Электровелосипед своими руками

Схема контроллера электровелосипеда

Внутри корпуса контроллера находится плата с конденсаторами, транзисторами, токоизмерительными шунтами и управляющим микропроцессором. Также там располагаются преобразователи на 12В и 5В, которые обеспечивают подачу питания на микроконтроллер и периферию (ручки, датчик Холла).

Найти схемы отдельных моделей можно в интернете. Они подразделяются на электрические и принципиальные. Разобраться с обозначениями и расположением элементов сможет только человек с соответствующими знаниями.

При подключении устройства к электровелосипеду следует учитывать распиновку контроллера. Если мотор-колесо и управляющий агрегат приобретались в комплекте, то разъемы будут совпадать и проблем не возникнет. В противном случае необходимо установить соответствие цвета провода тому или иному компоненту байка.

Обычно красный и черный провод подаются на «+» и «-» аккумулятора соответственно. Толстые кабеля синего, зеленого и желтого цвета соединяются с трехфазным электродвигателем. Тонкие пять проводков идут к МК. Отдельно выделенный красный провод используется для «зажигания» – при его замыкании с плюсом аккумулятора происходит включение контроллера. Группа из черного, красного и зеленого цвета соответствует ручке акселератора. Для остальных проводов четкой схемы нет – все зависит от конкретной модели.

Батарея

На картинке выше батарея отсутствует, так как часто её просто не включают в состав комплекта — в том числе потому, что она является самым дорогим компонентом электровелосипеда, и стоимость комплекта вместе с батареей будет отпугивать перспективных покупателей. Поэтому батарея обычно продаётся отдельной позицией.

Итак, у нас есть несколько вариантов откуда взять батарею:

1. Купить готовую, на том же Aliexpress, либо приобрести у местных предпринимателей, если не хочется долго ждать. Но как при этом удостовериться в качестве батареи? Здесь мы можем только ориентироваться на отзывы аналогичных покупателей у выбранного продавца.

2. Купить б/у. Этот вариант подходит только в том случае, если у вас или ваших друзей есть оборудование для измерения характеристик батареи, а именно — ваттметр для измерения ёмкости и мощный потребитель (например, набор ламп) для определения внутреннего сопротивления батареи путём оценки просадки напряжения под нагрузкой.

3. Конечно же, изготовить самостоятельно. Для этого потребуется:

• Литий-ионные элементы (либо другие, в зависимости от ваших целей), например, эти формата 18650 . Количество элементов определяется в зависимости от схемы сварки, которая, в свою очередь,зависит от напряжения и ёмкости батареи.
• Плата BMS ( Battery Management System — система управления батареей), которая будет следить за тем, чтобы элементы не перезарядились, не переразрядились и выравнивать напряжения на отдельных элементах), например эта на 48 В .
• Холдеры, или пластиковые разделители (раз уж мы заговорили про формат 18650), в которые вставляются элементы и которые по сути формируют каркас батареи, например эти .
• Аппарат точечной сварки батарей. Многие возразят, сказав, что элементы можно и спаять между собой мощным паяльником, но пайка, к сожалению, не даёт такого стабильного качества соединения, как точечная сварка. А значит, результат наших трудов может оказаться не самым лучшим. Если вы собираетесь собрать один велосипед — можно воспользоваться аппаратом у тех, кто занимается этим постоянно (взять в аренду). Если же вы собираетесь заниматься этим на постоянной основе, для начала можно приобрести вариант попроще . Но со временем я бы посоветовал заменить его на что-то более производительное.
• Контактные пластины для соединения элементов, которые будут привариваться точечной сваркой. Их можно нарезать из ленты (например, такой ) или купить готовые.
• Силовые провода достаточного сечения. Какое именно сечения будет достаточным для вашего случая — нужно определить в зависимости от мощности, которую должна выдавать батарея.
• Изоляционные материалы — термоусадочные и стеклоармированные трубки, электрокартон, либо другие — каждый выбирает то, что ему больше нравится, или чему он больше доверяет.
• Корпус. Здесь у многих открывается невиданный простор для полёта фантазии, но есть смысл использовать готовый недорогой вариант, например этот . Кстати, он идёт в комплекте с холдерами.

