Как работает мотор колесо на велосипед

Компоненты электровелосипеда: мотор

Поскольку предыдущее моё малое эссе было воспринято в целом позитивно, хочу поделиться некоторыми накопленными в процессе чтения форумов, знаниями, касательно электровелосипедов.

В сией статье хочу поделится тем, какие виды приводов используются в электровело, их плюсы, минусы, и особенности.

Надеюсь, это кому то покажется интересным. Обозревать буду только трехфазные двигатели постоянного тока — ибо остальные не исследовал, да и относительно редки эти остальные
в наше время.

Итак, начнём:

По большому счёту приводные элементы электровелосипедов можно рассортировать в 3 вида:

1. Каретный электродвигатель, электродвигатель с центральным расположением.
2. Редукторное мотор-колесо (geared hub motor).
3. Моторколесо с прямым приводом (директ-драйв).

Оно, кстати, довольно популярно в брендовых всяких европейских электровелосипедах.

Находится вблизи каретки (педалей) велосипеда, через цепной привод, и механизм передачь,
если на велосипеде такой есть, вращает заднее колесо.

Плюсы: если велосипед с передачами — широкий диапазон оптимального применения за счёт этих самых передачь — можно и хорошую тягу на малых оборотах получить, и высокую скорость.

Минусы: цепь и звёзды становятся расходником, если по пути порвёте цепь, или погнёте петух, или ещё как-то сломаете цепную передачу — домой будете возвращатся пешком толкая свой транспорт.

Алсо невозможен полнопривод с использованием одного мотора.

Номер второй: Редукторник, geared

Электродвигатель расположен внутри ступицы колеса, там же расположена зубчатая понижающая планетарная передача, которая даёт электродвигателю вращаться с большими оборотами, чем обод колеса.

Шестерёнки обычно из пластмассы.

Есть механизм передающий момент в системе колесо-мотор только в одном направлении — при тяге от двигателя (фривил, обгонная муфта).

В случае, когда передача идёт в обратном направлении, происходит разьеденение системы, таким образом при накате, либо движении от педалей, электромотор не вращается, и тем самым не затрудняет вращение колеса.

Тут слева — директдрайв, справа — редукторник:

Плюсы: Лучшее кпд в широком диапазоне скоростей относительно директдрайва, лучшая тяга на малых скоростях и старте, меньший расход энергии на километр пробега, меньшие размеры и вес, отсутсвие сопротивления движению при езде от педалей.

Минусы: отсутствие возможности использовать рекуперацию, слабое место в виде пластиковых шестеренок, при срезании зубьев каковой, либо порче обгонной муфты в пути, добираться придётся педалируя.

Номер третий: директдрайв

Самая, вроде, надёжная система за счёт минимизации лишних деталей — чистый электродвигатель, ротор сидит на оси и неподвижен относительно вилки, статор вращается вместе с колесом.

Плюсы: минимум лишних деталей, возможна рекуперация, легкое достижение высоких скоростей.

Минусы: относительно большой диаметр и вес, низкое кпд при малых скоростях.

Теперь про общие вопросы, связанные, в основном таки с моторколёсами, ибо миддрайв меня не интересует, так что я по нему не очень интересовался.

Итак, в целом — редукторное моторколесо более тяговитое и более экономичное.

Директдрайв — более скоростной, так что если хочется ездить на скоростях 40 — 50+, то скорее стоит присматриваться к директдрайвам.

Также у директдрайва посредством контроллера можно реализовать режим рекуперации — перевод электродвигателя в режим генератора с запасанием выработанной энергии обратно в аккумуляторную батарею.

Эффект от подзарядки аккумулятора рекуперацией достаточно мизерный — порядка увеличения на 2-3 процента пробега, плюс ещё там есть ньюансы в виде больших токов зарядки, и того, что заряжать литиумный акб при температурах ниже +5 цельсия — это убивать его (относится и к мобилам и прочим бытовым девайсам на литий-ионе и литий -полимере, кстати), но зато его можно использовать в качестве тормоза, и таким образом экономить тормозные колодки.

