Мотор-колесо

Электродвигатели преобразуют электрическую энергию в механическую. Популярным типом электродвигателя для электровелосипедов и электросамокатов является мотор-колесо. В электровелосипедостроении оно постепенно вытесняется кареточными моторами, зато для электросамокатов – это пока лучший тип привода.

Мотор-колесо – это колесо с встроенными бесщеточным электродвигателем, колёсным редуктором (или без оного) и тормозным механизмом (иногда). В электровелосипедах и электросамокатах мотор-колесо получает электроэнергию от аккумуляторной батареи.

История

История велосипеда

Начнем издалека. С изобретения велосипеда. Писать мне об этом лень, поэтому ограничусь ссылкой на ролик (кому интересно, посмотрят).

Изобретение мотор-колеса

Автор концепции первого колесного двигателя – Веллингтон Адамс из Сент-Луиса. Патент США 300 827, 1884 год.

Веллингтон Адамс мотор-колесо патент
мотор-колесо патент Веллингтон Адамс

В 1890 году Эдвардом Паркхерстом из Воберна, штат Массачусетс, изобретен двигатель с высоким крутящим моментом и низким числом оборотов в минуту. Двигатель был встроен в колесо.

мотор-колесо Эдварда Паркхерста
мотор-колесо Эдварда Паркхерста

Преимущества мотор-колеса раскрыты в 1896 году в патенте француза Чарльза Терикома.

Фердинанд Порше с 1897 года в участвовал в разработке электрического мото-колеса (были мотор-колеса и на двигателях внутреннего сгорания, но это не наша тема). Опытный образец электромобиля получился удачным. Машина была компактной, быстрой — она могла передвигаться с неплохой для конца XIX века скоростью 40 километров в час, — но при этом тяжёлой. Значительную часть веса машины составляли ёмкие свинцовые аккумуляторные батареи. Их запас хода был невелик — от одной зарядки автомобиль мог проехать около часа. Самодвижущийся экипаж, получивший название Lohner-Porsche, имел два электромотора мощностью две с половиной лошадиных сил каждый. Механическая трансмиссия отсутствовала, а электромоторы располагались в ступицах передних колёс.

Lohner-Porsche
Lohner-Porsche

Машина не была чисто электромобилем, в ней стоял небольшой бензиновый двигатель, вращающий генератор. Генератор вырабатывал ток, который подзаряжал аккумулятор, а тот в свою очередь питал силовые электродвигатели. Таким образом это была первая демонстрация гибридной силовой установки, состоящей из двигателя внутреннего сгорания, аккумуляторов и электродвигателей. Это изобретение получило Гран-при Парижской всемирной выставки 1900 года. Фердинанд Порше считал этот проект до конца нереализованным. В последующие годы 300 Lohner Porsches были сделаны и проданы состоятельным покупателям.

Первые электровелосипеды с мотор-колесами

С 1890 сразу несколькими патентами была защищена конструкция электрического привода, устанавливаемого на велосипеде. Так, патент США 1895 года Огдена Болтона описывает электровелосипед с питанием от батареи с мотор-втулкой, установленной на заднем колесе. Не было никаких передач, и двигатель мог потреблять до 100 ампер (A) от 10-вольтовой батареи.

электровелосипед Огдена Болтона
электровелосипед Огдена Болтона

Два года спустя, в 1897 году, Осия У. Либби из Бостона изобрел электрический велосипед (патент США № 596272) приводимый в движение «двойным электродвигателем». В конце 1990-х годов эта модель была заново изобретена или имитирована и использована в электровелосипедах Giant Lafree.

электровелосипед Осия У Либби

В начале XX века история с использованием мотор-колес подзаглохла. Рост мощности бензинового двигателя превысил мощность мотор-колес, что компенсировало любые потери в трансмиссии. В результате автомобили перешли на бензиновые двигатели с трансмиссией.

В конце XX века с появлением относительно дешевых, емких и легких литий-ионных аккумуляторов мотор-колеса стали активно использоваться для электрификации велосипедов и мотоциклов.

Современный бесщеточный двигатель

В электровелосипедах и электросамокатах используются бесщеточные двигатели постоянного тока (BLDC). Они не используют щетки для изменения направления тока, протекающего к двигателю, как это делали старые электромоторы. Щетки делали двигатели менее эффективными и имели тенденцию со временем изнашиваться.

