Какое выбрать мотор-колесо для электровелосипеда, редукторное или с прямым приводом? Или лучше присмотреться к кареточному мотору?
Таким вопросом задается большинство людей, решивших самостоятельно переоборудовать свой велосипед в электрический. По запросу в поисковой строке можно найти много разнообразных статей на эту тему, но очень часто в них встречается много противоречий. К выбору мотора, впрочем, как и к выбору других компонентов нужно подходить основательно, ведь неправильный выбор комплектующих может оказаться критичен и испортить впечатление от электровелосипеда в целом.
На самом деле, в выборе типа электродвигателя нет ничего сложного, нужно просто разобраться в основах. И в этой статье, я постараюсь максимально просто, но информативно помочь определиться с правильным выбором.
На данный момент, существует три наиболее популярных и эффективных вида моторов для электробайков, это: редукторные мотор-колеса, мотор-колеса с прямым приводом и кареточные электромоторы.
У всех из них есть как сильные, так и слабые стороны. В каких-то ситуациях будет лучше использовать один тип, в каких-то другой.
Чтобы не тратить ваше время, я сразу расскажу о золотом правиле выбора мотор-колес:
— Как все?! Так просто? А как же кареточные моторы? Если у вас в голове возникли эти или похожие вопросы или вы хотите знать больше — читайте дальше.
Мотор-колесо — это электродвигатель, который устанавливается вместо обычного колеса. Бывают, как задние мотор-колеса, так и передние. Сам двигатель похож на очень большую велосипедную втулку заспицованную в обычный обод. В свою очередь, мотор-колеса делятся на редукторные и прямо-приводные.
Важный момент: мощность электровелосипеда определяет контроллер, а не мотор. На моторах указывается номинальная мощность, которую они способны «переварить» без вреда для себя.
Редукторные мотор-колеса
Этот тип мотор-колес наиболее распространен, их используют чаще всего. И это неспроста.
Эти моторы отличаются наличием редуктора, как и следует из названия. Редуктор нужен для повышения крутящего момента. А также, для обеспечения свободного наката велосипеда, когда электродвигатель отключен. Таким образом, можно получить бОльшую фактическую мощность мотора при меньшей потребляемой мощности. Благодаря этому, редукторные МК имеют небольшие размеры и малый вес.
Редуктор требует проведения ТО в виде замены смазки и осмотра в целом, а также замены шестерней. Ресурс шестерней составляет в среднем 7-9 тыс. км! Хочу подчеркнуть этот момент, так как в интернете очень много мифов на тему ненадежности редукторных мотор-колес. Мотор-колеса с прямым приводом немного более надежны, чем редукторные — это правда. Но это вовсе не означает, что редукторные мотор-колеса ненадежны. Они просто немного менее надежны из-за более сложной конструкции, вот и все. Не нужно этого бояться.
Винят в «ненадежности» редукторных мотор-колес, в первую очередь, «пластиковые» шестерни. Шестерни в редукторных МК изготовлены из нейлона. Они отлично выдерживают нагрузки и не шумят, как если бы в моторе стояли металлические шестерни. Производители не используют металлические шестерни не для того, чтобы мотор у вас побыстрее сломался и вы купили новый, а потому, что это не имеет никакого смысла. Они будут шуметь, больше весят и будут изнашивать несменный венец на крышке мотора.
Плюсы редукторных мотор-колес:
— Свободный накат, как на обычном велосипеде
— Приемлемый КПД во всех диапазонах скоростей, хорошо показывают себя на подъемах и стартах
Минусы редукторных мотор-колес:
— Нельзя получить большую скорость (выше 40 км/ч) при стандартной комплектации
— Нельзя получить большую мощность (выше 1000w номинально) при стандартной комплектации
— Меньшая надежность, требуют замены шестерней
Мотор-колеса с прямым приводом
Этот тип мотор-колес нужен только для больших скоростей и больших мощностей. С ним ваш велосипед станет уже скорее электроскутером или даже электромотоциклом.
Прямоприводные мотор-колеса обладают максимально простой конструкцией. Они состоят только из ротора и статора. Благодаря этому, они более надежны.
Но стоит так же сказать о том, что во всех электродвигателях установлены датчики холла. Они нужны для более эффективной работы. И чаще всего — именно датчики холла оказываются слабым звеном. Если хотя бы один из трех выходит из строя — мотор, скорее всего, перестанет работать. Решается эта проблема простой заменой сгоревших датчиков на новые.
Из-за отсутствия редуктора, у мотор-колес с прямым приводом плохой КПД на низких скоростях. Они не так хорошо справляются с подъемами, как редукторные или кареточные моторы.
Кроме того, у таких моторов имеется сопротивление движению. Это значит, что вам будет труднее крутить педали, когда мотор отключен.
И мне на самом деле жаль людей, которые по незнанию или начитавшись неверной информации выбрали для себя мотор-колесо с прямым приводом и используют его со слабым контроллерам и батареей. В итоге они получают скорость всего 30-35 км/ч и низкую мощность. Мотор просто не может раскрыть свой потенциал в такой комплектации, а владельцам приходится мириться с огромным весом мотора и сопротивлением движению при кручении педалей.
К плюсу прямоприводных МК часто относят возможность рекуперации. То есть, возвращение энергии при торможении от мотора обратно к батарее. Иными словами, возможность использовать мотор, как генератор.
