Поэтому при следующей доработке батарея с помощью самодельных креплений перекочевала на нижнюю трубу велосипеда. В результате развесовка получилась лучше, но выглядела конструкция страшно и неприлично. Для описания подобных творений очумелых ручек у отечественный байкостроителей появился даже устоявшийся термин - «шахид-дизайн» .
На байке с более правильной развесовкой можно было уже довольно комфортно ездить, но стало понятно, что стандартной батареи 500 Вт*ч (50 В, 10 А*ч) для велосипеда мощности выше среднего хватает ненадолго - на электричестве можно доехать из пункта А в пункт Б, а обратно уже только на педалях. В итоге была куплена большая батарея 1000 Вт*ч (50 В, 20 А*ч), которая в передний треугольник рамы вроде бы влезала, но закрепить её пришлось изолентой;) Выглядело всё это вот так:
У получившегося монстра из-за ширины батареи даже не вращались педали.
Понятно, что оставлять это так было нельзя.
Нужно было что-то придумать с батареей - изменить её пространственную компоновку, чтобы за неё не задевали педали, и разобраться с её креплением, изготовив надёжный батарейный бокс. Для выполнения этой задачи после долгих поисков и отсеивания кандидатов был привлечён Александр Костюк - знакомый по велоклубу «ВелоСамара», который также глубоко проникся идеей проектирования электровелосипеда. Имея за плечами многолетний опыт конструирования и постройки различных прототипов всего что только движется, он взялся за задачу построения бокса. Решено было сделать его из листа АМг (сплав алюминия с магнием) толщиной 2.5 мм, соединив алюминиевыми уголками. Окраска бокса - порошковая. Также на велосипед был установлен ваттметр Cycle Analyst, позволяющий измерять кучу показателей, включая расход энергии в ватт-часах на километр. С таким прибором можно было больше не переживать, что батарея неожиданно разрядится в самый неподходящий момент - каждый потраченный ампер-час или ватт-час на счету. В итоге получился вот такой байк:
На таком аппарате с ёмкой, удобно и надёжно закреплённой батареей уже можно было спокойно кататься по городу без опасения, что что-нибудь отвалится в самый неподходящий момент. Да и выглядел велосипед уже поприличнее. Готов был байк аккурат под зиму 2012-2013 и отлично показал себя в зимних условиях, включая езду и в снегопады, и в метель и в морозы минус 35 градусов.
Только вперёд!
После успешного завершения постройки первого аппарата, возникла идея продолжить конструировать электробайки совместно с Сашей. У меня было некое видение того, что хочется, а у Саши - огромный конструкторский опыт.Мы решили не останавливаться на достигнутом ещё и потому, что на российском рынке на тот момент просто не было электровелосипедов (да и сейчас нет), на которых нам самим хотелось бы ездить. Ниша достаточно мощных (сопоставимых по скорости и динамике со скутером или мотоциклом) и при этом лёгких и адекватных по цене электровелосипедов была совершенно пуста. А маломощные велосипеды меня и Сашу совершенно не интересовали, ведь нам, активным и молодым, хотелось кататься «с ветерком», чтобы байк при этом имел приличный пробег и надёжную конструкцию для езды по суровым российским дорогам и бездорожью.
Решено было создать универсальный электрокомплект, позволяющий превратить любой современный горный велосипед в электро. Горные велосипеды были выбраны в качестве базы не случайно - они очень популярны в России (количественно составляют основной класс велосипедов для взрослых), универсальны (позволяют ездить как по городу, так и по бездорожью) и надёжны. Также немаловажно, что детали и узлы горных велосипедов стандартизованы, что позволяет также стандартизовать электрокомплект.
Предстояло подобрать адекватные комплектующие для байка и решить ещё целый ряд инженерных задач:
- Подобрать мотор, способный выдавать большую мощность и момент, при этом лёгкий.
- Собрать компактную и лёгкую батарею достаточной ёмкости, способную держать большие токи.
- Укрепить дропауты заднего колеса, чтобы в них не проворачивалась ось высокомоментного двигателя.
- Разработать датчики срабатывания для гидравлических тормозов (серийные гидротормоза с датчиками только начинают появляться в продаже и имеют свои недостатки), ведь автоматическое отключение мотора при нажатии тормозов - одно из базовых стандартных требований для электробайков. А механические тормоза уже не подходят по характеристикам для безопасного торможения на тех скоростях, что мы намеревались достичь.
- Продумать решения для питания передней фары и заднего фонаря (с сигналом) от бортового напряжения электровелосипеда, предусмотрев встроенный преобразователь постоянного тока.
- Определиться с подходящими разъёмами (желательно герметичными), велокомпьютерами-ваттметрами, светотехникой и многим другим.
Итоговое решение должно было быть простым в монтаже, технологичным и дешёвым в изготовлении.
Вот один из первых этапов на этом пути, бокс построенный весной 2013 года:
Вот ещё один из промежуточных этапов:
Что получилось?
В результате года работы и экспериментов были разработаны по-настоящему универсальные и гораздо более эстетичные коробки, электрокомплекты и велосипеды на их базе:
Характеристики этих аппаратов:
- скорость - до 63 км/ч;
- мощность - до 2.5 кВт;
- ёмкость батареи - до 1 кВт*ч;
- дальность пробега - 40 км на максимальной скорости (63 км/ч) и до 100 км в режиме «эконом» (30 км/ч).
В условиях пересечённой местности байк тоже не пасует:
Ещё видео
Велосипед или мотоцикл?
Байки на базе созданного электрокомплекта получились действительно очень резвые, способные полноценно двигаться в городском потоке на скорости 60 км/ч. По новым правилам, регламентирующим мощность и скорость электробайков, они формально не относятся ни к велосипедам (чья мощность на электротяге ограничена 250 Вт и 25 км/ч), ни даже к мопедам (чья конструктивная скорость не должна превышать 50 км/ч), а относятся к классу мотоциклов. Притом что внешний вид этого байка не вызывает особых подозрений - обычный с виду велосипед c коробкой внутри рамы. Да и вес аппарата не сильно увеличился, мощный электрокомплект добавляет всего 14 кг к велосипеду, в результате вес готового байка получается в районе 26 кг. Такой аппарат взрослому мужчине вполне по силам поднимать по лестнице, переносить через препятствия.Так что получился функционально вполне себе мопед, но в велосипедной оболочке. В результате можно пользоваться преимуществом обоих видов транспорта: велосипеду у нас везде «зелёный свет» (пешеходные зоны, тротуары, наземные и подземные переходы, переходные эстакады, парки, тропинки да и просто бездорожье), при этом на дороге доступна скорость и динамика мопеда / скутера (при большей, чем у любого скутера или мотоцикла маневренности), что делает мощный электровелосипед в условиях реального трафика самым быстрым наземным городским транспортом.
И хотя мощность наших стандартных электрокомплектов и без того сравнима с мопедом, в качестве спортивного интереса и эксперимента (весьма не дешёвого, как оказалось после подсчёта стоимости всех комплектующих), были собраны тяжёлые и мощные электровелосипеды на базе специализированных пространственных рам от Qulbix:
И украинской «рамы Чоботара»:
Эти 6-10-киловаттные монстры способны развивать скорость уже до 90 км/ч, имея при этом динамику лёгкого мотоцикла. А при открытии полного газа с места привстают «на козла». Батарея 3 кВт*ч позволяет проехать 120 км на скорости 40 км/ч или 40 км на скорости 90 км/ч, благодаря чему можно использовать такой байк в качестве дальнобойного загородного транспорта и для езды по трассе.
Что дальше?
Конструкция электрокомплектов и электровелосипедов Electron Bikes продолжает постоянно улучшаться. Уже скоро будут готовы к промышленному серийному выпуску две модели велосипеда:«Стандарт» (на базе обычной велосипедной рамы): мощность 2.2 кВт, ёмкость батареи 1 кВт*ч, скорость до 63 км/ч;
Электрочопперы (без педалей) «Электро-классик»: мощность 6 кВт, скорость до 85 км/ч, ёмкость двух съёмных батарей до 3 кВт*ч;
И «Электро-боббер».
.
Последний также оборудован уникальной параллелограммной вилкой из титана, выпущенной ограниченным тиражом.
Немного об устройстве электровелосипеда
Под конец немного об устройстве и компонентах электровелосипеда, а также о технических сложностях, стоящих на пути создателей мощного байка.
