэкономить драгоценную энергию.
Фото электровелосипедов своими руками
Обратите внимание!
Обратите внимание!
Руководитель арт-отдела «Игры Mail.Ru» Олег Макаренко - о том, из чего состоит электровелосипед, как выбрать мотор, привод и аккумулятор и сколько все это будет стоить.
В закладки
В Mail.Ru Group развивается идея DIY: в мае 2016 года еще один участник этого движения, разработчик «Почты Mail.Ru» Вадим Балашов, как сделал из своей квартиры «умный дом».
Изучив рынок электровелосипедов, я пришел к выводу, что у большинства дешевых серийных электробайков от китайских производителей очень плохое качество: ломается буквально все, а заявленные характеристики не соответствуют реальным. Поэтому я решил собрать электровелик своими руками. Пришлось немного заморочиться, но результат стоит того.
В детстве, как и многие мальчишки, я мечтал о мотоцикле. Когда в 12 лет мне достался маленький двигатель внутреннего сгорания с бензобаком для установки на обычный велосипед, я решил сделать веломопед и с огромным энтузиазмом принялся за работу. Взял переднюю вилку от «Аиста», переднее колесо от «Салюта» и заднее от «Камы». В общем, сборная солянка из того, что было у меня в сарае на даче.
В итоге получился очень забавный веломопед. Он был немного уродливый, с большим количеством недостатков, с неработающим сцеплением и без тормозов. Заводил я его «с толкача». Также у него не было тумблера выключения зажигания, поэтому я привязал к бронепроводу веревку: когда надо было затормозить, я дергал за нее, провод соскакивал со свечи зажигания, и я останавливался.
В идеале мой веломопед должен был выглядеть как на заглавной картинке, но все было намного хуже. К сожалению, фотографии не сохранилось. Несмотря на все недостатки этого агрегата, я с большим удовольствием отъездил на нем целый сезон, после чего он скоропостижно скончался.
Прошли годы, и как-то в интернете мне встретился видеоролик об электровелосипедах. Тема меня очень заинтересовала, и я решил собрать подобный агрегат - но сначала полюбопытствовал, что сейчас представлено на рынке. Оказалось, что в продаже есть огромное количество модификаций электровелосипедов. Стоимость серийных изделий варьируется от 50 тысяч до 5 млн рублей.
Из чего состоит электровелосипед
Электромотор - его сердце. Контроллер - его мозг. Аккумулятор - еда. Ручка газа регулирует подачу напряжения на двигатель. Датчик тормоза ставится опционально, если есть рекуператор энергии. На дисплей можно вывести рабочее напряжение, заряд батареи, текущую скорость и так далее. Но электровелосипед можно собрать и без него, потому что основной параметр заряда батареи дублируется на аккумуляторе.
Еще одна опция - pass assist, помощник при педалировании. В зависимости от частоты вращения педалей он дозированно подает энергию на электродвигатель. В основном эти помощники работают очень плохо, и большинство людей с опытом езды на электровелосипедах не ставят их вовсе.
Требования к электровелосипеду
Во-первых, мне нужен был запас хода около 50 километров - это дорога от дома до работы и обратно. Для меня было важно, чтобы велосипед был легким, чтобы я мог спокойно запихнуть его в машину, перевезти в общественном транспорте и занести в квартиру. Не менее важен был и внешний вид, чтобы из велосипеда не торчали провода, чтобы он выглядел аккуратно.
Многие электровелосипеды делают излишне быстрыми. Я для себя определил, что он должен ездить чуть быстрее, чем если бы на нем крутил педали обычный велосипедист. Наконец, общая стоимость велосипеда обязательно должна была быть низкой.
Выбор мотора
Моторы для электровелосипедов можно условно разделить на три категории:
- малой мощности, способные разогнать велосипед до 40 км/ч;
- средней мощности - до 60 км/ч;
- высокой мощности, когда велосипед летит со скоростью до 100 км/ч и выше.
Какие типы моторов применяются на велосипедах?
Кареточный ставится на каретку педалей. Этот тип моторов довольно сложный, у них имеется обгонная муфта, но при этом есть большой недостаток - мотор дает дополнительную нагрузку на весь цепной привод, из-за чего очень быстро изнашиваются звездочки и цепь. Второй недостаток - высокая стоимость: за китайскую версию просят от 30 тысяч рублей.
