Як зробити з підручних матеріалів електровеликий. Двигун від пральної машини на велосипед. Декілька цікавих фактів

⁰

Популярність такого компактного, легкого та безпечного виглядутранспорту, як складний електровелосипед, зростає рік у рік. Як зробити таку конструкцію своїми руками, щоб заощадити на покупці?

Переваги

Знавці стверджують, що для виготовлення модної та міцної конструкції досить трохи кмітливості, купити відповідні деталі – і вірний електричний кінь готовий. Він має масу переваг:

на такому транспорті можна чудово пересуватися містом, повним пробок;
на нього не потрібні права водія;
не потрібне пальне, тільки підзарядка для електроконтролера;
він сприяє підтримці спортивної форми завдяки мускульній силі;
зроблений своїми руками саморобний електровелосипед допомагає бути незалежним від магазинів та ринкових цін.

Середній агрегат досягає швидкості до 42 кілометрів на годину, а на крейсерській швидкості йде близько 26 кілометрів на годину.

Вага всього пристрою становитиме до 35 кілограмів. Щоб виконати якісну та надійну модель із доступних матеріалів, варто скористатися рекомендаціями досвідчених майстрів.

Робимо колісний транспорт самостійно

З чого починається збирання всієї моделі? Для початку варто визначитися з тим, як має виглядати результат та яких цілей ми хочемо досягти за допомогою цього транспорту. Можна придбати спеціальний набір для електровелосипеда – він значно спрощує всю роботу зі збирання. Але найголовніше, що необхідно – це власне сам агрегат із потовщеною рамою, на який можна поставити електродвигун.

Знайти необхідні деталі та комплектуючі можна на розпродажах, магазинах для винахідників, на ринках з технічними товарами. Електровелосипед своїми руками за 30 хвилин зібрати цілком під силу просунутому школяру.

Основні компоненти

Зазвичай потрібен двигун на 48 вольт, міцний велосипед, який його витримає, трохи інструментів та кріплень. А також терпіння та винахідливість, готовність до технічних випробувань.

Додатково знадобляться:

спеціальний контролер із програмованим управлінням;
кислотні батареї для системи живлення;
дискове гальмо (2 шт.) роторного типу, механічне;
мопедний ланцюг;
«зірочка» на 13 та на 66 зубів;
перемикачі;
запобіжники;
кріплення для двигуна з нержавіючої сталі.

Деякі умільці вважають за краще зібрати складний велосипед, який за секунди може перетворитися зі звичайного на вантажний або поміститися у багажнику. Розбірний варіант зручний за безліччю причин - зменшений розмір коліс, легкість перевезення у ліфті.

Суть модифікації полягає у розрізанні рами, до якої у двох місцях приварюються сполучні вузли. Вони фіксуються спеціальними болтами, гвинтами і Процедура збирання та розбирання агрегату в побуті займає менше 1-2 хвилин.

Вибір двигуна

Саморобний електровелосипед вимагає встановлення відповідної технічної надбудови, яка полегшуватиме м'язові зусилля. Основним елементом усієї конструкції є двигун. Його вибирають відповідно до потрібної напруги та сили струму. При цьому отримувана потужність має бути в районі 400 ват, тоді можна буде досягти швидкості до 30 кілометрів на годину за наявності редуктора. Дальність поїздки може досягати 30 кілометрів, залежно від потужності акумулятора.

Перед вибором моделі важливо враховувати баланс між напругою та ємністю акумулятора та напругою та ємністю двигуна. Наприклад, при виборі двигуна на 500 ват та 12 вольт потрібен акумулятор ємністю на 40 ампер на годину. Допустима ємність розраховується за законом Ома. При нормальному рівні розряду акумулятор прослужить довше та надійніше. Для економії енергії краще розганятися м'язовою силою, стоячи на педалях – це дозволить зберегти енергію на рівні коефіцієнта 1,2. Краще витратити заряд більш складні ділянки під час пересування: на пагорби і гірки, грунтову дорогу.

Налаштування резистора

Електровелосипед триколісний дорослий або двоколісний однаково вимагає наявності ручок газу. Змінний варіант резистора допомагає керувати зміною швидкостей та кількістю обертів двигуна. Розрахувавши потужність змінного струму, беруть відповідний прилад із необхідною напругою. На ручці гальма встановлюють контакти для розмикання - їхнє становище завжди замкнене, пропускає по ланцюгу електрику. Натискання на контакти дає розмикання та замикання ланцюга – двигун зупиняє або прискорює роботу.

Зазвичай стандартний набір електровелосипеда містить необхідні деталі для складання. Завдання майстра зробити так, щоб двигун зупинявся при тиску на ручку гальма. Для цього беруть два алюмінієві шматочки. Один встановлюють на рухомі частини гальм, другий – на нерухомі. Під'єднання цього поєднання в розрив ланцюга двигуна, який кріпиться на кронштейни шляхом зварювання, дає функціональне електричне гальмо.

Розробка схеми

Щоб зібрати електровелосипед своїми руками за 30 хвилин, необхідно мінімум умінь, але обов'язково знання деяких законів фізики.

Наприклад, закон Ома, опір матеріалів або електропровідність різних речовин. Склавши просту схемувідповідно до класичних технічними вимогами, можна наочно побачити прогалини в конструкції, причини можливих неполадок або можливості подальшої модифікації.

Схема електровелосипеда включає такі елементи:

корпус велосипеда;
джерело струму;
двигун;
змінний резистор для введення у розрив ланцюга;
батарею.

Різні схеми дозволяють удосконалити винахід і розігнати транспорт до більш високих швидкостей при тому самому акумуляторі.

Вибираємо контролер

Головна відмінність класичного автомобіля від електризованого - наявність спеціального регулюючого пристрою. Це контролер для електровелосипеда, який є коробкою, що маніпулює тягою всього агрегату. Якщо в країні є обмеження на швидкість пересування велосипедом, цей прилад допоможе встановити ліміт під час їзди. Найчастіше це 25 кілометрів на годину.

Конструкція такого датчика немає у складі електрощіток.

Але є процесор, який відстежує становище магнітів колісного обода. Контролер дозволяє оптимально розподілити навантаження на колеса, скоротити виділення тепла, а двигуну - нормалізувати зусилля з пересування без ривків.

Вироблені алгоритми руху допомагають рухатися рівномірно та з однаковою швидкістю.

Правила експлуатації

Сьогодні можна на власні очі побачити достатньо транспортних засобів, зібраних умільцями. Там виконують гірські сходження, небезпечні трюки, підкорюють ущелини. Але можна просто отримувати задоволення від хорошої надійної машини, яка отримала другий подих завдяки двигуну.

Важливо дотримуватися технології виготовлення електровелосипеда своїми руками за 30 хвилин, але не менш уважно потрібно поставитися до рекомендацій щодо правильного використання цього засобу пересування.

Не можна постійно перенапружувати АКБ перевищенням встановленої швидкості в двигуні. Також велосипед не варто ставити на сонце – акумулятор може перегрітися та втратити ємність на 80% від вихідного об'єму. Особливо небезпечні температури близько 40-45 градусів у спекотних країнах.

Електровелосипед власноруч за 30 хвилин зібрати можна досить якісно. Він прослужить багато років, якщо дотримуватись заходів безпеки та грамотно виконувати всі рекомендації.

Отже, ми з'ясували, як зробити саморобний складний електровелосипед. Як бачите, у цьому немає нічого складного.

Сьогодні ми поговоримо про те, як самостійно зібрати чи зробити електровелосипед своїми руками у домашніх умовах. Також дізнаємося, як самому переробити простий гірський велосипед на електробайк за допомогою електроколеса – фото та інструкції

Навіть зібраний своїми руками на основі найпростішого велосипеда електробайк має невеликий двигун, який успішно штовхає його вперед. Можна сказати, що це самий малопотужний, але все ж таки транспорт. Залежно від передбаченої виробником потужності двигуна, яка коливається від 150 до 1000 Вт, електричний велосипед може трохи полегшити кручення педалей непідготовленим їздцям, або узяти на себе все навантаження. Щоправда, швидкість пересування велосипеда з мотором, у порівнянні зі звичайним, не сильно збільшилася. Причиною цього правила дорожнього руху, що поділяють всі транспортні засоби за категоріями

Хоча, безумовно, знаходяться умільці, що створюють саморобні електровелосипеди і з потужнішими моторами, розвиваючи за допомогою них швидкість під 120 км/год і піднімаючись навіть у гірки без допомоги ніг. До речі, складання електровелосипеда своїми руками популярне не менше (а то й більше) заводського їх виробництва. Для тих, хто хоч трохи технічно підкований, навіть є спеціальні набори, до яких входять основні комплектуючі для оснащення простого міського двоколісника: власне двигун, акумулятор та зарядник для нього, а також контролер управління.

