Как сделать электровелосипед своими руками из подручных материалов — пошаговая инструкция. Как сделать электровелосипед из обычного велосипеда? Электровелосипед своими руками за 30 минут

За 100 долларов нельзя купить даже обычный велосипед, не то что электровелосипед. Но за эти деньги можно сделать электровелосипед своими руками. Конечно, большую часть необходимых компонентов вам придётся достать бесплатно! Но где же их найти, да ещё бесплатно — скажете вы? Я расскажу, где можно найти всё необходимое, а также про некоторые моменты, связанные с отличиями ваших комплектующих от моих.

Это очень сложный проект — если вы не обладаете хорошими навыками, то вам лучше сразу отказаться от идеи собрать электровелосипед самостоятельно и в магазине. Если же вы умеете работать за токарным станком, хорошо владеете распространёнными инструментами, то вам вполне по силам собрать электрический велосипед своими руками. Если вы будете работать только в свободное время, то на сборку электрического велосипеда у вас уйдёт всего несколько месяцев.

Предпосылки и теория.

Перед тем, как непосредственно перейти к инструкциям по сборке электрического велосипеда, расскажу, почему я решил самостоятельно собрать электровелосипед. Мне удалось сконструировать фрикционную передачу для электровелосипеда, тогда как эксперименты с цепной передачей провалились. Но мне очень хотелось довести дело до конца и найти где были допущены ошибки во время первой попытки. Оказалось, что я не уделил должного внимания допускам. Я практически наугад выравнивал и приваривал звездочки на место, где должен находиться вал. Поэтому передача и не работала. Кроме того, так как вал моторе был очень маленький, то передача не заработала бы даже со звёздочкой. Поэтому мне пришлось найти способ организовать передачу между мотором и задним колесом с помощью стандартной задней кассеты. В качестве решения я выбрал ременной привод. Но я всё таки хотел как-то сменить ременной привод на цепную передачу на заднее колесо. Сложным решением мог стать передаточный вал, который бы крепился на каретку и точно совмещал ведущие и ведомые звезды. При выборе этого варианта мне пришлось бы долго приваривать звёздочки, поэтому я отказался от него в пользу намного более аккуратной методики скрепления. Кроме того, максимальная скорость моего первого электровелосипеда оставляла желать лучшего — она не превышала 32 км/час. Поэтому мне пришлось пересчитать передаточное отношение и установить на велосипед привод, позволяющий развивать максимальную скорость в 64 км/час!

Ключевым моментом этого проекта является точность — устанавливать все компоненты нужно с очень небольшими допусками. Поэтому и потребовался токарный станок, без которого обеспечить требуемую точность не представляется возможным. Без него нельзя выполнить данный проект.

Итак, приступаем к работе — нам предстоит сделать из обычного велосипеда мощный электрический велосипед. И что самое главное — это обойдётся нам меньше, чем в 100 долларов!

Шаг 1: Необходимые инструменты и материалы.

Данный этап очень важен. Если у вас нет перечисленных ниже инструментов или материалов, то я бы посоветовал не браться за данный проект.

Основные инструменты:

• токарный станок (нужен обязательно);
• сварочный аппарат;
• основные ручные инструменты (ножовка, плоскогубцы и т. д.);
• штангенциркуль (обязательно купите его и желательно побольше);
• сверлильный станок с набором свёрл;
• инструмент для ;
• ключ для снятия трещотки;
• шлифовальный станок;
• металлорежущие инструменты (гидравлические ножницы «Пиранья», но также подойдет установка для плазменной резки или ацетилено-кислородная резка);
• основные .

Дополнительные инструменты:

• V-образный блок;
• плоскошлифовальный станок;
• фреза;
• метчики и плашки.

Материалы (кроме очевидных):

• железный уголок;
• * звёздочка ANSI #40 на 9 зубьев (доступны онлайн на McMaster-Carr, номер товара 6793k208)
• 2 подшипника (доступны онлайн на McMaster-Carr, их размер указан ниже);
• круглая стальная болванка (диаметр 0,5" - 1");
• шкив под клиновой ремень диаметром 4" (доступен онлайн на Chicago Die Casting);
• шкив под клиновой ремень диаметром 1" (я изготовил его на станке, но его проще купить);
• клиновой ремень.

*Размеры зависят от вашего велосипеда и требуемой максимальной скорости.

Шаг 2: Необходимый комплект для переоборудования обычного велосипеда в электровелосипед.

Это наверное самый главный момент. Чтобы стоимость переоборудования простого велосипеда в электровелосипед не превысила сто долларов, вам придётся бесплатно достать комплект из трёх основных компонентов: мотора, аккумуляторов и велосипеда.

Давайте начнём с велосипеда. Думаю будет несложно найти никому не нужный велосипед или недорого. Постарайтесь достать велосипед с как можно большим количеством передач — это позволит достичь высокой максимальной скорости и улучшит ускорение. Наличие системы переключения передач обязательно ещё и потому, что это даст возможность увеличить допуски в цепной передаче. Поищите в интернете или спросите у родственников в деревне и возможно вам удастся купить за символическую сумму никому не нужный велосипед в хорошем состоянии. А может быть ваш собственный велосипед слишком старый и вы давно уже хотите поменять его на новый. Или даже, если все варианты уже исчерпаны, то на свалке среди металлолома можно найти неплохой велосипед. Но если велосипед долго находился на улице, то его сначала нужно будет немного подремонтировать и отрегулировать. Я думаю, найти велосипед будет несложно.

Далее мы сможем одним выстрелом убить двух зайцев. Вряд ли у вас найдётся старое кресло с электродвигателем, которое было у меня. Вы можете попробовать поискать в интернете старый мотор с аккумуляторами, но лучше всего обратитесь в сервисный центр по ремонту инвалидных кресел — здесь у вас больше шансов на успех. У технических специалистов сервисов имеется много старых аккумуляторов и моторов, которые они просто выбрасывают. Думаю, что они не откажутся недорого продать электродвигатель и несколько батарей на 12 вольт от старого кресла. Даже, если у них ничего не найдётся, то он смогут подсказать у кого ещё можно спросить. В крайнем случае можно поспрашивать у знакомых не завалялся ли у них случайно мотор или аккумуляторы.

Шаг 3: Изготовление наружного кольца подшипника.

Мне повезло — на моём велосипеде уже имелось наружное кольцо подшипника с резьбой. Если вам так не повезло, то вам придётся изготовить наружное кольцо подшипника самостоятельно. Можно сделать и без резьбы — закрепить в каретке с помощью винтов.

Шаг 4: Изготовление промежуточного вала.

Так как ваш велосипед скорей всего будет отличаться от моего, то и изготовленные вами детали будут отличаться от моих, но промежуточный вал должен быть практически одинаковым. Если вы купили большой ролик, подшипники и звездочку с диаметром центрального отверстия, составляющим половину от диаметра звёздочки, то вам потребуется стальная болванка диаметром 5/8 от диаметра звёздочки. На токарном станке выточите с одного конца заготовки участок длиной 1" и диаметром в половину от диаметра звёздочки. Затем измерьте расстояние между двумя кольцами подшипника и сократите его в диаметре до 5/8 от диаметра звёздочки. Оставшийся участок заготовки выточите до диаметра в половину диаметра звёздочки. Участок по центру размером в 5/8 от диаметра звёздочки необходим для предотвращения проскальзывания промежуточного вала назад или вперёд.

Осталось просверлить отверстия для болтов. Сперва нужно закрепить вал с помощью V-образного блока. Очень важно, чтобы эти отверстия находились точно на одной линии. Размер болтов зависит от выбранного вами размера вала и размера других компонентов.

Шаг 5: Модификация звёздочки.

Если у вас такая же звёздочка, как и у меня, то из-за большой ширины она не подойдёт к велосипедной цепи. Поэтому придётся подвергнуть звёздочку небольшой модификации. Обработайте её на токарном станке подрезным резцом до ширины в 0,1 дюйм. Затем установите резцовую каретку на 10 градусов и измените угол зубьев так, чтобы он был одинаковым с обеих сторон.

Шаг 6: Главный ведущий шкив.

Поскольку маловероятно, что у вас такой же мотор, как и у меня, то я просто опишу процесс обработки своего. Поскольку на моём двигателе уже имелось отверстие, то я просверлил внутри круглой алюминиевой заготовки отверстие диаметром один дюйм, что точно соответствует размеру валу. Крайне важно, чтобы размер отверстия совершенно не превышал размер вала — иначе вам придётся переделывать эту часть работы. Далее я просверлил отверстие и обработал на станке один конец до диаметра в 0,5 дюйма, чтобы он соответствовал ролику, который обработал ранее. Но вполне возможно на вашем моторе не нужно будет ничего дорабатывать.

Шаг 7: Сборка промежуточного вала.

Вот тут то и начинается самое интересное! Перед началом сборки велосипеда купите в магазине набор цилиндрических штифтов, набор винтов и приступайте к сборке! Возможно на этом этапе возникнут некоторые проблемы, но если вы всё выточили правильно, то у вас получится всё правильно соединить.

Шаг 8: Сборка цепной передачи.

На данном этапе придётся воспользоваться инструментом для монтажа цепи. Разъедините цепь, чтобы снять её с велосипеда. Теперь нужно как обычно установить цепь, продеть её через задний переключатель скоростей и зацепить на среднюю звёздочку на кассете. Убедитесь, что задний переключатель находится в правильном положении, как при езде: не сбит в кучу и на правильной передаче. Далее расположите два конца цепи рядом с другом, чтобы получить требуемую длину цепи. Это самый сложный момент. Разъедините цепь в этом месте.

Во время разъединения цепи убедитесь, что пин прикреплён к концу цепи. Если этого не сделать, то будет очень сложно, если вообще возможно, снова соединить цепь.

Шаг 9: Первая проверка без нагрузки.