Мотор прямого хода довольно громоздкий и тяжелый. Такие моторы относятся к категориям средней и высокой мощности. Единственное преимущество - долговечность из-за отсутствия шестеренок. Цена - от 15 тысяч рублей в зависимости от мощности. Из недостатков: на малых оборотах мотор имеет слабый крутящий момент.
Редукторный мотор. Внутри него установлен планетарный редуктор с шестернями, он очень легкий и компактный. Цена ниже, чем на остальные. Такие моторы относятся к категории малой мощности
Я решил, что мне вполне хватит скорости до 40 км/ч, поэтому выбрал редукторный мотор.
Выбор привода
Редукторные моторы часто устанавливаются на передний привод. Это самый простой способ установки, трудозатраты минимальны. Но, поскольку нагрузка на переднюю ось велосипеда невелика, очень часто возникает пробуксовка переднего колеса, ухудшается маневренность, при этом колесо может пойти юзом, что приведет к потере равновесия.
Задний привод - классический вариант. Основная нагрузка в велосипеде приходится на заднюю ось, и все недостатки переднего привода сразу исключаются.
Можно сделать и полный привод, когда ставится два мотора. Так делают для езды по бездорожью, снегу, песку, грязи. Но процесс создания полноприводного электровелосипеда очень трудоемкий. Сложнее всего синхронизировать работу моторов, а стоимость всего проекта получается немалой. После взвешивания всех «за» и «против» я выбрал задний привод.
Выбор и размещение аккумулятора
Что касается аккумуляторов, то в электровелосипедах в основном используются два типа аккумуляторных элементов: литий-железо-фосфатные и литий-ионные. Первые довольно крупные, тяжелые и стоят дороже. Зато у вторых ограниченное количество цикла зарядов - порядка 1000 циклов. К тому же литий-ионные аккумуляторы плохо работают при отрицательных температурах.
Для себя я все же выбрал литий-ионные, потому что их очень удобно укладывать в различные корпуса, в то время как литий-железо-фосфатные в основном собирают в кубышки, которые проблематично установить на велосипед.
Есть три места для размещения аккумулятора:
- На багажник. Этот вариант плох тем, что возникает дополнительная нагрузка на заднюю ось, которая и так достаточно нагружена. Заодно повышается центр тяжести велосипеда.
- На подседельный штырь. Нагрузка на оси становится более сбалансированной, но остается проблема высокого центра тяжести.
- В пространство рамы, в основном на место крепления фляги. Аккумулятор в этом случае размещен максимально низко и между осями велосипеда. Это оптимальное размещение, и я решил на нем остановиться.
Дальше нужно было выбрать характеристики АКБ - в первую очередь рабочее напряжение и емкость. Для маломощных редукторных моторов обычно используют напряжения 24 В, 36 В и 48 В. Я выбрал что-то среднее. От емкости аккумулятора зависит запас хода электровелосипеда. Я подбирал так, чтобы мне хватило на 50 километров. Расчет очень приблизительный.
Средняя скорость электровелосипеда в городских условиях - около 20 км/ч. Для преодоления расстояния в 50 километров потребуется 2,5 часа. Если мощность мотора - 350 Вт, то его средняя потребляемая мощность будет около 175 Вт. За весь пройденный путь мотор потребит 175 Вт * 2,5 часа = 437 Вт*ч. При рабочем напряжении в 36 В из полученных данных легко посчитать и требуемую емкость аккумулятора:
Емкость аккумулятора = 437 Вт*ч / 36 В = 12.1 А*ч.
Существует достаточно много видов корпусов для аккумуляторного блока. Их можно купить на AliExpress или в российских магазинах по цене примерно от 2000 рублей. Есть очень удобные корпуса типа такого, в нем сразу есть ячейки, куда мы устанавливаем аккумуляторные элементы:
Выбор контроллера
Контроллеры бывают различных видов: совсем простые, универсальные, программируемые с огромным количеством настроек, работающие в большом диапазоне напряжений и токов. Для себя я брал простейший контроллер, который работает на фиксированном напряжении и выдает максимальный ток в 15 А. Контроллеры подбираются в зависимости от рабочего напряжения и мощности выбранного электродвигателя, стоимость - от 1000 до 10 000 рублей.
Результат
В итоге у меня получилась следующая конфигурация:
- Электромотор BAFANG. Это продукция очень популярной на рынке электровелосипедов компании, ее моторы хорошо себя зарекомендовали.
- Контроллер на максимальный ток 15 А, аккумулятор на 36 В, 13 А*ч. Получилась максимальная скорость 37 км/ч, запас хода в 50 километров, вес очень небольшой, всего на 7 килограммов тяжелее обычного велосипеда.
Все оборудование обошлось мне где-то в 30 тысяч рублей, общая стоимость с учетом самого велосипеда - 60 тысяч рублей. Если сравнивать с готовыми моделями, аналогичными по комплектации и характеристикам, то такой велосипед стоил бы около 100 тысяч рублей. Я сэкономил тысяч 40.
Я успел собрать уже три таких велосипеда, очень схожих по характеристикам.
Нюансы
Их много, поэтому упомяну лишь некоторые.
- Во всех электровелосипедах используют двойные ободы, потому что мотор увеличивает крутящий момент. Также для компенсации дополнительной нагрузки нужны усиленные спицы, они толще - 3 мм вместо 2,6 мм. Спицуется колесо в три креста: одна спица пересекает три других. На обычных велосипедах чаще делают в два креста, а бывает и в один крест. Спицовка обода - довольно сложный, небыстрый процесс. При этом спицы получаются нестандартного размера, не во всех магазинах они продаются.
- Моторы поставляются в двух исполнениях: под кассету звездочек и под трещотку. Нужно обращать на это внимание, и обязательно уточните, какая система звездочек предусмотрена. Также рекомендуется проверить, есть ли на моторе крепление под ротор тормоза.
- Сложность с ручкой газа. Казалось бы, простейшая вещь: взял ручку газа, поставил на руль и все. Но почему-то большинство китайских производителей не учитывают наличие манетки переключения передач и ручки тормоза. Когда начинаешь все это собирать - в большинстве случаев либо не удается переключить передачи велосипеда, либо ручка тормоза задевает ручку газа. Я до сих пор не нашел ручку газа хорошей конструкции, чтобы она удачно вставала на руль.
- Установка корпуса АКБ. Рамы у велосипедов все разные, с разной геометрией, и порой приходится колдовать с креплением, а иногда и вовсе менять корпус, если он не влезает в раму.
- При монтаже ротора тормоза может оказаться так, что тормозной суппорт не влезает, задевает мотор. Я сам с этим столкнулся - пришлось покупать ротор большего размера и устанавливать переходник на суппорт. Либо можно использовать ободный (колодочный) тормоз, а не дисковый. Не всем это нравится, потому что для быстрого торможения на большой скорости нужны эффективные тормоза, и ободные в этом плане уступают дисковым.
- Сборка ячеек АКБ. Трудоемкая задача. Как известно, литий-ионные аккумуляторы нельзя соединять паяльником, поэтому приходится использовать точную сварку, совместно подключая BMS-контроллер, который балансирует ячейки аккумуляторов. Важно использовать качественные элементы питания, изготовленные известными производителями: Samsung, Panasonic, Sony. Тогда ваш аккумулятор с большей вероятностью будет дольше держать емкость.
- Рекуперацию реализовать достаточно просто, она предусматривается на двигателях прямого хода. При этом контроллер должен поддерживать эту функцию. Надо иметь в виду, что эффективность рекуперации очень низкая, у вас не получится покататься и зарядить аккумулятор. Так что польза от нее весьма условная.
Заключение
Если вы решили собрать действительно качественный электровелосипед, потребуется немало времени и усилий, но оно того стоит. Даже при покупке готового комплекта оборудования этот процесс не такой простой, как описывают в рекламе, и может потребовать дополнительных затрат.
Особое внимание при сборке нужно уделять самому дорогому компоненту электрооборудования - аккумулятору. От его качества зависит запас хода и конечная мощность электровелосипеда. Желательно их собирать самому, потому что в магазинах и на AliExpress готовые литий-ионные АКБ стоят от 20 тысяч рублей (сомнительного качества, собранные на безымянных элементах).
Я планирую спроектировать свой корпус аккумулятора с креплением на раму и распечатать его на 3D-принтере. Хочу предусмотреть в этом АКБ выводы питания на фару и фонарь, а также встроить в него динамик для воспроизведения музыки.
Также хочется спроектировать и распечатать на 3D-принтере корпус приборной панели на руль с органами управления электродвигателем, световым оборудованием и музыкой. А в перспективе - сделать комфортный городской электровелосипед с прямой посадкой и еще более низкой себестоимостью.