Детальне відео зі збирання електровелосипеда з набору мотор-колесо:

Істотна перевага електровелосипеда, незалежно від складання (своїми руками або заводською), у тому, що зарядити його акумулятор не складе ніяких труднощів тим, у кого під боком є звичайна розетка електромережі. Так само, як мобільний телефон, велосипед можна залишити заряджатися на ніч, кілька годин вистачить на те, щоб на ранок він знову був готовий до «роботи». А як бути, якщо акумулятор сів у дорозі? Нічого страшного, крутячи педалі по-старому, можна доїхати до пункту призначення. Види електроприводу для велосипедів. Не має значення: зібраний велосипед на виробництві або своїми руками в домашніх умовах з використанням таких готових комплектів, як “Electric Bike Conversion Kit”. Головна деталь, що сприяє руху таких велосипедів без зусиль з боку людини – звичайно електропривод. Причому буває кілька типів.

Найбільш поширений і визнаний у численних користувачів за безшумну роботу - вбудований двигун. Це той випадок, коли мотор кріпиться або до переднього або заднього, або відразу до обох колес велосипеда, не псуючи зовнішнього вигляду транспортного засобу, а лише помітно обтяжуючи його. Колесо з мотором добре тим, що має потужність 150-1000 Вт і при цьому не вимагає великих витрат на монтаж обладнання. Електропривод з ланцюгом – більш галасливий, але менш важкий, та ще й практичний, оскільки багато умільців-самоуків навчилися застосовувати мотори від будь-яких. побутових електроприладівдля створення власного електробайка.

Потужність такого електроприводу, можливість використання коробки роблять його роботу ефективною, а їзду - досить швидкою. Жаль тільки, вартість готових комплектуючих вище, ніж у першого виду моторів. Ролик фрикційного електроприводу велосипеда привабливий лише у своїй установці: розбирати всю конструкцію не потрібно. Встановлюється він згори колеса. Повертаючись, ролик передає крутний момент покришці, тому колесо починає рухатися. Фрикційний електропривод має велику кількість мінусів по відношенню до інших видів моторів. Коефіцієнт корисної дії такого двигуна набагато менший від інших, а висока вартість і швидке стирання покришок колеса роблять його непривабливим варіантом для покупців. До того ж щоб система функціонувала нормально, потрібно постійно стежити за тиском в шинах велосипеда, а це не зовсім зручно.

Перевагою даного набору є те, що Ви зможете легко переробити звичайний велосипед на велосипед з електродвигуном за допомогою цих комплектуючих. Вам залишиться лише встановити та з'єднати цей електронабір для повноцінної роботи. Розглянемо детально електронабір та що необхідно для роботи електровелосипеда:

1. Найпростіше – за основу береться Ваш велосипед із різним діаметром коліс – 20, 24, 26 або 28 дюймів.

2. Електроколесо на велосипед — це безколекторний електродвигун для велосипеда. постійного струму, який закріплений в обід. Він може бути встановлений як спереду, ззаду, так і до обох колес відразу - повнопривідний. За потужністю електромотори для велосипеда можуть бути такими - 250 Вт, 380 Вт, 500 Вт і найпотужніше двигун колесо 1000w (наприклад, 500 Вт здатні розвивати швидкість до 45 км/год, що вже не мало). Цей мотор не вимагає регулювань, налаштувань і обслуговування.

3. Акумуляторна батарея – батарея є другою за важливістю частиною. Виконує функцію подачі струму від акумулятора до електродвигуна. Батареї бувають на 12, 24, 36 та 48 вольт. Хоча, чим вища потужність батареї – це зовсім не означає, що швидкість збільшуватиметься. Рекомендовано вибирати батарею відповідно до напруги електродвигуна. Купуйте батареї LiFePO4 (літій-фосфатні акумулятори), оскільки вони мають такі переваги - дешеві, надійні, довговічні (в середньому 1500 циклів заряд-розряд), швидко заряджаються (приблизно 2-3 години). Зарядний пристрійдля таких акумуляторів досить проста і нагадує здебільшого зарядку для мобільних телефонів.

4. Спеціальні ручки керма (регулятор швидкості) дозволяють регулювати швидкість електровелосипеда.

5. Контролер – блок із різними проводами, який відповідає за роботу всього електронного механізму. Є платою, яка розташована в алюмінієвому корпусі для захисту від зовнішніх впливів. Саме найкраще місцедля нього – кріплення для фляги.

6. Чохол або сумка для батареї призначений для зберігання акумуляторів.

7. Різні дроти та запобіжники – для роботи вищезгаданих пунктів. Можна використовувати й звичайні дроти від аудіо колонок.

Переваги саморобного електровелосипеда:

1. Якщо використати готовий комплект "мотор колеса", ви зможете встановити його на свій велосипед лише за кілька годин.

2. За ціною електромотори для велосипедів вийдуть значно нижче, ніж покупка вже готового, зібраного електровелосипеда;

3. Готовий електровелосипед буде набагато важчим за рахунок стандартних деталей та найпростіших акумуляторів; .

4. Готовий електровелосипед буде мати малу потужність, тому що якщо Ви захочете самі зібрати електровелосипед, то зможете підібрати компоненти, що цікавлять Вас, індивідуально.

Ми навели лише кілька аргументів, які допоможуть Вам з вибором, проте для того, щоб самостійно зібрати та винайти робочий механізм, потрібно розбиратися в електроніці.

Основною відмінністю електровелосипеда від звичайного велосипеда є наявність двигуна, акумуляторів та контролера. Насамкінець хотілося б зробити висновок про те, що враження від такого електровелосипеда можуть бути лише позитивними.

Набір для електровелосипеда своїми руками складається з вже зібраного колеса, контролера, рукоятки газу, рукояток гальма, датчика під педалі, фари із замком, кнопки звукового сигналу, сумки для батареї.

Друга частина комплекту – це батарея та зарядний пристрій.

Комплекти бувають на 12, 24, 36 і 48 вольт і потужністю 250, 380, 500 і 1000 ват.
Батарею вибирається відповідної напруги. Я радив би не гнатися за потужністю. 380W для рівної та горбистій місцевості цілком достатньо. Збільшуючи потужність, швидкість буде збільшуватися не значно, але в гору «тягти» буде краще.
Мій особистий досвід- Я дуже рідко допомагаю педалями і зірочки стоять весь час у положенні "максимальна швидкість".

Варто зауважити, що у багатьох країнах є обмеження 250W.
Чому я вибрав 48V, я зараз точно сказати не зможу, але в травні, коли я прочісував інтернет, перед покупкою була поставлена мітка - брати тільки 48V. З потужністю батареї все просто – у мене 10A, це 25 км. Якщо купити 20A, буде 50 км пробігу та 16 кг батареї замість 8-ми. Вирішіть, чи варто вам тягати зайві 4-8 кг ваги, якщо ви не збираєтесь далеко їздити. Я розумію, що потужність не в амперах вимірюється, але їх продавці розрізняють. Чи не ват/година, а саме напруга/ампери.

Мотор для саморобного електровелосипеда

Колесо-мотор 4 вже зібрані. Покришка та камера в комплект не входить. Колесо треба вибирати за розміром коліс вашого велосипеда, для мене це був номер 26 найпоширеніший розмір. Якщо ви купували камеру або шину - розмір ви знаєте точно.

Головне, що треба пам'ятати, монтуючи колесо — кабель повинен виходити з колеса зліва! Тоді воно буде обертатися у правильний бік. Друга і не очевидна небезпека — з колеса виходить три товсті дроти та кілька тонких. Перше, що робить людина, змонтувавши колесо — він його крутить. Колесо виробляє електрику, між силовим проводом і одним із тонких проводків проскакує іскра і все, згорів датчик, котушки скасовуються. Тому вийнявши колесо з коробки відразу обмотуємо ці дроти ізолентою і до моменту підключення до контролера так їх тримаємо.

Можливо доведеться трохи підточувати посадкове місце на вилці та вісь на колесі, у мене так і вийшло. Дремель та кілька ріжучих дисків вистачило, щоб встановити колесо.
Тут треба бути максимально акуратним, що щільніше колесо сяде на своє місце, тим менше проблем буде в майбутньому. Не сточіть зайвого. Власникам дорогих велосипедів із алюмінієвими вилками варто вибрати заднє колесо, я читав як потужне кіловатне колесо просто виламувало вуса на вилці при пробному включенні. Передня вилка розрахована на навантаження вгору та назад, а колесо тягне вперед та по колу. А ось мотор на задньому колесі дає навантаження на раму, що не відрізняються від педалей.

Контролер електровелосипеда

Контролер - маленька алюмінієва коробочка 3. з пучком дротів. Особливих проблем із нею немає. Знайти зручне місце на рамі та закріпити. У мене вдало на нижній балці виявилося два болти просто вкручені в раму. На один з них я і повісив контролер, другий не збігся і я зафіксував її пластиковим стрипом. Варто ними запастись, незамінна річ для фіксації кабелів. Єдина зауваження. Через законодавче обмеження швидкості в деяких країнах у контролері є блокування. Найчастіше це провід, який треба просто розімкнути. Заблокований контролер не дасть розігнатися швидше за 25 км/год.