Кстати, в «большом электротранспорте», в виде, к примеру, электропоездов ЭР2Т, рекуперативное торможение точно так и используется — до скорости порядка 25 кмч поезд тормозит чисто введением тяговых электродвигателей в режим генераторов, отдавая выработанную электроэнергию обратно в контактную сеть.

Для экономичного вождения много полезнее минимально пользоватся торможением, и максимально — накатом — то есть видя красный сигнал светофора, к примеру, не переть прямо до него на газу, а метров за 300 закрыть газ, и накатом двигатся, чтобы к приезду к светофору иметь скорость не более 10-15 кмч.

Что ещё: скорость езды.

Один из наиболее частых вопросов новичков — как быстро мой велосипед будет ехать на электроприводе?

Это прямо зависит от четырёх вещей:

1. Обороты холостого хода мотор-колеса при номинальном напряжении:

Нормальный продаван их либо указывает, либо их можно из него выбить.

У моего моторколеса, к примеру, это 310 RPM при 48V. При замере китайским тахометром,
оказалось 305 оборот в минуту при питании от 4 последовательно соединённых свинцовых акб по 12 вольт (примерно 50 вольт фактически) на вывешенном колесе — приемлемо.

Не забывайте, что это обороты мотор-колеса без нагрузки, это важно!

2. Диаметр обода колеса. Понятно, что чем больше окружность колеса, тем больше будет фактическая скорость при равных оборотах.

Формула для расчёта: окружность колеса в миллиметрах / 1000 * (обороты мотор-колеса /60) = скорость в метрах в секунду. Для километров в час умножить на 3.6, для получения финальной прогнозируемой скорости — всё это ещё поделить на 1.2, ибо обороты под, даже вполне посильной нагрузкой, будут ниже, чем без нагрузки (приблизительно на 20 процент, да).

3. Соответствие мощности к сопротивлению движению.

Если у вас расчётная скорость получилась 50 кмч, для достижения и поддержания таковой скорости мотор должен будет развивать мощность порядка киловатта, или 1000 ватт.

Если ваш мотор будет развивать мощность в 500 ватт, то из за сопротивления вращению он не сможет достичь своих максимальных оборотов, понятно, и вы будете довольствоватся максимальной скоростью в 37 кмч вместо 50 — при этом мотор ещё будет довольно сильно греться из за перегрузки, если вы на такой скорости будете ездить на до конца выкрученной ручке газа.

4. Напряжение питания.

При покупке моторколеса, к нему указывается номинальное напряжение питания — к примеру, 48 вольт.

Но напрямую такие двигатели никто не питает — они управляются контроллером, который получает от аккумуляторной батареи однофазное постоянное напряжение, и преобразует его в трехфазное «вращающееся», для питания мотор-колеса.

Так вот, не обязательно питать моторколесо контроллером и батареей на указанное напряжение.
Вы можете питать 48-вольтовый мотор батареей и контроллером на 36 вольт.

Или на 24, или на 60 вольт — при этом скорость вращения мотор-колеса на полном газу будет соотвественно 0.75, 0.5, или 1.25 от номинальной.

То есть, вы вполне можете регулировать максимальную скорость в некоторых пределах чисто изменением напряжения аккумуляторной батареи и контроллера.

Есть контроллеры на двойное напряжение — например, на 36/48 вольт, или на 48/60 вольт.

Также важный параметр контроллеров применительно к электродвигателю — это его ампераж, через который может быть установлена максимальная мощность достигаемая мотором, который он питает — например, 36v 17A =

612 watt, 60V 25A =

Дело в том, что указанная на моторколесе «мощность в ваттах» — это скорее рекомендуемая долговременная, при которой он не перегреется, и при которой гарантируется его долгая и счастливая жизнь.

А так-то на 250 ватт мотор можно и 500, и 800 ватт, и даже киловатт подать — понятно, это в долговременной преспективе может не понравится пластиковым шестерёнкам, или фривилу, но считается что двух — трехкратное форсирование большинство моторколёс переносит относительно хорошо.

Впрочем — контроллеры достойны отдельной статейки, по этому в эти дебри сейчас углублятся не будем.

Что ещё важно — усилители дропаутов (torque arm).

В силу того, что рама обычных велосипедов не предназначена на сопротивление оси колёс на скручивание, особенно, в случае алюминиевой вилки / рамы, крайне рекомендуется принимать меры против проворачивания оси мотор-колеса.

Дело в том, что согласно чему-то там любое действие рождает противодействие.

Мотор-колесо крутит обод, опираясь на ось, то есть ось колеса у неё как точка опоры, которую она при этом пытается провернуть в другую сторону.

Если пазы вилки этот момент не выдерживают, они ломаются, как следствие — колесо уезжает отдельно, велосипед на скорости перьями вилки втыкается в асфальт. К чему это приводит — надеюсь, обьяснять не надо, поломки костей и даже морг в результате — вполне вероятны.

Удачи в электрификации, друзья!

ПС что-то глаза у меня тут недобрые — впервые сам это, на большой картинке, заметил…
но вообще то я белый и пушистый, если рано с утра на работу не надо ехать. D

Что такое мотор колесо для велосипеда

В этой теме мы поговорим о том, какие бывают мотор-колёса для велосипеда. Устройство это безусловно заслуживает повышенного внимания, потому как обладает целым рядом преимуществ. Так, ему не требуются дополнительные детали передающие крутящий момент: шестерёнки, цепи и т. п. Как итог, в этой системе трение и механические потери сведены до минимума, что доводит КПД подобных девайсов до 95%. В зависимости от специфики конструкции и иных критериев, можно отдать предпочтение различным разновидностям мотор-колёс.

• Классификация мотор-колёс по конструкции
• Классификация мотор-колёс по месту установки
• Скоростные и тяговые мотор-колёса
• Параметры мотор-колеса
• Самые популярные производители мотор-колёс

Классификация мотор-колёс по конструкции

Редукторные

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

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

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

Безредукторные (бесщёточные)

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

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

Мотор-колесо – бесщеточный синхронный электромотор постоянного тока, интегрированный в ступицу колеса. Электрические моторы данного типа не используют вспомогательных механизмов для передачи мощности от электродвигателя к колесу и лишены компонентов, подверженных трению, кроме подшипников в редукторных моделях. Электромотор, передаточный механизм и колесо объединены в общий узел, что придает ему высокую эксплуатационную надежность.

Типы мотор-колес

Ступичные электродвигатели предназначаются для монтажа в переднюю или заднюю вилку велосипеда (с различными размерами дропаута оси), бывают разной мощности, с выполненной заспицовкой в обод или без нее. В зависимости от внутреннего устройства они бывают:

1. Редукторные – с интегрированным планетарным редуктором. Такие модели компактны и легковесны, не создают сопротивление при езде с отключенным мотором, имеют отличные тяговые качества и обеспечивают уверенное преодоление подъемов. Но они производятся небольшой мощности – 250–500 Вт, поэтому высокие скорости развить не позволяют.
2. Прямого привода – безредукторные. Производятся мощностью от 500 В до нескольких киловатт и позволяют получить скорость вплоть до 100 км/ч и более. Но прямоприводные моторы уступают редукторным моделям по тяговым характеристикам, а в отключенном состоянии оказывают сопротивление при накате. Для комфортных поездок по холмистой местности мощность МК прямого привода должна составлять не менее 1500 Вт.

Различия в устройстве мотор-колес

При наличии планетарного редуктора возрастает крутящий момент мотор-колеса, но ограничиваются его скоростные возможности. При использовании редукторного МК вы сможете легко преодолевать подъемы, но при езде на прямолинейных участках скорость будет умеренной – в среднем до 30–35 км/ч.

У прямоприводных моделей все наоборот – доступны более высокие скорости, но крутящий момент ниже, т.е. тяговые характеристики у редукторного МК на 350 Вт и прямоприводного МК на 1500 Вт примерно одинаковы. По надежности редукторные модели немного уступают прямоприводным, т.к. в конструкции редуктора есть планетарная передача с 3 шестернями из пластика. Их примерный ресурс – 6000–9000 км пробега. Зато редукторные модели обеспечивают лучший накат и позволяют легче крутить педали при отключенном моторе.

Прямоприводные модели имеют предельно простую и надежную конструкцию без шестеренок, более высокий КПД и способность к рекуперации энергии. Внутри такого устройства находятся статор и ротор – жестко зафиксированная ось колеса с обмотками и втулка с мощными постоянными магнитами. Это традиционная схема 3-фазного двигателя переменного тока.

