Как сделать своими руками электродвигатель для велосипеда

Электровелосипед своими руками: описание сборки

Переоборудование велосипеда или как сделать электровелосипед своими руками с дальностью поездки на одной 2-х часовой зарядке — 25 км.

Самодельный электровелосипед по сути самое экономичное средство передвижения, нет расходов на топливо, права и страховка не нужны и пробки на дорогах ему не страшны. В этой статье описан процесс переоборудования велосипеда в электротранспортное средство.

Прежде всего технические характеристики велосипеда:

• Электродвигатель – 48V (380 Вт).
• Аккумулятор литиевый на 48 V (10А).
• Время зарядки аккумулятора – 2 часа.
• Максимальная скорость – 40 км/ч.
• Дальность поездки на одном заряде – 25 км.

На eBay был куплен комплект для переоборудования, сам комплект состоит из комплектующих:

• Велосипедное колесо, в ступицу которого вмонтирован электродвигатель на 48V.
• Контроллер.
• Датчик движения педалей.
• Рукоятка газа.
• Рукоятка тормоза.
• Фара с вмонтированным замком зажигания.
• Сумки для батареи.
• Сама батарея в комплекте не идёт и покупалась отдельно.

Аккумулятор

Литиевый аккумулятор покупался отдельно от комплекта, рассчитан на 1500 циклов заряд-разряд (до начала снижения мощности) с зарядным устройством.

В продаже есть батареи мощностью 250, 380, 500, 1000 Вт и более. Для электровелосипеда желательно брать не менее 380 Вт, если взять по мощнее, то велосипед будет лучше тянуть на подъёмах и скорость увеличится. С 1000 ватной батареей скорость будет 45 — 50 км/ч.

Этот аккумулятор весит 8 кг и рассчитан на 10 А, его заряда хватит на 25 км, если взять на 20А, то пробег на одном заряде будет 45 – 50 км, но вес такой батареи 16 кг, что довольно много.

Батарея вместе с зарядным устройством помещается в сумку чехол на багажнике.

Двигатель

Электродвигатель уже встроен в ступицу велосипедного колеса, продаётся в комплекте с колесом. Колесо нужно выбирать по размерам под велосипед, чаще всего это 26 размер.

При монтаже колеса, кабель должен выходить из ступицы с левой стороны, тогда колесо будет вращаться вперёд.

При монтаже колеса пришлось немного подточить посадочное место на вилке велосипеда.

Контроллер

Контроллер регулирует обороты электродвигателя, принимает сигнал от ручки газа, защищает двигатель от перегрузок. Устройство имеет небольшой алюминиевый корпус, его можно закрепить на нижней балке рамы.

Интересная особенность, в некоторых странах действует ограничение скорости для электровелосипедов 25 км/ч и в контроллере может быть блокировка, ограничитель скорости, по сути это провод, который нужно просто разомкнуть.

Управление

Были заменены рукоятки тормозов, в рукоятке есть кнопка отключения электродвигателя при торможении. С левой стороны руля поставил рукоятку газа.

Вместо рукоятки газа можно установить датчик на педали, он срабатывает, когда вы начинаете крутить педали, по сути с этим датчиком мотор только помогает при вращении педалей, поэтому в нём надобности нет.

Также нужно установить фару, в ней находится замок зажигания, индикатор заряда батареи и сигнал.

Обратите внимание

В результате переоборудования получилось вполне приличное транспортное средство для поездок на работу, права и страховка не нужны, платить за бензин не нужно, поставить можно даже в квартире.

Для сравнения рекомендую посмотреть видео с обзором такого же электровелосипеда, но с приводом на заднее колесо и мощностью на 1000 Ватт.

(4

Фрикционные электромоторы

Суть работы данного типа электрических двигателей заключается в следующем: крутящий момент передаётся от мотора к колесу посредством трения специального валика о покрышку. Этот электромотор на велосипед – самый непопулярный из всех. Как вариант, фрикционные модели электрических двигателей подойдут для любительской езды на прогулочных и детских велосипедах.

