Выбор мощности двигателя мотор колеса электровелосипеда
Какая мощность веломотора достаточна для электровелосипеда?
Вот некоторые данные полученые при стендовых замерах на тренажерах:
• тренированный спортсмен может кратковременно развивать мощность до 500-600 Вт;
• при подъеме в крутую гору нетренированный велосипедист может кратковременно развивать мощность 220-290 Вт;
• при скорости движения в 18-20 км/час по ровной асфальтированной дороге и встречном ветре 3-5 м/c велосипедист должен развивать мощность 110-140 Вт;
• для спокойного движения со скоростью 12-18 км/час по ровной асфальтированной дороге необходима мощность от 40 до 60 Вт.
Нетрудно сделать вывод, что в подавляющем большинстве случаев, движение на электровелосипеде в режиме скутера (только на электродвигателе без педалирования) можно обеспечить веломотором мощностью 250 Вт. Нужно только помнить, что современные электродвигатели с редуктором и с прямым приводом имеют существенные отличия по вращающему моменту и максимальной скорости. Это особенно касается электродвигателей типа мотор-колесо у которых электродвигатель установлен во втулку заднего или переднего колеса.
Современные двигатели для серимйно выпускаемых электровелосипедов разделяются на три класса:
1. Двигатели с планетарным редуктором и обгонной муфтой устанавливающиеся во втулку переднего или заднего колеса велосипеда;
2. Двигатели с редуктором устанавливающиеся вблизи каретки велосипеда и использующие имеющийся привод цепью (центральный или кареточный двигатель);
3. Двигатели прямого привода (без редуктора) устанавливающиеся во втулку переднего или заднего колеса электровелосипеда;
— Двигатели с планетарным редуктором для электровелосипеда:
Такие двигатели обеспечивают большой вращающий момент и большую скорость электро велосипеду – до 45 км/час. Мотор колесо этого типа с номинальной мощностью в 250 Вт и питанием от аккумулятора с напряжением 36 или 48 Вольт, обеспечит Вам комфортное передвижение практически во всех случаях.Чем выше напряжение аккумулятора, тем больше максимальная скорость. Веломотор с внутренним планетарным редуктором почти незаметен во втулке заднего колеса. Его размер сопоставим с размером фривила (кассеты со звездами). Такие двигатели имеют внутреннюю обгонную муфту, которая обеспечивает легкий ход электровелосипеда в режиме с отключенным двигателем. Масса такого двигателя электровелосипеда около 3-4 кг. Практически все серийные модели современных электровелосипедов, изготавливаемых для Европы, Японии и Австралии, оборудованы мотор-колесом на базе двигателя с планетарным редуктором мощностью 180-250 Вт и питанием от аккумуляторв с напряжением 36-48 Вольт. Такие двигатели не требуют никакого обслуживания в течение всего срока эксплуатации, почти герметичны и достаточно долговечны. И что немаловажно, самые экономичные с точки зрения расхода энергии аккумуляторной батареи. Они на 30% экономичнее двигателей прямого привода на скоростях до 25 км/час.
Кареточные подвесные редукторные электродвигатели
Веломоторы подвесного типа устанавливаются вблизи каретки электровелосипеда и имеют ряд серьезных недостатков, связанных с очень большим и быстрым износом цепи и звезд велосипеда, которые приходится менять несколько раз за сезон. Кроме того, рама велосипеда должна иметь повышенную прочность если используются двигатели с номинальной мощностью более 200 Вт. Переключение скоростей с использованием этого двигателя также не слишком удобно и опертивно т.к. при каждом переключении необходимо сбрасывать «ГАЗ».
Двигатель прямого привода в ободе 16-28 дюймов
Двигатели прямого привода для мотор-колеса электровелосипеда имеют малый вращающий момент в сравнении с редукторными двигателями, поэтому двигатели прямого привода должны иметь мощность больше 500-600 Вт. Они достаточно тяжелые.
Масса шестисот ваттного двигателя прямого привода около 5,5 кг. Кроме большой массы, мотор колеса с двигателями прямого привода имеют более низкую амортизацию из-за большого диаметра двигателя и малой длины спиц. Для таких двигателей требуется дорогостоящий энергоемкий и тяжелый аккумулятор т.к он более чем на 30% прожорливее двигателя с планетарным редуктором.
Увеличивается масса всего электровелосипеда. Кроме того, двигатель прямого привода будет подтормаживать движение электровелосипеда на педалях в случае истощения акуммулятора в процессе поездки. Это связано с отсутствием обгонной муфты и сильными магнитами в конструкции двигателя. Электровелосипед практически уже перестает быть велосипедом как таковым, а превращается в полноценный скутер.
Электровелосипед с двигателем прямого привода
Электровелосипед с редукторным двигателем
Совет: Мотор для электровелосипеда, какой выбрать?
Двигатели для электровелосипедов бывают подвесными (наружными) и встроенными (мотор-колесо).
Подвесной двигатель для электровелосипеда
Достоинством первого типа является развиваемый им крутящий момент, который сопоставим с более мощным мотор-колесом безредукторным. Достигается это благодаря, размещенному в одном корпусе с электроприводом редуктору, понижающему обороты.
Недостатками можно назвать во много раз более сложную его установку на велосипед и быстрый износ щеток, что отражается на долговечности. Для крепления двигателя в продаже имеется кронштейн универсальный, но часто его приходится или дорабатывать, или изготавливать крепление индивидуальное. Необходимо заменить специальной двойной звездочкой штатную, расположенную на ведущем колесе.
В зависимости от диаметра колеса, установленного на велосипед, максимально развиваемая скорость составит в час от двадцати до двадцати пяти километров. Расстояние же, проходимое без подзарядки, зависит от емкости аккумулятора.
В качестве варианта дешевого, установлен может быть, на любую марку велосипеда.
Второй вариант, т.е. мотор-колесо, делится в свою очередь на колеса прямоприводные (бесщеточные) и редукторные.
Мотор-колесо с прямым приводом
Хороший старт обеспечат колеса, минимальная мощность которых составляет 500Вт. Мотор-колеса с прямым приводом более слабые не могут в силу особенностей конструкции обеспечить необходимый для ускорения крутящий момент. Преимуществами являются: высокий коэффициент полезного действия, способность обеспечить относительно высокую скорость (до 45 км/час), и простота конструкции за счет минимального числа изнашиваемых узлов. Недостатки также имеются. Это, в первую очередь, небольшая величина крутящего момента, во-вторых, большой, по сравнению с редукторным вариантом, вес и размер мотор-колеса. Для тех пользователей, которые в своем «железном коне» хотели бы видеть максимальную скорость, оставив на второй позиции требования к его весу, этот тип двигателя подойдет наилучшим образом.
Это важно знать, потому, что все, что по весу меньше, несмотря на все этикетки и нанесенные надписи, является батарейками, которые очень быстро выходят со строя.
Для тех же, кому важна не только скорость, но и динамика, нужен мотор для электровелосипеда мощностью 600 ватт, практически такого же веса, как модель описанная выше.
Мотор-колёса редукторные
Небольшого размера редукторные колеса устанавливаются на электровелосипеды, производимые во всех странах мира. В основном это двигатели мощностью 250-350W, которой достаточно для этого транспортного средства. Они встраиваются во втулку заднего или переднего колеса, и по сравнению с безредукторными имеют следующие преимущества:
Совет: Мотор с минимальным количеством потребления энергии
Благодаря тому, что в конструкции мотор колеса отсутствуют щетки, она является более надежной. Коллектор тоже заменен – вместо него установлен датчик Холла. Мощнейшие на сегодняшний день неодимовые постоянные магниты заменяют обмотку возбуждения. Чтобы получить нужные характеристики электровелосипеда, необходимо при выборе мотор-колеса точно определиться с ними. Не стоит платить больше, покупая мощное мотор-колесо, если не планируются поездки на велосипеде груженом. Для этого вполне достаточно будет двигателя, мощность которого 250Вт. Если же предполагается езда по холмистой местности или с грузом, выбор лучше сделать в пользу двигателя мощностью 500 Вт.
Во многих странах мира законодательно установлена для электровелосипедов максимальная скорость 25 км/час. Ее, благодаря тяговой силе, обеспечит колесо редукторное, о котором идет речь, т.е. мощностью 250 W. Если же колесо мощностью 350 W, то, будьте уверены, что ее хватит с головой на все, кроме покорения Эвереста, случаи жизни. Многие потенциальные покупатели об этом не знают, поэтому стремятся купить мотор-колесо помощнее — желание, ничем не обоснованное. Скорости 25 км/час вполне хватает для поездок в черте города и непродолжительных прогулок за город. Для тех же гонщиков, реноме которых она унижает, целесообразнее приобрести мотоцикл.
Плюсы и минусы центральных моторов для электровелосипедов
Электромоторы для велосипеда бывают двух основных типов: центральные «mid drive motor» (вращают трансмиссию велосипеда) и мотор-колеса (вращают непосредственно колесо). На чем же остановиться? В своем обзоре самого мощного серийного мотора для электровелосипеда Bafang G510 я коснулся этой темы, теперь же более развернуто рассмотрим плюсы и минусы центральных моторов. Сравнивать будем с другим проверенным решением: мотор-колесами. В качестве иллюстраций будет использован мой самосборный электровелосипед с центральным (кареточным) мотором Bafang BBS02B 750 Вт
Почему Bafang? Есть брендовые электровелосипеды с центральными моторами и с каждым сезоном их становится все больше. Но цены, цены не порадуют. Велосипед с мотором Bosch или поддержанная иномарка. А еще программное ограничение скорости, чтобы вписаться в требования ПДД.
У китайских производителей Bafang/8FUN/Cyclon/Tongsheng цена доступнее и ограничений нет.
Содержание
Плюсы
Начнем с приятного для владельцев центральных моторов.
1. Тяга
В центральном моторе уже находится свой редуктор, а так же центральный мотор вращает ведущую звездочку трансмиссии велосипеда. А это значит, высокий вращающий момент на колесе.
Например, для моей модели мотора передаточное отношение всех ступеней редуктора 1:21,9 + цепь с кассетой 11-46 зубьев. У мотор-колес тоже есть редукторные версии, но до таких передаточных отношений им далеко.
Какое преимущество это дает?
Подъем в гору, вязкая грязь и песок больше не проблема, с кареточным мотором вы их больше не замечаете. Включаем пониженную передачу и спокойно проезжаем. Для поездок по пересеченной местности то, что нужно.
2. Возможность полноценной работы трансмиссии
Во-первых, Вы можете так же крутить педали как на обычном велосипеде (я так и катаюсь в режиме ассистента), тем самым экономнее расходуя батарею. Мощность обычного велосипедиста оценивают в примерно 200 Вт, это будет подспорьем к мощности мотора.
Во вторых, можно в широких пределах управлять скоростью и крутящим моментом велосипеда. А в случае с мотор- колесом педали и цепь можно вообще убрать.
Если сядет аккумулятор, всегда можно доехать на педалях, сопротивление качению у центрального мотора минимальное, в отличие от мотор-колес прямого привода.
3. Сохранение правильной балансировки
Центральный мотор находится максимально внизу и это положительно сказывается на управляемости электровелосипедом.
Скажите такое положение влияет на клиренс велосипеда? Это не так, ведь любой кто ездил на велосипеде знает, клиренс велосипеда — это нижняя точка педалей! А если перепрыгивая бревно, вы заденете его кареточным мотором… то не повезло бревну. Там толстые стенки корпуса, переживать не нужно.
Еще немало важно, что работа подвески велосипеда не ухудшается за счёт того, что колёса велосипеда с центральным мотором остаются по прежнему лёгкими. С мотор-колесом есть эффект гири в заднем маятнике, в случае велосипеда двухподвеса. Тяжелое колесо ухудшает управляемость и накат.
4. Замена камеры
Я понимаю, сейчас рулят бескамерные покрышки с герметиком. Но все же, если у вас случится прокол на мотор-колесе, поменять покрышку или камеру будет сущим испытанием. От колеса идут провода, оно тяжелое и стоит на гайках.
С центральным мотором вы меняете камеру как на обычном велосипеде.
5. Нагрузка на узлы
Центральный или его вариант кареточный мотор ставится в в центральную часть рамы велосипеда, там максимально прочные трубы и связанная конструкция. Нагрузку воспринимает сама рама. Мотор-колесо заспицовывается в обод и нагрузку (динамическую) воспринимают спицы, а весит мощный мотор прямого привода килограмм 6-8.
Тут заодно и удобство монтажа сказывается.
Мотор-колесо на 1500 Вт весит 8 кг.
6. Встроенный в мотор контроллер
В моторах Bafang контроллер встроен в мотор, в мотор-колесах это отдельное устройство с проводами.
Да такой вариант не ремонтопригоден (залит компаундом), но есть три хороших плюса:
Кстати, контроллер можно настроить под себя с помощью Usb кабеля для программирования кареточных моторов Bafang. Да и экраны контроллера у Bafang смотрятся лучше.
7. Заметность
Центральный мотор имеет меньшую заметность по сравнению с мотор-колесом. Кому-то этот плюс покажется важным.
Главное — соблюдать правила дорожного движения!
Минусы
Как и любое инженерное решение, центральный мотор имеет и ряд минусов. Сейчас их перечислим.
1. Повышенный износ трансмиссии
Велосипедные комплектующие рассчитаны на обычного человека, и если мы дополняем велосипед мощным мотором то все комплектующие будут быстрее изнашиваться. Это касается в первую очередь цепи и кассеты.
У меня получается где-то в пять раз быстрее идет износ, по сравнению с обычным мускульным велосипедом, хотя переключаю передачи с выключенным мотором. Рекомендуется использовать специальный датчик, который выключает мотор при переключении передач.
И еще, мотор дает огромное усилие на цепь и при нештатных ситуациях словить такое очень просто, даже «ой» не успеете сказать.
2. Цена
Если брать комплект одной мощности, мотор-колеса имеют преимущество в цене (до 30%). И для мотор-колес более гибкий подбор комплектующих (контроллеры, дисплеи, курки акселератора) для сборки электровелосипеда. Но в любом случае удовольствие не дешевое.
3. Шумность
Из-за наличия редуктора, шумность центрального мотора выше мотор-колес. Но, на деле, покрышки с развитыми грунтозацепами шумят примерно так же, при эксплуатации на это не обращаешь внимание.
4. Нюансы установки
Современный тренд в центральных моторах — это специализированная рама под конкретный мотор, что, конечно, сужает возможности для маневра пользователя.
Но ранние версии тех же Bafang имели свои нюансы для установки на велосипед:
Мотор колесо, хоть и требует усилителей дропаутов на раме, но устанавливается на раму проще.
5. Меньшая максимальная скорость
Да, мотор-колеса прямого привода при прочих равных динамичнее набирают скорость и имеют большую максимальную скорость на асфальте.
На моем моторе BBS02B максимальная скорость чуть больше 50 км/ч, что для мощных мотор-колес только разминка. Но городской асфальт и не стихия кареточных моторов, им бы в горы, да на бездорожье.
6. Необходимость обслуживания
Встроенные в мотор зубчатые редукторы требуют обслуживания (замены смазочного материала, шестерен, подшипников) по мере работы. С мотор-колесами прямого привода в этом плане проще. И им проще поменять или отремонтировать контроллер.
Заключение
Я бы отталкивался от типовой эксплуатации велосипеда; если это бездорожье, гористая местность и лесные грунтовки — то центральный мотор тут имеет больше преимуществ, если велосипед — пожиратель километров на ровном асфальте, то лучше взять мотор колесо прямого привода.
В статье я выразил только свое мнение, на опыте эксплуатации двух видов моторов для электровелосипеда. У кого есть возражения или дополнения — добро пожаловать в комментарии.
Компоненты электровелосипеда: мотор
Поскольку предыдущее моё малое эссе было воспринято в целом позитивно, хочу поделиться некоторыми накопленными в процессе чтения форумов, знаниями, касательно электровелосипедов.
В сией статье хочу поделится тем, какие виды приводов используются в электровело, их плюсы, минусы, и особенности.
Надеюсь, это кому то покажется интересным. Обозревать буду только трехфазные двигатели постоянного тока — ибо остальные не исследовал, да и относительно редки эти остальные
в наше время.
Итак, начнём:
По большому счёту приводные элементы электровелосипедов можно рассортировать в 3 вида:
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:
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 присматриваться к директдрайвам.
Также у директдрайва посредством контроллера можно реализовать режим рекуперации — перевод электродвигателя в режим генератора с запасанием выработанной энергии обратно в аккумуляторную батарею.
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:
1. 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. 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!
2. Диаметр обода колеса. Понятно, что чем больше окружность колеса, тем больше будет фактическая скорость при равных оборотах.
Формула для расчёта: окружность колеса в миллиметрах / 1000 * (обороты мотор-колеса /60) = скорость в метрах в секунду. Для километров в час умножить на 3.6, для получения финальной прогнозируемой скорости — всё это ещё поделить на 1.2, ибо обороты под, даже вполне посильной нагрузкой, будут ниже, чем без нагрузки (приблизительно на 20 процент, да).
3. 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.
4. Напряжение питания.
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.
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 0.75, 0.5, или 1.25 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.
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 =
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.
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. К чему это приводит — надеюсь, обьяснять не надо, поломки костей и даже морг в результате — вполне вероятны.
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
