Электрооборудование для велосипеда


В этой статье речь пойдет о том, как своими руками можно превратить обычный велосипед в электрический. Такой велосипед будет ездить на аккумуляторе, который при разрядке можно всегда подзарядить и потом ехать дальше. Конечно, есть уже много готовых решений для подобного рода самоделок, например мотор-колесо, но здесь все собирается с нуля.

По словам автора, самоделка вполне оправдала свои надежды. Так как двигатель здесь используется не слишком мощный, то с места велосипед тронуться не может, его сперва нужно разогнать ногами до скорости 10-15 км/ч, что не так уж и сложно. Ну а далее в действие включается электромор, который поддерживает движение велосипеда и педали крутить уже не нужно. Электромоторчик разгоняет велосипед до 34 км/час при движении по прямой.

Потребляет велосипед при движении по прямой дороге 100-300 Ватт. При движении под гору потребление возрастает до 600-800 Ватт, чтобы сэкономить, можно помогать ногами.

Пиковое потребление тока двигателем составило 1200 ватт.


Материалы и инструменты для сборки самоделки:
— электромотор типа 6354 kv200

— спидконтроллер ESC

— ваттметр (копия Turnigy 130A);

— батарея типа LiPO 6S 22.2V 5a-h;

— ручка газа от велосипеда (управляется большим пальцем);

— ручки тормоза (в них есть датчик нажатия);

— задний багажник (используется как элемент конструкции);

— трещетка на 16 зубьев;

— зубчатые колеса и ремень (уже готовые).

Процесс модернизации велосипеда:

Шаг первый. Установка звездочки
В большинстве случаев звездочка крепится к спицам, но автор решил отказаться от такой конструкции. В итоге звездочка была прикручена к тормозному диску с помощью болтов. Еще на диске можно увидеть шесть винтов по кругу и два ближе к центру тормозного диска. Эти винты фиксируют резьбу, чтобы диск при езде не откручивался.

Шаг второй. Устанавливаем трещотку
Трещотка устанавливается на чашке от каретки, для фиксирования используется кольцо от родной чашки.


Шаг третий. Задняя втулка

Задняя втулка выступает в роли промежуточного вала. Она установлена в отрезке профтрубы П-образной формы.

Шаг четвертый. Установка большого зубатого колеса
Для фиксирования зубчатого колеса используется штифт. В противном случае втулка будет сама себя зажимать конусами. В зубчатом колесе есть канавка, а штифт вставляется в отверстие, которое есть в валу. В итоге штифт ложится в канавку колеса.



Шаг пятый. Малое зубчатое колесо

Чтобы зафиксировать малое зубчатое колесо, используется два гужона.

Шаг шестой. Установка двигателя
Для крепления двигателя используется штатная крестовина к L-образной конструкции, которая была найдена автором в закромах.

Шаг седьмой. Крепим натяжитель цепи
Натяжитель цепи крепится к боковому элементу багажника. Все устанавливается на структурированную пластину, сделанную из толстого листа алюминия.

Общий вид велосипеда

Шаг восьмой. Электрическая схема самоделки
Как устроена схема, можно увидеть на картинке. Она была немного доработана, в сравнении с оригиналом. Так, например, в сервотестере был убран переменный резистор, на его место был поставлен датчик холла из ручки управления газом. В цепь кнопки автор установил резистор подпора на 1 кОм, без самопроизвольно него переключались режимы, вероятно из-за наводок.

Еще один нюанс электрической части в том, что автор разнес плюс питания и измерительный плюс. Также в перспективе есть смысл поставить изолированный конвертер 5В в 9В, в связи с тем, что есть заниженные показания по питанию.

Что касается батареи, то она работает без BMS. Чтобы не допустить переразряда, автор использовал battery monitor, который был настроен на 3.3 В. Когда напряжение становится слишком низким, устройство начинает издавать звук.
Заряжается батарея клоном IMAX B6, используется режим Li-Io с балансировкой.