Более подробно про батарею можно почитать в одной из мои прошлых статей .

Органы управления и датчики

Дисплей, ручка газа и датчики тормоза (вместе с ручками тормоза), устанавливаемые на руль, входят в состав электрокомплекта. Для их установки потребуется стандартный набор — отвёртки и шестригранники. И конечно же, каждый из компонентов можно приобрести отдельно.

Особого внимания заслуживает PAS ( pedal assist system — педальный ассистент). Датчик PAS закреплён на металлическом кольце, которое устанавливается под каретку велосипеда.

В составе комплекта с центральным мотором его нет — он просто не нужен, так как уже присутствует внутри двигателя.

А вот в случае мотор-колеса он есть, и для его установки нам потребуется сначала съёмник шатунов, а затем ключ для выкручивания каретки.

Но система PAS состоит не только из датчика — в комплекте с ним идёт пластиковое кольцо с магнитами , которое устанавливается на оси каретки. При вращении педалей магниты движутся мимо датчика, и он срабатывает.

В этом месте часто возникает проблема — кольцо с магнитами не умещается под звездой. Иногда помогает стачивание кольца, прорезание отверстий под мешающие элементы, или даже установка кольца и датчика с другой стороны каретки. А в некоторых случаях люди и вовсе отказываются от PAS — ведь ручка газа работает независимо от неё.

Но PAS помогает довольно существенно экономить заряд батареи , это актуально при дальних поездках. Так что если вы планируете ездить на одном заряде за город, на природу, я бы советовал найти тех, кто поможет вам изготовить кольцо с магнитами нужной конфигурации, а может и изменить расположение самого датчика. Это делают некоторые электровелосипедные мастерские.

Почему не нужно покупать готовые электровелосипеды?

К сожалению среднестатистическому россиянину не по карману приобретение качественных готовых электровелосипедов от европейских или американских производителей. То, что нам по карману – это китайский и российский велопром. Но это низкое качество.

Второй весомый минус готовых электровелосипедов от европейских производителей – это законы Евросоюза ограничивающие их скорость. На всех электровелосипедах от ведущих производителей установлено программное ограничение скорости. Как только вы разгоняетесь до 25 км/ч, мотор перестает вам помогать.

Третьим недостатком электровелосипедов заводской сборки от известных брендов является отсутствие возможности самостоятельного ремонта моторов и других комплектующих. При поломке моторов таких производителей, как Bosch, Shimano, Yamaha, Brose, Specialized и FAZUA вам придется обращаться к дилеру, а моторы используемые для самостоятельной сборки электровелосипедов в большинстве случаев можно отремонтировать самостоятельно.

Универсальный электровелосипед Riese & Müller (R&M)

Так что, если вы ограничены в бюджете и хотите ездить побыстрее, лучше самосбор. Какие варианты?

Самый простой и бюджетный – это приобретение комплекта для электрификации обычного велосипеда состоящего из электромотора, батареи и дополнительных комплектующих с последующей самостоятельной установкой этого хозяйства на имеющийся в наличии велосипед. Электромоторы отлично устанавливаются практически на любые рамы.

Под словом «бюджетный» в этой статье подразумевается качественная продукция + экономичная стратегия получения желаемого. С приобретением всяческого электродерьма ничем помочь не могу, не компетентен. Дешевые вещи могут приобретать только богатые люди, которым не жалко их выбрасывать.

Любой мотор на электробайке выполняет нужную нам функцию: он крутит колесо. Принципиальная разница только в том, что кареточный электромотор работает в тандеме с системой переключения скоростей, что крайне полезно в горах и на пересеченной местности и не страдает от перегрева, а мотор-колесо – само по себе. Цена на системы электрификации с кареточными моторами и мотор-колесами слегка различается. Мотор-колеса в среднем дешевле.

