Что такое мотор колесо для велосипеда
В этой теме мы поговорим о том, какие бывают мотор-колёса для велосипеда. Устройство это безусловно заслуживает повышенного внимания, потому как обладает целым рядом преимуществ. Так, ему не требуются дополнительные детали передающие крутящий момент: шестерёнки, цепи и т. п. Как итог, в этой системе трение и механические потери сведены до минимума, что доводит КПД подобных девайсов до 95%. В зависимости от специфики конструкции и иных критериев, можно отдать предпочтение различным разновидностям мотор-колёс.
Содержание:
- Классификация мотор-колёс по конструкции
- Классификация мотор-колёс по месту установки
- Скоростные и тяговые мотор-колёса
- Параметры мотор-колеса
- Самые популярные производители мотор-колёс
Классификация мотор-колёс по конструкции
Редукторные
Такие приспособления имеют в своём распоряжении шестерни, расположенные непосредственно в корпусе устройства. Характерной особенностью подобной разновидности является малый вес (2-2,5 кг), а также скромные размеры. Планетарный редуктор даёт легковесному электродвигателю высокое значение тяги, что влечёт за собой возможность достойно соперничать с более мощными безредукторными движками. Редукторные мотор-колёса по КПД переигрывают прямоприводные изделия, а вот по износоустойчивости уступают им. Из-за наличия обгонной муфты, редукторные вариации предлагают весьма низкий коэффициент трения и кроме того, наблюдается экономный расход электроэнергии.
Электробайки оснащённые редукторными мотор-колёсами могут предложить ограниченную до 30-40 км/ч максималку, это что касается стандартных комплектов. Тут всё дело в том, что при езде на высоких скоростных режимах, будет срываться смазывающий материал с шестерен планетарного редуктора. Как следствие, повышенный износ и сокращение ресурса агрегата. Так что, если вам не требуются сверхскорости электрического байка и не нужна избыточная масса велосипеда, данная разновидность мотор-колеса является оптимальным вариантом.
Каким разновидностям электровелосипедов больше всего подходит редукторное мотор-колесо? Чаще всего его устанавливают на серийные городские, прогулочные, а также спортивные электровелосипеды. Мотор-колесо на 500 W, может разогнать электровело до 40 км/ч.
Безредукторные (бесщёточные)
Это прямоприводные движки, отличающиеся великолепной надёжностью и долговечностью, простотой конструкции, нулевым люфтом, тихоходностью и повышенной жёсткостью при нагрузках. Вдобавок, данные модификации могут функционировать как генератор, при замедлении. Они вырабатывают рекуперативную энергию, которая рассеивается в приводе и снова поступает к аккумуляторной батарее. Однако в этом случае имеет место и немаловажный нюанс: для задействования функции рекуперативного торможения, требуется чтобы контроллер предоставлял возможность выполнения такой функции электромотором. Редукторные модификации, в роли генератора к сожалению выступать не могут.
Но в то же время, девайсы имеют не малую массу и габариты. Так, масса прямоприводных мотор-колёс в сравнении с редукторными, может быть в два раза большей при одной и той же мощности. Куда ставят безредукторные вариации? Чаще всего они находят своё место на электровеликах повышенной грузоподъёмности, скоростных модификациях, а также скутерах.
Мотор-колесо – бесщеточный синхронный электромотор постоянного тока, интегрированный в ступицу колеса. Электрические моторы данного типа не используют вспомогательных механизмов для передачи мощности от электродвигателя к колесу и лишены компонентов, подверженных трению, кроме подшипников в редукторных моделях. Электромотор, передаточный механизм и колесо объединены в общий узел, что придает ему высокую эксплуатационную надежность.
Типы мотор-колес
Ступичные электродвигатели предназначаются для монтажа в переднюю или заднюю вилку велосипеда (с различными размерами дропаута оси), бывают разной мощности, с выполненной заспицовкой в обод или без нее. В зависимости от внутреннего устройства они бывают:
- Редукторные – с интегрированным планетарным редуктором. Такие модели компактны и легковесны, не создают сопротивление при езде с отключенным мотором, имеют отличные тяговые качества и обеспечивают уверенное преодоление подъемов. Но они производятся небольшой мощности – 250–500 Вт, поэтому высокие скорости развить не позволяют.
- Прямого привода – безредукторные. Производятся мощностью от 500 В до нескольких киловатт и позволяют получить скорость вплоть до 100 км/ч и более. Но прямоприводные моторы уступают редукторным моделям по тяговым характеристикам, а в отключенном состоянии оказывают сопротивление при накате. Для комфортных поездок по холмистой местности мощность МК прямого привода должна составлять не менее 1500 Вт.
Различия в устройстве мотор-колес
При наличии планетарного редуктора возрастает крутящий момент мотор-колеса, но ограничиваются его скоростные возможности. При использовании редукторного МК вы сможете легко преодолевать подъемы, но при езде на прямолинейных участках скорость будет умеренной – в среднем до 30–35 км/ч.
У прямоприводных моделей все наоборот – доступны более высокие скорости, но крутящий момент ниже, т.е. тяговые характеристики у редукторного МК на 350 Вт и прямоприводного МК на 1500 Вт примерно одинаковы. По надежности редукторные модели немного уступают прямоприводным, т.к. в конструкции редуктора есть планетарная передача с 3 шестернями из пластика. Их примерный ресурс – 6000–9000 км пробега. Зато редукторные модели обеспечивают лучший накат и позволяют легче крутить педали при отключенном моторе.
Прямоприводные модели имеют предельно простую и надежную конструкцию без шестеренок, более высокий КПД и способность к рекуперации энергии. Внутри такого устройства находятся статор и ротор – жестко зафиксированная ось колеса с обмотками и втулка с мощными постоянными магнитами. Это традиционная схема 3-фазного двигателя переменного тока.
Как работает мотор-колесо?
Независимо от того, как устроено электроколесо – с редуктором или без него, принцип его работы одинаков. В статоре в виде многолучевой звезды из электротехнической стали появляется магнитное поле. При взаимодействии с постоянными магнитами оно инициирует вращение ротора. На лучах статора есть обмотки, и когда по ним идет ток, лучи превращаются в электромагниты. Они притягивают постоянные магниты на роторе и инициируют вращение ротора.
Для получения нужной мощности и равномерного вращения колеса статор имеет несколько десятков обмоток. Но в результате они соединяются в 3 и чередуются по окружности: 1-2-3-1-2-3… На противоположной стороне на роторе есть магниты из редкоземельных материалов. Когда на обмотки поступают импульсы напряжения, происходит активизация их магнитных качеств, взаимодействие с магнитами и вращение ротора.
Импульсы поступают на обмотки поочередно и четко в нужные моменты времени. Определяют эти моменты находящиеся на статоре датчики Холла. Они отслеживают взаимное расположение ротора и статора, откликаются на магнитное поле и отправляют сигналы на контроллер. На основании полученных сведений контроллер своевременно подает на обмотки статора импульсы напряжения. Обмотки превращаются в электромагниты, вступают во взаимодействие с постоянными магнитами ротора и заставляют его вращаться. Наглядно принцип работы бесколлекторного электродвигателя представлен на картинке.
Элементы управления мотор-колесом
Интенсивность вращения ступичного электромотора регулируется рычагом газа. При смене его положения меняется число импульсов напряжения, подаваемых в единицу времени на обмотки. В результате меняется и скорость езды. В ручки тормоза также встроены датчики, которые в свою очередь отключают подачу питания на электрический двигатель при торможении.
В предыдущей статье блога VoltBikes рассказывается о том, какое напряжение лучше выбрать для электровелосипеда.
Электроснабжение узла обеспечивает аккумулятор. Многие велосипедисты уже испытали на практике, что такое мотор-колесо, и насколько оно расширяет возможности использования велосипеда.
Сейчас в продаже представлено множество готовых наборов с электроколесом и дополнительными комплектующими, позволяющими с легкостью преобразовать обычный велосипед в скоростное транспортное средство на электротяге. Хотя идея внедрения электромотора непосредственно в колесо далеко не нова, она только недавно получила полноценную реализацию и неизменно остается оптимальным решением при моторизации мобильного электротранспорта.
Первые изобретатели мотор-колеса
Впервые колесо, оснащенное электромотором, придумал и запатентовал сент-луисский изобретатель Веллингтон Адамс в 1884 году. Воплотить его задумки на практике смог 6 лет спустя бостонский изобретатель Альберт Парселл, создав ступичное мотор-колесо. В том же 1890 году патент на электроколесо с высоким крутящим моментом получил Эдвард Пархуст.
Еще через 5 лет патент на создание велосипеда с электромотором, интегрированным в заднее колесо, был выдан Огдэну Болтону. Он оснастил свой щеточно-коллекторный двигатель постоянного тока 6-ю магнитами, вращающими мотор вокруг оси, и особым механизмом, не допускающим проворачивания двигателя в обратном направлении. Для питания мотора использовался блок 10 В 100 A аккумуляторов. Защитные функции выполняли особые пластины из металла.
В 1897 году электровелосипед с двойным двигателем в ступице педального колеса и 2-мя АКБ изобрел Хосе В. Либбей. Его разработка смогла развить существенную скорость, а используемый принцип работы мотора (чередование магнитных полюсов) в дальнейшем нашел применение при производстве прямоприводных мотор-колес. Также этот изобретатель впервые реализовал механизм работы контроллера: при езде по прямой работал один аккумулятор, а во время подъемов – оба.
Современные изобретатели электроколес
По-настоящему востребованными мотор-колеса стали с развитием аккумуляторных технологий, когда появилась возможность использования более легких аккумуляторов с высокими показателями емкости. Ступичные электродвигатели начали успешно использоваться в велосипедах и скутерах. В 1990 году были изобретены датчики определения и регистрации крутящего момента, появились АКБ усовершенствованного химического состава. Все это обеспечило стремительный рост популярности электровелосипедов.