Теперь нужно проверить выполненную работу. Что может быть хуже того, когда после окончания сборки электровелосипеда при тестировании… слетает цепь. Поэтому это очень важный тест. Переверните велосипед вверх колёсами, чтобы заднее колесо могло свободно вращаться. Установите любую передачу, но я советую установить самую низкую. Теперь переходим к самому сложному моменту. Чтобы обеспечить , надёжно удерживайте мотор одной рукой внизу напротив клинового ремня. Другой рукой соедините мотор проводами с аккумулятором. И если вы всё сделали правильно и точно, то проверка завершится удачно. Если же цепь всё таки слетит, то на это может быть множество причин. Одной из них может быть слишком широкая звезда промежуточного вала, так что придётся её немного сточить. Если же проскальзывает ремень, то вы установили слишком высокую передачу или недостаточно натянули приводной ремень. Если цепь всё равно слетает, то скорей всего из-за плохо выравненных звёздочек и к сожалению вам придётся проделать заново некоторые этапы.

Шаг 10: Макет крепления мотора.

Далее нужно сделать картонный макет крепления мотора. Почему из картонный? На это есть несколько причин: картон дешевле металла, его можно резать ножом, придавать ему форму гораздо легче, чем металлу. Если позволяет конструкция вашего велосипеда, то я бы советовал установить двигатель позади , как у меня. Это даст больше пространства для аккумуляторов и позволит разместить двигатель и большинство вращающихся элементов подальше от ног.

Шаг 11: Предварительное крепление для мотора.

Далее, используя созданный картонный макет, вырежьте крепление из листа металла. Приложите макет из картона к металлическому листу металла и как можно аккуратней обведите его мелом. Чтобы вырезать макет из металла, вам никак не обойтись без такого инструмента, как «Пиранья» — больших гидравлических ножниц, предназначенных для резки металла. Они позволяют очень точно и ровно по контурам вырезать модель из металла. Но скорей всего этого инструмента у вас нет. Поэтому можно обойтись обычным устройством плазменной резки. Однако при разрезании толстого листа металла образуется довольно много шлака и при плохом владении методикой плазменной резки вам придётся достаточно долго шлифовать края. Также можно воспользоваться ацетиленово-кислородной резкой или ножовкой по металлу, но эти два варианта значительно хуже.

Шаг 12: Первый этап установки двигателя.

Это ключевой момент при установке двигателя. Необходимо сделать прорези для болтов на неравнобоком уголке (если у вас таковой имеется) и установить U-образные болты так, чтобы они могли скользить вверх и вниз по основной пластине. Так как у вас уже есть картонный макет, то нанести разметку будет несложно. Просто положите макет на пластину и пометьте кернером два конца каждой прорези. Просверлите по два отверстия с каждого конца — в общей сумме должно получиться четыре отверстия. Они не должны быть слишком большими, чтобы можно было нормально закрутить гайку, и не слишком маленьким, чтобы можно было просунуть болт. Так как я использовал болты диаметром 3/8", то я просверлил отверстия оптимального диаметра 0,4 дюйма.

Шаг 13: Второй этап установки двигателя.

Теперь нужно вырезать прорези. Сначала я думал их вырезать с помощью фрезы, но по некоторым причинам я отклонил этот вариант. Если у вас имеется торцовая фреза и тиски подходящего размера, то вам всё же лучше воспользоваться фрезой. Я же выбрал плазменную резку. Используя железный уголок в качестве ориентира, я вырезал ровные прорези для болтов. Внешний вид прорезей был далёк от идеала, так что мне пришлось долго и упорно их шлифовать. Очень важно, чтобы прорези были ровными настолько, насколько это возможно. Это необходимо для того, чтобы болты плавно скользили и надёжно фиксировались.

Шаг 14: Установка неравнобокого уголка.

В зависимости от того, какой у вас двигатель, вам может не потребоваться осуществлять данный шаг. Я сделал неравнобокий уголок для закрепление мотора, но мне не удалось им воспользоваться из-за недостаточного зазора между задней покрышкой и уголком. Я всё же рекомендую по возможности установить неравнобокий уголок, так как он обеспечивает дополнительную прочность закрепления двигателя. Но если это невозможно, то вместо уголка просто воспользуйтесь U-образными болтами.

Следующее, что вам понадобится, так это своего рода адаптерный кронштейн. Он крепится к двигателю и может скользить вверх и вниз по главной монтажной пластине, обеспечивая требуемое натяжение ремня. Сделайте пластину, привинчивающуюся к передней части двигателя и свешивающуюся немного в сторону. Затем возьмите небольшой прямоугольник, идущий параллельно двигателю, и прикрепите его с помощью болтов к главной монтажной пластине.

Шаг 15: Сварка крепления двигателя.

После тщательной пескоструйной очистки и небольшой зачистки металлической проволочной щеткой можно приступать к сварке! Также убедитесь, что все стыки , грязи и т. д. Сварка двух металлических листов разной толщины обещает быть не из лёгких. Даже если вы прожжёте дырку, то это не будет концом света. Не старайтесь заварить всё сразу. Сначала сварите одну сторону, а чуть попозже переходите к другой, чтобы металл успел остыть. Кроме того большую часть жара старайтесь направлять на монтажную пластину и используйте как можно более низкую температуру сварки, но ещё позволяющую хорошо проваривать листы. При необходимости даже можете дополнительно накапать расплавленным металлом, чтобы лучше припаять два листа металла. Я даже хотел воспользоваться дуговой сваркой плавящимся электродом в среде инертного газа, которая отличается высоким качеством, но к сожаления я не очень хорошо умею ею пользоваться.

Шаг 16: Сборка ременного привода.

Данный шаг не потребует подробных разъяснений. Просто наденьте ремень на оба шкива, натяните его как можно крепче и затяните все болты. В процессе эксплуатации велосипеда вы заметите, что ремень будет постепенно растягиваться. Вот как раз по этой причине нам и пришлось делать регулируемое крепление. Время от времени вы должны проверять натяжение ремня и корректировать его при необходимости.

Шаг 17: Вторая проверка без нагрузки.

Давайте повторно протестируем велосипед без нагрузки, чтобы убедится, что мы качественно закрепили двигатель и систему переключения передач. Установите самую низкую передачу и запустите мотор на максимальное число оборотов. Если крепление хорошо держится (так и должно быть), то начинайте постепенно повышать передачи. Если велокомпьютер установлен на заднем колесе, то обратите внимание на его показания. Если , то он естественно ничего не покажет. Также обратите внимание не проскальзывает ли ремень, что может свидетельствовать о плохо натянутом ремне либо об очень высоком передаточном отношении.

Шаг 18: Крепление аккумулятора.

Следующий шаг — это установка аккумулятора. Я надеюсь, что вам удалось достать хороший комплект старых аккумуляторов в сервисном центре или просто купить их. Проверьте работоспособность батарей и зарядного устройства. Затем изготовьте картонный макет батарей. Гораздо легче перемещать пустую картонную коробку, чем две батареи по 14 кг. После этого подберите подходящее место для их установки. Желательно их установить как можно дальше от и как можно ближе к земле — это увеличит сцепление на заднем колесе и позволит снизить центр тяжести велосипеда.

После того, как вы нашли подходящее место для установки, из железных уголков сконструируйте «поддон», к которому аккумуляторы будут надёжно крепится с помощью стяжек или эластических шнуров. Затем просто приварите «поддон» к . Качество сварного шва должно быть очень высоким, так как ему придётся выдерживать достаточно большие нагрузки. Так что постарайтесь хорошо приварить «поддон».

Шаг 19: Электрическая схема электровелосипеда.

У вас наверное возник вопрос, почему до сих пор мы не упомянули про электрическую схему управления мотором электровелосипеда. Конечно, у нас не будет полноценного управления с контроллером на широтно-импульсной модуляции. Так как на велосипеде имеется система переключения передач, то для управления двигателем нам хватит обычного переключателя. Я установил однополюсный трёхпозиционный переключатель на 10 Ампер от старой радиостанции. У него три рабочих позиции: вкл1, вкл2 и выкл. Как видно из схемы выше, в режиме вкл1 работает один аккумулятор с напряжением 12 В, а в режиме вкл2 работают два аккумулятора с напряжением 24 В. Эти позволяет включать мотор на полную скорость или на половину оборотов. Имея две скорости вращения мотора и систему переключения передач на велосипеде, мы можем обеспечить широкий диапазон скоростей, что избавляет нас от необходимости покупки очень дорогого ШИМ–контроллера.

Существует ещё один вариант схемы — с тремя аккумуляторами. У каждой электрической схемы есть свои преимущества и недостатки. На верхнем рисунке показана электрическая схема электровелосипеда с тремя аккумуляторами, а на нижнем с двумя аккумуляторами. Я использовал вариант с двумя аккумуляторами, который бы и рекомендовал использовать.

Шаг 20: Первая поездка, поиск и устранение неполадок.

Это самый лучший этап из всех! Теперь, когда вы наконец-то закончили собирать электровелосипед, самое время покататься на нём. Позовите всех своих друзей и похвастайтесь электрическим велосипедом, собранным своими руками. Не забудьте надеть , ведь если что-то пойдет не так, а скорей всего так и будет, то вы же не хотите получить . Вы должны морально подготовится к неудаче — скорей всего ваш самодельный электровелосипед не заработает с первого раза. Может приключится множество неполадок, начиная от плохого контакта проводов и закачивая неправильным расчётом передаточного отношения. Перед проведением данного испытания обязательно запаситесь разными инструментами, которые будут нужны для устранения различных возможных неисправностей:

• Отсоединение проводов
• Слишком высокое передаточное отношение
• Неисправные аккумуляторы

Чтобы диагностировать эту проблему, поднимите заднее колесо и включите самодельный электровелосипед. Если покрышка вращается, то скорей всего передаточное отношение слишком большое. Постарайтесь увеличить шкив промежуточного вала или уменьшить шкив двигателя — тем самым вы снизите передаточное отношение и увеличите крутящий момент, что позволит велосипеду ехать. Если же покрышка не вращается, то или отсоединились провода, или не работают аккумуляторы. Полностью зарядите аккумуляторы и проверьте мультиметром напряжение на них. Напряжение на полностью заряженных аккумуляторах должно составлять примерно 26 – 27 В. Кроме того с помощью мультиметра нужно проверить целостность электрической цепи. Отсоедините идущие к двигателю провода и подсоедините их к мультиметру. Включите переключатель. Если на приборе отображаются одни нули, тогда как на аккумуляторах показывалось напряжение, то проблема заключается в проводах или переключателе.

Велосипед едет медленно:

• Неправильное передаточное отношение

Чтобы диагностировать эту проблему, поднимите заднее колесо. Если оно вращается намного быстрее по сравнению с тем, когда вы ехали, значит передаточное отношение слишком высокое и его необходимо уменьшить. Для этого необходимо или увеличить размер шкива промежуточного вала, или уменьшить размер шкива двигателя. Если же покрышка вращается также быстро, как и с нагрузкой, то вам наоборот нужно увеличить передаточное отношение либо посредством уменьшения размера шкива промежуточного вала, либо посредством увеличения размера шкива двигателя.

Шаг 21: Дополнительные усовершенствования.

Если вы готовы получить немного больше и готовы выйти за рамки бюджета в сто долларов, то можете дополнительно дооборудовать электровелосипед регулятором скорости. В моём проекте он не обязателен, потому что необходимый диапазон скоростей можно получить исключительно за счёт системы переключения передач. Тем не менее регулятор скоростей может быть определенно полезен. Весьма неплохие контроллеры компании Alltrax.

Шаг 22: Математические расчеты.

При сборке самодельного велосипеда придётся провести множество математических расчетов. Я приведу здесь несколько формул, которыми я пользовался.

((R((pi*A)/ (pi*B)))(C/D)(pi*E))*0,000946969697, где R — количество оборотов двигателя в минуту, A — диаметр шкива двигателя, B — диаметр шкива промежуточного вала, C — количество зубьев на звёздочке промежуточного вала, D — количество зубьев на задней звездочке (на максимальной скорости используется самая маленькая звезда, а для минимальной самая большая) и E — диаметр заднего колеса.

Во-вторых, нужно вычислить 5/8 длины промежуточного вала. Учитывая, что внешняя поверхность наружного кольца подшипника является самым большим размером каретки, вставьте его и измерьте его штангенциркулем. У меня вышло 2,817 дюйма. Затем снимите наружное кольцо подшипника и поместите подшипник с кольцом ровно на стол или другую твёрдую поверхность. Затем штангенциркулем измерьте расстояние от внутреннего края подшипника до стола. Проделайте эти измерения с обеими кольцами. У меня вышло 0,591 и 0,595.

Затем сложите эти два значения и вычтите данное значение из наибольшего размера, чтобы получить 5/8 длины промежуточного вала. У меня получилось 1,631".

Вычислить размер подшипников очень просто. Для этого абсолютно не нужны математические расчёты. Просто измерьте внутренний размер колец и купите подшипник, который бы максимально соответствовал этому размеру, по возможности широкий и желательно с центральным отверстием в 0,5". Не обязательно покупать подшипники этого размера — их можно обработать на станке с высокой точностью до нужного размера.

Руководитель арт-отдела «Игры Mail.Ru» Олег Макаренко - о том, из чего состоит электровелосипед, как выбрать мотор, привод и аккумулятор и сколько все это будет стоить.

В закладки

В Mail.Ru Group развивается идея DIY: в мае 2016 года еще один участник этого движения, разработчик «Почты Mail.Ru» Вадим Балашов, как сделал из своей квартиры «умный дом».

Изучив рынок электровелосипедов, я пришел к выводу, что у большинства дешевых серийных электробайков от китайских производителей очень плохое качество: ломается буквально все, а заявленные характеристики не соответствуют реальным. Поэтому я решил собрать электровелик своими руками. Пришлось немного заморочиться, но результат стоит того.

В детстве, как и многие мальчишки, я мечтал о мотоцикле. Когда в 12 лет мне достался маленький двигатель внутреннего сгорания с бензобаком для установки на обычный велосипед, я решил сделать веломопед и с огромным энтузиазмом принялся за работу. Взял переднюю вилку от «Аиста», переднее колесо от «Салюта» и заднее от «Камы». В общем, сборная солянка из того, что было у меня в сарае на даче.

В итоге получился очень забавный веломопед. Он был немного уродливый, с большим количеством недостатков, с неработающим сцеплением и без тормозов. Заводил я его «с толкача». Также у него не было тумблера выключения зажигания, поэтому я привязал к бронепроводу веревку: когда надо было затормозить, я дергал за нее, провод соскакивал со свечи зажигания, и я останавливался.

В идеале мой веломопед должен был выглядеть как на заглавной картинке, но все было намного хуже. К сожалению, фотографии не сохранилось. Несмотря на все недостатки этого агрегата, я с большим удовольствием отъездил на нем целый сезон, после чего он скоропостижно скончался.

Прошли годы, и как-то в интернете мне встретился видеоролик об электровелосипедах. Тема меня очень заинтересовала, и я решил собрать подобный агрегат - но сначала полюбопытствовал, что сейчас представлено на рынке. Оказалось, что в продаже есть огромное количество модификаций электровелосипедов. Стоимость серийных изделий варьируется от 50 тысяч до 5 млн рублей.

Из чего состоит электровелосипед

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

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

Требования к электровелосипеду

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

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

Выбор мотора

Моторы для электровелосипедов можно условно разделить на три категории:

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

Какие типы моторов применяются на велосипедах?

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

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

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

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

Выбор привода

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

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

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

Выбор и размещение аккумулятора

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

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

Есть три места для размещения аккумулятора:

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

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

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

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

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

Выбор контроллера

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

Результат

В итоге у меня получилась следующая конфигурация:

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

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

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

Нюансы

Их много, поэтому упомяну лишь некоторые.

• Во всех электровелосипедах используют двойные ободы, потому что мотор увеличивает крутящий момент. Также для компенсации дополнительной нагрузки нужны усиленные спицы, они толще - 3 мм вместо 2,6 мм. Спицуется колесо в три креста: одна спица пересекает три других. На обычных велосипедах чаще делают в два креста, а бывает и в один крест. Спицовка обода - довольно сложный, небыстрый процесс. При этом спицы получаются нестандартного размера, не во всех магазинах они продаются.
• Моторы поставляются в двух исполнениях: под кассету звездочек и под трещотку. Нужно обращать на это внимание, и обязательно уточните, какая система звездочек предусмотрена. Также рекомендуется проверить, есть ли на моторе крепление под ротор тормоза.
• Сложность с ручкой газа. Казалось бы, простейшая вещь: взял ручку газа, поставил на руль и все. Но почему-то большинство китайских производителей не учитывают наличие манетки переключения передач и ручки тормоза. Когда начинаешь все это собирать - в большинстве случаев либо не удается переключить передачи велосипеда, либо ручка тормоза задевает ручку газа. Я до сих пор не нашел ручку газа хорошей конструкции, чтобы она удачно вставала на руль.
• Установка корпуса АКБ. Рамы у велосипедов все разные, с разной геометрией, и порой приходится колдовать с креплением, а иногда и вовсе менять корпус, если он не влезает в раму.
• При монтаже ротора тормоза может оказаться так, что тормозной суппорт не влезает, задевает мотор. Я сам с этим столкнулся - пришлось покупать ротор большего размера и устанавливать переходник на суппорт. Либо можно использовать ободный (колодочный) тормоз, а не дисковый. Не всем это нравится, потому что для быстрого торможения на большой скорости нужны эффективные тормоза, и ободные в этом плане уступают дисковым.
• Сборка ячеек АКБ. Трудоемкая задача. Как известно, литий-ионные аккумуляторы нельзя соединять паяльником, поэтому приходится использовать точную сварку, совместно подключая BMS-контроллер, который балансирует ячейки аккумуляторов. Важно использовать качественные элементы питания, изготовленные известными производителями: Samsung, Panasonic, Sony. Тогда ваш аккумулятор с большей вероятностью будет дольше держать емкость.
• Рекуперацию реализовать достаточно просто, она предусматривается на двигателях прямого хода. При этом контроллер должен поддерживать эту функцию. Надо иметь в виду, что эффективность рекуперации очень низкая, у вас не получится покататься и зарядить аккумулятор. Так что польза от нее весьма условная.

Заключение

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

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

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

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

Написать

Как сделать электровелосипед из обычного велосипеда?

Здравствуйте , друзья!

На этой странице я расскажу Вам о том, как своими руками переделать обычный велосипед в электровелосипед, снабженный электромотором и движущийся не только за счет мускульной силы наездника, но и на электротяге.

Все началось с того, что однажды я разобрал старую стиральную машину " Indesit " и извлек из нее много полезных запчастей, в том числе электромотор и детали ременной передачи. Кроме того у меня был велосипед, уже немного доработанный (сиденье немного смещено назад с помощью вставки в раму, чтобы сидеть было удобнее), но в остальном самый обычный:

Сперва надо было придумать, как передать крутящий момент от электромотора на колесо от велосипеда. Поскольку вал электродвигателя уже имел шкив для ременной передачи, а от стиральной машинки остался хороший ремень, решено было использовать именно такую передачу - ременную. Теперь необходимо придумать, как закрепить шкив ременной передачи на колесе велосипеда (очевидно, на заднем).

Втулка алюминиевая - сваркой не приваришь, поэтому решено было закрепить шкив ко втулке колеса с помощью нескольких винтов. Обратите внимание на новые отверстия во втулке между спиц (на фото ниже). Отверстий всего 9 шт., в них нарезана резьба М3:

Теперь необходимо изготовить сам шкив. Вообще говоря, ремень от стиральной машинки - поликлиновый, но т. к. шкив, который мы собираемся изготовить, значительно больше по диаметру, чем шкив на валу электромотора, нарезать канавки на большом шкиве нет необходимости - ремень и так по нему скользить не должен. Поэтому, шкив для колеса у нас будет гладкий.

Для его изготовления я вырезал круг из листовой стали толщиной 2 мм, в котором, кроме прочих, вырезал большие отверстия для снижения веса. Диаметр шкива в моем случае ограничивался имеющимся у меня токарным станком (заготовку большего диаметра в станок просто не вставишь) и составил примерно 220мм.

К в внешней стороне полученного диска была приварена стальная полоса (стандартный прокат), сечением 20 х 4 мм. Деталь по центру будущего шкива (на фото ниже), прикрученная болтами, необходима только для закрепления шкива на токарном станке при обработке (это какая-то деталь от трансмиссии автомобиля "Нива").

После сварки шкив был обточен на токарном станке. Внешняя поверхность стала гладкой.

Далее окраска, сушка и установка на колесе велосипеда. При окончательной установке все детали (втулка колеса, центральное посадочное отверстие нашего шкива и девять винтов М3) были смазаны эпоксидным клеем " Poxipol" - чтобы держалось надежнее и при эксплуатации не разбалтывалось:

При попытке установить колесо со шкивом в раму велосипеда, оказалось, что новый шкив немного мешает и упирается в трубу рамы. Раму решено было немного подогнуть:

Теперь необходимо было как-то закрепить электродвигатель. Поскольку велосипед снабжен задним амортизатором, крепить электромотор необходимо был именно к той небольшой части рамы, которая жестко соединена с колесом (чтобы обеспечить постоянство натяжения ремня). Кроме того , необходимо предусмотреть механизм натяжения нашего ремня.

Чтобы понять, какое положение двигателя наиболее оптимально, сначала он был зафиксирован в нужном месте относительно велосипеда с помощью досок и веревок, после чего была произведена прокрутка колеса, чтобы убедиться, что ремень не стремиться съехать с нашего самодельного шкива (ведь наш шкив не имеет ни канавок, ни каких-либо бортиков):

Затем размеры были вымерены, вырезаны детали из тонкостенных стальных трубок и прямо в таком виде (пока велосипед и мотор связаны друг с другом) были приварены (прихвачены) к раме велосипеда. После этого мотор был отвязан, доски убраны, а детали приварены окончательно:

Снова окраска, сушка...

Механизм натяжения ремня был выполнен из деталей от штуки для натяжения тросов (т. н. "талреп"). В данной штуке есть два винта - один с "левой" резьбой, другой с "правой", а также специальная центральная часть - гайка с аналогичными резьбами с двух сторон. Эта центральная часть была разрезана болгаркой, и ее концы с резьбой были вварены по торцам тонкостенной трубки нужной длины. Сами винты были приварены с одной стороны - к шпильке крепления мотора, с другой стороны - к специальной площадке с отверстием, надеваемой на ось заднего колеса велосипеда. В результате получился механизм с трубкой (красного цвета на фото ниже), при вращении которой двигатель может подниматься или опускаться, что приводит либо к натяжению, либо к ослаблению ремня. Дли фиксации трубки в нужном положении снизу она законтрена контргайкой:

Теперь необходимо было выбрать тип и количество аккумуляторов. Поскольку наш электродвигатель от стиральной машинки, которая питается от сети ПЕРЕМЕННОГО тока 220В, значит и сам мотор рассчитан на работу от напряжения максимум 220В (переменного). Максимум, потому что в стиральной машинке скорость мотора регулируется в широких пределах путем изменения напряжения на электродвигателе, и максимальные режимы мотор развивает только в конце отжима.

Но аккумуляторы дают ток постоянный, а не переменный. Однако, это нам на руку, т. к. коллекторные моторы переменного тока отлично работают и на постоянном токе. Более того, на постоянном токе такие двигатели работают даже лучше, т. к. индуктивные сопротивления мотора перестают играть роль. В результате, я остановился на напряжении 96В (8 двенадцативольтовых аккумуляторов), а посмотрев, что было доступно в магазине, выбрал аккумуляторы емкостью 5А·ч:

Чтобы закрепить эти аккумуляторы на велосипеде, я решил изготовить отдельный ящик, в котором предполагалось разместить аккумуляторы и необходимую электронику:

Когда ящик был готов, оказалось, что для него... нет места! Планировалось разметить его на раме, в том месте, где находится бензобак у мотоциклов, но стало очевидным, что сесть на седло велосипеда при этом будет невозможно (ноги некуда девать):

Поэтому, я стал искать возможность приладить этот ящик в другое место, например сзади, но сзади оказалось не к чему его крепить (за мотор нельзя, т. к. тяжеленный ящик будет "не подрессорен", а закрепить за стойку седла невозможно - мешает мотор):

А вот спереди вроде и место есть, и крепить есть к чему:

Поэтому, именно туда я его и приварил:

Снова окраска, сушка, установка аккумуляторов, их последовательное соединение между собой и закрепление:

И вот он, долгожданный момент - первые испытания, пока без всякой электроники, двигатель подключается к аккумуляторам напрямую, с помощью автомата в ящике и выключателя (тумблера) на руле. Для измерения рабочего тока к велосипеду был прилажен мультиметр:

Испытания показали, что "по двигателю" конструкция вполне работоспособна, но тяжелый ящик впереди велосипеда делает его очень трудным в управлении (плохо слушается руля), о том, чтобы заехать на сколь-нибудь мало-мальский бордюр не слезая с велосипеда речи нет вообще, чтобы затащить его в лифт (в моем доме грузового лифта нет) требуется много шаманских действий, сопровождаемых непереводимыми изречениями, а временный выключатель на руле вообще сгорел из-за возгорания и продолжительного горения в нем электрической дуги при его выключении (размыкании).

Стало очевидно, что от тяжелого ящика впереди велосипеда надо избавляться. Поэтому он был отрезан, а аккумуляторы размещены на раме равномерно, каждый по отдельности. Кроме этого, были предусмотрены автомобильные клаксоны (бибикалки), а также крепления для кнопок управления этими клаксонами на руле. Ввиду многочисленных точек сварки для крепления площадок под аккумуляторы, раму пришлось перекрасить почти целиком.

Снова испытания, на этот раз, несравненно более удачные. Управляемость снова стала хорошей, а затаскивать велосипед в лифт (с подъемом переднего колеса) стало гораздо легче. Поскольку никакой электроники еще не было, стартовать на электротяге с места я даже не пробовал - боялся сжечь двигатель или порвать ремень. Включал автомат питания, только разогнавшись на педалях до скорости хотя бы 10...15км/ч. При этом через двигатель начинал идти ток порядка 10А, который снижался до 3...4А по мере разгона.

Сначала я хотел сделать электронный блок, который должен был обеспечивать не только работу двигателя от аккумуляторов, но также заряд аккумуляторов от двигателя в режиме торможения. Кроме того, должен быть достаточно мощный преобразователь на 12В для питания клаксонов (бибикалок), а также, желательно, зарядное устройство, чтобы можно было заряжать аккумуляторы в любом месте, не заботясь о том, чтобы не забыть взять с собой "зарядку".

Однако планы планами, но на практике в таком виде этот велосипед простоял у меня более полугода - все никак "руки не доходили".

Затем я все же решился сделать к нему электронику для управления, но в самом простейшем варианте - только регулятор мощности двигателя, без всякой рекуперации энергии при торможении, без встроенного зарядного устройства и даже без 12В на клаксоны - они были просто сняты.

Задача такого блока электроники состоит в том, чтобы передать на двигатель требуемую мощность, пропорциональную положению "ручки газа". Кроме того, чтобы ток не мог превысить предельных значений при трогании с места на "полном газе", при достижении током этого предельного значения мощность ограничивается и дальнейший рост тока не происходит. По мере разгона ток падает, а ограничение с мощности снимается - она становится такой, какая задана "ручкой газа".

Также, в задачи блока входит слежение за степенью разряженности аккумуляторов и предотвращение их глубокого разряда (падение напряжения менее 9В на аккумулятор (менее 72В на всех). Т. е., при падении напряжения на всех аккумуляторах до 72В электродвигатель будет выключен - дальше придется ехать на педалях.

Регулятор двигателя выполнен в виде импульсного понижающего преобразователя, работающего на частоте преобразования 32.5кГц. Вот его схема (нажмите для увеличения):

Управляющий сигнал "генерируется" "ручкой газа", выполненной в виде обычного переменного резистора около правой рукоятки руля:

Этот сигнал поступает на вход АЦП микроконтроллера ATtiny26 фирмы Atmel . На другой вход АЦП данного микроконтроллера поступает напряжение с токового шунта (измерительного резистора), выполненного в виде печатного проводника на плате, через который проходит полный ток тягового электродвигателя (чуть левее центра платы на фото ниже):

Изменение мощности двигателя достигается изменением коэффициента заполнения ШИМ-сигнала (Широтно-Импульсного Модулированного сигнала), поступающего на затворы силовых полевых транзисторов IRFB33N15D через микросхему-драйвер IR2127S . Производителем этих силовых транзисторов и микросхем-драйверов к ним является фирма International Rectifier . Всего силовых транзисторов IRFB33N15Dтри штуки, включены они параллельно - для уменьшения падения напряжения на них и повышения КПД преобразователя.

Работает все это следующим образом. В тот момент, когда от микроконтроллера через драйвер IR2127S на затворы транзисторов IRFB33N15D поступает управляющий импульс, они открываются, и электродвигатель подключается к аккумуляторной батарее. Однако, поскольку сам двигатель обладает индуктивным сопротивлением, ток через него не может скачкообразно повысится до запредельных значений - он начинает "медленно" расти. Через некоторое время управляющий импульс от микроконтроллера исчезает и транзисторы закрываются. Однако, благодаря ЭДС самоиндукции, ток через двигатель при этом не прекращается скачкообразно - он находит себе путь через три параллельно включенных диода 10CTQ150 той же фирмы International Rectifier и "медленно" уменьшается. Поскольку управляющие импульсы от микроконтроллера идут достаточно часто (с частотой 32500 раз в сек), ток через мотор за время импульса или паузы между импульсами не успевает сколь-нибудь значительно измениться, и поддерживается на уровне некоторого среднего значения. Чем шире импульсы и уже паузы между ними - тем больший средний ток идет через двигатель, тем сильнее велосипед "рвется в путь". В свою очередь, ширина импульсов поддерживается программой микроконтроллера пропорциональной положению "ручки газа", но при этом программа также следит за тем, чтобы ток через двигатель (напряжение на токовом шунте) не превысил предельного значения (7А).

Питание микроконтроллера осуществляется от напряжения 5В, производимого из напряжения аккумуляторной батареи "зарядкой" от мобильного телефона Sony Ericsson K750i. В результате эксперимента выяснилось, что данная "зарядка" может работать в очень широком диапазоне входных напряжений - не только от сети 220В, но и начиная уже от 12В(!) постоянного тока и выше. В нашей же системе напряжение на аккумуляторах варьируется в диапазоне 70...120В, что вполне подходит для этой "зарядки".

Однако, в нашей схеме есть еще драйвер IR2127S, которому необходимо питание 12...16В. Это питание производится из напряжения 5В путем его утроения участком схемы в левом нижнем углу (см. схему). На затворы транзисторов IRLMS... подаются импульсы от микроконтроллера с частотой также 32.5кГц, но с постоянным заполнением 50% (меандр), которые вызывают переключения этих транзисторов и перезарядку конденсаторов правее.

Сам драйвер IR2127S состоит из двух частей - низковольтной (левые по схеме выводы) и высоковольтной (правые по схеме выводы). Высоковольтная часть нуждается в отдельном источнике питания, не связанном с источником питания низковольтной части. Такой источник питания выполнен в виде готового модульного DC-DC преобразователя с гальванической развязкой P6AU-1215ELF .

Кроме того, драйвер IR2127S несет в себе также защитные функции - он следит за мгновенным током через силовые транзисторы IRFB33N15D, и в случае его повышения до аварийных значений (гораздо больше, чем 7А) (например, при коротком замыкании в двигателе) немедленно отключит силовые транзисторы, предотвращая повреждение схемы.

Еще на один вход АЦП микроконтроллера подается напряжение с аккумуляторной батареи. В программе микроконтроллера предусмотрены пять порогов напряжения на батарее, начиная от "батарея полностью заряжена" и заканчивая "батарея совсем разряжена". Эти состояния индицируются с помощью двух светодиодов красного и зеленого цвета. Когда напряжение на аккумуляторах уменьшается до 72В (9В на аккумулятор), микроконтроллер переходит к состоянию "батарея совсем разряжена", и управляющий сигнал на затворы силовых транзисторов больше не подается - мощность на двигатель не передается - дальше придется ехать на педалях.

Конструктивно электронный блок смонтирован на двух печатных платах - силовой и слаботочной:

Платы размещены в полугерметичном пластмассовом корпусе, силовые транзисторы и диоды выведены на радиатор снизу корпуса. При последующих "домашних" испытаниях, а затем и при длительных поездках на полном "газе", сколь-нибудь заметный нагрев этого радиатора (на ощупь) отмечен не был - возможно, что можно было обойтись и без него.

Посмотреть о том, как пользоваться полученным электровелосипедом, можно на видеоролике ниже:

Как раз в дни написания этой статьи, мне посчастливилось найти еще одну стиральную машинку, на этот раз " ElectroLux ". При ее разборке выяснилось, что мотор в ней рассчитан на большую мощность, чем использован на электровелосипеде, а значит имеет меньшее внутреннее сопротивление - меньшие потери. А значит такой мотор позволит ехать либо быстрее, либо дальше. В результате, мотор на электровелосипеде был заменен на вновь найденный. Поскольку у "нового" двигателя вал был длиннее, пришлось установить его со смещением с небольшой доработкой системы крепления:

Уже с этим "новым" мотором были произведены испытания на дальность поездки и на максимальную скорость.

Испытания на дальность поездки на одной зарядке аккумуляторов проводились в два этапа.

1. Почти равномерное движение на небольшой скорости. Условия: дорога по большей части - грунтовая, местами асфальт, движение происходило по кольцу (по кругу). Длина круга - примерно 2км. Дорога в целом почти горизонтальная, однако местами были небольшие спуски и подъемы. При движении производилось вращение педалей без приложения особых усилий. Соотношение передач (имеется ввиду положение цепи на звездочках) - максимальное - 3 на передней звездочке и 7 на задней. На участках подъема усилие на педали прикладывалось более ощутимое - в помощь двигателю. Положение "ручки газа" - примерно по середине, и за время испытания не менялось (было постоянным). Средняя скорость движения - примерно 17км/ч. Вес наездника с учетом одежды (мой вес) - около 100кг. В этих условиях одной зарядки аккумуляторов хватило примерно на 25км .

2. Движение на повышенных скоростях в реальной обстановке. Условия: дорога по большей части - асфальтированная, но асфальт имеет многочисленные трещины и разломы, местами дорога грунтовая. Имеются достаточно частые небольшие спуски и подъемы. При движении производилось вращение педалей с приложением средних усилий. Соотношение передач - максимальное - 3 на передней звездочке и 7 на задней. Положение "ручки газа" - изменялось от примерно среднего до максимального, в зависимости от ситуации на дороге, производились многочисленные ускорения на "полном газе", а также продолжительные движения на "полном газе". Средняя скорость движения - примерно 25...30км/ч. Вес наездника с учетом одежды (мой вес) - около 100кг. В этих условиях одной зарядки аккумуляторов хватило примерно на 17км .

Испытания на максимальную скорость проводились при следующих условиях: скорость измерялась с помощью GPS-навигатора. Дорога асфальтированная, ровная, горизонтальная. Аккумуляторы "свежие", вращение педалей не производилось, "ручка газа" в положении "полный газ", вес наездника с учетом одежды (мой вес) - около 100кг . В этих условиях скорость установившегося движения составила 30км/ч . При продолжительном движении в горку с небольшим уклоном, при равных прочих, скорость падает до 25км/ч.

Здесь следует отметить, что применяемый электродвигатель - коллекторный, и соединен по схеме с последовательным возбуждением. При такой схеме максимальный крутящий момент двигатель развивает в тот момент, когда он остановлен (т. е. на старте). По мере разгона крутящий момент быстро снижается, а при дальнейшем увеличении скорости стремиться к нулю. Однако, какого-либо сопротивления движению такой двигатель не оказывает, сколь бы не была велика скорость его вращения (конечно, не принимая во внимание трение в подшипниках и на щетках коллектора) (в отличие от трехфазных моторов с электронным контроллером - что стоят в заводских мотор-колесах для электровелосипедов - у них есть некоторая предельная скорость вращения, при которой они переходят в генераторный режим и препятствуют дальнейшему наращиванию скорости). Поэтому, в нашем случае, при дополнительном вращении педалей удается достичь значительно бОльших скоростей, чем только на электротяге. Так, при тех же условиях, что и в испытаниях на максимальную скорость, но с приложением максимальных усилий на педали, с цепным механизмом, установленным на максимальную передачу 3/7 - удалось достичь скорости 42км/ч.

Спасибо за то, что посетили эту страницу!

Электровелосипед можно получить из обычного велосипеда, установив на него 5 дополнительных компонентов: 1) двигатель 2)цепь, соединяющую двигатель с колесами или педалями 3) батареи 4) дроссель 5) контроллер двигателя (мозг, который регулирует, сколько энергии из аккумулятора нужно двигателю, в зависимости от положения дроссельной заслонки). Самая сложная часть – это покупка деталей, которые будут хорошо работать вместе. Электровелосипед без свободного хода с приводом на нижнем кронштейне – самый дешевый вариант электровелосипеда, и именно его мы и будем собирать в этой статье.

Шаги

Для переделки вы должны найти велосипед в хорошем рабочем состоянии. Убедитесь, что он удобный, и на нем стоят хорошие тормоза. Любые неполадки с велосипедом усугубятся, как только вы добавите 18 килограммов электрических компонентов и дополнительную мощность, которая будет приводить их в движение. Кроме того, велосипед (по-простому, байк) станет хуже тормозить, а езда на нем станет жестче. Велосипеды с двойной подвеской из супермаркета вполне сгодятся, но мы рекомендуем заменить их внедорожные покрышки низкого давления на обычные дорожные шины с высоким давлением (давление в 4 бара вместо 2 дает огромную разницу; это более дешевый способ увеличить запаса хода, чем покупка большего числа батарей). Для сборки электровелосипеда вам нужен байк с достаточным пространством в треугольнике между ног велосипедиста.

Если у вашего велосипеда на шатуне нет звездочек скоростей (шатун – та часть, которую вы крутите ногами), найдите такой, на котором они есть. Как вариант, вы можете купить переключатель и звездочки отдельно и поставить их на ваш велосипед, на котором нет скоростей.

Приобретите заднюю корзину для велосипеда. Туда вы поместите ваши аккумуляторы. Хотите чуть больше дополнительного места для груза? Вы можете использовать U-образные болты и какой-нибудь дешевый пластик, например прямоугольные урны из супермаркета IKEA. Просто прикрепите их к боковой стороне корзины с помощью U-образных болтов.

Найдите аккумуляторы. Прежде чем начать покупать другие запчасти, вы должны знать, какое напряжение выдают ваши аккумуляторы. Самое распространенное напряжение для электровелосипедов – 24 вольта или 36 вольт. Вы можете поднять этот показатель, но детали будут стоить дороже, и найти их будет труднее. Проще всего купить дешевые свинцово-кислотные аккумуляторы, которые часто используются в источниках бесперебойного питания (ИБП). В таких аккумуляторах используется напряжение в 12 вольт, и они выдают от 7 до 12 ампер-час (А*ч) мощности. Автомобильные аккумуляторы не подойдут! Во-первых, если такой аккумулятор перевернется, из него может вытечь кислота. Кроме того, они рассчитаны для сильных нагрузок в течение нескольких секунд, а не для слабой нагрузки в течение длительного времени, поэтому прослужат они недолго.

Вам потребуется минимум 1 ампер-час на 1,5 км в 36-и вольтовой системе и провода, чтобы подключить все это. Несколько аккумуляторов можно соединить вместе "последовательно", чтобы получить более высокое напряжение в системе, или "параллельно", чтобы получить больше ампер-часов. На сайте electrovelik.com вы можете приобрести аккумулятор на 12В и 7 ампер-часов. Чтобы соединить аккумуляторы вместе, купите плетеный медный кабель. Провода с твердой сердцевиной (используемые для бытовой электропроводки) не выдержат вибрации, создаваемой движущимся велосипедом.

Найдите зарядное устройство для вашего аккумулятора на 24В или 36В. Скорее всего, вы можете приобрести его там же, где вы купили остальные детали. С другой стороны, автомобильное зарядное устройство подойдет для свинцово-кислотных аккумуляторов, но вы должны будете заряжать каждый аккумулятор отдельно.

Покупайте двигатель с велосипедной звездочкой на выходном валу. Большинство двигателей или не оснащены звездочкой, или же оснащены звездочкой, которая подходит под цепь №25 (шаг и ширина равны 6,25 мм) или №35 (с шагом 9,525 мм и шириной 4,7625 мм), которые используются на картах и скутерах. Используя велосипедную цепь, вы значительно облегчите себе жизнь. Вы можете купить двигатель Unite MY1018 250-350 Ватт в некоторых онлайн-магазинах для скутеров.

Купите контроллер YK42. Поищите его в онлайн-магазинах СНГ или на иностранных сайтах (например, на tncscooters.com).

Купите дроссель на "эффекте Холла" там же, где вы купили контроллер. Если вы купили дроссель и контроллер в одном месте, скорее всего, разъемы будут соответствовать. Если вы сомневаетесь, спросите в магазине. Иногда коннекторы приходится отдельно покупать.

Купите клеммы для аккумуляторов, которые также будут подходить к контроллеру. Обычно сделать это непросто, так что резервным решением, будет покупка подходящих клемм с сайта Alibaba.com (введите в поисковую строчку “connectors for batteries”) , удаление разъемов, которые поставляются вместе с контроллером, и замена их на те, которые вы купили.

Найдите стальную пластинку толщиной 3 мм или алюминиевую толщиной 6 мм. Алюминий дороже, но он легче и с ним намного проще работать, чем со сталью. Размеры будут варьироваться в зависимости от размера треугольника вашего велосипеда.

Купите три больших хомута на винтах, которые можно присоединить к раме велосипеда. В строительном супермаркете они обычно называются "хомут для крепления труб". Диаметр рамы везде разный, так что заранее измерьте ее.

Закажите односкоростную трехмиллиметровую цепь или шлифовальный инструмент и двухмиллиметровую цепь для велосипеда на несколько скоростей.

Купите разъемное звено для цепи (двухмиллиметровой или трехмиллиметровой).

Закажите несколько небольших шайб и, возможно, запасные болты для двигателя (нужно 3 болта, чтобы закрепить его на металлической пластине; если вы используете алюминий, длины болта может не хватить, потому что алюминиевая пластинка слишком толстая).

Дождитесь доставки.

Когда прибудут все детали, соберите все вместе. Подключите дроссель к контроллеру, потом двигатель к контроллеру, потом соедините вместе все аккумуляторы, а затем подключите аккумуляторы к контроллеру.

Последовательное подключение аккумуляторов (напряжение от аккумуляторов суммируется; в качестве примера давайте использовать 12-вольтовые батареи): соедините положительный контакт от одного аккумулятора с отрицательным контактом другого аккумулятора. Отрицательный контакт одного аккумулятора и положительный контакт от другого дают вместе 24В!

Параллельное подключение аккумуляторов (их емкость суммируется; в качестве примера используем 12В аккумуляторы на 7 Ампер-часов): соедините положительные и отрицательные контакты вместе. Положительный и отрицательный контакт выдают 12В, но комбинированный аккумулятор дает вам 14 А*ч!

Будьте осторожны во время подключения аккумуляторов. Никогда не собирайте замкнутую цепь с одними только аккумуляторами (всегда должно быть два незакрепленных провода!), потому что они быстро разрядятся, расплавят провода, вытекут, обжигая пальцы, и, возможно, вызовут пожар!

Поверните дроссель. Двигатель должен заработать. Если он не заработал, еще раз проверьте все соединения. Будьте терпеливы, – неверный шаг при сборке может дорого обойтись при использовании.

После того, как все заработало, запишите все на бумаге! !! На следующее утро вы можете забыть.

Хорошо, пришло время начать сборку. Идея в том, чтобы установить двигатель MY1018 в треугольнике рамы велосипеда и соединить цепью двигатель и звездочку на шатуне. Какую звездочку? Выбор зависит от того, на какой передаче цепь будет ровнее.

Протестируйте все, удерживая двигатель на месте и надев цепь на звездочку и двигатель. Разъемное звено используется для соединения двух концов цепи, но его можно ставить лишь с интервалом в одно звено, поэтому убедитесь, что двигатель был установлен правильно. Цепь должна сидеть плотно, но не туго. Если цепь натянута слишком слабо, то, как правило, она будет слетать при активном разгоне или подъеме в гору.

Если все работает хорошо, возьмите металлическую пластину и приложите к треугольнику рамы и мотору. Возьмите маркер и отметьте места, где пластину нужно будет обрезать, чтобы ее можно было установить на велосипед. Двигатель будет прикреплен к пластине болтами, а сама пластина должна быть прикреплена к раме велосипеда в 3 точках – если точек будет меньше, она будет плохо держаться на месте.

Возьмите электролобзик по металлу и начинайте резать. Шлифовальный инструмент поможет вам зачистить поверхность. Ручной лобзик тоже подойдет, особенно для алюминия, однако у вас уйдет больше времени.

Проверьте все снова. Вероятно, вам придется еще несколько раз пройтись шлифовальным инструментом.

Если вы все сделали правильно, пришло время просверлить отверстия для двигателя в пластине. С одного раза довольно трудно правильно сделать все 3 отверстия, поэтому просто попытайтесь сделать правильно два, а затем закрепите двигатель, и просверлите 3 отверстие, чтобы все сошлось. Возможно, вам снова потребуется шлифовальный инструмент.

Теперь установите пластину с двигателем на раму. Помните те три точки, которые соприкасались с рамой? Теперь вам нужно просверлить или вырезать отверстия в этих трех точках так, чтобы вы смогли прикрепить пластину к раме с помощью хомутов. Электродрель с отрезным кругом очень хорошо подойдет. Обычная дрель тоже сработает, но вам придется сделать много отверстий на одной линии.

После того, как вы установили все на свои места, накиньте цепь на двигатель и звездочку. Чтобы укоротить цепь используйте цепной пресс (дешевые инструменты, которые выдержат 2-3 использования, можно найти в любом веломагазине). Вы так же можете воспользоваться гвоздем, молотком или тисками.

Теперь у вас есть велосипед с двигателем, установленным в треугольнике рамы и соединенный с педалями. Вы больше не можете переключать передачи на передней звездочке, потому что тогда две цепи будут сталкиваться, поэтому, отрегулируйте переключатель так, чтобы этого не происходило (или просто заклейте его клейкой лентой). После того как вы настроили «механику», пришло время тест-драйва, чтобы убедиться, что все правильно работает, и цепь не слетает.

Прикрепите контроллер либо к корзине для аккумуляторов либо к раме. Пластиковые стяжки (штрапсы) идеально подойдут для этого.

Установите дроссель. Самой трудной задачей при монтаже дросселя является демонтаж оригинальных рукояток. Вот простой способ, как это сделать. Найдите что-нибудь тонкое и твердое – спица от старого велосипеда или вешалка идеально подойдут – вставьте его между рукояткой и рулем, потом налейте туда смесь воды и средства для мытья посуды 50/50. Когда смесь распространится под рукояткой, она начнет легко проворачиваться, и снять ее будет легче.

Первым «комом» была попытка собрать байк на основе киловаттного мотор-колеса MagicPie со встроенным контроллером, купленного в комплекте с батареей 10 А*ч для установки на багажник. Собрать аппарат удалось, однако радость от нового велосипеда, разгонявшегося до невиданных 42 км/ч, была недолгой - багажник под весом батареи прожил ровно три дня, сломавшись на разбитых самарских дорогах. Управляемость и развесовка при таком расположении батареи также не сильно радовали. Тяжело приходилось и заднему колесу, которое и без того прибавило в весе - на скорости в очередной яме можно было легко пробить камеру или даже погнуть задний обод.

Поэтому при следующей доработке батарея с помощью самодельных креплений перекочевала на нижнюю трубу велосипеда. В результате развесовка получилась лучше, но выглядела конструкция страшно и неприлично. Для описания подобных творений очумелых ручек у отечественный байкостроителей появился даже устоявшийся термин - «шахид-дизайн» .

На байке с более правильной развесовкой можно было уже довольно комфортно ездить, но стало понятно, что стандартной батареи 500 Вт*ч (50 В, 10 А*ч) для велосипеда мощности выше среднего хватает ненадолго - на электричестве можно доехать из пункта А в пункт Б, а обратно уже только на педалях. В итоге была куплена большая батарея 1000 Вт*ч (50 В, 20 А*ч), которая в передний треугольник рамы вроде бы влезала, но закрепить её пришлось изолентой;) Выглядело всё это вот так:

У получившегося монстра из-за ширины батареи даже не вращались педали.

Понятно, что оставлять это так было нельзя.

Нужно было что-то придумать с батареей - изменить её пространственную компоновку, чтобы за неё не задевали педали, и разобраться с её креплением, изготовив надёжный батарейный бокс. Для выполнения этой задачи после долгих поисков и отсеивания кандидатов был привлечён Александр Костюк - знакомый по велоклубу «ВелоСамара», который также глубоко проникся идеей проектирования электровелосипеда. Имея за плечами многолетний опыт конструирования и постройки различных прототипов всего что только движется, он взялся за задачу построения бокса. Решено было сделать его из листа АМг (сплав алюминия с магнием) толщиной 2.5 мм, соединив алюминиевыми уголками. Окраска бокса - порошковая. Также на велосипед был установлен ваттметр Cycle Analyst, позволяющий измерять кучу показателей, включая расход энергии в ватт-часах на километр. С таким прибором можно было больше не переживать, что батарея неожиданно разрядится в самый неподходящий момент - каждый потраченный ампер-час или ватт-час на счету. В итоге получился вот такой байк:

На таком аппарате с ёмкой, удобно и надёжно закреплённой батареей уже можно было спокойно кататься по городу без опасения, что что-нибудь отвалится в самый неподходящий момент. Да и выглядел велосипед уже поприличнее. Готов был байк аккурат под зиму 2012-2013 и отлично показал себя в зимних условиях, включая езду и в снегопады, и в метель и в морозы минус 35 градусов.

Только вперёд!

После успешного завершения постройки первого аппарата, возникла идея продолжить конструировать электробайки совместно с Сашей. У меня было некое видение того, что хочется, а у Саши - огромный конструкторский опыт.
Мы решили не останавливаться на достигнутом ещё и потому, что на российском рынке на тот момент просто не было электровелосипедов (да и сейчас нет), на которых нам самим хотелось бы ездить. Ниша достаточно мощных (сопоставимых по скорости и динамике со скутером или мотоциклом) и при этом лёгких и адекватных по цене электровелосипедов была совершенно пуста. А маломощные велосипеды меня и Сашу совершенно не интересовали, ведь нам, активным и молодым, хотелось кататься «с ветерком», чтобы байк при этом имел приличный пробег и надёжную конструкцию для езды по суровым российским дорогам и бездорожью.

Решено было создать универсальный электрокомплект, позволяющий превратить любой современный горный велосипед в электро. Горные велосипеды были выбраны в качестве базы не случайно - они очень популярны в России (количественно составляют основной класс велосипедов для взрослых), универсальны (позволяют ездить как по городу, так и по бездорожью) и надёжны. Также немаловажно, что детали и узлы горных велосипедов стандартизованы, что позволяет также стандартизовать электрокомплект.

Предстояло подобрать адекватные комплектующие для байка и решить ещё целый ряд инженерных задач:

• Подобрать мотор, способный выдавать большую мощность и момент, при этом лёгкий.
• Собрать компактную и лёгкую батарею достаточной ёмкости, способную держать большие токи.
• Укрепить дропауты заднего колеса, чтобы в них не проворачивалась ось высокомоментного двигателя.
• Разработать датчики срабатывания для гидравлических тормозов (серийные гидротормоза с датчиками только начинают появляться в продаже и имеют свои недостатки), ведь автоматическое отключение мотора при нажатии тормозов - одно из базовых стандартных требований для электробайков. А механические тормоза уже не подходят по характеристикам для безопасного торможения на тех скоростях, что мы намеревались достичь.
• Продумать решения для питания передней фары и заднего фонаря (с сигналом) от бортового напряжения электровелосипеда, предусмотрев встроенный преобразователь постоянного тока.
• Определиться с подходящими разъёмами (желательно герметичными), велокомпьютерами-ваттметрами, светотехникой и многим другим.

Но самое главное - необходимо было разработать универсальный бокс для батареи и контроллера для быстрого превращения обычного серийного велосипеда в электро. Собранная ранее металлическая коробка на эту роль не подходила, поскольку требовала слишком больших трудозатрат в изготовлении и была заточена по форме и размерам только под конкретную раму.

Итоговое решение должно было быть простым в монтаже, технологичным и дешёвым в изготовлении.

Вот один из первых этапов на этом пути, бокс построенный весной 2013 года:

Вот ещё один из промежуточных этапов:

Что получилось?

В результате года работы и экспериментов были разработаны по-настоящему универсальные и гораздо более эстетичные коробки, электрокомплекты и велосипеды на их базе:

Характеристики этих аппаратов:

• скорость - до 63 км/ч;
• мощность - до 2.5 кВт;
• ёмкость батареи - до 1 кВт*ч;
• дальность пробега - 40 км на максимальной скорости (63 км/ч) и до 100 км в режиме «эконом» (30 км/ч).

Вот видео передвижения мощного электровелосипеда в «городских джунглях»:

В условиях пересечённой местности байк тоже не пасует:

Ещё видео

Велосипед или мотоцикл?

Байки на базе созданного электрокомплекта получились действительно очень резвые, способные полноценно двигаться в городском потоке на скорости 60 км/ч. По новым правилам, регламентирующим мощность и скорость электробайков, они формально не относятся ни к велосипедам (чья мощность на электротяге ограничена 250 Вт и 25 км/ч), ни даже к мопедам (чья конструктивная скорость не должна превышать 50 км/ч), а относятся к классу мотоциклов. Притом что внешний вид этого байка не вызывает особых подозрений - обычный с виду велосипед c коробкой внутри рамы. Да и вес аппарата не сильно увеличился, мощный электрокомплект добавляет всего 14 кг к велосипеду, в результате вес готового байка получается в районе 26 кг. Такой аппарат взрослому мужчине вполне по силам поднимать по лестнице, переносить через препятствия.

Так что получился функционально вполне себе мопед, но в велосипедной оболочке. В результате можно пользоваться преимуществом обоих видов транспорта: велосипеду у нас везде «зелёный свет» (пешеходные зоны, тротуары, наземные и подземные переходы, переходные эстакады, парки, тропинки да и просто бездорожье), при этом на дороге доступна скорость и динамика мопеда / скутера (при большей, чем у любого скутера или мотоцикла маневренности), что делает мощный электровелосипед в условиях реального трафика самым быстрым наземным городским транспортом.

И хотя мощность наших стандартных электрокомплектов и без того сравнима с мопедом, в качестве спортивного интереса и эксперимента (весьма не дешёвого, как оказалось после подсчёта стоимости всех комплектующих), были собраны тяжёлые и мощные электровелосипеды на базе специализированных пространственных рам от Qulbix:

И украинской «рамы Чоботара»:

Эти 6-10-киловаттные монстры способны развивать скорость уже до 90 км/ч, имея при этом динамику лёгкого мотоцикла. А при открытии полного газа с места привстают «на козла». Батарея 3 кВт*ч позволяет проехать 120 км на скорости 40 км/ч или 40 км на скорости 90 км/ч, благодаря чему можно использовать такой байк в качестве дальнобойного загородного транспорта и для езды по трассе.

Что дальше?

Конструкция электрокомплектов и электровелосипедов Electron Bikes продолжает постоянно улучшаться. Уже скоро будут готовы к промышленному серийному выпуску две модели велосипеда:

«Стандарт» (на базе обычной велосипедной рамы): мощность 2.2 кВт, ёмкость батареи 1 кВт*ч, скорость до 63 км/ч;

Электрочопперы (без педалей) «Электро-классик»: мощность 6 кВт, скорость до 85 км/ч, ёмкость двух съёмных батарей до 3 кВт*ч;

И «Электро-боббер».

.

Последний также оборудован уникальной параллелограммной вилкой из титана, выпущенной ограниченным тиражом.

Немного об устройстве электровелосипеда

Под конец немного об устройстве и компонентах электровелосипеда, а также о технических сложностях, стоящих на пути создателей мощного байка.

Основные электрические компоненты электровелосипеда

“Сердцем” или мускулами электровелосипеда является электромотор (подробнее о моторах и их типах ниже). В современных электровелосипедах используются бесколлекторные синхронные двигатели постоянного тока (Brushless Direct Current Motor или BLDC), позволяющие эффективно работать в широком диапазоне оборотов с высоким моментом. Изредка используются асинхронные моторы, в качестве центральных. (Про “Двигатели Шкондина”, про которые так много шуму в интернете, можно выпустить отдельный разоблачающий материал;).

“Мозг” же электробайка - контроллер . Контроллер управляет электродвигателем, подавая в нужный момент питание на его обмотки в зависимости от требуемой скорости вращения и мощности. Контроллер также управляет всей всей “логикой” велосипеда: на входе получая сигналы от положении ручки газа, переключателей режимов работы (можно, например, в разных режимах ограничивать скорость, мощность или даже включать задний ход), кнопки круиз-контроля (очень помогает при езде в загородном режиме), сигналы с датчиков тормозов (т.к. нужно выключать питание мотора при нажатии ручки тормоза или даже включать рекуперативное торможение двигателем, если оно поддерживается) и т.п.

Энергия для питания сердца и мозга электробайка запасается в аккумуляторной батарее . Обычное напряжение батарей электровелосипедов - от 36 В до 48 В. Скоростные аппараты могут комплектоваться высоковольтными батареями (до 100 В).
В настоящее время в подавляющем большинстве электровелосипедов используются литиевые батареи (подробнее об их типах ниже), имеющие наилучшую энергоёмкость. Тяжёлые свинцовые батареи применяются лишь на самых дешёвых аппаратах.
Батарея состоит из отдельных аккумуляторных ячеек, соединённых последовательно / параллельно.

У батареи также есть свой “мозг” - это система управления батареей (Battery Management System или BMS ). Защищает батарею от перезаряда, переразряда, превышения допустимого тока, а также балансирует отдельные ячейки батареи, чтобы они разряжались равномерно.

Для отображения всей необходимой информации и точного “подсчёта калорий” необходим ваттметр , позволяющий точно сказать, сколько энергии потрачено и сколько ещё осталось. Специализированный ваттметр сочетает в себе функции велокомпьютера, считая также скорость, расстояние и производные показатели, такие как как энергопотребление на километр пути (Вт*ч / км).

Для питания низковольтных потребителей (фара, задний фонарь, гудок, повторотники) необходимо снижать бортовое напряжение до более низкого (5, 8 или 12 вольт). Для этого используются высокоэффективные преобразователи постоянного тока (DC-DC ).

Сложности переходного возраста

Задача создания мощного байка осложняется тем, что вся индустрия комплектующих для электровелосипедов в данное время рассчитана на маломощные аппараты. Класс мощных и скоростных электробайков, стоящих на полпути к мотоциклам, только формируется, поэтому создателям таких аппаратов на каждом шагу приходится что-то придумывать.

Батареи

Серийно выпускаемые батареи для электровелосипедов создаются, как правило, из элементов, не способных выдерживать большие токи. C-rating (отношение тока, которое способна выдавать батарея, к ёмкости батареи, выраженной в ампер-часах) серийных батарей, составленных, как правило, из литий-ионных ячеек, не более 1, в то время как под мощные велосипеды, которые мы создаём, требуются батареи с C-рейтингом минимум 2.5. То есть, например, при ёмкости 20 А*ч способные длительно выдавать ток 50 A. Что при 50-вольтовой батарее позволило бы выдавать мощность 2.5 кВт - интересующий нас минимум. В результате батареи приходится паять (а сейчас уже сваривать с помощью точечной сварки) самостоятельно из подходящих для этого элементов. Поиск и подбор подходящих по характеристикам элементов, их тестирование и отбраковка - также отдельная задача. Сейчас мы используем призматические элементы LiFePO4 и LiNiCo, позволяющие создать энергоёмкие и компактные батареи.