Как работает современный бесщеточный двигатель отлично проиллюстрировано в видеоролике:

Принцип работы бесщеточного двигателя постоянного тока

Классификация мотор-колес

Мотор-колеса бывают двух типов: редукторные (Geared Hub Motor) и прямого привода («директ-драйв», безредукторный, бесщеточный, ДД, DD, Direct-Drive Hub Motor).

Редукторное мотор-колесо

Английское название: Geared Hub Motor. У редукторного мотор-колеса присутствуют редуктор и встроенная обгонная муфта, из за которой при движении накатом и на педалях мотор не тормозит. Редуктор снижает высокую частоту вращения двигателя и увеличивает крутящий момент.

Редукторное мотор-колесо
Редукторное мотор-колесо

Мотор-колеса редукторного типа используемые для оснащения велосипедов и самокатов отличают небольшие размеры и вес, хорошие тяговые характеристики. Их мощность: 250–500 W, скорость до 30–50 км/ч.

Geared Hub Motors
Редукторное мотор-колесо в разборе

Директ-драйв

Английское название: Direct-Drive Hub Motor (DD). Русские названия различаются: директ-драйв, с прямым приводом, безредукторный, ДД. Моторы с прямым приводом – самые простые двигатели для электровелосипеда. В них не подвержено износу ничего, кроме подшипников. Вал двигателя является осью. Поскольку вал зафиксирован на месте, двигатель вращается вокруг вала вращая колесо и продвигая вас вперед.

мотор-колесо Golden Motor в разборе
Мотор-колесо с прямым приводом от компании Golden Motor в разборе.
Это оно в 3D такое симпатичное, в реале попроще, как на фотографии ниже.

Из за такой конструкции при движении накатом и на педалях ощущается противодействие мотора. Мотор-колеса прямого привода отличаются высокой надежностью, мощность: 500-1500 W и более. Вес от 5,3 кг.

Директ-драйвы используются для оснащения велосипедов и электромотоциклов, рассчитанных на скорость от 40 км/ч. По словам Лемира-Элмора из Grin Technologies, двигатели с прямым приводом, как правило, имеют больший диаметр, чем редукторные мотор-колеса, потому что это создает более высокий крутящий момент, что необходимо для обеспечения достаточной мощности на низких оборотах. Из-за скромных тягловых характеристик, для пересеченной местности эти мотор-колеса не подходят.

Direct-Drive Hub Motor директ-драйв мотор-колесо
Директ-драйв в разборе

Электротранспорт с прямым приводом может генерировать электрическую энергию во время торможения в процессе, называемом рекуперативным торможением. Но эффективность подзарядки аккумуляторной батареи посредством рекуперации столь мала, что этот эффект может иметь какое-то практическое применение только на спуске с Эвереста (если там когда-нибудь появится дорога).

Передние и задние мотор-колеса

По месту установки мотор-колеса бывают задние и передние (т.е. устанавливаемые на переднее или заднее колесо), отличаются размерами дропаута оси. Передние мотор-колеса проще в установке, подходят для электрификации велосипедов всевозможных типов, обеспечивают хорошую динамику и иллюзию полного привода, но могут пробуксовывать из-за более слабой нагруженности передней части электровелосипеда. Задние мотор-колеса обеспечивают хорошую тягу и лучшее сцепление дорогой.

Задние мотор-колеса обычно имеют на крышке выступ с резьбой для установки стандартной трещётки или кассеты, на передних этого нет. У трещетки и кассеты разные крепления, поэтому на это тоже надо обращать внимание при выборе мотора, обычно в мотор-колесах присутствует крепление под трещётку, крепление под кассеты встречается не так часто и должно быть специально указано в техническом описании электромотора (например: Bafang CST или QQ Cassete).

При желании электровелосипед можно делать полноприводным.

Заспицованные и незаспицованные

Мотор-колеса продаются уже заспицованные в обод колеса или незаспицованные (просто моторчик). Первый вариант проще в установке. Второй требует спицевания мотора в имеющийся у вас обод.

