Электровелосипед из обычного своими руками. Еще вариант, как сделать электровелосипед своими руками! Мощные и износостойкие тормоза
Сегодня мы поговорим о том, как самостоятельно собрать или сделать электровелосипед своими руками в домашних условиях. Также узнаем, как самому переделать простой горный велосипед в электробайк с помощью электроколеса – фото и инструкции
Даже собранный своими руками на основе самого простого велосипеда электробайк обладает небольшим двигателем, который успешно толкает его вперед. Можно сказать, что это самый маломощный, но все же транспорт. В зависимости от предусмотренной изготовителем мощности мотора, которая колеблется от 150 до 1000 Вт, электрический велосипед может немного облегчить кручение педалей неподготовленным ездокам, или вовсе взять на себя всю нагрузку. Правда, скорость передвижения велосипеда с мотором, в сравнении с обычным, не сильно увеличилась. Причиной тому правила дорожного движения, разделяющие все транспортные средства по категориям.
Хотя, безусловно, находятся умельцы, создающие самодельные электровелосипеды и с более мощными моторами, развивая с помощью них скорость под 120 км/ч и поднимаясь даже в горки без помощи ног. Кстати, сборка электровелосипеда своими руками популярна не меньше (а то и больше) заводского их производства. Для тех, кто хоть немного технически подкован, даже есть специальные наборы, в которые входят основные комплектующие для оснащения простого городского двухколесника: собственно двигатель, аккумулятор и зарядник для него, а также контроллер управления.
Подробное видео по сборке электровелосипеда из набора мотор-колесо:
Существенное преимущество электровелосипеда, независимо от сборки (своими руками или заводской), в том, что зарядить его аккумулятор не составит никакого труда тем, у кого под боком есть обычная розетка электросети. Так же, как мобильный телефон, велосипед можно оставить заряжаться на ночь, нескольких часов хватит на то, чтобы к утру он вновь был готов к «работе». А как быть, если аккумулятор сел в пути? Ничего страшного, крутя педали по старинке, можно доехать до пункта назначения. Виды электропривода для велосипеда. Неважно: собран велосипед на производстве или своими руками в домашних условиях с использованием таких готовых комплектов, как “Electric Bike Conversion Kit”. Главная деталь, способствующая движению таких велосипедов без усилий со стороны человека – конечно, электропривод. Причем бывает он нескольких типов.
Наиболее распространенный и получивший признание у многочисленных пользователей за бесшумную работу - встроенный двигатель. Это тот случай, когда мотор крепится либо к переднему, либо заднему, либо сразу к обоим колесам велосипеда, не портя внешнего вида транспортного средства, а лишь заметно утяжеляя его. Колесо с мотором хорошо тем, что имеет мощность в 150-1000 Вт и при этом не требует больших затрат на монтаж оборудования. Электропривод с цепью – более шумный, но зато менее тяжелый, да к тому же практичный, так как многие умельцы-самоучки научились применять моторы от любых бытовых электроприборов для создания собственного электробайка.
Мощность такого электропривода, возможность использования коробки передач делают его работу эффективной, а езду – достаточно быстрой. Жаль только, стоимость готовых комплектующих выше, чем у первого вида моторов. Ролик фрикционного электропривода велосипеда привлекателен только в своей установке: разбирать всю конструкцию не требуется. Устанавливается он сверху колеса. Вращаясь, ролик передает крутящий момент покрышке, поэтому колесо приходит в движение. Фрикционный электропривод обладает большим количеством минусов по отношению к остальным видам моторов. Коэффициент полезного действия такого двигателя гораздо меньше остальных, а высокая стоимость и быстрое истирание покрышек колеса делают его непривлекательным вариантом для покупателей. К тому же, чтобы система функционировала нормально, нужно постоянно следить за давлением в шинах велосипеда, а это не совсем удобно.
Преимуществом данного набора является то, что Вы сможете легко переделать обычный велосипед в велосипед с электродвигателем с помощью этих комплектующих. Вам останется только установить и соединить этот электронабор для полноценной работы. Рассмотрим детально электронабор и что необходимо для работы электровелосипеда:
1. Самое простое – за основу берется Ваш велосипед с разным диаметром колес – 20, 24, 26 или 28 дюймов.
2. Электроколесо на велосипед — представляет собой бесколлекторный электродвигатель для велосипеда постоянного тока, который заспицован в обод. Он может быть установлен, как спереди, сзади, так и к обеим колесам сразу — полноприводный. По мощности электромоторы для велосипеда могут быть такими — 250 Вт, 380 Вт, 500 Вт и самое мощное мотор колесо 1000w (как пример, 500 Вт способны развивать скорость до 45 км/ч, что уже не мало). Этот велосипедный мотор не требует регулировок, настроек и обслуживания.
3. Аккумуляторная батарея – батарея является второй по важности частью. Выполняет функцию подачи тока от аккумуляторной батареи к электродвигателю. Батареи бывают на 12, 24, 36 и 48 вольт. Хотя, чем выше мощность батареи – это вовсе не означает, что скорость будет увеличиваться. Рекомендовано выбирать батарею в соответствии с напряжением электромотора. Покупайте батареи LiFePO4 (литий-фосфатные аккумуляторы), так как они имеют следующие преимущества — дешевые, надежные, долговечные (в среднем 1500 циклов заряд-разряд), быстро заряжаются (примерно 2-3 часа). Зарядное устройство для таких аккумуляторов довольно проста и напоминает в большинстве случаев зарядку для мобильных телефонов.
4. Специальные ручки руля (регулятор скорости) – позволяют регулировать скорость электровелосипеда.
5. Контроллер – блок с различными проводами, который отвечает за работу всего электронного механизма. Представляет собой плату, которая расположена в алюминиевом корпусе для защиты от внешних воздействий. Самое лучшее место для него – крепеж для фляги.
6. Чехол или сумка для батареи – предназначен для хранения аккумуляторов.
7. Различные провода и предохранители – для работы вышеуказанных пунктов. Можно применять и обычные провода от аудио колонок.
Преимущества самодельного электровелосипеда:
1. Если использовать готовый комплект «мотор колеса», вы сможете установить его на свой велосипед всего за несколько часов.
2. По цене электромоторы для велосипедов выйдут значительно ниже нежели покупка уже готового, собранного электровелосипеда;
3. Готовый электровелосипед будет намного тяжелее за счет стандартных деталей и самых простых аккумуляторов; .
4. Готовый электровелосипед будет иметь малую мощность, так как если Вы захотите сами собрать электровелосипед, то сможете подобрать интересующие Вас компоненты индивидуально.
Мы привели всего лишь несколько аргументов, которые помогут Вам с выбором, однако для того, чтоб самостоятельно собрать и изобрести рабочий механизм, нужно разбираться в электронике.
Основным отличием электровелосипеда от обычного велосипеда составляет наличие двигателя, аккумуляторов и контроллера. В конце хотелось бы сделать вывод о том, что впечатления от такого электровелосипеда могут быть только положительными
Набор для электровелосипеда своими руками состоит из уже собранного колеса, контроллера, рукоятки газа, рукояток тормоза, датчика под педали, фары с замком, кнопки звукового сигнала, сумки для батареи.
Вторая часть комплекта — это батарея и зарядное устройство.
Комплекты бывают на 12, 24, 36 и 48 вольт и мощностью в 250, 380, 500 и 1000 ватт.
Батарею выбирается соответствующего напряжения. Я бы советовал не гнаться за мощностью. 380W для ровной и холмистой местности вполне достаточно. Увеличивая мощность скорость будет увеличиваться не значительно, но в гору «тянуть» будет лучше.
Мой личный опыт — я очень редко помогаю педалями и звездочки стоят все время в положении «максимальная скорость».
Стоит заметить, что в многих странах есть ограничение в 250W.
Почему я выбрал 48V, я сейчас точно сказать не смогу, но в мае, когда я прочесывал интернет перед покупкой была поставлена метка — брать только 48V. С мощностью батареи все просто — у меня 10A, это 25 км. Если купить 20A, будет 50 км пробега и 16 кг батареи вместо 8-ми. Решите, стоит ли вам таскать лишние 4-8 кг веса, если вы не собираетесь далеко ездить. Я понимаю, что мощность не в амперах измеряется, но так их продавцы различают. Не ватт/час, а именно напряжение/амперы.
Мотор для самодельного электровелосипеда
Колесо-мотор 4. уже собраны. Покрышка и камера в комплект не входит. Колесо надо выбирать по размеру колес вашего велосипеда, для меня это был номер 26 — самый распространенный размер. Если вы покупали камеру или покрышку — размер вы знаете точно.
Главное, что надо помнить монтируя колесо — кабель должен выходить из колеса слева! Тогда оно будет вращаться в правильную сторону. Вторая и не очевидная опасность — из колеса выходит три толстых провода и несколько тонких. Первое что делает человек смонтировав колесо — он его крутит. Колесо вырабатывает электричество, между силовым проводом и одним из тонких проводков проскакивает искра и все, сгорел датчик, покатушки отменяются. Поэтому вынув колесо из коробки сразу обматываем эти провода изолентой и до момента подключения к контроллеру так их держим.
Возможно придется слегка подтачивать посадочное место на вилке и ось на колесе, у меня так и получилось. Дремель и несколько режущих дисков хватило, чтобы установить колесо.
Тут надо быть максимально аккуратным, чем плотнее колесо сядет на своё место, тем меньше проблем будет в будущем. Не сточите лишнего. Владельцам дорогих велосипедов с алюминиевыми вилками стоит выбрать заднее колесо, я читал как мощное киловатное колесо просто выламывало усы на вилке при пробном включении. Передняя вилка рассчитана на нагрузку вверх и назад, а колесо тянет вперед и по кругу. А вот мотор на заднем колесе дает нагрузки на раму не отличающиеся от педалей.
Контроллер электровелосипеда
Контроллер — маленькая алюминиевая коробочка 3. с пучком проводов. Особых проблем с ней нет. Найти удобное место на раме и закрепить. У меня удачно на нижней балке оказалось два болта просто вкрученные в раму. На один из них я и повесил контроллер, второй не совпал и я зафиксировал её пластиковым стрипом. Стоит ими запастись, незаменимая вещь для фиксации кабелей. Единственная замечание. Из-за законодательного ограничения скорости в некоторых странах в контроллере есть блокировка. Чаще всего это провод, который надо просто разомкнуть. Заблокированный контроллер не даст разогнаться быстрее 25 км/ч.
Во первых надо заменить рукоятки тормозов. Я не стал менять рукоятку переднего тормоза. Заменил только заднюю. Зачем надо менять? В рукоятке находится контакт, который отключает электромотор в момент торможения.
Во вторых на левую сторону руля надо установить рукоятку газа. Снимаем резиновую ручку, отрезаем её с внутренней стороны на необходимую ширину. Ставим все на своё место.
В третьих надо установить фару. В фаре находится «замок зажигания» и звуковой сигнал. Кнопку звукового сигнала я не стал подключать, могу и так поорать. А вот пара ключиков весьма порадовала. Ключ заменяет выключатель питания, а дальнейший поворот включает фару. Это удобно. Вытащить ключ из «фары» не выключив велосипед не получится. Велосипед довольно тяжелый, а ход на педалях тоже не так прост (ведь они стоят на максимуме и еще надо провернуть мотор, который в таком случае становится генератором) — запрыгнуть и укатить на вашем велосипеде вору будет не так просто. Даже просто укатить его в руках. Это позволяет не сильно «напрягаться» отвлекаясь от велосипеда на несколько минут и не пристегивать его каждый раз замком.
Светодиоды в теории должны показывать степень разряда батареи. Возможно на свинцовых так и есть, но на LiFePO4 батарее это не работает. Сначала светится полный заряд, потом красный светодиод — батарея пустая. Кроме того, это суперлайт светодиоды и они банально слепят ночью прямо в лицо, да и днем тоже мешают. Поэтому там и находится эта полоска клейкой бумаги. Потом я сточу кончики светодиодов и капну сверху по капле термоклея, чтобы получить просто матовое свечение.
Батарея электровелосипеда, собранного самостоятельно
Это разновидность литиевой батареи. LiFePO4 — она дешевле своих собратьев из сотовых телефонов, не взрывается, хорошо отдает большие токи, быстро заряжается, имеет до 1500 циклов заряд-разряд до начала заметного снижения емкости. Такие батареи появились всего год-два назад и на рынке еще мало известны. Китайцы сами собирают их из отдельных элементов необходимого вольтожа, мощности и размера. Кроме батареи в сумке находится плата-балансира зарядки. С неё идет пучок проводов в саму батарею. Тоесть батарея заряжается по частям и отдельные «банки» элементов балансируются между собой.
Почему не обычная кислотно-свинцовая батарея? Аналогичная по параметрам моей батареи будет весить больше 20-ти кг. Будет возня с электролитом, долгая зарядка, количество циклов заряд-разряд не больше тысячи, а всего сотня-две. Мало того, если я пойду покупать у себя в магазине такие батареи — это будет стоить не намного меньше. Так что даже по деньгам я не выгадаю.
Мотор-колесо является бесколлекторным электродвигателем постоянного тока. В его конструкции не предусмотрены щетки, а это делает электрическую машину более надежной, и на замену коллектору установлено несколько датчиков Холла.
Обмотка возбуждения заменена постоянными ниодимовыми магнитами, которые, на сегодняшний день, считаются одними из мощнейших постоянных магнитов. Ротор конструкции выполнен из высококачественной электротехнической стали, что делает КПД конструкции больше. Мотор-колесо обладает неподвижным ротором (крепящимся к оси байка) и вращающимся статором. Выбирая мотор-колесо, следует проанализировать, для каких целей вам нужен электроприводной велосипед, и, в соответствии с этим, выбрать изделие нужной мощности.
Электровелосипеды имеют два основных метода управления: с помощью педалей и механизм регулировки мощности. Как следует из названия электровелосипед с помощью в педалировании помогает вам вращать педали и требует определенных физических усилий. При использовании этого метода регулировки датчик (крутящего) момента измеряет скорость или нагрузку, чтобы определить необходимую мощность электродвигателя. Все автоматизировано и поэтому не нужно ни о чем думать — просто садитесь в седло и езжайте. У некоторых электровелосипедов имеется множество настроек, в то время как у других может быть только одна регулировка мощности. Можно настраивать необходимую помощь в педалировании. При слабых настройках помощь в педалировании будет едва заметна, но это поможет увеличить время работы мотора. При более сильных настройках мощность более заметна и вы можете достичь очень высоких скоростей, так как одновременно в педалированием вам будет помогать мотор на свою полную мощность.
С другой стороны механизм регулировки мощности вообще не требует вращения педалей. Прямо как на мотоцикле, чтобы контролировать мощность и скорость — необходимо повернуть и удерживать дроссель. Вы можете параллельно вращать педали, но это не обязательно.
Одни электровелосипеды управляются только с помощью вращения педалей, другие снабжены механизмом регулировки мощности, а у некоторых имеется оба механизма. Как правило, велосипеды с помощью в педалировании имеют множество настроек мощности, из которых можно выбрать подходящие под условия поездки, а электрические велосипеды с обеими механизмами регулировки имеют ограниченные настройки помощи в педалировании. На этих велосипедах полный контроль обеспечивается механизмом регулировки мощности (когда это необходимо), а помощь в педалировании имеет второстепенное значение — на ровной местности.
Существуют две разные конфигурации установки мотор-колеса— спереди или сзади.
Установленное спереди мотор-колесо. Установленные спереди втулочные моторы можно обнаружить на готовых или переоборудованных велосипедах. Если вы переоборудуете стандартный велосипед, то самым простым решением будет установка мотора спереди, так как в этом случае не возникнет проблем с переключателем скоростей или цепью. А так как большинство конверсионных наборов для электровелосипедов включают батареи, устанавливающиеся на багажник, то использование втулочного мотора спереди уравновешивает вес велосипеда и улучшает управляемость.
Так как существует небольшой риск разрушения передней вилки электродвигателем, то настоятельно рекомендуется использовать втулочный мотор на переднем колесе только со стальной вилкой. Для готовых велосипедов это не составляет проблемы, так как обычно моторы комбинируеются со стальными вилками и они не такие мощные.
Втулочные моторы, установленные на заднее колесо, распространены преимущественно на готовых велосипедах, так как на заводе установить мотор сзади не составляет труда. А вот переоборудовать велосипед с задним мотором-колесом немного сложнее, чем в случае с передним втулочным мотором, так как появляются проблемы с цепью, трансмиссией и переключателем передач. Плюс вы можете быть ограничены с 6- или 7-скоростной трещоткой. Но мотор на заднем колесе обеспечивает больший крутящий момент и не так заметен, как на переднем колесе. .