Как работает мотор-колесо?

Независимо от того, как устроено электроколесо – с редуктором или без него, принцип его работы одинаков. В статоре в виде многолучевой звезды из электротехнической стали появляется магнитное поле. При взаимодействии с постоянными магнитами оно инициирует вращение ротора. На лучах статора есть обмотки, и когда по ним идет ток, лучи превращаются в электромагниты. Они притягивают постоянные магниты на роторе и инициируют вращение ротора.

Для получения нужной мощности и равномерного вращения колеса статор имеет несколько десятков обмоток. Но в результате они соединяются в 3 и чередуются по окружности: 1-2-3-1-2-3… На противоположной стороне на роторе есть магниты из редкоземельных материалов. Когда на обмотки поступают импульсы напряжения, происходит активизация их магнитных качеств, взаимодействие с магнитами и вращение ротора.

Импульсы поступают на обмотки поочередно и четко в нужные моменты времени. Определяют эти моменты находящиеся на статоре датчики Холла. Они отслеживают взаимное расположение ротора и статора, откликаются на магнитное поле и отправляют сигналы на контроллер. На основании полученных сведений контроллер своевременно подает на обмотки статора импульсы напряжения. Обмотки превращаются в электромагниты, вступают во взаимодействие с постоянными магнитами ротора и заставляют его вращаться. Наглядно принцип работы бесколлекторного электродвигателя представлен на картинке.

Элементы управления мотор-колесом

Интенсивность вращения ступичного электромотора регулируется рычагом газа. При смене его положения меняется число импульсов напряжения, подаваемых в единицу времени на обмотки. В результате меняется и скорость езды. В ручки тормоза также встроены датчики, которые в свою очередь отключают подачу питания на электрический двигатель при торможении.

В предыдущей статье блога VoltBikes рассказывается о том, какое напряжение лучше выбрать для электровелосипеда.

Электроснабжение узла обеспечивает аккумулятор. Многие велосипедисты уже испытали на практике, что такое мотор-колесо, и насколько оно расширяет возможности использования велосипеда.

Сейчас в продаже представлено множество готовых наборов с электроколесом и дополнительными комплектующими, позволяющими с легкостью преобразовать обычный велосипед в скоростное транспортное средство на электротяге. Хотя идея внедрения электромотора непосредственно в колесо далеко не нова, она только недавно получила полноценную реализацию и неизменно остается оптимальным решением при моторизации мобильного электротранспорта.

Первые изобретатели мотор-колеса

Впервые колесо, оснащенное электромотором, придумал и запатентовал сент-луисский изобретатель Веллингтон Адамс в 1884 году. Воплотить его задумки на практике смог 6 лет спустя бостонский изобретатель Альберт Парселл, создав ступичное мотор-колесо. В том же 1890 году патент на электроколесо с высоким крутящим моментом получил Эдвард Пархуст.

Еще через 5 лет патент на создание велосипеда с электромотором, интегрированным в заднее колесо, был выдан Огдэну Болтону. Он оснастил свой щеточно-коллекторный двигатель постоянного тока 6-ю магнитами, вращающими мотор вокруг оси, и особым механизмом, не допускающим проворачивания двигателя в обратном направлении. Для питания мотора использовался блок 10 В 100 A аккумуляторов. Защитные функции выполняли особые пластины из металла.

В 1897 году электровелосипед с двойным двигателем в ступице педального колеса и 2-мя АКБ изобрел Хосе В. Либбей. Его разработка смогла развить существенную скорость, а используемый принцип работы мотора (чередование магнитных полюсов) в дальнейшем нашел применение при производстве прямоприводных мотор-колес. Также этот изобретатель впервые реализовал механизм работы контроллера: при езде по прямой работал один аккумулятор, а во время подъемов – оба.

Современные изобретатели электроколес

По-настоящему востребованными мотор-колеса стали с развитием аккумуляторных технологий, когда появилась возможность использования более легких аккумуляторов с высокими показателями емкости. Ступичные электродвигатели начали успешно использоваться в велосипедах и скутерах. В 1990 году были изобретены датчики определения и регистрации крутящего момента, появились АКБ усовершенствованного химического состава. Все это обеспечило стремительный рост популярности электровелосипедов.

