Еще вариант, как сделать электровелосипед своими руками! Alice in Wonderland Алиса в Стране чудес: Elektrovelosiped. Как самостоятельно собрать или сделать электровелосипед своими руками в домашних условиях

Технический директор REG.RU Валерий Студенников попытался решить транспортную проблему лично для себя, а затем превратил своё хобби в интересный стартап.

Представляем вашему вниманию рассказ основателя Electron Bikes о том, как сделать мощный электровелосипед своими руками, почему любителей скорости не устраивают существующие модели байков и до какой скорости может разгоняться обычный с виду велосипед.

Первое знакомство с электробайками

Впервые я увидел электровелосипеды четыре года назад, в 2011 году, на веловыставке в Москве. Дорогие, неказистые, очень слабые по характеристикам, но чем-то они зацепили, появилось желание приобщиться к этому интересному виду транспорта. Изучение рынка на тот момент показало, что купить готовый электробайк с хорошими характеристиками по адекватной цене просто нереально. На рынке представлены либо очень маломощные и низкоскоростные велосипеды с небольшой батареей («слабый» во всех отношениях Китай или дорогая, гламурная, но такая же тихоходная Европа), либо супер-дорогие монстры, чья стоимость у производителя начинается от $10000 (Stealth Electric Bikes, Hi-Power Cycles), у которых тоже есть свои недостатки (неадекватно большой вес из-за тяжёлой рамы и тяжёлого мотор-колеса, слабая тяга «на низах» из за применения безредукторных моторов, небольшой запас хода).
Но настойчивое желание получить бесшумный, лёгкий и при этом мощный и резвый электровелосипед никуда не исчезло. Поэтому пришлось выбрать единственный доступный вариант - собирать байк самому из имеющихся на рынке комплектующих, как это делают многие другие энтузиасты .

Первый блин

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

В условиях современного развития мегаполисов, когда личный автотранспорт для передвижения по улицам становится обременителен, все большую популярность приобретают различные виды двух-трехколесных средств транспорта. На Западе создаются специальные велосипедные зоны движения, организуются велопарковки, открыты многочисленные пункты проката велосипедов, мопедов и электровелобайков. В России многие поклонники двухколесного транспорта задумываются над тем, чтобы пересесть на электровелосипед, при этом озадачивают себя рядом вопросов:

• как собрать электровелосипед своими руками,
• где взять комплектующие и необходимые детали для доработки промышленно изготовленного «велика»;
• во что обойдется модернизация.

Конечно можно приобрести и готовую модель электровелосипеда. В последнее время в продаже появились различные электровелосипеды стоимостью от 56,0 тысяч (модель «Volteco Freego» – Южная Корея) до 175,0 тысяч (модель «Dahon Ciao Ei7» – США) рублей. Для подбора лучшей модели необходимо изучить большой рынок с многочисленными моделями велосипедов, либо стоит доверится мнению экспертов и выбрать один из .

Однако существует много домашних мастеров, обладающих достаточной квалификацией, для которых модернизация обычного дорожного велосипеда до уровня электровелосипеда доставит массу удовольствия.

Краткий экскурс в историю

Идея использовать в качестве привода велосипеда электрический двигатель витала в умах изобретателей давно. Основным препятствием к реализации этой идеи было отсутствие аккумуляторных батарей, которые при достаточной электрической емкости, напряжении и отдаваемом в нагрузку токе, имели незначительные габаритные размеры и массу.

Толчком к интенсификации работ по созданию велосипедов с электроприводом стало широкое распространение литий-ионных и литий-полимерных щелочных аккумуляторов, которые при незначительных размерно-массовых показателях имеют высокие электротехнические характеристики и срок службы, позволяющий длительное время повторять циклы заряда-разряда без потери параметров качества. Сегодня различные образцы этих аккумуляторных батарей нашли самое широкое распространение в аккумуляторном электроинструменте.

Китайские производители первыми освоили не только массовый выпуск электровелосипедов, но и начали производство широкого ассортимента комплектующих, запасных частей и приспособлений, позволяющих превратить обычный велик в электровелосипед.

Особенности

Сегодня в условиях городского транспортного коллапса велосипед с электроприводом интересен значительными преимуществами среди других видов двухколесного транспорта, причем экологическая безопасность занимает далеко не последнее место. Функционально электровелосипед аналогичен обычному мопеду, у которого бензиновый двигатель внутреннего сгорания заменен на электрический силовой агрегат. Мощность электродвигателя промышленно выпускаемых моделей колеблется в пределах 0,25…1,2 киловатта, при этом электровелосипед способен развивать скорость до 50,0 километров в час. Основными преимуществами электровелосипеда является:

• два способа передвижения – с использованием обычного педального привода и электродвигателя;
• возможность передвижения на большие расстояния при использовании электротяги;
• по сравнению с мопедом и мотороллером меньшая трудоемкость технического обслуживания и лучшая ремонтопригодность;
• экологичность транспортного средства, благодаря которой на Западе владельцы электровелосипедов получают различные льготы.

Однако электровелосипеду присущи и определенные минусы, основными из которых являются:

• высокий суммарный вес силового агрегата, включающего электродвигатель, аккумуляторную батарею, дополнительную трансмиссию и систему управления (электрический контроллер);
• большая продолжительность зарядки современных аккумуляторных батарей, при их недостаточной автономности;
• высокая цена заводских комплектующих;
• низкая скорость передвижения на загородных магистралях.

