Previous Entry Поделиться Next Entry
Байки про элвел, часть первая: Вводная
anpaza wrote in ru_elbike

Расскажу немного об обыкновенных электрических велосипедах. Заранее прошу прощения за несколько технический язык, но, надеюсь, это поможет лучше понять как это работает, как это можно использовать и в какую сторону это можно улучшать. В следующем своём посте обещаю, в качестве компенсации, рассказать о своём элвеле и прочем житии-бытии простым бытовым языком. 

До сих пор уважаемый maxifed хорошо описал "обычный китайский электрический велосипед", но по нашим меркам это нечто ближе к скутеру, хотя и с педалями.

Однако, помимо такого варианта существует ещё возможность электрифицировать обыкновенный велосипед - горный, спортивный, дамский - любой. Несколько лет назад это делалось любителями с помощью запчастей от этих самых скутеров - берётся мотор-колесо от скутера, ручка газа от скутера, тормоза от скутера и всё это дело прилаживается на обычный велосипед :-) Так делал и я примерно год назад, но помучиться с несовместимыми деталями пришлось изрядно. Вот он, среднестатистический элвел (мой :-):

Потом китайцы сообразили, что здесь тоже имеется определённая рыночная ниша, и начали продавать наборы для превращения обыкновенного велосипеда в электрический, которым может воспользоваться практически любой велосипедист, даже не имея особых навыков. Плюс в том, что Вам не придётся отдельно искать спицы нужной длины и диаметра, искать трещётку с резьбой с правильным шагом, прикидывать как приладить дисковые тормоза к мотор-колесу, который для этого не предназначен... в общем - всё придумано, всё уже продумано!

Продаются они, например, как на eBay, так и в других местах. В состав набора, как правило, входит: уже заспицованное в прочный двойной обод (продаются разные диаметры - 26", 24" итп) мотор-колесо (мышца элвела), контроллер (мозг элвела!), ручка газа (и симметричная обычная ручка на левую сторону), два электрифицированных тормоза (в тормоз вмонтирован микропереключатель, чтобы контроллер прерывал электричество на мотор в момент торможения). Аккумулятор в комплект не входит, это отдельный вопрос и отдельная статья расходов.

Стоит такой комплект в диапазоне начиная от ~100 долларов плюс ещё стольник на пересылку почтой. Комплекты бывают на 24, 36 и 48 вольт на разные мощности - 200, 250, 350, 500, 1000 ватт и более. В чём разница?

Мощность - это произведение тока на напряжение. Следовательно, если мы хотим запитать мотор на 1000 ватт от аккумулятора напряжением в 24 вольта, нам понадобится электрическая система, способная подавать ток силою 1000/24=41 ампер. Для того, чтобы пропускать такой ток без потерь на нагревание провода нам понадобится провод сечением около 6 квадратных миллиметров! Это просто-таки толстенный провод.

Чтобы обойтись проводами потоньше, надо использовать аккумуляторы напряжением повыше. Например, если взять аккумулятор на 48 вольт, то мощность в 1000 ватт мы получим уже при токе в 1000/48 ~= 21 ампер. Для такого тока нам уже будет достаточно провода в 2-3 кв. мм, это уже обычные толстые сетевые шнуры.

Что зависит от мощности мотора? Нет, максимальная скорость элвела от неё не зависит. Но зависит скорость разгона. Также скорость разгона зависит от общего веса элвела и седока.

Приведу эмпирические данные на моём примере: я купил двигатель на 250 ватт. Мой вес - под 130 килограммов, велосипед - 20 килограммов (стальной, тяжёлый - сейчас таких уже не делают, современные аллюминиевые весят 10-15кг). Вес аккумулятора (три последовательно соединённых свинцовых аккумулятора на 12 вольт/7 ампер-час) 9кг, Вес мотор-колеса 6кг. Итого: 165 кг. Так вот, при свежезаряженных аккумуляторах до 30 км/ч (крейсерская скорость) эта система разгонялась примерно секунд 40. То есть достаточно медленно и плавно.

После апгрейда (на фотке выше) я поставил литиевый аккумулятор на 20 ампер-час, 36 вольт (при тех же 9кг) и слегка модифицировал контроллер, теперь он считает что мотор у меня на ~450 ватт (и даёт соответствующие токи). Теперь разгон 165 килограмм до 30км/ч у меня составляет примерно 20 секунд.

От чего зависит максимальная скорость? Все двигатели изначально расчитаны на максимальную скорость примерно в 25-30 км/ч. Насколько я понял, в Штатах и Европах это законодательное ограничение для элвелов. Поэтому, какой бы мощности и на какое бы напряжение Вы не купили бы элвел либо набор, его максимальная скорость будет 30км/ч (при диаметре колеса 26 дюймов).

