Самодельный электровелик. Ярослав Меньшиков. Как сделать электровелосипед из обыного велосипеда

19.08.201927.05.2017

Все 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.

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 20×10 (100 руб.)

Итого 7300 руб.

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.

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.

Заметили ошибку? Выделите ее и нажмите Ctrl+Enter , чтобы сообщить нам.

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.

Написать

Как сделать электровелосипед из обычного велосипеда? January 30th, 2012

Если вы используете велосипед для поездок на работу и с работы, как сделать езду комфортной и не начинать работу в офисе с получасовой отдышки смахивая капли пота с лица, объясняя коллегам, что вы приехали на велосипеде преодолев крутой подъем.

Выход есть, надо превратить свой велосипед в электровелосипед - это позволит решить проблему когда вам надо быстро и комфортно добраться до места назначения и в тоже время вы сохраняете возможность покрутить педали для поддержания своей спортивной формы

И так как превратить обычный велосипед в электровелосипед, что для этого требуется?

Таким вопросом задался мой знакомый Александр, посидев в инете выяснилось, самое простое решение превратить обычный велосипед в электровелосипед - это добавить электродвигатель, работающий только от аккумулятора.

Александр нашел поставщика и через интернет оформил покупку необходимого комплект для доработки велосипеда.

В комплект доработки вошли: электромотор, аккумуляторная батарея, зарядное устройство, блок управления(контроллер) и регулятор скорости («ручка газа»).

На фото электропривод с цепью, крепится к раме велосипеда довольно просто, мощность двигателя 1,2 кВт
Фото 2.

При работе двигатель греется для отвода тепла используются радиаторы охлаждения, так же предусмотрена электронная защита двигателя отключащая его при нагреве более 70 град.

Срок службы аккумулятора 5-7 лет в зависимости от условий эксплуатации,.
Аккумулятора теряет за год примерно 2% своей емкости.
Вес 4,5 кг., зарядка 1,5-2 часа.
Проехать на одной зарядке можно примерно 30-40 км, но растояние зависит от многих факторов:
Ландшафт (место для покатушек, число и угол наклона горок).

Скорость электровелосипеда (тише едешь - дальше будешь).

Наличие, скорость и направление ветра (ветер может и мешать, и помогать).

Полуспущенные шины. Потери очень велики. Следите за давлением в шинах.

Вес велосипедиста и багажа (перевозимого груза).

Фото 5. Аккумулятор и контроллер

Фото 6. Индикатор емкости аккумулятора

Фото 7. Ручки газа для регулирования скорости вращения электродвигателя.

Счастливый обладатель электровелосипеда

Котику стало грустно когда он услышал цену комплекта 40 000 руб. во столько обошлось все удовольствие всместе с доставкой.

ЗЫ
Прокатился и я на чудо велосипеде и мне понравилось, даже призадумался, что лучше купить мопед или электровелосипед?

Сделать электровелосипед своими руками – процесс достаточно сложный, предполагающий владение хорошими навыками. При отсутствии понимания сути процесса проще купить агрегат. Понимая рабочий процесс за токарным станком, имея в своём арсенале нужные инструменты, можно выполнять сборку.

Комплект необходимого инвентаря

Чтобы раскрыть суть вопроса: как из обычного велосипеда сделать желанный электровелосипед, для начала подготавливаются к работе. Нужно будет пользоваться:

сварочным аппаратом;
основным комплектом инструментов (подразумевается ножовка либо плоскогубцы);
токарным станком;
штангенциркулем большего размера;
сверлильным станком и комплектом свёрл;
шлифовальным станком;
съёмником цепи;
ключом для демонтажа трещотки;
металлорежущими предметами (подойдут гидравлическими ножницы, допускается применение ацетилено-кислородной резки, воспользоваться установкой для плазменной резки);
основным арсеналом для ремонтных работ с байком.

Также понадобится пособничество:

блока V-конструкции;
фрезы;
метчиков и плашек;
плоскошлифовального станка.

Предполагается работать со следующими материалами:

металлическим уголком;
звёздочкой ANSI #40, предполагающей 9 зубьев;
двумя подшипниками;
круглой болванкой из стали окружностью 0,5–1 дюймов;
четырёхдюймовым и дюймовым шкивами под клиновой ремешок;
клиновым ремнём.

Как преобразовать обычный велосипед в желаемый электровелосипед

Как собрать электровелосипед, волнует многих велосипедистов. В целях экономичной сборки следует поискать знакомых, которые могли бы предоставить бесплатно мотор с аккумулятором и велосипедом. Желательно найти байк с максимальным количеством передач. Это нужно для большего ускорения и увеличения допусков в электроцепи.

В поисках старого кресла с электродвигателем поможет интернет, где часто предлагают моторы б/у с аккумуляторами. Предпочтительнее обратиться в отдел ремонта и сбыта инвалидных кресел, поскольку здесь повезёт наверняка. Вряд ли техперсонал откажет в помощи за небольшую сумму.