Выбор комплектующих для переоборудования

Приняв решение о переоборудовании своего велика в электровелосипед, владелец должен ответственно отнестись к подбору комплектующих, обратив особое внимание на соответствие (адекватность) всех элементов электропривода. Сэкономив на покупке аккумулятора можно получить электровелосипед, на котором без подзарядки можно доехать до ближайшего супермаркета, а обратно возвращаться, крутя педали. И наоборот слишком маломощный электродвигатель не только не позволит развить желаемую скорость, но из-за низкой динамичности во многом потеряет в безопасности.

Для переоборудования дорожного (городского) велосипеда в электровелобайк не обойтись без:

Можно пойти по пути наименьшего сопротивление и купить мотор-колесо («MAGIС PIE-3 26», 17,5 тысяч рублей) или полнокомплектный электропривод («BAFANG BBS-01», 45,5 тысяч рублей), которые позволят минимизировать сложность и трудоемкость переоборудования велосипеда.

Если приобретать по отдельности движок, аккумулятор и блок управления, то дополнительно потребуется:

• шкивы (2 или 4 единицы) от электрогенератора легкового автомобиля;
• приводные генераторные ремни;
• дополнительная звездочка – лучше приобрести комплект с креплением «Bafang 52 T»;
• фривил (трещотка, муфта обратного хода), который необходим для передачи крутящего момента от двигателя к движителю.

Какой должна быть рама

Наиболее просто электропривод устанавливается на обычный дорожный велосипед со стальной рамой. Для электровелосипеда рамы из углепластика и алюминиевых сплавов использовать нежелательно.

На раме крепится контроллер, который целесообразно установить на алюминиевую пластину, выполняющую функцию дополнительного теплоотвода-радиатора.

Монтаж механики и двигателя

Монтаж электропривода на будущий электровелосипед зависит от схемы расположения силового агрегата и наиболее просто собрать электровелосипед с традиционной схемой – привод осуществляется на заднее колесо. На его втулке необходимо закрепить звездочку «Bafang 52 T»
, что потребует от велосипедиста определенных слесарных навыков и наличия «болгарки» с алмазным кругом и электродрели. Крепление диска звездочки к втулке осуществляется при помощи четыре-шести болтовых соединений, которые должны обязательно фиксироваться контргайками.

Цепной привод на заднее колесо осуществляется от фривила, который устанавливается отдельно на промежуточной опоре.
Вращение от электродвигателя на фривил происходит через ременную передачу, собранную из генераторных шкивов и ремней легкового автомобиля.
Такая усложненная схема передачи вращающего момента от двигателя на колесо позволяет избежать резких рывков при трогании с места, а также исключает обратную передачу вращения в направлении колесо – вал электродвигателя.

Имеющийся на велосипеде стандартный переключатель скоростей используется в качестве натяжителя приводной цепной передачи.

Во время сборки отдельных деталей и сборочных единиц обычно требуются подгоночные операции, которые выполняются с использованием обычного набора напильников различного сечения.

Монтаж электрооборудования

После сборки механической части электровелосипеда, установки и крепления двигателя, аккумулятора и контроллера, необходимо произвести сборку электрической схемы.
Обычно эта операция затруднений не вызывает, а ее трудоемкость зависит от выбранных комплектующих. Особое внимание необходимо уделить надёжности контактных соединений, исключив их искрение и нагревание.

Желательно дополнительно установить электрический сигнал, который повысит безопасность движения, а также обеспечить питание фары и подсветки велобайка от основного аккумулятора.
Многие энтузиасты устанавливают на колеса светодиодную подсветку, которая повышает безопасность движения в темное время суток.

Заключение

Как видно из описания, при наличии у велосипедиста излишков финансовых средств, свободного времени и определенных навыков слесаря и электрика переоборудовать велосипед в электровелобайк не составляет труда. Единственно, о чем хотелось бы предупредить …

Технический директор REG.RU Валерий Студенников попытался решить транспортную проблему лично для себя, а затем превратил своё хобби в интересный стартап.

Представляем вашему вниманию рассказ основателя Electron Bikes о том, как сделать мощный электровелосипед своими руками, почему любителей скорости не устраивают существующие модели байков и до какой скорости может разгоняться обычный с виду велосипед.

Первое знакомство с электробайками

Впервые я увидел электровелосипеды четыре года назад, в 2011 году, на веловыставке в Москве. Дорогие, неказистые, очень слабые по характеристикам, но чем-то они зацепили, появилось желание приобщиться к этому интересному виду транспорта. Изучение рынка на тот момент показало, что купить готовый электробайк с хорошими характеристиками по адекватной цене просто нереально. На рынке представлены либо очень маломощные и низкоскоростные велосипеды с небольшой батареей («слабый» во всех отношениях Китай или дорогая, гламурная, но такая же тихоходная Европа), либо супер-дорогие монстры, чья стоимость у производителя начинается от $10000 (Stealth Electric Bikes, Hi-Power Cycles), у которых тоже есть свои недостатки (неадекватно большой вес из-за тяжёлой рамы и тяжёлого мотор-колеса, слабая тяга «на низах» из за применения безредукторных моторов, небольшой запас хода).
Но настойчивое желание получить бесшумный, лёгкий и при этом мощный и резвый электровелосипед никуда не исчезло. Поэтому пришлось выбрать единственный доступный вариант - собирать байк самому из имеющихся на рынке комплектующих, как это делают многие другие энтузиасты .

Первый блин

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

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.