Дополнительным бонусом при самостоятельной сборке электрического велосипеда является возможность собирать любые конструкции и использовать качественные комплектующие.

Как работает котроллер

В основном это устройство предназначено для подачи на мотор-колесо поступающей от батареи аккумуляторной энергии. Магнитное поле, создаваемое током, протекающим по обмоткам, отталкивает и притягивает магниты ротора, что приводит колесо в движение. Основная задача контроллера — управление частотой вращения двигателя велосипеда. Но у него есть другие дополнительные функции, которые можно разделить на:

• Регулирование скорости вращения двигателя.
• Управление крутящим моментом.
• Защита двигателя.

Контроллером принимается сигнал от ручки акселератора. На основе принятой информации, осуществляет регулирование скорости вращения двигателя

Быстро раскручивая двигатель, очень важно, чтобы также быстро его можно было, при необходимости, остановить. Чтобы двигатель служил дольше, требуется плавное и мягкое торможение, методом изменения длительности импульсов, что входит также в функции этого прибора

Очень полезно иметь возможность реверса, т.е. обратного хода. Более совершенные модели этих приборов имеют возможность подачи на мотор напряжения противоположной основной полярности, обеспечивая тем самым оптимальный режим изменения вращения двигателя. Регулирование заднего хода, для обеспечения безопасности, происходит на низких оборотах.

Очень важно для любого велосипеда с электромотором, чтобы контроллер мог определять уровень напряжения в батареях и, при его падении ниже порогового значения, мог отключить двигатель от питания. Пороговым значением считается величина 87,5%

В моделях современных, наиболее продвинутых, порог отключения можно настроить под конкретный тип батарей, используемых в велосипеде, защитив их, таким образом, от чрезмерной разрядки.

Следить за температурой контроллер может благодаря установленному в нем термодатчику, чем предотвращает в электросистеме велосипеда токовую перегрузку.

Помимо мотор-колеса к нему подсоединены и все другие комплектующие велосипеда, для подключения которых предназначены высококачественные многожильные соединительные провода, защищенные силиконовой термостойкой изоляцией.

Ряд важных параметров, таких как, например, напряжение батарей, максимальный рабочий ток и пр., определяют с какими аккумуляторами и электрическими моторами могут работать контроллеры.

Цикл работы

Чтобы привести в движение трёхфазный двигатель, нужно рассмотреть цикл его работы за электрический оборот. Итак, имеем три фазы — A, B, C. Каждая из фаз получает положительную и отрицательную полярности в определённый момент времени. Поочерёдно по шагам пропускается ток от «плюса» одной фазы к «минусу» другой фазы. В итоге получается шесть шагов = три фазы × две полярности.

A+, A–, B+, B–, C+, C–

Рассмотрим эти шесть шагов цикла. Предположим, что положение ротора установлено в точке первого шага, тогда с датчиков Холла мы получим код вида 101, где 1 — фаза А, 0 — фаза B, 1 — фаза С. Определив по коду положение вала, нужно подать ток на соответствующие фазы с заданными полярностями. В результате вал проворачивается, датчики считывают код нового положения вала — и т. д.

В таблице указаны коды датчиков и смена комбинаций фаз для большинства электродвигателей. Для обратного хода колеса (реверса) достаточно перевернуть знаки полярности фаз наоборот. Принцип работы двигателя довольно прост.

Цикл двигателя представлен в gif-анимации.

Шаг 14: Установка неравнобокого уголка.

В зависимости от того, какой у вас двигатель, вам может не потребоваться осуществлять данный шаг. Я сделал неравнобокий уголок для закрепление мотора, но мне не удалось им воспользоваться из-за недостаточного зазора между задней покрышкой и уголком. Я всё же рекомендую по возможности установить неравнобокий уголок, так как он обеспечивает дополнительную прочность закрепления двигателя. Но если это невозможно, то вместо уголка просто воспользуйтесь U-образными болтами.