Основные электрические компоненты электровелосипеда
“Сердцем” или мускулами электровелосипеда является электромотор (подробнее о моторах и их типах ниже). В современных электровелосипедах используются бесколлекторные синхронные двигатели постоянного тока (Brushless Direct Current Motor или BLDC), позволяющие эффективно работать в широком диапазоне оборотов с высоким моментом. Изредка используются асинхронные моторы, в качестве центральных. (Про “Двигатели Шкондина”, про которые так много шуму в интернете, можно выпустить отдельный разоблачающий материал;).
“Мозг” же электробайка - контроллер . Контроллер управляет электродвигателем, подавая в нужный момент питание на его обмотки в зависимости от требуемой скорости вращения и мощности. Контроллер также управляет всей всей “логикой” велосипеда: на входе получая сигналы от положении ручки газа, переключателей режимов работы (можно, например, в разных режимах ограничивать скорость, мощность или даже включать задний ход), кнопки круиз-контроля (очень помогает при езде в загородном режиме), сигналы с датчиков тормозов (т.к. нужно выключать питание мотора при нажатии ручки тормоза или даже включать рекуперативное торможение двигателем, если оно поддерживается) и т.п.
Энергия для питания сердца и мозга электробайка запасается в аккумуляторной батарее
. Обычное напряжение батарей электровелосипедов - от 36 В до 48 В. Скоростные аппараты могут комплектоваться высоковольтными батареями (до 100 В).
В настоящее время в подавляющем большинстве электровелосипедов используются литиевые батареи (подробнее об их типах ниже), имеющие наилучшую энергоёмкость. Тяжёлые свинцовые батареи применяются лишь на самых дешёвых аппаратах.
Батарея состоит из отдельных аккумуляторных ячеек, соединённых последовательно / параллельно.
У батареи также есть свой “мозг” - это система управления батареей (Battery Management System или BMS ). Защищает батарею от перезаряда, переразряда, превышения допустимого тока, а также балансирует отдельные ячейки батареи, чтобы они разряжались равномерно.
Для отображения всей необходимой информации и точного “подсчёта калорий” необходим ваттметр , позволяющий точно сказать, сколько энергии потрачено и сколько ещё осталось. Специализированный ваттметр сочетает в себе функции велокомпьютера, считая также скорость, расстояние и производные показатели, такие как как энергопотребление на километр пути (Вт*ч / км).
Для питания низковольтных потребителей (фара, задний фонарь, гудок, повторотники) необходимо снижать бортовое напряжение до более низкого (5, 8 или 12 вольт). Для этого используются высокоэффективные преобразователи постоянного тока (DC-DC ).
Сложности переходного возраста
Задача создания мощного байка осложняется тем, что вся индустрия комплектующих для электровелосипедов в данное время рассчитана на маломощные аппараты. Класс мощных и скоростных электробайков, стоящих на полпути к мотоциклам, только формируется, поэтому создателям таких аппаратов на каждом шагу приходится что-то придумывать.Батареи
Серийно выпускаемые батареи для электровелосипедов создаются, как правило, из элементов, не способных выдерживать большие токи. C-rating (отношение тока, которое способна выдавать батарея, к ёмкости батареи, выраженной в ампер-часах) серийных батарей, составленных, как правило, из литий-ионных ячеек, не более 1, в то время как под мощные велосипеды, которые мы создаём, требуются батареи с C-рейтингом минимум 2.5. То есть, например, при ёмкости 20 А*ч способные длительно выдавать ток 50 A. Что при 50-вольтовой батарее позволило бы выдавать мощность 2.5 кВт - интересующий нас минимум. В результате батареи приходится паять (а сейчас уже сваривать с помощью точечной сварки) самостоятельно из подходящих для этого элементов. Поиск и подбор подходящих по характеристикам элементов, их тестирование и отбраковка - также отдельная задача. Сейчас мы используем призматические элементы LiFePO4 и LiNiCo, позволяющие создать энергоёмкие и компактные батареи.Основные типы литиевых аккумуляторных элементов
- LiFePO4 (литий-железо-фосфатные). Могут эксплуатироваться на морозе до -30 градусов, доступен быстрый заряд за 45 мин, имеют самое большое число циклов заряда-разряда (1500-2000), позволяют отдавать большую мощность, пожаробезопасны, не горючи. Однако, имеют вдвое более низкую удельную ёмкость, чем у литий-ионных аккумуляторов (т.е. в 2 раза выше вес при той же ёмкости), относительно дороги (но удельная цена эксплуатации самая низкая из за большого числа циклов).
