Мотор-колесо (полный обзор)

мотор-колесо обзор

Что такое мотор-колесо? Кто изобрел? Чем различаются? Какое купить? Где купить? Сколько стоит? На все эти вопросы попробую ответить в данной статье.

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 (Hub Motor) – 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

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.

Современные мотор-колеса

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 мотор-колеса

Классификация мотор-колес

Прежде чем купить мотор-колесо нужно понять, какое вам нужно. Мотор-колеса бывают двух типов: редукторные (Geared Hub Motor) и прямого привода (Direct-Drive Hub Motor, директ-драйв, бесщеточный, безредукторный, ДД, DD).

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. В них не подвержено износу ничего, кроме подшипников. Вал двигателя является осью. Поскольку вал зафиксирован на месте, электромотор 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.

Директ-драйвы имеют одну неприятную особенность: при движении накатом и на педалях ощущается противодействие мотора. Зато электромоторы с прямым приводом отличаются высокой надежностью, их мощность: 500-3000 W и более. Вес от 5,3 кг.

электромотор директ-драйв на электровелосипеде
Электровелосипеды с задними мотор-колесами директ-драйв

Директ-драйвы покупают для оснащения электровелосипедов 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.

директ-драйв мотор-колесо Direct-Drive Hub Motor
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).

Редукторное мотор-колесо

Английское название: Geared Hub Motor. У редукторного мотор-колеса присутствуют редуктор и встроенная обгонная муфта, наличие которой при движении накатом и на педалях обеспечивает отсутствие торможения мотором. Редуктор снижает высокую частоту вращения электромотора и увеличивает крутящий момент.

Редукторное мотор-колесо Geared Hub Motor
Редукторное мотор-колесо

Редукторные мотор-колеса используемые в электровелосипедах, электросамокатах и электроскутерах отличают небольшие размеры и вес, хорошие тяговые характеристики. Мощность редукторных мотор-колес обычно не превышает 250–500 W, скорость транспортных средств с этими моторами: 30–50 км/ч. Покупка редукторного мотор-колеса оправдана, если для вас более важна проходимость электровелосипеда, а не его скорость.

Geared Hub Motors
Редукторное мотор-колесо в разборе

Задние и передние мотор-колеса

Мотор-колеса бывают задние и передние (т.е. устанавливаемые на переднее или заднее колесо). Отличаются они размерами оси. С передними мотор-колесами меньше проблем. Они проще в установке, подходят для электрификации велосипедов всевозможных типов и создают иллюзию полного привода. Их недостаток: слабое сцепление с субстратом. Они могут пробуксовывать из-за более слабой нагруженности передней части электровелосипеда, что особенно ощущается на подъемах. Задние мотор-колеса обеспечивают более хорошую тягу и лучшее сцепление с дорогой.

Авторский электровелосипед с передним мотор-колесом
Авторский электровелосипед с передним мотор-колесом

Задние мотор-колеса обычно имеют на крышке выступ с резьбой для установки стандартной трещётки или кассеты, на передних мотор-колесах такого выступа нет. У кассеты и трещетки разные крепления, на это надо обращать внимание при выборе мотора. Большая часть моделей задних мотор-колес имеет крепление под трещётку, крепление под кассету встречается не так часто и должно быть специально указано в техническом описании электромотора или названии (в названиях мотор-колес Bafang: CST или QQ Cassete).

При желании электровелосипед можно делать полноприводным. О полноприводных электровелосипедах читайте отдельную статью.

Различия по мощности мотор-колес

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

скорость и мощность электровелосипеда
Патрик Девер и Жерар Депардье скрываются от погони на своих велосипедах. 1974 год.

Попытка понять, как номинальная мощность влияет на ходовые качества электровелосипеда – отличный способ сойти с ума. Дело в том, что такая характеристика, как «номинальная мощность», используемая некоторыми производителями, не равна ни фактической выходной мощности, ни максимальной выходной мощности. Фактическая выходная мощность двигателя зависит от того, насколько сильно он нагружен в какой-то конкретной ситуации.

Некоторые производители мотор-колес указывают пиковую мощность, но насколько она продолжительна? 1, 5, 100 секунд? Хз…

Незаспицованные и заспицованные мотор-колеса

Мотор-колеса продаются уже заспицованные в обод колеса или незаспицованные (просто моторчик). Первый вариант конечно же проще в установке. Но если вы хотите использовать уже имеющийся у вас обод, или какой-то супер-прочный, то покупайте электромотор без обода. Для самостоятельного спицевания колеса желательно купить специальный станок. Он же пригодится и для правки восьмерок.

станок для спицевания велосипедных колес
Станок для спицевания велосипедных колес. Его стоимость около 1000 руб.

Тяговые и скоростные мотор-колеса

крутящий момент

Номинальный RPM (оборот в минуту) 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. Врут только о использовании мотор-колес применительно к горным велосипедам. Если вам нужен электровелосипед для горной или холмистой местности, забудьте про мотор-колеса, берите кареточный электромотор.

Различия по весу

Никто конечно этой классификацией всерьез не пользуется, но поскольку все относительно, полезно представлять общую картину.
Мотор-колеса могут быть: сверхлегкие: около 1.5 кг (номинальная мощность 250-350 W), легкие: 2-3 кг (номинальная мощность 250-500 W), средние: 4-6 кг (номинальная мощность 500-1500 W), тяжёлые: 6-10 кг и больше (номинальная мощность 1000-3000 W и больше).