Следующее, что вам понадобится, так это своего рода адаптерный кронштейн. Он крепится к двигателю и может скользить вверх и вниз по главной монтажной пластине, обеспечивая требуемое натяжение ремня. Сделайте пластину, привинчивающуюся к передней части двигателя и свешивающуюся немного в сторону. Затем возьмите небольшой прямоугольник, идущий параллельно двигателю, и прикрепите его с помощью болтов к главной монтажной пластине.

Какой электровелосипед лучше: заднеприводный или переднеприводный?

Скажу сразу: однозначного ответа нет. Здесь все зависит от самого владельца такого велосипеда.

Хочется попроще и подешевле? Тогда переднеприводный. Такой велосипед идеально подойдет для того, чтобы покататься по городским тротуарам, где гуляют толпы людей. Если также еще и крутить педали, то ваш байк становится на время полноприводным, что даст небольшой выигрыш при езде в грязь и снег. Для переднего привода лучше всего подойдут двигатели не более 350 Ватт. Более мощные могут сломать вашу вилку, так как она не предназначена для подобного рода нагрузок.

Резкое трогание или езда с более мощным мотор-колесом на передней вилке может привести к ее поломке.

Для усиления вилки при более мощном двигателе ставят специальные усилители дропаутов, которые можно сделать самому, либо заказать на Алиэкспресс.

Но лучше для профилактики всегда ставить усилители дропаутов, независимо от мощности мотор-колеса даже на заднюю ось.

Если в вашем кошельке достаточно денег, то лучше всего взять заднеприводное мотор-колесо. Заднеприводный электровелосипед позволяет менять скорости, как на простом велосипеде, поэтому, можно подобрать подходящую скорость и не дать выйти двигателю за пределы рабочего режима, тем самым не перегружая его.

Мощные мотор-колеса от 500 Вт и более лучше все-таки ставить на задний привод. На передний привод желательно 250 Вт и 350 Вт. По моим наблюдениям, двигатель на 250 Вт слишком слабоват, чтобы полноценно кататься на электровелосипеде без педалей. Берите от 350 Вт и выше.

Что такое контроллер для электровелосипеда

Контроллер – это сложное устройство, которое выполняет следующие задачи:

• осуществляет преобразование постоянного напряжения аккумуляторов в трехфазный ток для электрического колеса;
• производит регулировку мощности двигателя, в зависимости от силы нажима на ручку газа;
• защищает двигатель.

Обратите внимание! Дополнительно, на некоторых моделях велосипедов, осуществляется обратное преобразование в момент торможения. Эту функцию обеспечивает наличие режима рекуперации и специальных тормозных ручек

Внешне контроллер выглядит как металлическая коробочка с множеством выходящих наружу проводов. Последние соединяются с ручками управления на руле, аккумулятором, мотор-колесом, датчиком холла и бортовым компьютером.

Во время самостоятельной сборки электровелосипеда часто наблюдается типичная ошибка – контроллер размещается в непроветриваемом чехле. Во время своей работы он сильно нагревается, что может привести к оплавлению проводов и контактов, а также полной поломке устройства.

Мостовые драйверы

Далее предстояла работа над напряжением 20 вольт на управление затворами. Для этого существуют мостовые драйверы транзисторов, они обеспечивают стабильные импульсы в 20 вольт на затвор и высокую скорость отклика. Сначала у меня были популярные драйверы для маломощных моторов L293D.

Для управления затворами его достаточно, к тому же их очень просто использовать. Один такой драйвер может обеспечить питанием две пары ключей. Поэтому я взял две штуки L293D. Собрал контроллер с этими драйверами, и колесо начало крутиться существенно плавнее, посторонних звуков стало меньше, нагрев транзисторов уменьшился. Но при увеличении оборотов синхронизация с контроллером пропадала, появлялся посторонний звук, колесо дёргалось, вибрировало и полностью останавливалось.

