Меню Закрыть

Двс в колесе – Мотор-колесо с ДВС: engineering_ru — LiveJournal

Мотор-колесо с ДВС: engineering_ru — LiveJournal

Привычно видеть мотор-колесо в составе электровелосипеда.
Собственно, мотор-колеса (wheel hub motor) появились довольно давно и с самого начала были электрическими.

Но были, оказывается, и экземпляры с встроенным в колесо двигателем внутреннего сгорания:

В 1893 году француз Феликс Милле (Félix Théodore Millet) создал несколько экземпляров своего мотоцикла с пятицилиндровым звездообразным двигателем, размещенным в колесе. Двигатель — ротативного типа, т.е. цилиндры вместе с колесом вращаются вокруг неподвижного коленвала.

Мотор выдавал 1,2 лошадиные силы при 366 об/мин, что позволяло развить скорость до 55 км/час. Масса конструкции 60 кг, из которых 10 кг — двигатель.

В июне 1895 года Милле на данном агрегате принял участие в гонке Париж-Бордо-Париж, но до финиша не добрался.

Остаток более раннего трицикла Милле из парижского Музея искусств и ремесел:

Здесь двигатель был в переднем колесе. Обратите внимание на способ амортизации колеса без шины и седла.

Данная ветвь мотоциклетной эволюции оказалась не тупиковой. Мотоцикл «Мегола» из Дрезденского музея транспорта:

Цитирую автора снимка dmytro_v:
Этот мотоцикл свободно разгонялся до 80 км/ч, а его спортивная модификация — до 140 км/ч — и это в 20-х годах! Никакой коробки передач, никакого сцепления — прямой привод. То есть если мотоцикл останавливался, двигатель глохнул и его нужно было заводить снова, раскручивая переднее колесо. Но это не смущало мотоциклистов тех времен — всего таких мотоциклов было выпущено более 2000 шт.

Уже в наше время демонстрировался концепт моторизованного велосипеда RevoPower с двухтактным двигателем, встроенным в колесо,

но он как-то тихо сам собой умер.

engineering-ru.livejournal.com

Колесо с мотором

Идея применения электромотора, интегрированного прямо в колесо, давно привлекает разработчиков гибридов и электромобилей. Электрические мотор-колеса наделяют машину невиданными возможностями и преимуществами.

Содержание статьи

Устройство и премущества мотор-колеса

Устройство мотор-колеса

Во-первых, отпадает необходимость в трансмиссии – сцеплении, коробке передач, приводных валах и дифференциалах. Это существенно снижает вес, а снижение веса – это дополнительная экономия топлива и снижение вредных выбросов. Кроме того, уменьшается стоимость автомобиля и снижаются затраты на его обслуживание и ремонт. Конструкция существенно упрощается, а, как известно, чем проще – тем надежнее. Отсутствие узлов трансмиссии освобождает больше полезного объема для размещения пассажиров и груза и позволяет конструкторам и дизайнерам шире проявить фантазию.

Во-вторых, машина получает отличную динамику: компактные и легкие электродвигатели развивают максимальный крутящий момент сразу же, как только на них подается питание. Значения крутящего момента могут достигать 700 Н*м.

В-третьих, управляемое мотор-колесо делает автомобиль чрезвычайно маневренным – ведь все колеса могут вращаться с разной скоростью и даже в разных направлениях. Машина способна разворачиваться на 360 градусов, парковаться в самых сложных условиях и мгновенно адаптироваться к качеству дорожного покрытия.

В-четвертых, значительно упрощается конструкция важнейшей для электромобилей системы регенерации энергии торможения.

В-пятых, ничто не сможет сравниться с мотор-колесом в обеспечении активной безопасности движения – любые алгоритмы систем ABS, ESP, Traction Control, Brake Assist и других легко программируются в блоке управления и могут воздействовать на каждое колесо индивидуально.

Недостатки мотор-колеса

Но на пути массового внедрения мотор-колес стоит и несколько нерешенных пока проблем. Главная из них – масса механизмов, помещаемых внутрь обода. Высокооборотные электродвигатели нуждаются в понижающем редукторе. Он должен быть компактным и герметичным. Редуктор добавляет несколько килограммов к общей массе колеса. Большая неподрессоренная масса, или, говоря проще, тяжелые колеса, резко снижают комфорт и управляемость, повышают износ подвески, передают на кузов больше вибраций. Оптимальный вес колеса для среднеразмерного автомобиля составляет от 10 до 30 кг без учета шины. Вписаться в эти жесткие рамки мотор-колесу очень непросто.

