Для превращения велосипеда в электровелосипед чаще всего используется кареточный электродвигатель или мотор-колесо. С помощью мотор-колес можно реализовать передний, задний или полный электрический привод. В зависимости от особенностей конструкции мотор-колеса бывают редукторными и прямоприводными.
Электромотор прямого привода не имеет редуктора и обеспечивает частоту вращения колеса, совпадающую с частотой вращения ротора. По сравнению с редукторными моделями, электродвигатели прямого привода:
- более надежны, очень долговечны – из-за отсутствия трущихся деталей и шестеренок;
- позволяют использовать рекуперацию – обратное превращение кинетической энергии движения в электроэнергию и восполнение заряда батареи при торможении без применения тормозных колодок;
- производятся более мощными и тяжелыми – весом до 10 кг и более, мощностью до нескольких кВт;
- более требовательны к толщине спиц, прочности обода, вилки и рамы, мощности батареи, надежности тормозов и остальных узлов;
- при той же мощности обеспечивают на старте пониженный момент и меньшее ускорение;
- при использовании мощного и тяжелого мотора – влияют на инерционность и маневренность велосипеда.
Асинхронный двигатель
Асинхронные достаточно крупные и тяжелые, в данном случае используем 750-ваттный, который дает высокий КПД и очень мощное ускорение.
Лучше всего ставить на велосипеды с высокой рамой, кстати, если вы еще не определились с рамой, вы можете обратиться к нам, в прокат велосипедов, и выбрать размер и форму, подходящую именно вам.
По скорости он будет уступать аналогичным по мощности мотор-колесам. Но, будет стоить гораздо дешевле.
Для сборки понадобится:
— привод;
— контроллер;
— батареи.
Порядок работы:
1. Начинаем с демонтажа звездочек на каретке, убираем педали и шатуны – они не понадобятся при данной компоновке;
2. Затем нужно сделать кронштейн крепления привода.
Проще всего, если основа стальная, тогда можно выставить и приварить пару профилей из стального уголка, например.
В них размечаются и высверливаются отверстия под выбранный движок.
Вместо приваренных кронштейнов можно сделать съемные, которые будут удерживаться по принципу хомутов;
3. Аккумуляторы в данном случае нужны емкостью 12Ач и напряжением 24В.
Можно соединить последовательно несколько меньших;
4. Батареи весят много, потому для них тоже понадобятся кронштейны.
Подбирать аккумуляторы стоит так, чтобы они уместились внутри каркаса, так компактнее;
5. Контроллер проще всего установить ближе к аккумуляторам, чтобы не тянуть провода через всю конструкцию.
Можно купить небольшую сумку и жестко ее зафиксировать, а внутрь положить управляющее устройство;
6. Затем электрика: провода спаиваются, припаивается зарядный разъем.
Незащищенные участки изолируем изолентой или термоусадкой.
Если нет возможности полностью скрыть провода, стоит проложить их в кабель-канале, чтобы защитить от влаги и грязи.
Основные проблемы при изготовлении самодельного МК
При изготовлении мотор-колеса придется столкнуться с несколькими недостатками:
- Движок от стиральной машины по виду отличается от велосипедного электродвигателя. Он имеет только статор и ротор. У него нет подшипника и ступицы. Без барабанного вала, за пределами стирального узла, его проблематично установить и отцентрировать. Для использования такого двигателя на электровелосипеде понадобится ступичный подшипник и токарный станок, чтобы выточить посадочное гнездо.
- Для статора необходимо сделать крепежное кольцо. Для этого понадобится лист металла и лазерный станок, в крайнем случае – фрезерно-сверлильный станок и болгарка.
- На движке от стиралки неподходящая обмотка – алюминиевая, рассчитанная на напряжение 220 В. Нужно перемотать ее на медную и отрегулировать напряжение с учетом бортового напряжения будущего электровелосипеда.
- В моторах от стиральных машин стоят ферритовые магниты. Их желательно заменить неодимовыми магнитами, что сопряжено с дополнительными расходами. К тому же,следует усилить чашу ротора кольцом из стали и создать систему замыкания для магнитных полей.
У чаши ротора со стиральной машины не предусмотрены выступы с отверстиями для установки спиц. Об их выполнении придется позаботиться самостоятельно. Поэтому спицовка самодельного мотор-колеса потребует немного больших усилий, чем установка его заводского аналога.