Надо понять, что это ограничение происходит от самого принципа работы электродвигателя, и не является каким-то "искусственным ограничением" в контроллере, например. Все знают, что электродвигатель во время вращения начинает сам вырабатывать электричество - он превращается в генератор. Чем выше скорость вращения, тем большее напряжение выдаёт этот генератор. Во время движения элвела происходит ровно то же самое - возникает электродвижущая сила (ЭДС). Но только при этом от аккумулятора в мотор через контроллер поступает электричество, которое и заставляет мотор вращаться. Так вот, возникающая ЭДС по направлению противоположна току от аккумуляторов. Пока колесо крутится медленно, эта противо-ЭДС не препятствует вращению мотора, но чем выше скорость, тем выше противо-ЭДС и в какой-то момент (на определённой скорости) эти две силы уравнивают друг друга. Это называется скоростью холостого хода (ХХ) и это максимальная скорость вращения данного электродвигателя.

То, что мотор при движении работает как генератор используется для так называемой рекуперации. Если Вы уже набрали ход, но внезапно надо затормозить, обычно Вы давите на тормоза и вся накопленная тяжки трудом кинетическая энергия уходит в нагревание тормозных колодок и обода колеса. Однако, если при нажатии на тормоза переключить двигатель в режим генерации, то полученную энергию можно обратно закачать в аккумулятор! Это очень полезная функция в режиме городского движения, где часто приходится притормаживать. При этом, когда двигатель работает генератором, он ещё и работает как тормоз - магнитное поле начинает сопротивляться движению велосипеда. По отзывам (у меня, к сожалению, контроллер без рекуперации) это даёт эффект сильного, но мягкого торможения.

Если режима рекуперации нет, то в режиме торможения мотор просто отключается от питания, в этом режиме он не оказывает особого тормозящего действия. Но всё же, магнитная сила настолько велика, что даже в полностью отключенном состоянии мотор-колесо оказывает некоторое сопротивление движению - например, чисто на педалях довольно проблематично разогнаться быстрее 15км/ч - выше двигатель начинает уже оказывать ощутимое сопротивление движению.

Так вот, двигатели расчитывают ровно так, чтобы скорость холостого хода при диаметре обода 26" составляла примерно 30 км/ч. То есть, суть расчётов в том, чтобы двигатель при вращении вырабатывал напряжение аккумулятора при скорости примерно 240 оборотов в минуту. А напряжение аккумулятора-то бывает разное! Поэтому, если мы возьмём двигатель, расчитанный на 24 вольта и запитаем его от батареи в 36 вольт через контроллер на 36 вольт (обязательно контроллер должен быть расчитан на напряжение аккумулятора! иначе сгорит), то скорость ХХ будет в полтора раза выше! То есть 45 км/ч вместо 30. Но это вариант скорее для смертников :-)

Обычная скорость прогулочного движения для велосипедиста - 15-25км/ч. На элвеле крейсерская скорость - 28-29км/ч (максималка - около 32х). Спортсмены выдают среднюю скорость движения 35км/ч и выше, но это реальный экстрим - я одного такого на дороге встречал. Так что подумайте - а надо ли вам 45км/ч? Если на такой скорости наскочите на камень - запросто можно навернуться, а на такой скорости это гарантированные как минимум травмы.

Покажу, как выглядят описанные детали в натуре. Вот, например, мотор-колесо:

Такое мотор-колесо предназначено для монтирования в переднюю вилку и имеет ширину корпуса около 100мм (стандартная ширина передней вилки). Также существуют мотор-колёса на заднюю вилку, они шире (135мм) и имеют на корпусе резьбу для трещётки. Иногда с обратной стороны они также имеют резьбу - для дискового тормоза.

Мотор-колёса тоже бывают разные. "Обычные китайские" мотор-колёса представляют собой ротор (корпус мотора с отверстиями для спиц) и статор (ось, внутри мотора переходящая в статические якоря, на которых намотан провод). Ось намертво закрепляется в вилке велосипеда, а ротор вращается вокруг нею, передавая вращательный момент на колесо через спицы. Чтобы было понятнее, посмотрите это видео, там показывают как разбирают М-К.

Другая разновидность (тоже "китайские") с виду выглядит так же, но внутри имеет планетарный редуктор. Ротор в таких моторах снаружи не виден; движение на колесо через внешний корпус передаётся с внутреннего корпуса через понижающий редуктор. Такие двигатели имеют мЕньший размер, потому что сам электромотор можно сделать на бОльшую частоту оборотов, а большой момент на низких оборотах получать за счёт редуктора. Минус таких мотор-колёс (сокращённо пишут М-К) - повышенная шумность, износ планетарного редуктора. Если я объяснил невнятно, посмотрите это видео, там наглядно показывают как работает М-К с планетарным редуктором.