Практические разработки Michelin

Французская компания Michelin, всемирно известная не только своими разработками в области шин, но и исследованиями по созданию экономичного и экологически чистого транспорта, уже пятнадцать лет занимается разработкой инновационных мотор-колес для электромобилей. Мотор-колеса «Michelin active wheel» совмещают в одном узле тяговый электродвигатель, элементы управления и подвески и тормозной системы. Они могут применяться как в переднеприводном, так и в заднеприводном варианте, в зависимости от условий эксплуатации.

И все это при общем весе 35 килограмм, что не превышает вес обычного колеса легкового автомобиля! Ключевое место в этой технологии моторизированного колеса занимает миниатюрный электродвигатель. Разработанный Michelin, на сегодняшний день он является самым компактным на рынке. Беспрецедентное соотношение его мощности к массе предоставляет уникальную возможность для уменьшения неподрессоренной массы ходовой части автомобиля. Подобные попытки предпринимались и другими производителями, например Mitsubishi и Siemens, но они так и не дошли до серийного производства.

Мотор-колесо от Protean Electric

Несмотря на всю заманчивость идеи мотор-колеса, автопроизводители несколько лет назад отказались от нее из-за технических трудностей и недостатков. Но нашлись энтузиасты в лице американской компании Protean Electric, которая находится в полушаге от создания практической конструкции. Ее система под названием Protean Drive успешно прошла испытания на автомобилях Mercedes-Benz SLS AMG Coupe, Volvo C30, пикапе Ford F-150 и фургоне Vaxhaull Vivaro. В декабре 2012 года авторитетный американский журнал Car and Driver внес Protean Drive в десятку самых многообещающих технологий 2013 года. При ее разработке было получено 23 патента. Производственный образец компания продемонстрировала в апреле 2013 года, а полномасштабное производство планируется развернуть в 2014 году на вновь построенном заводе в Китае.

Protean Drive предназначена для использования в гибридных автомобилях и электромобилях. Причем она легко может быть адаптирована к уже выпускаемым моделям или для переоборудования автомобилей с ДВС в гибридные. С ее помощью можно реализовать передний, задний или полный привод. В комплект Protean Drive входит мотор, инвертор и блок управления с программным обеспечением. Все перечисленное легко помещается внутри обычного колеса размером от 18 до 24 дюйма. Благодаря прямому приводу отпадает необходимость в коробке передач, приводных валах и дифференциалах. Это ведет к уменьшению потерь на трение при передаче крутящего момента, позволяя сохранять энергию батареи и увеличить пробег без подзарядки. Protean Drive позволяет улучшить топливную экономичность более чем на 30%, в зависимости от размера батареи и режима движения.

Существенное снижение количества деталей приводит к значительному снижению стоимости, веса и повышению надежности. Высвобождаемое пространство «развязывает руки» дизайнерам и конструкторам, которым становится легче воплотить все свои творческие и технические замыслы. Каждое мотор-колесо может управляться контроллером независимо от остальных, что обеспечивает гораздо лучшую управляемость по сравнению с традиционными системами привода ведущих колес. Кроме того, мотор-колесо позволяет гораздо проще и эффективнее реализовать работу систем безопасности автомобиля – антипробуксовочной (traction control), контроля начала движения (launch control) и распределения крутящего момента (torque vectoring). К недостаткам следует отнести увеличение неподрессоренных масс и более слабое ускорение по сравнению с обычными автомобилями.

Мотор-колесо от Protean Electric на сегодняшний день имеет самые высокие показатели удельной мощности (110 л.с.) и крутящего момента (800 Нм) среди всех существующих электроприводных систем. И это при весе всего в 31 килограмм! Protean Drive также превосходит другие конструкции по возможностям рекуперации – до 85% энергии торможения используется для подзаряда батареи. Это позволяет увеличить пробег до 30%, уменьшить размеры батареи и снизить ее стоимость.

avtonov.info

Набор для превращения любого автомобиля в гибридный / Habr

Студенты из Middle Tennessee State University под руководством доктора Чарльза Перри с 2008 года работают над комплектом, который позволит превратить практически любой автомобиль в гибридный.

Проблем с современными электрическими или гибридными автомобилями немало. Конструкция привода требует переработки, это требует затрат, которые сказываются на конечной стоимости авто.

Плюс к тому никто не предлагает переделать ваш автомобиль в гибридный — если уж вы решили его опробовать, придётся продавать старую лошадку и покупать новую.
Такими темпами совершенно непонятно, когда хотя бы половина автомобилей будет ездить при помощи электричества — очень уж вяло новинка проникает в жизнь.

А Чарльз Перри со товарищи предлагают совершенно другой вариант.

Из обычных комплектующих, без всяких дорогих инноваций, они собирают комплект, который можно установить почти на любой автомобиль.

В багажник ставятся аккумуляторы и контроллер этого устройства с охлаждением.
Инновация состоит только в размещении тяги. Сами трёхфазные безщёточные электромоторы постоянного тока размещаются в задних колёсах на свободном месте, которое там уже есть — вокруг тормозов.
Электромагниты статоров размещены по кругу, а вращающийся диск, к которому крепится колесо, оснащён постоянными магнитами. Электромагниты управляются контроллером, и когда система включается, колесо превращается в электромотор.

Таким образом, никакие агрегаты автомобиля не модифицируются и не затрагиваются — тормоза, подвеска, подшипники остаются без изменений.

Система создаётся как вспомогательная для мотора внутреннего сгорания, и рассчитана на движение по городу — скорости до 40-45 mph (до 60-70 км/ч). Контроллер работает совершенно прозрачно — если водитель не знает об этой установке, он её может и не почувствовать. Как только при разгоне водитель давит на газ, система автоматически включается и помогает разгоняться и ехать.

При достижении большой скорости система также автоматически отключается.
Др. Перри утверждает, что по их тестам выходит 50% экономия топлива, то есть при движении в городских условиях на том же количестве бензина можно проехать в два раза большее расстояние.

На видео аккумуляторы с контроллером выглядят довольно объёмно, но др. Перри утверждает, что это установка для тестов, поэтому она немного больше той, на которую они рассчитывают выйти в результате.

Возможно, скоро наступит время, когда любой желающий сможет купить для себя такой набор и сделать апгрейд своей ласточке — так же, как сейчас можно купить электрический набор для велосипеда.

habr.com

Белка в колесе: Мотор-колесо | Журнал Популярная Механика

Двенадцать лет назад в лабораториях компании Michelin началось создание экологически чистого электрического колеса будущего, вмещающего в себя весь автомобиль, не считая кузова и сидений: двигатель, трансмиссию, подвеску, рулевое управление и тормозную систему

Схема мотор-колеса Michelin Active Wheel Два электродвигателя, электрическая подвеска, тормозные механизмы с электромагнитными актуаторами — все это помещается внутри обода автомобильного колеса

Авто с электрическими мотор-колесами обладают рядом веских преимуществ перед традиционными. В первую очередь это отсутствие множества сложных и тяжелых передаточных механизмов между двигателем и колесом — сцепления, трансмиссии, приводных валов и дифференциалов. Во‑вторых, отменная динамика: компактные и легкие электрические моторы способны развивать крутящий момент вплоть до 700 Н•м даже на самых низких оборотах. В-третьих, управляемое мотор-колесо делает автомобиль чрезвычайно маневренным — ведь все колеса могут вращаться с разной скоростью и даже в разных направлениях. Машина способна разворачиваться на 360 градусов, парковаться в самых сложных условиях и мгновенно адаптироваться к качеству дорожного покрытия. В-четвертых, значительно упрощается конструкция важнейшей для электромобилей системы регенерации энергии торможения. Ну и в-пятых, ничто не сможет сравниться с мотор-колесом в обеспечении активной безопасности движения — все продвинутые электромеханические алгоритмы типа ABS, ESP, Traction Control, Brake Assist и так далее запросто прошиваются в управляющий софт и воздействуют на каждое отдельное колесо.

За перечисленные преимущества мотор-колесо расплачивается столь же существенными недостатками. Главный из них — масса механизмов, помещаемых внутрь обода. Высокооборотные электродвигатели мотор-колес нуждаются в понижающем редукторе. Он должен быть компактным и герметичным. Редуктор добавляет несколько килограммов к общей массе колеса. Для традиционных автомобилей лишний вес в конструкции трансмиссии не критичен. Но для колес действует совершенно другой принцип. Большая неподрессоренная масса, или, говоря проще, тяжелые колеса, резко снижает комфорт и управляемость, повышает износ подвески, передает на кузов вибрации. Оптимальный вес колеса для среднеразмерного автомобиля составляет от 10 до 30 кг без учета шины. Вписаться в эти жесткие рамки мотор-колесу очень непросто.

Наконец, ремонт мотор-колеса представляет собой операцию, требующую высокой квалификации. Переобуться в обычной шиномонтажной мастерской у его владельца не получится. А если повреждение произойдет вдалеке от сервисного центра? Запасное мотор-колесо в багажнике? Вряд ли это возможно, ведь стоимость такой запаски отобьет всякое желание покупать электромобиль.

Электронная диета

Инженерам Michelin удалось побороть два главных недуга мотор-колес — размеры и вес. По словам Патрика Олива, руководителя подразделения компании по перспективным разработкам, масса мотор-колеса Active Wheel второго поколения в сборе, установленного на концепте Heuliez WILL, составляет 42, а неподрессоренная масса — 35 кг. Для сравнения — неподрессоренная масса переднего колеса хетчбэка Renault Clio равна 38 кг. Такого результата удалось добиться за счет предельной миниатюризации всех элементов конструкции — ведущего электродвигателя, одноступенчатого понижающего планетарного редуктора, электродвигателя управления подвеской и поворотом колес, пружин, тормозного механизма и системы жидкостного охлаждения. Достаточно сказать, что вес ведущего мотора в модификации системы для спорткара Venturi Volage составляет всего 7 кг при максимальной мощности 75 л.с. и крутящем моменте 58 Н•м, развиваемом в диапазоне от 0 до 8500 оборотов в минуту. Вся остальная механика внутри Active Wheel укладывается в 11 кг.

Основа Active Wheel — легкая алюминиевая рама, которая простым жестким рычагом соединена с подрамником кузова. Соединение сделано подвижным, чтобы колесо могло поворачиваться. К внутренней поверхности рамы крепятся все элементы Active Wheel, а сам обод закрепляется на плоской дискообразной ступице. Тормозной механизм состоит из вращающегося диска и суппортов с электромагнитными актуаторами. Ведущий электродвигатель во время торможения работает в режиме генератора, вырабатывая электроэнергию для питания бортового аккумулятора. Подвеска состоит из стальной пружины и электрических амортизаторов. Моторчик, управляющий амортизаторами, отвечает также за поворот колеса. Благодаря большому углу поворота электромобиль значительно маневреннее обычных авто.

Сложным хозяйством Active Wheel управляет продвинутая электроника. По словам инженеров Michelin, время отклика электрической подвески составляет всего 0,003 с. Это на порядок быстрее реакции стандартного гидравлического амортизатора. Подвеска, характер которой может изменяться за тысячные доли секунды, позволяет больше не искать компромисс между плавностью хода и управляемостью. Более того, простым переключением кнопки на сенсорном дисплее приборной панели можно выбрать один из нескольких режимов жесткости подвески и остроты рулевого управления. Уникальная технология Michelin позволяет настраивать повадки автомобиля под настроение водителя. Хочется поджечь покрышки на скоростной трассе — пожалуйста, желаете медленно и комфортно прокатиться по тесным улочкам — нет проблем.

Обслуживание, ремонт и замена покрышек на колесах Active Wheel, по уверениям инженеров Michelin, не составит большой проблемы для владельцев. Обод колеса вместе с покрышкой сделан съемным. Не совсем ясно, насколько система Active Wheel будет устойчива к воздействию низких температур, грязи и влаги. Но думается, что разработчики колес для лунного внедорожника не могли упустить из виду такие важные моменты эксплуатации. Вероятно, ко времени появления серийных машин компания создаст специальную оснастку для автосервисов и шиномонтажного оборудования. По словам руководства Michelin, ждать осталось недолго. Серийное производство мотор-колес начнется в 2010 году в Китае. Там же будут собирать пакеты литий-ионных элементов для электромобилей с технологией Active Wheel.

Аэродинамика минус металлолом

Появление на Парижском автосалоне новейшего концепта небольшой экзотической автокомпании из Монако не случайно. Вот уже семь лет, с тех пор как у Venturi появился новый хозяин, Гильдо Пастор, компания удивляет публику невероятными разработками. Кредо Venturi — экологически чистый электропривод и эпатажный дизайн, автором которого является знаменитый французский дизайнер со славой бунтаря и хулигана Саша Лакич. Первой его работой стал родстер Venturi Fetish, показанный в Париже в 2002 году. Затем были созданы фантастический Astrolab, не похожий ни на что первый в мире автономный электромобиль Eclectic, использующий энергию солнца и ветра, и, наконец, Volage. Лучшего способа продемонстрировать уникальные качества Active Wheel, чем оснастить чудо-колесами Volage, было не придумать. Хайтек на грани реальности — вот что получилось в итоге.

Venturi Volage — это двухместный родстер снаряженной массой 1075 кг, созданный на модернизированном шасси концепта Fetish. Основа кузова — очень легкая и жесткая платформа из полых алюминиевых панелей с сотовой структурой, облицованных с двух сторон карбоновым волокном. Для крепления мотор-колес спереди и сзади на платформе установлены жесткие подрамники из авиационной стали. Передний подрамник выполняет еще одну важную функцию — формирует переднюю сминаемую зону безопасности. На заднем помещается литий-полимерный аккумулятор французской компании Zebra. Кузовные панели отформованы из многослойного карбонового листа. По словам создателя Volage Саши Лакича, дизайн родстера продиктован законами аэродинамики и вычитанием лишнего — ненужного двигателя, трансмиссии, подвески и еще целой кучи металлолома.

Развесовка автомобиля идеальна — 45% массы на передней оси и 55% — на задней. Для полноприводного автомобиля с четырьмя ведущими и управляемыми колесами это очень важно. Мощность каждого мотор-колеса составляет 75 лошадок. Итого 300! До сотни с места эта бесшумная ракета разгоняется всего за 4,9 с и развивает максималку 150 км/ч. Умная электроника чутко прислушивается к работе моторов, подвески и мгновенно корректирует малейшие отклонения от курса, заставляя каждое колесо вращаться со своей скоростью. Щербатую мостовую Volage преодолевает так, что седоки могут спокойно наслаждаться горячим кофе.

На подходе к прилавку

Через три года в продаже появятся первые экземпляры Volage ручной сборки. Venturi оценивает обладание фантастическим электромобилем в ?300 000. Автолюбители поскромнее уже в следующем году смогут приобрести серийный суперкомпакт Heuliez WILL с передними мотор-колесами Michelin Active Wheel суммарной мощностью 81 л.с. и запасом хода на одной зарядке литий-полимерной батареи от 150 до 400 км. Стоимость автомобиля составит ?20 000. В качестве бонуса Heuliez предоставит клиентам широкополосный мобильный интернет-доступ прямо в салон и кучу полезных online-сервисов от корпорации Orange.

Статья опубликована в журнале «Популярная механика» (№4, Апрель 2009).

www.popmech.ru

Виды мотор-колес, их параметры и технические характеристики. — Об электровелосипедах подробно — Блог — Статьи

Колесо приводится в движение без дополнительных элементов передачи тяги (цепи, шестерен и т.п.). Благодаря минимизации трения и механических потерь, КПД таких электродвигателей достигает 95%. В зависимости от особенностей конструкции и других критериев можно выбрать различные виды мотор-колес.

Классификация

По конструкционным особенностям различают модели:

  • Редукторные – они содержат шестерни, находящиеся непосредственно в корпусе колеса. Отличаются компактностью и меньшим весом. Планетарный редуктор обеспечивает легкому мотору (массой 2–2,5 кг) высокий крутящий момент и выступают достойной альтернативой более мощным электродвигателям с прямым приводом. Электровелосипеды с редукторными 350Вт мотор-колесами развивают скорость до 30 км/ч. Такие электродвигатели зачастую используются в серийных моделях городских, прогулочных и спортивных велосипедов. 500Вт мотор-колеса, способны разогнать электробайк до 40км/час и выше.
  • Безредукторные (бесщеточные) – моторы прямого привода. Отличаются превосходной надежностью, высоким КПД и тихой работой, но более габаритны и тяжеловесны. Используются преимущественно в электровелосипедах с высокой грузоподъемностью, скоростных моделях и скутерах.

По месту установки различают следующие типы мотор-колес:

  • Задние мотор-колеса с резьбой или шлицем под кассету или трещотку цепи.
  • Передние мотор-колеса. Чаще используется переднее мотор-колесо, поскольку в этом случае установка и демонтаж устройства более удобны, и нагрузка на велосипед распределяется равномернее.

В зависимости от количества витков обмотки статора моторы бывают тяговые или скоростные. Этот параметр подбирается при производстве с учетом диаметра будущего обода и требуемой скорости и тяговитости мотора.

Мотор колеса изготавливают в разных типоразмерах, и они используются на электровелосипедах, электроскутерах, электромобилях и других транспортных средствах.

Параметры мотор-колеса

Важнейшим параметром электродвигателя выступает его мощность – способность быстро вращаться и при этом создавать крутящий момент на оси. При соприкосновении колеса с поверхностью дороги крутящий момент превращается в тяговую силу. Подходящие технические характеристики мотор-колеса выбираются в зависимости от особенностей планируемой эксплуатации транспортного средства, испытываемой нагрузки, условий ландшафта и необходимого значения максимальной скорости.

Например:

  • Редукторный мотор мощностью 250–350 Вт оптимально подходит для оснащения велосипеда, который будет применяться на местности с небольшими перепадами высоты (порядка 12%) пользователем с весом до 90 кг. Скорость передвижения при этом будет достигать 25–30 км/ч.
  • Мотор с прямым приводом и мощностью 500 Вт обеспечивает такой же крутящий момент, как и редукторный двигатель на 350 Вт, но на прямых участках позволяет разгоняться до 45 км/ч.
  • Двигатель на 600 Вт позволяет с легкостью преодолевать достаточно крутые подъемы и отлично подходит для скоростной езды по шоссе.
  • Моторы на 800 и 1000 Вт обеспечивают еще больше преимуществ по скорости и крутящему моменту. Они прекрасно подходят для езды по бездорожью и холмистой местности с крутыми или затяжными подъемами. Но использовать их нужно с более мощными аккумуляторами, а значительное увеличение массы опасно перегрузкой рамы.
  • Сразу 2 мотор-колеса (переднее и заднее) мощностью 600–1000 Вт устанавливаются на велосипеды, эксплуатируемые в горной местности с крутыми подъемами.

Предлагаем вам также ознакомиться с нашим предыдущим материалом о том, как правильно пользоваться Li-ion аккумулятором.

www.voltbikes.ru

Принцип работы мотор-колеса

    Современные электровелосипеды могут приводиться в движение с помощью  двух видов электрических двигателей: традиционного коллекторного двигателя постоянного тока и бесколлекторного (бесщеточного) синхронного электродвигателя постоянного тока (мотор-колесо). Прочитав эту статью, вы приобретете необходимые знания о принципах работы мотор-колеса.

     Что же представляет собой мотор-колесо?

    По сути, мотор – колесо – это электродвигатель, встроенный в колесо. В мотор-колесе не используется дополнительный механизм передачи мощности (трансмиссия) от двигателя к колесу. Оно не имеет трущихся деталей, за исключением подшипников в безредукторном двигателе. Таким образом,   двигатель, трансмиссия и колесо представляет собой единое целое, что делает мотор-колесо очень надежным в эксплуатации.

    Мотор-колеса могут устанавливаться в переднюю или заднюю вилку велосипеда (имеет разный диаметр оси), заспицованными в обод или незаспицованными, могут быть различной мощности, как правило, чем мощнее, тем более высокое напряжение требуется. Конструктивно они могут быть разделены на 2 типа: 

 — со встроенным редуктором планетарного типа;

— безредукторные колеса.

    Мотор-колесо с редуктором и  без редуктора имеет один и тот же принцип действия. В  неподвижном статоре создается вращающееся магнитное поле, которое, взаимодействуя с постоянными магнитами ротора, заставляет его крутиться. Статор изготавливается  из пластин электротехнической стали, и похож на многолучевую звезду, на лучах которой намотаны обмотки. В момент прохождения по обмоткам электрического тока, лучи становятся магнитами (электромагнитами), и притягивают к себе постоянные магниты, расположенные на роторе.

     Обмоток на статоре может быть много — несколько десятков, это обеспечивает плавность вращения колеса, и достаточную мощность; но все эти обмотки соединяются, в итоге, в три, чередуясь, по окружности, последовательно: 1-2-3-1-2-3-1-2-3… Напротив этих обмоток, на роторе на небольшом расстоянии (с увеличением расстояния сила магнитного поля ослабевает) находятся магниты, изготовленные из редкоземельных элементов. Для непрерывного вращения двигателя последовательно и в строго определенный момент на обмотки подаются импульсы напряжения, что активизирует их магнитные свойства при приближении к нужному магниту.

     Для определения этого момента в статоре установлены датчики Холла(всего 3 штуки). Это специальные датчики, которые определяют положение ротора относительно статора. Реагируя на магнитное поле постоянных магнитов, они подают электрический сигнал, который поступает на контроллер. Получив информацию от датчиков Холла о положении ротора, контроллер в нужный момент подает импульсы напряжения на обмотки статора, превращая их в электромагниты. Они притягивают постоянные магниты ротора, тем самым, обеспечивая его вращение. В результате за полный цикл происходит вращение ротора на один оборот, что показано на анимации работы бесколлекторного двигателя. 

Источник:http://www.ryerson.ca/~fsharifi/Courses/MEC830/ACDC/Servo%20Magnetics%20Inc_%204Pole%20Brushless%20DC%20Motor%20%20GIF%20Animation_files/4-pole-bldc-motor021804.gif

    Управление скоростью вращения мотор-колеса, т.е. скоростью движения электровелосипеда, осуществляется при помощи ручки газа за счет изменения количества импульсов напряжения в секунду, которые подаются на обмотки мотор-колеса. Еще один элемент управления мотор-колесом – это датчики, встроенные в тормозные ручки, отключающие подачу питания на двигатель, когда мы хотим затормозить электровелосипед.

     Готовое мотор колесо представляет собой ротор, скрепленный спицами с ободом. Все, что остается сделать покупателю, это одеть камеру и покрышку на обод и установить мотор-колесо на велосипед.Даже неопытный велосипедист легко и быстро переоборудует своей велосипед в электрический,  используя мотор-колесо и грамотно следуя нашей инструкции.

Мотор-колесо «Флайджер» мощностью 350W.

evelo.by

советы по его выбору + сборка своими руками

Много людей выбирают для использования электровелосипеды, ведь они помогают ездить против встречного ветра и взбираться на высокую горку. Собрать своими руками электрический велосипед сейчас может каждый, благодаря множеству наборов, привезённых из Китая.

Но электрический велосипед лишь увеличивает силу человека, а не заменяет её полностью. Таким образом, нажимать на педали при поездке на электробайке всё равно потребуется, и особенно это необходимо при движении вверх по склону.

В отличие от другого моторизированного транспорта, на котором предусмотрен лишь двигатель для толкания машины вперед, электрический велосипед объединяет работу мотора с силой всадника. Машины, которые соединяют мощности от разных источников (например, мотора и человека) называются гибридными.

Когда человек неуверен в том, что конкретный набор с электромотором поможет взобраться на вершину какого-то холма, он теряется в раздумьях: вдруг горка будет еще более крутой или длинной. И естественно, что каждый хочет приобрести самый мощный комплект для электрического велосипеда. Тем не менее, во многих случаях самый мощный электромотор будет излишним, и вы, в конечном счёте, потратите слишком много денег, к тому же будете возить с собой гораздо больший вес, чем это действительно необходимо.

Взобраться на невысокий холм можно практически с любым мотор-колесом для велосипеда. А если при этом слабо нажимать на педали, то можно легко взойти на крутой холм, даже при тяжелых условиях – сильном встречном ветре и большом весе ездока. В сравнении с обычными велосипедами, электровелики вас приятно удивят.

Специализация электромоторов

Электрическое мотор-колесо для велосипеда может быть специально разработано для лучшего подъема в горку или оптимизировано для повышенной дальности или увеличенной скорости поездки. Двигатели с большой номинальной мощностью имеют высокую способность к преодолению холмов (крутящий момент), но они снижают дальность путешествия (быстро садят батарею).

Коэффициент полезного действия (КПД) двигателя по мощности не является постоянным, он имеет максимальное значение при определенной скорости. Также его величина зависит от того, растёт скорость или снижается.

Крутящий момент

При переключении передачи всегда теряется крутящий момент. Поэтому желательно всегда начинать восхождение в гору на соответствующей передаче или делать при подъеме как можно меньше переключений.

Даже мотор с редуктором подвержен влиянию переключения передач. После смены передачи велогонщиком любой двигатель должен будет поменять обороты. В этом случае будет лучше, если велосипедист даст дополнительный толчок через педали после переключения передачи.
Переднее моторколесо также теряет крутящий момент вместе с гонщиком при смене скорости, поскольку они объединены в одну и ту же систему передач.

Спуск с горки

После каждого подъёма следует спуск с горки – это просто как круговорот веществ в природе. На спуске, при регенеративном торможении, электродвигателем можно зарядить аккумулятор и расширить дальность поездки на электровелосипеде. Электрический двигатель конструкции В.В. Шкондина может при генерации вернуть максимальную часть той энергии, которая была потрачена на подъём в гору.


Многополюсный двигатель с якорем из постоянных магнитов, собранный В.В. Шкондиным

Генерация энергии замедляет велосипед, так что установка двигателя Шкондина будет хорошей идеей, если вы хотите ограничить максимальную скорость велосипеда на спуске, естественно, без использования тормозов.

Кроме регенеративного сопротивления, каждый электродвигатель имеет внутреннее трение, так что любой привод на электрическом байке в какой-то степени снижает максимальную скорость при накате в сравнении с обычным велосипедом.

Анализ разных электронаборов

Есть два возможных варианта электрических наборов для велосипедов:

  • Мотор, установленный в колесо. Эта система не использует преимущества велосипедной системы передач.
  • Двигатель, вставленный в каретку (такой как у системы Optibike MBB), который параллельно можно вращать ногами. Эта система задействована через цепную передачу велосипеда.

В первом случае цепная система передач остается незадействованной, и вы можете не надеяться на максимальную эффективность двигателя при подъеме в горку. Во втором случае вы, конечно, немного потеряете на трении в цепной передаче, но сможете оптимизировать КПД двигателя при изменении скорости движения.


Электровелосипед с американской системой привода Optibike MBB

Обычное моторколесо или редукторное?

Неважно, подсоединен электромотор через цепную передачу (приводы в каретке) или нет (переднее, заднее моторколесо, фрикционные передачи), велосипедная система скоростей всё равно будет задействована.