В это же время я наткнулся на два варианта мостовых драйверов:

• HIP4086
• IR2101

Что касается HIP4086, то это полноценный мостовой драйвер, предназначенный для трёхфазного электродвигателя. Мне он показался несколько замороченным, и мои попытки использовать его в контроллере не увенчались успехом: он у меня так и не заработал. Углублённо разбираться в причинах не стал.

А взял я IR2101 — полумостовой драйвер, обеспечивающий работу нижнего и верхнего ключей для одной фазы. Несложно догадаться, что таких драйверов нужно три. К слову, драйвер очень прост в использовании, его подключение происходит безболезненно и легко. Получилась такая схема:

Печатная плата

И готовый результат

Собрал контроллер с этим драйвером и запустил двигатель. Ситуация с работой электродвигателя кардинально не поменялась, симптомы остались те же, как и в случае с драйвером L293D.

Можно ли отремонтировать контроллер?

Одной из немногочисленных поломок, которая может случиться с электрическим велосипедом, является выход из строя этого элемента. Что рекомендуется предпринять в этом случае?

Прежде всего, сняв контроллер, нужно определить, подлежит ли он ремонту, что легко сделать, просто взглянув на них: внешний вид подскажет, какая деталь требует замены. Если ремонт возможен, нужные запчасти спросить можно в магазине велотехники или на радиорынке.

Если отремонтировать контроллер уже не представляется возможным, его придется заменить. Сделать это можно, вновь-таки, посоветовавшись с продавцами этого транспорта, потому что, даже при внешней схожести прибора и совпадении разъемов, предназначенных для подключения соответствующих компонентов, контроллеры, выпущенные различными производителями, по- разному могут быть «прошиты». Касаться различия могут и других показателей. Чтобы получить максимальный коэффициент полезного действия двигателя, нужен штатный контроллер, предназначенный для работы с ним или же универсальный, рассчитанный на напряжение 24, 36, 48 V и мощность, лежащую в пределах 200-1000 Вт. Приятным моментом является то, что их стоимость практически одинакова.

Контроллеры: стандартный (штатный) и универсальный

Универсальные Volta bikes внешне незначительно отличаются от штатных, в которых на мотор питание подается по окрашенным в желтый, зеленый и синий цвета проводам. В ремонтном же – они все зеленого одинакового цвета. Здесь не имеет значения порядок их подключения из-за того, что настройки отсутствуют до момента подключения к двигателю

Стандартный контроллер и универсальный

Два провода дополнительных синего цвета, имеющиеся в ремонтном варианте Volta bikes, могут быть соединены вместе при помощи одноконтактного разъема. Они служат для настройки фазировки

После установки на велосипед этой важной детали, к ней подключают все компоненты электронные. Затем несколько секунд проводки замыкают

Как только напряжение подано на мотор-колесо, оно должно самостоятельно сделать несколько оборотов. Если правильно сделано все, то так и произойдет. Теперь синие провода нужно рассоединить, поскольку они уже не нужны. Прибор к работе готов.

Электровелосипед своими руками миф или реальность?

В то время как электровелосипеды, а в частности мотор-колеса и аккумуляторы становятся все надежней и лучше, многие велосипедисты задумываются о их приобретении и переоборудовании своего байка.

Однако многих отталкивают цены на комплекты, и первое что приходит в голову как снизить затраты на внедрение электрической тяги. Существует самый простой способ — это купить мотор колесо и подключить к нему обычные дешевые свинцово-кислотные аккумуляторы. Для начала очень даже пойдет что бы ощутить, понять принцип работы, опробовать велосипедное ноу-хау.

Но люди всегда все любят делать своими руками. Может не полноценно делать, но пробовать так точно. Это и удовольствие от самого процесса разработки и осознание того что это личная ручная работа и конечно же от использования.

Создать электровелосипед своими руками можно, но это сложно сделать в домашних условиях, но все же выполнимо. Для начала надо разобраться с его структурой. В простом понимании вся конструкция состоит из 3 основных узлов. Это мотор, то что будет непосредственно приводить в движение, контроллер (регулятор) оборотов и мощности подаваемой от аккумулятора на движок, и сам источник питания.