По-перше, треба замінити рукоятки гальм. Я не став міняти рукоятку переднього гальма. Замінив лише задню. Навіщо треба міняти? У рукоятці знаходиться контакт, який відключає електродвигун у момент гальмування.

По-друге, на лівий бік керма треба встановити рукоятку газу. Знімаємо гумову ручку, відрізаємо її із внутрішньої сторони на необхідну ширину. Ставимо все на своє місце.

По-третє, треба встановити фару. У фарі знаходиться «замок запалювання» та звуковий сигнал. Кнопку звукового сигналу я не став підключати, можу і так покричати. А ось пара ключиків дуже порадувала. Ключ замінює вимикач живлення, а подальший поворот вмикає фару. Це зручно. Вийняти ключ із «фари» не вимкнувши велосипед не вдасться. Велосипед досить важкий, а хід на педалях теж не такий простий (адже вони стоять на максимумі і ще треба провернути мотор, який у такому разі стає генератором) - застрибнути і укотити на вашому велосипеді злодії буде не так просто. Навіть просто покотити його в руках. Це дозволяє не сильно «напружуватися», відволікаючись від велосипеда на кілька хвилин і не пристібати його щоразу замком.

Світлодіоди в теорії повинні показувати рівень розряду батареї. Можливо, на свинцевих так і є, але на LiFePO4 батареї це не працює. Спочатку світиться повний заряд, потім червоний світлодіод – батарея порожня. Крім того, це суперлайт світлодіоди і вони банально сліплять уночі прямо в обличчя, та й вдень теж заважають. Тому там і знаходиться ця смужка клейкого паперу. Потім я сточу кінчики світлодіодів і капну зверху по краплині термоклею, щоб отримати просто матове світіння.

Батарея електровелосипеда, зібраного самостійно

Це різновид літієвої батареї. LiFePO4 — вона дешевша за своїх побратимів із стільникових телефонів, не вибухає, добре віддає великі струми, що швидко заряджається, має до 1500 циклів заряд-розряд до початку помітного зниження ємності. Такі батареї з'явилися лише рік-два тому і на ринку ще мало відомі. Китайці самі збирають їх з окремих елементів необхідного вольтожу, потужності та розміру. Крім батареї у сумці знаходиться плата-балансир заряджання. З неї йде пучок дротів у саму батарею. Тобто батарея заряджається частинами і окремі «банки» елементів балансуються між собою.

Чому не звичайна кислотно-свинцева батарея? Аналогічна за параметрами моєї батареї важитиме більше 20 кг. Буде метушня з електролітом, довга зарядка, кількість циклів заряд-розряд не більше тисячі, а лише сотня-дві. Мало того, якщо я піду купувати у себе в магазині такі батареї - це коштуватиме не набагато менше. Тож навіть по грошах я не вигадаю.

Мотор-колесо є безколекторним електродвигуном постійного струму. У його конструкції не передбачені щітки, а це робить електричну машинубільш надійною, і заміну колектору встановлено кілька датчиків Холла.

Обмотка збудження замінена постійними ніодимовими магнітами, які, на сьогоднішній день, вважаються одними з найпотужніших постійних магнітів. Ротор конструкції виконаний із високоякісної електротехнічної сталі, що робить ККД конструкції більше. Мотор-колесо володіє нерухомим ротором (що кріпиться до осі байка) і статором, що обертається. Вибираючи мотор-колесо, слід проаналізувати, для яких цілей вам потрібен електроприводний велосипед, і відповідно вибрати виріб потрібної потужності.

Електровелосипеди мають два основних методи управління: за допомогою педалей та механізм регулювання потужності. Як випливає з назви електровелосипед за допомогою в педалюванні, допомагає вам обертати педалі і вимагає певних фізичних зусиль. При використанні цього методу регулювання датчик (крутного) моменту вимірює швидкість або навантаження, щоб визначити необхідну потужністьелектродвигуна. Все автоматизовано і тому не потрібно ні про що думати - просто сідайте у сідло та їдьте. У деяких електровелосипедів є безліч налаштувань, тоді як у інших може бути лише одне регулювання потужності. Можна настроювати необхідну допомогу в педалюванні. При слабких налаштуваннях допомога в педалюванні буде ледь помітною, але це допоможе збільшити час роботи двигуна. При сильніших налаштуваннях потужність більш помітна і ви можете досягти дуже високих швидкостей, тому що одночасно в педалювання вам допомагатиме мотор на свою повну потужність.

З іншого боку, механізм регулювання потужності взагалі не вимагає обертання педалей. Прямо як на мотоциклі, щоб контролювати потужність та швидкість – необхідно повернути та утримувати дросель. Ви можете паралельно крутити педалі, але це не обов'язково.

Одні електровелосипеди керуються лише за допомогою обертання педалей, інші мають механізм регулювання потужності, а в деяких є обидва механізми. Як правило, велосипеди за допомогою в педалюванні мають безліч налаштувань потужності, з яких можна вибрати відповідні умови поїздки, а електричні велосипеди з обома механізмами регулювання мають обмежені налаштування допомоги в педалюванні. На цих велосипедах повний контроль забезпечується механізмом регулювання потужності (коли це необхідно), а допомога у педалюванні має другорядне значення – на рівній місцевості.

Існують дві різні конфігурації установки мотор-колеса - спереду або ззаду.
Спереду встановлено мотор-колесо. Встановлені спереду втулкові двигуни можна знайти на готових або переобладнаних велосипедах. Якщо ви переобладнаєте стандартний велосипед, то найпростішим рішенням буде установка двигуна спереду, тому що в цьому випадку не виникне проблем з перемикачем швидкостей або ланцюгом. Оскільки більшість конверсійних наборів для електровелосипедів включають батареї, що встановлюються на багажник, то використання втулкового мотора спереду врівноважує вагу велосипеда і покращує керованість.

Оскільки існує невеликий ризик руйнування передньої вилки електродвигуном, то рекомендується використовувати втулковий мотор на передньому колесі тільки зі сталевою вилкою. Для готових велосипедів це не є проблемою, тому що зазвичай мотори комбінуються зі сталевими вилками і вони не такі потужні.

Втулкові мотори, встановлені на заднє колесо, поширені переважно на готових велосипедах, так як на заводі встановити мотор ззаду не важко. А ось переобладнати велосипед із заднім мотором-колесом трохи складніше, ніж у випадку з переднім втулковим мотором, оскільки виникають проблеми з ланцюгом, трансмісією та перемикачем передач. Плюс ви можете бути обмежені з 6- або 7-швидкісною тріскачкою. Але мотор на задньому колесі забезпечує більший момент, що крутить, і не так помітний, як на передньому колесі. .

Акумулятор – це найважливіший фактор, що впливає на загальну вартість електровелосипеда. Існує кілька різних типів батарей, що постачаються у різних формах та розмірах. Як правило, готові електровелосипеди обладнуються герметичними свинцево-кислотними і літій-іонними акумуляторами. Але в конверсійних наборах електровелосипедів використовуються і деякі інші типи акумуляторів. Три основні типи акумуляторів та їх підтипів, про які необхідно знати під час вибору електричного велосипеда:

Герметизовані свинцево-кислотні (SLA) - найдоступніші за ціною акумулятори, але у них найнижчий термін експлуатації і найважчі. Такі акумулятори добре підійдуть для новачків та велосипедистів, обмежених фінансовими можливостями. Якщо ви вирішили купити конверсійний набір для електровелосипеда, то ви можете спочатку встановити герметичні свинцево-кислотні акумулятори, а потім замінити їх більш дорогими. Приблизно на кожні 12 В напруга вага акумулятора збільшується на 3,2 - 3,6 кг (x2 для 24, x3 для 36, x4 для 48 В). Свинцево-кислотні акумулятори досить тяжкі. Вони розраховані на 300 – 500 зарядів (1 – 2 роки експлуатації). Дані батареї дуже чутливі до процесу зарядки і можуть пошкодитися, якщо їх розрядити більш, ніж на 75%. Крім цього, до кінця експлуатаційного періоду вони суттєво зменшують потужність.

Нікель-метал-гідридні (NiMH) – це хороші акумулятори за доступною ціною. Вони менші та легші. У них більший період експлуатації, ніж у свинцево-кислотних. З тих пір, як у більшості готових електровелосипедів стали використовувати свинцево-кислотні та літій-іонні акумулятори, нікель-метал-гідридні акумулятори оснащуються тільки конверсійні набори, за допомогою яких ви можете самостійно переобладнати свій велосипед в електричний велосипед. NiMH-батареї важать приблизно вдвічі менше, ніж свинцево-кислотні, а служать у 2 – 3 рази довше – 400 – 600 зарядів (2 – 3 роки експлуатації). Також у цього типу акумуляторів потужність не знижується в кінці періоду експлуатації або перед остаточним розрядом.

У літій-іонних акумуляторів (Li-Ion) найтриваліший період експлуатації та найнижча вага, хоча вони і найдорожчі. Літій-іонні акумулятори — це загальна назва великої групи акумуляторів. Якщо ви не розумієтеся на типах літій-іонних акумуляторів, то можете потрапити на обман у деяких магазинах або на сайтах, коли продавці та виробники перебільшуватимуть їх параметри. Типи літій-іонних акумуляторів:
Літій-кобальтові акумулятори (LiCoO2) застосовуються в ноутбуках, мобільних телефонахі мало поширені у електровелосипедах. Дуже легкі, але нестабільні та небезпечні. Схильні до самозаймання!

Літій-марганцеві акумулятори (LiMnO2) є найпоширенішими з літієвих, що використовуються в електровелосипедах. Акумулятор LiMnO2 майже завжди називають "літієвим" або "літій-іонним". Якщо не вказана інша специфікація, то, швидше за все, мається на увазі саме літій-марганцевий акумулятор. Це найдоступніші за ціною акумулятори серед літій-іонних. І хоча вони важать значно менше, ніж інші типи акумуляторів, вони найважчі серед літій-іонних. Якщо хтось стверджуватиме, що вони витримують понад 1000 перезарядок, то не вірте їм! Цей типлітій-іонних батарей зазвичай витримує 500 – 800 зарядів.

Літій-полімерні акумулятори (LiPo) трохи дорожчі за літій-марганцеві акумулятори, але у них подібні характеристики. Вони відрізняються в основному тільки конструкцією, так як у літій-полімерних немає твердої металевої оболонки, а є тільки м'яка полімерна.
Літій-фосфатні акумулятори (LiFePo4) найкращі літій-іонні акумулятори! У них найбільший період експлуатації та найменша вага серед доступних варіантів! Літій-фосфатні акумулятори найдорожчі, але здатні витримати до 1500 - 2000 зарядів і у них найстабільніший графік розряду з усіх можливих акумуляторів, а значить, у них не падає потужність протягом усього періоду експлуатації і до повного розряду.

Напруга акумулятора у саморобного електровелосипеда.

Як правило, електровелосипеди працюють на напрузі 24, 36 і 48 В. Як правило, чим вище напруга, тим вище максимальна швидкість, хоча це не завжди так (перевірте паспортні дані). Оскільки на потужність і швидкість можуть впливати ефективність мотора та трансмісії, то у електровелосипеда з напругою в 24 В може бути така ж максимальна швидкість, як і у велосипеда з напругою 36 В. Але загальна закономірність таке, що велосипеди з більш високою напругоює швидшими. При 24 В максимальна швидкість може становити 24 - 29 км/год, при 36 - 26 - 32 км/год, при 48 - 39 - 45 км/год.

Хоча ці характеристики виходять за нормативи, визначені за законом, але деякі конверсійні набори для переобладнання можуть навіть мати напругу 72 і розвивати швидкість понад 56 км / год! Але така висока швидкість може значні навантаження на компоненти велосипеда. Врахуйте, що навіть найшвидші спортсмени подорожують велосипедом із середньою швидкістю лише 27 - 29 км/год. 32 км/год здається дуже високою швидкістю для більшості велосипедистів. Все, що вище за цю швидкість небезпечно і порушує закон. Крім того, чим вище напруга, тим більше акумуляторів встановлюється, а значить вище їхня ціна та маса.

Місткість акумуляторів у саморобного електровелосипеда.

Акумулятори оцінюють за напругою (В) та в ампер-годинник (А * год). Напрузі приділяється найпильніша увага, але не менш важливі і ампер-годинники. В ампер-годинниках вимірюється ємність батареї. Вона є добрим показником кількості кілометрів, який можна проїхати від одного заряду батарей. Хоча вплив мають також і багато інших факторів: вага велосипедиста, місцевість, споживана потужність, ефективність і т. д., але зазвичай ця відстань залежить від ємності акумулятора. Отже, в середньому середньостатистичний велосипедист із батареєю на 10 А*год може проїхати 16 кілометрів (без обертання педалей). А якщо велосипедист крутитиме педалі, то це число може бути значно вищим, так що більшість батарей на 10 А*год оцінюються виробниками, беручи до уваги обертання педалей, як «спроможні проїхати до 32 кілометрів».

У велосипедів, на яких можлива допомога у педалюванні, діапазон потужності оцінюється набагато вище. Це відбувається через те, що велосипедист постійно допомагає двигуну і тим самим знижує струм (потужність).

Тим не менш, ми віримо, що потужний електровелосипед — персональний транспорт майбутнього, який набиратиме популярності. Маючи всі практичні переваги і швидкість скутера він більш універсальний і прохідний, маневрений, безшумний, екологічний, дешевий в експлуатації. Електровелосипед можна зберігати вдома, для нього не потрібен гараж або стоянка, що охороняється, як для мотоцикла або скутера, який небезпечно залишати на ніч на вулиці.

У цій статті йтиметься про те, як своїми руками можна перетворити звичайний велосипед на електричний. Такий велосипед їздитиме на акумуляторі, який при розрядці можна завжди підзарядити і потім їхати далі. Звичайно, є вже багато готових рішень для подібних саморобок, наприклад мотор-колесо, але тут все збирається з нуля.

За словами автора, саморобка цілком виправдала свої надії. Так як двигун тут використовується не дуже потужний, то з місця велосипед рушити не може, його спочатку потрібно розігнати ногами до швидкості 10-15 км/год, що не так вже й складно. А далі в дію включається електромор, який підтримує рух велосипеда і педалі крутити вже не потрібно. Електромоторчик розганяє велосипед до 34 км/годину під час руху по прямій.

Споживає велосипед під час руху прямою дорогою 100-300 Ватт. При русі під гору споживання зростає до 600-800 Ватт, щоб заощадити, можна допомагати ногами.

Пікове споживання струму двигуном склало 1200 ватів.

Матеріали та інструменти для збирання саморобки:
- електродвигун типу 6354 kv200

- спідконтроллер ESC

- Ватметр (копія Turnigy 130A);

- батарея типу LiPO 6S 22.2V 5a-h;

- ручка газу від велосипеда (керується великим пальцем);

- ручки гальма (у них є датчик натискання);

- Задній багажник (використовується як елемент конструкції);

- тріскачка на 16 зубів;

- зубчасті колеса та ремінь (вже готові).

Процес модернізації велосипеда:

Крок перший. Установка зірочки
Найчастіше зірочка кріпиться до спиць, але автор вирішив відмовитися від такої конструкції. У результаті зірочка була прикручена до гальмівного диска за допомогою болтів. Ще на диску можна побачити шість гвинтів по колу та два ближче до центру гальмівного диска. Ці гвинти фіксують різьблення, щоб диск при їзді не відкручувався.

Крок другий. Встановлюємо тріскачку
Тріскачка встановлюється на чашці від каретки, для фіксування використовується кільце від рідної чашки.

Крок третій. Задня втулка
Задня втулка виступає у ролі проміжного валу. Вона встановлена у відрізку профтруби П-подібної форми.

Крок четвертий. Установка великого зубатого колеса
Для фіксації зубчастого колеса використається штифт. Інакше втулка сама затискатиме конусами. У зубчастому колесі є канавка, а штифт вставляється в отвір, що є у валу. У результаті штифт лягає у канавку колеса.

Крок п'ятий. Мале зубчасте колесо
Щоб зафіксувати мале зубчасте колесо, використовують два гужони.

Крок шостий. Установка двигуна
Для кріплення двигуна використовується штатна хрестовина до L-подібної конструкції, яка була знайдена автором у засіках.

Крок сьомий. Міцний натягувач ланцюга
Натягувач ланцюга кріпиться до бокового елемента багажника. Все встановлюється на структуровану пластину, виготовлену з товстого листа алюмінію.

Загальний вигляд велосипеда

Крок восьмий. Електрична схемасаморобки
Як улаштована схема, можна побачити на картинці. Вона була трохи доопрацьована порівняно з оригіналом. Так, наприклад, у сервотестері було прибрано змінний резистор, на його місце було поставлено датчик холу з ручки керування газом. У ланцюг кнопки автор встановив резистор опору на 1 кОм, без нього мимоволі перемикалися режими, ймовірно через наведення.

Ще один нюанс електричної частини в тому, що автор розніс плюс живлення та вимірювальний плюс. Також у перспективі є сенс поставити ізольований конвертер 5В в 9В, у зв'язку з тим, що є занижені показання харчування.

Щодо батареї, то вона працює без BMS. Щоб не допустити перерозряду, автор використовував battery monitor, який був налаштований на 3.3 В. Коли напруга стає надто низькою, пристрій починає видавати звук.
Заряджається батарея клоном IMAX B6, використовується режим Li-Io із балансуванням.

Технічний директор REG.RU Валерій Студенніков спробував вирішити транспортну проблему особисто для себе, а потім перетворив своє хобі на цікавий стартап.

Представляємо вашій увазі розповідь засновника Electron Bikes про те, як зробити потужний електровелосипед своїми руками, чому любителів швидкості не влаштовують існуючі моделі байків і до якої швидкості може розганятися звичайний на вигляд велосипед.

Перше знайомство з електробайками

Вперше я побачив електровелосипеди чотири роки тому, 2011 року, на веловиставці в Москві. Дорогі, непоказні, дуже слабкі за характеристиками, але вони зачепили чимось, з'явилося бажання долучитися до цього цікавого виду транспорту. Вивчення ринку на той момент показало, що купити готовий електробайк із хорошими характеристиками за адекватною ціною просто нереально. На ринку представлені або дуже малопотужні та низькошвидкісні велосипеди з невеликою батареєю («слабкий» у всіх відносинах Китай або дорога, гламурна, але така ж тихохідна Європа), або супер-дорогі монстри, вартість яких у виробника починається від $10000 (Stealth Electric Bikes, Hi-Power Cycles), у яких теж є свої недоліки (неадекватно велика вага через важку раму і важке мотор-колесо, слабка тяга «на низах» через застосування безредукторних моторів, невеликий запас ходу).
Але наполегливе бажання отримати безшумний, легкий і при цьому потужний та жвавий електровелосипед нікуди не зникло. Тому довелося вибрати єдиний доступний варіант - збирати байк самому з наявних на ринку комплектуючих, як це роблять багато інших ентузіастів.

Перший млинець

Першим "комом" була спроба зібрати байк на основі кіловатного мотор-колеса MagicPie з вбудованим контролером, купленого в комплекті з батареєю 10 А * год для установки на багажник. Зібрати апарат вдалося, проте радість від нового велосипеда, що розганявся до небачених 42 км/год, була недовгою - багажник під вагою батареї прожив рівно три дні, зламавшись на розбитих дорогах. Керованість та розважування при такому розташуванні батареї також не дуже тішили. Тяжко доводилося й задньому колесу, яке й так додало у вазі - на швидкості в черговій ямі можна було легко пробити камеру або навіть погнути задній обід.

Тому при наступному доопрацюванні батарея за допомогою саморобних кріплень перекочувала на нижню трубу велосипеда. В результаті розважування вийшло краще, але виглядала конструкція страшно і непристойно. Для опису подібних витворів очманілих ручок у вітчизняних байкобудівників з'явився навіть усталений термін - «шахід-дизайн».

На байку з більш правильною розважуванням можна було вже досить комфортно їздити, але стало зрозуміло, що стандартної батареї 500 Вт * год (50 В, 10 А * год) для велосипеда потужності вище середнього вистачає ненадовго - електрикою можна доїхати з пункту А в пункт Б, а назад вже лише на педалях. У результаті була куплена велика батарея 1000 Вт * год (50 В, 20 А * год), яка в передній трикутник рами начебто влазила, але закріпити її довелося ізолентою;) Виглядало все це так:

У монстра, що вийшов, через ширину батареї навіть не оберталися педалі.

Зрозуміло, що залишати це не можна було.

Потрібно було щось вигадати з батареєю - змінити її просторове компонування, щоб за неї не зачіпали педалі, і розібратися з її кріпленням, виготовивши надійний батарейний бокс. Для виконання цього завдання після довгих пошуківта відсівання кандидатів був залучений Олександр Костюк – знайомий з велоклубу «ВелоСамара», який також глибоко перейнявся ідеєю проектування електровелосипеда. Маючи за плечима багаторічний досвід конструювання та будівництва різних прототипів всього що тільки рухається, він взявся за завдання побудови боксу. Вирішено було зробити його з листа АМг (сплав алюмінію з магнієм) завтовшки 2.5 мм, з'єднавши алюмінієвими куточками. Забарвлення боксу – порошкове. Також на велосипед був встановлений ватметр Cycle Analyst, що дозволяє вимірювати купу показників, включаючи витрати енергії у ват-годинах на кілометр. З таким приладом можна було більше не переживати, що батарея несподівано розрядиться в самий невідповідний момент - кожен витрачений ампер-година або ват-година на рахунку. У результаті вийшов такий байк:

На такому апараті з ємною, зручно і надійно закріпленою батареєю вже можна було спокійно кататися містом без побоювання, що щось відвалиться в самий невідповідний момент. Та й виглядав велосипед уже пристойніше. Готовий був байк акурат під зиму 2012-2013 і відмінно показав себе в зимових умовах, включаючи їзду і снігопади, і в хуртовину і в морози мінус 35 градусів.

Тільки вперед!

Після успішного завершення будівництва першого апарату, виникла ідея продовжити конструювати електробайки разом із Сашком. У мене було якесь бачення того, що хочеться, а у Сашка – величезний конструкторський досвід.
Ми вирішили не зупинятися на досягнутому ще й тому, що на російському ринкуна той момент просто не було електровелосипедів (та й зараз немає), на яких нам самим хотілося б їздити. Ніша досить потужних (порівняних за швидкістю і динамікою зі скутером або мотоциклом) і при цьому легких і адекватних за ціною електровелосипедів була порожня. А малопотужні велосипеди мене і Сашка зовсім не цікавили, адже нам, активним і молодим, хотілося кататися «з вітерцем», щоб байк при цьому мав пристойний пробіг та надійну конструкцію для їзди суворими російськими дорогами та бездоріжжям.

Вирішено було створити універсальний електрокомплект, що дозволяє перетворити будь-який сучасний гірський велосипед на електро. Гірські велосипеди були обрані як база не випадково - вони дуже популярні в Росії (кількісно складають основний клас велосипедів для дорослих), універсальні (дозволяють їздити як містом, так і бездоріжжям) і надійні. Також важливо, що деталі та вузли гірських велосипедів стандартизовані, що дозволяє також стандартизувати електрокомплект.

Належало підібрати адекватні комплектуючі для байка і вирішити ще цілий ряд інженерних завдань:

Підібрати двигун, здатний видавати велику потужність і момент, при цьому легкий.
Зібрати компактну та легку батарею достатньої ємності, здатну тримати великі струми.
Зміцнити дропаути заднього колеса, щоб у них не проверталася вісь високомоментного двигуна.
Розробити датчики спрацьовування для гідравлічних гальм (серійні гідрогальми з датчиками тільки починають з'являтися у продажу та мають свої недоліки), адже автоматичне відключеннямотора при натисканні гальм - одна з базових стандартних вимог для електробайків. А механічні гальма вже не підходять за характеристиками безпечного гальмування на тих швидкостях, що ми мали намір досягти.
Продумати рішення для живлення передньої фари та заднього ліхтаря (з сигналом) від бортової напруги електровелосипеда, передбачивши вбудований перетворювач постійного струму.
Визначитися з відповідними роз'ємами (бажано герметичними), велокомп'ютерами-ватметрами, світлотехнікою та багатьом іншим.

Але найголовніше - необхідно було розробити універсальний бокс для батареї та контролера для швидкого перетворення звичайного серійного велосипеда на електро. Зібрана раніше металева коробка на цю роль не підходила, оскільки вимагала надто великих трудовитрат у виготовленні та була заточена за формою та розмірами лише під конкретну раму.

Підсумкове рішення мало бути простим у монтажі, технологічним та дешевим у виготовленні.

Ось один із перших етапів на цьому шляху, бокс збудований навесні 2013 року:

Ось ще один із проміжних етапів:

Що вийшло?

В результаті року роботи та експериментів були розроблені по-справжньому універсальні та набагато естетичніші коробки, електрокомплекти та велосипеди на їх базі:

Характеристики цих апаратів:

швидкість – до 63 км/год;
потужність – до 2.5 кВт;
ємність батареї – до 1 кВт*год;
дальність пробігу - 40 км на максимальної швидкості(63 км/год) та до 100 км у режимі «економ» (30 км/год).

Ось відео пересування потужного електровелосипеда у «міських джунглях»:

В умовах перетнутої місцевості байк теж не пасує:

Ще відео

Велосипед чи мотоцикл?

Байки на базі створеного електрокомплекту вийшли справді дуже швидкі, здатні повноцінно рухатися в міському потоці на швидкості 60 км/год. За новими правилами, що регламентують потужність та швидкість електробайків, вони формально не відносяться ні до велосипедів (чия потужність на електротязі обмежена 250 Вт та 25 км/год), ні навіть до мопедів (чия конструктивна швидкість не повинна перевищувати 50 км/год), а належать до класу мотоциклів. При тому що зовнішній виглядцього байка не викликає особливих підозр - звичайний на вигляд велосипед c коробкою всередині рами. Та й вага апарата не сильно збільшилася, потужний електрокомплект додає всього 14 кг до велосипеда, в результаті вага готового байка виходить в районі 26 кг. Такий апарат дорослому чоловікові цілком під силу піднімати сходами, переносити через перешкоди.

Так що вийшов функціонально цілком мопед, але в велосипедній оболонці. В результаті можна користуватися перевагою обох видів транспорту: велосипеду у нас скрізь «зелене світло» (пішохідні зони, тротуари, наземні та підземні переходи, перехідні естакади, парки, стежки та й просто бездоріжжя), при цьому на дорозі доступна швидкість та динаміка мопеда. скутера (за більшої, ніж у будь-якого скутера чи мотоцикла маневреності), що робить потужний електровелосипед в умовах реального трафіку найшвидшим наземним міським транспортом.

І хоча потужність наших стандартних електрокомплектів і без того порівнянна з мопедом, як спортивний інтерес і експеримент (не дуже дешевий, як виявилося після підрахунку вартості всіх комплектуючих), були зібрані важкі і потужні електровелосипеди на базі спеціалізованих просторових рам від Qulbix:

І української «рами Чоботара»:

Ці 6-10-кіловатні монстри здатні розвивати швидкість вже до 90 км/год, маючи динаміку легкого мотоцикла. А при відкритті повного газу з місця привстають на козла. Батарея 3 кВт*год дозволяє проїхати 120 км на швидкості 40 км/год або 40 км на швидкості 90 км/год, завдяки чому можна використовувати такий байк як далекобійний заміський транспорт і для їзди по трасі.

Що далі?

Конструкція електрокомплектів та електровелосипедів Electron Bikes продовжує постійно покращуватись. Незабаром будуть готові до промислового серійного випуску дві моделі велосипеда:

"Стандарт" (на базі звичайної велосипедної рами): потужність 2.2 кВт, ємність батареї 1 кВт * год, швидкість до 63 км / год;

Електрочопери (без педалей) "Електро-класик": потужність 6 кВт, швидкість до 85 км/год, ємність двох знімних батарей до 3 кВт * год;

І "Електро-боббер".

Останній також обладнаний унікальною паралелограмною вилкою з титану, випущеною обмеженим тиражем.

Небагато про пристрій електровелосипеда

Під кінець трохи про влаштування та компоненти електровелосипеда, а також про технічні складнощі, що стоять на шляху творців потужного байка.

Основні електричні компоненти електровелосипеда

"Серцем" або м'язами електровелосипеда є електромотор(Докладніше про мотори та їх типи нижче). У сучасних електровелосипедах використовуються синхронні безколекторні двигуни постійного струму (Brushless Direct Current Motor або BLDC), що дозволяють ефективно працювати в широкому діапазоні обертів з високим моментом. Зрідка використовуються асинхронні мотори, як центральні. (Про "Двигуни Шкондіна", про які так багато шуму в інтернеті, можна випустити окремий викривальний матеріал;).

"Мозок" ж електробайка - контролер. Контролер управляє електродвигуном, подаючи в потрібний момент живлення на його обмотки залежно від необхідної швидкості обертання та потужності. Контролер також керує всією всією "логікою" велосипеда: на вході отримуючи сигнали від положення ручки газу, перемикачів режимів роботи (можна, наприклад, у різних режимах обмежувати швидкість, потужність або навіть включати задній хід), кнопки круїз-контролю (дуже допомагає при їзді в заміському режимі), сигнали з датчиків гальм (бо потрібно вимикати живлення мотора при натисканні ручки гальма або навіть включати рекуперативне гальмування двигуном, якщо воно підтримується) тощо.

Енергія для живлення серця та мозку електробайка запасається в акумуляторної батареї . Звичайна напруга батарей електровелосипедів - від 36 до 48 В. Швидкісні апарати можуть комплектуватися високовольтними батареями (до 100 В).
В даний час в переважній більшості електровелосипедів використовуються літієві батареї (докладніше про їх типи нижче), що мають найкращу енергоємність. Тяжкі свинцеві батареї застосовуються лише на найдешевших апаратах.
Батарея складається з окремих акумуляторних осередків, з'єднаних послідовно/паралельно.

У батареї також є свій "мозок" - це система управління батареєю (Battery Management System або BMS). Захищає батарею від перезаряду, перерозряду, перевищення допустимого струму, а також балансує окремі осередки батареї, щоб вони рівномірно розряджалися.

Для відображення всієї необхідної інформації та точного підрахунку калорій необхідний ватметр, що дозволяє точно сказати, скільки енергії витрачено і ще залишилося. Спеціалізований ватметр поєднує в собі функції велокомп'ютера, вважаючи також швидкість, відстань і похідні показники, такі як енергоспоживання на кілометр шляху (Вт * год / км).

Для живлення низьковольтних споживачів (фара, задній ліхтар, гудок, повторювачі) необхідно знижувати бортова напругадо нижчого (5, 8 або 12 вольт). Для цього використовуються високоефективні перетворювачі постійного струму. DC-DC).

Труднощі перехідного віку

Завдання створення потужного байка ускладнюється тим, що вся індустрія комплектуючих для електровелосипедів зараз розрахована на малопотужні апарати. Клас потужних і швидкісних електробайків, що стоять на півдорозі до мотоциклів, тільки формується, тому творцям таких апаратів на кожному кроці доводиться щось вигадувати.

Батареї

Акумулятори для електровелосипедів, що серійно випускаються, створюються, як правило, з елементів, не здатних витримувати великі струми. C-rating (відношення струму, яке здатна видавати батарея, до ємності батареї, вираженої в ампер-годинах) серійних батарей, складених, як правило, з літій-іонних осередків, не більше 1, тоді як під потужні велосипеди, які ми створюємо, потрібні батареї з C-рейтингом мінімум 2.5. Тобто, наприклад, при ємності 20 А * год здатні довго видавати струм 50 A. Що при 50-вольтовій батареї дозволило б видавати потужність 2.5 кВт - цікавий для нас мінімум. В результаті батареї доводиться паяти (а зараз вже зварювати за допомогою точкового зварювання) самостійно з придатних для цього елементів. Пошук та підбір відповідних за характеристиками елементів, їх тестування та відбраковування – також окреме завдання. Зараз ми використовуємо призматичні елементи LiFePO4 та LiNiCo, що дозволяють створити енергоємні та компактні батареї.

Основні типи літієвих акумуляторних елементів

LiFePO4 (літій-залізо-фосфатні). Можуть експлуатуватися на морозі до -30 градусів, доступний швидкий заряд за 45 хв, мають найбільше число циклів заряду-розряду (1500-2000), дозволяють віддавати більшу потужність, пожежобезпечні, не горючі. Однак, мають удвічі нижчу питому ємність, ніж у літій-іонних акумуляторів (тобто в 2 рази вище вага при тій же ємності), щодо дороги (але питома ціна експлуатації найнижча через велику кількість циклів).
Використовуються нами як основне рішення в комплектах для велосипедів-хардтейлів, проте через свої габарити не підходять для встановлення в передній трикутник рами велосипедів-двовісів, де дуже мало вільного місця.
Li-Ion (літій-іонні). Класичні літієві батареї, які використовуються в основному для живлення електроніки. Вони найлегші і ємні, найдешевші, мають максимальну на сьогоднішній день питому ємність (Вт * год / кг). Однак, мають вузький температурний діапазон експлуатації (від 0 до +40 градусів Цельсія), невелика кількість циклів заряду-розряду (300-400), що не дозволяють віддавати великі струми. Ці батареї найчастіше використовуються в малопотужних електровелосипедах, але для потужних апаратів вони малопридатні через низький C-rating.
LiPo (літій-полімерні). Висока енергоємність, майже така сама, як у елементів Li-Ion. Допускають високі розрядні струми, високий C-rating. Однак, як і Li-Ion мають менше циклів заряду-розряду (300-700) і вузький температурний діапазон: при експлуатації нижче 0 виходять з ладу, а на жарі, від короткого замиканняабо механічних пошкоджень можуть спалахнути. Через свою високу пожежну небезпеку на електровелосипедах застосовуються тільки безстрашними ентузіастами.
LiNiCo/LiNiCoMnO2 (літій-нікель-кобальт). Маючи переваги LiPo (високу енергоємність і здатність видавати великі струми), позбавлені їх недоліків: мають ширший температурний діапазон, і, головне, пожежобезпечні. Внаслідок своєї компактності використовуються нами в електрокомплектах, призначених для встановлення на велосипеди-двопідвіси.

Мотори

Але найбільшу проблему завдання створення потужного і легкого електровелосипеда є мотори.
Серійні мотори або надто малопотужні, або важкі, або мають низький ККД, або перегріваються, або разом разом;)

Мотори, що застосовуються для електровелосипедів, можна розділити на три класи, у кожного з яких є свої недоліки стосовно потужних електробайків.

