Всё о моторах для электровелосипеда

Электродвигатели. Мотор-колёса. Разбираемся в тонкостях характеристик моторов для электровелосипеда!

На сегодняшний день существует большое количество электрических двигателей для велосипедов. Мы решили помочь вам разобраться во всем этом многообразии. Электродвигатели имеют ряд базовых параметров и подразделяются на несколько видов по конструкции и расположению. Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки. 

Основные параметры электромоторов

Мощность

Один из главных параметров электродвигателя — мощность. Измеряется в ваттах, обозначается Вт или W (англ). Упрощенно, это объём работы, проделываемый двигателем за еденицу времени. От мощности зависит максимальная скорость электровелосипеда. Мощность также влияет на расход энергии батареи — чем мощнее мотор, тем более ёмкая батарея ему требуется.

Крутящий момент

У любого электромотора существует показатель крутящего момента или момента силы. Это сила, с которой он способен воздействовать на ось вращения. От крутящего момента зависит динамика (ускорение) и способность забираться в гору. Крутящий момент можно увеличить или уменьшить за счет редуктора, пожертвовав скоростью или наоборот. В частности, крутящий момент зависит от радиуса колеса.

Эффективность

Эффективность электромеханической системы это не постоянная величина. Она зависит от параметров двигателя, подаваемой мощности и необходимого крутящего момента. При подаче определенной мощности достигается максимальное значение эффективности, для современных электродвигателей это чуть более 90%. Это значение называется номинальной мощностью мотора. Такую мощность мотор способен поддерживать продолжительное время без перегрева. Электромотор способен коротковременно выдать значение пиковой мощности значительно выше номинальной, однако эффективность при этом ниже, что приводит к нагреву. Также, эффективность снижается при необходимости приложить высокий крутящий момент на низких оборотах.

Виды моторов для электровелосипеда:

Типы моторов для электровелосипеда 

Электродвигатели для велосипедов делятся на две больших категории: мотор-колеса и кареточные (центральные) моторы. Мотор-колеса, в свою очередь, делятся на электродвигатели с прямым приводом и редукторные. Кареточные моторы все являются редукторными. Таким образом мы получаем 3 основных вида привода для электровелосипеда.

1. Мотор-колеса с прямым приводом, безредукторные

Для начала отметим, что прямой привод может иметь только мотор-колесо. Электродвигатель расположен прямо в оси колеса и крутит его без дополнительных передаточных механизмов. С одной стороны, это упрощает конструкцию и сводит обслуживание мотора к минимуму. Отсутствие каких-либо передач делает данный тип мотора одним из самых эффективных. Однако, при нагрузке на низких оборотах, КПД сильно снижается, что приводит к нагреву мотора. Для создания необходимого крутящего момента используются магниты больших размеров, что делает безредукторное мотор-колесо довольно тяжелым. Наличие провода в оси мотора усложняет шиномонтаж. В случае наличия подвески, неподрессоренная масса мотора ухуджает её работу и даёт дополнительную нагрузку на покрышки. Среди плюсов данной конструкции также отмечу функции динамо и рекуперации, торможения двигателем с выработкой электроэнергии. Однако и тут есть побочный эффект: при кручении педалей мотор-колесо с прямым приводом создаёт сопротивление, причем чем мощнее мотор, тем оно заметнее.
 

2. Редукторные мотор-колеса

Данный тип моторов характеризует наличие механизма, преобразующего передаточное отношение — редуктора. Причем этот механизм встроен прямо в само мотор-колесо и представляет из себя планетарные шестерёнки (показано на фото 1). Это позволяет получить больший крутящий момент и эффективность на малых оборотах. Следствием является уменьшение веса такого мотор-колеса за счет использования магнитов меньшего размера. Наличие механических элементов несколько уменьшает КПД, а также накладывает определённые ограничения на его максимальную мощность. Провод в оси мотора может усложнить шиномонтаж, однако современные качественные редукторные мотор-колеса как правило оснащены разёмным портом, решающим эту проблему. В случае наличия подвески, неподрессоренная масса мотора несколько ухуджает её работу и даёт дополнительную нагрузку на покрышки. При движении на педалях или накатом, редукторное мотор-колесо не крутит ротор, поэтому сопротивление качению по сравнению с мотор-колесом прямого привода у него значительно ниже, хотя и не полностью отсутствует. Рекуперативное торможение на данном типе моторов невозможно.

3. Кареточные и центральные моторы

Кареточным мотором называется внешний электродвигатель, закрепляемый на каретке велосипеда. Данный тип мотора всегда является редукторным т.к. имеет систему передач на колесо. Система кареточного мотора является наиболее сложной, т.к. совмещает в себе два источника мощности: сам мотор и педали. Сложность возникает из-за разности скорости кручения мотора и каденса (скорости кручения педалей). Для решения данной задачи в мотор, как правило, встраивается понижающий редуктор. Это даёт возможность использования для двигателя велосипедной системы передач. Велосипедная цепь при этом накладывает ограничения на мощность, также повышается её износ. В ряде случаев мотор имеет отдельный привод на ось колеса, позволяющий обойти данное ограничение. Такой мотор называется центральным, т.к. он не связан с кареткой. В целом это наиболее требовательная к обслуживанию система. Однако, она лишена минусов мотор-колес: отсутствует неподрессоренная масса и сопротивление накату. Рекуперативное торможение на кареточном моторе невозможно из-за велосипедной трещетки, однако на центральном моторе с отдельным приводом она реализуема. Однако сопротивление накату в этом случае будет даже выше чем у прямого привода.

Расположение мотора

Чем, собственно, отличается заднее, переднее или центральное расположение мотора? На что это влияет, в каких условиях используется? Давайте разбираться.

Электровелосипед с задним приводом

Задний привод считается классическим и используется во всех традиционных велосипедах. Это не удивительно — во-первых на него приходится около 70% веса, а во-вторых легко организовать цепную передачу от педалей. Что касается электрических велосипедов, существует две принципиально разные схемы установки мотора для получения классического заднего привода:

1. Заднее мотор-колесо

Это самое распространённое расположение электродвигателя. Всё просто и логично. Мотор-колесо ставится на место задней втулки. Позволяет установить звёзды для традиционного переключателя скоростей. Установка планетарного переключателя скоростей или вариатора в задней втулке становится невозможной. Стоит отметить, что для мощных электровелосипедов переключение скоростей теряет актуальность — функцию пониженной передачи берёт на себя двигатель. Управление возможно как ручкой газа, так и датчиком кручения педалей. Позволяет получить наиболее мощную конфигурацию электровелосипеда.

2. Центральный электромотор

Достаточно сложное и дорогостоящее решение. Центральный электромотор проявляет свои лучшие стороны при установку на двухподвесы т.к. не добавляет в колесо неподрессоренную массу. Возможность организации системы переключения скоростей не только для педалей, но и для двигателя позволяет расширить диапозон крутящего момента мотора: увеличить скорость или забираться в крутые горки, в зависимости от выбранной передачи. Возможно использование как традиционного переключателя скоростей, так и планетарной втулки или вариатора. На большинстве моделей отсутствует ручка газа — мотор управляется только датчиком кручения педалей. Мощность большинства моделей ограничена допустимой нагрузкой на систему переключения передач.

Электровелосипед с полным приводом

3. Переднее мотор-колесо

Это вторая по популярности схема расположения электродвигателя. Самый простой способ сделать велосипед условно полноприводным, если учитывать педали. Мотор-колесо ставится на место передней втулки. При использовании размыкаемого провода, позволяет сделать двигатель быстросъемным. Мощность ограничена прочностью вилки и малой загрузкой передней оси. Велосипедные вилки не рассчитаны на установку моторов, поэтому для установки зачастую потребудтся дополнительные усилители дропаутов, чтобы ось мотора не провернулась. Сотит иметь ввиду, что из-за дополнительного веса в переднем колесе запрыгивать на бордюры будет сложнее. Управляемость также несколько ухудшится. В целом мы рекомендуем ставить вперед только редукторные мотор-колеса.

4. Полный электропривод

Решение для электровелосипедов большой мощности, а также для электрических вездеходов. Установка двух мотор-колес является единственным вариантом настоящего полного электропривода. На велосипед устанавливается сразу два мотор-колеса, на место передней и задней втулок. Стоит учитывать все особенности установки переднего привода и мотор-колес в целом. Управление возможно общей ручкой газа либо раздельными ручками для каждого колеса. Датчик кручения педалей на такие модели, как правило, ставится на один из моторов. Может быть реализовано как на двух редукторных мотор-колесах, так и в гибридной версии с задним мотор-колесом прямого привода.

Катание

Хватит теории, давайте поговорим о практическом применении. Если вы внимательно прочитали раздел о типах моторов и особенностях их установки, то уже примерно представляете где эти моторы могут использоваться. Тем не менее, давайте резюмируем все вышесказанное и поймем что это означает на практике.

Итак. мотор-колесо с прямым приводом лучше всего подойдет для дорожной езды и высоких скоростей. Данный тип мотора лучше приобретать для равнинной местности. Плохо подходит для экстрима и прыжков из-за высокой неподрессоренной массы и повышенной нагрузки на покрышки. При кручении педалей будет заметно сопротивление мотора. Стоит учитывать этот момент, если вы не планируете пользоваться электроприводом постоянно и любите активно педалировать. 

Редукторные мотор-колеса хороши для электрификации велосипедов с относительно небольшой мощностью. Возможно как дорожное, так и внедорожное использование. Наличие провода в оси уменьшает её прочность, поэтому такие моторы не подойдут для прыжков и экстрима. Единственное грамотное решение для реализации переднего привода. При кручении педалей присутствует малозаметное сопротивление механизма редуктора, в целом считается приемлемым решением для езды на педалях. 

Кареточные моторы считаются наиболее подходящими для спортивного катания. Они лишены недостатков мотор-колес, связанных с неподрессоренной массой. Подходят для экстримального катания и прыжков. Лучше всего проявляют себя на двухподвесах. При кручении педалей не будет абсолютно никакой разницы по сравнению с обычным велосипедом, за исключением его веса. Наиболее требовательны к обслуживанию.

Стоимость

В заключении поговорим о ценах. Можно было бы сказать, что мотор-колесо с прямым приводом с точки зрения цены за мощность является самым выгодным решением. Точка. Однако, здесь нужно понимать, что, во-первых, на рынке присутствуют моторы каждого типа с различной мощностью. Во-второых стоимость мотора и стоимость системы это не одно и тоже. Нужно также учитывать стоимость контроллера и батареи. Мощность безредукторных мотор-колес для электровелосипедов начинается от 1000 Вт. Это значит что придётся вложиться в достаточно дорогой аккумулятор.

С точки зрения минимальной цены всю систему на первом месте стоит редукторное мотор-колесо, т.к. мощноть таких моторов начинается от 250 Вт. Это сэкономит значительную сумму на контроллере и батарее. Т.е. если вам нужна относительно легкая система без погони за скоростью, то берите редукторное мотор-колесо.

Каретчоный мотор это последнее, о чем вам стоит думать, если хотите сэкономить. Он не только стоит дороже из-за сложности системы, но и наиболее требователен в обслуживании. 

(с) Илья Власов. При копировании любой части текста ссылка на оригинал обязательна.

Теги: батареи