Достоинства фрикционного двигателя:

• установка без разборки велосипеда;
• дешевизна (определенных моторов).

Недостатки фрикционного двигателя:

• небольшой КПД;
• шум при работе;
• изнашивание покрышки колеса;
• неэффективность при приспущенном колесе;
• проскальзывание валика на мокром асфальте;
• громоздкость конструкции.

Типы электродвигателей

Электрические двигатели для велосипедов не изобилуют разнообразием конструкций. Фактически, из-за достаточно простого устройства самого байка, выделяют три типа.

Мотор-колесо

Самый популярный и самый простой в установке двигатель.

Заспицованный мотор-колесо

Фактически, двигатель устанавливается на колесо, или, в более дорогих вариантах – сам поставляется в виде колеса, со спицами, закреплёнными сразу на двигатель. Такая компоновка имеет несколько плюсов:

• простота устройства – минимум проводки и проблем;
• хороший внешний вид – иной раз нельзя заметить, что на велосипеде установлен двигатель;
• высокая эффективность – минимальные потери на передачу энергии;
• низкое расположение, не повышающее центр тяжести.

В списке минусов называют высокий вес и некоторые сложности в эксплуатации (замене и подключении батарей).

Цепной электродвигатель

Это наиболее лёгкий двигатель. Он подключается к цепи как дополнительный элемент, устанавливается по центру рамы и является очень удобным в эксплуатации, но для установки потребуется точный расчёт и покупка дополнительной цепи.

Плюсы данного двигателя:

• невысокая относительная стоимость;
• малый вес;
• удобство подключения батареи и обслуживания;
• использование общего узла переключения передач.

Минусы – трудозатратная установка и повышенный шум при работе двигателя.

Фрикционный привод

Наследие «старой» механики, когда электричество на велосипеде вырабатывалось динамо-машиной о край покрышки или обод. Аналогично, подвесной фрикционный привод передаёт энергию на колесо при помощи прижимного валика. Ориентированы такие двигатели на прогулочные и детские модели, а также на непрофессиональных покупателей.

Фрикционный электродвигатель от известного бренда

Тогда как из плюсов можно выделить только абсолютную простоту установки и использования, а также (для некоторых моделей) невысокую стоимость, минусов у фрикционных приводов много:

• очень низкий КПД;
• шум при использовании;
• громоздкий и неуместный внешний вид – обычно вместо багажника;
• износ покрышки при использовании.

Какое напряжение выбрать для мотор-колеса электровелосипеда?

При сборке электровелосипеда или других видов персонального электротранспорта нужно определиться с подходящими вам характеристиками. Мотор выбирается в зависимости от того, какая мощность нужна электровелосипеду, с учетом необходимой скорости и тяговых качеств. При выборе аккумуляторной батареи первостепенную роль играют ее емкость, вольтаж и масса. С увеличением емкости АКБ возрастает и ее вес, и дальность хода на одном заряде. Вольтаж электровелосипеда бывает разный – 36, 48, 60, 72, 96 В. На что он влияет, и как не ошибиться с выбором – расскажем далее.

Напряжение АКБ электровелосипеда

Запасенная энергия равна произведению мощности и времени: Е=W·t. Единица ее измерения – джоуль или ватт-час. Поскольку мощность электрического тока – это произведение силы тока и напряжения (W=I·U), то Е= I·U·t. Произведение I·t – это емкость (С). Значит, запасаемая энергия аккумуляторной батареи равна произведению напряжения и емкости: Е=U·C.

Вывод: Чтобы повысить значение запасаемой энергии, нужно или увеличить емкость аккумулятора электровелосипеда, или выбрать АКБ с более высоким напряжением. Главное, чтобы напряжение всех компонентов, включая электромотор, аккумуляторную батарею, контроллер и зарядное устройство, было одинаковым.

В продаже чаще всего встречаются компоненты на 36 и 48 В. Остальные комплектующие менее распространены, что может стать проблемой при их последующей замене. Также при использовании компонентов большего напряжения нужны провода увеличенного сечения и мощные BMS платы. С увеличением токов возрастает нагрузка на электронику. Поэтому нужно выбирать элементы с запасом мощности, чтобы избежать их частого перегорания.