Безредукторні мотор-колеса (direct-drive)

Зусилля магнітного поля передається одразу на колесо, тому й звуться direct drive (прямий привід).
Невибагливі, надійні, тому що в них немає жодних елементів, що зношуються, крім підшипників. Допускають використання електричного гальма для рекуперативного гальмування. Але мають два великі недоліки.

Перший – велика вага. Наприклад, мотор номінований на 2.5 kW важитиме в середньому від 7 кг, а двигун на 6 kW цілих 12 кг. Це дуже позначається на вазі готового велосипеда. Крім того, розміщення важкого мотора в задньому колесі зміщує назад центр тяжіння (велосипед стає незручно носити, здійснювати на ньому трюки / стрибати), а також збільшує "безпружинну масу" колеса, що в гірший бік позначається на його живучості, підвищуючи вимоги до міцності. , товщина спиць. У зв'язку з цим колеса з важкими директ-драйвами нерідко спіцуються в мото-обод, т.к. підібрати велосипедні обода потрібної міцності складно.

Другий недолік – низький ККД при їзді на низьких оборотах. Наприклад, при їзді в гірку, по бруду, піску або бездоріжжю, де розігнатися не виходить, такий мотор сильно перегріватиметься. Наприклад, при їзді в гору 20% сферичний мотор direct drive на 6 кВт буде працювати приблизно на 20% свого ККД, а 80% йтиме в тепло. У такому режимі потужний двигун-колесо може перегрітися і згоріти за пару хвилин, якщо його вчасно не відключити (зазвичай реалізують автоматичне відключення двигуна по сигналу з термодатчика). Що не дивно: при слабкому тепловідводі в замкнутому просторі мотора та роботі в режимі низького ККД обмотки нагріваються зі швидкістю потужного електричного чайника (4.8 кВт нагрів у нашому прикладі з 6 кВт мотором). Втім, щоб "чайник" нагрівався повільніше, в нього можна "налити води" - окремі ентузіасти вирішують проблему за допомогою водяного охолодження.

Редукторні (geared) мотор-колеса

Містять вбудований планетарний редуктор, який зазвичай має передавальне число 5:1. Мають меншу вагу за тієї ж потужності, більший ККД "на низах" порівняно з безредукторними моторами. Однак, механічно менш надійні (більше рухомих механічних частин) і не підтримують рекуперативне гальмування. Але, головне, не випускаються серійно для потужностей більше 1000 Вт.

Центральні двигуни (middrive)

Міддрайви, як випливає з їхньої назви - це зовнішній привід з високооборотним електромотором, що встановлюється як правило в районі кареткового вузла, що передає зусилля через систему ланцюгів, шестерень або ременів. Дозволяють домогтися найкращого співвідношення потужність-вага (чим вище обороти електромотора, тим легшим його можна зробити за тієї ж потужності). Наприклад, авіамодельні двигуни при потужності 6 кВт можуть важити лише трохи більше за кілограм:

Для порівняння, мотор-колеса direct-drive тієї ж номінальної потужності (Cromotor, Crystalite, Quanshun) важать 12(!) кг. Також розташування мотора ближче до центральної частини велосипеда дає правильнішу розважування, дозволяючи використовувати такі велосипеди в тому числі для стрибків і трюків. Можуть працювати в оптимальних режимахнавіть на крутих схилах та глибокого бруду.

Однак потужність серійних центральних моторів для електровелосипедів зазвичай обмежується 500 Вт. Найбільш потужне рішення, доступне на даний момент – набір від Cyclone на 1500 Вт:

Найбільш сильні рішення на основі центральних двигунів збираються ентузіастами самостійно, серійних готових пропозицій немає. При творців таких потужних байків цьому виникає ряд технічних завдань.

Редукція. Для високооборотних моторів для зниження оборотів (з кількох тисяч до 500-700) необхідно застосовувати редуктор (готових спеціалізованих редукторів немає, кожен винаходить сам) або ланцюгову/ременну передачу з високим передатним ставленням (виготовляючи самостійно зірки потрібного діаметра).
UPD: Втім, рішення починають з'являтися.
Передача. Для високопотужних двигунів стандартний ланцюг від багатошвидкісних гірських велосипедів не підходить - він просто порветься або зношуватиметься дуже швидко. Необхідно використовувати широкий міцний ланцюг для одношвидкісних велосипедів BMX, ланцюг від мопеда або мінібайка або міцний ремінь. А це часто веде до необхідності виготовлення нестандартних шестерень, втулок та обгінної муфти.

Охолодження. Компактні високооборотні мотори (часто як міддрайви застосовують авіамодельні двигуни, розраховані на експлуатації в умовах дуже інтенсивного обдування повітрям), при використанні на електровелосипедах вимагають окремого підходу до охолодження: примусового обдування, установки радіатора, обробки обмоток теплопровідним складом для кращого. п.
Перемикання швидкостей. Якщо для передачі таки використовується велосипедний ланцюг і стандартна велосипедна касета для перемикання передач, то при перемиканні під високим навантаженням касета дуже швидко непридатна. Не дуже рятують становище і планетарні втулки, лише деякі з яких здатні перемикатися під навантаженням. Найживіший варіант - варіаторні втулки NuVinchi, що дозволяють плавно змінювати передавальне співвідношення. Інша проблема - у міському циклі постійне ручне перемикання швидкостей незручно, потрібно стежити не лише за ручкою газу, але й за ручкою перемикання передач, що знижує простоту та зручність керування електровелосипедом. Виходом тут можуть бути автоматичні планетарні/варіаторні втулки, що з'явилися останнім часом. Проте в потужних (від 2 кВт) велосипедах з центральним мотором від перемикання передач часто відмовляються, що спрощує конструкцію та управління, благо вискокооборотний синхронний двигун з редукцією дозволяє видавати високий момент на будь-якій швидкості.

А ще воскооборотисті двигуни, редуктори та ланцюгові передачі шумлять.

Тим не менш, завдяки своїм перевагам центральні мотори мають величезний потенціал і все частіше будуть використовуватися в потужних електровелосипедах у міру появи готових вузлів і рішень. Поки що, проте, потужні міддрайви залишаються долею окремих ентузіастів або фірм, що створюють індивідуальні рішення під себе.

Вело-компоненти

Велосипедні компоненти для зарядженого байка також мають підвищені навантаження і вимагають уважного підбору.

Міцні колеса

Для мотор-колес потрібен посилений обід (звичайний може зім'ятись від збільшеного навантаження на колесо, високої швидкості і “колдобин” на дорогах), більш товсті спиці. Найчастіше з важкими мотор-колесами застосовують мотообод.

Потужні та зносостійкі гальма

Для гальмування важкого велосипеда на високих швидкостях потрібні хороші гідравлічні гальма зі збільшеним діаметром диска та великим ресурсом колодок.
Фактично спеціалізованих гальм для потужних електровелосипедів не існує або вони лише починають з'являтися. Тому використовуються або звичайні гальма, що важко справляються з навантаженням і швидко зношуються, або найбільш потужні гальма для вело-даунхіла, які дуже дорогі. Також можна використовувати гальма від мінібайка, самостійно пристосовуючи їх до велосипедних стандартів (виготовляючи перехідники для кріплення гальмівної машинки, гальмівного диска або навіть гальмівний диск).

Посилені вилки

Велосипедні амортизатори також зазнають підвищеного зносу при роботі на великих швидкостях при збільшеній вазі апарату. Для найпотужніших і найважчих електровелосипедів єдиним підходящим за міцністю вибором є двокоронні вилки для даунхілла; однак, призначені для відпрацювання дуже великих нерівностей, вони є надто м'якими для їзди по асфальту.

* * *

Таким чином, клас потужних електровелосипедів вимагає особливої уваги до компонентів, багато з яких занадто дорогі або потребують доопрацювання. Спеціалізованих компонентів для байків, що стоять посередині між велосипедом, мопедом і мотоциклом, або немає, або вони тільки починають вироблятися. Це створює певні складнощі, але також відкриває простір для творчості.

Транспорт чи розвага?

Тим не менш, ми віримо, що потужний електровелосипед - персональний транспорт майбутнього, який набиратиме популярності. Маючи всі практичні переваги і швидкість скутера, він більш універсальний і прохідний, маневрений, безшумний, екологічний, дешевий в експлуатації. Електровелосипед можна зберігати вдома, для нього не потрібен гараж або стоянка, що охороняється, як для мотоцикла або скутера, який небезпечно залишати на ніч на вулиці.

Однак це не тільки практичний транспорт, це ще й чудовий спосіб проведення дозвілля: катання на швидкісному безшумному мотоциклі по пересіченій місцевості в режимі «ендуро» - нескінченне джерело адреналіну. Також, на відміну від скутера чи мотоцикла, який з настанням холодів ставиться у гараж, на електробайку

Перше знайомство з електробайками

Перший млинець

У монстра, що вийшов, через ширину батареї навіть не оберталися педалі.

Зрозуміло, що залишати це не можна було.