Говоря о том, как называется колесо с мотором, можно перечислять разные названия, в т.ч. разработки Шкондина, Дуюнова и других изобретателей. Особого внимания заслуживает разработка Василия Шкондина. Он предложил оригинальную модель электродвигателя для монтажа во внутреннюю часть подвижного колеса. Эта конструкция, созданная еще в начале 90-х, считается одновременно одной из самых известных, и недоступных по сей день.
Чем отличаются мотор-колеса?
Электроколеса классифицируются по разным критериям, таким как:
- диаметр обода;
- мощность мотора;
- напряжение – 24, 36, 48 В;
- эффективность;
- масса;
- материалы изготовления;
- развиваемая скорость;
- допустимая нагрузка;
- тип привода – прямой привод или редукторный механизм;
- особенности установки – вместо переднего или заднего колеса;
- уровень влагопылезащищенности;
- шумность;
- особенности конструкции.
От того, как называется электро-колесо и какими особенностями оно обладает, зависят возможности его использования. Современные покупатели имеют возможность выбрать мотор-колесо для любых потребностей – передне- и заднеприводные модели, редукторные и безредукторные, мощностью от 150 до 2000 Вт, компактные или более габаритные.
Подробнее о том, какие бывают мотор-колеса, читайте в нашем предыдущем материале.
Если вы планируете оснастить свой велосипед электроприводом или купить электровелосипед, прежде всего вам нужно выбрать оптимальный привод мотор-колеса. В зависимости от конфигурации, электроколесо можно крепить на переднюю или заднюю ступицу. У каждого варианта привода есть свои достоинства и недостатки, а выбор оптимального варианта зависит от особенностей велосипеда и его предстоящего использования, стиля езды, индивидуальных предпочтений и других факторов.
Поскольку ступичный электродвигатель утяжеляет колесо, при выборе типа привода необходимо определиться, какой вариант предпочтителен для вас в плане комфорта передвижения. Примите во внимание размеры и мощность подходящего электродвигателя, планируемое расположение аккумуляторной батареи и распределение нагрузки. Чтобы уравновесить переднее электроколесо, аккумулятор обычно устанавливают на багажник, а при использовании заднего мотор-колеса АКБ традиционно размещают в треугольнике рамы.
Переднее мотор-колесо для электровелосипеда
Преимуществами передней установки ступичного электродвигателя являются:
- Простота монтажа – колесо спереди снимается, и вместо него устанавливается заспицованный в обод электродвигатель. Регулировщик скоростей и трансмиссия при этом не затрагиваются. Электроколесо крепится шайбами и гайками. Затем фиксируются рычаг газа, тормоза и другие комплектующие, устанавливаются контроллер и АКБ. В завершение, регулируются тормоза, и аккуратно закрепляются проводки.
- Универсальность – передние ступичные двигатели подходят к велосипедам всевозможных модификаций.
- Получение практически полноприводного средства передвижения – с передним электрическим и задним педальным приводом.
- Безупречная балансировка веса – при расположении электромотора впереди и батареи на багажнике. При удачном распределении массы обеспечивается максимальная эффективность торможения. Это особенно ощутимо, когда велосипед с передним мотор-колесом используется для езды по скользкой заснеженной поверхности. Существенный перевес, наоборот, приводит к непредсказуемому поведению транспортного средства.
- Достижение увеличенных значений крутящего момента.
- Возможность визуального контроля работы мотор-колеса и своевременной остановки при выявлении очевидных отклонений в его работе.
Заднее электро-колесо для велосипеда
Преимуществами установки ступичного электромотора сзади выступают:
- Максимально надежное крепление – без дополнительных внешних фиксаторов.
- Возможность установки мощного двигателя без использования дополнительного фиксирующего крепежа.
- Меньшая подверженность электродвигателя воздействию влаги и загрязнений – благодаря частичному прикрытию дисковым тормозом и кассетой звезд.
- Прекрасная динамика разгона, комфорт передвижения по холмистой местности, уверенное преодоление подъемов, эффективное сцепление с поверхностью.
- Высокая проходимость по снежному покрытию и рыхлому грунту.
К недостаткам установки электродвигателя на заднюю ступицу относится более сложный монтаж – дополнительно крепятся тормозные диски, кассета или трещотка со звездами и остальные элементы трансмиссии. Еще один недостаток – при заносе на дороге управлять заднеприводным электровелосипедом сложнее, чем переднеприводным. Обычно тяжелое заднее мотор-колесо для электровелосипеда используется в сочетании с аккумулятором, размещенным в велосумке или водонепроницаемом боксе в треугольнике рамного каркаса. Это позволяет равномерно распределить вес и улучшить управляемость.
О том, как переделать велосипед в электровелосипед и сделать поездки более легкими и комфортными, читайте здесь.
Читайте также: