Какие бывают электродвигатели для велосипедов и как их устанавливать

Что лучше: мотор колесо или редукторное?

Последнее дает возможность ехать с низким передаточным отношением, что райдеру поможет покорять подъемы. Мотор колесо, при этом, функционирует, приближаясь к максимальному значению КПД, поскольку функционирует на повышенных оборотах.

Но, поскольку потерь на трение сложной системе не избежать, незначительное снижение эффективности двигателя будет наблюдаться.

Безредукторная система не может понижать обороты мотора, поэтому у них не будет величиной постоянной коэффициент полезного действия. Он зависит сильно от скорости.

У столь простых систем, тем не менее, общее значение КПД выше, чем у двигателей редукторных.

Поэтому, решать, какой из моторов выбрать приходится каждому:

первые поддерживают КПД постоянным в широком диапазоне передач, а вторые- характеризуются большим КПД суммарным, хотя у них неизбежны потери при уменьшении скорости;
для тех, кому часто приходится подниматься на горки или перевозить тяжести важно знать, что в таких случаях отмечается снижение средней скорости, поэтому правильным выбором будет колесо редукторное;
в других ситуациях двигатель, не занижающий передачи, с работой справляется эффективнее.

Если говорить о том, в какое колесо правильнее ставить редукторный мотор, то переднее лучше не рассматривать вообще, поскольку ему нужно обеспечить свободный контакт.

Достаточно выбрать для ежедневных «покатушек» мотор, мощность которого 250 W.

Итог: Выбор колеса, как стало понятно, зависит от необходимо тяги и скорости, от условий эксплуатации.

Чтобы электрический велосипед наилучшим образом удовлетворял запросы пользователей, к его выбору подходить нужно серьезно. От характеристик средства передвижения напрямую зависит комфорт во время езды и продолжительность срока службы железного друга.

Лучшим образом подойдут редукторные моторы мощностью 250-350 Вт, если:

• местность, по которой предполагается ездить, ровная, а величина встречающихся на пути уклонов не превышает 12 градусов;
• масса райдера не более 90 кг;
• скорость во время езды 25-30 км/ч;
• используется параллельно электротяга и педалирование.

Для холмистой местности потребуется мотор редукторный большей мощности — 500 Вт, если оптимальная скорость езды составляет 30-35 км/ч.

С прямым приводом мотор-колесо выбирают в ситуациях:

• ездить предполагается на скорости 35 км/ч и необходима хорошая тяга (500-600 Вт);
• катание на скорости 45 км/ч требует мотора с прямым приводом -800-1000 Вт;
• по-прежнему необходима тяга, но ехать предполагается со скоростью 50 км/ч-1200-1500 Вт.

Важно знать, что, установив батарею и мотор, практически каждый велосипед, легко перевоплотить в электрический. Причем, чаще едет такая конструкция лучше многих серийных моделей с такими же техническими параметрами

Стоит же комплект мотора для велосипеда в разы меньше.

Очень привлекательны велосипеды электрически тем, что законодательством предусмотрена езда на них без регистрации.

Какое напряжение выбрать для мотор-колеса электровелосипеда?

Интересно, что в некоторых странах мощность электровелосипедов строго ограничена. Например, такой лимит составляет 200W в Англии и Австралии. В США ограничена максимальная скорость передвижения. Однако в большинстве стран подобные ограничения отсутствуют.

Расчет мотор колеса

В этом случае выбор сугубо индивидуален, и трудно сказать, что есть какие-то определенные правила или характеристики, которые характеризуют один товар как хороший, а другой – как плохой. Один из самых главных критериев – мощность. От нее зависит эффективность работы велосипеда. Чем большей мощностью обладает мотор-колесо, тем большую скорость он может развить, и тем выше его тяговая функция.

Наиболее практичным вариантом является показатель в 48V / 500W. Для комфортной езды по равнинам и холмистым путям с приличной скоростью это то, что нужно. А установка системы ограничения скоростного режима может регулировать движение, делая его более безопасным. Велосипед может разгоняться до 40-45 км/ч.

Также следует учитывать, что чем больше мощность электровелосипеда, тем больше его вес. Если придется крутить педали, фактор веса тоже немаловажен. Для обеспечения большей мощности нужно покупать более мощные аккумуляторы, что пропорционально отражается на их стоимости.

История

Изобретение мотор-колеса

Автор концепции первого колесного двигателя – Веллингтон Адамс из Сент-Луиса. Патент США 300 827, 1884 год.

В 1890 году Эдвардом Паркхерстом из Воберна, штат Массачусетс, изобретен двигатель с высоким крутящим моментом и низким числом оборотов в минуту. Двигатель был встроен в колесо.

Преимущества мотор-колеса раскрыты в 1896 году в патенте француза Чарльза Терикома.

Фердинанд Порше с 1897 года в участвовал в разработке электрического мото-колеса (были мотор-колеса и на двигателях внутреннего сгорания, но это не наша тема). Опытный образец электромобиля получился удачным. Машина была компактной, быстрой — она могла передвигаться с неплохой для конца XIX века скоростью 40 километров в час, — но при этом тяжёлой. Значительную часть веса машины составляли ёмкие свинцовые аккумуляторные батареи. Их запас хода был невелик — от одной зарядки автомобиль мог проехать около часа. Самодвижущийся экипаж, получивший название Lohner-Porsche, имел два электромотора мощностью две с половиной лошадиных сил каждый. Механическая трансмиссия отсутствовала, а электромоторы располагались в ступицах передних колёс.

Lohner-Porsche

Машина не была чисто электромобилем, в ней стоял небольшой бензиновый двигатель, вращающий генератор. Генератор вырабатывал ток, который подзаряжал аккумулятор, а тот в свою очередь питал силовые электродвигатели. Таким образом это была первая демонстрация гибридной силовой установки, состоящей из двигателя внутреннего сгорания, аккумуляторов и электродвигателей. Это изобретение получило Гран-при Парижской всемирной выставки 1900 года. Фердинанд Порше считал этот проект до конца нереализованным. В последующие годы 300 Lohner Porsches были сделаны и проданы состоятельным покупателям.

Первые электровелосипеды с мотор-колесами

С 1890 сразу несколькими патентами была защищена конструкция электрического привода, устанавливаемого на велосипеде. Так, патент США 1895 года Огдена Болтона описывает электровелосипед с питанием от батареи с мотор-втулкой, установленной на заднем колесе. Не было никаких передач, и двигатель мог потреблять до 100 ампер (A) от 10-вольтовой батареи.

Два года спустя, в 1897 году, Осия У. Либби из Бостона изобрел электрический велосипед (патент США № 596272) приводимый в движение «двойным электродвигателем». В конце 1990-х годов эта модель была заново изобретена или имитирована и использована в электровелосипедах Giant Lafree.

В начале XX века история с использованием мотор-колес подзаглохла. Рост мощности бензинового двигателя превысил мощность мотор-колес, что компенсировало любые потери в трансмиссии. В результате автомобили перешли на бензиновые двигатели с трансмиссией.

В конце XX века с появлением относительно дешевых, емких и легких литий-ионных аккумуляторов мотор-колеса стали активно использоваться для электрификации велосипедов и мотоциклов.

Современные мотор-колеса

В электровелосипедах и электросамокатах используются бесщеточные двигатели постоянного тока (BLDC). Они не используют щетки для изменения направления тока, протекающего к двигателю, как это делали старые электромоторы. Щетки делали двигатели менее эффективными и имели тенденцию со временем изнашиваться.

Как работает современный бесщеточный двигатель отлично проиллюстрировано в видеоролике:

https://youtube.com/watch?v=7N9CHEF2214

Принцип работы мотор-колеса

Электродвигатели на велосипед своими руками

Собрать мотор на велосипед самостоятельно несколько затруднительно, но выйти из этой ситуации поможет уже готовый аппарат, с которого можно снять двигатель. Здесь необходимо сделать одно уточнение – большая часть электромоторов, которые возможно использовать для сборки велодвигателя, требуют питания 220 вольт. Для обеспечения стабильного переменного тока понадобится либо один большой аккумулятор, либо целая система из нескольких штук. А это намного повысит массу и габариты велосипеда.

Гораздо лучше для этой цели подойдут двигатели неавтоматической стиральной машинки, электрической газонокосилки или триммера для скоса травы. Особой популярностью пользуются моторы от триммера. Эти агрегаты могут иметь различный размер, мощность, вес, поэтому стоит озаботиться правильным выбором этих показателей.