Изготавливаем наружное подшипниковое кольцо

За неимением наружного кольца на байке, изготавливаем его самостоятельно. Необязательно делать резьбу, можно обойтись и без неё. Кольцо закрепляется винтами внутри каретки самодельного электровелосипеда.

Изготавливаем промежуточный вал

К большому ролику, подшипникам и звездочкам размером центрального отверстия подойдёт стальная болванка, размер которой должен составлять 5/8 от окружности звезды. Подходим к токарному станку, стачиваем один край заготовки до одного дюйма и диаметра, уменьшенного в два раза от окружности звезды. Остаток заготовки стачивается также. Центральная часть составляет 5/8 окружности звезды, чтобы промежуточный вал не проскальзывал.

Просверливаем прорехи для болтов, предварительно закрепив вал блоком V-образной конфигурации. Болтовые отверстия должны находиться по уровню. Размер болтов подбирается в соответствии с размерами вала и остальных частей.

Модифицируем звёзды

Слишком большую по ширине звёздочку модифицируем. Обработка звезды на токарном станке производится подрезным резцом до тех пор, пока ширина детали не станет 0,1 дюйм. После этого приступаем к установке резцовой каретки предположительно на 10 градусов, производим изменение угла зубьев до получения одинаковых показателей с двух краёв.

Работа с главным ведущим шкивом

При наличии отверстия в двигателе, внутри заготовки сверлим дюймовое отверстие, идентичное размеру вала. Соответствие размеров нужно обязательно соблюдать. После этого с помощью станка одну сторону стачиваем до 0,5 дюйма соответственно размерам ролика, предварительно обработанного.

О сборке промежуточного вала

Заранее прикупив цилиндрические штифты с винтами, собираем вал. При условии безошибочно выточенных деталей, сборка не вызовет никаких проблем.

Собираем цепную передачу

С помощью съемника приступаем к демонтажу цепи. Устанавливаем цепь обратно, продевая механизм через скоростной переключатель сзади. Зацепляем цепь на кассетную среднюю звезду. Проверяем правильность положения заднего переключателя. Для получения требуемой длины цепи располагаем её концы рядом. Разъединяем механизм в месте сгиба.

Важно! При разъединении цепи нужно убедиться в прикреплении пина к её концу. В противном случае возникнут проблемы в соединении механизма.

Проверяем работу без нагрузки

Переворачиваем самодельный электровелосипед колёсами кверху для свободного вращения заднего колеса. На умеренной передаче начинаем проверку. В целях обеспечения натяжения велоцепи следует крепко удерживать мотор снизу противоположно клиновому ремню. Свободной рукой подсоединяем моторные провода к аккумулятору.

На слёт цепи влияют следующие факторы:

мало сточена ширина звезды;
в случае проскальзывания ремня влияет слишком высокая передача либо его слабая натяжка;
плохо выровненные звезды.

О макете моторного крепления

В целях экономии макет изготавливается из картона, а не металла. Преобразовать картонную заготовку в любую форму значительно проще, чем металлическую. По возможности можно внедрить двигатель за подседельным штырём. Тогда вращающиеся элементы будут находиться на большем расстоянии от ног.

О предварительном моторном креплении

По картонному макету вырезаем металлическое крепление, приложив к железу оригинал и обведя его мелком. Для вырезки металлического макета понадобятся большие гидравлические ножницы, позволяющие в точности повторить все контуры. Остальные инструменты требуют владения определённых навыков.

Устанавливаем двигатель

Берём неравнобокий уголок и начинаем с выполнения прорех для U-образных болтов с последующей их установкой. Необходимо исключить скольжение болтов. Обладая картонным макетом, разметка будет лёгкой. Прикладываем его к пластине, помечая кернером один конец прорези, затем другой. Каждая сторона должна получить по две прорехи, всего четыре.

Отверстия должны быть нормальными для закручивания гаек и для внедрения болтов. Так, для болтов 3/8 дюйма предполагается 0,4-дюймовое отверстие.

Для выполнения прорезей лучше воспользоваться торцовой фрезой. В случае с плазменной резкой вырезаются аккуратные прорехи в железном уголке для болтов.

Устанавливаем неравнобокий уголок

Некоторые двигатели не требуют этой установки. По возможности устанавливаем неравнобокий уголок, за счёт которого двигатель закрепляется прочнее. В качестве альтернативы используем U-образные болты.

Производим крепление адаптерного кронштейна к двигателю. Скольжение кронштейна обеспечивает адекватное натяжение ремня. Изготавливаем пластину и привинчиваем её к переднему участку двигателя. Пластина предполагает некоторое смещение. Крепление небольшого прямоугольника, параллельного двигателю, производится болтами непосредственно к основной пластине монтажа.