Потрібно було щось вигадати з батареєю - змінити її просторове компонування, щоб за неї не зачіпали педалі, і розібратися з її кріпленням, виготовивши надійний батарейний бокс. Для виконання цього завдання після довгих пошуків та відсіювання кандидатів було залучено Олександра Костюка – знайомого з велоклубу «ВелоСамара», який також глибоко перейнявся ідеєю проектування електровелосипеда. Маючи за плечима багаторічний досвід конструювання та будівництва різних прототипів всього що тільки рухається, він взявся за завдання побудови боксу. Вирішено було зробити його з листа АМг (сплав алюмінію з магнієм) завтовшки 2.5 мм, з'єднавши алюмінієвими куточками. Забарвлення боксу – порошкове. Також на велосипед був встановлений ватметр Cycle Analyst, що дозволяє вимірювати купу показників, включаючи витрати енергії у ват-годинах на кілометр. З таким приладом можна було більше не переживати, що батарея несподівано розрядиться в самий невідповідний момент - кожен витрачений ампер-година або ват-година на рахунку. У результаті вийшов такий байк:

Тільки вперед!

Після успішного завершення будівництва першого апарату, виникла ідея продовжити конструювати електробайки разом із Сашком. У мене було якесь бачення того, що хочеться, а у Сашка – величезний конструкторський досвід.
Ми вирішили не зупинятися на досягнутому ще й тому, що на російському ринку на той момент просто не було електровелосипедів (та й зараз немає), на яких нам самим хотілося б їздити. Ніша досить потужних (порівняних за швидкістю і динамікою зі скутером або мотоциклом) і при цьому легких і адекватних за ціною електровелосипедів була порожня. А малопотужні велосипеди мене і Сашка зовсім не цікавили, адже нам, активним і молодим, хотілося кататися «з вітерцем», щоб байк при цьому мав пристойний пробіг та надійну конструкцію для їзди суворими російськими дорогами та бездоріжжям.

Належало підібрати адекватні комплектуючі для байка і вирішити ще цілий ряд інженерних завдань:

Підібрати двигун, здатний видавати велику потужність і момент, при цьому легкий.
Зібрати компактну та легку батарею достатньої ємності, здатну тримати великі струми.
Зміцнити дропаути заднього колеса, щоб у них не проверталася вісь високомоментного двигуна.
Розробити датчики спрацьовування для гідравлічних гальм (серійні гідрогальми з датчиками тільки починають з'являтися у продажу та мають свої недоліки), адже автоматичне відключення мотора при натисканні гальм – одна з базових стандартних вимог для електробайків. А механічні гальма вже не підходять за характеристиками безпечного гальмування на тих швидкостях, що ми мали намір досягти.
Продумати рішення для живлення передньої фари та заднього ліхтаря (з сигналом) від бортової напруги електровелосипеда, передбачивши вбудований перетворювач постійного струму.
Визначитися з відповідними роз'ємами (бажано герметичними), велокомп'ютерами-ватметрами, світлотехнікою та багатьом іншим.

Підсумкове рішення мало бути простим у монтажі, технологічним та дешевим у виготовленні.

Ось один із перших етапів на цьому шляху, бокс збудований навесні 2013 року:

Ось ще один із проміжних етапів:

Що вийшло?

Характеристики цих апаратів:

швидкість – до 63 км/год;
потужність – до 2.5 кВт;
ємність батареї – до 1 кВт*год;
дальність пробігу – 40 км на максимальній швидкості (63 км/год) та до 100 км у режимі «економ» (30 км/год).

Ось відео пересування потужного електровелосипеда у «міських джунглях»:

В умовах перетнутої місцевості байк теж не пасує:

Ще відео

Велосипед чи мотоцикл?

Байки на базі створеного електрокомплекту вийшли справді дуже швидкі, здатні повноцінно рухатися в міському потоці на швидкості 60 км/год. За новими правилами, що регламентують потужність та швидкість електробайків, вони формально не відносяться ні до велосипедів (чия потужність на електротязі обмежена 250 Вт та 25 км/год), ні навіть до мопедів (чия конструктивна швидкість не повинна перевищувати 50 км/год), а належать до класу мотоциклів. Причому зовнішній вигляд цього байка не викликає особливих підозр - звичайний на вигляд велосипед c коробкою всередині рами. Та й вага апарата не сильно збільшилася, потужний електрокомплект додає всього 14 кг до велосипеда, в результаті вага готового байка виходить в районі 26 кг. Такий апарат дорослому чоловікові цілком під силу піднімати сходами, переносити через перешкоди.

І української «рами Чоботара»:

Що далі?

І "Електро-боббер".

Останній також обладнаний унікальною паралелограмною вилкою з титану, випущеною обмеженим тиражем.

Небагато про пристрій електровелосипеда

Основні електричні компоненти електровелосипеда

Енергія для живлення серця та мозку електробайка запасається в акумуляторної батареї. Звичайна напруга батарей електровелосипедів - від 36 до 48 В. Швидкісні апарати можуть комплектуватися високовольтними батареями (до 100 В).
В даний час в переважній більшості електровелосипедів використовуються літієві батареї (докладніше про їх типи нижче), що мають найкращу енергоємність. Тяжкі свинцеві батареї застосовуються лише на найдешевших апаратах.
Батарея складається з окремих акумуляторних осередків, з'єднаних послідовно/паралельно.

Для живлення низьковольтних споживачів (фара, задній ліхтар, гудок, повторювачі) необхідно знижувати бортову напругу до нижчої (5, 8 або 12 вольт). Для цього використовуються високоефективні перетворювачі постійного струму. DC-DC).

Труднощі перехідного віку

Батареї

Основні типи літієвих акумуляторних елементів

LiFePO4 (літій-залізо-фосфатні). Можуть експлуатуватися на морозі до -30 градусів, доступний швидкий заряд за 45 хв, мають найбільше число циклів заряду-розряду (1500-2000), дозволяють віддавати більшу потужність, пожежобезпечні, не горючі. Однак, мають удвічі нижчу питому ємність, ніж у літій-іонних акумуляторів (тобто в 2 рази вище вага при тій же ємності), щодо дороги (але питома ціна експлуатації найнижча через велику кількість циклів).
Використовуються нами як основне рішення в комплектах для велосипедів-хардтейлів, проте через свої габарити не підходять для встановлення в передній трикутник рами велосипедів-двовісів, де дуже мало вільного місця.
Li-Ion (літій-іонні). Класичні літієві батареї, які використовуються в основному для живлення електроніки. Вони найлегші і ємні, найдешевші, мають максимальну на сьогоднішній день питому ємність (Вт * год / кг). Однак, мають вузький температурний діапазон експлуатації (від 0 до +40 градусів Цельсія), невелика кількість циклів заряду-розряду (300-400), що не дозволяють віддавати великі струми. Ці батареї найчастіше використовуються в малопотужних електровелосипедах, але для потужних апаратів вони малопридатні через низький C-rating.
LiPo (літій-полімерні). Висока енергоємність, майже така сама, як у елементів Li-Ion. Допускають високі розрядні струми, високий C-rating. Однак, як і Li-Ion мають менше циклів заряду-розряду (300-700) і вузький температурний діапазон: при експлуатації нижче 0 виходять з ладу, а на жарі, від короткого замикання або механічних пошкоджень можуть спалахнути. Через свою високу пожежну небезпеку на електровелосипедах застосовуються тільки безстрашними ентузіастами.
LiNiCo/LiNiCoMnO2 (літій-нікель-кобальт). Маючи переваги LiPo (високу енергоємність і здатність видавати великі струми), позбавлені їх недоліків: мають ширший температурний діапазон, і, головне, пожежобезпечні. Внаслідок своєї компактності використовуються нами в електрокомплектах, призначених для встановлення на велосипеди-двопідвіси.

Мотори

Безредукторні мотор-колеса (direct-drive)

Редукторні (geared) мотор-колеса

Центральні двигуни (middrive)

Міддрайви, як випливає з їхньої назви - це зовнішній привід з високооборотним електромотором, що встановлюється як правило в районі кареткового вузла, що передає зусилля через систему ланцюгів, шестерень або ременів. Дозволяють домогтися найкращого співвідношення потужність-вага (чим вище обороти електромотора, тим легшим його можна зробити за тієї ж потужності). Наприклад, авіамодельні двигуни при потужності 6 кВт можуть важити лише трохи більше за кілограм:

Для порівняння, мотор-колеса direct-drive тієї ж номінальної потужності (Cromotor, Crystalite, Quanshun) важать 12(!) кг. Також розташування мотора ближче до центральної частини велосипеда дає правильнішу розважування, дозволяючи використовувати такі велосипеди в тому числі для стрибків і трюків. Можуть працювати в оптимальних режимах навіть на крутих схилах та глибокому бруді.

А ще воскооборотисті двигуни, редуктори та ланцюгові передачі шумлять.