Контроллер для электровелосипеда: функции и принципы его работы
Для запуска мотор-колес, управления скоростью их вращения, и обеспечения контролируемой остановки применяются устройства, называемые контролерами.
Контроллер – одна из главных составных частей бесперебойной работы электровелосипеда; это электронное устройство, отвечающее за работу мотор-колеса и управляющее ей.
Контролер выполняет функцию посредника между электромотором и рулевым управлением, он обеспечивает подачу токов к электродвигателю и электрокомплектующим от аккумуляторов.
Принцип работы контроллера аналогичен мозговой деятельности.
Первоначально контроллер воспринимает сигнал от электрооборудование, далее — анализирует принятую информацию, и в конечном итоге обеспечивает скоординированную работу электросистемы в соответствии с поставленными перед ним задачами.
Контроллер использует широтно-импульсные модуляции для регулирования мощности мотор-колеса, обеспечивая точный контроль скорости и защищая электросистему от перенапряжения и перегрузки по току. Скорость вращения двигателя прямо зависит от амплитуды прилагаемого напряжения. Амплитуда сигнала, направляемого от контроллера к мотор-колесу, регулируется с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИП). Последовательность импульсов отображается изменением длительности сигнала, т.е. шириной импульса.
Контроллер предоставляет трехфазное электропитание велосипедного мотор-колеса, обеспечивает бесперебойное функционирование двигателя электровелосипеда.
При сборке электровелосипеда из комплектующих, следует брать во внимание, что компоненты велосипедного электронабора должны иметь равную степень напряжения и мощности. Поэтому, нужно использовать только тот контролер, который соответствующий за своими параметрами мощности электродвигателя.
К контроллеру подключаются, как правило, все электрические комплектующие велосипедного набора. Многие модели контроллеров предполагают возможность подcоединения к ним, помимо стандартных электрокомплектующих, также и охранной сигнализации.
Контроллер электровелосипеда принимает сигналы от ручки акселератора, и на основе воспринятой информации управляет скоростью вращения мотор-колеса, регулируя ток, подаваемый к электродвигателю. Принцип формирования руководящих сигналов для контроллера при управлении электровелосипедом довольно прост: при повороте ручки акселератора датчик Холла формирует управляющий сигнал для контроллера, на основании которого в последующем и происходит движение мотор-колеса с определенной частотой. Три датчика Холла мотор-колеса (SS41) обеспечивают обратную связь мотор-колеса с контроллером – они информируют контроллер о положении ротора, а также извещают его о необходимой периодичности подачи напряжения на электродвигатель. Воспринимая информацию от датчиков Холла о положении ротора, контроллер подает импульсы напряжения на обмотки статора, тем самым обеспечивая его вращение.
Контроллер, управляя работой электровелосипеда, обеспечивает:
включение/выключение электроники,
регулировку скорости вращения мотор-колеса,
круиз-контроль,
возможность работы электродвигателя в трехскоростном режиме,
функционирование системы рекуперативного торможения,
поддержание тормозного момента электродвигателя,
подключение и отображение на панели управления параметров работы электросистемы,
реверс – обратный ход.
Основные, выполняемые контроллером функции управления работой электровелосипеда можно разделить на три группы:
управление скоростью движения электровелосипеда,
управление крутящим моментом,
защита электродвигателя.
Электровелосипедный контроллер снижает уровень вибрации двигателя при старте, продлевая таким образом срок службы мотор-колеса.
Благодаря возможностям контроллера можно регулировать не только скорость движения электровелосипеда, но и уровень регенерации энергии при торможении. В этом случае контроллер обеспечивает работу электродвигателя в качестве генератора энергии, создавая таким образом условия для частичного восстановления энергии батарей. Система рекуперативного торможения позволяет увеличивать пробег электровелосипеда от одного заряда аккумуляторных батарей, а также обеспечивает высокую энергетическую экономичность.
В основе функции рекуперативного торможения контроллера, положен электрический способ рекуперации кинетической энергии. Контроллер обеспечивает выполнение мотор-колесом функции рекуперации энергии при торможении и в момент движения электровелосипеда вниз по склону.
При торможении велосипедное мотор-колесо начинает работать в генеративном режиме, в электродвигателе создается тормозной момент и вырабатывается кинетическая энергия, которая запасается в аккумуляторных батареях, и используется в последующей работе электровелосипеда.
С целью повышения уровня безопасности водителя электровелосипеда на дороге, контроллер отключает мотор-колесо при торможении.
Благодаря функции круиз-контроля контроллера, при повороте ручки газа под определенным углом и удерживании её в данном положение в течении 8-10 секунд, электровелосипед набирает скорость и фиксирует её на определенном показателе до момента последующей регулировки скорости велосипедистом или же торможения. Иными словами, одной из функций контроллера является стабилизация частоты вращения мотор-колеса, благодаря чему велосипедисту не приходится постоянно пользоваться ручкой акселератора для поддержания определенного уровня скорости передвижения.
Контроллер обеспечивает оценку (мониторинг) уровня напряжения аккумуляторных батарей и отключает электронику, когда напряжение в батареях падает больше чем на 87,5 процентов с целью защиты аккумуляторов от чрезмерной разрядки.
Для защиты FET транзисторов, контроллер электровелосипеда следит за их температурой и отключает мотор-колесо, если температура повышается выше допустимого уровня. В случае если на мотор-колесо подается слишком большой ток, контроллер уменьшает подачу тока.
Внутри контроллер состоит из отдельных частей (например, конденсаторов, транзисторов и резисторов), поскольку электровелосипедный контроллер имеет дело с большими токами и напряжением. Максимальная частота вращения мотор-колеса обеспечивается благодаря установке в контроллере специального резистора.
Электровелосипедные контроллеры с каждым годом все больше и больше усовершенствуются: увеличивается спектр их функциональных возможностей, уменьшаются их габаритные параметры. В последние годы появились контроллеры интегрированные в структуру электродвигателя, благодаря чему уменьшилось число внешних составных частей электровелосипеда, и, соответственно, количество проводов, проходящих через электровелосипед.
Конструкция электровелосипедных контроллеров очень надежна и прочна. Электронные схемы контроллеров устойчивы к вибрациям. Корпуса контроллеров, как правило, изготовляется из алюминиевого сплава, к тому же, в них обязательно обрабатываются соединительные места и область выхода наружу проводов специальным герметиком во избежание попадания внутрь корпуса воды или пыли.
Поскольку производители делают корпус контроллера непроницаемым, не стоит вскрывать его самостоятельно без веских на то причины, поскольку вряд ли вы сможете потом так же герметично его запечатать, и сделаете таким образом его более восприимчивым к попадению воды в дождливый погоду. Поэтому, в случае каких-либо изменений в работе электроники контроллера, лучше проконсультируйтесь со специалистом о возможным способах устранения неисправностей или же обратитесь в специализированный сервисный центр.
motor-koleso.ru
От первого электровелосипеда своими руками – до перспективного стартапа. Истории сотрудников REG.RU
Технический директор REG.RU Валерий Студенников попытался решить транспортную проблему лично для себя, а затем превратил своё хобби в интересный стартап.
Представляем вашему вниманию рассказ основателя Electron Bikes о том, как сделать мощный электровелосипед своими руками, почему любителей скорости не устраивают существующие модели байков и до какой скорости может разгоняться обычный с виду велосипед.
Первое знакомство с электробайками
Впервые я увидел электровелосипеды четыре года назад, в 2011 году, на веловыставке в Москве. Дорогие, неказистые, очень слабые по характеристикам, но чем-то они зацепили, появилось желание приобщиться к этому интересному виду транспорта. Изучение рынка на тот момент показало, что купить готовый электробайк с хорошими характеристиками по адекватной цене просто нереально. На рынке представлены либо очень маломощные и низкоскоростные велосипеды с небольшой батареей («слабый» во всех отношениях Китай или дорогая, гламурная, но такая же тихоходная Европа), либо супер-дорогие монстры, чья стоимость у производителя начинается от $10000 (Stealth Electric Bikes, Hi-Power Cycles), у которых тоже есть свои недостатки (неадекватно большой вес из-за тяжёлой рамы и тяжёлого мотор-колеса, слабая тяга «на низах» из за применения безредукторных моторов, небольшой запас хода).
Но настойчивое желание получить бесшумный, лёгкий и при этом мощный и резвый электровелосипед никуда не исчезло. Поэтому пришлось выбрать единственный доступный вариант — собирать байк самому из имеющихся на рынке комплектующих, как это делают многие другие энтузиасты.
Первый блин
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.
Но самое главное — необходимо было разработать универсальный бокс для батареи и контроллера для быстрого превращения обычного серийного велосипеда в электро. Собранная ранее металлическая коробка на эту роль не подходила, поскольку требовала слишком больших трудозатрат в изготовлении и была заточена по форме и размерам только под конкретную раму.
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).
Вот видео передвижения мощного электровелосипеда в «городских джунглях»:
В условиях пересечённой местности байк тоже не пасует:
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.
“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 тормозаДля 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 можно безопасно кататься зимой — доступен большой выбор зимних шипованных велосипедных покрышек. Катание на Зимнем электробайке — это непередаваемые ощущения и совершенно новое развлечение, которое, я уверен, получит со временем заслуженную популярность.
PS. Фото байков и производственного процесса, не вошедшие в статью, можно посмотреть тут и тут.
Надеемся, что приведенная история не только вдохновит читателей обзавестись электровелосипедом, но и придаст уверенности в том, что создать собственный материальный продукт в свободное время — совершенно реально.
habr.com
Мотор-колесо для велосипеда своими руками
Но передвижение на мускульной тяге часто бывает утомительным, особенно при поездках на большие дистанции и во время крутых или затяжных подъемов. В таких случаях неоценимую помощь оказывает установленный на велосипед электродвигатель.
В продаже представлен широкий ассортимент такого оборудования, но некоторые изобретатели идут дальше и решают сделать мотор-колесо для велосипеда своими руками. Для реализации таких идей, кроме знаний и навыков в сфере механики и электротехники, надо иметь:
- Колесо диаметром от 20 до 28» – новое или б/у, но обязательно в безупречном состоянии – отлично отрегулированное на спицах и не выписывающее «восьмерок» на ходу.
- Аккумуляторную батарею и чехол или сумку для ее хранения.
- Регулятор скорости.
- Контроллер – плату, обеспечивающую корректную работу мотор-колеса.
- Комплект предохранителей и провода.
- Инструменты, оборудование и материалы для изготовления электродвигателя.
Как сделать электроколесо на велосипед?
Чтобы браться за изготовление мотор-колеса в домашних условиях, необходимо досконально разбираться в принципе его работы. Бесколлекторный электродвигатель постоянного тока заспицовывается в обод и может устанавливаться вместо переднего или заднего колеса (или одновременно по электродвигателю вместо 2-х колес). Мощность таких электромоторов может составлять и 250, и 1000 Вт – в зависимости от того, какие скоростные и тяговые характеристики вам нужны.
При желании использовать самодельное мотор-колесо для велосипеда очень важно правильно рассчитать все узлы, иначе велик риск затиров и заклинивания электродвигателя, разрушения деталей и выхода из строя всего электровелосипеда. Поэтому перед началом сборки необходимо выяснить подходящие параметры создаваемого устройства – рассчитать его мощность, развиваемую скорость, рабочее напряжение.
Также важно определиться с параметрами колеса, на которое будет устанавливаться электродвигатель. Когда схема мотор-колеса своими руками разработана, и есть в наличии все детали для ее реализации, можно приступать к сборке. При соединении электрических компонентов важно обеспечить качественную изоляцию соединяющих их проводов. Также необходимо защитить механизмы электродвигателя от воздействия негативных факторов – песка, пыли, грязи и пр.
Рекомендации по самостоятельной сборке мотор-колеса
- Если вы планируете сделать мотор-колесо самому, обратите внимание на следующие рекомендации:
- При сборке можно использовать б/у детали, если они исправны и подходят вам по размерам и характеристикам.
- Важно убедиться в качестве и прочности используемых материалов, а также в соответствии проектируемого электродвигателя по мощности и оборотам – от качества комплектующих зависит износоустойчивость и энергопотребление всей конструкции.
- Необходимо выполнить предельно точный расчет прочности, а новые компоненты – прикатать, чтобы снизить риск непредвиденной поломки.
- Перед изготовлением мотор-колеса рекомендуется просчитать экономическую целесообразность его создания. Не исключено, что разработанный вами электромотор окажется дороже покупного варианта, будет уступать его по техническим характеристикам и эстетическим свойствам.
Купить или сделать самому?
Вопрос о целесообразности собственноручного создания электромотора спорный – у большинства велосипедистов идея самостоятельно мастерить электромотор вызывает по меньшей мере недоумение. Ведь в продаже представлена масса надежных моделей различной мощности, в т.ч. – в готовых наборах со всеми компонентами, необходимыми для оснащения велосипеда электротягой. Но все же некоторые умельцы отчаянно стремятся к разработке собственных электромоторов.
Если вы уверены в своих силах и в том, что сможете правильно произвести расчеты на надежность, прочность и безопасность, имеете все необходимые детали и владеете навыками сборки электромоторов, смело принимайтесь за дело и выкладывайте в сеть видео «сделай мотор-колесо сам». Но в большинстве случаев гораздо проще и безопаснее использовать готовый набор для электрификации велосипеда, к тому же его можно подобрать в полном соответствии со своими потребностями.
Подробнее о выборе мотор-колеса читайте в нашем предыдущем материале.
www.voltbikes.ru
Электровелосипед своими руками. Самодельный электровелосипед, как собрать
В этой статье будет рассказано о том, как сделать электровелосипед своими руками из обычного велосипеда.
Собрать электровелосипед своими руками довольно просто, когда есть готовый набор комплектующих. Чтобы превратить обычный велосипед в электровелосипед, на него необходимо установить мотор-колесо, аккумулятор, тормозные ручки с датчиками отключения питания, а также рукоятку «газа». Помимо всего прочего, эти части необходимо соединить с контроллером с помощью разъемов типа «папа-мама». На контроллере есть много проводов с разными разъемами, соответствующими своим элементам, перепутать их невозможно.
Итак, собираем электровелосипед:
Установка мотор-колеса
Переделка велосипеда в электровелосипед начинается с установки мотор-колеса — это обычное велосипедное колесо с двигателем внутри, устанавливается как обычно. Контакты на проводах, идущие от колеса, необходимо закрыть колпачком или замотать изолентой, чтобы на них не попало масло. При установке нельзя крутить колесо, так как это генератор, который вырабатывает ток, и если контакты не будут закрыты, то может произойти замыкание. Разъем, идущий от колеса, необходимо соединять с проводом из контроллера в самом конце сборки, после установки аккумулятора, тормозных ручек и ручек газа. Подсоединить что-то не так невозможно без изменения конструкции контактов, каждая пара разъемов уникальна и перепутать их с другими не получится, это сделано для простоты соединения элементов и для защиты от дураков.
Установка тормозных ручек и ручек газа на руль
В комплекте идут 2 тормозные ручки с датчиком, который отключает электродвигатель при торможении. Их необходимо установить вместо штатных велосипедных тормозных ручек. На контроллере вы найдете два одинаковых разъема для подсоединения каждой ручки, соедините их в любом порядке, так как каждый датчик выполняет одну и ту же работу.
Ручка газа, она же рукоятка акселератора, устанавливается после тормозных ручек, имеет разъем, который вставляется в такой же разъем контроллера, перепутать их или неправильно соединить невозможно.
Установка панели управления
Панель управления отображает уровень заряда батареи, силу тока и обороты двигателя, устанавливается на руль. В некоторых моделях есть кнопка выключения питания или замок зажигания. После установки необходимо подключить провод, идущий от панели к контроллеру.
Установка аккумулятора
В зависимости от типа аккумулятора, установка может производится на раму велосипеда, на багажник в велосумку, или в рюкзак, кому как удобно. Подсоедините аккумулятор к контроллеру, найдя на нем соответствующие разъемы. При подсоединении возможно будет небольшая искра – это нормально, не переживайте, полярность не перепутаете.
Установка контроллера
Контроллер и его контакты должны быть защищены от влаги и грязи, устанавливайте в велосумку на багажник или в любое другое место.
После установки всех элементов можно подключать мотор-колесо к контроллеру и проверить работоспособность электровелосипеда.
Вот и всё, самодельный электровелосипед готов, теперь можно провести тест-драйв.
Добавить комментарий
5kwt.ru
 Мощность контроллера 6fet, 9fet, 12fet, 18fet или 24fet выбирайте в карточке товара. Контроллер является полностью программируемым. Следующие функции могут быть настроены Батарейный и фазный токи Минима |
Да |
5 150р 4 378р |
 Модель и напряжение контроллера выбирайте в карточке товара. Модель контроллера Sabvoton Напряжение АКБ Максимальный батарейный ток Максимальный фазовый ток Максимальное напряжение Sabvoton 48060 |
Да |
12 200р 10 370р |
|
Контроллер 250Вт, количество MOSFETs(МОП-транзисторов) – 6 шт В наших контроллерах используются самые надежные MOSFETs(МОП-транзисторы) фирмы Infeneon (www.irf.com) и STMicroelectronics (w |
Да |
2 150р 1 828р |
|
Контроллер 250Вт, количество MOSFETs(МОП-транзисторов) – 6 шт В наших контроллерах используются самые надежные MOSFETs(МОП-транзисторы) фирмы Infeneon (www.irf.com) и STMicroelectronics (www.st.com) |
Да |
2 150р 1 828р |
 Контроллер 500Вт, количество MOSFETs(МОП-транзисторов) – 12 шт В наших контроллерах используются самые надежные MOSFETs(МОП-транзисторы) фирмы Infeneon (www.irf.com) и STMicroelectronics ( |
Да |
2 850р 2 423р |
|
Контроллер 1000Вт-1500Вт, количество MOSFETs(МОП-транзисторов) – 15 шт В наших контроллерах используются самые надежные MOSFETs(МОП-транзисторы) фирмы Infeneon (www.irf.com) и STMicroelectronic |
Да |
3 600р 3 060р |
|
Контроллер влагозащитный, в комплекте идут водостойкие кабели длиной 1 метр. Контроллер 250Вт, количество MOSFETs(МОП-транзисторов) – 6 шт В наших контроллерах используются самые надежные MOSFETs(МОП-транзис |
Да |
3 950р 3 753р |
|
Контроллер влагозащитный, в комплекте идут водостойкие кабели длиной 1 метр. Контроллер 500Вт, количество MOSFETs(МОП-транзисторов) – 12 шт В наших контроллерах используются самые надежные MOSFETs(МОП-транзи |
Да |
4 350р 4 133р |
|
Контроллер влагозащитный, в комплекте идут водостойкие кабели длиной 1 метр. Контроллер 1000Вт-1500Вт, количество MOSFETs(МОП-транзисторов) – 15 шт В наших контроллерах используются самые надежные MOSFETs(МО |
Да |
4 800р 4 560р |
 Поставляется под заказ. Это контроллер PMSM для очень мощных синхронных двигателей, мотор колес (например Quanshun 3000W и выше). Контроллер можно программировать через компьютер(через провод) или телефон(че |
Нет |
26 600р 22 610р |
|
поставляется под заказ |
Нет |
25 600р 21 760р |
|
поставляется под заказ |
Нет |
38 800р 32 980р |
 Соединительный кабель, папа-мама, длинной 1 метр. Соединение водозащитное. Есть на 2, 5, 8 и 9 жил. |
Да | 600р |
motor4koleso.ru
Контроллер для электромобиля своими руками видео
Схема контроллер для мотор колеса
Схема сборки электромобиля своими руками
ЭтектроТаврия EVR
Переделка авто на электромобиль
DIY BMW E36 — Bing images
Графеновый аккумулятор своими руками
Двигатель для электро автомобиля 48 В — AgaClip — Make Your Video Clips
Своими руками мотор колесо
Контроллер для двигателя своими руками
Electric Car Conversion Porsche Motorcycle Review and Galleries
Комплект для электромобиля своими руками
Самодельный электромобиль
электромотор с контроллером — www.fassen.net-Видео сёрфинг
Киевский самодельный электромобиль — Электра-2 Электромобиль
ГНТИ — Электромобиль своими руками — Видеорепортажи из мира науки и техники
Pin Warp 9 Ev Motor Electric Car Engine 323 Hp 72 Volts Dc Single on Pinterest
Схема реверса эл двигателя — Двигатель Автолюбитель
Набор для электромобиля или гибрида 10кВт воздушное охлажение с АКБ LiFePo4 72V-100AH — купить 350620 грн цена, отзывы, купить в
Bldc-контроллер hpm500a — Ecomotors — продажа электротранспорта
Контроллер Infineon
ppccabfiles.ru
История еще одного электровелосипеда своими руками v2.0 / Habr
Предисловие
В прошлой статье я рассказывал о том, как построил электровелосипед из компонентов для радиоуправляемых моделей и подручных материалов, найденных в магазинах. В конце статьи я упомянул, что собираюсь переделать клиноременную передачу на зубчатую. Представляю отчет о том, что из этого получилось.
(Есть картинки и видео)
Как я уже упоминал в прошлой статье основным недостатком клиноременной передачи является ее малая КПД по сравнению с зубчатой и малое передаточное число, т.к. клиновой ремень довольно толстый и плохо гнется и поэтому радиус малого шкива нельзя сделать достаточно малым в отношении к большому шкиву. На шкивах, примененных мной в прошлой конструкции от генератора ВАЗ-2108 передаточное число равнялось 2 (2,34 при использовании шкива от стиральной машины).
Поэтому я решил заказать на sdp-si зубчатые шкивы под ремень и сам ремень. Для этого воспользовался их калькулятором. Калькулятор довольно удобный – позволяет подбирать число зубьев на шкивах в зависимости от желаемого передаточного числа и расстояния между центрами шкивов, а также подходящий ремень. Я задал как можно большее значение передаточного числа и ограничился пластиковыми шкивами, т.к. металлические слишком дороги. Калькулятор предложил мне следующий вариант:
A 6Z 3M15DF09508 — пластиковый шкив на 15 зубьев с двумя бортиками и алюминиевой вставкой (для крепления на двигатель), цена $6.91 (даташит)
A 6L 3M78SF09510 – пластиковый шкив на 78 зубьев с одним бортиком без вставки, цена $11.50 (даташит)
A 6R 3M116095 – неопреновый ремень размера 5.08mm (XL) на 116 зубьев шириной 9.5мм, цена $7.53
Доставка стоит $7 + накладные расходы $3. Итого все обошлось в $37.
После месяца ожидания и получения посылки я принялся за работу.
Изготовление
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.
Т.к. большой шкив на 78 зубьев имел широкое посадочное место и при установке его на переходную втулку не хватало место для гайки пришлось сточить на нем одну сторону посадочного места заподлицо с плоскостью шкива (видно на фото). Для этого использовал ручную бор-машину с насадкой в виде металлического диска (другие насадки оказались хрупкими и ломались).
Малый шкив встал как положено, т.к. при окончательном выборе в таблице на сайте sdp-si я сразу указал соответствующий диаметр ротора двигателя.
В качестве натяжителя цепи также использовал переключатель скоростей, только теперь в вертикальном положении. Фривил также остался.
Каких-то особых сложностей в размещении компонентов я не ощутил. Скорее даже наоборот, схема размещения на месте заднего багажника мне показалась более удачной и удобной.
Испытания
Сложности возникли после первого тестового заезда.
1) При резком усилении газа тяговое усилие двигателя на цепь оказалось настолько сильным, что левая опора, выполненная из полоски алюминия шириной 2см сгибалась под нагрузкой. Это вело к перекосу всей конструкции и сползанию цепи с фривила. Решение – замена опоры на алюминиевый профиль 2×1см. Профиль не гнется 🙂
2) При больших скоростях из-за неравномерного натяжения цепи (в силу кривизны некоторых элементов – ведомой звезды и др.) при отпускании газа цепь спрыгивала с фривила. Аналогичная проблема возникала при движении по кочкам. Решение – установка ограничителя цепи (успокоителя) из алюминиевой полоски перед самым фривилом. Недостаток такого решения – цепь бьется об ограничитель и неприятно звучит.
3) Самая важная и пока не решенная проблема. Прежде чем покупать шкивы и ремень я прочитал несколько тем на endless-sphere о подобных применениях зубчатой передачи и выяснил, что в основном применяют два вида ремней HTD и XL. HTD менее крепок по сравнению с XL, но может использоваться на очень больших скоростях. В моем случае максимальная скорость вращения двигателя 10000 оборотов/мин укладывалась в нормы ремня XL поэтому я остановил выбор на нем. Также я ориентировался на расстояние между зубьями и вариант ремня типа XL мне показался оптимальным, т.к. для него это расстояние равно 5.08мм. Следующим более крупным вариантом остается только L (9.525мм). Я посчитал, что XL должно хватить. Однако, уже после открытия посылки меня насторожили очень маленькие зубья ремня. Они оказались шириной не больше 1.5мм, а остальные 3.58мм – это пустое пространство на ремне. По высоте зубья и того меньше. Именно маленькие зубья стали причиной проблемы, а именно проскальзывания ремня. Честно, я даже не мог подумать, что зубчатый ремень может проскальзывать 🙂 Проскальзывание происходит при резком усилении газа на малых скоростях. В таких режимах двигатель может выдавать до 1.5 – 2 кВт мощности и такой ремень просто не в состоянии передать ее на колесо. Временным решением проблемы стало ограничение мощности двигателя до 800 Вт. Стало гораздо проще управлять ручкой газа, возникает меньше моментов со срывом ремня в проскальзывание. Однако, это ограничило максимальную скорость до 25 км/ч.
Итоги
Общее передаточное число в такой схеме получилось 78 / 15 * 52 / 16 = равно 16,9 (в сравнении с 11,4 для предыдущего варианта). Даже при ограниченной мощности в 800 Вт этого достаточно, чтобы подниматься в нелюбимую мной горку по пути на работу со скоростью 15 км/ч 🙂 Максимальная скорость 25 км/ч. Аккумулятора емкостью 5000 мАч (22 В) хватает 12-14 км пути (в сравнении с 8-10 км в предыдущем варианте). На лицо увеличение КПД на ~40%.
Дополнительные материалы (видео)
Обзор велосипеда и основных компонентов
Демонстрация ускорения на холостом ходу в режиме «полный газ».
habr.com