По мощности

Существует нескольку условная классификация по мощности: маломощные (250–350 W), средней мощности (500–750 W), мощные (1000 W и выше). От мощности зависит скорость электровелосипеда. Что бы уяснить зависимость скорости от мощности разных типов моторов воспользуйтесь симулятором.

По весу

Сверхлегкие: 1.4 кг (250-350 W), легкие: 2-3 кг (250-500 W), средние: 4-6 кг (500-1500 W), тяжёлые: 6-10 кг и больше (1000-3000 W и больше).

Тяговые и скоростные

Номинальный RPM указывает на то, скоростным является электромотор или тяговым. Также можно смотреть крутящий момент (Max. Torque). Измеряется в Nm. Чем больше Nm – тем более тяговый электромотор.

Не стоит заморачиваться изучением этой характеристики. На сайтах нормальных производителей обычно указано для каких транспортных средств мотор предназначен. А если не указано, можно спросить.

По типу крепления тормоза

Мотор-колеса Bafang отличаются по типу крепления тормоза: дисковый (буква “D” в конце названия мотора), роллерный (буква “R” в конце названия мотора) и вибрейк (“V”).

По диаметру оси

Диаметр оси у мотор-колеса может быть разный, у легких редукторных моторов – 12 мм (QQ, Bafang), у более тяжёлых редукторных и “директ-драйвов” – 14 мм (MAC), у некоторых даже 16 мм. Не смотря на разный размер оси практически все мотор-колеса предназначенные для установки на электровелосипед имеют “проточку” с двух сторон под стандартные велосипедные дропауты в 10 мм.

По ширине

Мотор-колеса производят, как для обычных велосипедов, так и для фэтбайков. Основные стандарты для обычных велосипедов: 90-93, 100-105, 135, 145 мм. Чаще 135 мм. Для фэтбайков: 175 мм и 190 мм. 

Под трещетку или кассету

Задние мотор-колеса выпускаются под трещетку и под кассету. В техническом описании мотора производители это указывают. Чем отличаются трещетка от кассеты можно посмотреть по ссылке.

Выбор мотор-колеса

Достаточно знать только одно: какой вам нужен электровелосипед? Городской, пригородный, туристический, грузовой или горный? Далее выбираете мотор соответствующего назначения из обзоров мотор-колес Bafang или мотор-колес MXUS. Если у вас нет денег на моторы известных производителей, то покупаете “ноунейм” или мотор малоизвестной китайской фирмы.

Если вы здравомыслящий человек и не собираетесь гонять на электовелосипеде со скоростью выше 25–30 км/ч, то вам подойдет редукторный мотор мощностью 250–350 W. Если же хочется летать с велика на скоростях 40–45 км/ч, выбирайте мотор от 500 W и защитную экипировку.

Людям мнительным, сомневающимся, испытывающим трудности в принятии решений, а также электровелодрочерам при выборе мотор-колеса рекомендуется воспользоваться симулятором.

Задавать вопросы на специализированных форумах довольно бессмысленно. Людям разбирающимся в электровелосипедах давно надоело бесплатно отвечать на бесконечно повторяющиеся и дурацкие с их точки зрения вопросы, поэтому вероятнее всего вы получите ответ от какого-то некомпетентного персонажа оттачивающего свои амбиции.

С выбором батареи для вашего мотор-колеса вам может помочь статья про аккумуляторные батареи.

Конечно же лучше покупать комплект: мотор-колесо + контроллер + провода + тормозные ручки с датчиками тормоза + дисплей с пультом управления. В этом случае вам не придется ломать голову над вопросами совместимости отдельных элементов системы.

Где купить?

Нет никакого смысла переплачивать, приобретая мотор-колесо или комплект (мотор+контроллер+ручка газа+дисплей+батарея) у российских продавцов. Исключением являются случаи, когда цена в России и Китае одинакова, или в России дешевле (с мотор-колесами малоизвестных производителей такое случается).
Обычно, наиболее выгодное предложение можно найти на Aliexpress, Alibaba или других китайских интернет-площадках. Но большую часть мотор-колес в розничной продаже найти не получится.

Некоторые интернет-магазины:

Eunorau
Zue Shuai
С and D
Greenergy
PowerSurround
YiYi Bike
Cooray Ebike

Дмитрий Константинов
2020

Добавить комментарий

error: Копирование материалов сайта запрещено.