Говоря о том, как называется колесо с мотором, можно перечислять разные названия, в т.ч. разработки Шкондина, Дуюнова и других изобретателей. Особого внимания заслуживает разработка Василия Шкондина. Он предложил оригинальную модель электродвигателя для монтажа во внутреннюю часть подвижного колеса. Эта конструкция, созданная еще в начале 90-х, считается одновременно одной из самых известных, и недоступных по сей день.

Чем отличаются мотор-колеса?

Электроколеса классифицируются по разным критериям, таким как:

• диаметр обода;
• мощность мотора;
• напряжение – 24, 36, 48 В;
• эффективность;
• масса;
• материалы изготовления;
• развиваемая скорость;
• допустимая нагрузка;
• тип привода – прямой привод или редукторный механизм;
• особенности установки – вместо переднего или заднего колеса;
• уровень влагопылезащищенности;
• шумность;
• особенности конструкции.

От того, как называется электро-колесо и какими особенностями оно обладает, зависят возможности его использования. Современные покупатели имеют возможность выбрать мотор-колесо для любых потребностей – передне- и заднеприводные модели, редукторные и безредукторные, мощностью от 150 до 2000 Вт, компактные или более габаритные.

Подробнее о том, какие бывают мотор-колеса, читайте в нашем предыдущем материале.

Если вы планируете оснастить свой велосипед электроприводом или купить электровелосипед, прежде всего вам нужно выбрать оптимальный привод мотор-колеса. В зависимости от конфигурации, электроколесо можно крепить на переднюю или заднюю ступицу. У каждого варианта привода есть свои достоинства и недостатки, а выбор оптимального варианта зависит от особенностей велосипеда и его предстоящего использования, стиля езды, индивидуальных предпочтений и других факторов.

Поскольку ступичный электродвигатель утяжеляет колесо, при выборе типа привода необходимо определиться, какой вариант предпочтителен для вас в плане комфорта передвижения. Примите во внимание размеры и мощность подходящего электродвигателя, планируемое расположение аккумуляторной батареи и распределение нагрузки. Чтобы уравновесить переднее электроколесо, аккумулятор обычно устанавливают на багажник, а при использовании заднего мотор-колеса АКБ традиционно размещают в треугольнике рамы.

Переднее мотор-колесо для электровелосипеда

Преимуществами передней установки ступичного электродвигателя являются:

1. Простота монтажа – колесо спереди снимается, и вместо него устанавливается заспицованный в обод электродвигатель. Регулировщик скоростей и трансмиссия при этом не затрагиваются. Электроколесо крепится шайбами и гайками. Затем фиксируются рычаг газа, тормоза и другие комплектующие, устанавливаются контроллер и АКБ. В завершение, регулируются тормоза, и аккуратно закрепляются проводки.
2. Универсальность – передние ступичные двигатели подходят к велосипедам всевозможных модификаций.
3. Получение практически полноприводного средства передвижения – с передним электрическим и задним педальным приводом.
4. Безупречная балансировка веса – при расположении электромотора впереди и батареи на багажнике. При удачном распределении массы обеспечивается максимальная эффективность торможения. Это особенно ощутимо, когда велосипед с передним мотор-колесом используется для езды по скользкой заснеженной поверхности. Существенный перевес, наоборот, приводит к непредсказуемому поведению транспортного средства.
5. Достижение увеличенных значений крутящего момента.
6. Возможность визуального контроля работы мотор-колеса и своевременной остановки при выявлении очевидных отклонений в его работе.

Заднее электро-колесо для велосипеда

Преимуществами установки ступичного электромотора сзади выступают:

1. Максимально надежное крепление – без дополнительных внешних фиксаторов.
2. Возможность установки мощного двигателя без использования дополнительного фиксирующего крепежа.
3. Меньшая подверженность электродвигателя воздействию влаги и загрязнений – благодаря частичному прикрытию дисковым тормозом и кассетой звезд.
4. Прекрасная динамика разгона, комфорт передвижения по холмистой местности, уверенное преодоление подъемов, эффективное сцепление с поверхностью.
5. Высокая проходимость по снежному покрытию и рыхлому грунту.