Аккумулятор это самый важный фактор, влияющий на общую стоимость электровелосипеда. Существует несколько различных типов батарей, поставляющихся в разных формах и размерах. Как правило готовые электровелосипеды оборудуются герметичными свинцово-кислотными и литий-ионными аккумуляторами. Но в конверсионных наборах для электровелосипедов используются и некоторые другие типы аккумуляторов. Три основных типа аккумуляторов и их подтипов, про которые необходимо знать во время выбора электрического велосипеда:
Герметизированные свинцово-кислотные (SLA) — самые доступные по цене аккумуляторы, но у них самый низки срок эксплуатации и они самые тяжёлые. Такие аккумуляторы хорошо подойдут для новичков или велосипедистов, ограниченных финансовыми возможностями. Если вы решили купить конверсионный набор для электровелосипеда, то вы можете сначала установить герметичные свинцово-кислотные аккумуляторы, а позже заменить их на более дорогие. Приблизительно на каждые 12 В напряжения вес аккумулятора увеличивается на 3,2 - 3,6 кг (x2 для 24 В, x3 для 36 В, x4 для 48 В). Свинцово-кислотные аккумуляторы довольно тяжёлые. Они рассчитаны на 300 - 500 зарядов (1 - 2 года эксплуатации). Данные батареи являются очень чувствительны к процессу зарядки и могут повредиться, если их разрядить более, чем на 75%. Кроме этого, к концу эксплуатационного периода у них существенно уменьшается мощность.
Никель-металл-гидридные (NiMH) — это хорошие аккумуляторы по доступной цене. Они меньше и легче. У них больше период эксплуатации, чем у свинцово-кислотных. С тех пор, как в большинстве готовых электровелосипедов стали использовать свинцово-кислотные и литий-ионные аккумуляторы, никель-металл-гидридными аккумуляторами оснащаются только конверсионные наборы, с помощью которых вы можете самостоятельно переоборудовать свой велосипед в электрический велосипед. NiMH-батареи весят примерно в два раза меньше, чем свинцово-кислотные, а служат в 2 - 3 раза дольше — 400 - 600 зарядов (2 - 3 года эксплуатации). Также у этого типа аккумуляторов мощность не падает в конце периода эксплуатации или перед окончательным разрядом.
У литий-ионных аккумуляторов (Li-Ion) самый длительный период эксплуатации и самый низкий вес, хотя они и самые дорогие. Литий-ионные аккумуляторы — это общее название для большой группы аккумуляторов. Если вы не разбираетесь в типах литий-ионных аккумуляторов, то можете попасться на обман в некоторых магазинах или на сайтах, когда продавцы и производители будут преувеличивать их параметры. Типы литий-ионных аккумуляторов:
Литий-кобальтовые аккумуляторы (LiCoO2) применяются в ноутбуках, мобильных телефонах и мало распространены в электровелосипедах. Очень легкие, но нестабильные и небезопасные. Подвержены самовозгоранию!
Литий-марганцевые аккумуляторы (LiMnO2) являются самыми распространенными из литиевых, используемых в электровелосипедах. Аккумулятор LiMnO2 почти всегда называют «литиевым» или «литий-ионным». Если не указана другая спецификация, то скорей всего подразумевается именно литий-марганцевый аккумулятор. Это самые доступные по цене аккумуляторы среди литий-ионных. И хотя они весят значительно меньше за другие типы аккумуляторов, они самые тяжелые среди литий-ионных. Если кто-нибудь будет утверждать, что они выдерживают более 1000 перезарядок, то не верьте им! Данный тип литий-ионных батарей обычно выдерживает 500 - 800 зарядов.
Литий-полимерные аккумуляторы (LiPo) немного дороже за литий-марганцевые аккумуляторы, но у них сходные характеристики. Они отличаются в основном только конструкцией, так как у литий-полимерных нет твёрдой металлической оболочки, а имеется только мягкая полимерная.
Литий-фосфатные аккумуляторы (LiFePo4) самые лучшие литий-ионные аккумуляторы! У них самый большой период эксплуатации и самый маленький вес среди доступных вариантов! Литий-фосфатные аккумуляторы самые дорогие, но способны выдержать до 1500 - 2000 зарядов и у них самый стабильный график разряда из всех возможных аккумуляторов, а значит у них не падает мощность на протяжении всего периода эксплуатации и до полного разряда.
Напряжение аккумулятора у самодельного электровелосипеда.
Как правило электровелосипеды работают на напряжении 24, 36 и 48 В. Как правило, чем выше напряжение, тем выше максимальная скорость, хотя это не всегда так (проверьте паспортные данные). Поскольку на мощность и скорость могут оказывать влияние эффективность мотора и трансмиссии, то у электровелосипеда с напряжением в 24 В может быть такая же максимальная скорость, как и у велосипеда с напряжением 36 В. Но общая закономерность таково, что велосипеды с более высоким напряжением являются более быстрыми. При 24 В максимальная скорость может составлять 24 - 29 км/час, при 36 В — 26 - 32 км/час, при 48 В — 39 - 45 км/час.
Хотя эти характеристики выходят за нормативы, определённые по закону, но некоторые конверсионные наборы для переоборудования могут даже иметь напряжение 72 В и развивать скорость свыше 56 км/ час! Но такая высокая скорость может оказывать значительные нагрузки на компоненты велосипеда. Учтите, что даже самые быстрые спортсмены путешествуют на велосипеде со средней скоростью только 27 - 29 км/час. 32 км/час кажется очень высокой скоростью для большинства велосипедистов. Все, что выше этой скорости небезопасно и нарушает закон. Кроме того, чем выше напряжение, тем больше аккумуляторов устанавливается, а значит выше их цена и масса.
Ёмкость аккумуляторов у самодельного электровелосипеда.