Основные типы литиевых аккумуляторных элементов

• LiFePO4 (литий-железо-фосфатные). Могут эксплуатироваться на морозе до -30 градусов, доступен быстрый заряд за 45 мин, имеют самое большое число циклов заряда-разряда (1500-2000), позволяют отдавать большую мощность, пожаробезопасны, не горючи. Однако, имеют вдвое более низкую удельную ёмкость, чем у литий-ионных аккумуляторов (т.е. в 2 раза выше вес при той же ёмкости), относительно дороги (но удельная цена эксплуатации самая низкая из за большого числа циклов).
• Используются нами в качестве основного решения в комплектах для велосипедов-хардтейлов, однако из за своих габаритов не подходят для установки в передний треугольник рамы велосипедов-двухповесов, где очень мало свободного места.
• Li-Ion (литий-ионные). Классические литиевые батареи, используемые в основном для питания электроники. Они наиболее легкие и ёмкие, наиболее дешёвые, имеют максимальную на сегодняшний день удельную емкость (Вт*ч/кг). Однако, имеют узкий температурный диапазон эксплуатации (от 0 до +40 градусов Цельсия), небольшое число циклов заряда-разряда (300-400), не позволяют отдавать большие токи. Эти батареи наиболее часто используются в маломощных электровелосипедах, но для мощных аппаратов они малопригодны из за низкого C-rating.
• LiPo (литий-полимерные). Высокая энергоёмкость, почти такая же, как у элементов Li-Ion. Допускают высокие разрядные токи, высокий C-rating. Однако, как и Li-Ion имеют меньшее число циклов заряда-разряда (300-700) и узкий температурный диапазон: при эксплуатации ниже 0 выходят из строя, а на жаре, от короткого замыкания или механических повреждений могут воспламениться. Из за своей высокой пожароопасности на электровелосипедах применяются только бесстрашными энтузиастами.
• LiNiCo / LiNiCoMnO2 (литий-никель-кобальт). Имея преимущества LiPo (высокую энергоёмкость и способность выдавать большие токи), лишены их недостатков: имеют более широкий температурный диапазон, и, главное пожаробезопасны. В результате своей компактности используются нами в электрокомплектах, предназначенных для установки на велосипеды-двухподвесы.

Моторы

Но самую большую проблему в задаче создания мощного и лёгкого электровелосипеда представляют собой моторы.
Серийные моторы либо слишком маломощные, либо тяжёлые, либо имеют низкий КПД, либо перегреваются, либо всё вместе сразу;)

Моторы, применяемые для электровелосипедов, можно разделить на три класса, у каждого из которых есть свои недостатки применительно к мощным электробайкам.

Безредукторные мотор-колёса (direct-drive)

Усилие магнитного поля передается сразу на колесо, потому и зовутся direct drive (прямой привод).
Неприхотливы, надёжны, так как в них нет никаких изнашивающихся элементов, кроме подшипников. Допускают использование в качестве электрического тормоза для рекуперативного торможения. Но имеют два больших недостатка.

Первый - большой вес. Например, мотор номинированный на 2.5 kW будет весить в среднем от 7 кг, а мотор на 6 kW целых 12 кг. Это сильно сказывается на весе готового велосипеда. Кроме того, размещение тяжёлого мотора в заднем колесе смещает назад центр тяжести (велосипед становится неудобно носить, совершать на нём трюки / прыгать), а также увеличивает “неподрессоренную массу” колеса, что в худшую сторону сказывается на его живучести, повышая требования к прочности обода, толщине спиц. В связи с этим колёса с тяжёлыми директ-драйвами часто спицуются в мото-обод, т.к. подобрать велосипедные обода нужной прочности сложно.

Второй недостаток - низкий КПД при езде на низких оборотах. Например, при езде в горку, по грязи, песку или бездорожью, где разогнаться не получается, такой мотор будет сильно перегреваться. Например, при езде в горку 20% сферический мотор direct drive на 6 кВт будет работать примерно на 20% своего КПД, а 80% будет уходить в тепло. В таком режиме мощный мотор-колесо может перегреться и сгореть за пару минут, если его вовремя не отключить (обычно реализуют автоматическое отключение мотора по сигналу с термодатчика). Что неудивительно: при слабом теплоотводе в замкнутом пространстве мотора и работе в режиме низкого КПД обмотки нагреваются со скоростью мощного электрического чайника (4.8 кВт в нагрев в нашем примере с 6 кВт мотором). Впрочем, чтобы “чайник” нагревался медленнее, в него можно «налить воды» - отдельные энтузиасты решают проблему с помощью водяного охлаждения .

Редукторные (geared) мотор-колёса

Содержат встроенный планетарный редуктор, обычно имеющий передаточное число 5:1. Имеют меньший вес при той же мощности, больший КПД “на низах” по сравнению с безредукторными моторами. Однако, механически менее надёжны (больше движущихся механический частей) и не поддерживают рекуперативное торможение. Но, главное, серийно не выпускаются для мощностей больше 1000 Вт.

Центральные моторы (middrive)

Миддрайвы, как следует из их названия - это внешний привод с высокооборотистым электромотором, устанавливаемый как правило в районе кареточного узла, передающий усилие через систему цепей, шестерен или ремней. Позволяют добиться наилучшего соотношения мощность-вес (чем выше обороты электромотора, тем более лёгким его можно сделать при той же мощности). Например, авиамодельные двигатели при мощности 6 кВт могут весить лишь чуть более килограмма:


Для сравнения, мотор-колёса direct-drive той же номинальной мощности (Cromotor, Crystalite, Quanshun) весят 12 (!) кг. Также расположение мотора ближе к центральной части велосипеда даёт более правильную развесовку, позволяя использовать такие велосипеды в том числе для прыжков и трюков. Могут работать в оптимальных режимах даже на крутых склонах и глубокой грязи.

Однако, мощность серийных центральных моторов для электровелосипедов обычно ограничивается 500 Вт. Наиболее мощное решение, доступное на данный момент - набор от Cyclone на 1500 Вт:

Более мощные решения на базе центральных моторов собираются энтузиастами самостоятельно, серийных готовых предложений нет. При у создателей таких мощных байков этом возникает ряд технических задач.

Редукция . Для высокооборотисных моторов для снижения оборотов (с нескольких тысяч до 500-700) необходимо применять редуктор (готовых специализированных редукторов нет, каждый изобретает сам) либо цепную / ременную передачу с высоким передаточным отношением (изготавливая самостоятельно звёзды нужного диаметра).
UPD: Впрочем, решения начинают появляться .
Передача . Для высокомощных двигателей стандартная цепь от многоскоростных горных велосипедов не подходит - она попросту порвётся или будет изнашиваться очень быстро. Необходимо использовать широкую прочную цепь для односкоростных велосипедов BMX, цепь от мопеда или минибайка или высокопрочный ремень. А это часто ведёт к необходимости изготовления нестандартных шестерёнок, втулок и обгонной муфты.

Охлаждение . Компактные высокооборотистые моторы (часто в качестве миддрайвов применяют авиамодельные двигатели, рассчитанные на эксплуатации в условиях очень интенсивного обдува воздухом), при использовании на электровелосипедах требуют отдельного подхода к охлаждению: принудительного обдува, установки радиатора, обработки обмоток теплопроводным составом для лучшего отвода тепла и т.п.
Переключение скоростей . Если для передачи таки используется велосипедная цепь и стандартная велосипедная кассета для переключении передач, то при переключении под высокой нагрузкой кассета очень быстро придёт в негодность. Не сильно спасают положение и планетарные втулки, лишь некоторые из которых способны переключаться под нагрузкой. Более живучий вариант - вариаторные втулки NuVinchi, позволяющие плавно менять передаточное соотношение. Другая проблема - в городском цикле постоянное ручное переключение скоростей неудобно, нужно следить не только за ручкой газа, но и за ручкой переключения передач, что снижает простоту и удобство управления электровелосипедом. Выходом здесь могут являться автоматические планетарные / вариаторные втулки, появившиеся в последнее время. Тем не менее в мощных (от 2 кВт) велосипедах с центральным мотором от переключения передач часто отказываются, что упрощает конструкцию и управление, благо выскокооборотистый синхронный двигатель с редукцией позволяет выдавать высокий момент на любой скорости.

А ещё восокооборотистые двигатели, редукторы и цепные передачи шумят.

Тем не менее, благодаря своим преимуществам, центральные моторы имеют огромный потенциал и всё чаще будут использоваться в мощных электровелосипедах по мере появления готовых узлов и решений. Пока, тем не менее, мощные миддрайвы остаются уделом отдельных энтузиастов или фирм, создающих индивидуальные решения под себя .

Вело-компоненты

Велосипедные компоненты для заряженного байка также испытывают повышенные нагрузки и требуют внимательного подбора.

Прочные колёса

Для мотор-колёс нужен усиленный обод (обычный может смяться от увеличенной нагрузки на колесо, высокой скорости и “колдобин” на дорогах), более толстые спицы. Зачастую с тяжёлыми мотор-колёсами применяют мото-обод.

Мощные и износостойкие тормоза

Для оттормаживания тяжёлого велосипеда на высоких скоростях нужны хорошие гидравлические тормоза с увеличенным диаметром диска и большим ресурсом колодок.
Фактически специализированных тормозов для мощных электровелосипедов не существует или они только начинают появляться . Поэтому используются либо обычные тормоза, с трудом справляющиеся с нагрузкой и быстро изнашивающиеся, либо наиболее мощные тормоза для вело-даунхилла, которые очень дороги. Также можно использовать тормоза от минибайка, самостоятельно приспосабливая их к велосипедным стандартам (изготавливая переходники для крепления тормозной машинки, тормозного диска или даже сам тормозной диск).

Усиленные вилки

Велосипедные амортизаторы также испытывают повышенный износ при работе на больших скоростях при увеличенном весе аппарата. Для наиболее мощных и тяжёлых электровелосипедов единственным подходящим по прочности выбором являются двухкоронные вилки для даунхилла; однако, предназначенные для отработки очень больших неровностей, они слишком мягкие для езды по асфальту.

* * *

Таким образом, класс мощных электровелосипедов требует особого внимания к компонентам, многие из которых слишком дороги или требуют доработки. Специализированных компонентов для байков, стоящих посередине между велосипедом, мопедом и мотоциклом, либо не существует, либо они только начинают производиться. Это создаёт определённые сложности, но также и открывает простор для творчества.

Транспорт или развлечение?

Тем не менее, мы верим, что мощный электровелосипед - персональный транспорт будущего, который будет набирать популярность. Обладая всеми практическими достоинствами и скоростью скутера, он более универсальный и проходимый, маневренный, бесшумный, экологичный, дешёвый в эксплуатации. Электровелосипед можно хранить дома, для него не нужен гараж или охраняемая стоянка, как для мотоцикла или скутера, который опасно оставлять на ночь на улице.

Однако это не только практичный транспорт, это ещё и прекрасный способ проведения досуга: катание на скоростном бесшумном байке по пересечённой местности в режиме «эндуро» - нескончаемый источник адреналина. Также, в отличие от скутера или мотоцикла, который с наступлением холодов ставится в гараж, на электробайке