Мощность и емкость батареи электровелосипеда

У двигателей внутреннего сгорания основной характеристикой, определяющей движущую силу, выступает мощность в лошадиных силах. Этот параметр отвечает за ускорение и обеспечивает езду на заданной скорости. У транспортных средств на электротяге мощность измеряется в ваттах (Вт). Для перевода в лошадиные силы нужно разделить кВт на 0,736, т.е. 10 кВт≈13,6 л.с.

Электрическая мощность (обозначение – W, единица измерения – Вт) определяется как произведение силы тока (I, измеряется в A) и напряжения (U, измеряется в В). Получаем формулу: W= I·U.

Для примера, если на электромотор номинальной мощностью 1000 Вт от аккумуляторной батареи через контроллер поступает напряжение 48 В, а BMS плата и контроллер поддерживают силу тока 35 A, получаем значение выдаваемой мощности: 48 В х 35 A=1680 Вт. В результате, электродвигатель номинальной мощностью 1000 Вт выдает 1600 Вт

Важно учесть, что в контроллере происходят дополнительные потери, а проводка и фазовые провода должны иметь достаточное сечение для поддержания больших значений силы тока

Емкость аккумулятора электровелосипеда – это накопленная энергия, от которой зависит величина пробега. Единица ее измерения – ватт-час (ампер-час). Формула: С=U·I·t, где С – емкость, U – напряжение, I – сила тока, t – время. Химическая энергия батареи Е=U·C. К примеру, АКБ с рабочим напряжением 48 В и емкостью 12 А·ч имеет запас химической энергии 48·12=576 Вт·ч. Ее достаточно для 1 часа работы электромотора мощностью 500 Вт.  

Рекомендации по выбору вольтажа АКБ

Компоненты на 36 или 48 В обеспечивают высокий уровень электробезопасности. Они незаменимы при создании детского и подросткового электротранспорта. Подходят такие комплектующие и для большинства электровелосипедов для взрослых райдеров. Если мощность используемого электромотора не превышает 5 кВт, оптимальным напряжением считается 48 В. Комплектующие другого напряжения использовать можно, если есть BMS, контроллер и зарядное устройство с большим током на нужное напряжение.

Использовать электрокомпоненты большего напряжение имеет смысл, когда нужен мощный e-bike, развивающий скорость свыше 50 км/ч. В таких случаях используется мощное мотор-колесо, АКБ на 60 В или выше и контроллер с таким же рабочим напряжением. С увеличением вольтажа электрокомпонентов возрастает и предельная скорость. Насколько она вырастет – зависит от мощности электромотора и нагрузки, испытываемой транспортным средством.

Есть простое правило – выбирать напряжение того же значения, что и желаемая скорость. Например, чтобы получить e-bike с максимальной скоростью 50–60 км/ч, нужно использовать мотор-колесо (мощностью 1500–2000 Вт), энергоемкую батарею и контроллер с рабочим напряжением 60 В. Также нужно сопоставить емкость электровелосипеда и расстояние пробега на одном заряде (с запасом). Мощность контроллера не должна превышать допустимую нагрузку для электромотора

Мотор-колесо

Мотор-колесо представляет собой единый узел, состоящий из  бесколлекторного электродвигателя от 200 до 1000 Вт, установленного в ступицу колеса велосипеда. Данный вид электропривода особенно распространен в продаже. Его можно приобрести как в виде готовой конструкции со спицами и колесным ободом, так и просто двигателя.

Также комплект включает механизмы управления, регулятор скорости, контроллер, обеспечивающий правильную работу привода и аккумуляторные батареи, зарядное устройство. Мотор-колесо можно установить спереди на вилку, сзади на раму или на оба колеса для полнопривода. Электродвигатель мотор-колесо находится прямо во втулке колеса, поэтому система передаточных устройств от двигателя к рабочим органам машины проста и надежна.

• Установка достаточно простая, доступная без каких-либо специальных навыков;
• Внешний вид велосипеда особо не изменяется, так как мотор-колесо практически незаметно. Нужно только установить на раме аккумуляторный отсек, а на руле органы управления;
• Этот электродвигатель работает бесшумно. Электро-велосипед можно легко трансформировать снова в обычный велосипед.

ХАРАКТЕРИСТИКА

Бесщёточный безредукторный мотор марки Pasion Ebike. Мощность: > 400 Вт electric wheel Power: 1500WПолная скорость: около 55-65 км/часСОЛНЦЕ Рингл С Двойными стенками Из Алюминиевого Сплава Обода 48 В 1500 Вт Бесщеточный Без передач Мотор ЭпицентраКонтроллер DC36V/48 В 1500 ВтТормозные рычаги черный алюминиевый сплав36/48 В LCD3 Дисплей160 мм диаметр дискаРекомендуются батареи

Недостатки такого электромотора:

• увеличивает вес транспортного средства до 6 и более  килограммов;
• может потребоваться усиленная передняя вилка;
• существуют определенные ограничения по мощности привода.

Наиболее популярными электроколесами на велосипед считаются «Polariss», «Golden motor», «Yamasaki», «Electra». Их можно приобрести через интернет и в специализированные магазинах.

Центральный мотор

Электровелосипед своими руками: двигатель

Как я уже сказал, он устанавливается в кареточный узел, то есть вместо каретки. Технически процесс установки выглядит следующим образом: снимаются шатуны с педалями, выкручивается каретка, вставляется двигатель, закручиваются фиксирующие гайки, подключается проводка.

На первый взгляд, ничего сложного, и нужно просто найти съёмник шатунов и ключ для каретки. Но на самом деле при установке центрального мотора стоит учесть несколько важных факторов.

Подводные камни при установке

Очевидно, что производители рам для велосипедов не рассчитывают на то, что на раму будет устанавливаться мотор. В связи с этим, установке мотора на место могут помешать сварные швы, перья и даже просто гидролинии, проложенные под нижней трубой.

И если гидролинии можно пустить в другом месте, то стачивать сварные швы рамы крайне нежелательно. По-первых, это скажется на её прочности, во-вторых – приведёт к потере гарантии.

С перьями ещё интереснее: если звезда мотора упирается в перо, можно поступить двумя способами, каждый из которых не лучшим образом скажется на качестве готового результата.

Первый – изготовить проставочное кольцо на кареточную ось. Однако следует учесть, что если оно будет достаточно широким, может не хватить резьбы для крепления двигателя с обратной стороны.

Также в этом случае, скорее всего, исказится линия цепи (Chainline). Дело в том, что линия, проведённая от звезды мотора к центру кассеты, должна быть перпендикулярна задней оси. Если это правило нарушить, цепь будет перекошена, и при работе двигателя или кручении педалей станет перескакивать по кассете. В результате, кроме неудобств при эксплуатации, значительно возрастёт износ цепи и кассеты.

Второй способ – изготовить новую звезду мотора, меньшего диаметра. Задача творческая и достаточно серьёзная. Нужно подобрать правильный металл, рассчитать размеры и проконтролировать качество. Но очевидно, что уменьшение звезды приведёт к снижению максимальной скорости.

Есть ещё пара важных обстоятельств, которые необходимо учесть, если вы выбрали центральный мотор.

При старте мотор будет стараться провернуться и упереться в нижнюю трубу рамы, независимо от того, насколько сильно затянуты гайки. Поэтому необходимо предусмотреть проставочный элемент между мотором и рамой.

Если его не изготовить, каждый раз при старте двигатель будет выполнять микроудары по нижней трубе, что приведёт к повреждению лакокрасочного покрытия и деформациям.

Часто случается, что при переключении передач цепь соскакивает со звезды мотора. Для решения этой проблемы необходимо, во-первых, установить датчик переключения, чтобы двигатель отключался в момент переключения передач.