Различия по типу крепления тормоза

Hub Motor

Мотор-колеса отличаются по типу крепления тормоза.

У мотор-колес Bafang понять под какой тормоз мотор довольно легко: дисковый (буква “D” в конце названия мотора), роллерный (буква “R” в конце названия мотора) и вибрейк (“V”). У мотор колес MXUS читайте описания конкретных моделей, там все указано.

Разный диаметр оси

Диаметр оси у мотор-колеса может быть разный, у легких редукторных моторов – 12 мм (QQ, Bafang), у тяжёлых редукторных и “директ-драйвов” – 14 мм (MAC), у некоторых диаметр оси 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.

Задние мотор-колеса под трещетку или кассету

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

Различия мотор-колес по ширине

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

Выбор мотор-колеса

Достаточно знать только одно: какой вам нужен электровелосипед? Городской, пригородный, туристический, грузовой или горный?

электровелосипеды по типу использования

Далее выбираете мотор соответствующего назначения из обзоров мотор-колес Bafang, мотор-колес MXUS, или обширного ассортимента директ-драйвов QS Motor. Если у вас нет денег на моторы известных производителей, то покупаете “ноунейм” или мотор малоизвестной китайской фирмы. Они далеко не всегда хуже.

Мотор-колеса для городских электровелосипедов разработаны для спокойных поездок по равнинной местности. Они дешевы и надежны, если их использовать по назначению.

Моторы для пригородных электровелосипедов, как правило имеют чуть лучшие тягловые характеристики и хорошо справляются с умеренными подъемами.

Электромоторы для трекинговых велосипедов разработаны с учетом их будущего использования на длинных маршрутах, в том числе в холмистой местности.

Мотор-колеса для горных велосипедов (e-MTB) не производятся, поскольку в этой области применения они не могут конкурировать с кареточными моторами. Но некоторые производители указывают этот тип применения в рекламных целях. Как правило это моторы с хорошими тягловыми характеристиками разработанные для использования в условиях пересеченной местности.

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.

Датчики

В мотор-колесах, как правило есть датчики скорости, или датчики частоты вращения педалей (speed sensor), которые сообщают контроллеру, как дозировать помощь мотора в зависимости от частоты вращения педалей.

Датчики крутящего момента (torque sensor) реагируют не на частоту, а на усилие, которое велосипедист прикладывает к педалям, что создает ощущения более похожие на использование обычного (не электрического) велосипеда. Датчики крутящего момента используются в основном в кареточных моторах на горных электровелосипедах.

Усилители дропаутов

усилители дропаутов (torque arm)

После установки мотор-колеса вы можете столкнуться с тем, что места крепления колеса к раме (так называемые дропауты) из-за увеличившейся нагрузки попросту разрушатся со всеми вытекающими для вашего здоровья последствиями. Что бы этой проблемы избежать используются усилители дропаутов (по английски: torque arm).

Усилители дропаутов имеют различные конструкции. От относительно легких (для маломощных моторов), до весьма увесистых конструкций для мощных и тяжелых директ-драйвов. Лучше их установить и далее не думать о возможных проблемах.

Полноприводный электровелосипед

Вы можете установить и переднее и заднее мотор-колесо, получив таким образом полноприводный электровелосипед. У него есть, как плюсы, так и минусы. Минусов больше. Тема подробно рассмотрена в статье: Полноприводный электровелосипед.

использование двух мотор-колес
Картинка кубинского художника Dario Castillejos Lazcares

Сколько стоят мотор-колеса?

Проще всего проанализировать ассортимент Aliexpress. Самое дешевый мотор (250 W, незаспицованный и от совершенно неизвестного производителя) для велосипеда мне удалось найти за 5 768 руб. Самый дешевый набор оборудования для электрификации велосипеда с заспицованным мотор-колесом 350W неизвестного производителя – 15 000 руб.

Если смотреть популярные моторы, то цены начинаются от 8 000 руб. Например 350 W мотор Shengyi для заднего колеса стоит 8 818 руб. Хорошо зарекомендовавший себя задний редукторный мотор для электрофэтбайка от Bafang: 13 604 руб. Директ-драйв 1500 W – 10 806 руб. И так далее…

Где купить?

Нет никакого смысла переплачивать, приобретая мотор-колесо или комплект (мотор+контроллер+ручка газа+дисплей+батарея) у российских продавцов.

Все мотор-колеса производятся в Китае и цена там, как правило ниже. 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 представленные на Aliexpress:

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

Дмитрий Константинов
2020

Добавить комментарий

  1. Игорь Сергеевич

    Лучший сайт про электробайки! Благодарю! На Электротранспорт ру эту тему жуют десять лет но так и не родили ничего подобного этой статье.

    Ответить
    1. BikeMaster

      Форум Электротранспорт был нужен в свое время. Но то время прошло. Сейчас это кладбище. Я уже лет пять туда не заходил.

      Ответить
      1. Игорь Сергеевич

        Народ и сейчас там сидит. Многим интересно не столько ездить, сколько копаться с техникой и электроникой. Да и зима у нас длинная… Зимой самое время поболтать на форуме и пообгрейдить технику.

        Ответить
  2. BikeMaster

    Думаю мотор-колеса будут популярны еще довольно долго, поскольку низкая цена и легко ремонтировать. Кареточные моторы лучше по характеристикам, но в городе мотор-колеса – вне конкуренции. Только мощные использовать не нужно, 250W и не шумят и легкие и тянут хорошо.

    Ответить
error: Копирование материалов сайта запрещено.
%d такие блоггеры, как: