Хабрахабр

Компоненты электровелосипеда: мотор

Приветствую снова!
Поскольку предыдущее моё малое эссе было воспринято в целом позитивно,
хочу поделится некоторыми накопленными в процессе чтения форумов, знаниями, касательно электровелосипедов.

Обозревать буду только трехфазные двигатели постоянного тока — ибо остальные не исследовал, да и относительно редки эти остальные
в наше время. В сией статье хочу поделится тем, какие виды приводов используются в электровело, их плюсы, минусы, и особенности.
Надеюсь, это кому то покажется интересным.

Итак, начнём:
По большому счёту приводные элементы электровелосипедов можно рассортировать в 3 вида:

каретный электродвигатель, электродвигатель с центральным расположением.
2. 1. моторколесо с прямым приводом ( директ-драйв). редуктороне мотор-колесо (geared hub motor).
3.

Начнём с номера первого: мид-драйв, центральный

Оно, кстати, довольно популярно в брендовых всяких европейских электровелосипедах.

Находится вблизи каретки ( педалей) велосипеда, через цепной привод, и механизм передачь,
если на велосипеде такой есть, вращает заднее колесо.

Плюсы: если велосипед с передачами — широкий диапазон оптимального применения за счёт этих самых передачь — можно и хорошую тягу на малых оборотах получить, и высокую скорость.

Минусы: цепь и звёзды становятся расходником, если по пути порвёте цепь, или погнёте петух, или ещё как-то сломаете цепную передачу — домой будете возвращатся пешком толкая свой транспорт.
Алсо невозможен полнопривод с использованием одного мотора.

Номер второй: Редукторник, geared

Электродвигатель расположен внутри ступицы колеса, там же расположена зубчатая понижающая планетарная передача, которая даёт электродвигателю вращаться с большими оборотами, чем обод колеса.
Шестерёнки обычно из пластмассы.
Есть механизм передающий момент в системе колесо-мотор только в одном направлении — при тяге от двигателя (фривил, обгонная муфта).
В случае, когда передача идёт в обратном направлении, происходит разьеденение системы, таким образом при накате, либо движении от педалей, электромотор не вращается, и тем самым не затрудняет вращение колеса.

Тут слева — директдрайв, справа — редукторник:

редукторный мотор:

плюсы: Лучшее кпд в широком диапазоне скоростей относительно директдрайва, лучшая тяга на малых скоростях и старте, меньший расход энергии на километр пробега, меньшие размеры и вес, отсутсвие сопротивления движению при езде от педалей.

Минусы: отсутствие возможности использовать рекуперацию, слабое место в виде пластиковых шестеренок, при срезании зубьев каковой, либо порче обгонной муфты в пути, добираться придётся педалируя.

Номер третий: директдрайв

Самая, вроде, надёжная система за счёт минимизации лишних деталей — чистый электродвигатель, ротор сидит на оси и неподвижен относительно вилки,
статор вращается вместе с колесом.


Плюсы: минимум лишних деталей, возможна рекуперация, легкое достижение высоких скоростей.

Минусы: относительно большой диаметр и вес, низкое кпд при малых скоростях.

Теперь про общие вопросы, связанные, в основном таки с моторколёсами, ибо миддрайв меня не интересует, так что я по нему не очень интересовался.

Итак, в целом — редукторное моторколесо более тяговитое и более экономичное.
Директдрайв — более скоростной, так что если хочется ездить на скоростях 40 — 50+, то скорее стоит присматриватся к директдрайвам.
Также у директдрайва посредством контроллера можно реализовать режим рекуперации — перевод электродвигателя в режим генератора с запасанием выработанной энергии обратно в аккумуляторную батарею.
Эффект от подзарядки аккумулятора рекуперацией достаточно мизерный — порядка увеличения на 2-3 процента пробега, плюс ещё там есть ньюансы в виде больших токов зарядки, и того, что заряжать литиумный акб при температурах ниже +5 цельсия — это убивать его ( относится и к мобилам и прочим бытовым девайсам на литий-ионе и литий -полимере, кстати), но зато его можно использовать в качестве тормоза, и таким образом экономить тормозные колодки.

Кстати, в «большом электротранспорте», в виде, к примеру, электропоездов ЭР2Т, рекуперативное торможение точно так и используется — до скорости порядка 25 кмч поезд тормозит чисто введением тяговых электродвигателей в режим генераторов, отдавая выработанную электроэнергию обратно в контактную сеть.

Для экономичного вождения много полезнее минимально пользоватся торможением, и максимально — накатом — то есть видя красный сигнал светофора, к примеру, не переть прямо до него на газу, а метров за 300 закрыть газ, и накатом двигатся, чтобы к приезду к светофору иметь скорость не более 10-15 кмч.

Что ещё: скорость езды.
Один из наиболее частых вопросов новичков — как быстро мой велосипед будет ехать на электроприводе?
Это прямо зависит от четырёх вещей:

Обороты холостого хода мотор-колеса при номинальном напряжении:
Нормальный продаван их либо указывает, либо их можно из него выбить.
У моего моторколеса, к примеру, это 310 RPM при 48V. 1. При замере китайским тахометром,
оказалось 305 оборот в минуту при питании от 4 последовательно соединённых свинцовых акб по 12 вольт ( примерно 50 вольт фактически) на вывешенном колесе — приемлемо.
Не забывайте, что это обороты мотор-колеса без нагрузки, это важно!

Диаметр обода колеса. 2. Понятно, что чем больше окружность колеса, тем больше будет фактическая скорость при равных оборотах.

Для километров в час умножить на 3. Формула для рассчёта: окружность колеса в милиметрах / 1000 * ( обороты мотор-колеса /60) = скорость в метрах в секунду. 2, ибо обороты под, даже вполне посильной нагрузкой, будут ниже, чем без нагрузки ( приблизительно на 20 процент, да). 6, для получения финальной прогнозируемой скорости — всё это ещё поделить на 1.

Соответствие мощности к сопротивлению движению.
Если у вас расчётная скорость получилась 50 кмч, для достижения и поддержания таковой скорости мотор должен будет развивать мощность порядка киловатта, или 1000 ватт.
если ваш мотор будет развивать мощность в 500 ватт, то из за сопротивления вращению он не сможет достичь своих максимальных оборотов, понятно, и вы будете довольствоватся максимальной скоростью в 37 кмч вместо 50 — при этом мотор ещё будет довольно сильно греться из за перегрузки, если вы на такой скорости будете ездить на до конца выкрученной ручке газа. 3.

Напряжение питания. 4.

При покупке моторколеса, к нему указывается номинальное напряжение питания — к примеру, 48 вольт.
Но напрямую такие двигатели никто не питает — они управляются контроллером, который получает от аккумуляторной батареи однофазное постоянное напряжение, и преобразует его в трехфазное «вращающееся», для питания мотор-колеса.

75, 0. Так вот, не обязательно питать моторколесо контроллером и батареей на указанное напряжение.
Вы можете питать 48-вольтовый мотор батареей и контроллером на 36 вольт.
Или на 24, или на 60 вольт — при этом скорость вращения мотор-колеса на полном газу будет соотвественно 0. 25 от номинальной.
То есть, вы вполне можете регулировать максимальную скорость в некоторых пределах чисто изменением напряжения аккумуляторной батареи и контроллера.
Есть контроллеры на двойное напряжение — например, на 36/48 вольт, или на 48/60 вольт. 5, или 1.

Также важный параметр контроллеров применительно к электродвигателю — это его ампераж, через который может быть установлена максимальная мощность достигаемая мотором, который он питает — например, 36v 17A = ~ 612 watt, 60V 25A =~ 1500w
Дело в том, что указанная на моторколесе «мощность в ваттах» — это скорее рекомендуемая долговременная, при которой он не перегреется, и при которой гарантируется его долгая и счастливая жизнь.
А так-то на 250 ватт мотор можно и 500, и 800 ватт, и даже киловатт подать — понятно, это в долговременной преспективе может не понравится пластиковым шестерёнкам, или фривилу, но считается что двух — трехкратное форсирование большинство моторколёс переносит относительно хорошо.

Впрочем — контроллеры достойны отдельной статейки, по этому в эти дебри сейчас углублятся не будем.

Что ещё важно — усилители дропаутов (torque arm).
В силу того, что рама обычных велосипедов не предназначена на сопротивление оси колёс на скручивание, особенно, в случае алюминиевой вилки / рамы, крайне рекомендуется принимать меры против проворачивания оси мотор-колеса.

К чему это приводит — надеюсь, обьяснять не надо, поломки костей и даже морг в результате — вполне вероятны. Дело в том, что согласно чему-то-там любое действие рождает противодействие.
Мотор-колесо крутит обод, опираясь на ось, то есть ось колеса у неё как точка опоры, которую она при этом пытается провернуть в другую сторону.
Если пазы вилки этот момент не выдерживают, они ломаются, как следствие — колесо уезжает отдельно, велосипед на скорости перьями вилки втыкается в асфальт.

Удачи в электрификации, друзья!
ПС что-то глаза у меня тут недобрые — впервые сам это, на большой картинке, заметил…
но вообще то я белый и пушистый, если рано с утра на работу не надо ехать...:D

Теги
Показать больше

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Кнопка «Наверх»
Закрыть