НаписатьВсе началось в прошлом году, когда я стал все чаще и чаще ездить на работу на велосипеде, т.к. ожидания в автомобильной толпе, после рабочего дня, момента приезда домой стали напрягать все больше и больше. Путь на велосипеде от дома до работы занимал по времени почти также как и на машине. Но с учетом того, что путь проходил большую часть по дорогам, на которых практически отсутствовало движение автомобилей, вдоль прибрежной полосы водохранилища и живописной аллеи, в которой в утренние часы проводили разминку спортивно-ориентированные люди, а берег украшали зевающие рыбаки с удочками – езда на велосипеде доставляла еще и моральное удовлетворение от любования за всем происходящим вокруг.
(много картинок)
Единственным недостатком, омрачающим поездки на работу была горка, протяженностью около 300 метров с довольно крутым подъемом, при въезде на которую приходилось сбрасывать на низшие передачи и прикладывать значительные усилия. Следствием этого являлось не комфортное состояние перед началом рабочего дня в офисе.
Родилась мысль оснастить свой велосипед двигателем, который бы помогал в трудные минуты. Изучив довольно много видеороликов на YouTube, форум сайта endless-sphere.com и другие ресурсы об электрификации в домашних условиях велосипеда, в голове сформировалась картина решения поставленной задачи. Осталось только реализовать.
Мысль о покупке готового набора с мотор-колесом на переднем приводе казалась мне банально простой, а также две другие причины: малая развиваемая мощность (до 500 Вт) и дороговизна – сыграли не в ее пользу.
Акцент был сделан на задний привод и использование бесколлекторного двигателя. КПД такого решения, казалось, должно быть выше, чем использование переднеприводного мотор-колеса.
Уже имея небольшой опыт в радиомоделизме, я решил использовать для реализации своей задумки компоненты от HobbyKing, как основные при постройке электровелосипеда. Механику же было решено использовать ту, которую легко достать в любом авто- или веломагазине.
Компоненты
Для постройки электровелосипеда использовались следующие компоненты:
HobbyKing
Двигатель (1500 руб.)Контроллер двигателя (700 руб.)
Аккумуляторная батарея (1300 руб.)
Серво-тестер (200 руб.)
Зарядное устройство (700 руб.)
Силовые провода (красный / черный) (200 руб.)
Коннекторы 1 , коннекторы 2 (200 руб.)
Ваттметр (необязательно) (600 руб.)
Термоусадка (необязательно)
Автомагазин
Шкив генератора ВАЗ-2108, 4 шт. (500 руб.)Ремень генератора ВАЗ-2108, 2 шт. (200 руб.)
Веломагазин
Фривил (150 руб.)Втулка, 2 шт. (500 руб.)
Цепь (150 руб.)
Переключатель передач (300 руб.)
Звезда 52T (300 руб.)
Строительный магазин
Алмазный диск 150 мм (150 руб.)Винты, гайки, шайбы (150 руб.)
Алюминиевый профиль 20x10 (100 руб.)
Итого 7300 руб.
Изготовление (механика)
Так как электровелосипед я планировал построить заднеприводным, для передачи крутящего момента на заднее колесо решил использовать цепную передачу, а для увеличения коэффициента передачи поставить звезду с большим числом зубьев.
Изначально я планировал вырезать звезду с нужным количеством зубьев с помощью лазерной резки в какой-нибудь мастерской, но поиски готового 3D-шаблона нужной конфигурации заняли много времени и ни к чему путному не привели. Заказ же резки вместе с изготовлением дизайнером шаблона выливался в копеечку (около 1500 руб.). Это ставило на нет основной принцип задуманной идеи – минимизация расходов на заказные и использование доступных готовых недорогих компонентов.
Поэтому в веломагазине (веломастерской) была приобретена самая большая звезда 52T, снятая с кассеты. А для крепления ее к втулке заднего колеса в строительном магазине куплен алмазный диск для болгарки подходящего диаметра (15 см). Центральное отверстие диска пришлось расточить сверлом и напильником до нужного диаметра втулки заднего колеса. Крепление этой конструкции к заднему колесу выполнено тремя болтами к спицам. Желательно для крепления использовать “ушастые” гайки, которые хорошо цепляются за спицы, а также автоконтргайки (с вкладышем). Звезду следует отбалансировать на крутящемся колесе, чтобы не было биений в разные стороны.