- Используются нами в качестве основного решения в комплектах для велосипедов-хардтейлов, однако из за своих габаритов не подходят для установки в передний треугольник рамы велосипедов-двухповесов, где очень мало свободного места.
- Li-Ion (литий-ионные). Классические литиевые батареи, используемые в основном для питания электроники. Они наиболее легкие и ёмкие, наиболее дешёвые, имеют максимальную на сегодняшний день удельную емкость (Вт*ч/кг). Однако, имеют узкий температурный диапазон эксплуатации (от 0 до +40 градусов Цельсия), небольшое число циклов заряда-разряда (300-400), не позволяют отдавать большие токи. Эти батареи наиболее часто используются в маломощных электровелосипедах, но для мощных аппаратов они малопригодны из за низкого C-rating.
- LiPo (литий-полимерные). Высокая энергоёмкость, почти такая же, как у элементов Li-Ion. Допускают высокие разрядные токи, высокий C-rating. Однако, как и Li-Ion имеют меньшее число циклов заряда-разряда (300-700) и узкий температурный диапазон: при эксплуатации ниже 0 выходят из строя, а на жаре, от короткого замыкания или механических повреждений могут воспламениться. Из за своей высокой пожароопасности на электровелосипедах применяются только бесстрашными энтузиастами.
- LiNiCo / LiNiCoMnO2 (литий-никель-кобальт). Имея преимущества LiPo (высокую энергоёмкость и способность выдавать большие токи), лишены их недостатков: имеют более широкий температурный диапазон, и, главное пожаробезопасны. В результате своей компактности используются нами в электрокомплектах, предназначенных для установки на велосипеды-двухподвесы.
Моторы
Но самую большую проблему в задаче создания мощного и лёгкого электровелосипеда представляют собой моторы.Серийные моторы либо слишком маломощные, либо тяжёлые, либо имеют низкий КПД, либо перегреваются, либо всё вместе сразу;)
Моторы, применяемые для электровелосипедов, можно разделить на три класса, у каждого из которых есть свои недостатки применительно к мощным электробайкам.
Безредукторные мотор-колёса (direct-drive)
Усилие магнитного поля передается сразу на колесо, потому и зовутся direct drive (прямой привод).
Неприхотливы, надёжны, так как в них нет никаких изнашивающихся элементов, кроме подшипников. Допускают использование в качестве электрического тормоза для рекуперативного торможения. Но имеют два больших недостатка.
Первый - большой вес. Например, мотор номинированный на 2.5 kW будет весить в среднем от 7 кг, а мотор на 6 kW целых 12 кг. Это сильно сказывается на весе готового велосипеда. Кроме того, размещение тяжёлого мотора в заднем колесе смещает назад центр тяжести (велосипед становится неудобно носить, совершать на нём трюки / прыгать), а также увеличивает “неподрессоренную массу” колеса, что в худшую сторону сказывается на его живучести, повышая требования к прочности обода, толщине спиц. В связи с этим колёса с тяжёлыми директ-драйвами часто спицуются в мото-обод, т.к. подобрать велосипедные обода нужной прочности сложно.
Второй недостаток - низкий КПД при езде на низких оборотах. Например, при езде в горку, по грязи, песку или бездорожью, где разогнаться не получается, такой мотор будет сильно перегреваться. Например, при езде в горку 20% сферический мотор direct drive на 6 кВт будет работать примерно на 20% своего КПД, а 80% будет уходить в тепло. В таком режиме мощный мотор-колесо может перегреться и сгореть за пару минут, если его вовремя не отключить (обычно реализуют автоматическое отключение мотора по сигналу с термодатчика). Что неудивительно: при слабом теплоотводе в замкнутом пространстве мотора и работе в режиме низкого КПД обмотки нагреваются со скоростью мощного электрического чайника (4.8 кВт в нагрев в нашем примере с 6 кВт мотором). Впрочем, чтобы “чайник” нагревался медленнее, в него можно «налить воды» - отдельные энтузиасты решают проблему с помощью водяного охлаждения .
Редукторные (geared) мотор-колёса
Содержат встроенный планетарный редуктор, обычно имеющий передаточное число 5:1. Имеют меньший вес при той же мощности, больший КПД “на низах” по сравнению с безредукторными моторами. Однако, механически менее надёжны (больше движущихся механический частей) и не поддерживают рекуперативное торможение. Но, главное, серийно не выпускаются для мощностей больше 1000 Вт.
Центральные моторы (middrive)
Миддрайвы, как следует из их названия - это внешний привод с высокооборотистым электромотором, устанавливаемый как правило в районе кареточного узла, передающий усилие через систему цепей, шестерен или ремней. Позволяют добиться наилучшего соотношения мощность-вес (чем выше обороты электромотора, тем более лёгким его можно сделать при той же мощности). Например, авиамодельные двигатели при мощности 6 кВт могут весить лишь чуть более килограмма:
Для сравнения, мотор-колёса direct-drive той же номинальной мощности (Cromotor, Crystalite, Quanshun) весят 12 (!) кг. Также расположение мотора ближе к центральной части велосипеда даёт более правильную развесовку, позволяя использовать такие велосипеды в том числе для прыжков и трюков. Могут работать в оптимальных режимах даже на крутых склонах и глубокой грязи.
Однако, мощность серийных центральных моторов для электровелосипедов обычно ограничивается 500 Вт. Наиболее мощное решение, доступное на данный момент - набор от Cyclone на 1500 Вт:
Более мощные решения на базе центральных моторов собираются энтузиастами самостоятельно, серийных готовых предложений нет. При у создателей таких мощных байков этом возникает ряд технических задач.
Редукция
. Для высокооборотисных моторов для снижения оборотов (с нескольких тысяч до 500-700) необходимо применять редуктор (готовых специализированных редукторов нет, каждый изобретает сам) либо цепную / ременную передачу с высоким передаточным отношением (изготавливая самостоятельно звёзды нужного диаметра).
UPD: Впрочем, решения начинают появляться .
Передача
. Для высокомощных двигателей стандартная цепь от многоскоростных горных велосипедов не подходит - она попросту порвётся или будет изнашиваться очень быстро. Необходимо использовать широкую прочную цепь для односкоростных велосипедов BMX, цепь от мопеда или минибайка или высокопрочный ремень. А это часто ведёт к необходимости изготовления нестандартных шестерёнок, втулок и обгонной муфты.
Охлаждение
. Компактные высокооборотистые моторы (часто в качестве миддрайвов применяют авиамодельные двигатели, рассчитанные на эксплуатации в условиях очень интенсивного обдува воздухом), при использовании на электровелосипедах требуют отдельного подхода к охлаждению: принудительного обдува, установки радиатора, обработки обмоток теплопроводным составом для лучшего отвода тепла и т.п.
Переключение скоростей
. Если для передачи таки используется велосипедная цепь и стандартная велосипедная кассета для переключении передач, то при переключении под высокой нагрузкой кассета очень быстро придёт в негодность. Не сильно спасают положение и планетарные втулки, лишь некоторые из которых способны переключаться под нагрузкой. Более живучий вариант - вариаторные втулки NuVinchi, позволяющие плавно менять передаточное соотношение. Другая проблема - в городском цикле постоянное ручное переключение скоростей неудобно, нужно следить не только за ручкой газа, но и за ручкой переключения передач, что снижает простоту и удобство управления электровелосипедом. Выходом здесь могут являться автоматические планетарные / вариаторные втулки, появившиеся в последнее время. Тем не менее в мощных (от 2 кВт) велосипедах с центральным мотором от переключения передач часто отказываются, что упрощает конструкцию и управление, благо выскокооборотистый синхронный двигатель с редукцией позволяет выдавать высокий момент на любой скорости.
А ещё восокооборотистые двигатели, редукторы и цепные передачи шумят.
Тем не менее, благодаря своим преимуществам, центральные моторы имеют огромный потенциал и всё чаще будут использоваться в мощных электровелосипедах по мере появления готовых узлов и решений. Пока, тем не менее, мощные миддрайвы остаются уделом отдельных энтузиастов или фирм, создающих индивидуальные решения под себя .
Вело-компоненты
Велосипедные компоненты для заряженного байка также испытывают повышенные нагрузки и требуют внимательного подбора.Прочные колёса
Для мотор-колёс нужен усиленный обод (обычный может смяться от увеличенной нагрузки на колесо, высокой скорости и “колдобин” на дорогах), более толстые спицы. Зачастую с тяжёлыми мотор-колёсами применяют мото-обод.
Мощные и износостойкие тормоза
Для оттормаживания тяжёлого велосипеда на высоких скоростях нужны хорошие гидравлические тормоза с увеличенным диаметром диска и большим ресурсом колодок.
Фактически специализированных тормозов для мощных электровелосипедов не существует или они только начинают появляться . Поэтому используются либо обычные тормоза, с трудом справляющиеся с нагрузкой и быстро изнашивающиеся, либо наиболее мощные тормоза для вело-даунхилла, которые очень дороги. Также можно использовать тормоза от минибайка, самостоятельно приспосабливая их к велосипедным стандартам (изготавливая переходники для крепления тормозной машинки, тормозного диска или даже сам тормозной диск).
Усиленные вилки
Велосипедные амортизаторы также испытывают повышенный износ при работе на больших скоростях при увеличенном весе аппарата. Для наиболее мощных и тяжёлых электровелосипедов единственным подходящим по прочности выбором являются двухкоронные вилки для даунхилла; однако, предназначенные для отработки очень больших неровностей, они слишком мягкие для езды по асфальту.
* * *
Таким образом, класс мощных электровелосипедов требует особого внимания к компонентам, многие из которых слишком дороги или требуют доработки. Специализированных компонентов для байков, стоящих посередине между велосипедом, мопедом и мотоциклом, либо не существует, либо они только начинают производиться. Это создаёт определённые сложности, но также и открывает простор для творчества.
Транспорт или развлечение?
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.Однако это не только практичный транспорт, это ещё и прекрасный способ проведения досуга: катание на скоростном бесшумном байке по пересечённой местности в режиме «эндуро» - нескончаемый источник адреналина. Также, в отличие от скутера или мотоцикла, который с наступлением холодов ставится в гараж, на электробайке
Визуально широкие шины на велосипедах воспринимаются как нечто тяжелое и неповоротливое, однако они очень хорошо себя зарекомендовали в эксплуатации. Они дают хорошее сцепление, плавность хода, позволяют безопасно развивать большие скорости, что актуально с мощными моторами.
Имейте ввиду что несмотря на крупный размер шин, в них добавилось не на много больше каучука, все остальное пространство это воздух. Поэтому они не такие неповоротливые и тяжелые как кажутся. Для таких велосипедов выпускают 4 и более дюймовые обода.
Вы живете там, где заснеженные дороги, или там, где много выпадает осадков и ездить приходится по песку или грязи. Вы хотели бы получить большее сцепление с дорогой, а соответственно и большую тягу, и уверенность езды, ваше решение – привод на два колеса 2WD.
Ранее темы полноприводных e-bike уже поднимались, также были предложения делать на велосипедах очень широкие шины. Однако, для полной уверенности мы видим, что в прохих погодных условиях установка второго ведущего колеса - это необходимость.
Еще одна очень интересная идея для создания электровелосипеда своими руками. В этом проекте будет использоваться электродвигатель работающий на 48 вольтах. Развиваемая скорость составляет около 100 км в час!
За основу был взят беспородный велосипед, купленный много лет назад у коробейников б.у. из Европы. Электродвигатель (модельный outrunner) типоразмера 6354 kv200 . Контролер (регулятор) был использован Hobbyking SS Series 90-100A
Как я уже упоминал в прошлой статье основным недостатком клиноременной передачи является ее малая КПД по сравнению с зубчатой и малое передаточное число.
В новой версии электровелосипеда я решил перенести всю силовую конструкцию на место заднего багажника, чтобы оно не мешалось под ногами. Как и в прошлый раз для крепления элементов использовал алюминиевый профиль.
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.
Единственным недостатком, омрачающим поездки на работу была горка, протяженностью около 300 метров с довольно крутым подъемом, при въезде на которую приходилось прикладывать значительные усилия
Электровелосипед своими руками миф или реальность?
В то время как электровелосипеды, а в частности мотор-колеса и аккумуляторы становятся все надежней и лучше, многие велосипедисты задумываются о их приобретении и переоборудовании своего байка.
Однако многих отталкивают цены на комплекты, и первое что приходит в голову как снизить затраты на внедрение электрической тяги. Существует самый простой способ - это купить мотор колесо и подключить к нему обычные дешевые свинцово-кислотные аккумуляторы. Для начала очень даже пойдет что бы ощутить, понять принцип работы, опробовать велосипедное ноу-хау.
Но люди всегда все любят делать своими руками . Может не полноценно делать, но пробовать так точно. Это и удовольствие от самого процесса разработки и осознание того что это личная ручная работа и конечно же от использования.
