Велосипед с Электроприводом: Строение, Преимущества

Заряди аккумулятор и в путь

Если вы живете в большом городе, где автомобильное движение превращается в невероятную сутолоку и больше походит на гонки черепах, то уже, наверняка, не раз задумывались о том, чтобы пересесть на какой-нибудь альтернативный трaнcпорт. В Европе уже давно многие используют «экологически чистый» способ передвижения – самокаты, велосипеды, гироскутеры, да что уж там, министры многих государств приезжают на работу на велосипедах – прям как в сказке, в которой мечтает побывать если не каждый, то абсолютное большинство россиян.

Сегодня мы с вами поговорим про велосипеды с электроприводом – этих удобных и верных железных конях.

Содержание

• Что такое электровелосипед
  • История появления
  • Плюсы и минусы велосипедов с электромоторами
• Строение велосипеда с электроприводом
• Электродвигатель и его разновидности
  • Мотор с ременной или цепной передачей
  • Привод фрикционного типа
  • Кареточный привод
  • Аккумуляторы для электровелосипедов
  • Контроллер

Что такое электровелосипед

Какой красавец и пока стоит в магазине

Велосипед с электроприводом называется также пауэрбайк, е-байк (это название в России точно приживется), педелек – все эти слова происходят из английского языка. Еще одно название, которое часто можно услышать – это велогибрид – не совсем верное, так как гибридом называются велосипеды, имеющие возможности горных и шоссейных моделей.

• Это трaнcпортное средство, приводимое в движение при помощи небольшого электрического двигателя.

Электропривод велосипеда

• Электрический мотор может обеспечить движение велосипеда полностью, либо частично, помогая ездоку лишь периодически.
• Отличие данного велосипеда состоит в трех деталях, которыми он оборудован: электромотор, аккумулятор и контроллер.
• В отличие от прочих устройств, двигающихся за счет электричества (электроскутер), велосипед может приводиться в движение педалями, что делает данную конструкцию более универсальной.

Электрический велосипед от компании Panasonic

• Неоспоримым преимуществом такой техники является то, что для нее не требуется наличия регистрационного номера и водительских прав.
• Мотор имеет невысокую мощность, поэтому электровелосипеды подходят для использования широким кругом пользователей, с совершенно разным уровнем умений вождения и подготовки. Под вторым понимается уровень физической силы – привод позволяется эффективно распределять нагрузку.

Электропривод Bosch для велосипеда

• На просторах бывшего СССР велосипеды с электроприводом официально называют мопедами.

Интересно знать! В РФ велосипеды с моторами мощностью до 0,25 кВт, согласно ПДД, относятся к велосипедам. С моторами от 0,25 и до 4 кВт – мопедами. Чтобы иметь возможность управлять мопедом вы должны иметь у себя водительское удостоверение категории «М» или любой другой, например «А» или «В».

Езди по дорогам, не нарушая

История появления

Когда-то предполагалось передвигаться и так

Первые идеи оснастить велосипед независимым двигателем возникли ненамного позже появления самого велосипеда.

• Первый патент на электрический привод, который предназначался для велосипедов, был выдан в далеком 1890 году.
• Дальнейшее развитие это направление получило вместе с развитием электротехники, однако в 20-м веке подобные агрегаты были, скорее на уровне любительских конструкций и массовых производителей мало интересовали.
• Сдвиг произошел в начале 90-х годов прошлого века, когда немыслимыми темпами начала развиваться бытовая электроника. Появились компактные и эффективные аккумуляторы, которые позволили сделать эксплуатацию более удобной.
• Первый массовый выпуск таких велосипедов наладила компания Zike – произошло это в 1992 году. С того момента выпуск и продажи стали постоянно расти и достигли пика в 2002-2003 гг. в США.
• На китайском рынке первые модели вышли в 1998 году. Сегодня выпуска таких велосипедов в Поднебесной составляет около 30 млн. в штуках. Большинство выпускаемой техники остается на внутреннем рынке Китая.

Плюсы и минусы велосипедов с электромоторами

Велосипед на электроприводе от Audi

Несомненно, у каждого вида техники имеются свои достоинства и недостатки и электровелосипеды не стали исключением.