К примеру, если велосипедист ставит перед собой цель отдыхать при движении в гору, то подойдёт электрический двигатель наибольшей мощности. Но в таком случае и вес велосипеда увеличится, ведь мощный электрический мотор его заметно утяжелит.

Классификация мотор-колёс по конструкции

Редукторные

Такие приспособления имеют в своём распоряжении шестерни, расположенные непосредственно в корпусе устройства. Характерной особенностью подобной разновидности является малый вес (2-2,5 кг), а также скромные размеры. Планетарный редуктор даёт легковесному электродвигателю высокое значение тяги, что влечёт за собой возможность достойно соперничать с более мощными безредукторными движками. Редукторные мотор-колёса по КПД переигрывают прямоприводные изделия, а вот по износоустойчивости уступают им. Из-за наличия обгонной муфты, редукторные вариации предлагают весьма низкий коэффициент трения и кроме того, наблюдается экономный расход электроэнергии.

Электробайки оснащённые редукторными мотор-колёсами могут предложить ограниченную до 30-40 км/ч максималку, это что касается стандартных комплектов. Тут всё дело в том, что при езде на высоких скоростных режимах, будет срываться смазывающий материал с шестерен планетарного редуктора. Как следствие, повышенный износ и сокращение ресурса агрегата. Так что, если вам не требуются сверхскорости электрического байка и не нужна избыточная масса велосипеда, данная разновидность мотор-колеса является оптимальным вариантом.

Каким разновидностям электровелосипедов больше всего подходит редукторное мотор-колесо? Чаще всего его устанавливают на серийные городские, прогулочные, а также спортивные электровелосипеды. Мотор-колесо на 500 W, может разогнать электровело до 40 км/ч.

Безредукторные (бесщёточные)

Это прямоприводные движки, отличающиеся великолепной надёжностью и долговечностью, простотой конструкции, нулевым люфтом, тихоходностью и повышенной жёсткостью при нагрузках. Вдобавок, данные модификации могут функционировать как генератор, при замедлении. Они вырабатывают рекуперативную энергию, которая рассеивается в приводе и снова поступает к аккумуляторной батарее. Однако в этом случае имеет место и немаловажный нюанс: для задействования функции рекуперативного торможения, требуется чтобы контроллер предоставлял возможность выполнения такой функции электромотором. Редукторные модификации, в роли генератора к сожалению выступать не могут.

Но в то же время, девайсы имеют не малую массу и габариты. Так, масса прямоприводных мотор-колёс в сравнении с редукторными, может быть в два раза большей при одной и той же мощности. Куда ставят безредукторные вариации? Чаще всего они находят своё место на электровеликах повышенной грузоподъёмности, скоростных модификациях, а также скутерах.

Типы велосипедных электроприводов

Их всего три:

• Мотор — колесо.
• Ременной, цепной.
• Фрикционный

Последний в продаже встречается, но у потребителей популярностью не пользуется. Недостатков у такой передачи много. Прежде всего, покрышка, которая быстро приходит в негодность из-за трения колеса. Также к недостаткам относят:  пробуксовку при подъеме в гор приводного ролика, наблюдаемая также при перевозке груза, при езде по снегу и мокрой дороге. Наконец, сильное изгибающее усилие, которое оказывает на подседельный руль тяжелый привод, приводящее к поломке рамы.

Преимущество у фрикционного привода одно – простота монтажа.

Получается не очень красиво, велосипед достаточно сильно утяжеляется, но главное —  быстро изнашивается открытая передача. К тому же, шумит он значительно сильнее любого другого привода. Зато снег, песок и подъем в гору он преодолевает легко. Своими руками велосипед с ременным или цепным приводом можно собрать более мощный, чем  заводские варианты. Место установки электродвигателя можно выбирать произвольно.

Наиболее распространенным вариантов является мотор-колесо, в котором двигатель бесколлекторный установлен в ступице.

И у этого электропривода преимуществ масса:

Устанавливать его можно на вилку спереди или на раму сзади. Причем процесс этот несложный. Работает этот мотор почти бесшумно, смотрится транспортное средство с ним эффектней, чем с мотором, закрепленным на раме или багажнике.