К недостаткам установки электродвигателя на заднюю ступицу относится более сложный монтаж – дополнительно крепятся тормозные диски, кассета или трещотка со звездами и остальные элементы трансмиссии. Еще один недостаток – при заносе на дороге управлять заднеприводным электровелосипедом сложнее, чем переднеприводным. Обычно тяжелое заднее мотор-колесо для электровелосипеда используется в сочетании с аккумулятором, размещенным в велосумке или водонепроницаемом боксе в треугольнике рамного каркаса. Это позволяет равномерно распределить вес и улучшить управляемость.

О том, как переделать велосипед в электровелосипед и сделать поездки более легкими и комфортными, читайте здесь.

Как работает мотор-колесо?

Мотор-колесо – бесщеточный синхронный электромотор постоянного тока, интегрированный в ступицу колеса. Электрические моторы данного типа не используют вспомогательных механизмов для передачи мощности от электродвигателя к колесу и лишены компонентов, подверженных трению, кроме подшипников в редукторных моделях. Электромотор, передаточный механизм и колесо объединены в общий узел, что придает ему высокую эксплуатационную надежность.

Типы мотор-колес

Ступичные электродвигатели предназначаются для монтажа в переднюю или заднюю вилку велосипеда (с различными размерами дропаута оси), бывают разной мощности, с выполненной заспицовкой в обод или без нее. В зависимости от внутреннего устройства они бывают:

1. Редукторные – с интегрированным планетарным редуктором. Такие модели компактны и легковесны, не создают сопротивление при езде с отключенным мотором, имеют отличные тяговые качества и обеспечивают уверенное преодоление подъемов. Но они производятся небольшой мощности – 250–500 Вт, поэтому высокие скорости развить не позволяют.
2. Прямого привода – безредукторные. Производятся мощностью от 500 В до нескольких киловатт и позволяют получить скорость вплоть до 100 км/ч и более. Но прямоприводные моторы уступают редукторным моделям по тяговым характеристикам, а в отключенном состоянии оказывают сопротивление при накате. Для комфортных поездок по холмистой местности мощность МК прямого привода должна составлять не менее 1500 Вт.

Различия в устройстве мотор-колес

При наличии планетарного редуктора возрастает крутящий момент мотор-колеса, но ограничиваются его скоростные возможности. При использовании редукторного МК вы сможете легко преодолевать подъемы, но при езде на прямолинейных участках скорость будет умеренной – в среднем до 30–35 км/ч.

У прямоприводных моделей все наоборот – доступны более высокие скорости, но крутящий момент ниже, т.е. тяговые характеристики у редукторного МК на 350 Вт и прямоприводного МК на 1500 Вт примерно одинаковы. По надежности редукторные модели немного уступают прямоприводным, т.к. в конструкции редуктора есть планетарная передача с 3 шестернями из пластика. Их примерный ресурс – 6000–9000 км пробега. Зато редукторные модели обеспечивают лучший накат и позволяют легче крутить педали при отключенном моторе.

Прямоприводные модели имеют предельно простую и надежную конструкцию без шестеренок, более высокий КПД и способность к рекуперации энергии. Внутри такого устройства находятся статор и ротор – жестко зафиксированная ось колеса с обмотками и втулка с мощными постоянными магнитами. Это традиционная схема 3-фазного двигателя переменного тока.

Как работает мотор-колесо?

Независимо от того, как устроено электроколесо – с редуктором или без него, принцип его работы одинаков. В статоре в виде многолучевой звезды из электротехнической стали появляется магнитное поле. При взаимодействии с постоянными магнитами оно инициирует вращение ротора. На лучах статора есть обмотки, и когда по ним идет ток, лучи превращаются в электромагниты. Они притягивают постоянные магниты на роторе и инициируют вращение ротора.

Для получения нужной мощности и равномерного вращения колеса статор имеет несколько десятков обмоток. Но в результате они соединяются в 3 и чередуются по окружности: 1-2-3-1-2-3… На противоположной стороне на роторе есть магниты из редкоземельных материалов. Когда на обмотки поступают импульсы напряжения, происходит активизация их магнитных качеств, взаимодействие с магнитами и вращение ротора.

Импульсы поступают на обмотки поочередно и четко в нужные моменты времени. Определяют эти моменты находящиеся на статоре датчики Холла. Они отслеживают взаимное расположение ротора и статора, откликаются на магнитное поле и отправляют сигналы на контроллер. На основании полученных сведений контроллер своевременно подает на обмотки статора импульсы напряжения. Обмотки превращаются в электромагниты, вступают во взаимодействие с постоянными магнитами ротора и заставляют его вращаться. Наглядно принцип работы бесколлекторного электродвигателя представлен на картинке.

Элементы управления мотор-колесом

Интенсивность вращения ступичного электромотора регулируется рычагом газа. При смене его положения меняется число импульсов напряжения, подаваемых в единицу времени на обмотки. В результате меняется и скорость езды. В ручки тормоза также встроены датчики, которые в свою очередь отключают подачу питания на электрический двигатель при торможении.

В предыдущей статье блога VoltBikes рассказывается о том, какое напряжение лучше выбрать для электровелосипеда.

Что такое мотор колеса? Говорим понятно о непонятном.

Всего одна деталь может увеличить скорость и пробег на велосипеде в разы. Мотор-колесо позволяет отдыхать за рулем, не снижая набранной скорости.

Мотор-колесо — это цельная конструкция, представляющая собой колесо, в ступицу которого интегрирован мотор. Его отличие от навесного двигателя в том, что при модернизации велосипеда заменяется все колесо, а не просто присоединяется мотор. Это изобретение появилось еще в XIX веке.

Hub motor представляет собой соединение:

тормозной системы (иногда).

В устройстве МК отсутствуют внешние трансмиссия и редуктор, а передача энергии происходит прямо на ось колеса. Установить МК можно в переднее или заднее колесо. Hub motor широко используется в электрических велосипедах, скутерах, гироскутерах.

Как работает мотор-колесо?

Рассмотрим, как работает мотор-колесо с бесколлекторным, то есть бесщеточным, двигателем постоянного тока (БДПТ), который обеспечивает эффективную, надежную и менее шумную работу. За счет отсутствия некоторых деталей такой мотор легче, чем коллекторный двигатель такой же мощности. Кроме того, щетки коллекторных двигателей постоянного тока быстро стираются, и это грозит искрением.

В роторе БДПТ установлен постоянный магнит. 6 катушек статора расположены по кругу с обмоткой в параллельном направлении в порядке A—В—С—A—В—С. Подавая постоянный ток на обмотку, ее запитывают, в результате чего она становится электромагнитом. Действие БДПТ основано на взаимодействии магнитных полей между постоянным магнитом и электромагнитом. Катушки, находясь под напряжением, притягивают противоположные поля ротора и статора друг к другу. С приближением ротора к катушке А на катушку В подается напряжение. С приближением ротора к катушке В напряжение подается на катушку С. После этого на катушку А подается напряжение противоположной полярности. При повторении процесса ротор вращается.

Несмотря на эффективность этого двигателя, у него есть один недостаток. Из-за того, что единовременно под напряжением находится всего одна катушка, две другие без тока значительно уменьшают мощность двигателя.

Для решения этой проблемы используется один прием. Вместе с первой катушкой, которая толкает ротор, напряжение подается позади нее, чтобы она толкала ротор. В этот момент через вторую обмотку проходит напряжение такой же полярности. Комбинированное воздействие дает двигателю больший крутящий момент и мощность. Оно также гарантирует постоянство крутящего момента. При такой конфигурации две катушки должны подключаться отдельно. Но можно соединить свободные концы катушек. При подаче напряжения на катушки А и В отмечается движение тока через них, так же как и при отдельной подаче напряжения.

Для того, чтобы точно знать, на какую катушку подавать напряжение для бесперебойной работы двигателя, используется электронный контроллер. В качестве контроллера используются датчики Холла.

Типы мотор-колес

Мотор-колеса бывают коллекторные и бесколлекторные.

Коллекторный двигатель состоит из щеточно-коллекторного устройства, в котором передача электроэнергии на обмотки ротора происходит при участии металлических стационарных щеток. Коллекторный движок недорогой, простой в устройстве, но быстро изнашиваемый. Из минусов отметим: медленный старт, для хорошего наката требуется время, а также у такого колеса низкий показатель КПД.

Бесколлекторные МК прочнее и дороже. Они делятся на редукторные и прямоприводные. Первые представляют собой конструкции с планетарными редукторами. Они легкие и компактные по сравнению с прямоприводными движками. Во время кручения колес с выключенным двигателем нет сопротивления, движение колеса осуществляется легко и свободно.

Но такое устройства имеют невысокую мощность — всего 250–500 Вт. Максимальная скорость на редукторном моторе — 30 км/ч. В то же время у редукторных моторах минимум стирающихся деталей, что обеспечивает их долгую эксплуатацию. Такие модели устанавливают в городские и спортивные велосипеды.

Прямоприводные моторы имеют мощность от 500 до 3000 ватт. Они весят около 6 кг. Используются в электроскутерах и электровелосипедах с большой грузоподъемностью и высокоскоростных устройствах. «Плюсовые» параметры мотор колеса — простота конструкции и способность развивать высокую скорость.

Из минусов: износ дорогих подшипников и сопротивление мотору при педалировании.

Различия в устройстве мотор-колес

Устройство мотор колеса редукторного типа состоит из ротора, статора, трех пластиковых подшипников и кассеты со звездами, которая повышает крутящий момент колеса и улучшает накат. Подшипники обладают быстрой изнашиваемостью и они недешевые. Быстрому износу шестеренок способствует большой вес ездока.

Из-за особенностей устройства в начале каждого сезона необходимо проверять состояние деталей и смазывать их. Редукторный Hub motor хорошо поднимает в гору, но в горизонтальной плоскости невозможно преодолеть скорость свыше 35 км/ч.

Прямоприводные МК имеют из заменяемых деталей только подшипники. Но их качество позволяет эксплуатировать детали в течение 150 тыс.км, то есть замена необходима через несколько десятков лет. Подшипники не нуждаются в смазке, как в редукторных моделях. Отсутствие шестеренок, статор и жесткий ротор с втулкой на постоянных магнитах повышают не только срок службы мотора и его стоимость, но и КПД.

В систему мотора включена рекуператорная функция тормоза. Тяговая способность у ПП мотор-колеса ниже, чем у редукторного, зато на ровной дороге можно разогнаться до 70 км/ч.

Элементы управления мотор-колесом

Управление Hub motor осуществляется при помощи курков газа, цельными или половинчатыми ручками газа. При нажатии на курок или при прокручивании ручки подается импульс на датчик Холла, который изменяет силу тока. В это время контроллер изменяет количество импульсов, которые подаются на обмотки мотор-колеса в единицу времени. Вследствие этого изменяется скорость вращения колеса.

Расскажем, как проверить мотор колесо. При эксплуатации возникает два рода неисправностей, с которыми можно обратиться к продавцу по гарантии:

обрыв обмоток — колесо не крутится, имеет место сильное сопротивление вращению, а тестер показывает различия между тремя фазами;

поломка датчиков Холла — на мотор подать напряжение 5 В и тестером проверить изменение напряжения.

Получить полный перечень гарантийных случаев можно у менеджеров.

Сколько стоит мотор колесо?

У нас в магазине можно узнать, сколько стоит мотор колесо на велосипед в нашем каталоге. Цены на редукторные МК мощностью 350 Вт начинаются с 870 рублей*. 500-ваттный мотор стоит 1030 рублей*.
Прямой привод на 500 Вт стоит 1080 рублей*. 1000-ваттный двигатель, рассчитанный на скорость 60 км/ч, стоит 1560 рублей*.

На стоимость также влияет заспицованность колеса. Перед тем, как поставить мотор колесо на велосипед, определитесь, сможете ли вы самостоятельно заспицевать собственное колесо или понадобится приобрести полный комплект колеса.

Для получения подробной консультации — пишите, звоните или заказывайте обратный звонок. Отвечаем даже в мессенджерах.

*Примечание: стоимость актуальна на октябрь 2022 года. Если хотите узнать сколько стоит мотор колесо — уточните у менеджеров.