И во-вторых, организовать уловитель цепи – либо заблокировав в нужном положении передний переключатель, либо изготовить отдельный уловитель цепи самостоятельно.

Производители центральных моторов

Крупнейшими, да и, по сути, единственными производителями центральных моторов на сегодняшний день являются Bafang и Tongsheng.

Особенности работы на двухподвесах

На велосипедах с задним амортизатором (так называемых двухподвесах) использование мощных центральных моторов может привести к изгибанию велосипеда.

Это происходит из-за того, что при работе двигателя передняя звезда, установленная на моторе, как бы притягивает к себе кассету, то есть велосипед стремится сложиться вправо.

Данный эффект заметен настолько сильно, насколько надёжно и точно изготовлены подшипники перьев. Чем больше люфт и чем выше мощность, тем больше велосипед будет скручивать.

На хардтейлах (велосипедах без заднего амортизатора) перья приварены к раме, поэтому эффект скручивания практически отсутствует.

Производители электродвигателей на велосипед

На рынке существует множество производителей данных устройств, и основная доля компаний, выпускающих вело-моторы, расположена в Китае.

Bafang

Компания производит электрические моторы широкого применения, и в том числе велосипедные. Электродвигатели для велосипедов фирма выпускает в виде моторов-колёс, устанавливающихся на любой байк. Популярен комплект Bafang BBS02. Моторы представлены в разных мощностях – 250-750 Вт. Данные наборы укомплектованы устройствами привода, ручкой пуска, тормозами  и другими составляющими. Весит такой мотор около 4 кг, а наибольшую скорость с данным агрегатом можно развить до 50 км/ч.

Bosch

Двигатель этого немецкого производителя поможет двухколёсному транспорту достигнуть скорости порядка 25 км/ч. Мощность колеблется в пределах 250-350 Вт. Этот мотор также можно приобрести в комплекте. Он содержит:

• прибор, подсказывающий, когда необходимо покрутить педали;
• батарею с зарядником, обеспечивающим полный заряд за 2,5 ч;
• компьютер, с помощью которого можно повысить экономичность использования двигателя – от 50 до 150%.

Комплект электродвигателя Bosch весит чуть больше 2 кг и эргономично встраивается в педальный блок велосипеда.

Golden Motor

Эта китайская компания производит набор с мотором-колесом, в состав которого входит всё, что нужно для установки на велосипед. Мощность двигателя программируется от 250 до 1500 Вт. Велосипед с электромотором этого производителя способен развить скорость до 40-45 км/ч. Вес мотора почти 3 кг.

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 седла и как можно ближе к земле — это увеличит сцепление покрышки 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 раме велосипеда. Качество сварного шва должно быть очень высоким, так как ему придётся выдерживать достаточно большие нагрузки. Так что постарайтесь хорошо приварить «поддон».

Мотор колесо

Еще один вариант, который может быть выбран при создании мотовелосипеда своими руками, – установка мотор-колеса. Данный вариант подходит для тех, кто разбирается в электрике. Подключение мотор-колеса требует определенных знаний, без которых собрать электрическую схему будет сложно.

В комплект продажи мотор-колеса входят контроллеры, ручки передних и задних тормозов, система «Пас», зарядное устройство.

Аккумуляторная батарея вырабатывает постоянный ток. Контроллер преобразует постоянный ток в переменный, который, в свою очередь, будет приводить в действие мотор-колесо. При начале вращения колес активируется электродвигатель. За это отмечает система «Пас». На тормозных ручках имеется микровыключатель. Он необходим для того, чтобы в процессе торможения отключить подачу электропитания от мотора на колеса.

Установка мотор-колеса выполняется в соответствии со следующими этапами:

Велосипед поворачивается колесиками вверх. Заднее колесо снимается. На его месте будет стоять мотор-колесо. Оно крепится таким образом, чтобы выходящие провода находились слева (если смотреть по направлению движения велосипеда). За счет этого регулируется направление вращения колеса. Если стороны поменять местами, то колесо будет «ехать» в противоположную сторону.