Выводы и идеи доработки велосипеда
В первую очередь автор планирует установить на велосипед двигатель большей емкости, чтобы можно было ездить дольше. Помимо этого рассматривается идея рекуперации энергии. То есть вместо того, чтобы тормозить тормозами, можно тормозить двигателем и при этом заряжать аккумуляторы, тем самым восполняя затраченную энергию. Но как это реализовать, вопрос довольно сложный. Ведь если убрать трещотку, то на велосипеде будет довольно не комфортно ехать с педалями. Помимо этого понадобится доработать электронную часть, добавить новые узлы, а это тоже требует подумать.

Еще недостаток рекуперации в том, что при этом вырабатывается слишком большой ток для зарядки батареи, это приведет к быстрому выходу ее из строя. В связи с этим будет нужна дополнительная схема для зарядки.

На этом сборку электро-велосипеда можно считать пока законченной. В любом случае самоделка стоит затрат, поскольку получится сильно сэкономить, если сравнивать с покупкой нового электро-велосипеда.

usamodelkina.ru

Из чего состоит электровелосипед

Электромотор — его сердце. Контроллер — его мозг. Аккумулятор — еда. Ручка газа регулирует подачу напряжения на двигатель. Датчик тормоза ставится опционально, если есть рекуператор энергии. На дисплей можно вывести рабочее напряжение, заряд батареи, текущую скорость и так далее. Но электровелосипед можно собрать и без него, потому что основной параметр заряда батареи дублируется на аккумуляторе.


Еще одна опция — pass assist, помощник при педалировании. В зависимости от частоты вращения педалей он дозированно подает энергию на электродвигатель. В основном эти помощники работают очень плохо, и большинство людей с опытом езды на электровелосипедах не ставят их вовсе.

Далее мне надо было определиться, какой электровелосипед мне нужен, по каким критериям я буду подбирать основные компоненты.

Требования к электровелосипеду

Во-первых, мне нужен был запас хода около 50 километров — это дорога от дома до работы и обратно. Для меня было важно, чтобы велосипед был легким, чтобы я мог спокойно запихнуть его в машину, перевезти в общественном транспорте и занести в квартиру. Не менее важен был и внешний вид, чтобы из велосипеда не торчали провода, чтобы он выглядел аккуратно.

Многие электровелосипеды делают излишне быстрыми. Я для себя определил, что он должен ездить чуть быстрее, чем если бы на нем крутил педали обычный велосипедист. Наконец, общая стоимость велосипеда обязательно должна была быть низкой.

Выбор мотора

Моторы для электровелосипедов можно условно разделить на три категории:

  • малой мощности, способные разогнать велосипед до 40 км/ч;
  • средней мощности — до 60 км/ч;
  • высокой мощности, когда велосипед летит со скоростью до 100 км/ч и выше.

Какие типы моторов применяются на велосипедах?

Кареточный ставится на каретку педалей. Этот тип моторов довольно сложный, у них имеется обгонная муфта, но при этом есть большой недостаток — мотор дает дополнительную нагрузку на весь цепной привод, из-за чего очень быстро изнашиваются звездочки и цепь. Второй недостаток — высокая стоимость: за китайскую версию просят от 30 тысяч рублей.

Мотор прямого хода довольно громоздкий и тяжелый. Такие моторы относятся к категориям средней и высокой мощности. Единственное преимущество — долговечность из-за отсутствия шестеренок. Цена — от 15 тысяч рублей в зависимости от мощности. Из недостатков: на малых оборотах мотор имеет слабый крутящий момент.

Редукторный мотор. Внутри него установлен планетарный редуктор с шестернями, он очень легкий и компактный. Цена ниже, чем на остальные. Такие моторы относятся к категории малой мощности

Я решил, что мне вполне хватит скорости до 40 км/ч, поэтому выбрал редукторный мотор.

Выбор привода

Редукторные моторы часто устанавливаются на передний привод. Это самый простой способ установки, трудозатраты минимальны. Но, поскольку нагрузка на переднюю ось велосипеда невелика, очень часто возникает пробуксовка переднего колеса, ухудшается маневренность, при этом колесо может пойти юзом, что приведет к потере равновесия.


Задний привод — классический вариант. Основная нагрузка в велосипеде приходится на заднюю ось, и все недостатки переднего привода сразу исключаются.