Аккумуляторы оценивают по напряжению (В) и в ампер-часам (А*ч). Напряжению уделяется самое пристальное внимание, но не менее важны и ампер-часы. В ампер-часах измеряется емкость батареи. Она является хорошим показателем количества километров, который можно проехать от одного заряда батарей. Хотя влияние оказывают также и множество других факторов: вес велосипедиста, местность, потребляемая мощность, эффективность и т. д., но обычно это расстояние зависит от ёмкости аккумулятора. Так что, в среднем среднестатистический велосипедист с батареей на 10 А*ч может проехать 16 километров (без вращения педалей). А если велосипедист будет крутить педали, то это число может быть значительно выше, так что большинство батарей на 10 А*ч оцениваются производителями, принимая в расчет вращение педалей, как «способные проехать до 32 километров».
У велосипедов, на которых возможна помощь в педалировании, диапазон мощности оценивается гораздо выше. Это происходит из-за того, что велосипедист постоянно помогает двигателю и тем самым снижает ток (мощность).
Тем не менее, мы верим, что мощный электровелосипед — персональный транспорт будущего, который будет набирать популярность. Обладая всеми практическими достоинствами и скоростью скутера он более универсальный и проходимый, маневренный, бесшумный, экологичный, дешёвый в эксплуатации. Электровелосипед можно хранить дома, для него не нужен гараж или охраняемая стоянка, как для мотоцикла или скутера, который опасно оставлять на ночь на улице.
Идея установить электропривод на велосипед напрашивается сама собой. В самом деле, почему двигатель внутреннего сгорания можно (это практикуется уже очень давно), а электрический — нельзя? При современном уровне электроники подобная модернизация велосипеда должна быть даже проще, нежели использование иных движков. Кроме того, это не потребует согласования с регистрационными службами ГИБДД.
Для тех, у кого этот транспорт является основным средством передвижения (например, для ежедневных поездок к месту работы и обратно), электрификация «двухколесного друга» позволит значительно экономить свои силы и нервы . Нет необходимости простаивать в нередких в нынешнее время пробках, скорость у электровелосипеда для городских условий приличная, так что реальное время поездки, нередко, даже сокращается, по сравнению с обычным наземным личным или общественным транспортом.
Наскучило просто кататься? Освойте ! В статье рассказывается как научиться ездить на заднем колесе.
Для желающих освоить скейтбординг наш как выбрать, купить и научиться кататься на скейте.
Постоянно подзаряжая аккумуляторы, дома или в любом доступном месте, можно обладать значительным запасом пробега, и, при правильном расчете маршрута и емкости батарей, всегда быть уверенным в своих возможностях. Да, в конце концов, в случае непредвиденных неприятностей, можно добраться и обычным способом – на педалях.
В настоящее время можно, без особых сложностей, приобрести готовый велосипед с электроприводом, однако стоимость его достаточно высока. А есть ли возможность переоборудовать своего верного «коня» самостоятельно? Оказывается, что это вполне реально, и многие мастера делятся в сети своими секретами.
Некоторые из них проводят глубокий «апгрейд» велосипедов, используя совершенно неожиданные конструкторские задумки, узлы и материалы, зачастую приобретенные на «барахолке» или в автомагазинах. Менее «продвинутые» просто приобретают готовые комплекты для электрификации вело-транспорта – благо, производители предлагают их в достаточно широком ассортименте.
Какие существуют типы передачи вращательного движения от двигателя на ведущее колесо?
Фрикционная передача
Эта разновидность электропривода, хотя и встречается в продаже, но не пользуется особой популярностью. Принцип ее – немудреный. Двигатель устанавливается прямо у ведущего колеса, передача крутящего момента происходит непосредственно с вала статора на покрышку. Казалось бы – все просто и очевидно. Но то, что, может быть, применимо для детских электрических машинок и велосипедов, малопригодно в реальном использовании транспорта.
Посудите сами:
- Нет никаких передаточных звеньев, то есть исключается возможность увеличения угловой скорости колеса за счет использования редукторов;
- Крайне низкий КПД;
- Даже незначительное падение давления в камере колеса резко уменьшит эффективность такого привода.
- Постоянное трение между фрикционом двигателя и протектором покрышки резко снижает ее долговечность.
- В условиях сырой погоды, грязной дороги, мороза коэффициент трения существенно уменьшится, фрикцион будет пробуксовывать, что снизит и без того невысокую энергоотдачу привода.
Единственным плюсом этой системы является простота ее установки, которая не потребует каких-либо глубоких переделок велосипеда.
Нет, если планировать переделку с реальными повышениями эксплуатационных качеств велосипеда, от подобной схемы лучше сразу отказаться.
Классическая цепная или ременная передачи
Этот принцип чаще всего используется мастерами – «самоделкиными», из-за его визуальной «понятности» и широкого выбора необходимых комплектующих от обычных велосипедов. В качестве двигателя нередко используются электромоторы от бытовой техники (например от стиральной машины) или автомобильного электрохозяйства.
Что можно сказать о недостатках подобного привода?
- Надо сразу отметить, что переделка велосипеда таким способом потребует от владельца достаточно глубоких знаний механики и высоких технологических навыков.
- Еще одним недостатком является шумность системы с таким видом передачи, но в дорожных условиях это вряд ли кому-то доставит существенные неудобства.
- Доработка связана с некоторыми изменениями в конструкции рамы, что может снизить ее прочностные характеристики. Во всяком случае, не рекомендуется проводить подобные работы на велосипедах с карбоновыми или алюминиевыми рамами – только на стальных.