Создать электровелосипед своими руками можно, но это сложно сделать в домашних условиях, но все же выполнимо. Для начала надо разобраться с его структурой. В простом понимании вся конструкция состоит из 3 основных узлов. Это мотор, то что будет непосредственно приводить в движение, контроллер (регулятор) оборотов и мощности подаваемой от аккумулятора на движок, и сам источник питания.
Самодельный электровелосипед, что может получится
Если брать аналогию между бензиновой версией тяги и электрической то получается следующее:
Мотор (электро) – он же и двигатель как в бензиновом исполнении – то что крутит, только он тихий, в нем ничего не взрывается, нет выхлопных газов, он не так греется и самое главное, что для него не надо сцепления т.к. электромотор не имеет холостого хода, то есть ему не надо постоянно быть запущенным и вращаться.
Роль мотора для самодельного электровелосипеда может выполнять шуруповерт , автомобильный стартер и другие двигатели, которые есть в хозяйстве.
Регулятор (контроллер) – это если брать по аналогии с ДВС является коробка передач, задача которой набирать разгон в оптимальных режимах работы движка. Контроллер для начала движения подает очень малый вольтаж на двигатель, и он начинает плавно вращаться, при торможении же, он рекуперирует энергию движения в электрический ток, который подзаряжает батарею.
Аккумулятор – это по сути тот же бензобак только на много экологический. Как правило аккумулятор - это матрица из батарей. Например, батарея 24В 10Ач состоит из 16 маленьких аккумуляторов, подключенных по определенной схеме.
Для собрания самого примитивного электровелосипеда достаточно иметь мотор и аккумулятор. К примеру, можно примастерить мотор и подавать напряжение на него с помощью обычного выключателя, однако надо учитывать непрактичность такого подхода, т.к. велосипед, при достаточно мощном моторе, сразу рванет с места и может получиться не то, что с самого начала было задумано, не поездка, а ДТП.
Также можно использовать мотор малой мощности при этом он со старта будет трогаться плавно, но на большую скорость, при этом, не рассчитывайте, так как мотор просто не вытянет.
Идеальным вариантом как я считаю можно сделать коммутацию с каждого из аккумуляторов и выключателями последовательно при разгоне их включать.
Еще один самодельный электровелосипед с мини мотором от RC модели
Как соединить мотор и колесо велосипеда?
Есть множество способов, от самых примитивных до достаточно профессиональных в плане идеи и реализации, начнем с простого – привод к покрышке.
Если у вас был советский велосипед, то наверняка там был динамо генератор для подключения фары. Вот по такому же принципу можно и подключить электромотор к колесу. КПД этого вида привода очень маленькая т.к. большое количество энергии уходит на трение между приводом и покрышкой. Но для того что бы попробовать проехать на электротяге в самый раз!
Второй способ - это приделать вторую звезду на колесо с левой стороны, а на багажнике установить мотор также со звездой и сделать простейший цепной привод. Но, как и в предыдущем способе – буду механические потери, да и внешний вид не особо отличается красотой.
Самый верный и надежный способ - это купить мотор колесо , пусть даже Б/У, заспицевать его и получить отличный мотор с эстетическим видом и высоким КПД и без соединительных мест, на которых очень много энергии уходит в пустую.
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.
Переоборудовать велосипед в электрический можно двумя способами. Покупные детали, несомненно, смотрятся эффектнее, да и компоновка получится настолько плотная, что визуально каких-либо изменений в конструкции будет практически незаметно. И все-таки изготовление электровелосипеда своими руками дает множество преимуществ, в том числе, и в плане его ремонтопригодности. Главное, понять, что из подручных материалов можно использовать и как правильно произвести сборку.
Выбор комплектующих для электровелосипеда
Двигатель
Судя по отзывам на форумах, большинство домашних умельцев вполне устраивает двигатель от бытовой стиральной машинки порядка 350 – 400 Вт. Кстати, многие электровелосипеды промышленного изготовления, например, Wellness HUSKY (цена в пределах 51 000 рублей), оснащены именно такими движками. Главное, правильно подобрать тип электромотора. Коллекторный двигатель в равной степени хорошо работает от сети и переменного, и постоянного тока.
Погоня за увеличением мощности – дело бесперспективное. Единственное преимущество – повысится тяговое усилие при движении электровелосипеда в гору, а вот скорость вряд ли существенно прибавится.
К слову сказать, в интернете есть самоделки на основе шуруповерта. Данный опыт перенимать не стоит – дело бесперспективное. Кто знает, что это за бытовой электроинструмент, уже понял. Да и цена на батареи к нему «кусается», а срок службы при таком использовании – сезона 2, не больше.
Аккумулятор
Прежде чем выбирать АКБ, следует определиться, для чего именно нужен электровелосипед. Для дальних поездок и емкость батареи должна быть соответствующая. Как поступить? Скомпоновать несколько в батарею или выбрать один, но с большим зарядом? В первом случае усложняется монтаж, так как все элементы придется не только крепить, но и соединять в единую схему эл/питания. Во-втором – значительное увеличение габаритов АКБ. Следовательно, найти для нее место будет совсем не просто. Но с точки зрения удобства комплектации электровелосипеда данный вариант предпочтительнее.
По мнению тех, кто уже собирал электровелосипед своими руками, оптимальные параметры батареи – 48 В (20 А/ч, как минимум) . Под нее и подбирается двигатель (380 Вт). Вполне достаточно, чтобы обеспечить скорость на слабопересеченной местности до 40 км/час. На пару часов заряда хватит. По типу батареи лучшей считается Ni-MH АКБ. Применительно к электровелосипеду ее основные достоинства – большая емкость, повышенный эксплуатационный срок. Да и цена вполне приемлемая.
Если в основном электровелосипед можно собрать из подручных материалов, то батарею следует купить. Изделие на 5 000 мА/ч позволит проехать до 10 км без дозаряда со скоростью 20 км/час. При движении по городу (например, на работу и обратно) вполне достаточно.
Тип передачи
Если двигатель от бытовой техники, то шкив на валу уже есть. Следовательно – передача ременная. Это самое простое решение, так как останется лишь установить аналог на колесе (естественно, заднем). Можно шкив заменить на зубчатый венец. Отлично подходит звездочка серии 52Т. Получится примерно так.
Зарядное устройство
О нем также следует побеспокоиться заранее. Если батарея подобрана, то приобрести соответствующую модель, подходящую по параметрам, несложно.
Особенности сборки электровелосипеда
За основу может быть взята любая модель велосипеда, поэтому расписывать порядок работы в виде пошаговой инструкции бессмысленно. А вот на отдельные нюансы изготовления электровелосипеда своими руками обратить внимание стоит. Все, что будет недосказано, наглядно продемонстрируют иллюстрации.
- Если рама металлическая, то большинство креплений можно сделать сваркой. С алюминиевым или карбоновым вариантом корпуса сложнее, Придется высверливать отверстия и для фиксации составных частей схемы использовать гайки и болты.
- Для экстренной остановки двигатель электровелосипеда придется отключать. Размыкатель эл/цепи удобнее расположить в тормозной рукоятке.
- Оптимальное место для «замка зажигания» – фара. При необходимости в ней же можно поместить и сигнальную кнопку, хотя для электровелосипеда это лишнее. Учитывая небольшую скорость, предупредить пешехода получится и голосом. Да и усложнять схему вряд ли целесообразно, так как звуковой сигнал – один из потребителей электроэнергии. А емкость АКБ не беспредельна.
Чем можно дооснастить электровелосипед
Те, кто разбирается в электро- и радиотехнике, стараются сделать модель более совершенную. Но собрать ее только лишь из подручных материалов не получится – кое-что придется приобретать, а значит, тратить деньги.
- Ваттметр. Он точно покажет, на какое расстояние еще можно рассчитывать, учитывая расход энергии. Это позволит при необходимости поменять планы, скорректировать маршрут передвижения. Целесообразно прибор разместить на руле, чтобы он постоянно был в зоне прямой видимости.
- Контроллер. Есть несколько вариантов таких устройств. Простейшее, служащее всего лишь клеммной коробкой, крепится где угодно. Но многие из них собираются, например, на микросхемах. Независимости от выбранного решения, нужно учитывать, что все радиодетали нуждаются в эффективном охлаждении. И это понятно – эл/ток, проходя по цепи, частично преобразуется в тепловую энергию (из-за внутреннего сопротивления ее элементов). Значит, контроллер желательно расположить на раме так, чтобы он лучше обдувался встречным потоком. Часть краски на этом участке нужно снять, и дополнительно подложить пластину из алюминия, низ которой (в месте касания) покрывается термопастой.
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.
(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:)