Можно сделать и полный привод, когда ставится два мотора. Так делают для езды по бездорожью, снегу, песку, грязи. Но процесс создания полноприводного электровелосипеда очень трудоемкий. Сложнее всего синхронизировать работу моторов, а стоимость всего проекта получается немалой. После взвешивания всех «за» и «против» я выбрал задний привод.

Выбор и размещение аккумулятора

Что касается аккумуляторов, то в электровелосипедах в основном используются два типа аккумуляторных элементов: литий-железо-фосфатные и литий-ионные. Первые довольно крупные, тяжелые и стоят дороже. Зато у вторых ограниченное количество цикла зарядов — порядка 1000 циклов. К тому же литий-ионные аккумуляторы плохо работают при отрицательных температурах.

Для себя я все же выбрал литий-ионные, потому что их очень удобно укладывать в различные корпуса, в то время как литий-железо-фосфатные в основном собирают в кубышки, которые проблематично установить на велосипед.

Есть три места для размещения аккумулятора:

  • На багажник. Этот вариант плох тем, что возникает дополнительная нагрузка на заднюю ось, которая и так достаточно нагружена. Заодно повышается центр тяжести велосипеда.
  • На подседельный штырь. Нагрузка на оси становится более сбалансированной, но остается проблема высокого центра тяжести.
  • В пространство рамы, в основном на место крепления фляги. Аккумулятор в этом случае размещен максимально низко и между осями велосипеда. Это оптимальное размещение, и я решил на нем остановиться.

Дальше нужно было выбрать характеристики АКБ — в первую очередь рабочее напряжение и емкость. Для маломощных редукторных моторов обычно используют напряжения 24 В, 36 В и 48 В. Я выбрал что-то среднее. От емкости аккумулятора зависит запас хода электровелосипеда. Я подбирал так, чтобы мне хватило на 50 километров. Расчет очень приблизительный.

Средняя скорость электровелосипеда в городских условиях — около 20 км/ч. Для преодоления расстояния в 50 километров потребуется 2,5 часа. Если мощность мотора — 350 Вт, то его средняя потребляемая мощность будет около 175 Вт. За весь пройденный путь мотор потребит 175 Вт * 2,5 часа = 437 Вт*ч. При рабочем напряжении в 36 В из полученных данных легко посчитать и требуемую емкость аккумулятора:

Емкость аккумулятора = 437 Вт*ч / 36 В = 12.1 А*ч.

Существует достаточно много видов корпусов для аккумуляторного блока. Их можно купить на AliExpress или в российских магазинах по цене примерно от 2000 рублей. Есть очень удобные корпуса типа такого, в нем сразу есть ячейки, куда мы устанавливаем аккумуляторные элементы:

Выбор контроллера


Контроллеры бывают различных видов: совсем простые, универсальные, программируемые с огромным количеством настроек, работающие в большом диапазоне напряжений и токов. Для себя я брал простейший контроллер, который работает на фиксированном напряжении и выдает максимальный ток в 15 А. Контроллеры подбираются в зависимости от рабочего напряжения и мощности выбранного электродвигателя, стоимость — от 1000 до 10 000 рублей.

Результат

В итоге у меня получилась следующая конфигурация:

  • Электромотор BAFANG. Это продукция очень популярной на рынке электровелосипедов компании, ее моторы хорошо себя зарекомендовали.
  • Контроллер на максимальный ток 15 А, аккумулятор на 36 В, 13 А*ч. Получилась максимальная скорость 37 км/ч, запас хода в 50 километров, вес очень небольшой, всего на 7 килограммов тяжелее обычного велосипеда.

Все оборудование обошлось мне где-то в 30 тысяч рублей, общая стоимость с учетом самого велосипеда — 60 тысяч рублей. Если сравнивать с готовыми моделями, аналогичными по комплектации и характеристикам, то такой велосипед стоил бы около 100 тысяч рублей. Я сэкономил тысяч 40.

Я успел собрать уже три таких велосипеда, очень схожих по характеристикам.

Нюансы

Их много, поэтому упомяну лишь некоторые.

  • Во всех электровелосипедах используют двойные ободы, потому что мотор увеличивает крутящий момент. Также для компенсации дополнительной нагрузки нужны усиленные спицы, они толще — 3 мм вместо 2,6 мм. Спицуется колесо в три креста: одна спица пересекает три других. На обычных велосипедах чаще делают в два креста, а бывает и в один крест. Спицовка обода — довольно сложный, небыстрый процесс. При этом спицы получаются нестандартного размера, не во всех магазинах они продаются.

  • Моторы поставляются в двух исполнениях: под кассету звездочек и под трещотку. Нужно обращать на это внимание, и обязательно уточните, какая система звездочек предусмотрена. Также рекомендуется проверить, есть ли на моторе крепление под ротор тормоза.
  • Сложность с ручкой газа. Казалось бы, простейшая вещь: взял ручку газа, поставил на руль и все. Но почему-то большинство китайских производителей не учитывают наличие манетки переключения передач и ручки тормоза. Когда начинаешь все это собирать — в большинстве случаев либо не удается переключить передачи велосипеда, либо ручка тормоза задевает ручку газа. Я до сих пор не нашел ручку газа хорошей конструкции, чтобы она удачно вставала на руль.
  • Установка корпуса АКБ. Рамы у велосипедов все разные, с разной геометрией, и порой приходится колдовать с креплением, а иногда и вовсе менять корпус, если он не влезает в раму.
  • При монтаже ротора тормоза может оказаться так, что тормозной суппорт не влезает, задевает мотор. Я сам с этим столкнулся — пришлось покупать ротор большего размера и устанавливать переходник на суппорт. Либо можно использовать ободный (колодочный) тормоз, а не дисковый. Не всем это нравится, потому что для быстрого торможения на большой скорости нужны эффективные тормоза, и ободные в этом плане уступают дисковым.

  • Сборка ячеек АКБ. Трудоемкая задача. Как известно, литий-ионные аккумуляторы нельзя соединять паяльником, поэтому приходится использовать точную сварку, совместно подключая BMS-контроллер, который балансирует ячейки аккумуляторов. Важно использовать качественные элементы питания, изготовленные известными производителями: Samsung, Panasonic, Sony. Тогда ваш аккумулятор с большей вероятностью будет дольше держать емкость.
  • Рекуперацию реализовать достаточно просто, она предусматривается на двигателях прямого хода. При этом контроллер должен поддерживать эту функцию. Надо иметь в виду, что эффективность рекуперации очень низкая, у вас не получится покататься и зарядить аккумулятор. Так что польза от нее весьма условная.

Заключение

Если вы решили собрать действительно качественный электровелосипед, потребуется немало времени и усилий, но оно того стоит. Даже при покупке готового комплекта оборудования этот процесс не такой простой, как описывают в рекламе, и может потребовать дополнительных затрат.

Особое внимание при сборке нужно уделять самому дорогому компоненту электрооборудования — аккумулятору. От его качества зависит запас хода и конечная мощность электровелосипеда. Желательно их собирать самому, потому что в магазинах и на AliExpress готовые литий-ионные АКБ стоят от 20 тысяч рублей (сомнительного качества, собранные на безымянных элементах).

Я планирую спроектировать свой корпус аккумулятора с креплением на раму и распечатать его на 3D-принтере. Хочу предусмотреть в этом АКБ выводы питания на фару и фонарь, а также встроить в него динамик для воспроизведения музыки.

Также хочется спроектировать и распечатать на 3D-принтере корпус приборной панели на руль с органами управления электродвигателем, световым оборудованием и музыкой. А в перспективе — сделать комфортный городской электровелосипед с прямой посадкой и еще более низкой себестоимостью.

vc.ru

Электрические велосипеды можно назвать чем-то средним, между мотоциклом и велосипедом. Электродвигатель дает возможность развивать скорость до 50 км в час, преодолевать трудные горные подъемы. На электрическом велосипеде можно ехать не прикладывая усилия на педали. Для управления имеется ручка «газа». Можно ехать как на простом велосипеде, при этом электромотор будет помогать усилиям велосипедиста.