К раме крепятся контроллер и аккумуляторная батарея. Контроллер должен быть хорошо изолирован.

Далее устанавливаются и подключаются остальные детали.

Собирая электронную схему, важно помнить, что аккумуляторная батарея подключается через плавкий предохранитель (достаточно 20 А). Он будет защищать систему от возгорания в случае короткого замыкания

Благодаря простоте конструкции самого байка, выделяют всего несколько типов электромоторов:

• Мотор-колесо – один из самых востребованных и самых простых в установке вариантов. Популярность данной конструкции обуславливается высокой эффективностью, относительной незаметностью устройства, наличием минимума дополнительной проводки.
• Цепной электродвигатель – установка производится по центру рамы, подключение – к цепи. Его плюсы заключаются в малом весе, доступной цене, удобстве обслуживании и простоте подключения аккумулятора. Из минусов можно отметить необходимость в приобретения цепи и трудозатратную установку.
• Фрикционный привод – передача энергии на колесо осуществляется посредствам прижимного вала по принципу динамо-машины. Такие модели предназначены для установки на детских и любительских моделях. Среди преимуществ – низкая стоимость и простота установки, из недостатков – низкая эффективность, вынужденный износ покрышки при долгой эксплуатации, сильный шум.

Как установить электродвигатель самостоятельно?

Если Вы хотите сэкономить на монтаже электродвигателя или просто не желаете доверять свой велосипед неизвестному мастеру, Вы можете установить мотор своими руками. Сегодня многими производителями предлагаются готовые комплекты для установки привода на байк, как правило, уже включающих мотор-колесо. Этот вариант не требует особой подготовки и технического бэкграунда.

Кроме простых комплектов, в продаже представлены более серьезные, профессиональные наборы, которые комплектуются роликами, цепями, дополнительными батареями и другими компонентами. Также на рынок поставляются дорогие, и из=за это не пользующиеся особым спросом, готовые комплекты с фрикционным приводом, которые устанавливаются за несколько часов.

Как проходит процесс установки?

Из всех типов электродвигателей, самым трудоемким в установке является цепной вариант. При условии, что в комплект входит лишь электрические элементы, монтаж этого привода требует серьезной подготовки. Алгоритм действий таков:

• Монтирование кронштейна для мотора;
• Установка двигателя;
• Инсталляция одного или нескольких роликов (зависит от конфигурации) и звезды;
• Измерение длины цепи и подгон ее размера;
• Сборка всей конструкции;
• Проверка работоспособности электродвигателя (в холостую и при педалировании).

Комплект мотор-колес более прост в установке:

• Демонтаж колеса велосипеда (оригинального);
• Монтаж мотор-колеса в комплекте;
• Установка и закрепление кронштейна для аккумулятора;
• Создание проводки для АКБ и пульта управления (при условии, что таковой имеется)

Всё, можно ехать! В то время как установка простого мотор-колеса занимает не более часа (даже при условии отсутствия технического бэкграунда), на монтаж цепного электромотора может уйти несколько дней. Говоря о фрикционных приводах, их конструкция зачастую съемная, поэтому с их установкой справится даже человек, далекий от механики.

Основные производители

Поскольку конструкция электрических моторов не отличается высокой сложностью, на рынке представлено множество производителей, которые в числе прочего специализируются на выпуске данной продукции. Большинство из них находятся в Поднебесной. Среди компаний-производителей, заслуживающих доверия, выделяют:

• Bafang;
• Cyclone (Тайвань);
• Bosch (Германия);
• Golden motor (Китай);
• MXUS (Китай).

Подведем итоги

Электромотор для велобайка – прекрасный механизм для совершенствования характеристик велосипеда. Даже недорогой комплект гарантировано обеспечит сокращение усилий спортсмена при преодолении препятствий, а дорогие, производительные двигатели помогут быстро набирать и поддерживать скорость. Если Вы интересуетесь механикой и не хотите тратить большую сумму на громоздкий электровелосипед, Вы можете самостоятельно установить двигатель на ваш байк или заказать у нас сборку электровелосипеда под заказ.