Руководитель арт-отдела «Игры Mail.Ru» Олег Макаренко - о том, из чего состоит электровелосипед, как выбрать мотор, привод и аккумулятор и сколько все это будет стоить.
В закладки
В Mail.Ru Group развивается идея DIY: в мае 2016 года еще один участник этого движения, разработчик «Почты Mail.Ru» Вадим Балашов, как сделал из своей квартиры «умный дом».
Изучив рынок электровелосипедов, я пришел к выводу, что у большинства дешевых серийных электробайков от китайских производителей очень плохое качество: ломается буквально все, а заявленные характеристики не соответствуют реальным. Поэтому я решил собрать электровелик своими руками. Пришлось немного заморочиться, но результат стоит того.
В детстве, как и многие мальчишки, я мечтал о мотоцикле. Когда в 12 лет мне достался маленький двигатель внутреннего сгорания с бензобаком для установки на обычный велосипед, я решил сделать веломопед и с огромным энтузиазмом принялся за работу. Взял переднюю вилку от «Аиста», переднее колесо от «Салюта» и заднее от «Камы». В общем, сборная солянка из того, что было у меня в сарае на даче.
В итоге получился очень забавный веломопед. Он был немного уродливый, с большим количеством недостатков, с неработающим сцеплением и без тормозов. Заводил я его «с толкача». Также у него не было тумблера выключения зажигания, поэтому я привязал к бронепроводу веревку: когда надо было затормозить, я дергал за нее, провод соскакивал со свечи зажигания, и я останавливался.
В идеале мой веломопед должен был выглядеть как на заглавной картинке, но все было намного хуже. К сожалению, фотографии не сохранилось. Несмотря на все недостатки этого агрегата, я с большим удовольствием отъездил на нем целый сезон, после чего он скоропостижно скончался.
Прошли годы, и как-то в интернете мне встретился видеоролик об электровелосипедах. Тема меня очень заинтересовала, и я решил собрать подобный агрегат - но сначала полюбопытствовал, что сейчас представлено на рынке. Оказалось, что в продаже есть огромное количество модификаций электровелосипедов. Стоимость серийных изделий варьируется от 50 тысяч до 5 млн рублей.
Из чего состоит электровелосипед
Электромотор - его сердце. Контроллер - его мозг. Аккумулятор - еда. Ручка газа регулирует подачу напряжения на двигатель. Датчик тормоза ставится опционально, если есть рекуператор энергии. На дисплей можно вывести рабочее напряжение, заряд батареи, текущую скорость и так далее. Но электровелосипед можно собрать и без него, потому что основной параметр заряда батареи дублируется на аккумуляторе.
Еще одна опция - pass assist, помощник при педалировании. В зависимости от частоты вращения педалей он дозированно подает энергию на электродвигатель. В основном эти помощники работают очень плохо, и большинство людей с опытом езды на электровелосипедах не ставят их вовсе.
Требования к электровелосипеду
Во-первых, мне нужен был запас хода около 50 километров - это дорога от дома до работы и обратно. Для меня было важно, чтобы велосипед был легким, чтобы я мог спокойно запихнуть его в машину, перевезти в общественном транспорте и занести в квартиру. Не менее важен был и внешний вид, чтобы из велосипеда не торчали провода, чтобы он выглядел аккуратно.
Многие электровелосипеды делают излишне быстрыми. Я для себя определил, что он должен ездить чуть быстрее, чем если бы на нем крутил педали обычный велосипедист. Наконец, общая стоимость велосипеда обязательно должна была быть низкой.
Выбор мотора
Моторы для электровелосипедов можно условно разделить на три категории:
- малой мощности, способные разогнать велосипед до 40 км/ч;
- средней мощности - до 60 км/ч;
- высокой мощности, когда велосипед летит со скоростью до 100 км/ч и выше.
Какие типы моторов применяются на велосипедах?
Кареточный ставится на каретку педалей. Этот тип моторов довольно сложный, у них имеется обгонная муфта, но при этом есть большой недостаток - мотор дает дополнительную нагрузку на весь цепной привод, из-за чего очень быстро изнашиваются звездочки и цепь. Второй недостаток - высокая стоимость: за китайскую версию просят от 30 тысяч рублей.
Мотор прямого хода довольно громоздкий и тяжелый. Такие моторы относятся к категориям средней и высокой мощности. Единственное преимущество - долговечность из-за отсутствия шестеренок. Цена - от 15 тысяч рублей в зависимости от мощности. Из недостатков: на малых оборотах мотор имеет слабый крутящий момент.
Редукторный мотор. Внутри него установлен планетарный редуктор с шестернями, он очень легкий и компактный. Цена ниже, чем на остальные. Такие моторы относятся к категории малой мощности
Я решил, что мне вполне хватит скорости до 40 км/ч, поэтому выбрал редукторный мотор.
Выбор привода
Редукторные моторы часто устанавливаются на передний привод. Это самый простой способ установки, трудозатраты минимальны. Но, поскольку нагрузка на переднюю ось велосипеда невелика, очень часто возникает пробуксовка переднего колеса, ухудшается маневренность, при этом колесо может пойти юзом, что приведет к потере равновесия.
Задний привод - классический вариант. Основная нагрузка в велосипеде приходится на заднюю ось, и все недостатки переднего привода сразу исключаются.
Можно сделать и полный привод, когда ставится два мотора. Так делают для езды по бездорожью, снегу, песку, грязи. Но процесс создания полноприводного электровелосипеда очень трудоемкий. Сложнее всего синхронизировать работу моторов, а стоимость всего проекта получается немалой. После взвешивания всех «за» и «против» я выбрал задний привод.
Выбор и размещение аккумулятора
Что касается аккумуляторов, то в электровелосипедах в основном используются два типа аккумуляторных элементов: литий-железо-фосфатные и литий-ионные. Первые довольно крупные, тяжелые и стоят дороже. Зато у вторых ограниченное количество цикла зарядов - порядка 1000 циклов. К тому же литий-ионные аккумуляторы плохо работают при отрицательных температурах.
Для себя я все же выбрал литий-ионные, потому что их очень удобно укладывать в различные корпуса, в то время как литий-железо-фосфатные в основном собирают в кубышки, которые проблематично установить на велосипед.
Есть три места для размещения аккумулятора:
- На багажник. Этот вариант плох тем, что возникает дополнительная нагрузка на заднюю ось, которая и так достаточно нагружена. Заодно повышается центр тяжести велосипеда.
- На подседельный штырь. Нагрузка на оси становится более сбалансированной, но остается проблема высокого центра тяжести.
- В пространство рамы, в основном на место крепления фляги. Аккумулятор в этом случае размещен максимально низко и между осями велосипеда. Это оптимальное размещение, и я решил на нем остановиться.
Дальше нужно было выбрать характеристики АКБ - в первую очередь рабочее напряжение и емкость. Для маломощных редукторных моторов обычно используют напряжения 24 В, 36 В и 48 В. Я выбрал что-то среднее. От емкости аккумулятора зависит запас хода электровелосипеда. Я подбирал так, чтобы мне хватило на 50 километров. Расчет очень приблизительный.
Средняя скорость электровелосипеда в городских условиях - около 20 км/ч. Для преодоления расстояния в 50 километров потребуется 2,5 часа. Если мощность мотора - 350 Вт, то его средняя потребляемая мощность будет около 175 Вт. За весь пройденный путь мотор потребит 175 Вт * 2,5 часа = 437 Вт*ч. При рабочем напряжении в 36 В из полученных данных легко посчитать и требуемую емкость аккумулятора:
Емкость аккумулятора = 437 Вт*ч / 36 В = 12.1 А*ч.
Существует достаточно много видов корпусов для аккумуляторного блока. Их можно купить на AliExpress или в российских магазинах по цене примерно от 2000 рублей. Есть очень удобные корпуса типа такого, в нем сразу есть ячейки, куда мы устанавливаем аккумуляторные элементы:
Выбор контроллера
Контроллеры бывают различных видов: совсем простые, универсальные, программируемые с огромным количеством настроек, работающие в большом диапазоне напряжений и токов. Для себя я брал простейший контроллер, который работает на фиксированном напряжении и выдает максимальный ток в 15 А. Контроллеры подбираются в зависимости от рабочего напряжения и мощности выбранного электродвигателя, стоимость - от 1000 до 10 000 рублей.
Результат
В итоге у меня получилась следующая конфигурация:
- Электромотор BAFANG. Это продукция очень популярной на рынке электровелосипедов компании, ее моторы хорошо себя зарекомендовали.
- Контроллер на максимальный ток 15 А, аккумулятор на 36 В, 13 А*ч. Получилась максимальная скорость 37 км/ч, запас хода в 50 километров, вес очень небольшой, всего на 7 килограммов тяжелее обычного велосипеда.
Все оборудование обошлось мне где-то в 30 тысяч рублей, общая стоимость с учетом самого велосипеда - 60 тысяч рублей. Если сравнивать с готовыми моделями, аналогичными по комплектации и характеристикам, то такой велосипед стоил бы около 100 тысяч рублей. Я сэкономил тысяч 40.
Я успел собрать уже три таких велосипеда, очень схожих по характеристикам.
Нюансы
Их много, поэтому упомяну лишь некоторые.
- Во всех электровелосипедах используют двойные ободы, потому что мотор увеличивает крутящий момент. Также для компенсации дополнительной нагрузки нужны усиленные спицы, они толще - 3 мм вместо 2,6 мм. Спицуется колесо в три креста: одна спица пересекает три других. На обычных велосипедах чаще делают в два креста, а бывает и в один крест. Спицовка обода - довольно сложный, небыстрый процесс. При этом спицы получаются нестандартного размера, не во всех магазинах они продаются.
- Моторы поставляются в двух исполнениях: под кассету звездочек и под трещотку. Нужно обращать на это внимание, и обязательно уточните, какая система звездочек предусмотрена. Также рекомендуется проверить, есть ли на моторе крепление под ротор тормоза.
- Сложность с ручкой газа. Казалось бы, простейшая вещь: взял ручку газа, поставил на руль и все. Но почему-то большинство китайских производителей не учитывают наличие манетки переключения передач и ручки тормоза. Когда начинаешь все это собирать - в большинстве случаев либо не удается переключить передачи велосипеда, либо ручка тормоза задевает ручку газа. Я до сих пор не нашел ручку газа хорошей конструкции, чтобы она удачно вставала на руль.
- Установка корпуса АКБ. Рамы у велосипедов все разные, с разной геометрией, и порой приходится колдовать с креплением, а иногда и вовсе менять корпус, если он не влезает в раму.
- При монтаже ротора тормоза может оказаться так, что тормозной суппорт не влезает, задевает мотор. Я сам с этим столкнулся - пришлось покупать ротор большего размера и устанавливать переходник на суппорт. Либо можно использовать ободный (колодочный) тормоз, а не дисковый. Не всем это нравится, потому что для быстрого торможения на большой скорости нужны эффективные тормоза, и ободные в этом плане уступают дисковым.
- Сборка ячеек АКБ. Трудоемкая задача. Как известно, литий-ионные аккумуляторы нельзя соединять паяльником, поэтому приходится использовать точную сварку, совместно подключая BMS-контроллер, который балансирует ячейки аккумуляторов. Важно использовать качественные элементы питания, изготовленные известными производителями: Samsung, Panasonic, Sony. Тогда ваш аккумулятор с большей вероятностью будет дольше держать емкость.
- Рекуперацию реализовать достаточно просто, она предусматривается на двигателях прямого хода. При этом контроллер должен поддерживать эту функцию. Надо иметь в виду, что эффективность рекуперации очень низкая, у вас не получится покататься и зарядить аккумулятор. Так что польза от нее весьма условная.
Заключение
Если вы решили собрать действительно качественный электровелосипед, потребуется немало времени и усилий, но оно того стоит. Даже при покупке готового комплекта оборудования этот процесс не такой простой, как описывают в рекламе, и может потребовать дополнительных затрат.
Особое внимание при сборке нужно уделять самому дорогому компоненту электрооборудования - аккумулятору. От его качества зависит запас хода и конечная мощность электровелосипеда. Желательно их собирать самому, потому что в магазинах и на AliExpress готовые литий-ионные АКБ стоят от 20 тысяч рублей (сомнительного качества, собранные на безымянных элементах).
Я планирую спроектировать свой корпус аккумулятора с креплением на раму и распечатать его на 3D-принтере. Хочу предусмотреть в этом АКБ выводы питания на фару и фонарь, а также встроить в него динамик для воспроизведения музыки.
Также хочется спроектировать и распечатать на 3D-принтере корпус приборной панели на руль с органами управления электродвигателем, световым оборудованием и музыкой. А в перспективе - сделать комфортный городской электровелосипед с прямой посадкой и еще более низкой себестоимостью.
НаписатьВ настоящее время велосипед является одним из самых востребованных и популярных способов передвижения. Занимаясь велоспортом, можно практически бесплатно доехать до места назначения, одновременно тренируя определенную группу мышц, тем самым поддерживая свое тело в отличном здоровом состоянии. Главным преимуществом такого перемещения является отсутствие влияния на загрязнение окружающей природной среды.
Велосипедные прогулки на большие расстояния могут в некоторой степени утомлять велосипедиста. Для облегчения его работы был изобретен велосипедный электродвигатель. Первые модели такого оборудования начали выпускаться в 1998 году.
Первоиспытателями данной продукции стали жители горных местностей по причине частых тяжелых подъемов, которые напрочь отбивали у них желание пользоваться велосипедами. Велосипедный электродвигатель также моментально оценили люди преклонного возраста, находящиеся не в лучшей физической форме.
Применение велосипеда с установленным на него полезным оборудованием позволяет велосипедисту не прикладывать усилия для осуществления процесса езды. В некоторых случаях это чудо устройство позволяет обеспечить самостоятельное перемещение велосипеда, абсолютно без прикладывания усилий извне, за счет заряда батарей и электродвигателя.
Велосипедный электродвигатель и его конструкция
Доработка до совершенного вида моделей электродвигателей происходила на протяжении длительного периода времени не одним специалистом, которые разработали несколько их видов:
- Подвесной электродвигатель.
- Электродвигатель встроенной конфигурации:
- с прямым приводом;
- редукторый.
Каждый из описанных видов двигателей имеет свои технологические особенности, преимущества и недостатки в процессе их эксплуатации. Обычно выбор их производится в соответствии с желаниями владельца велосипеда с учетом его конструктивных особенностей.
Электромотор для велосипеда: основные виды
Различают несколько типов моторов, предназначенных для установки на велосипед:
1. Мотор – колесо.
Относится к категории самых распространенных. Применяется при переоборудовании обыкновенного велосипеда дорожного типа. Монтирование двигателя происходит на оси переднего или заднего колеса, а в некоторых случаях на обоих колесах. Внешний вид переоборудованного велосипеда практически не меняется.
Мотор колеса бывают разно мощности, в основном от 150 до 2000 Вт. Они могут быть исполнены в трех вариантах, для каждого из которых требуется свой аккумулятор:
После осуществления монтирования системы мотор — колеса на велосипед, он становится способным разгонять свою скорость движения до семидесяти километров в час. При этом, без зарядки аккумулятора он может пройти пятьдесят километров. При движении в направлении возвышенности, показатели данных критериев снижаются.
2. Подвесной двигатель.
Такой тип двигателя может быть установлен на любой тип велосипеда.
Оборудование прикрепляется к каретке или нижней трубе велосипеда, при этом становится самостоятельным его узлом. На мотор вместе с цепной передачей обязательна установка специального кожуха. Питание двигателя происходит от аккумуляторной батареи, которая крепится к несущей платформе.
Расход мощности и скорость велосипеда регулируется контролером электронного типа, управляемый ручкой, расположенной на руле. После окончания процесса монтажа, вес велосипеда значительно увеличивается. Скорость его теперь может достигать величины сто двадцать километров в час.
3. Двигатель на фрикционной передаче.
В основе такого двигателя лежит специальный механизм фрикционного типа, который работает по принципу передачи крутящего момента электродвигателя к покрышке колеса велосипеда. Основным преимуществом установки такого двигателя является возможность его монтирования без предварительной разборки велосипеда. Недостатками являются:
- уменьшение срока службы колеса;
- небольшая величина КПД;
- необходимость постоянного контроля давление в колесах;
- сложности использования на мокрой дороге.
Как сделать велосипедный мотор из подручных средств
Популярность использования электродвигателей растет с каждым днем. В настоящее время их можно приобрести в готовом виде или по отдельным деталям с целью самостоятельного произведения процесса сборки.
Для того, чтобы своими силами собрать электродвигатель, необходимо заранее подготовить составляющие элементы:
- контроллер;
- батареи;
- зарядное устройство к батареям;
- двигатель.
Функцию устройства с функциями электроники выполняет контролер, с помощью которого и происходит управление электродвигателем. Контролер отвечает за подачу тока от аккумулятора к двигателю.
В усовершенствованном двигателе предусмотрен индикатор, который выполняет функции:
- предоставляет информацию о степени заряда батареи;
- извещает о величине скорости велосипеда;
- информирует об уровне силы нажатия на педаль транспортного средства.
На рассматриваемый индикатор подает сигналы элемент контролера.
Также электродвигатель обладает удобным свойством, связанным с возможностью зарядки батареи при следующих условиях:
- в случае полной остановки велосипеда;
- при движении его с постоянной скоростью;
- при совершении плавного торможения.
Для электродвигателей применяются различные батареи:
- никель-металлогидридные;
- литий-ионные.
При самостоятельном изготовлении электромотора аккумулятор может брать прикреплен несколькими способами:
- в специально отведенном контейнере;
- непосредственно на раме;
- в отсеках рамы.
Мотокомплекты и специальные двигатели
Приобретаемые мотокомплекты уже содержат все необходимые крепления, для большинства моделей велосипедов являющиеся универсальными.
Многие известные производители начали выпускать велосипедные моторы мощностью до четырех лошадиных сил. Установка такого оборудования позволит эксплуатировать велосипед без необходимости кручения педалей, позволяя ехать только за счет электродвигателя.
Фрикционная передача
Принцип фрикционной передачи заключается в передаче крутящего момента между двумя вращающимися круглыми дисками, один из которых является ведомым, а второй- ведущий.
Движение осуществляется за счет силы трения на рабочей поверхности.
Недостатком такого устройства является большая вероятность проскальзывания по причине недостаточного трения между соединяемыми элементами.
Классическая цепная или ременная передачи
Смысл ременной или цепной передачи заключается в возможности передачи движения между двумя валами, расположенными друг от друга на достаточном удалении.
На каждый из валов одеваются шкивы, на которые и происходит крепление ремней или цепи. Нормальное обеспечение движения осуществляется только при натянутых элементах соединения шкивов.
Самое простое решение – мотор-колесо
Систему «колесо-мотор» можно изготовить самостоятельно. Установка производится с использованием колеса диаметра от двадцати до двадцати восьми дюймов.
Принцип работы данного устройства заключается в создании крутящего момента в элементе ротора за счет образования магнитного поля крутящегося типа на статоре, являющемся неподвижным и взаимодействии с магнитами ротора.
Электродвигатель — отзывы велосипедистов
Установил мотор-колесо на свой велосипед дорожного типа. Внешний вид моего боевого коня практически не изменился, а возможности у меня теперь огромные в плане путешествий. Плюс еще и зарядка аккумулятора происходит при небольшом торможении или при движении с постоянной скоростью. Очень доволен. Передо мной открылись прекрасные возможности.
Оценка:
Кирилов Евгений, город Пермь
Как сделать электровелосипед из обычного велосипеда?
Здравствуйте , друзья!
На этой странице я расскажу Вам о том, как своими руками переделать обычный велосипед в электровелосипед, снабженный электромотором и движущийся не только за счет мускульной силы наездника, но и на электротяге.
Все началось с того, что однажды я разобрал старую стиральную машину " Indesit " и извлек из нее много полезных запчастей, в том числе электромотор и детали ременной передачи. Кроме того у меня был велосипед, уже немного доработанный (сиденье немного смещено назад с помощью вставки в раму, чтобы сидеть было удобнее), но в остальном самый обычный:
Сперва надо было придумать, как передать крутящий момент от электромотора на колесо от велосипеда. Поскольку вал электродвигателя уже имел шкив для ременной передачи, а от стиральной машинки остался хороший ремень, решено было использовать именно такую передачу - ременную. Теперь необходимо придумать, как закрепить шкив ременной передачи на колесе велосипеда (очевидно, на заднем).
Втулка алюминиевая - сваркой не приваришь, поэтому решено было закрепить шкив ко втулке колеса с помощью нескольких винтов. Обратите внимание на новые отверстия во втулке между спиц (на фото ниже). Отверстий всего 9 шт., в них нарезана резьба М3:
Теперь необходимо изготовить сам шкив. Вообще говоря, ремень от стиральной машинки - поликлиновый, но т. к. шкив, который мы собираемся изготовить, значительно больше по диаметру, чем шкив на валу электромотора, нарезать канавки на большом шкиве нет необходимости - ремень и так по нему скользить не должен. Поэтому, шкив для колеса у нас будет гладкий.
Для его изготовления я вырезал круг из листовой стали толщиной 2 мм, в котором, кроме прочих, вырезал большие отверстия для снижения веса. Диаметр шкива в моем случае ограничивался имеющимся у меня токарным станком (заготовку большего диаметра в станок просто не вставишь) и составил примерно 220мм.
К в внешней стороне полученного диска была приварена стальная полоса (стандартный прокат), сечением 20 х 4 мм. Деталь по центру будущего шкива (на фото ниже), прикрученная болтами, необходима только для закрепления шкива на токарном станке при обработке (это какая-то деталь от трансмиссии автомобиля "Нива").
После сварки шкив был обточен на токарном станке. Внешняя поверхность стала гладкой.
Далее окраска, сушка и установка на колесе велосипеда. При окончательной установке все детали (втулка колеса, центральное посадочное отверстие нашего шкива и девять винтов М3) были смазаны эпоксидным клеем " Poxipol" - чтобы держалось надежнее и при эксплуатации не разбалтывалось:
При попытке установить колесо со шкивом в раму велосипеда, оказалось, что новый шкив немного мешает и упирается в трубу рамы. Раму решено было немного подогнуть:
Теперь необходимо было как-то закрепить электродвигатель. Поскольку велосипед снабжен задним амортизатором, крепить электромотор необходимо был именно к той небольшой части рамы, которая жестко соединена с колесом (чтобы обеспечить постоянство натяжения ремня). Кроме того , необходимо предусмотреть механизм натяжения нашего ремня.