Ещё один подвид М-К с планетарным редуктором - М-К с планетарным редуктором и обгонной муфтой. Такие муфты позволяют мотору тянуть колесо при вращении в одну сторону, и отключать механическую передачу при движении накатом. Это позволяет избежать неудобств, связанных с невозможностью использования элвела в режиме чисто педального движения. Если электродвигатель не тянет - он попросту отключается от колеса и не оказывает сопротивления движению.

Также существуют вариант с использования навесного обыкновенного электродвигателя. Слева набор для преобразования велосипеда в элвел от тайваньской компании Cyclone. Здесь электродвигатель с зубчатым колесом на валу, шатуны для замены штатных педалей, большая звёздочка с трещёткой на замену штатной, ну и всякое дополнительное барахло. Такой двигатель крепится на раму сбоку от большой звезды, и посредством отдельной цепной передачи передаёт крутящий момент на большую звезду, то есть, по сути как бы "помогает" Вам крутить педали.

Но лично по моему мнению, это скорее экзотика, хотя, как утверждается, эти двигатели имеют запредельный КПД - больше 95%! (обычный М-К имеет КПД около 80%). Не знаю, не пробовал.

А вот последний писк моды - мотор-колесо MagicPie со встроенным контроллером от китайской компании Golden Motors. К нему подключается аккумулятор, ручка газа и тормоза, и превед! Удобно, наверное - но пока не слышал отзывов от владельцев :-)

С другой стороны - уже не похимичишь с контроллером, да и заменить его уже нереально. Оверклокинг (использование 36В мотора на 48В, например) исключается. В общем, скучное готовое решение. Но удобно, чёрт возьми! :-)

Про аккумуляторы я, наверное, напишу в следующий раз - слишком широкая тема. Надеюсь, данный пост кому-то будет полезным. Если чего-то забыл сказать - спрашивайте, ответим!

 


Оглавление:

Метки:

  • 1
Спасибо, все внятно и понятно.

А если по мотору на колесо - полноприводный?

Ничего хорошего. В принципе, некоторые так ставят и после этого от них слышны довольно хорошие отзывы. Вот только я думаю, что если бы они просто увеличили мощность своего единственного двигателя вдвое, восторга было бы не меньше.

Минусы двух моторов:

- Существенно бОльший вес (два мотора весят больше, чем мотор эквивалентной мощности, плюс два контроллера вместо одного)
- Вдвое меньшая надёжность двигателя (чем меньше механики, тем лучше)
- Сложность с залезанием на хотя бы низкие бордюры (за руль вверх уже особо не подёргаешь) - этот недостаток также свойственен вариантам с мотором в передней вилке.
- Вдвое бОльшее сопротивление движению при педалировании с отключенными моторами (если лектричество кончится - педали будет весьма сложно).

Плюсов, если честно, я не вижу.

меня очень волнует, как выдерживает рама такие нагрузки. Ведь подвески нет, ничего смягчающего. Получается, что вся масса на каждом ухабе превращается в вес и нехило напрягает раму...
Вы усиливали её чем-то, подваривали какие-то косынки укрепляющие или типа того?

Рама у меня очень крепкая, из толстой стали :-) Я велосипед купил ещё в далёком 97м году, когда ещё не было моды на лёгкие (и ломкие) люминиевые рамы.

Насчёт напряжения рамы - хочу купить амортизатор на подседельный штырь, с параллелограмным креплением, типа такого:



Надеюсь, раме (и кришне тоже :) полегчает :) А пока приходится пружинить ногами на ухабах, в особо тяжёлых случаях - привставать.

само сиденье даже на глаз выглядит пыточным приспособлением, а на большой скорости, наверное, вообще - проктолог, который всегда с тобой...
Вам приходилось усаживать покататься сторонних пользователей? Как их отзывы в отношении жёсткости?

Да сиденье по барабану, это же просто фотка из интернетов :) Я её привёл из-за подседельного штыря с амортизатором, на него можно прикрутить любое сиденье.

Сторонние пользователи (коллеги на работе) в восторге :) но катались они не очень долго, это да. Но и я, после 26 километров ежедневно не чувствую особого дискомфорта :) После пятидесяти, возможно, что-то и будет... поэтому сиденье под новый штырь я буду подыскивать поудобнее нынешнего.

Планирую собрать электровеник, но не на базе перечисленных наборов. нужно сделать такие же шатуны как в циклоне. нигде не видел более подробных картинок?

Приходите к нам на форум :)
http://electrotransport.ru/ussr/index.php/topic,3620.0.html

Всё объяснят и покажут, если ещё нет нужной информации.

  • 1
?

Log in

No account? Create an account