Для предотвращения передачи крутящего момента на двигатель с вращающегося колеса я использовал фривил на 16 зубьев, который легко купить в любом веломагазине. Проблема в том, что он предназначен для использования с более крепкими цепями и стандартные узкие цепи на него не садятся. Чтобы это стало возможным надо зубья фривила немного обточить по бокам. Я использовал для этого ручную бор-машинку с насадкой из точильного камня. 10 минут и все готово – напильником это растянулось бы надолго.
Так как фривил предназначен для накручивания на заднюю толстую втулку он имеет внутреннюю резьбу большого диаметра и для крепления его к передаточной втулке (с диаметром резьбы 10 мм) необходим переходник. Такой переходник я тоже смог найти в веломагазине. Он продавался в комплекте с втулкой черного цвета и я не знаю для чего она нужна. На фото представлен второй такой же переходник, который был с другой стороны с обратной резьбой.
Для натяжения цепи от фривила до ведомой звезды заднего колеса я использовал стандартный недорогой переключатель скоростей. Конфигурация натяжителя получилась, конечно, не самой удачной, но в целом он выполняет свою роль, а ничего лучшего я придумать не смог.
Для поэтапной передачи крутящего момента с двигателя на фривил я использовал две переходных втулки с установленными на них шкивами под клиновой ремень генератора ВАЗ-2108. Вся конструкция крепится с помощью алюминиевых профилей на раме велосипеда.
UPD. Рама не должна быть из композитных материалов вроде карбона, т.к. она должна быть монолитной и без повреждений для сохранения прочности. В противном случае рама может лопнуть. Не рекомендуется также использование алюминиевых рам. Лучше всего использовать как у меня стальную раму.
Переходные втулки тоже не обычные. У них значительно больше диаметр плоскостей, куда крепятся спицы. Это позволило прикрепить их к алюминиевым профилям. Для этого дырки под спицы немного рассверливаем под винты M3.
Шкивы для ремней имеют бОльший внутренний диаметра, чем диаметр резьбы переходной втулки, поэтому для исключения неточной установки шкивов я наматывал на резьбу втулки изоленту слой за слоем до диаметра отверстия шкива, а для фиксации под гайки использовал шайбы диаметром 30 мм.
В принципе, можно использовать одно передаточное звено клиноременной передачи. Запаса мощности двигателя хватит для езды по прямым дорогам и небольшим склонам. Но для уверенной езды по песку и в горки лучше использовать два звена. Каждое звено имеет кратность около 2x. Тем самым увеличивая в 2 раза передаваемый на колесо крутящий момент.
Изготовление (электрика, электроника)
Контроллер двигателя я прикрепил с помощью стяжек к одному из алюминиевых профилей, прикрепленных к раме, используя для лучшего контакта термопасту. Это позволяет лучше отводить тепло от контроллера и в процессе езды чувствуется как профиль и рама в окрестности контроллера нагреваются. С другой стороны контроллера, где установлен его радиатор, я аккуратно срезал ножом термоусадку и пристроил маленький вентилятор от старого процессора Intel 586. Хотя, по опыту эксплуатации он оказался не нужным.
Для управления мощностью двигателя я использовал серво-тестер, переведенный в ручной режим управления. Для питания серво-тестера и вентилятора охлаждения используется микросхема L7805 (КРЕН5А).
Поначалу, я отпаял с серво-тестера переменный резистор и поместил его рядом с правой рукояткой на руле. Оказалось, что такой способ плавной регулировки мощности имеет свои недостатки. Особенно неудобно им пользоваться в экстремальных ситуациях, когда приходится резко тормозить, когда рука перемещается на рычаг тормоза, а двигатель продолжает выдавать крутящий момент на тормозящее или даже блокированное колесо.
Поэтому, я упростил схему и сделал миниатюрную герконовую кнопку “газ в пол” (без фиксации) под большой палец правой руки, при нажатии на которую, двигатель начинает выдавать максимальную мощность. Для исключения резких рывков поставил на вход серво-тестера делитель напряжения на двух резисторах и конденсатор на 100 мкФ. Тем самым обеспечил плавное увеличение и уменьшение оборотов двигателя при нажатии и отпускании кнопки “газ в пол” примерно за 0,5 – 0,7 секунды.
На руль поставил ваттметр для контроля напряжения аккумулятора и измерения “расхода” запасенной в аккумуляторе емкости. Аккумулятор расположен в застегивающейся на молнию подседельной сумке. Тем самым убил двух зайцев – аккумулятор легко снимается для подзарядки и во время эксплуатации находится в замкнутом кожухе безопасности, на случай нештатного выхода из строя.
На левую рукоятку на руле поставил герконовую кнопку (без фиксации) для звукового сигнала отпугивания пешеходов. В качестве сигнала применил пьезокристаллическую автомобильную сирену - свистелку. Она вполне нормально себя чувствует при кратковременной работе на напряжении 22 В (аккумулятор 6s). Только громче чем на 12 В.
Итоги
Опишу несколько преимуществ и недостатков примененных решений. По порядку.
Цепная передача на заднее колесо имеет довольно длинный пробег, что приводит к слету цепи с фривила при движении по ухабистой дороге. Для избегания этого пришлось городить некое подобие направителя цепи перед фривилом из куска алюминиевой полоски и пластикового ролика. Так как цепь при движении бьется об него это создает неприятный громкий стучащий звук. По хорошему надо ставить натяжитель или успокоитель цепи перед фривилом, но пока не придумал как.
Крепление задней ведомой звезды к колесу не самое надежное. Есть вероятность повреждения спиц или соскакивания крепления звезды со спиц. Такое один раз уже было, когда я применял обычные гайки. После этого я поставил “ушастые гайки” и автоконтргайки. Текущую втулку лучше поменять на втулку с креплением для дискового тормоза и большую звезду посадить на его место. Но т.к. диаметр звезды гораздо больше дискового тормоза, я не уверен, что расстояния до рамы хватит для свободного вращения.
Клиновая передача усилия от двигателя до фривила по началу работала достаточно приемлемо. Однако КПД такого решения оставляет желать лучшего. При увеличении натяжения ремня увеличивается нагрузка на подшипники переходных втулок и двигателя, что приводит к повышению износа и сил трения, а отсюда понижению КПД передачи. При уменьшении натяжения ремни при высоких нагрузках (старте с места, движении в гору) начинают проскальзывать, и это тоже ведет к понижению КПД. Найти баланс крайне сложно. Применение поликлиновых шкивов проблематично из-за их громоздкости. Лучшим решением видится использование зубчатой ременной передачи.
Управление мощностью двигателя как в первом варианте с помощью переменного резистора, как я уже писал, часто неудобно. Использование кнопки “газ в пол” часто неоправданно, т.к. бывают моменты, когда необходимо ехать медленно и плавно. Схема движения “газ в пол – разгон – выбег на нейтралке” хоть по расходу емкости аккумулятора практически сравнима по эффективности с движением при постоянной работе двигателя, имеет немаловажный недостаток – проскальзывание клинового ремня при разгоне. Зато в режиме “газ в пол” ощущаешь всю мощь, установленную под своим сиденьем.
Ну и, не принципиально, но все же, звук работающего двигателя и двигающейся цепи при открытой конструкции часто пугают прохожих. Если кто из моделистов знает, как свистят бесколлекторные движки, тот поймет.
Несколько интересных фактов
Исходя из диаметров шкивов клиновой передачи (150 мм и 80 мм) и количества зубьев фривила и звезды на заднем колесе (16 и 52) получаем, что общее передаточное число равно 11,4. Это не очень много и не хватает для резвого заезда в гору, приходиться помогать ногами. Поэтому на двигатель я поставил керамический шкив от стиральной машины (купленный на барахолке) диаметром 64 мм. Это позволило увеличить передаточное число до 14,3. При напряжении батареи 22,2 В максимальная теоретическая скорость будет 45 км/ч. С учетом сопротивления воздуха и потерь мощности в передаточных звеньях, похоже на правду, т.к. по прямой я разгонялся до 40 км/ч.
Аккумулятора емкостью 5000 мАч (22 В) хватает на 30 минут езды и 8-10 км пути при средней скорости 18 км/ч и ускорениях до 40 км/ч. Еще раньше, когда у меня стоял аккумулятор 2200 мАч (11 В) мне его также хватало на 8 км пути, но при максимальной скорости 18 км/ч, средней 14 км/ч и помощи двигателю педалированием при движении в гору.
Максимальный ток, потребляемый двигателем при разгоне в режиме “газ в пол” около 60 А. Таким образом, выдаваемая мощность около 1250 Вт, что в несколько раз выше чем у большинства продаваемых мотор-колес. Разгон до 40 км/ч по прямой не более 10 сек.
В текущей конфигурации я отъездил в прошлом сезоне с июля по октябрь почти каждый день на работу при суточном пробеге около 20 км.
(Прошу прощения за грязь на некоторых фотографиях:)