Чтобы понять, какое положение двигателя наиболее оптимально, сначала он был зафиксирован в нужном месте относительно велосипеда с помощью досок и веревок, после чего была произведена прокрутка колеса, чтобы убедиться, что ремень не стремиться съехать с нашего самодельного шкива (ведь наш шкив не имеет ни канавок, ни каких-либо бортиков):
Затем размеры были вымерены, вырезаны детали из тонкостенных стальных трубок и прямо в таком виде (пока велосипед и мотор связаны друг с другом) были приварены (прихвачены) к раме велосипеда. После этого мотор был отвязан, доски убраны, а детали приварены окончательно:
Снова окраска, сушка...
Механизм натяжения ремня был выполнен из деталей от штуки для натяжения тросов (т. н. "талреп"). В данной штуке есть два винта - один с "левой" резьбой, другой с "правой", а также специальная центральная часть - гайка с аналогичными резьбами с двух сторон. Эта центральная часть была разрезана болгаркой, и ее концы с резьбой были вварены по торцам тонкостенной трубки нужной длины. Сами винты были приварены с одной стороны - к шпильке крепления мотора, с другой стороны - к специальной площадке с отверстием, надеваемой на ось заднего колеса велосипеда. В результате получился механизм с трубкой (красного цвета на фото ниже), при вращении которой двигатель может подниматься или опускаться, что приводит либо к натяжению, либо к ослаблению ремня. Дли фиксации трубки в нужном положении снизу она законтрена контргайкой:
Теперь необходимо было выбрать тип и количество аккумуляторов. Поскольку наш электродвигатель от стиральной машинки, которая питается от сети ПЕРЕМЕННОГО тока 220В, значит и сам мотор рассчитан на работу от напряжения максимум 220В (переменного). Максимум, потому что в стиральной машинке скорость мотора регулируется в широких пределах путем изменения напряжения на электродвигателе, и максимальные режимы мотор развивает только в конце отжима.
Но аккумуляторы дают ток постоянный, а не переменный. Однако, это нам на руку, т. к. коллекторные моторы переменного тока отлично работают и на постоянном токе. Более того, на постоянном токе такие двигатели работают даже лучше, т. к. индуктивные сопротивления мотора перестают играть роль. В результате, я остановился на напряжении 96В (8 двенадцативольтовых аккумуляторов), а посмотрев, что было доступно в магазине, выбрал аккумуляторы емкостью 5А·ч:
Чтобы закрепить эти аккумуляторы на велосипеде, я решил изготовить отдельный ящик, в котором предполагалось разместить аккумуляторы и необходимую электронику:
Когда ящик был готов, оказалось, что для него... нет места! Планировалось разметить его на раме, в том месте, где находится бензобак у мотоциклов, но стало очевидным, что сесть на седло велосипеда при этом будет невозможно (ноги некуда девать):
Поэтому, я стал искать возможность приладить этот ящик в другое место, например сзади, но сзади оказалось не к чему его крепить (за мотор нельзя, т. к. тяжеленный ящик будет "не подрессорен", а закрепить за стойку седла невозможно - мешает мотор):
А вот спереди вроде и место есть, и крепить есть к чему:
Поэтому, именно туда я его и приварил:
Снова окраска, сушка, установка аккумуляторов, их последовательное соединение между собой и закрепление:
И вот он, долгожданный момент - первые испытания, пока без всякой электроники, двигатель подключается к аккумуляторам напрямую, с помощью автомата в ящике и выключателя (тумблера) на руле. Для измерения рабочего тока к велосипеду был прилажен мультиметр:
Испытания показали, что "по двигателю" конструкция вполне работоспособна, но тяжелый ящик впереди велосипеда делает его очень трудным в управлении (плохо слушается руля), о том, чтобы заехать на сколь-нибудь мало-мальский бордюр не слезая с велосипеда речи нет вообще, чтобы затащить его в лифт (в моем доме грузового лифта нет) требуется много шаманских действий, сопровождаемых непереводимыми изречениями, а временный выключатель на руле вообще сгорел из-за возгорания и продолжительного горения в нем электрической дуги при его выключении (размыкании).
Стало очевидно, что от тяжелого ящика впереди велосипеда надо избавляться. Поэтому он был отрезан, а аккумуляторы размещены на раме равномерно, каждый по отдельности. Кроме этого, были предусмотрены автомобильные клаксоны (бибикалки), а также крепления для кнопок управления этими клаксонами на руле. Ввиду многочисленных точек сварки для крепления площадок под аккумуляторы, раму пришлось перекрасить почти целиком.
Снова испытания, на этот раз, несравненно более удачные. Управляемость снова стала хорошей, а затаскивать велосипед в лифт (с подъемом переднего колеса) стало гораздо легче. Поскольку никакой электроники еще не было, стартовать на электротяге с места я даже не пробовал - боялся сжечь двигатель или порвать ремень. Включал автомат питания, только разогнавшись на педалях до скорости хотя бы 10...15км/ч. При этом через двигатель начинал идти ток порядка 10А, который снижался до 3...4А по мере разгона.
Сначала я хотел сделать электронный блок, который должен был обеспечивать не только работу двигателя от аккумуляторов, но также заряд аккумуляторов от двигателя в режиме торможения. Кроме того, должен быть достаточно мощный преобразователь на 12В для питания клаксонов (бибикалок), а также, желательно, зарядное устройство, чтобы можно было заряжать аккумуляторы в любом месте, не заботясь о том, чтобы не забыть взять с собой "зарядку".
Однако планы планами, но на практике в таком виде этот велосипед простоял у меня более полугода - все никак "руки не доходили".
Затем я все же решился сделать к нему электронику для управления, но в самом простейшем варианте - только регулятор мощности двигателя, без всякой рекуперации энергии при торможении, без встроенного зарядного устройства и даже без 12В на клаксоны - они были просто сняты.
Задача такого блока электроники состоит в том, чтобы передать на двигатель требуемую мощность, пропорциональную положению "ручки газа". Кроме того, чтобы ток не мог превысить предельных значений при трогании с места на "полном газе", при достижении током этого предельного значения мощность ограничивается и дальнейший рост тока не происходит. По мере разгона ток падает, а ограничение с мощности снимается - она становится такой, какая задана "ручкой газа".
Также, в задачи блока входит слежение за степенью разряженности аккумуляторов и предотвращение их глубокого разряда (падение напряжения менее 9В на аккумулятор (менее 72В на всех). Т. е., при падении напряжения на всех аккумуляторах до 72В электродвигатель будет выключен - дальше придется ехать на педалях.
Регулятор двигателя выполнен в виде импульсного понижающего преобразователя, работающего на частоте преобразования 32.5кГц. Вот его схема (нажмите для увеличения):
Управляющий сигнал "генерируется" "ручкой газа", выполненной в виде обычного переменного резистора около правой рукоятки руля:
Этот сигнал поступает на вход АЦП микроконтроллера ATtiny26 фирмы Atmel . На другой вход АЦП данного микроконтроллера поступает напряжение с токового шунта (измерительного резистора), выполненного в виде печатного проводника на плате, через который проходит полный ток тягового электродвигателя (чуть левее центра платы на фото ниже):
Изменение мощности двигателя достигается изменением коэффициента заполнения ШИМ-сигнала (Широтно-Импульсного Модулированного сигнала), поступающего на затворы силовых полевых транзисторов IRFB33N15D через микросхему-драйвер IR2127S . Производителем этих силовых транзисторов и микросхем-драйверов к ним является фирма International Rectifier . Всего силовых транзисторов IRFB33N15Dтри штуки, включены они параллельно - для уменьшения падения напряжения на них и повышения КПД преобразователя.
Работает все это следующим образом. В тот момент, когда от микроконтроллера через драйвер IR2127S на затворы транзисторов IRFB33N15D поступает управляющий импульс, они открываются, и электродвигатель подключается к аккумуляторной батарее. Однако, поскольку сам двигатель обладает индуктивным сопротивлением, ток через него не может скачкообразно повысится до запредельных значений - он начинает "медленно" расти. Через некоторое время управляющий импульс от микроконтроллера исчезает и транзисторы закрываются. Однако, благодаря ЭДС самоиндукции, ток через двигатель при этом не прекращается скачкообразно - он находит себе путь через три параллельно включенных диода 10CTQ150 той же фирмы International Rectifier и "медленно" уменьшается. Поскольку управляющие импульсы от микроконтроллера идут достаточно часто (с частотой 32500 раз в сек), ток через мотор за время импульса или паузы между импульсами не успевает сколь-нибудь значительно измениться, и поддерживается на уровне некоторого среднего значения. Чем шире импульсы и уже паузы между ними - тем больший средний ток идет через двигатель, тем сильнее велосипед "рвется в путь". В свою очередь, ширина импульсов поддерживается программой микроконтроллера пропорциональной положению "ручки газа", но при этом программа также следит за тем, чтобы ток через двигатель (напряжение на токовом шунте) не превысил предельного значения (7А).
Питание микроконтроллера осуществляется от напряжения 5В, производимого из напряжения аккумуляторной батареи "зарядкой" от мобильного телефона Sony Ericsson K750i. В результате эксперимента выяснилось, что данная "зарядка" может работать в очень широком диапазоне входных напряжений - не только от сети 220В, но и начиная уже от 12В(!) постоянного тока и выше. В нашей же системе напряжение на аккумуляторах варьируется в диапазоне 70...120В, что вполне подходит для этой "зарядки".
Однако, в нашей схеме есть еще драйвер IR2127S, которому необходимо питание 12...16В. Это питание производится из напряжения 5В путем его утроения участком схемы в левом нижнем углу (см. схему). На затворы транзисторов IRLMS... подаются импульсы от микроконтроллера с частотой также 32.5кГц, но с постоянным заполнением 50% (меандр), которые вызывают переключения этих транзисторов и перезарядку конденсаторов правее.
Сам драйвер IR2127S состоит из двух частей - низковольтной (левые по схеме выводы) и высоковольтной (правые по схеме выводы). Высоковольтная часть нуждается в отдельном источнике питания, не связанном с источником питания низковольтной части. Такой источник питания выполнен в виде готового модульного DC-DC преобразователя с гальванической развязкой P6AU-1215ELF .
Кроме того, драйвер IR2127S несет в себе также защитные функции - он следит за мгновенным током через силовые транзисторы IRFB33N15D, и в случае его повышения до аварийных значений (гораздо больше, чем 7А) (например, при коротком замыкании в двигателе) немедленно отключит силовые транзисторы, предотвращая повреждение схемы.
Еще на один вход АЦП микроконтроллера подается напряжение с аккумуляторной батареи. В программе микроконтроллера предусмотрены пять порогов напряжения на батарее, начиная от "батарея полностью заряжена" и заканчивая "батарея совсем разряжена". Эти состояния индицируются с помощью двух светодиодов красного и зеленого цвета. Когда напряжение на аккумуляторах уменьшается до 72В (9В на аккумулятор), микроконтроллер переходит к состоянию "батарея совсем разряжена", и управляющий сигнал на затворы силовых транзисторов больше не подается - мощность на двигатель не передается - дальше придется ехать на педалях.
Конструктивно электронный блок смонтирован на двух печатных платах - силовой и слаботочной:
Платы размещены в полугерметичном пластмассовом корпусе, силовые транзисторы и диоды выведены на радиатор снизу корпуса. При последующих "домашних" испытаниях, а затем и при длительных поездках на полном "газе", сколь-нибудь заметный нагрев этого радиатора (на ощупь) отмечен не был - возможно, что можно было обойтись и без него.