Из самого важного стоит отметить:

• Электрический мотор позволяет с небольшими затратами сил преодолевать крутые подъемы и расстояния, что очень удобно для лиц со слабым здоровьем или развитым недостаточно в плане физики.
• Заряд аккумуляторных батарей осуществляется от общественных сетей, так что вы можете подпитаться везде, где есть розетка.
• Хорошие аккумуляторы для таких велосипедов уже сегодня позволяют преодолевать до 100 км на одном заряде и имеют срок службы около 5 лет.

Аккумулятор на электрический велосипед от Samsung

• В случае разряда аккумулятора можно переходить на классический педальный привод.
• По соотношению экономических и энергетических затрат на перемещение человека, электровелосипед занимает почетное первое место, опережая даже общественный трaнcпорт.
• Такое средство передвижения не будет загрязнять окружающую среду, что по достоинству ценят защитники живой природы.
• Разница в стоимости эксплуатации такого велосипеда (расходы на хранение, заправку, парковку, ремонт и прочее) в сравнении с самым малогабаритным и экономичным легковым автомобилем просто колоссальна.

Детские велосипеды на электроприводе

• Данный вид трaнcпорта является одним из немногих, которые можно хранить в жилом помещении, что особенно важно для квартир.
• Конструкция велосипеда с электроприводом очень простая, что увеличивает ее надежность и эксплуатационные сроки. Ремонт при минимальных навыках и знаниях можно проводить своими руками.
• Электровелосипед вы можете сделать самостоятельно. Для этого продаются специальные наборы, состоящие из компонентов, которые мы называли выше.

Народные умельцы предлагают свои варианты самоделок:

Все здорово, а в чем же тогда состоят несовершенства данных конструкций?

• Емкий аккумулятор для электровелосипеда достаточно много весит – общая масса может достигать 30 кг. Это существенно усложняет управление велосипедом и кручение педалей, в случаях полного разряда.
• Цена на емкие аккумуляторы очень высокая, а доступные имею небольшой запас хода – около 20 километров.
• Самый распространенные типы аккумуляторов (свинцово-кислотные, литий-ионные) прослужат максимум три года и это при умеренной нагрузке.
• Эти же аккумуляторные батареи имеют долгое время заряда от 4 до 6 часов. Как вариант использовать можно литий-титанатные, но именно они и стоят дороже.
• Пользование велосипедом на свинцовых и литий-ионных аккумуляторах при отрицательной температуре приводит к быстрой деградации батарей. Да и, в общем, на любом велосипеде или мотоцикле ехать при -20 градусах – малоприятное занятие.
• Проходимость таких велосипедов на грунтовых дорогах очень слабая. При этом пластиковые детали привода не выдерживают высоких вибраций и быстро выходят из строя.

Грузовой трехколесный велосипед с электроприводом

• Велосипед имеет явные преимущества по габаритам и массе перед автомобилем в случае объезда различных препятствий, но с другой стороны, на нем ничего кроме себя и легкого груза ничего не увезешь.

Совет! Популярность стали набирать трехосные велосипеды с электромотором, которые называют еще грузовыми. На таком «скакуне» можно смело отправиться за покупками в супермаркет, так как сзади имеется довольно вместительная корзина под кладь.

• Стоимость такого велосипеда от производителя будет в 2-3 раза выше, чем у классической механической конструкции.

Строение велосипеда с электроприводом

Мы уже показали, что конструкции могут быть как заводскими, так и сделанными мастерами-любителями, причем и второй вариант можно отыскать в свободной продаже.

Велосипеды электроприводом могут оснащаться разного типа

Главным преимуществом заводских велосипедов является продуманная конструкция, которая включает в себя не только электромеханическую часть, но и специальные раму (сконструирована она может быть так, что аккумулятор будет прятаться внутри трубчатой конструкции) и колеса. Плюс отметим необычный дизайн.

Копенгагенское колесо

В 2009 году миру было представлено вот такое чудо, получившее название «Копенгагенское колесо». С его помощью обычный велосипед можно превратить в электрический, просто заменив заднее колесо.

• Внутри красного диска встроены сразу электродвигатель, контроллер и аккумулятор. Устройство автоматически помогает ездоку при вращении педалей.
• При торможении двигатель переключается в генераторный режим, что позволяет запасать энергию в аккумуляторе.
• Управление осуществляется через смартфон, который связывается с умным колесом по Bluetooth.
• Из дополнительных функций стоит отметить встроенные датчики GPS,GPRS и для сбора информации об экологической обстановке.

Стоит такое умное колесо порядка 2000 долларов, что означает, что в России мы его еще очень долго не увидим, проще купить какой-нибудь мотороллер от Honda.

Веломобиль с электроприводом

Теперь давайте подробно разберем основные компоненты электровелосипеда.

Электродвигатель и его разновидности

На сегодняшний день существует 4 типа электродвигателей, устанавливаемых на велосипеды.

Мотор-колесо

• Мотор-колесо со встроенным бесколлекторным двигателем является самым часто применяемым техническим решением. Показан он на фото выше.
• Как видите, двигатель встроен в ось колеса вместо втулки.
• Располагаться он может как на заднем, так и на переднем колесе.
• Применение такого двигателя позволяет без проблем переоборудовать в электрический любой простой велосипед.
• Диапазон мощности данных двигателей варьируется от 500 до 5000 Вт.

Мотор-колесо установлено спереди

• Существует две разновидности мотор-колес: с редукторами и без них.
• В редукторных моделях внутри установлен высокочастотный двигатель с небольшим крутящим моментом – нужное усилие достигается за счет редуктора. Такая конструкция является более дешевой, компактной и технологичной.
• Безредукторные модели, или двигатели прямого привода, имею противоположные рабочие хаpaктеристики. Вращение мотора передается колесу напрямую, благодаря чему надежность решения более высокая. Однако данные моторы, из-за применения больших магнитов, имеют куда больший вес и габариты.

Муфта обгонная

• Безредукторные моторы комплектуются обгонной муфтой, которая позволяет двигаться велосипеду накатом или посредством кручения педалей легче. Если вращение колеса с мотором перегоняет обороты двигателя, то ступица с мотором ведет себя как обыкновенный подшипник. Данное свойство делает невозможным использование рекуперации кинетической энергии.
• На бесколлекторных двигателях обгонной муфты нет, а, следовательно, вращение колеса всегда будет равным вращению двигателя. Это означает возможность использования торможения за счет рекуперации, но с другой стороны усложняет накат и педальное вращение, даже при полностью отключенных обмотках.

Планетарный редуктор

• В планетарных редукторах сателлитные шестерни обычно используются пластиковые – они являются, фактически, расходной частью, которую можно легко заменить самостоятельно. Стоимость таких шестерней заметно ниже, чем у металлических.
• Подобное решение хорошо тем, что помогает сберечь от износа, сложные в изготовлении и замене металлические зубцы на корпусе и роторе.

Совет! Замена таких шестерней требуется каждые 5-7 тысяч км пробега.

Мотор-колеса имеют следующие достоинства и недостатки:

• Органичный внешний вид с корпусом любого велосипеда, на котором они установлены;
• Двигатель не издает громкого шума;
• Переделка обычного велосипеда в электрический выполняется быстро и легко;
• Совместимость с большинством моделей велосипедов;
• Высокий КПД.

Минусов, по сути всего два: большой вес мотора и то, что при установке мощных моторов на стандартные рамы, последние нужно усиливать, так как они могут не справиться с высоким крутящим моментом и сломаются. Применяют для этого специальные кронштейны, которые, однако, препятствуют повороту оси колеса.

Мотор с ременной или цепной передачей

Цепной привод

Такой вариант подключения электромотора является самым старым. Используют его в основном на маломощных недорогих велосипедах, оборудованных свинцовыми аккумуляторами.

• Такой способ переделки обыкновенного велосипеда в электроприводной чаще всего используют конструкторы-любители. При этом в качестве двигателя, как мы уже видели, применяются даже электроинструменты.

Совет! В сети можно отыскать варианты модификаций с двигателями от автомобильных стеклоочистителей или даже стиральных машин.

• Диапазон мощности подключаемых таким способом двигателей варьируется от 200 до 3000 Вт.
• Данный способ подключения имеет следующие особенности, которые можно смело назвать недостатками: сложная установка оборудования, нередко требующая вмешательства в строение рамы; двигатель и цепь издают достаточно громкий звук; в конструкции много трущихся деталей, а значит, их износ будет повышенным.

Привод фрикционного типа

Фрикционный привод толкает колесо за покрышку

Достаточно малоэффективное решение, которое используют редко. Суть заключается в том, что над колесом устанавливается блок двигателя с аккумулятором, к которому подсоединено небольшое колесико, передающее вращение на заднее колесо велосипеда. Крепится двигатель на раму за счет специальных зажимов.

Установка очень простая, что можно назвать единственным плюсом. В остальном же:

• Низкий КПД;
• Быстрый износ покрышки велосипеда;
• Необходимость постоянного контроля за давлением в покрышке;
• Проскальзывание ролика, когда покрышка мокрая или нагрузка слишком велика.

Кареточный привод

Такой мотор располагается на оси каретки

Данное решение является вторым по популярности и эффективности после мотор-колеса, однако оно обладает большей функциональностью.

Механическая энергия от двигателя передается не на ось колеса, как во всех случаях до этого, а на ось каретки, то есть помогает крутить педали, говоря по-русски. Такое решение может использоваться на многоскоростных велосипедах, не лишая их основных преимуществ.

Отметим следующие плюсы решения: возможность переключать передачи, нет необходимости трогать колеса при установке.

Дальше идут минусы, их достаточно много:

• Стоимость решения достаточно высока;
• Подойдет такой мотор далеко не ко всем велосипедам;
• Невысокая надежность;
• Максимальная мощность двигателя – 1000 Вт;
• Мотор находится в уязвимом месте и может быть поврежден при ударе о препятствия;
• Нельзя использовать передние передачи.

Аккумуляторы для электровелосипедов

Аккумулятор с контроллером заряда

Аккумулятор, как мы уже говорили, может быть установлен в специальном отсеке внутри самой рамы, либо на нее в специальном боксе.

• Самыми перспективными вариантами аккумуляторов для велосипедов считаются литиевые их разновидности, однако они имею более высокую цену.
• Где-то в 2007 году на рынок вышли новые разновидности аккумуляторов LiFePO4 (литий-железо-фосфатные). Этим аккумуляторам не страшен взрыв и воспламенение при зарядке/разрядке большими токами, также они имеют более долгий срок службы, чем предшественники.
• Типичные велосипедные аккумуляторы такого типа имеют следующие хаpaктеристики: емкость — 10 А/ч; напряжение — 36,9 В; вес — 3,5 кг; имеет запас хода до 25 км.
• Еще лучше себя показывают литий-полимерные аккумуляторы. Они могут заряжаться большими токами за считанные минуты, выдают большее напряжение, имеют большую емкость и все это при меньших габаритах и массе.

Контроллер

Контроллер для электропривода

Тут речь идет не только об управлении зарядом аккумулятора, но и об управлении всеми функциями двигателя. По, сути, это небольшой компьютер, имеющий небольшой мониторчик для контроля над работой устройства.

• Контроллеры обычно изготавливают в виде платы, размещаемой внутри рамы, которая одновременно служит для устройства теплоотводом.
• От платы отходят кабели, на конце которых имеются контактные разъемы.
• Для отдельных комплектов контроллеры выпускают в алюминиевых корпусах, как тот, что показан на фото выше.
• К основным функциям контроллеров относится: подача тока на электродвигатель в соответствии с показаниями датчиков; контроль за зарядом/разрядом батареи, вывод данных об уровне заряда на монитор или светодиодный индикатор; определение вращаются или стоят педали; ограничение скорости движения; зарядка аккумулятора за счет торможения; поддержание постоянной скорости.
• Выбирая контроллеры, покупатели обращают внимание на следующие параметры: рабочее напряжение; возможность рекуперации; наличие датчиков Холла, следящих за возникновение поперечной разности потенциалов в двигателе; связь с педалями; поддерживаемые типы моторов; тип регулятора мощности двигателя; круиз-контроль; возможность соединения с другими контроллерами; подключение фар и различных индикаторов.

Итак, мы обозрели с вами все важные детали. Теперь купить с электроприводом велосипед для вас будет намного проще. Если вы желаете сделать такой агрегат самостоятельно, то для начала просмотрите прикрепленное видео, где дана довольно подробная инструкция, а также воспользуйтесь онлайн калькулятором, который поможет точно подобрать параметры каждой составляющей велосипеда.