Зато недостатки скрашиваются целым рядом преимуществ :
Понятно, что здесь – широчайшее поле для креативных конструкторских идей. Однако, не забыли про велосипедистов и производители – существуют в продаже готовые комплекты для электровелосипеда. Наибольшей популярностью пользуются наборы тайваньской фирмы «Cyclone».
Выпускаются подобные «конструкторы» в разных исполнениях – с использованием штатной цепи велосипеда, или с передачей усилия через дополнительную цепь с одной или двумя добавочными звездочками.
Системы оснащены электродвигателями мощностью от 360 до 1500 Вт , с напряжением питания 24 или 36 вольт. Для управления работой привода используются электронные контроллеры , причем в двигателях до 500 ватт они, как правило, встроенные. В комплект входят все необходимые крепежные элементы, средства визуального контроля и ручного управления приводом.
Монтаж электропривода будет вполне посильной задачей для любого владельца с «правильно растущими руками».
Общее утяжеление велосипеда вполне приемлемое – 3-4 килограмма, но вот скорости, которые он может развивать – весьма внушительны — 40 и более километров в час.
Самое простое решение – мотор-колесо
Для любителей облегченной езды на велосипеде производители предлагают еще один вариант, в котором электродвигатель и колесо конструктивно скомпонованы в один узел, так называемое, мотор-колесо.
Преимущества такой системы очевидны:
- При установке данного привода велосипед не подвергается каким-либо значимым доработкам, не изменяется значительно и его внешний вид. Единственное – установка органов управления на руле и аккумуляторного отсека – на раме.
- Установка не требует каких-либо существенных знаний и умений – при правильном подборе колеса-мотора она доступна, наверное, всем.
- Работа двигателя практически бесшумна.
- При желании велосипед легко трансформируется обратно в обычный.
Есть, конечно, и ряд недостатков :
- Колесо с размещенным в ним приводом – достаточно тяжелая конструкция (6 и более килограмм), увеличивающая общую массу транспортного средства. Опытные велосипедисты рекомендуют устанавливать усиленную переднюю вилку.
- Существуют определенные ограничения по мощности привода.
- Превышение установленной производителем скорости может дать обратный эффект – двигатель превращается в генератор и самопроизвольно тормозит движение.
Продаваемые комплекты представляют собой собранный в ступице колеса бесколлекторный электродвигатель мощностью от 200 до 1000 Вт.
Как правило, в продажу поступают готовые конструкции – со спицами и колесным ободом, однако для любителей подходить к делу обстоятельно реализуются и просто двигатели. В этом случае выбор и установка необходимых спиц и обода ложится на хозяев транспорта. Так сказать, мотор-колесо своими руками.
В комплект обязательно входит контроллер, обеспечивающий правильную работу привода, механизмы управления, аккумуляторные батареи с блоком подзарядки.
В зависимости от предпочтений, можно выбрать как переднее, так и заднее ведущее колесо. Некоторые велосипедисты решают задачу «одним махом» — делают свою «машину» полноприводной.
Наиболее популярными среди поклонников электропривода считаются моторы-колеса «Polariss», «Yamasaki», «Electra», «Golden motor» . Приобрести их можно как через специализированные магазины, так и заказав через интернет.
Реально оценив свою потребность в электровелосипеде, финансовую состоятельность и техническую подготовленность для выполнения собственноручного монтажа, можно сделать выбор в пользу той или иной модели.
Видео
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.
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
Первым «комом» была попытка собрать байк на основе киловаттного мотор-колеса MagicPie со встроенным контроллером, купленного в комплекте с батареей 10 А*ч для установки на багажник. Собрать аппарат удалось, однако радость от нового велосипеда, разгонявшегося до невиданных 42 км/ч, была недолгой - багажник под весом батареи прожил ровно три дня, сломавшись на разбитых самарских дорогах. Управляемость и развесовка при таком расположении батареи также не сильно радовали. Тяжело приходилось и заднему колесу, которое и без того прибавило в весе - на скорости в очередной яме можно было легко пробить камеру или даже погнуть задний обод.
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
Все началось в прошлом году, когда я стал все чаще и чаще ездить на работу на велосипеде, т.к. ожидания в автомобильной толпе, после рабочего дня, момента приезда домой стали напрягать все больше и больше. Путь на велосипеде от дома до работы занимал по времени почти также как и на машине. Но с учетом того, что путь проходил большую часть по дорогам, на которых практически отсутствовало движение автомобилей, вдоль прибрежной полосы водохранилища и живописной аллеи, в которой в утренние часы проводили разминку спортивно-ориентированные люди, а берег украшали зевающие рыбаки с удочками – езда на велосипеде доставляла еще и моральное удовлетворение от любования за всем происходящим вокруг.
Единственным недостатком, омрачающим поездки на работу была горка, протяженностью около 300 метров с довольно крутым подъемом, при въезде на которую приходилось сбрасывать на низшие передачи и прикладывать значительные усилия. Следствием этого являлось не комфортное состояние перед началом рабочего дня в офисе.
Родилась мысль оснастить свой велосипед двигателем, который бы помогал в трудные минуты. Изучив довольно много видеороликов на YouTube, форум сайта endless-sphere.com и другие ресурсы об электрификации в домашних условиях велосипеда, в голове сформировалась картина решения поставленной задачи. Осталось только реализовать.
Мысль о покупке готового набора с мотор-колесом на переднем приводе казалась мне банально простой, а также две другие причины: малая развиваемая мощность (до 500 Вт) и дороговизна – сыграли не в ее пользу.
Акцент был сделан на задний привод и использование бесколлекторного двигателя. КПД такого решения, казалось, должно быть выше, чем использование переднеприводного мотор-колеса.
Уже имея небольшой опыт в радиомоделизме, я решил использовать для реализации своей задумки компоненты от HobbyKing, как основные при постройке электровелосипеда. Механику же было решено использовать ту, которую легко достать в любом авто- или веломагазине.
Компоненты
Для постройки электровелосипеда использовались следующие компоненты:
HobbyKing
Двигатель (1500 руб.)
Контроллер двигателя (700 руб.)
Аккумуляторная батарея (1300 руб.)
Серво-тестер (200 руб.)
Зарядное устройство (700 руб.)
Силовые провода (красный / черный) (200 руб.)
Коннекторы 1 , коннекторы 2 (200 руб.)
Ваттметр (необязательно) (600 руб.)
Термоусадка (необязательно)
Автомагазин
Шкив генератора ВАЗ-2108, 4 шт. (500 руб.)
Ремень генератора ВАЗ-2108, 2 шт. (200 руб.)
Веломагазин
Фривил (150 руб.)
Втулка, 2 шт. (500 руб.)
Цепь (150 руб.)
Переключатель передач (300 руб.)
Звезда 52T (300 руб.)
Строительный магазин
Алмазный диск 150 мм (150 руб.)
Винты, гайки, шайбы (150 руб.)
Алюминиевый профиль 20×10 (100 руб.)
Итого 7300 руб.
Так как электровелосипед я планировал построить заднеприводным, для передачи крутящего момента на заднее колесо решил использовать цепную передачу, а для увеличения коэффициента передачи поставить звезду с большим числом зубьев.
Изначально я планировал вырезать звезду с нужным количеством зубьев с помощью лазерной резки в какой-нибудь мастерской, но поиски готового 3D-шаблона нужной конфигурации заняли много времени и ни к чему путному не привели. Заказ же резки вместе с изготовлением дизайнером шаблона выливался в копеечку (около 1500 руб.). Это ставило на нет основной принцип задуманной идеи – минимизация расходов на заказные и использование доступных готовых недорогих компонентов.
Поэтому в веломагазине (веломастерской) была приобретена самая большая звезда 52T, снятая с кассеты. А для крепления ее к втулке заднего колеса в строительном магазине куплен алмазный диск для болгарки подходящего диаметра (15 см). Центральное отверстие диска пришлось расточить сверлом и напильником до нужного диаметра втулки заднего колеса. Крепление этой конструкции к заднему колесу выполнено тремя болтами к спицам. Желательно для крепления использовать “ушастые” гайки, которые хорошо цепляются за спицы, а также автоконтргайки (с вкладышем). Звезду следует отбалансировать на крутящемся колесе, чтобы не было биений в разные стороны.
Для предотвращения передачи крутящего момента на двигатель с вращающегося колеса я использовал фривил на 16 зубьев, который легко купить в любом веломагазине. Проблема в том, что он предназначен для использования с более крепкими цепями и стандартные узкие цепи на него не садятся. Чтобы это стало возможным надо зубья фривила немного обточить по бокам. Я использовал для этого ручную бор-машинку с насадкой из точильного камня. 10 минут и все готово – напильником это растянулось бы надолго.
Так как фривил предназначен для накручивания на заднюю толстую втулку он имеет внутреннюю резьбу большого диаметра и для крепления его к передаточной втулке (с диаметром резьбы 10 мм) необходим переходник. Такой переходник я тоже смог найти в веломагазине. Он продавался в комплекте с втулкой черного цвета и я не знаю для чего она нужна. На фото представлен второй такой же переходник, который был с другой стороны с обратной резьбой.
Для натяжения цепи от фривила до ведомой звезды заднего колеса я использовал стандартный недорогой переключатель скоростей. Конфигурация натяжителя получилась, конечно, не самой удачной, но в целом он выполняет свою роль, а ничего лучшего я придумать не смог.
Для поэтапной передачи крутящего момента с двигателя на фривил я использовал две переходных втулки с установленными на них шкивами под клиновой ремень генератора ВАЗ-2108. Вся конструкция крепится с помощью алюминиевых профилей на раме велосипеда.
UPD.
Рама не должна быть из композитных материалов вроде карбона, т.к. она должна быть монолитной и без повреждений для сохранения прочности. В противном случае рама может лопнуть. Не рекомендуется также использование алюминиевых рам. Лучше всего использовать как у меня стальную раму.
Переходные втулки тоже не обычные. У них значительно больше диаметр плоскостей, куда крепятся спицы. Это позволило прикрепить их к алюминиевым профилям. Для этого дырки под спицы немного рассверливаем под винты M3.
Шкивы для ремней имеют больший внутренний диаметра, чем диаметр резьбы переходной втулки, поэтому для исключения неточной установки шкивов я наматывал на резьбу втулки изоленту слой за слоем до диаметра отверстия шкива, а для фиксации под гайки использовал шайбы диаметром 30 мм.
В принципе, можно использовать одно передаточное звено клиноременной передачи. Запаса мощности двигателя хватит для езды по прямым дорогам и небольшим склонам. Но для уверенной езды по песку и в горки лучше использовать два звена. Каждое звено имеет кратность около 2x. Тем самым увеличивая в 2 раза передаваемый на колесо крутящий момент.
Контроллер двигателя я прикрепил с помощью стяжек к одному из алюминиевых профилей, прикрепленных к раме, используя для лучшего контакта термопасту. Это позволяет лучше отводить тепло от контроллера и в процессе езды чувствуется как профиль и рама в окрестности контроллера нагреваются. С другой стороны контроллера, где установлен его радиатор, я аккуратно срезал ножом термоусадку и пристроил маленький вентилятор от старого процессора Intel 586. Хотя, по опыту эксплуатации он оказался не нужным.
Для управления мощностью двигателя я использовал серво-тестер, переведенный в ручной режим управления. Для питания серво-тестера и вентилятора охлаждения используется микросхема L7805 (КРЕН5А).
Поначалу, я отпаял с серво-тестера переменный резистор и поместил его рядом с правой рукояткой на руле. Оказалось, что такой способ плавной регулировки мощности имеет свои недостатки. Особенно неудобно им пользоваться в экстремальных ситуациях, когда приходится резко тормозить, когда рука перемещается на рычаг тормоза, а двигатель продолжает выдавать крутящий момент на тормозящее или даже блокированное колесо.
Поэтому, я упростил схему и сделал миниатюрную герконовую кнопку “газ в пол” (без фиксации) под большой палец правой руки, при нажатии на которую, двигатель начинает выдавать максимальную мощность. Для исключения резких рывков поставил на вход серво-тестера делитель напряжения на двух резисторах и конденсатор на 100 мкФ. Тем самым обеспечил плавное увеличение и уменьшение оборотов двигателя при нажатии и отпускании кнопки “газ в пол” примерно за 0,5 – 0,7 секунды.
На руль поставил ваттметр для контроля напряжения аккумулятора и измерения “расхода” запасенной в аккумуляторе емкости. Аккумулятор расположен в застегивающейся на молнию подседельной сумке. Тем самым убил двух зайцев – аккумулятор легко снимается для подзарядки и во время эксплуатации находится в замкнутом кожухе безопасности, на случай нештатного выхода из строя.
На левую рукоятку на руле поставил герконовую кнопку (без фиксации) для звукового сигнала отпугивания пешеходов. В качестве сигнала применил пьезокристаллическую автомобильную сирену - свистелку. Она вполне нормально себя чувствует при кратковременной работе на напряжении 22 В (аккумулятор 6s). Только громче чем на 12 В.
Итоги
Опишу несколько преимуществ и недостатков примененных решений. По порядку.
Цепная передача на заднее колесо имеет довольно длинный пробег, что приводит к слету цепи с фривила при движении по ухабистой дороге. Для избегания этого пришлось городить некое подобие направителя цепи перед фривилом из куска алюминиевой полоски и пластикового ролика. Так как цепь при движении бьется об него это создает неприятный громкий стучащий звук. По хорошему надо ставить натяжитель или успокоитель цепи перед фривилом, но пока не придумал как.
Крепление задней ведомой звезды к колесу не самое надежное. Есть вероятность повреждения спиц или соскакивания крепления звезды со спиц. Такое один раз уже было, когда я применял обычные гайки. После этого я поставил “ушастые гайки” и автоконтргайки. Текущую втулку лучше поменять на втулку с креплением для дискового тормоза и большую звезду посадить на его место. Но т.к. диаметр звезды гораздо больше дискового тормоза, я не уверен, что расстояния до рамы хватит для свободного вращения.
Клиновая передача усилия от двигателя до фривила по началу работала достаточно приемлемо. Однако КПД такого решения оставляет желать лучшего. При увеличении натяжения ремня увеличивается нагрузка на подшипники переходных втулок и двигателя, что приводит к повышению износа и сил трения, а отсюда понижению КПД передачи. При уменьшении натяжения ремни при высоких нагрузках (старте с места, движении в гору) начинают проскальзывать, и это тоже ведет к понижению КПД. Найти баланс крайне сложно. Применение поликлиновых шкивов проблематично из-за их громоздкости. Лучшим решением видится использование зубчатой ременной передачи.
Управление мощностью двигателя как в первом варианте с помощью переменного резистора, как я уже писал, часто неудобно. Использование кнопки “газ в пол” часто неоправданно, т.к. бывают моменты, когда необходимо ехать медленно и плавно. Схема движения “газ в пол – разгон – выбег на нейтралке” хоть по расходу емкости аккумулятора практически сравнима по эффективности с движением при постоянной работе двигателя, имеет немаловажный недостаток – проскальзывание клинового ремня при разгоне. Зато в режиме “газ в пол” ощущаешь всю мощь, установленную под своим сиденьем.
Ну и, не принципиально, но все же, звук работающего двигателя и двигающейся цепи при открытой конструкции часто пугают прохожих. Если кто из моделистов знает, как свистят бесколлекторные движки, тот поймет.
Несколько интересных фактов
Исходя из диаметров шкивов клиновой передачи (150 мм и 80 мм) и количества зубьев фривила и звезды на заднем колесе (16 и 52) получаем, что общее передаточное число равно 11,4. Это не очень много и не хватает для резвого заезда в гору, приходиться помогать ногами. Поэтому на двигатель я поставил керамический шкив от стиральной машины (купленный на барахолке) диаметром 64 мм. Это позволило увеличить передаточное число до 14,3. При напряжении батареи 22,2 В максимальная теоретическая скорость будет 45 км/ч. С учетом сопротивления воздуха и потерь мощности в передаточных звеньях, похоже на правду, т.к. по прямой я разгонялся до 40 км/ч.
Аккумулятора емкостью 5000 мАч (22 В) хватает на 30 минут езды и 8-10 км пути при средней скорости 18 км/ч и ускорениях до 40 км/ч. Еще раньше, когда у меня стоял аккумулятор 2200 мАч (11 В) мне его также хватало на 8 км пути, но при максимальной скорости 18 км/ч, средней 14 км/ч и помощи двигателю педалированием при движении в гору.
Максимальный ток, потребляемый двигателем при разгоне в режиме “газ в пол” около 60 А. Таким образом, выдаваемая мощность около 1250 Вт, что в несколько раз выше чем у большинства продаваемых мотор-колес. Разгон до 40 км/ч по прямой не более 10 сек.
В текущей конфигурации я отъездил в прошлом сезоне с июля по октябрь почти каждый день на работу при суточном пробеге около 20 км.