Посмотреть о том, как пользоваться полученным электровелосипедом, можно на видеоролике ниже:
Как раз в дни написания этой статьи, мне посчастливилось найти еще одну стиральную машинку, на этот раз " ElectroLux ". При ее разборке выяснилось, что мотор в ней рассчитан на большую мощность, чем использован на электровелосипеде, а значит имеет меньшее внутреннее сопротивление - меньшие потери. А значит такой мотор позволит ехать либо быстрее, либо дальше. В результате, мотор на электровелосипеде был заменен на вновь найденный. Поскольку у "нового" двигателя вал был длиннее, пришлось установить его со смещением с небольшой доработкой системы крепления:
Уже с этим "новым" мотором были произведены испытания на дальность поездки и на максимальную скорость.
Испытания на дальность поездки на одной зарядке аккумуляторов проводились в два этапа.
1. Почти равномерное движение на небольшой скорости. Условия: дорога по большей части - грунтовая, местами асфальт, движение происходило по кольцу (по кругу). Длина круга - примерно 2км. Дорога в целом почти горизонтальная, однако местами были небольшие спуски и подъемы. При движении производилось вращение педалей без приложения особых усилий. Соотношение передач (имеется ввиду положение цепи на звездочках) - максимальное - 3 на передней звездочке и 7 на задней. На участках подъема усилие на педали прикладывалось более ощутимое - в помощь двигателю. Положение "ручки газа" - примерно по середине, и за время испытания не менялось (было постоянным). Средняя скорость движения - примерно 17км/ч. Вес наездника с учетом одежды (мой вес) - около 100кг. В этих условиях одной зарядки аккумуляторов хватило примерно на 25км .
2. Движение на повышенных скоростях в реальной обстановке. Условия: дорога по большей части - асфальтированная, но асфальт имеет многочисленные трещины и разломы, местами дорога грунтовая. Имеются достаточно частые небольшие спуски и подъемы. При движении производилось вращение педалей с приложением средних усилий. Соотношение передач - максимальное - 3 на передней звездочке и 7 на задней. Положение "ручки газа" - изменялось от примерно среднего до максимального, в зависимости от ситуации на дороге, производились многочисленные ускорения на "полном газе", а также продолжительные движения на "полном газе". Средняя скорость движения - примерно 25...30км/ч. Вес наездника с учетом одежды (мой вес) - около 100кг. В этих условиях одной зарядки аккумуляторов хватило примерно на 17км .
Испытания на максимальную скорость проводились при следующих условиях: скорость измерялась с помощью GPS-навигатора. Дорога асфальтированная, ровная, горизонтальная. Аккумуляторы "свежие", вращение педалей не производилось, "ручка газа" в положении "полный газ", вес наездника с учетом одежды (мой вес) - около 100кг . В этих условиях скорость установившегося движения составила 30км/ч . При продолжительном движении в горку с небольшим уклоном, при равных прочих, скорость падает до 25км/ч.
Здесь следует отметить, что применяемый электродвигатель - коллекторный, и соединен по схеме с последовательным возбуждением. При такой схеме максимальный крутящий момент двигатель развивает в тот момент, когда он остановлен (т. е. на старте). По мере разгона крутящий момент быстро снижается, а при дальнейшем увеличении скорости стремиться к нулю. Однако, какого-либо сопротивления движению такой двигатель не оказывает, сколь бы не была велика скорость его вращения (конечно, не принимая во внимание трение в подшипниках и на щетках коллектора) (в отличие от трехфазных моторов с электронным контроллером - что стоят в заводских мотор-колесах для электровелосипедов - у них есть некоторая предельная скорость вращения, при которой они переходят в генераторный режим и препятствуют дальнейшему наращиванию скорости). Поэтому, в нашем случае, при дополнительном вращении педалей удается достичь значительно бОльших скоростей, чем только на электротяге. Так, при тех же условиях, что и в испытаниях на максимальную скорость, но с приложением максимальных усилий на педали, с цепным механизмом, установленным на максимальную передачу 3/7 - удалось достичь скорости 42км/ч.
Спасибо за то, что посетили эту страницу!
Популярность такого компактного, легкого и безопасного вида транспорта, как складной электровелосипед, растет из года в год. Как сделать такую конструкцию своими руками, чтобы сэкономить на покупке?
Преимущества
Знатоки утверждают, что для изготовления модной и прочной конструкции достаточно немного смекалки, купить соответствующие детали - и верный электрический конь готов. Он обладает массой преимуществ:
- на таком транспорте можно прекрасно передвигаться по городу, полному пробок;
- на него не требуются водительские права;
- не нужно горючее, только подзарядка для электроконтроллера;
- он способствует поддержанию спортивной формы благодаря используемой мускульной силе;
- сделанный своими руками самодельный электровелосипед помогает быть независимым от магазинов и рыночных цен.
Средний агрегат достигает скорости до 42 километров в час, а на крейсерской скорости идет под 26 километров в час.
Вес всего устройства составит до 35 килограмм. Чтобы выполнить качественную и надежную модель из доступных материалов, стоит воспользоваться рекомендациями опытных мастеров.
Делаем колесный транспорт самостоятельно
С чего начинается сборка всей модели? Для начала стоит определиться с тем, как должен выглядеть результат и каких целей мы хотим достичь с помощью этого транспорта. Можно купить специальный набор для электровелосипеда - он значительно упрощает всю работу по сборке. Но самое главное, что необходимо - это собственно сам агрегат с утолщенной рамой, на который можно поставить электродвижок.