Приступаем к сварке двигательного крепления

Предварительно производим тщательную пескоструйную очистку и небольшую зачистку щёткой по металлу. Штыки должны быть чистыми. В сварке важно соблюдать последовательность. Сварив один край, нужно подождать, пока остынет металл, а затем приступать ко второй части.

Основной жар направляем преимущественно на пластину, выбираем менее высокую температуру сварки, но доступную для проваривания листов. Можно капать расплавленный металл для лучшей спайки двух металлических листов.

Собираем ременной привод

Здесь всё предельно просто. Надеваем ремень на шкивы, хорошо натянув его, и затягиваем болтами. Поскольку эксплуатация велосипеда приводит к постепенному растягиванию ремня, периодически проверяем степень натяжения и корректируем, если нужно.

Производим повторную проверку без нагрузки

На самой низкой передаче запускаем мотор по максимуму. При достаточном креплении повышаем постепенно передачи. В случае установки велокомпьютера сзади, наблюдаем за его показателями. Передний велокомпьютер не показывает ничего. Ремень также не должен проскальзывать.

Об аккумуляторном креплении

Заранее проверив батарейки и зарядное устройство на пригодность, устанавливаем аккумулятор. Делаем картонную заготовку батарей, поскольку она легче перемещается. Выбираем оптимальный участок для установки батарей. Рекомендуемое место – поближе к земле, подальше от седла. Подобное размещение обусловлено возможностью увеличения сцепления покрышки заднего колеса и снижением центра тяжести байка.

Берём железные уголки, делаем из них поддон для последующего крепления аккумуляторов стяжками либо эластичными шнурами. Привариваем поддон к велораме. Сварной шов должен получиться высококачественным, поскольку на него будут производиться существенные нагрузки.

На рисунке представлена наглядная схема электровелосипеда. Поскольку велосипед уже оснащён переключением передач, достаточно внедрить обычный переключатель, чтобы управлять двигателем. Допускается установка однополюсного трёхпозиционного десятиамперного переключателя от ненужной радиостанции. Рабочие позиции обозначены двумя включателями и одним выключателем. Представленная схема показывает работу одного аккумулятора под 12-вольтовым напряжением при выставленном режиме первого включателя. Второй выключатель предполагает работу двух аккумуляторов с 24-вольтным напряжением, позволяя использовать мотор на всю мощность, а при необходимости снизить обороты.

Это наглядный пример схемы из трёх аккумуляторов. Каждой электрической схеме присуще иметь плюсы и минусы.

Испытываем велосипед, ищем и устраняем неполадки

Закончив сборку электровелосипеда, пора испытать его на деле. Можно пригласить друзей, чтобы похвастаться собственным изобретением и рассказать им, как собрать электровелосипед. Обязательно голову защищаем шлемом во избежание непредвиденных обстоятельств, приводящих к травме. Возможно, что первое изобретение не оправдает надежд, поэтому нужно быть морально готовым к такому повороту. Среди распространённых причин возможных неполадок – плохой контакт проводов, неправильный расчёт передаточного отношения.

Проводя испытание уникального изобретения, следует взять с собой инструменты, которые понадобятся в приведённых случаях:

отсоединились провода;
при условии превышенного передаточного отношения;
неисправность аккумуляторов.

Эти неполадки не позволят ехать велосипеду.

Диагностика электровелосипеда

Для диагностирования предполагаемых проблем, включаем самодельный электровелосипед с поднятым задним колесом. Вращение покрышки недопустимо и обусловлено чрезмерным передаточным отношением. Целесообразно прибегнуть к увеличению шкива промежуточного вала либо уменьшению двигательного шкива. Это нужно для снижения передаточного отношения и увеличения крутящего момента. В результате велосипед поедет.

При отсутствии вращения покрышки диагностируют отсоединения проводов либо непригодность аккумуляторов. Тогда обеспечиваем аккумуляторам полную зарядку, а проверку напряжения на них производим с помощью мультиметра. Оптимальное напряжение полного заряда обычно составляет 27 вольт.

Проверку целостности электроцепи выполняем тем же мультиметром. Отсоединяем провода, проложенные к двигателю, подсоединяем их к прибору с последующим включением переключателя. При условии отображения только нулей на экране заряженных аккумуляторов, диагностируется проблема самих проводов либо переключателя.

Медленный ход велосипеда обычно обусловлен неправильным передаточным отношением. Для диагностирования этой проблемы смотрим на степень вращения заднего колеса в поднятом состоянии. При ускоренном вращении диагностируется повышение передаточного отношения. В этом случае уменьшаем его посредством увеличения размера валочного шкива либо уменьшением размера двигательного шкива.

Если вращение покрышки характеризуется одинаковой быстротой, как при нагрузке, так и без неё, поступаем обратным образом. Производим увеличение передаточного отношения или уменьшаем размер валочного шкива. Можно увеличить размер двигательного шкива.

Подойдя к теории сборки электромопеда со знанием дела, можно попробовать сделать его своими руками.

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.