Самодельный электровелосипед, что может получится

https://youtube.com/watch?v=qLvMIal5-nQ

Если брать аналогию между бензиновой версией тяги и электрической то получается следующее:

Мотор (электро) – он же и двигатель как в бензиновом исполнении – то что крутит, только он тихий, в нем ничего не взрывается, нет выхлопных газов, он не так греется и самое главное, что для него не надо сцепления т.к. электромотор не имеет холостого хода, то есть ему не надо постоянно быть запущенным и вращаться.

Роль мотора для самодельного электровелосипеда может выполнять шуруповерт, автомобильный стартер и другие двигатели, которые есть в хозяйстве.

Регулятор (контроллер) – это если брать по аналогии с ДВС является коробка передач, задача которой набирать разгон в оптимальных режимах работы движка. Контроллер для начала движения подает очень малый вольтаж на двигатель, и он начинает плавно вращаться, при торможении же, он рекуперирует энергию движения в электрический ток, который подзаряжает батарею.

Аккумулятор – это по сути тот же бензобак только на много экологический. Как правило аккумулятор — это матрица из батарей. Например, батарея 24В 10Ач состоит из 16 маленьких аккумуляторов, подключенных по определенной схеме.

Для собрания самого примитивного электровелосипеда достаточно иметь мотор и аккумулятор. К примеру, можно примастерить мотор и подавать напряжение на него с помощью обычного выключателя, однако надо учитывать непрактичность такого подхода, т.к. велосипед, при достаточно мощном моторе, сразу рванет с места и может получиться не то, что с самого начала было задумано, не поездка, а ДТП.

Также можно использовать мотор малой мощности при этом он со старта будет трогаться плавно, но на большую скорость, при этом, не рассчитывайте, так как мотор просто не вытянет.

Идеальным вариантом как я считаю можно сделать коммутацию с каждого из аккумуляторов и выключателями последовательно при разгоне их включать.

Как соединить мотор и колесо велосипеда?

Есть множество способов, от самых примитивных до достаточно профессиональных в плане идеи и реализации, начнем с простого – привод к покрышке.

Если у вас был советский велосипед, то наверняка там был динамо генератор для подключения фары. Вот по такому же принципу можно и подключить электромотор к колесу. КПД этого вида привода очень маленькая т.к. большое количество энергии уходит на трение между приводом и покрышкой. Но для того что бы попробовать проехать на электротяге в самый раз!

Второй способ — это приделать вторую звезду на колесо с левой стороны, а на багажнике установить мотор также со звездой и сделать простейший цепной привод. Но, как и в предыдущем способе – буду механические потери, да и внешний вид не особо отличается красотой.

Самый верный и надежный способ — это купить мотор колесо, пусть даже Б/У, заспицевать его и получить отличный мотор с эстетическим видом и высоким КПД и без соединительных мест, на которых очень много энергии уходит в пустую.

Вывод, следующий. Сделать своими руками электровелосипед можно, если не смотреть, в большинстве своем, на непрактичность решения, механические потери и насмешливый взгляд окружающих. На сайте также есть видео как собрать самому. Но все же, конструкция бесщёточных двигателей, которые заменяют ось колеса и не имеют точек прикасания для передачи крутящего момента это лучший выбор, который сейчас доступен.

Итог

Главное преимущество контроллера на базе MC33035 — это простота в использовании. Просто покупаете микросхему, собираете Н-мост, спаиваете всё на плату с небольшой обвязкой — и контроллер готов. Если нужно просто запустить двигатель с ШИМ-сигналом и управлять им — оптимальный вариант.

Контроллер на базе Ардуино — вариант сложнее, понадобится писать логику, обеспечивать дополнительные защиты контроллера. Но для экспериментов, прототипов, дополнительного функционала, использования различных режимов работы двигателя — подходящий вариант. Поэтому я решил пока отложить MC33035 и продолжить работу с Ардуино.