Самодельные электромоторы для велосипедов. Электровелосипед своими руками - это возможно! Как собрать своими руками электровелосипед

Многим нравятся велосипеды за комфортность и возможность физической нагрузки. Они используются в качестве средства передвижения на территориях городов со сложным движением. Но не все хотят тратить энергию для достижения необходимого места.

Часто скорости обычного устройства не хватает. Тогда рождаются идеи, как создать электровелосипед из подручных средств, чтобы он отвечал требованиям экологической чистоты и был более функциональным. Дело в том, что приобретение заводского варианта не всем по карману.

В чем его достоинства?

В первую очередь его считают мобильным устройством для передвижения, поскольку он сможет пройти в самых узких местах дороги. И ему не страшны пробки различной сложности.

Рассмотрим все достоинства:

• Станет отличной альтернативой для использования общественного транспорта;
• Электровелосипед можно эксплуатировать без необходимости получения прав;
• Ему не нужен бензин, однако, придется часто заряжать контроллер электрического напряжения;
• Поможет поддерживать физическую форму.

Чтобы определиться, что вам необходим этот вид транспорта обратите внимание на фото самодельных электровелосипедов различной конфигурации.

Они могут отличаться конструкционными особенностями и функциональными характеристиками: весом, доступной скоростью, дальностью движения на одной зарядке.

Как создать самостоятельно?

В первую очередь разберемся в том, что нужно для сборки электровелосипеда собственными усилиями. Очень важно найти работоспособный велосипед способный выдержать серьезную нагрузку. Модель легкого класса не подойдет — это должен быть крепкий экземпляр.

Но важнее всего приобрести двигатель с достаточной мощностью. Кроме этого, потребуется такой перечень дополнительных элементов:

• Контроллер на основе возможности программирования;
• Два дисковых тормоза механического типа;
• Аккумуляторы кислотного вида;
• Набор предохранителей и переключателей;
• «Звездочка» на основе 66 и 123 зубчиков;
• Нержавеющие крепежные элементы для надежной установки двигателя.

Но этого не достаточно, поскольку без необходимых инструментов сложно закрепить все детали.

Как собирать?

Осуществляется пошаговая сборка электровелосипеда своими руками. Необходимо выполнить модификацию тормозов и передней вилки, потом переходят к задней. После этого с велосипедом соединяется: двигатель, аккумулятор и резистор — это происходит поочередно.

В схему самой простой готовой модели должны входить:

• Надежный корпус от обычной версии велосипеда;
• Работоспособный двигатель;
• Источник питания;
• Батарея;
• Правильная версия переменного резистора;
• Цепь, похожая на мопедный вариант.

Можно создать много разных схем на основе одинакового аккумулятора. Но скорость и функциональные особенности могут отличаться. Чтобы правильно создать надежный вариант необходимо обладать знаниями из области физики. Речь идет о законе Ома, возможностях электропроводимости материалов и сопромата.

Но обычная версия отличается простотой и ее легко создать самостоятельно. В процессе сборки можно заметить некоторые недочеты и устранить их либо выявить путь для модификации электровелосипеда.

Двигатель

Размышляя о том, как сделать электровелосипед самостоятельно все приходят к одному — необходим надежный двигатель. Чтобы он смог качественно работать необходимо обеспечить соответствие напряжения и силы тока.

Если у модели будет мощность равная 400 Вт, тогда с учетом надежного редуктора можно развить скорость около 30 км/час. А, если установить емкий аккумулятор, тогда пробег может достигнуть 30 километров.

Важно: Не забывайте о балансе между емкостью аккумулятора и его силой напряжения, емкостью и напряжением агрегата. Для движка с мощностью в 500 Вт придется установить аккумулятор на 12 V с 40 амперами/час. Другими словами опирайтесь на закон Ома и тогда схема электровелосипеда прослужит дольше.

Обратите внимание!

Какой нужен контроллер и как настроить резистор?

За счет контроллера меняется уровень тяги электровелосипеда. И это прежде всего отличает его от обычной версии. Это устройство помогает оптимально распределить тягу на все колеса и обеспечить плавную работу агрегата.

Для данной версии обязательно устанавливаются ручки газа. С помощью переменного резистора легко регулировать скорость и уровень оборотов двигателя.

После проведения расчета необходимого уровня энергии, контакты размыкания монтируют на ручке тормоза (в замкнутом виде). За счет нажатия на контакты цепь будет размыкаться либо замыкаться, а мотор соответственно замедляться либо ускоряться.

Заключение

Теперь у вас есть простая инструкция, как собрать электровелосипед своими усилиями. Остается посоветовать не перенапрягать аккумулятор путем увеличения придельной скорости агрегата.

Берегите велосипед от прямых солнечный лучей, поскольку емкость аккумулятора заметно снизится из-за перегрева. Рекомендуем разгоняться с помощью мускулов, чтобы сэкономить драгоценную энергию.

Фото электровелосипедов своими руками

Обратите внимание!

Обратите внимание!

Сегодня мы расскажем, реально ли сделать электровелосипед за 30 минут. Популярность данного безопасного, компактного и легкого вида транспорта растет непрерывно. В описанном ниже алгоритме ничего сложного нет. Мы обратим особое внимание на вариант создания складной конструкции. Такое средство прослужит многие годы в случае, если следовать мерам безопасности.

Преимущества

Знатоки утверждают, что, если использовать готовый комплект для электровелосипеда, сборка за 30 минут вполне возможна, достаточно проявить смекалку. Такое транспортное средство обладает массой преимуществ. На нем можно удобно передвигаться по городу, в котором имеет место множество пробок. На подобное средство не требуются права.

В данном случае, в горючем также отпадает необходимость, достаточно только подзарядки для электроконтроллера. Подобное решение способствует поддержанию у своего владельца спортивной формы, поскольку использует мускульную силу.

Следует также отметить, что можно сделать электровелосипед у себя дома, своими руками, тем самым не зависеть от рыночных цен и магазинов. Средний агрегат может достичь 42 км в час. Вес составит около 35 кг.

Делаем транспорт

Собрать электровелосипед за 30 минут - реальность даже для школьника. Но прежде чем начать собирать модель, следует определиться, как результат должен выглядеть и какие именно задачи будут возложены на этот транспорт. Можно приобрести специальный набор для сборки электровелосипеда. Такой подход значительно упростит всю работу.

Однако самый необходимым элементом выступает сам агрегат, который должен иметь утолщенную раму. На нее нам предстоит установить электродвигатель. Найти необходимые комплектующие и детали можно на рынках с технической направленностью, в специальных магазинах для изобретателей, на распродажах.

Основные компоненты

Нам потребуется двигатель на 48 вольт, велосипед, способный его выдержать. Кроме того, в дело пойдет некоторое количество креплений и инструментов. А также находчивость.

Дополнительно потребуются:

• крепления для мотора, выполнение из нержавейки;
• предохранители;
• переключатели;
• «звездочка» на 66 и на 13 зубьев;
• мопедная цепь;
• дисковый тормоз роторного типа (2 штуки);
• кислотные батарейки для запуска системы питания;
• специальный контроллер, снабженный программируемым управлением.

Далее выполняется модификация тормозов и колесной вилки. Электровелосипед своими руками за 30 минут собрать можно, но начинать следует с передней вилки. После этого устанавливаем двигатель, аккумулятор, резистор. Умельцы предпочитают сделать складной велосипед.

Такое средство за считанные секунды может превратиться в грузовой вариант, либо поместиться в багажнике. Разборный вариант во многом можно считать более удобным, например, легкость транспортировки в лифте и уменьшенный размер колес. Суть модификации можно свести к разрезанию рамы.

К ней следует приварить соединяющие узлы в двух местах. Они фиксируются при помощи специальных болтов, винтов и барашковых гаек. Процедура разборки агрегата занимает от одной до двух минут.

Выбор двигателя

Если вы решили собрать электровелосипед своими руками за 30 минут, следует помнить, что такое средство требует соответствующей технической надстройки. Это позволит облегчить мускульные усилия. Двигатель является основным элементом конструкции. Его следует выбирать в соответствии с требуемой силой тока и напряжением.

При этом мощность должна быть около 400 ватт, в таком случае можно будет достичь скорости 30 км в час, при условии наличия редуктора. Дальность поездки также находится в пределах тридцати километров. Однако последний показатель зависит от мощности аккумулятора.

Перед выбором модели следует учитывать баланс между емкостью и напряжением аккумулятора, а также соответствующими показателями двигателя. Рассмотрим эту зависимость на примере. Если использовать двигатель на 12 вольт и 500 ватт, нужен аккумулятор, который обладает емкостью в сорок ампер в час. Допустимый показатель можно рассчитать по закону Ома.

При хорошем уровне разряда аккумулятор может прослужить дольше. Для экономии энергии целесообразно разгоняться мускульной силой, при этом нужно стоять на педалях. Такой подход позволит сберечь энергию на показателе коэффициента 1,2. Лучше израсходовать заряд во время передвижения на более сложные отрезки дороги. К примеру, путь может проходить через грунтовую дорогу, горки и холмы.

Настройка резистора

Чтобы собрать электровелосипед своими руками за 30 минут, следует позаботиться о специальных ручках газа. Переменный вариант резистора дает возможность руководить количеством оборотов двигателя и сменой скоростей. Необходимо сперва рассчитать мощность переменного тока, а затем использовать соответствующий прибор с требуемым напряжением.

На ручке тормоза устанавливаются контакты для размыкания. Положение у них всегда замкнутое и пропускает электричество по цепи. Нажатие на контакты обеспечивает замыкание и размыкание цепи - двигатель ускоряет работу или останавливается. Стандартный набор обычно содержит необходимые для сборки детали.

Задача мастера - собрать их таким образом, чтобы двигатель при нажатии на ручку тормоза останавливался. Для этого следует применить два алюминиевых кусочка. Один устанавливаем на подвижные элементы тормозов, а второй на те, которые находятся в состоянии покоя.

Путем сварки подсоединяем это сочетание в разрыв цепи в двигателе. Для этого используем кронштейны. Такое решение обеспечит конструкцию функциональным электрическим тормозом.

Последний штрих

Чтобы спроектировать электровелосипед своими руками за 30 минут, потребуется знание нескольких законов физики. Например, электропроводимость различных веществ и сопротивление материалов. Также пригодится закон Ома.

При правильной проектировке можно заранее увидеть пробелы в создаваемой конструкции, а также определить причины возможных неполадок либо возможности для последующей модификации. Строение электровелосипеда в себя включает следующие элементы: корпус, батарею, переменный резистор, двигатель.

(много картинок)

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

HobbyKing

Автомагазин

Веломагазин

Строительный магазин

Итого 7300 руб.

Изготовление (механика)

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.

Изготовление (электрика, электроника)

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

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

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.

(Прошу прощения за грязь на некоторых фотографиях:)

Поэтому при следующей доработке батарея с помощью самодельных креплений перекочевала на нижнюю трубу велосипеда. В результате развесовка получилась лучше, но выглядела конструкция страшно и неприлично. Для описания подобных творений очумелых ручек у отечественный байкостроителей появился даже устоявшийся термин - «шахид-дизайн» .

На байке с более правильной развесовкой можно было уже довольно комфортно ездить, но стало понятно, что стандартной батареи 500 Вт*ч (50 В, 10 А*ч) для велосипеда мощности выше среднего хватает ненадолго - на электричестве можно доехать из пункта А в пункт Б, а обратно уже только на педалях. В итоге была куплена большая батарея 1000 Вт*ч (50 В, 20 А*ч), которая в передний треугольник рамы вроде бы влезала, но закрепить её пришлось изолентой;) Выглядело всё это вот так:

У получившегося монстра из-за ширины батареи даже не вращались педали.

Понятно, что оставлять это так было нельзя.

Нужно было что-то придумать с батареей - изменить её пространственную компоновку, чтобы за неё не задевали педали, и разобраться с её креплением, изготовив надёжный батарейный бокс. Для выполнения этой задачи после долгих поисков и отсеивания кандидатов был привлечён Александр Костюк - знакомый по велоклубу «ВелоСамара», который также глубоко проникся идеей проектирования электровелосипеда. Имея за плечами многолетний опыт конструирования и постройки различных прототипов всего что только движется, он взялся за задачу построения бокса. Решено было сделать его из листа АМг (сплав алюминия с магнием) толщиной 2.5 мм, соединив алюминиевыми уголками. Окраска бокса - порошковая. Также на велосипед был установлен ваттметр Cycle Analyst, позволяющий измерять кучу показателей, включая расход энергии в ватт-часах на километр. С таким прибором можно было больше не переживать, что батарея неожиданно разрядится в самый неподходящий момент - каждый потраченный ампер-час или ватт-час на счету. В итоге получился вот такой байк:

На таком аппарате с ёмкой, удобно и надёжно закреплённой батареей уже можно было спокойно кататься по городу без опасения, что что-нибудь отвалится в самый неподходящий момент. Да и выглядел велосипед уже поприличнее. Готов был байк аккурат под зиму 2012-2013 и отлично показал себя в зимних условиях, включая езду и в снегопады, и в метель и в морозы минус 35 градусов.

Только вперёд!

Решено было создать универсальный электрокомплект, позволяющий превратить любой современный горный велосипед в электро. Горные велосипеды были выбраны в качестве базы не случайно - они очень популярны в России (количественно составляют основной класс велосипедов для взрослых), универсальны (позволяют ездить как по городу, так и по бездорожью) и надёжны. Также немаловажно, что детали и узлы горных велосипедов стандартизованы, что позволяет также стандартизовать электрокомплект.

Предстояло подобрать адекватные комплектующие для байка и решить ещё целый ряд инженерных задач:

• Подобрать мотор, способный выдавать большую мощность и момент, при этом лёгкий.
• Собрать компактную и лёгкую батарею достаточной ёмкости, способную держать большие токи.
• Укрепить дропауты заднего колеса, чтобы в них не проворачивалась ось высокомоментного двигателя.
• Разработать датчики срабатывания для гидравлических тормозов (серийные гидротормоза с датчиками только начинают появляться в продаже и имеют свои недостатки), ведь автоматическое отключение мотора при нажатии тормозов - одно из базовых стандартных требований для электробайков. А механические тормоза уже не подходят по характеристикам для безопасного торможения на тех скоростях, что мы намеревались достичь.
• Продумать решения для питания передней фары и заднего фонаря (с сигналом) от бортового напряжения электровелосипеда, предусмотрев встроенный преобразователь постоянного тока.
• Определиться с подходящими разъёмами (желательно герметичными), велокомпьютерами-ваттметрами, светотехникой и многим другим.

Итоговое решение должно было быть простым в монтаже, технологичным и дешёвым в изготовлении.

Вот один из первых этапов на этом пути, бокс построенный весной 2013 года:

Вот ещё один из промежуточных этапов:

Что получилось?

Характеристики этих аппаратов:

• скорость - до 63 км/ч;
• мощность - до 2.5 кВт;
• ёмкость батареи - до 1 кВт*ч;
• дальность пробега - 40 км на максимальной скорости (63 км/ч) и до 100 км в режиме «эконом» (30 км/ч).

В условиях пересечённой местности байк тоже не пасует:

Ещё видео

Велосипед или мотоцикл?

Так что получился функционально вполне себе мопед, но в велосипедной оболочке. В результате можно пользоваться преимуществом обоих видов транспорта: велосипеду у нас везде «зелёный свет» (пешеходные зоны, тротуары, наземные и подземные переходы, переходные эстакады, парки, тропинки да и просто бездорожье), при этом на дороге доступна скорость и динамика мопеда / скутера (при большей, чем у любого скутера или мотоцикла маневренности), что делает мощный электровелосипед в условиях реального трафика самым быстрым наземным городским транспортом.

И хотя мощность наших стандартных электрокомплектов и без того сравнима с мопедом, в качестве спортивного интереса и эксперимента (весьма не дешёвого, как оказалось после подсчёта стоимости всех комплектующих), были собраны тяжёлые и мощные электровелосипеды на базе специализированных пространственных рам от Qulbix:

И украинской «рамы Чоботара»:

Эти 6-10-киловаттные монстры способны развивать скорость уже до 90 км/ч, имея при этом динамику лёгкого мотоцикла. А при открытии полного газа с места привстают «на козла». Батарея 3 кВт*ч позволяет проехать 120 км на скорости 40 км/ч или 40 км на скорости 90 км/ч, благодаря чему можно использовать такой байк в качестве дальнобойного загородного транспорта и для езды по трассе.

Что дальше?

«Стандарт» (на базе обычной велосипедной рамы): мощность 2.2 кВт, ёмкость батареи 1 кВт*ч, скорость до 63 км/ч;

Электрочопперы (без педалей) «Электро-классик»: мощность 6 кВт, скорость до 85 км/ч, ёмкость двух съёмных батарей до 3 кВт*ч;

И «Электро-боббер».

.

Последний также оборудован уникальной параллелограммной вилкой из титана, выпущенной ограниченным тиражом.

Немного об устройстве электровелосипеда

Основные электрические компоненты электровелосипеда

“Сердцем” или мускулами электровелосипеда является электромотор (подробнее о моторах и их типах ниже). В современных электровелосипедах используются бесколлекторные синхронные двигатели постоянного тока (Brushless Direct Current Motor или BLDC), позволяющие эффективно работать в широком диапазоне оборотов с высоким моментом. Изредка используются асинхронные моторы, в качестве центральных. (Про “Двигатели Шкондина”, про которые так много шуму в интернете, можно выпустить отдельный разоблачающий материал;).

“Мозг” же электробайка - контроллер . Контроллер управляет электродвигателем, подавая в нужный момент питание на его обмотки в зависимости от требуемой скорости вращения и мощности. Контроллер также управляет всей всей “логикой” велосипеда: на входе получая сигналы от положении ручки газа, переключателей режимов работы (можно, например, в разных режимах ограничивать скорость, мощность или даже включать задний ход), кнопки круиз-контроля (очень помогает при езде в загородном режиме), сигналы с датчиков тормозов (т.к. нужно выключать питание мотора при нажатии ручки тормоза или даже включать рекуперативное торможение двигателем, если оно поддерживается) и т.п.

Энергия для питания сердца и мозга электробайка запасается в аккумуляторной батарее . Обычное напряжение батарей электровелосипедов - от 36 В до 48 В. Скоростные аппараты могут комплектоваться высоковольтными батареями (до 100 В).
В настоящее время в подавляющем большинстве электровелосипедов используются литиевые батареи (подробнее об их типах ниже), имеющие наилучшую энергоёмкость. Тяжёлые свинцовые батареи применяются лишь на самых дешёвых аппаратах.
Батарея состоит из отдельных аккумуляторных ячеек, соединённых последовательно / параллельно.

У батареи также есть свой “мозг” - это система управления батареей (Battery Management System или BMS ). Защищает батарею от перезаряда, переразряда, превышения допустимого тока, а также балансирует отдельные ячейки батареи, чтобы они разряжались равномерно.

Для отображения всей необходимой информации и точного “подсчёта калорий” необходим ваттметр , позволяющий точно сказать, сколько энергии потрачено и сколько ещё осталось. Специализированный ваттметр сочетает в себе функции велокомпьютера, считая также скорость, расстояние и производные показатели, такие как как энергопотребление на километр пути (Вт*ч / км).

Для питания низковольтных потребителей (фара, задний фонарь, гудок, повторотники) необходимо снижать бортовое напряжение до более низкого (5, 8 или 12 вольт). Для этого используются высокоэффективные преобразователи постоянного тока (DC-DC ).

Сложности переходного возраста

Батареи

Основные типы литиевых аккумуляторных элементов

• LiFePO4 (литий-железо-фосфатные). Могут эксплуатироваться на морозе до -30 градусов, доступен быстрый заряд за 45 мин, имеют самое большое число циклов заряда-разряда (1500-2000), позволяют отдавать большую мощность, пожаробезопасны, не горючи. Однако, имеют вдвое более низкую удельную ёмкость, чем у литий-ионных аккумуляторов (т.е. в 2 раза выше вес при той же ёмкости), относительно дороги (но удельная цена эксплуатации самая низкая из за большого числа циклов).
• Используются нами в качестве основного решения в комплектах для велосипедов-хардтейлов, однако из за своих габаритов не подходят для установки в передний треугольник рамы велосипедов-двухповесов, где очень мало свободного места.
• Li-Ion (литий-ионные). Классические литиевые батареи, используемые в основном для питания электроники. Они наиболее легкие и ёмкие, наиболее дешёвые, имеют максимальную на сегодняшний день удельную емкость (Вт*ч/кг). Однако, имеют узкий температурный диапазон эксплуатации (от 0 до +40 градусов Цельсия), небольшое число циклов заряда-разряда (300-400), не позволяют отдавать большие токи. Эти батареи наиболее часто используются в маломощных электровелосипедах, но для мощных аппаратов они малопригодны из за низкого C-rating.
• LiPo (литий-полимерные). Высокая энергоёмкость, почти такая же, как у элементов Li-Ion. Допускают высокие разрядные токи, высокий C-rating. Однако, как и Li-Ion имеют меньшее число циклов заряда-разряда (300-700) и узкий температурный диапазон: при эксплуатации ниже 0 выходят из строя, а на жаре, от короткого замыкания или механических повреждений могут воспламениться. Из за своей высокой пожароопасности на электровелосипедах применяются только бесстрашными энтузиастами.
• LiNiCo / LiNiCoMnO2 (литий-никель-кобальт). Имея преимущества LiPo (высокую энергоёмкость и способность выдавать большие токи), лишены их недостатков: имеют более широкий температурный диапазон, и, главное пожаробезопасны. В результате своей компактности используются нами в электрокомплектах, предназначенных для установки на велосипеды-двухподвесы.

Моторы

Моторы, применяемые для электровелосипедов, можно разделить на три класса, у каждого из которых есть свои недостатки применительно к мощным электробайкам.

Безредукторные мотор-колёса (direct-drive)

Усилие магнитного поля передается сразу на колесо, потому и зовутся direct drive (прямой привод).
Неприхотливы, надёжны, так как в них нет никаких изнашивающихся элементов, кроме подшипников. Допускают использование в качестве электрического тормоза для рекуперативного торможения. Но имеют два больших недостатка.

Первый - большой вес. Например, мотор номинированный на 2.5 kW будет весить в среднем от 7 кг, а мотор на 6 kW целых 12 кг. Это сильно сказывается на весе готового велосипеда. Кроме того, размещение тяжёлого мотора в заднем колесе смещает назад центр тяжести (велосипед становится неудобно носить, совершать на нём трюки / прыгать), а также увеличивает “неподрессоренную массу” колеса, что в худшую сторону сказывается на его живучести, повышая требования к прочности обода, толщине спиц. В связи с этим колёса с тяжёлыми директ-драйвами часто спицуются в мото-обод, т.к. подобрать велосипедные обода нужной прочности сложно.

Второй недостаток - низкий КПД при езде на низких оборотах. Например, при езде в горку, по грязи, песку или бездорожью, где разогнаться не получается, такой мотор будет сильно перегреваться. Например, при езде в горку 20% сферический мотор direct drive на 6 кВт будет работать примерно на 20% своего КПД, а 80% будет уходить в тепло. В таком режиме мощный мотор-колесо может перегреться и сгореть за пару минут, если его вовремя не отключить (обычно реализуют автоматическое отключение мотора по сигналу с термодатчика). Что неудивительно: при слабом теплоотводе в замкнутом пространстве мотора и работе в режиме низкого КПД обмотки нагреваются со скоростью мощного электрического чайника (4.8 кВт в нагрев в нашем примере с 6 кВт мотором). Впрочем, чтобы “чайник” нагревался медленнее, в него можно «налить воды» - отдельные энтузиасты решают проблему с помощью водяного охлаждения .

Редукторные (geared) мотор-колёса

Содержат встроенный планетарный редуктор, обычно имеющий передаточное число 5:1. Имеют меньший вес при той же мощности, больший КПД “на низах” по сравнению с безредукторными моторами. Однако, механически менее надёжны (больше движущихся механический частей) и не поддерживают рекуперативное торможение. Но, главное, серийно не выпускаются для мощностей больше 1000 Вт.

Центральные моторы (middrive)

Миддрайвы, как следует из их названия - это внешний привод с высокооборотистым электромотором, устанавливаемый как правило в районе кареточного узла, передающий усилие через систему цепей, шестерен или ремней. Позволяют добиться наилучшего соотношения мощность-вес (чем выше обороты электромотора, тем более лёгким его можно сделать при той же мощности). Например, авиамодельные двигатели при мощности 6 кВт могут весить лишь чуть более килограмма:


Для сравнения, мотор-колёса direct-drive той же номинальной мощности (Cromotor, Crystalite, Quanshun) весят 12 (!) кг. Также расположение мотора ближе к центральной части велосипеда даёт более правильную развесовку, позволяя использовать такие велосипеды в том числе для прыжков и трюков. Могут работать в оптимальных режимах даже на крутых склонах и глубокой грязи.

Однако, мощность серийных центральных моторов для электровелосипедов обычно ограничивается 500 Вт. Наиболее мощное решение, доступное на данный момент - набор от Cyclone на 1500 Вт:

Более мощные решения на базе центральных моторов собираются энтузиастами самостоятельно, серийных готовых предложений нет. При у создателей таких мощных байков этом возникает ряд технических задач.

Редукция . Для высокооборотисных моторов для снижения оборотов (с нескольких тысяч до 500-700) необходимо применять редуктор (готовых специализированных редукторов нет, каждый изобретает сам) либо цепную / ременную передачу с высоким передаточным отношением (изготавливая самостоятельно звёзды нужного диаметра).
UPD: Впрочем, решения начинают появляться .
Передача . Для высокомощных двигателей стандартная цепь от многоскоростных горных велосипедов не подходит - она попросту порвётся или будет изнашиваться очень быстро. Необходимо использовать широкую прочную цепь для односкоростных велосипедов BMX, цепь от мопеда или минибайка или высокопрочный ремень. А это часто ведёт к необходимости изготовления нестандартных шестерёнок, втулок и обгонной муфты.

Охлаждение . Компактные высокооборотистые моторы (часто в качестве миддрайвов применяют авиамодельные двигатели, рассчитанные на эксплуатации в условиях очень интенсивного обдува воздухом), при использовании на электровелосипедах требуют отдельного подхода к охлаждению: принудительного обдува, установки радиатора, обработки обмоток теплопроводным составом для лучшего отвода тепла и т.п.
Переключение скоростей . Если для передачи таки используется велосипедная цепь и стандартная велосипедная кассета для переключении передач, то при переключении под высокой нагрузкой кассета очень быстро придёт в негодность. Не сильно спасают положение и планетарные втулки, лишь некоторые из которых способны переключаться под нагрузкой. Более живучий вариант - вариаторные втулки NuVinchi, позволяющие плавно менять передаточное соотношение. Другая проблема - в городском цикле постоянное ручное переключение скоростей неудобно, нужно следить не только за ручкой газа, но и за ручкой переключения передач, что снижает простоту и удобство управления электровелосипедом. Выходом здесь могут являться автоматические планетарные / вариаторные втулки, появившиеся в последнее время. Тем не менее в мощных (от 2 кВт) велосипедах с центральным мотором от переключения передач часто отказываются, что упрощает конструкцию и управление, благо выскокооборотистый синхронный двигатель с редукцией позволяет выдавать высокий момент на любой скорости.

А ещё восокооборотистые двигатели, редукторы и цепные передачи шумят.

Тем не менее, благодаря своим преимуществам, центральные моторы имеют огромный потенциал и всё чаще будут использоваться в мощных электровелосипедах по мере появления готовых узлов и решений. Пока, тем не менее, мощные миддрайвы остаются уделом отдельных энтузиастов или фирм, создающих индивидуальные решения под себя .

Вело-компоненты

Прочные колёса

Для мотор-колёс нужен усиленный обод (обычный может смяться от увеличенной нагрузки на колесо, высокой скорости и “колдобин” на дорогах), более толстые спицы. Зачастую с тяжёлыми мотор-колёсами применяют мото-обод.

Мощные и износостойкие тормоза

Для оттормаживания тяжёлого велосипеда на высоких скоростях нужны хорошие гидравлические тормоза с увеличенным диаметром диска и большим ресурсом колодок.
Фактически специализированных тормозов для мощных электровелосипедов не существует или они только начинают появляться . Поэтому используются либо обычные тормоза, с трудом справляющиеся с нагрузкой и быстро изнашивающиеся, либо наиболее мощные тормоза для вело-даунхилла, которые очень дороги. Также можно использовать тормоза от минибайка, самостоятельно приспосабливая их к велосипедным стандартам (изготавливая переходники для крепления тормозной машинки, тормозного диска или даже сам тормозной диск).

Усиленные вилки

Велосипедные амортизаторы также испытывают повышенный износ при работе на больших скоростях при увеличенном весе аппарата. Для наиболее мощных и тяжёлых электровелосипедов единственным подходящим по прочности выбором являются двухкоронные вилки для даунхилла; однако, предназначенные для отработки очень больших неровностей, они слишком мягкие для езды по асфальту.

Таким образом, класс мощных электровелосипедов требует особого внимания к компонентам, многие из которых слишком дороги или требуют доработки. Специализированных компонентов для байков, стоящих посередине между велосипедом, мопедом и мотоциклом, либо не существует, либо они только начинают производиться. Это создаёт определённые сложности, но также и открывает простор для творчества.

Транспорт или развлечение?

Однако это не только практичный транспорт, это ещё и прекрасный способ проведения досуга: катание на скоростном бесшумном байке по пересечённой местности в режиме «эндуро» - нескончаемый источник адреналина. Также, в отличие от скутера или мотоцикла, который с наступлением холодов ставится в гараж, на электробайке

Экология потребления.Мотор:Тотальный интерес к электротранспорту в последнее время только набирает обороты – вопросом «изобретения» собственного велосипеда с электроприводом все чаще озадачиваются люди самого разного возраста и рода занятий.

Тотальный интерес к электротранспорту в последнее время только набирает обороты – вопросом «изобретения» собственного велосипеда с электроприводом все чаще озадачиваются люди самого разного возраста и рода занятий. Иной раз рождаемые в горячих головах идеи оказываются несовместимыми с суровыми жизненными реалиями, довольно часто «кулибинский» склад ума приносит свои плоды, и результат получается вполне достойным гордости его создателя.

Множество производителей не остались в стороне от глобальных трендов и сегодня на рынке комплектующих для электровелосипедов довольно распространено предложение так называемых «китовых» наборов для самостоятельного создания электробайка на базе имеющегося велосипеда. Для того чтобы велосипед поехал без вашей помощи, вам понадобятся как минимум электродвигатель, батарея и контроллер, который отвечает за корректную работу первых двух агрегатов – все это, и многое другое, входит в набор для электрификации байка. Но для того, чтобы новоиспеченный аппарат был достоин высокого звания велогибрида, предлагаем воспользоваться нижеследующими советами.

Конструкция электровелосипеда: комплектующие и агрегаты

Как театр начинается с вешалки, а танец – от печки, так и создание электровелосипеда своими руками начинается с подбора донора. Верное решение этого вопроса будет зависеть, прежде всего, от целей и задач, которые ставит будущий обладатель велогибрида перед проектируемым транспортным средством.

Лучше всего заранее учесть риски неизбежных высоких нагрузок и использовать в качестве основы конструкции стальную раму downhill-класса с двухподвесной системой амортизации. Такой вариант будет предпочтительней других, если вы собираетесь установить мощное мотор-колесо – от киловатта и более. Электродвигатель с прямым приводом номинальной мощностью в 1000 Ватт позволит развивать скорость в 40-55 км/ч. Учитывая большой крутящий момент и собственную массу двигателя, такой привод ставят в заднее колесо, при этом совсем не лишним будет усилить кронштейны крепления оси, особенно если рама алюминиевая.

При выборе готового аккумулятора или создании собственной батареи необходимо учитывать такие параметры как вес, габариты, емкость и рабочий ток. Номинальное рабочее напряжение может быть различным (36В, 48В, или 72В) – больший вольтаж и большие токи позволят разгоняться до больших скоростей. Если нужна надежность и высокий ресурс выбирайте батарею на LiFePo4 элементах большой емкости. Хотите сэкономить на весе и стоимости – берите Li-Ion. Емкости в 10 Ампер/часов хватит примерно на 20-40 км пути – величина пробега зависит от экономности расхода заряда, а для многих этот параметр никак не совместим с наличием ручки газа.

Когда для вас важнее небольшой вес велогибрида и вы не гонитесь за большими скоростями – оптимальным выбором будет мотор-колесо номинальной мощности 250-350W. Такие двигатели немного весят, и, как правило, имеют встроенный планетарный редуктор, что способствует нормальному накату велогибрида при движении на педалях. «Крейсерская» скорость маломощных велогибридов лежит в пределах 25-30 км/ч. Электромоторы

небольшой мощности устанавливают как в переднее, так и в заднее колеса, существенного значения это не имеет, разве что полезно для более равномерного распределения масс. С этой же целью предпочтительно размещать АКБ в центральной части рамы – у велогибрида будут лучше управляемость и устойчивость. Еще один вариант размещения электродвигателя – центральный (в районе каретки) – широкого распространения в наших широтах пока не получил, но многие ведущие производители наборов для электровелосипедов имеют в своем ассортименте и такие предложения.

Штатные контроллеры в недорогих кит-наборах жестко «прошиты» производителями, и не предусматривают возможность изменения параметров работы. Если вам это и не нужно – можете просто наслаждаться поездкой. Если хотите повозиться с настройкой и подбором оптимальных параметров для вашей конфигурации – берите набор с программируемым контроллером типа Infineon. Пристальное внимание следует уделить коммутации и монтажу электрохозяйства – качественной проводке, рассчитанной на эксплуатацию при определенных токах, надежным коннекторам, достаточному охлаждению контроллера, нагревающемуся при длительной работе и серьезных нагрузках.

Вопросы безопасности

Велогибриды – относительно новый вид транспортных средств с довольно широким разбросом возможностей. Во многих странах мира законодательство приравнивает их к велосипедам, в случае если мощность двигателя не превышает 350-500 Ватт. Более мощный электровелосипед – это уже другая история со своими особенностями эксплуатации. Поэтому вопросам обеспечения безопасности нужно уделять иногда даже больше внимания, чем при вождении скутера или мотоцикла. Не стоит забывать как о защитной экипировке, так и о дополнительном оборудовании. Даже тем, кто не собирается отжигать на даунхилл-трассах, а просто планирует наслаждаться окрестными красотами в неспешной поездке – в любом случае стоит использовать , перчатки и другие элементы защиты, способные оградить велосипедиста от травм в случае чрезвычайной ситуации.

Передняя фара, задний габарит, дополнительные световозвращатели, зеркала заднего вида, громкий звуковой сигнал – все это пригодится на дороге вам, а также поможет другим участникам движения вовремя вас заметить. Особое внимание необходимо уделить тормозам – они должны быть качественными и способными в любой момент остановить ваш велогибрид, поскольку на большой скорости привычное поведение тормозов меняется. И вовсе не нужно, чтобы это стало для вас неприятным сюрпризом. Особенно, учитывая подросшую массу велосипеда – компоненты электропривода «потянут» на дополнительные 12-14 килограмм. А если интерес к велогибридам не пропадет после покупки стартового кита с 250-ваттным мотором, можно предположить, что вскоре у вас появится более основательный и тяжелый двухколесный друг.

В общем, сколько людей – столько и велосипедов. У кого-то в приоритете стоимость, у кого-то – надежность, третьих интересуют вес или внешние данные. Сегодня основную массу запросов способны удовлетворить готовые решения – среди многообразия предлагаемых моделей можно подобрать именно тот , который будет полностью соответствовать вашим требованиям. опубликовано