Редукторное моторколесо позволяет двигаться с использованием пониженного передаточного отношения. Оно может помочь велогонщику взобраться на очень крутой холм, если использовать мотор с сильно понижающим планетарным редуктором. При этом двигатель будет работать близко к высшей точке КПД, так как он сохранит высокие обороты. Но всё-таки потеря эффективности у мотора с редуктором будет, поскольку такие системы являются сложными и в них неизбежны некоторые траты на трение.


Редукторное электроколесо для велосипеда

Системы без редуктора не понижают обороты двигателя. Следовательно, КПД двигателя в них не является постоянным, а очень часто зависит от скорости велосипеда. Но такие системы просты, поэтому их суммарный КПД выше по сравнению с редукторными моторами.

Как видите, существует проблема выбора между электромоторами с редуктором и без него. С одной стороны, первые могут поддерживать один и тот же КПД двигателя в широком диапазоне скоростей, тогда как вторые имеют неизбежные потери при снижении скорости. С другой стороны, электромоторы без редуктора обладают большим суммарным КПД.

При попытке подняться на очень крутой склон или при перевозке тяжелых грузов ваша средняя скорость достаточно сильно падает. В таком случае мотор без редуктора будет функционировать на уровне со значительно заниженным КПД. Для подъема в гору редукторное колесо будет лучшим выбором.

Однако можно с уверенностью сказать, что в других условиях катания мотор без занижающей передачи будет справляться со своей работой лучше (особенно в частых дальних поездках), чем чрезмерно сложные системы с редуктором.

Примеры из реальных жизненных ситуаций

Возьмем для первого примера стандартный мотор с предельной мощностью в 250 Вт при 10 км/ч и велогонщика, который может тоже внести 250 Вт (не сильно стараясь) для поддержания заданной скорости. Вместе они выдадут одну впечатляющую мощность в 500 Вт.

  • Со скоростью в 10 км/ч гонщику под силу взобраться на холм с уклоном 17,5% при 500 Вт совместной мощности.
  • Со скоростью в 8 км/ч велосипедист может взобраться на холм с уклоном 17,5% при своих 250Вт и работающем на 80% моторе в 200 Вт.
  • Со скоростью в 6 км/ч велосипедист может вскарабкаться на горку с таким же уклоном 17,5% при своих 250Вт и работающем на 60% моторе в 125 Вт.

На первый взгляд, эти результаты могут показаться целиком неточными, потому что идёт на спад вместе со скоростью лишь эффективность электромотора, и кажется, будто велогонщику всё равно под силу взобраться на один и тот же крутой склон.

Эта неточность будет решена, когда мы поймём, насколько человек важен для работы электровелосипеда. Понаблюдаем, что бы произошло, если бы велосипедист вообще не нажимал на педали и все 500 Вт (как в примере выше) приходили от мотора.

  • Со скоростью в 10 км/ч велосипедист смог бы взобраться на горку с уклоном 17,5% только при работающем на 100% двигателе в 500 Вт.
  • Со скоростью в 8 км/ч ездок может взобраться на горку уже с меньшим уклоном 17% при работающем на 80% моторе в 400 Вт.
  • Со скоростью в 6 км/ч ездок может выехать на холм с уклоном 14,5% при работающем лишь на 50% моторе в 250 Вт.

Эти результаты взяты с e-bike calculator при следующих вводных: суммарный вес — 100 кг; площадь лобового сопротивления — 0,4 метра кв; коэффициент трения — 0,7; длина подъема — 100 м; скорость встречного ветра — 10 км/ч и коэффициент сопротивления качению — 0,007.

Гонка по городу на собранном своими руками электровелосипеде с моторколесом:

Сила велогонщика наиболее значима, когда нужно поддержать скорость на электровелосипеде, потому что с её падением сильно снижается КПД двигателя. Анализируя это, вы сможете понять, насколько электровелосипед отличается от любого другого моторизированного транспорта и почему установка редукторных моторов не всегда является лучшим выбором. В переднее колесо лучше вовсе не ставить мотор с редуктором, ведь оно должно иметь свободный накат.

Большинство людей, обратив внимание на зависимость мощности и скорости, сделают вывод, что лучше всегда использовать мотор с большой мощностью (хороший, свыше предельных 250 Вт). Но анализируя реальные отзывы людей, которые проверили разные моторы на практике, приходишь к мысли о том, что имеет смысл лишь запасённая скорость. И на деле, чаще всего, моторколесо мощностью в 250 Вт будет лучшим выбором.

загрузка…

velofans.ru

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о