На самом деле, рекуперация на электровелосипеде крайне неэффективна и практически лишена смысла. Процент возвращаемой энергии очень низок и не восполняет тех минусов, которыми обладает МК с прямым приводом. Такие крупные производители, как MXUS, например, не одобряют рекуперацию и отключают эту функцию по умолчанию.
Плюсы мотор-колес с прямым приводом:
— Можно получить большую скорость (выше 40 км/ч) при стандартной комплектации
— Можно получить большую мощность (выше 1000w номинально) при стандартной комплектации
— Более надежны, не требуют проведения ТО
Минусы мотор-колес с прямым приводом:
— Сопротивление движению, тяжелее крутить педали
— Плохой КПД на низких скоростях
— Требуют мощную батарею и контроллер для нормальной работы, а также крепкую раму
Бонус: какое мотор-колесо выбрать, переднее или заднее?
На самом деле, здесь все достаточно просто. Если позволяет конструкция велосипеда — всегда предпочтительнее заднее мотор-колесо.
Вилка велосипеда не рассчитана на подобного рода нагрузки. Если вы установите переднее мотор-колесо, увеличится износ вилки. А дропауты (крепления) вилки могут попросту сломаться или провернуться, такие случаи происходят очень часто. Дропауты приходится усиливать специальными усилителями. Еще к одному минусу можно отнести пробуксовку переднего мотор-колеса.
Когда имеет смысл устанавливать переднее мотор-колесо? В том случае, если конструкция вашего велосипеда не позволяет установить мотор-колесо назад. Например, если у вашего велосипеда сзади установлена планетарная втулка или ножной тормоз. Или если у вас очень сложная и дорогая трансмиссия, в которую не хочется вмешиваться и вы планируете установить маломощный мотор.
Кареточные электромоторы
Такие моторы являются достаточно узконаправленными и значительно реже используются для переоборудования обычных велосипедов в электрические. Они нужны, как правило, для передвижения в очень холмистых или даже горных местностях. Кроме того, такие моторы устанавливают владельцы двухподвесных велосипедов для экстремальной езды по бездорожью. В этих случаях кареточный мотор будет предпочтительнее. Все дело в том, что такие моторы устанавливаются в каретку велосипеда и передают крутящий момент через цепь на заднее колесо. Это значит, что вы сами можете регулировать величину крутящего момента, используя велосипедные передачи, тем самым получая либо очень хорошую тягу, либо достаточно большую скорость.
Если вы не живете в очень холмистой местности и не занимаетесь экстремальной ездой по бездорожью с крутыми подъемами и сложными маршрутами — то не стоит рассматривать этот тип двигателя, так как у него есть весомые минусы по сравнению с мотор-колесами. Для нечастых заездов по лесным дорогам и бездорожью достаточно мощного редукторного мотор-колеса.
Если вы все же планируете приобрести кареточный мотор, то вам необходима хорошая, надежная трансмиссия, которая будет четко отрабатывать каждое переключение.
Плюсы кареточных электромоторов:
— Очень широкий диапазон передач, можно получить отличную тягу, либо приличную скорость
— Лучше расположение и развесовка, так как мотор находится по центру и не встроен в колесо
Минусы кареточных электромоторов:
— Износ трансмиссии велосипеда при работе электродвигателя
— Меньшая надежность и дороже ремонт, по сравнению с мотор-колесами
— Нужно постоянно пользоваться передачами, необходима хорошая трансмиссия
На этом, пожалуй, все. Подводя итог, можно сказать, что в большинстве случаев лучше присмотреться к редукторным мотор-колесам. Этот тип моторов продолжает совершенствоваться, появляются все более легкие и мощные модели. Главное не прогадать с необходимой мощностью при выборе! Но это уже другая история, о которой нельзя рассказать в двух словах и в которой тоже следует тщательно разобраться.
А вот такое колесо подойдёт?
Вопрос ко всем кто в теме: есть велосипед с 29 колесами, хочу поставить редукторное мотор колесо и отправиться неспешно кататься по Крыму. Кататься исключительно в режиме помощника. Основной целью заехать на Ялтинский серпантин и спуститься накатом, и тоже самое провернуть с Ай-Петри. Внутренний голос говорит что 500w это минимум что следует брать, но все же. Есть ли у кого нибудь опыт использования велосипеда на 29 колесах с 350w мотором? как справляется с затяжным подъемом в гору такой мотор? Повторюсь скорость не важна, главное относительная легкость хода в режиме помощника. Для справки батарея 36v 13 Ah, ездок 90 кг, велосипед 20-22 кг, баул 15 кг
Статью не читал, но там все просто: если хорошо и часть разгоняться и не быстро ездить — редуктор, если быстро ездить — прямой привод, а если у вас горы (Крым, владик, Урал) — каретка с передачами.
Главное, ребята, не покупайте и не собирайте батареи из гибких полимерных или дешёвых банок, а то вступите в наш клуб погорельцев, а если не повезёт — посмертно.
Е моuntain bike
Ответ на пост «Кризис среднего возраста»
Вот, честно сказать, вообще не планировал писать подобный пост. Вот никогда. Во-первых, потому что подобных постов до задницы. Во-вторых, потому что, если его запихать в «Лигу велосипедистов» (чего я сознательно делать не буду) – местная аудитория меня с дерьмом сожрет. Впрочем, у меня тоже есть дофига чего им сказать, но лучше поступим так – если вам хочется высказаться на тему «Электровелосипед существовать не должен! Нужно крутить педали! Причем, если вы ездите на чем-то, что даже в б/у состоянии дешевле 200 тыс. рублей, то это даже не велосипед!», так вот, если хочется сказать что-то подобное, то… не надо. Я это уже за вас это тут сделал, даже несмотря на то, что подобный радикализм мне кажется столь же обоснованным, что и радикальный феминизм. Спорт спортом, но некоторым просто хочется покататься на свежем воздухе.
Так вот, после дисклеймера можно приступить к сути. Все пошло с комментария. Так как я его уже почти два дня назад написал, а вопросы все еще сыпятся (а некоторые еще и по нескольку раз), соберу все это тут. Предвосхищая критику, сразу скажу: никакие идеи не продвигаю, не считаю, что мой подход самый верный, да и вообще. Но с учетом обстоятельств (нежелание выбрасывать стоимость квартиры на покататься+умеренная рукожопость), данный подход считаю оптимальным.
Помимо ответов на ЧаВо буду высказывать свои СУБЪЕКТИВНЫЕ соображения по сопутствующим вопросам. Итак, все началось вот с этого комментария:
Это полноприводный электровелосипед с аккумуляторами на 60Ач (вернее и точнее, 2х28.8Ач), обеспечивающими запас хода в режиме скутера около 150км. Нахрена оно мне – вопрос малозначительный. Если коротко: желания совпали с возможностями и вот вам дратути. А теперь по вопросам:
1. Что за модель, где брать, сколько стоит?
Модель «Ашанбайк Электроплюс». Брать где придется (но в основном на алиэкспрессе), стоит… сказать сложно. Мне это обошлось в 1000$+цена велосипеда+плюс различная комплектуха. Последней, надо сказать, немало, так как от первоначального набора осталась только рама. Сейчас это выйдет несколько дороже, полагаю, где-то в 1500$ (если с запасом), ну и плюс велосипед и пр. Опять же, это если делать полноприводный. Если ограничиться передним или задним приводом, то в два раза дешевле.
2. А почему готовый не взять?
По большей части из-за цены. Уже собранные элевелы почему-то стоят значительно дороже, чем если собирать их самому. И не на 10%, а прям раза в 1.5-2 дороже. Во всяком случае, в моих широтах. Причем, большая часть таких моделей – это ровно то же самое – ашанбайк, на который навешано электрооборудование. Частный пример – Eltreco XT 800. Ну не должен простенький элевел с дешманским обвесом и аккумом на 10Ач стоит 70 тыс. рублей…
Если же говорить обо всяких забугорных моделях, которые периодически любят упоминать в новостях (а-ля «На кикстартере начат сбор на новый электровелосипед») – то там и вовсе все неясно. Порой характеристики двигателя/аккумулятора вообще не указываются. Запас хода берется с неба, а цена, вероятно, уходит на… уходит на такая цена!
3. Любой велосипед можно переделать в электрический?
Думаю, да. Если только у вас не что-то крайне нестандартное (например, раритетный советский вел с полувековой историей), но и там, если сильно захотеть, можно организовать. Что же касается более-менее современных моделей, то с ними вообще все просто.
4. Сложно ли собрать?
Полагаю, не сложно. Если вы в состоянии снять колесо, а потом поставить его на место так, чтобы все работало, то необходимый уровень навыков у вас уже имеется. Фактически, электрофикация велосипеда заключается в замене колеса, установке батареи (прикрутить два болта), а также органов управления (прикрутить что-то на руль может кто угодно). Дальше остается лишь провода в порядок привести (авэ стяжкам) и готово.
5. Если делать не полноприводный, то какой привод лучше – передний или задний?
А оно зависит… у каждого есть свои преимущества и недостатки. Задний работает более органично – все-таки геометрия велосипеда рассчитана на то, что толкает его именно заднее колесо. Сцепление с поверхностью лучше. Ощущается привычно.
Передний привод. Даёт +100500 к управляемости. Можно ездить по песку. Из воблы вытаскивает на раз-два (да и не бывает ее, по сути). Легче ставится. Особенно если у вас не самый дешманский велосипед. Соответственно, после установки нет необходимости переставлять кассету, настраивать переклюки и пр. Старое снял, новое поставил. Готово. Минусов, по сути, два. Во-первых, хуже сцепление. Все-таки вес больше приходится на заднюю часть. Во-вторых, убивает переднюю вилку. Она не рассчитана на то, что переднее колесо будет тянуть весь велосипед, соответственно, если не отличается прочностью, то через пару сезонов начнется болтаться в штанах. Если вы весите около 80кг, да еще и любите пользоваться передним тормозом, то еще быстрее. Я вопрос решил заменой вилки на стальную двухкоронку – спустя два года изнасилований полёт нормальный. Люфта ноль.
В итоге, я бы рекомендовал все-таки заднее колесо. Не то, чтобы переднее прям вообще не вариант, но вилку все-таки жалко.
6. А это надо всё подбирать или можно разом купить?
Можно приобрести все составляющие отдельно. Возможно, даже удастся сэкономить, но так как я рукожоп, бралось все наборами для электрофикации. В подобный набор входит все, что необходимо, дабы велосипед стал самоходным, а именно:
· Аккумуляторная батарея с зарядником;
· Контроллер с коробочкой для его установки (иногда объединен с батареей);
· Ручка газа (бывает по типу мотоциклетной, а бывает под большой палец, как на самокатах);
· Тормозные ручки или тормозные датчики. Если у вас механические тормоза, берите ручки. Если гидравлика, то датчики – они устанавливаются на уже имеющиеся тормозные ручки;
· PAS-датчик. Нужен в том случае, если вы хотите ездить не как на скутере, а в режиме ассистента, т.е. крутите педали – двигатель помогает, не крутите – не помогает;
· Приборная панелька (спидометр, пробег, индикатор заряда, текущий режим ассистента и пр.);
· Гора проводов, которые, как правило, или уже воткнуты в контроллер, или распаяны таким образом, что что-либо неправильно подключить невозможно.
Вот, собственно, и все. Приходит вся эта кучка в единой коробочке.
7. А там напряжение, емкость и пр. Это что-как?
Напряжение отвечает за скорость. Емкость – за запас хода. С напряжением все довольно просто – 1 вольт = 0.9км/ч. Т.е. аккум и двигатель на 36в разгонят вас примерно до 32-33км/ч. На 48в – до 42-43км/ч. У меня стоят два на 36в, суммарно дают разогнаться по ровной дороге за 40 км/ч, но когда привод один, такое не прокатывает.
С емкостью сложнее. Многое зависит от направления и скорости ветра, типа дороги, выбранного скоростного режима и пр. В моем случае, в среднем, получалось, что 1Ач хватает приблизительно на 2-2.2км пути. Хотя до этого был опыт езды на аккуме с 12Ач, так он больше 35км проезжал, правда, я там иногда педали крутил. Опять же, на приборной панели можно вывести текущий расход (в ваттах или амперах – в зависимости от модели) и уже от него танцевать.
Теперь о мощности двигателя. Во-первых, бывают редукторные и безредукторные. Я имел дело исключительно с редукторными. Они дешевле, легче, меньше. Редукторные, в теории, более «тяговые», а также умеют в рекуперацию (т.е. при торможении гнать заряд в аккумулятор), однако, рекуперация – это капля в море. Просто представьте, что для зарядки аккумулятора ему нужно находиться 6-8 часов будучи подключенным к розетке на не самой слабой зарядке. Как вы думаете, много ли заряда он соберет от пары десятков притормаживаний? Кроме того, если вы решите использовать велосипед именно как велосипед, то с колесом на прямом приводе можно родить – крутится оно крайне тяжело. Редукторное, в то же время, вращается весьма свободно. Я больше скажу – мне попадались ашаны, у которых обычное колесо крутится сложнее, чем редукторное электро. И ничего – народ ездит…
Так вот, мощность. Мощность редукторного мотора влияет на его «тяговитость» и совсем чуть-чуть на скорость. Настолько чуть-чуть, что можно пренебречь. Двигателя на 250Вт хватит, чтобы катать по относительно ровной дороге. В небольшую горку он затянет, но крайне туго и лучше ему помогать педалями. Движок на 350Вт затащит в горку без помощи. На 500Вт вполне себе легко, потеряв 20-30% от максимальной скорости. И я сейчас не о простом подъеме говорю, а о долгой горке, на которой обычные велосипедисты обычно слезают с вела и катят его рядом. Ну или нормально так сбрасывают передачу и начинают бег на месте. Двигатель на 750Вт… бессмысленный понт. Единственное, что отличает его от 500Вт-го – возможность легко и без особых проблем сделать бэкфлип на месте… Оно вам нужно? Оно вам не нужно. Потому что вел, который прилетает на вас, пока вы валяетесь на спине, это неприятно. Особенно элевел, который весит от 20кг и больше. В моем случае вообще хорошо за 30 кило.
8. Там на AliExpress дохрена вариантов, какому доверять?
По отзывам смотрите :). Я брал 5 наборов. Первые два были куплены в магазине, который сейчас на али найти уже не могу, но название созвучное с «Иешуа», только там как-то Jueshu…(чего-то там). От первого аккум потерял треть емкости к концу второго сезона. Двигатель же и все остальное на пятерочку работает до сих пор. Второй комплект от них пришел с наклейкой Chamrider на батарее. И показал себя довольно неплохо (его ставил на вел жене), после чего я нашел этот магазин и брал себе второй набор (для полного привода) – два сезона с аккумом все в порядке. В дальнейшем у них же все и брал. Пока без нареканий (правда, один набор до сих пор еще идет, так что постучу по дереву). Ссылочка на магаз вот: https://aliexpress.ru/store/738588. Не сочтите за рекламу. Все-таки это китайский магазин на али – может быть пришлют все отлично, а может дождетесь коробку с кирпичами. Мне пока везло. Насколько я понял, эта конторка занимается именно аккумуляторами, а все остальные комплектующие берет у других продавцов. Но т.к. именно аккум составляет большую часть стоимости, в таком выборе вроде как есть смысл.
9. А нахрена оно вообще надо?
Такой вопрос, на самом деле, никто не задавал, но тут, полагаю, зададут. Естественно, электровелосипед – сомнительная штука. Я на своем накатал уже около 5000км за те 4 года, что он электрический. Для меня это прежде всего способ развеяться. Кроме того, так уж совпало, что за пару месяцев до покупки первого набора электрификации у меня вылезла одна нехорошая беда с позвоночником, которая делает мое передвижение, скажем так, некомфортным. А вот на элевеле получается вполне себе, даже несмотря на то, что у меня лютейший хардтейл (правда, с масляной амортизацией подседельного штыря – оч. рекомендую).
А в целом – выходит вполне себе электромопед, позволяющий комфортно добраться до работы в теплое время года, сгонять на дачу, ну или просто прокатиться. Я вот, например, обычно катаюсь по грунтовкам где-нибудь за городом, слушая музыку или аудиокнижки. Если запас хода позволяет, то можно найти много интересных мест в окрестностях, которые без велосипеда даже и не думал посетить.
Например, у нас есть шикарные поля, по которым приятно катать – глазу вообще не за что уцепиться. очень расслабляет.
Можно найти какую-нибудь скалу, которая тоже выглядит довольно живописно.
Опять же, речки и ручейки.
Невнятные озера, образовавшиеся на месте старых карьеров.
Опять же, можно с женой за компанию покататься.
Иногда в степи можно наткнуться на какое-нибудь урочище, которое бросили настолько давно, что там уже от домов никаких следов не осталось, но о том, что здесь когда-то что-то было напоминают весьма колоритные деревья.
Главное, что нужно понимать, электровелосипед – это не про спорт. Особенно прошу обратить внимание на это тех, кто уже настропалился писать комментарии аналогичного посыла. При желании, конечно, на нем можно крутить педали и вполне успешно, но из-за увеличенного веса разгоняется он довольно туго (зато накат из-за массы отличный).
Но и как полноценный транспорт он тоже сомнителен. Во-первых, зимой не погоняешь. Есть, конечно, спецы, которые переоборудуют велосипеды под зиму (утепляют аккумуляторы, например), но я от этого далек. Кроме того, у нас такие зимы, что последнее, чего бы мне хотелось, гонять на велосипеде. Горы снега, степные ветры, да и температура часто падает в район -30… короче, прям такое себе. Вторая беда – заряд. В отличие от того же мопеда, вы не можете подъехать к заправке, залить бак за пару минут и ехать дальше. Села батарея? Добро пожаловать к розетке на 6-8 часов (в зависимости от типа зарядки и емкости аккумулятора).
Короче, электровелосипед – это на любителя. Но и бесполезным я его тоже назвать не могу. В теплое время года это отличный способ добраться из пункта А в пункт Б, когда нет необходимости везти что-то тяжелее, чем рюкзак. Я, например, летом гоняю на дачу шашлыки пожарить, а потом несусь обратно, чтобы дома их сожрать :). Кроме того, это приятно.
Повторю то, с чего начал – я никого ни к чему не призываю. Если вы считаете, что электровелосипед вам не нужен — скорее всего так оно и есть. Если вы считаете, что нужно приобретать не наборы, а собирать все самостоятельно, включая пайку кастомных батарей — тоже ничего против не скажу. Может быть и я поступил бы также, но уж слишком я рукожоп… Если вы считаете, что подобного эффекта можно добиться установкой набора конверсии на бензиновом двигателе – только поддержку. На али можно найти наборы для «бензинофикации», делающие из любого велосипеда мопед с движком на 50-100 кубиков. Учитывая, что стоят они нереально дешево (как правило, дешевле самого дешевого велосипеда) – могут стать отличным выходом. Разве что шумит при езде и пахнет, зато не нужно ждать часами у розетки.
Короче говоря, я лишь рассказал о своем опыте. Меня он устраивает. Да и сам факт того, что что-то, что я собрал своими руками, не развалилось спустя 4 года и 5 000 километров, немного тешит ЧСВ.
Что лучше, мотор-колесо или кареточный двигатель?
Для электрификации велосипедов используется 3 типа двигателей: кареточный электромотор, прямоприводное или редукторное мотор-колесо. Кареточный (подвесной, центральный) двигатель ставится в каретку и через трансмиссию передает крутящий момент колесам. Дополнительная тяга обеспечивается при вращении педалей райдером. Мотор-колеса ставятся на место штатной втулки и без посредников передают крутящий момент на ведущее колесо. В вопросе, что лучше, мотор-колесо или кареточный двигатель – ответ зависит от главных критериев оценки и условий предстоящей эксплуатации электровелосипеда.
Особенности редукторных мотор-колес
Наличие редуктора в конструкции ступичного электромотора повышает крутящий момент. Такой электромотор не сопротивляется вращению педалей и обеспечивает хороший накат при отключенном двигателе. На практике это выглядит так: при отпускании ручки газа электромотор не притормаживает, а свободно вращается и дальше. При одинаковом потреблении энергии редукторные МК выдают более высокую тягу. Они компактны и легковесны, но из-за ограниченного диапазона мощностей (до 1000 Вт) не позволяют развить скорость выше 40 км/ч.
Плюсы и минусы редукторных МК приведены в таблице:
Преимущества
Высокий крутящий момент. Хорошие тяговые характеристики. Уверенное преодоление подъемов.
Ограниченная мощность – до 1000 Вт.
Экономичность. Высокий КПД.
Износ шестерен редуктора.
Свободный накат, в т.ч. при выключенном моторе.
Меньший срок службы – около 8000 км.
Комфорт использования системы PAS.
Скорость в пределах 40 км/ч.
Компактность. Легкий вес.
Шумнее МК с прямым приводом, сложнее конструкция – меньше надёжность.
Особенности прямоприводных мотор-колес
Мотор-колеса прямого привода имеют более простую конструкцию без шестерен, поэтому отличаются еще более высокой надежностью и долгим сроком службы. Диапазон мощностей у них шире – от 500 до 6000 Вт, что позволяет получать высокие скорости. Фактически при установке мощного прямоприводного МК велосипед превращается в электромопед.
Приведем сравнительную таблицу сильных и слабых сторон мотор-колес прямого привода:
Преимущества
Широкий диапазон мощности.
Сопротивление качению, которое препятствует свободному накату и вращению педалей при выключенном моторе.
Высокая надежность и долговечность.
Вес и размеры – больше, чем у редукторных моделей.
Возможность получения высоких скоростных характеристик – вплоть до 100 км/ч и выше, если фактически нужен электромотоцикл.
КПД – меньше, особенно на малых скоростях. Крутящий момент – ниже.
Допустимость нагрузок в 4 раза выше номинальной мощности с малым риском поломки – за счет повышения напряжения.
Необходимость установки аккумуляторов высокой емкости и крепкой рамы с усиленными дропаутами.
Особенности кареточных электромоторов
При установке центрального мотора обеспечивается оптимальная развесовка транспортного средства. Управляющий контроллер устанавливается в общем корпусе с электродвигателем и охлаждается при движении. При помощи переключения передач обеспечивается гибкое управление скоростью и крутящим моментом. Такой комплект можно установить на любой велосипед, сохранив при этом львиную долю родной трансмиссии. Это особенно актуально для дорогих байков и моделей с 27,5” колесами и 32 спицами (у МК 36 отверстий).
Кареточные моторы компактные и легкие, но стоят дороже аналогичного комплекта МК примерно на 30%. Эти модели рассчитаны на профессиональное использование. Они подвержены ударам, попаданию грязи и воды, ускоренному износу велосипедной трансмиссии, поэтому по надежности уступают мотор-колесам.
Выводы
Что лучше выбрать, мотор-колесо или кареточный мотор – зависит от назначения собираемого электровелосипеда. Для сборки городской модели оптимально подходит мотор-колесо, причем для спокойной езды со скоростью до 40 км/ч – редукторное, а для развития более высоких скоростей – электрический мотор прямого привода. Для езды по холмистой, горной или пересеченной местности, а также для агрессивного стиля катания, рекомендуется установить подвесной двигатель на каретку велосипеда.
Читайте в предыдущей статье блога VoltBikes о безопасной езде на электровелосипеде.
Мотор-колесо или кареточный (центральный) электромотор?
Центральные моторы очень хороши при небольших мощностях до 250Вт при заводской установке в раму. Это вотчина дорогих брендов как КТМ, Конандейл, Трек, Скотт, Спешалайзд, Куб, Хайбайк, Санта Круз и др. с моторами Бош, Ямаха, Шимано, Панасоник и тд. Эти велосипеды имеют как правило высокую стоимость 3.000-10.000 евро, небольшие батареи 400-600Втч, отсутствие «газа» (только педал-асист (PAS)) и ограничение скорости в 25 км/ч.
В случаях самостоятельной установки подвесного кареточного мотора, пользователь скорее всего столкнётся с кучей проблем по его установке, ведь стандартов шатунов и кареток гораздо больше чем стандартов дропаутов. Необходимо будет менять и систему шатунов. Да, новая система идёт в комплекте, но стоимость самого комплекта переоборудования в электровелосипед выше раза в 3, нежели комплекта с мотор-колесом.
При мощном центральном моторе (от 500Вт), пользователь столкнётся с растяжением и быстрым износом цепи, быстрой поломкой трещотки, и проблемой отключения мотора во время переключениия передач.
Мощные кареточные моторы незаменимы в гористой местности, но требуют установки толстой цепи и соответственно особой усиленной планетарной втулки в заднее колесо такой как Shimano Alfine SG-501, стоимостью порядка 300 долл. Бюджет такой переделки будет очень высок, а внешний вид будет оставлять желать лучшего.
Для езды по равнинной местности мотор-колесам нет альтернативы по соотношению цена/качество: они дешевы, неприхотливы, просты в установке и ремонтопригодны.
О сравнении редукторных мотор-колес, с мотор-колесами прямого привода (директ-драйв) вы можете прочитать здесь.
Однако, при ужесточении законодательства в РФ и в РБ, легальными в рамках понятия » велосипед» могут остаться только электровелосипеды с электромоторами мощностью до 250Вт, и тут у карточных моторов будет преимущество за счёт наличия передач — большая динамика разгона на первой передаче, и большая скорость на последней, по сравнению с мотор-колёсами. У них также останется возможность регулирования динамичных и скоростных характеристик, за счёт изменения количества зубьев на звёздах.
Кареточный мотор vs Мотор-колесо
Среди обывателей часто вижу непонимание и нежелание платить больше за кареточный мотор. Ведь есть мотор-колесо в 2 раза дешевле. Давайте разберемся как я люблю — в цифрах и ответим на вопрос, когда можно сэкономить?
Для начала очевидные вещи, о которых уже писал. Мотор-колесо нарушает развесовку велосипеда, часто требует усиления стандартных мест крепления колеса иначе их может просто разорвать, хуже накат, сложная процедура снять/поставить мотор-колесо для обслуживания и замены покрышки. В конструкции редукторного мотор-колеса есть планетарный редуктор из трех нейлоновых шестерней. Если на таком колесе подпрыгнуть оно начнет ускоряться, а при приземлении рывком замедляется. В момент приземления нейлоновые зубья срезаются предотвращая еще большие повреждения мотора. В кареточном моторе рывок смягчает цепь.
Устройство
Теперь взглянем на моторы изнутри.
Слева самое дешевое мотор-колесо, справа с редуктором. Отличие в том, что редукторный электромотор вращается с большей скоростью (редуктор 5:1), поэтому он более тяговитый и меньше весит. Отличить их просто. Редукторный более толстый, а первый больше. За счет уменьшения длины спиц такое колесо хуже амортизирует. В тоже время зазор между магнитами и катушкой очень маленький. Там, где при сильном ударе на обычном колесе мы могли бы отделаться восьмеркой, здесь магниты могут встретиться с катушкой. Хорошо, допустим мы катаемся исключительно по ровному асфальту. Посмотрим что внутри кареточного мотора на примере моего bafang BBS01 мощностью 250/350 Вт.
Сразу отмечаем наличие редуктора с еще большим передаточным числом 1:21.9, т.е. двигатель вращается еще быстрее и по идее должен быть еще эффективнее, меньше и легче (последнее очевидно из фото). Второй момент, бросающийся в глаза — это нормальный неподвижный статор и вращающийся ротор. Вот здесь поподробнее.
Из школьного курса физики мы знаем, что момент инерции зависит от массы вращающегося тела. Разгонять и тормозить мотор-колесо гораздо затратнее, т.к. ротор там большой и совмещен с металлическим корпусом. Вес заднего мотор-колеса в сборе с покрышкой 8-10 кг, что сопоставимо с весом всего моего велосипеда. Более современные редукторные мотор-колеса весят на несколько кг меньше. Но самым главным их преимуществом является наличие в их конструкции обгонной муфты. Дело в том, что в обычном мотор-колесе статор мотора жестко закреплен на валу, а ротор жестко на колесе. Если на вращающийся мотор не подается ток, то он превращается в генератор. Этот убийственный недостаток маркетологи продают нам как благо под названием рекуперация. По факту мотор все время движения накатом вынужден тратить энергию на преодоление тормозящего момента. Время, когда вы тормозите рекуперацией ничтожно мало, а эффективна она лишь на максимальных оборотах. Реальная эффективность рекуперации на равнине отрицательна. А если не дай бог кончилась батарея, то велосипед превращается в мощный фитнес-тренажер. Это исключает возможность пользоваться велосипедом как раньше и вынуждает жестко оценивать расход батареи.
Технические характеристики
Но это еще не все, давайте сравним технические характеристики моторов.
Мотор-колесо
Это редукторное мотор-колесо, номинальной механической мощностью 1000 Вт и номинальным крутящим моментом 25 Н·м при максимальной эффективности 80.9%. Сразу отмечу, что ток при отсутствии нагрузки составляет 3 А. Если бы не было обгонной муфты, то ваш мотор потреблял бы максимально 48,6 * 3,146 = 152.9 Вт при движении накатом. Примерно 13 Вт вам придется компенсировать при севшей батарее за счет собственной мускулатуры, и гораздо больше при обычном мотор-колесе. Отметим, что кратковременно мотор способен потреблять до 45 А (2149 Вт) и выдавать максимально 46 Н·м (1644 Вт) и этот момент приложен к оси колеса. Мотор-колесо при мощностях 0 — 360 Вт имеет пропорционально малую эффективность 0 — 70%. Более-менее нормальную эффективность мотор-колесо выдает при мощностях ≥500 Вт. Размеренные прогулки не для него. Если нужно проехать как можно большее расстояние, то нужно разгоняться иначе батарея будет тратиться впустую. Этот мотор для тех, кому нужно добраться из точка А в точку Б за самое короткое время.
Кареточный мотор
Теперь взглянем на характеристики кареточного мотора 250 Вт.
Сразу отмечаем большую максимальную эффективность 89,7% при 151 Вт. Эффективность выше 80% при мощности от 50 до почти 400 Вт. А что такое эффективность — это отношение полученной механической мощности Pout к затраченной электрической мощности Pin. Чем она выше, тем более экономно мы тратим батарею. На этом моторе можно ехать медленно или быстро — не важно, батарея будет расходоваться адекватно.
Сравним крутящие моменты. У кареточного мотора он приложен к оси каретки и передается на заднее колесо за счет цепи. Соотношение звезд дает нам передаточное число на которое уменьшается крутящий момент. Так, при номинальном токе 9 А (34 Н·м), передней звездой 44Т и задней кассетой 30/11Т получим крутящий момент на колесе от 8,5 до 23.2 Н·м в зависимости от положения заднего переключателя скоростей. При максимальных 15 А (55 Н·м) и все еще хорошей эффективности от 13,7 до 37,5 Н·м. При максимальном крутящем моменте мотора 100.9 Н·м на заднем колесе на звезде 30Т будет 68.9 Н·м. Это то же самое если взять гаечный ключ длинной 10 см и навалиться на него всем телом массой 70 кг. От момента зависит ускорение велосипеда и предельный угол подъема. На кареточном мы можем гибко распоряжаться им за счет переключения задней передачи. Получается что на кареточном моторе 250 Вт можно заехать на более крутую горку, чем на редукторном мотор-колесе 1000 Вт, т.к. он развивает на 50% больший крутящий момент (69 против 46).
Мощность
Стоит отметить, что мой двигатель 250 и 350 Вт — это абсолютно одинаковые двигатели. У них лишь разные прошивки, которые ограничивают ассистента помощи либо на 250, либо на 350 Вт. Но если нажать газ, то оба выдадут 400 Вт и больше если батарея 48 В. Из таблицы ниже видно, что более мощные mid drive имеют больший момент и скорость, а вот 250 от 350 ничем не отличается.
Из графика выше для кареточного мотора видно как ток растет до 15 А и стабилизируется явно программно, потому что резко начинает падать эффективность, обороты и мощность, но продолжает расти крутящий момент. А мощность — это крутящий момент помноженный на обороты.
Справедливости ради скажу, что мощность дешевого мотор-колеса — это как ни крути мощность и 250 всегда будет меньше 1000, а значит будет ехать медленнее или увезет меньше груза при прочих равных. Кареточный двигатель на 750 Вт лишь немного дороже, но выдаст уже 110 Н·м на колесо. Но я специально сравниваю с 250 Вт чтобы показать — мощность далеко не единственный параметр, на который нужно обращать внимание при выборе типа электромотора.
Занимательная математика
И напоследок еще немного математики. Радиус моей передней звезды 44Т = 1/2″ * 44/2π = 89 мм. Длина стандартного шатуна 175 мм. Цепь при максимальном моменте электродвигателя испытывает нагрузку эквивалентную 100.9/9.8/0.089 = 115,7 кг. Вес человека, который создаст такую же нагрузку на цепь если навалится всем телом на одну педаль примерно в 2 раза меньше 89/175*115,7 = 58,8 кг за счет в большей длины шатуна. Мой нормальный вес 64 кг. Это значит, что мотор развивает почти такую же мощность, которую я могу выжать из велика в стоячем положении. Т.е. добавив 6 кг (мотор 250 Вт + батарея 500 Втч) к весу моего велосипеда я добавил 59 кг усилий на педали. Кстати это значит, что когда мы вваливаем вдвоем, все механизмы испытывают двойную нагрузку, что сказывается на износе как будто на велик встал человек массой 120 кг.
Большой крутящий момент mid drive — это и плюс и самый большой минус, т.к. требует разумного подхода к переключению передач. В этом смысле здесь снова работает прямая аналогия с машиной. Разгоняться нужно всегда с первой передачи и первые метры проезжать на педалях. Не стоит давать большие нагрузки при маленьких оборотах. Не стоит ставить мотор мощностью 1000 Вт на ашан-байк. Мощный мотор очень быстро сработает цепь и звезды, поэтому чем выше мощность, тем более качественные компоненты передачи необходимо использовать. Также для мощного мотора акутально иметь gearsensor — датчик переключения передач, чтобы скидывать тягу в момент переключения. У мотор-колеса такой проблемы нет, но и такой тяги тоже.
Выводы
Отвечая на вопрос, поставленный в первом абзаце скажу, что сэкономить можно, если вам не нужна скорость ниже 50% от максимальной и вы совсем не собираетесь крутить педали. Правда в этом случае, это уже электромопед. В любом случае не берите самое дешевое мотор-колесо. Только с планетарным редуктором. Это неплохой бюджетный вариант для городского велосипеда. Если же ваша цель — поездки по бездорожью по пересеченной местности с большими перепадами высот с форсированием препятствий в том числе путем переноса велосипеда на руках; если велосипед для вас в первую очередь тренажер, а не транспорт; если нужен легкий доступ к системе передач, ремонтопригодность и гибкость в модификации; если нужна большая дальность поездок за счет лучшей эффективности использования батареи, и вы готовы за всё это доплатить — ваш выбор кареточный мотор или mid drive.
У мотор-колеса слишком широкий рабочий диапазон скоростей, а электромоторы сложно сделать так, чтобы они одинаково эффективно работали на малых и высоких оборотах. Особенно это заметно на скоростях ниже 30% от максимальных. Вы вроде едете медленнее, энергии вроде тратиться меньше. Вот только на каждый 1 Вт механической мощности вы тратите 2 Вт электрической (если очень грубо). А на максимальных оборотах малину портит сопротивление воздуха и трение. Кареточный мотор можно легко держать вблизи своего максимума эффективности за счет переключения передач. Максимальная скорость вращения мотор-колеса маловата для эффективной работы электромотора. Для создания достаточного момента при таких скоростях приходится использовать больше магнитов и большую площадь магнитопровода. Поэтому они больше, тяжелее, а значит более прожорливее и еще менее эффективны. Планетарная передача в мотор-колесе призвана решить эту проблему. Но жёсткое сцепление накладывает уже механические ограничения. Если планетарка имеет не одну, а несколько скоростей, то цена такой конструкции приближается к цене кареточного мотора и уже не является преимуществом, хотя недостатки еще остаются. В любом случае прогресс не стоит на месте, а цены падают. Так что рано или поздно и по нашей улице проедет инкасатор.