Для горных прогулок также имеются модели электровелосипедов. Они хорошо зарекомендовали себя на спусках, резких ускорениях, прыжках на трамплинах. На горный подъем также можно заехать с небольшими усилиями.

Мотор-колесо

Колеса приводятся во вращение электрическим двигателем. Наиболее популярным исполнением является вариант – «мотор-колесо». Это электрическая машина постоянного тока, не имеющая коллектора.

Это наиболее распространенный вид привода колеса велосипеда. Двигатель встроен в колесо в качестве ступицы. Такое устройство может быть на заднем или переднем колесе, а также есть модели, где моторы встроены в оба колеса.

Elektricheskie velosipedy motor-koleso

Контроллер осуществляет запуск мотор-колеса и управляет его работой. Он является посредником между двигателем и ручным управлением, обеспечивает подачу энергии от аккумуляторной батареи к электродвигателю. Контроллер чаще всего рассчитан на работу с напряжением 36 вольт, имеет надежную и прочную конструкцию. Его корпус выполнен из легкого сплава алюминия, выходы проводов из корпуса имеют герметичное уплотнение.

Аккумулятор является важным элементом электровелосипеда. Популярными стали надежные литиевые аккумуляторы. Но также могут использоваться и другие типы батарей, которые устанавливают обычно на раму или багажник. Вариант с установкой батареи на багажник не самый лучший, так как центр тяжести смещается вверх, что на большой скорости затрудняет выполнение поворота. Иногда раму велосипеда проектируют со специальной полостью для размещения в ней аккумулятора.

Качественные дорогие электрические велосипеды комплектуют специальными компьютерами. Для профессионального спортсмена такое устройство просто необходимо. На экране компьютера выдаются параметры состояния организма человека и характеристики движения велосипеда.

Можно самостоятельно сделать электровелосипед из обычного велосипеда. Для этого необходимо купить специальный набор. В продаже имеются наборы трех видов питания – 24, 36 и 48 В. Электродвигатель может иметь мощность до 1 кВт.

Есть домашние мастера, которые изменяют характеристики блока управления и увеличивают величину напряжения до 72 В, чтобы повысить скорость и мощность велосипеда. При недостаточной квалификации это может привести к неисправности и выходу из строя электродвигателя.

Достоинства мотор-колеса
  • Для переделки простого велосипеда не требуется больших усилий.
  • Мотор при работе не создает шума.
  • Не нарушается внешний вид и дизайн велосипеда.
Недостатки
  • При увеличении скорости до определенного предела мотор-колесо действует в качестве генератора, тем самым тормозит движение велосипеда.
  • Колесо становится намного тяжелее. Требуется более прочный обод.
  • Высокая стоимость оборудования.

Электрические велосипеды с цепным приводом

Для такого привода переделать велосипед будет гораздо труднее. Однако этот вид привода обладает большей эффективностью, по сравнению с мотор-колесом, так как при меньшей мощности и массе электрические велосипеды с цепной передачей могут достичь большей скорости движения.

Elektricheskie velosipedy tsepnoi privod

Можно сэкономить на покупке электродвигателя путем подбора его от бытовой техники или каких-либо других устройств. Так делают некоторые умельцы, применяя двигатели от электродрели, стиральной машины и других устройств.

Также продаются наборы для переделки обычного велосипеда в электрический вариант. Распространенным набором является продукт от тайваньской фирмы. В их наборах имеются двигатели мощностью до 1,5 кВт.

Достоинства цепного привода
  • Возможность применения механизма переключения передач, что увеличивает КПД.
  • Высокая скорость движения.
  • Меньшая масса аккумуляторной батареи и двигателя, рассчитанных на меньшую величину напряжения.
Недостатки
  • Высокая стоимость.
  • Значительный шум от цепного привода и двигателя.
  • Сложный монтаж набора, необходимость применения специального инструмента.

Фрикционный привод

Elektricheskie velosipedy friktsionnyi privod

Такой вариант привода обладает низкой эффективностью, имеет множество недостатков, однако многие американские фирмы его производят и продают. Принцип работы такого привода состоит в передаче момента вращения с вала мотора сразу на шину велосипеда.

Преимущества

Одним положительным фактором применения фрикционного привода является простой монтаж. При этом нет необходимости в выполнении разборки каких-либо узлов велосипеда.

Недостатки
  • Основным недостатком является малый КПД.
  • Другим недостатком является быстрое изнашивание шины колеса.
  • Необходимость накачки и поддержки шины при определенной величине давления.
  • Проскальзывание приводного ролика при езде в дождливую погоду.

Правила пользования

  1. Перед поездкой необходимо проверить давление в шинах, затяжку гаек, натяжение спиц.
  2. Расстояние, которое вы сможете проехать, зависит от уровня заряженности аккумулятора, условий погоды и массы водителя. Поэтому лучше перед поездкой зарядить батарею.
  3. При дальних поездках следует делать остановки по несколько минут. Это даст возможность создать для контроллера нормальные условия работы, позволяющие не допустить лишних нагрузок и перегрева.
  4. Запрещается одновременно нажимать на газ и тормозить всеми колесами. Это приведет к неисправности и выходу из строя электрического привода.
  5. Хранение аккумуляторной батареи должно быть в сухом помещении, не допуская попадания воды и влаги. При хранении уровень заряда должен быть не меньше 70%. Во время зарядки необходимо контролировать напряжение на зарядном устройстве.
  6. Если температура батареи поднимается выше 55 градусов, то это является признаком неисправности зарядного устройства или самого аккумулятора. Каждые 25 дней аккумулятор необходимо заряжать, даже если вы никуда не ездите.
  7. При мытье велосипеда запрещается использовать для этого устройства с высоким давлением воды, так как вода может попасть на электронные устройства, что приведет к выходу их из строя.
  8. При движении на велосипеде необходимо соблюдать меры безопасности.
  9. В движении по дороге необходимо держаться за руль обеими руками, выполнять правила дорожного движения.
  10. Начинающим водителям рекомендуется применять при поездках наколенники, перчатки и головной шлем.
  11. Электрические элементы велосипеда запрещается погружать в воду, так как произойдет замыкание и выход их из строя.
  12. Если возникли проблемы в электрооборудовании, то можно проверить исправность микроконтроллера косвенным методом: пластиковый корпус исправного контроллера не должен иметь повреждений, оплавлений, а также едкого запаха и дыма.

Преимущества и недостатки электровелосипеда

  • При применении такого велосипеда для ежедневной езды на работу есть преимущество в том, что человек приедет на работу не вспотевший, опрятного внешнего вида, в отличие от обычного велосипеда.
  • Электрические велосипеды являются одним из вариантов транспорта, который можно легко хранить в квартире.
  • Нет запаха бензина, по сравнению с мопедом с двигателем внутреннего сгорания.
  • Малая масса велосипеда, в отличие от мотоцикла или скутера. Это дает возможность поднимать его на верхние этажи дома самостоятельно.
  • Низкая стоимость зарядки аккумулятора от бытовой электрической сети.
  • Во время семейной велосипедной прогулки он поможет пожилым людям, а также детям не отставать от остальных членов семьи.
  • Электрические велосипеды можно легко перевозить в общественном транспорте, а складные варианты в багажнике автомобиля.
  • Если в пути выйдет из строя аккумулятор или электропривод, то можно без проблем доехать до дома с применением педалей.
  • Велосипед с электроприводом является более надежным и простым транспортом, в отличие от транспортных средств, работающих от двигателя на бензине.

Имеются и недостатки у этого вида транспорта, но их не так много. Основным из них является повышенная стоимость оборудования, и всего велосипеда в целом.

Похожие темы:
  • Электроскейт (электроборд). Виды и устройство. Как выбрать
  • Моноколесо. Устройство и виды. Как работает и как выбрать
  • Сигвеи. Виды. Устройство и принцип действия. Особенности
  • Электрические самокаты. Как выбрать. Виды. Устройство и работа
  • Электровелосипед (Часть 1). Классификация. Устройство. Параметры
  • Автомобиль на солнечных батареях. Виды и устройство. Работа
  • Электромобиль. Виды и устройство. Работа и применение
  • electrosam.ru

    ru.aliexpress.com


Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.