Готовый электровелосипед
Проще и надежнее всего купить уже готовый электробайк, для знакомства приведем 3 наиболее востребованных на данный момент:
— Eltreco FS-900 26;
— HOVERBOT CB-4 X-Rider;
— WELT Rockfall 1.0 E-drive.
WELT Rockfall 1.0 E-drive
Это модель 2022 года, стоимостью 50-55 тысяч – самый доступный вариант из рассматриваемых. По классу – горный, кросс-кантри.
Батарея 13 Ач, ростовки разнообразны, можно покупать для райдеров от 150 см и более.
Стоковая резина достаточно цепкая, даже при езде по пересеченной местности. Из недостатков можно выделить слабые тормоза.
Eltreco FS-900
Двухподвес из бюджетной ценовой категории – всего 65 тысяч. По классу – кросс-кантри, год старта выпуска – 2022.
Обладает достаточно емким аккумулятором, который способен тянуть райдера до 50 км.
Время на зарядку – до 6 часов. Интегрирована подсветка, причем, передний фонарь питает батарея, а задний – небольшая солнечная панель. Некоторые пользователи жалуются на жесткость заднего амортизатора, но его не сложно заменить.
Что необходимо для сборки электрического скутера?
В том случае, если вы все-таки решились на то, чтобы собрать электроскутер своими руками, самое важное – подбор двигателя и аккумулятора, так как это средство передвижения работает на электрической тяге.
Выбор того или иного двигателя с аккумулятором, напрямую влияют на максимальную скорость и пробег:
- Если брать свинцовые аккумуляторы, то можно достаточно сэкономить, однако они имеют большой вес и это необходимо учитывать.
- Более дорогая альтернатива – литий-фосфатные аккумуляторы, которые имеют меньший вес.
- Лучше всего ставить аккумуляторную батарею под рамой, где кроме нее будет располагаться контроллер и сигнализация. Под сидением необходимо оставить хоть немного места для багажа.
- Необходимо понимать, что сборка электрического скутера своими руками, в обязательном порядке подразумевает сварочные работы. В случае если в наличии не имеется необходимого оборудования, инструментов и навыков, тогда такая затея может обойтись куда дороже готовой электрической модели.
- Но в любом случае, в долгосрочной перспективе это окупится за счет электрического двигателя, который намного дешевле заправлять.
Набор готовых компонентов
Очень важно правильно установить электрический двигатель. Это одно из самых важных моментов во время сборки скутера. Очень важно минимизировать звук, который он будет издавать (это же не рев от Ford Mustang). Это можно сделать за счет отсутствия коллектора и щеток. Зачастую его ставят на заднее колесо, вращение которого происходит благодаря электросхеме, которая подает толчок на переднее.
Подыскивать необходимые компоненты для своего электрического скутера необходимо максимально ответственно. Можно купить электромотор и аккумулятор вместе с необходимыми связующими отдельно, а можно пойти по пути наименьшего сопротивления и купить уже готовый комплект. Несмотря на то, что такой будет стоить дороже, можно сразу купить набор с контроллером и мотор-колесом, зарядным устройством и набором гидравлических тормозов.
Преимущества и недостатки
Уже много лет, некоторые европейские страны активно борются за экологию, поэтому у них запрещены бензиновые скутеры. Электрические аналоги безусловно обладают некоторыми преимуществами в этом случае:
- Намного современней дизайн.
- КПД намного выше.
- Нет необходимости в частом ремонте силового агрегата.
- Легко найти запчасти.
- Практически отсутствует шум при езде.
- Проще зарядиться.
Но не лишены они и недостатков в виде дальности езды на одном заряде. Однако для поездок по городу – это оптимальный вариант.
Безопасна ли будет такая самоделка?
С точки зрения рисков для жизни – абсолютно безопасной, с точки зрения кошелька – далеко не все так просто, ведь если не разбираться в элементарной электрике на уровне плюс к плюсу, а минус к минусу, то можно спалить не только платы контроллера, но и сам электродвигатель.
Самое лучшее, что может произойти при неправильно сборке – самодельный электроскутер просто не тронется с места. Если не терпится сделать такой транспорт своими руками, лучше заручиться помощью толковых друзей, которые смогут переварить раму и правильно подключить систему.
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.
Инструменты для работы
Чтобы сделать хороший электровелосипед, требуются токарные работы. Понадобится станок или возможность заказать изготовление деталей. Кроме того, в распоряжении мастера должны быть такие инструменты:
- сварочный инвертор;
- слесарный набор (молоток, плоскогубцы, ножовка, надфили, напильники и т.д.);
- большой штангенциркуль;
- электродрель и сверла;
- головка на 15 для трещотки;
- болгарка;
- инструмент для нарезания резьбы.
Могут понадобиться фрезерный или плоскошлифовальный станок, что зависит от комплектующих: требуется ли их переделать, доработать.
Думаем о будущем
Важно также представить себе, можно ли будет установить выбранную вами модель на ваш велосипед. Будет обидно, если переделать ваш байк не получится и потребуется покупка нового.
Сможете ли вы своими силами сделать эту работу, или нужно искать квалифицированного веломеханика со знанием электротехники, что весьма большой дефицит?
Точно определите, где будет размещаться аккумуляторная батарея, оцените ее габариты, чтобы самодельный электровелосипед был комфортным.
Монтаж электрооборудования
Установив все детали необходимо собрать электрическую схему. Трудоемкость этой операции зависит от выбранных элементов сборки. Стоит выбирать надежные контакты для предотвращения нагревания и образования искр.
Посмотрите еще здесь!
Что такое акустический выключатель: устройство, работа, виды и особенности устройства (100 фото)Фильтр низких и высоких частот: делаем частотные фильтры и как создать схемотехнику высокого класса (95 фото + видео)
Как выбирать газовый котел — лучшие модели и производители. Обзор современных котлов и варианты их применения (145 фото и видео)
Полезные рекомендации и возможные ошибки
Когда двигатель и батарею для элетровелосипеда удалось установить в соответствии с рекомендациями специалистов, нужно протестировать готовый байк. Для этого достаточно просто прокатиться на нем. В процессе проверки можно выявить следующие проблемы:
- Велосипед не едет. Проблема возникает, если сборка аккумуляторов произведена неправильно, отсоединяются провода, передаточное отношение слишком высокое. Для проведения диагностики приподнимают заднее колесо байка, включают двигатель, корректируют положение шкива промежуточного вала. Кабели нужно тщательно проверить, батарею — зарядить.
- Велосипед едет медленно. Главная причина — неправильное передаточное отношение. Нужно выполнить аналогичные действия с промежуточным валом.
Переделывать велосипед в электровелосипед довольно сложно. Для работы потребуется набор специальных инструментов, материалов. Кроме того, мастер должен обладать соответствующими навыками. От выбранного оборудования будут зависеть максимальная скорость, дальность поездок, удобство эксплуатации байка.
Аппаратное прерывание
И тут я понял, в чём дело: Ардуино не успевает обрабатывать показания датчиков Холла! Поэтому необходимо было использовать пины Ардуино с аппаратным прерыванием. Так как у Ардуино УНО таких пинов всего два, а под датчики нужно три пина, надо взять Ардуино Леонардо или Искра Нео, где таких пинов — четыре штуки.
Переписав программу под прерывания и подключив Искру Нео вместо УНО, я повторил испытания.
Колесо наконец-то заработало чётко, без вибраций, шумов, отлично стало набирать обороты без рассинхронизации. Прототип оказался жизнеспособным. Но это ещё не полноценный контроллер, поскольку в нём не было обвязки с защитами и обеспечением качественного ШИМ-сигнала.
Дооснащение
Можно усовершенствовать сборку следующими элементами.
Ваттметр. Этот прибор лучше разместить на руле. Он будет показывать на какое расстояние хватит оставшегося заряда. Так вы сможете корректировать свой маршрут.
Контроллер. Может быть простой коробкой с клеммами, либо с использованием микросхем. Стоит помнить, что образующийся ток будет превращаться в тепло. Именно поэтому важно качественное охлаждение.
Рекомендуем располагать прибор, чтобы во время движения он обдувался воздухом. Идеально подходит рама. Удалите краску, используйте дополнительную алюминиевую пластину, смазав ее термопастой в месте соприкосновения.
Электрический сигнал. Он увеличит безопасность движения.
Питание фары также будет весьма полезно.
Для более безопасного передвижения в ночное время стоит задуматься о подсветке колес с помощью светодиодов.
Преимущества
- два вида передвижения — при помощи двигателя или педалей;
- доступность передвижения на дальние расстояния благодаря электротяге;
- простота ремонта и технического обслуживания в сравнении с мопедами и мотороллерами;
- экологичность — отсутствие загрязнения окружающей среды. Например жителям Запада использование подобного транспорта гарантирует льготы.
Итог
Главное преимущество контроллера на базе MC33035 — это простота в использовании. Просто покупаете микросхему, собираете Н-мост, спаиваете всё на плату с небольшой обвязкой — и контроллер готов. Если нужно просто запустить двигатель с ШИМ-сигналом и управлять им — оптимальный вариант.
Контроллер на базе Ардуино — вариант сложнее, понадобится писать логику, обеспечивать дополнительные защиты контроллера. Но для экспериментов, прототипов, дополнительного функционала, использования различных режимов работы двигателя — подходящий вариант. Поэтому я решил пока отложить MC33035 и продолжить работу с Ардуино.
Модели велосипедов с мотором
При наличии свободных средств вместо модернизации байка можно выбрать готовый велосипед с мотором. Классификация транспортных средств зависит от их назначения:
- Городские и шоссейные модели. Комплектуются покрышками без рисунка (сликами), предназначены для дальних поездок по ровным дорогам с твердым покрытием.
- Горные велосипеды с мотором. Отличаются повышенной мощностью и вариативностью в запасе хода (от 20 до 50 км). Мощность выбирают исходя из веса велосипедиста.
- Грузовые. Комплектуются специальным отсеком для перевозки. Обычно он устанавливается в передней части. Некоторые модели оборудуются двумя задними колесами для большей устойчивости и снижения нагрузки на раму.
- Складные. Сити-байки с упором на компактность. Обладают малой мощностью и габаритами, со складной в двух или трех местах рамой для удобной транспортировки.
ГородскойШоссейныйГорныйГрузовойСкладной
Обычное моторколесо или редукторное?
Неважно, подсоединен электромотор через цепную передачу (приводы в каретке) или нет (переднее, заднее моторколесо, фрикционные передачи), велосипедная система скоростей всё равно будет задействована. Редукторное моторколесо позволяет двигаться с использованием пониженного передаточного отношения. Оно может помочь велогонщику взобраться на очень крутой холм, если использовать мотор с сильно понижающим планетарным редуктором
При этом двигатель будет работать близко к высшей точке КПД, так как он сохранит высокие обороты. Но всё-таки потеря эффективности у мотора с редуктором будет, поскольку такие системы являются сложными и в них неизбежны некоторые траты на трение
Оно может помочь велогонщику взобраться на очень крутой холм, если использовать мотор с сильно понижающим планетарным редуктором. При этом двигатель будет работать близко к высшей точке КПД, так как он сохранит высокие обороты. Но всё-таки потеря эффективности у мотора с редуктором будет, поскольку такие системы являются сложными и в них неизбежны некоторые траты на трение
Редукторное моторколесо позволяет двигаться с использованием пониженного передаточного отношения. Оно может помочь велогонщику взобраться на очень крутой холм, если использовать мотор с сильно понижающим планетарным редуктором. При этом двигатель будет работать близко к высшей точке КПД, так как он сохранит высокие обороты. Но всё-таки потеря эффективности у мотора с редуктором будет, поскольку такие системы являются сложными и в них неизбежны некоторые траты на трение.
Редукторное электроколесо для велосипеда
Системы без редуктора не понижают обороты двигателя. Следовательно, КПД двигателя в них не является постоянным, а очень часто зависит от скорости велосипеда. Но такие системы просты, поэтому их суммарный КПД выше по сравнению с редукторными моторами.
Как видите, существует проблема выбора между электромоторами с редуктором и без него. С одной стороны, первые могут поддерживать один и тот же КПД двигателя в широком диапазоне скоростей, тогда как вторые имеют неизбежные потери при снижении скорости. С другой стороны, электромоторы без редуктора обладают большим суммарным КПД.
Однако можно с уверенностью сказать, что в других условиях катания мотор без занижающей передачи будет справляться со своей работой лучше (особенно в частых дальних поездках), чем чрезмерно сложные системы с редуктором.