Изготовление электродвигателя для велосипеда самостоятельно

Чтобы самостоятельно усовершенствовать свой старый велосипед, нужно подобрать нужный двигатель для его нового назначения. Так все электромоторы заряжаются от сети, то нужно обеспечить им аккумулятор нужной мощности. Иногда они могут достигать внушительных размеров, что не всегда удобно и красиво смотрится на велосипеде.

Самым популярным двигателем, используемым при совершенствовании велосипеда, считается мотор от старой газонокосилки или триммера. Следует учитывать мощность мотора, так как если он слабый, то велосипед даже не тронется. Но и слишком мощный не подойдет, так как он будет обладать крупными габаритами.

Достоинством электромоторов принято считать их тихую работу, по сравнению с моторами, работающими на бензине.

Моторы для велосипеда можно подобрать совершенно разные. Стоит только учитывать три параметра: вес, мощность, размер.

Как сделать электровелосипед самостоятельно?

Последовательность изготовления велосипеда с электромотором:

• В первую очередь необходимо приобрести все составляющие электромотора: сам двигатель, контроллер, аккумуляторные батареи, серво-тестер, зарядное устройство, необходимые провода, ремни от генератора, фривил, втулки, цепь, звездочку, переключатель передач, винты, гайки и многое другое.
• Далее начинается сборка.
• Прикрепить звездочку к втулке с помощью алмазного диска.
• Зубья на цепи необходимо предварительно обточить и закрепить ее к втулке диаметром 1 см.
• Фривил соединяется с цепью и звездочкой.
• Вся конструкция должна быть очень прочной, так как от этого зависит безопасность движения.
• Нужно следить, чтобы вращательные движения от мотора к звездочке передавались постепенно, чтобы не возникло деформации каких-либо частей механизма. Для этого используются шкивы и ремни генератора.
• На раму желательно положить нержавеющую стальную пластину, смазанную термопастой, на которую крепится контроллер.
• Серво-тестер необходим для регулирования мощности мотора. Его следует запитать, используя специальную микросхему.
• При желании можно установить ваттметр. С его помощью можно контролировать расход энергии.
• В багажном отсеке стоит придумать место для крепления аккумуляторных батарей.

Мотокомплекты на велосипед

Бензиновые и даже газовые двигатели на велосипед также имеют своих поклонников, и на рынке существует хороший выбор таких моторов. Мотокомплекты включают в себя крепления, соответствующие почти любому велосипеду, хотя имеются и более специализированные двигатели.

Двигатель двухтактного вида для дорожных велосипедов

Установка подобного мотора производится к велосипедной раме. Крутящий механизм задействует в работе переднюю звёздочку. С помощью этого можно с лёгкостью использовать переключатель скоростей.

Для работы этого аппарата необходимо заливать смесь из бензина и масла. Кондиционирование мотора происходит благодаря потокам воздуха во время движения. При движении вверх или увеличении скорости потребуется крутить педали. Велосипедист может развить скорость движения до 30 км/ч.

Потребление топлива на каждую сотню составит не больше 1 литра. Такие моторы продаются уже укомплектованные глушителем и бензобаком.

• увеличение скорости на городских дорогах до 45-50 км/ч;
• доступность езды на дальние расстояния (вплоть до 250 км в день);
• возможность избежать автомобильной пробки, сэкономив бензин;
• возможность включать мотор при езде.

• травмоопасность при увеличенной скорости;
• необходимость заправлять бензобак топливом;
• громоздкость (двигатель размещается на багажнике или передней раме);
• увеличение веса велосипеда;
• шум при работе;
• неэкологичность.

Мотор-колесо: готовый комплект.

Относительно готового велосипеда, комплекты электронаборов мотор-колеса с аккумулятором имеют целый ряд преимуществ.