Найти необходимые детали и комплектующие можно на распродажах, в магазинах для изобретателей, на рынках с техническими товарами. Электровелосипед своими руками за 30 минут собрать вполне по силам продвинутому школьнику.
Основные компоненты
Обычно требуется движок на 48 вольт, крепкий велосипед, который его выдержит, немного инструментов и креплений. А также терпение и находчивость, готовность к техническим испытаниям.
Дополнительно потребуются:
- специальный контроллер с программируемым управлением;
- кислотные батарейки для системы питания;
- дисковый тормоз (2 шт.) роторного типа, механический;
- мопедная цепь;
- «звездочка» на 13 и на 66 зубьев;
- переключатели;
- предохранители;
- крепления для мотора из нержавейки.
Некоторые умельцы предпочитают собрать складной велосипед, который за секунды может превратиться из обычного в грузовой или поместиться в багажнике. Разборный вариант удобен по множеству причин - уменьшенный размер колес, легкость перевозки в лифте.
Суть модификации состоит в разрезании рамы, к которой в двух местах привариваются соединяющие узлы. Они фиксируются специальными болтами, винтами и Процедура сборки и разборки агрегата в быту занимает менее 1-2 минут.
Выбор двигателя
Самодельный электровелосипед требует установления соответствующей технической надстройки, которая будет облегчать мускульные усилия. Основным элементом всей конструкции является двигатель. Его выбирают в соответствии с нужным напряжением и силой тока. При этом получаемая мощность должна быть в районе 400 ватт, тогда можно будет достигнуть скорости до 30 километров в час при наличии редуктора. Дальность поездки также может достигать 30 километров, в зависимости от мощности аккумулятора.
Перед выбором модели важно учитывать баланс между напряжением и емкостью аккумулятора и напряжением и емкостью движка. Например, при выборе двигателя на 500 ватт и 12 вольт нужен аккумулятор емкостью на 40 ампер в час. Допустимая емкость рассчитывается по закону Ома. При нормальном уровне разряда аккумулятор прослужит дольше и надежнее. Для экономии энергии лучше разгоняться мускульной силой, стоя на педалях - это позволит сберечь энергию на уровне коэффициента 1,2. Лучше потратить заряд на более сложные участки во время передвижения: на холмы и горки, грунтовую дорогу.
Настройка резистора
Электровелосипед трехколесный взрослый или двухколесный одинаково требует наличия ручек газа. Переменный вариант резистора помогает руководить сменой скоростей и количеством оборотов двигателя. Рассчитав мощность переменного тока, берут соответствующий прибор с нужным напряжением. На ручке тормоза устанавливают контакты для размыкания - их положение всегда замкнутое, пропускает по цепи электричество. Нажатие на контакты дает размыкание и замыкание цепи - двигатель останавливает или ускоряет работу.
Обычно стандартный набор для электровелосипеда содержит необходимые детали для сборки. Задача мастера - сделать так, чтобы двигатель останавливался при давлении на ручку тормоза. Для этого берут два алюминиевых кусочка. Один устанавливают на подвижные части тормозов, второй - на неподвижные. Подсоединение этого сочетания в разрыв цепи двигателя, который крепится на кронштейны путем сварки, дает функциональный электрический тормоз.
Разработка схемы
Чтобы собрать электровелосипед своими руками за 30 минут, необходимо минимум умений, но обязательно знание некоторых законов физики.
Например, закон Ома, сопротивление материалов или электропроводимость разных веществ. Составив простую схему в соответствии с классическими техническими требованиями, можно наглядно увидеть пробелы в конструкции, причины возможных неполадок или возможности для дальнейшей модификации.
Схема электровелосипеда включает в себя следующие элементы:
- корпус велосипеда;
- источник тока;
- двигатель;
- переменный резистор для введения в разрыв цепи;
- батарею.
Разные схемы позволяют усовершенствовать изобретение и разогнать транспорт до более высоких скоростей при одном и том же аккумуляторе.
Выбираем контроллер
Главное отличие классического средства передвижения от электризованного - наличие специального регулирующего устройства. Это контроллер для электровелосипеда, который представляет собой коробку, манипулирующую тягой всего агрегата. Если в стране есть ограничение на скорость передвижения на велосипеде, этот прибор поможет установить лимит во время езды. Чаще всего это 25 километров в час.
Конструкция такого датчика не имеет в составе электрощеток.
Но есть процессор, отслеживающий положение магнитов колесного обода. Контроллер позволяет оптимальным образом распределить нагрузку на колеса, сократить выделение тепла, а двигателю - нормализовать усилия по передвижению без рывков.
Выработанные алгоритмы движения помогают двигаться равномерно и с одинаковой скоростью.
Правила эксплуатации
Сегодня можно своими глазами увидеть достаточно транспортных средств, собранных умельцами. На них выполняют горные восхождения, опасные трюки, покоряют ущелья. Но можно просто получать удовольствие от хорошей надежной машины, которая получила второе дыхание благодаря двигателю.
Важно соблюдать технологию изготовления электровелосипеда своими руками за 30 минут, но не менее внимательно нужно отнестись к рекомендациям по правильному использованию этого средства передвижения.
Нельзя постоянно перенапрягать АКБ превышением установленной скорости в движке. Также велосипед не стоит ставить на солнце - аккумулятор может перегреться и потерять емкость на 80% от исходного объема. Особенно опасны температуры около 40-45 градусов в жарких странах.
Электровелосипед своими руками за 30 минут собрать можно достаточно качественно. Он прослужит многие годы, если соблюдать меры безопасности и грамотно выполнять все рекомендации.
Итак, мы выяснили, как сделать самодельный складной электровелосипед. Как видите, в этом нет ничего сложного.
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.
Заметили ошибку? Выделите ее и нажмите Ctrl+Enter , чтобы сообщить нам.