Полный комплект мотор-колеса для электровелосипеда

• Выбор модели просто безграничен. Достаточно определить любую понравившуюся модель по цвету, типу рами, тормозной системы и т.п. и установить на нее конструкцию. Электровелосипед готов.
• Удобный ремонт. При поломке самого велосипеда ремонт можно провести самостоятельно либо обратиться в любую мастерскую. Искать уникальные запчасти при этом не потребуется. А комплектующие элементы для электро-системы можно заказать на той же фирме, где приобретался комплект.
• Новый аккумулятор и его полное соответствие прописанным характеристикам. Аккумулятор – это самая дорогая деталь комплекта. Поэтому не стоит покупать товар сомнительного производителя. Лучше довериться проверенным фирмам. Новый аккумулятор прослужит дольше и эффективнее, в сравнении с б/у аналогами. Большинство комплектов имеют гарантийные документы, в том числе и на аккумуляторы. Поэтому при обнаружении дефекта можно обратиться по поводу замены.
• Разнообразие комплектов позволяет выбрать подходящий с учетом индивидуальных потребностей (дальность поездок, длительный накат, преодоление высоких подъемов и т.п.)
• Легкость продажи или апгрейда. В случае если потребуется изменить характеристики электровелосипеда, не нужно покупать целое транспортное средство. Достаточно просто купить деталь, которая необходима. Тем более что продать электровелосипед намного сложнее, чем комплектующие элементы.
• Аксессуары и комплектующие. Можно постоянно проводить самостоятельное усовершенствование электровелосипеда.

Мотокомплекты для велосипеда

Двигатель-колесо

Данный тип двигателя стал очень популярным среди любителей велосипедов. Главным его достоинством считается возможность переделывания простого велосипеда в электровелосипед.

Следует отметить, что при монтировании данного двигателя в состав велосипеда его практически не видно, так как мотор-колесо по дизайну и внешнему виду похож на простую ступицу. Двигатель этот может быть установлен либо к одному из колес, либо к обоим колесам сразу.

После того как завершена установка аккумуляторной батареи и рычага газа, можно считать, что велосипед готов к использованию.

Мощность двигателя такого типа колеблется от 150 Вт до 2000 Вт. В зависимости от мощности подбирается мотор с определенным напряжением – от 24 до 48 В. К каждому из этих вариантов необходимо подбирать нужный аккумулятор.

Данный вид мотора способен набрать скорость до 70 км/ч, и при такой скорости проехать примерно 50-60 км. Но при движении в гору, эти показатели могут меняться.

Подвесной электродвигатель

Такой мотор представляет собой самостоятельную деталь, которая соединяется с нижней частью рамы велосипеда. При монтаже такого вида двигателя обязательно следует установить кожух, который будет защищать мотор.

Во время движения мотор отправляет усилие через цепь на заднюю звезду велосипеда. Работа двигателя производится с помощью аккумулятора, который также устанавливается на раме велосипеда. Благодаря контроллеру, возможно регулирование скорости и мощности двигателя. Этот контроллер выглядит, так же как и рычаг газа на руле.

Подвесной электродвигатель немного тяжелее мотора, указанного выше, поэтому «усовершенствованный» велосипед будет немного тяжелее. Но этот недостаток компенсируется тем, что велосипед с таким мотором сможет набрать скорость до 120 км/ч. Велосипеды, на которые можно установить подвесной электродвигатель, могут быть самыми разными.

Мотор на фрикционной передаче

Принцип действия этого типа электромотора заключается в том, что крутящий момент, который передается от электромотора, направляется напрямую к колесу велосипеда, точнее к его покрышке. Такая передача считается малоэффективной и имеет множество недостатков, таких как:

• Низкий уровень КПД;
• Колеса служат очень малый срок;
• Периодически необходимо проверять давление воздуха в шине велосипеда;
• В дождливую погоду ролик передачи крутящего момента проскальзывает.

Плюсом же такого вида электродвигателя считается возможность монтирования его на велосипед, не разбирая его.

Электромотор подвесного типа для велосипеда Комета

Такой набор обычно устанавливается на задний багажник. Принцип работы такого мотокомплекта заключается в передаче крутящего момента к задней звездочке колеса.

В случае установки электродвигателя на передний багажник, крутящий момент будет передаваться к передней звездочке велосипеда.

Набор может быть разных видов. Мощность двигателя бывает от одной до двух лошадиных сил. Самый мощный двигатель может разогнаться до 50 км/ч.

Также в комплект может быть включен бензобак и глушитель. Общая масса такого электродвигателя будет не более пяти килограмм.

Но такие моторы имеют и недостатки. Например:

• Электромотор такой модификации стоит относительно дорого;
• Качество мотора вызывает некоторые сомнения;
• Не идеальны и эстетические характеристики электромотора.