Кареточный мотор vs Мотор-колесо

Среди обывателей часто вижу непонимание и нежелание платить больше за кареточный мотор. Ведь есть мотор-колесо в 2 раза дешевле. Давайте разберемся как я люблю — в цифрах и ответим на вопрос, когда можно сэкономить?

Для начала очевидные вещи, о которых уже писал. Мотор-колесо нарушает развесовку велосипеда, часто требует усиления стандартных мест крепления колеса иначе их может просто разорвать, хуже накат, сложная процедура снять/поставить мотор-колесо для обслуживания и замены покрышки. В конструкции редукторного мотор-колеса есть планетарный редуктор из трех нейлоновых шестерней. Если на таком колесе подпрыгнуть оно начнет ускоряться, а при приземлении рывком замедляется. В момент приземления нейлоновые зубья срезаются предотвращая еще большие повреждения мотора. В кареточном моторе рывок смягчает цепь.

Устройство

Теперь взглянем на моторы изнутри.

Слева самое дешевое мотор-колесо, справа с редуктором. Отличие в том, что редукторный электромотор вращается с большей скоростью (редуктор 5:1), поэтому он более тяговитый и меньше весит. Отличить их просто. Редукторный более толстый, а первый больше. За счет уменьшения длины спиц такое колесо хуже амортизирует. В тоже время зазор между магнитами и катушкой очень маленький. Там, где при сильном ударе на обычном колесе мы могли бы отделаться восьмеркой, здесь магниты могут встретиться с катушкой. Хорошо, допустим мы катаемся исключительно по ровному асфальту. Посмотрим что внутри кареточного мотора на примере моего bafang BBS01 мощностью 250/350 Вт.

Сразу отмечаем наличие редуктора с еще большим передаточным числом 1:21.9, т.е. двигатель вращается еще быстрее и по идее должен быть еще эффективнее, меньше и легче (последнее очевидно из фото). Второй момент, бросающийся в глаза — это нормальный неподвижный статор и вращающийся ротор. Вот здесь поподробнее.

Из школьного курса физики мы знаем, что момент инерции зависит от массы вращающегося тела. Разгонять и тормозить мотор-колесо гораздо затратнее, т.к. ротор там большой и совмещен с металлическим корпусом. Вес заднего мотор-колеса в сборе с покрышкой 8-10 кг, что сопоставимо с весом всего моего велосипеда. Более современные редукторные мотор-колеса весят на несколько кг меньше. Но самым главным их преимуществом является наличие в их конструкции обгонной муфты. Дело в том, что в обычном мотор-колесе статор мотора жестко закреплен на валу, а ротор жестко на колесе. Если на вращающийся мотор не подается ток, то он превращается в генератор. Этот убийственный недостаток маркетологи продают нам как благо под названием рекуперация. По факту мотор все время движения накатом вынужден тратить энергию на преодоление тормозящего момента. Время, когда вы тормозите рекуперацией ничтожно мало, а эффективна она лишь на максимальных оборотах. Реальная эффективность рекуперации на равнине отрицательна. А если не дай бог кончилась батарея, то велосипед превращается в мощный фитнес-тренажер. Это исключает возможность пользоваться велосипедом как раньше и вынуждает жестко оценивать расход батареи.

Технические характеристики

Но это еще не все, давайте сравним технические характеристики моторов.

Мотор-колесо

Это редукторное мотор-колесо, номинальной механической мощностью 1000 Вт и номинальным крутящим моментом 25 Н·м при максимальной эффективности 80.9%. Сразу отмечу, что ток при отсутствии нагрузки составляет 3 А. Если бы не было обгонной муфты, то ваш мотор потреблял бы максимально  48,6 * 3,146 = 152.9 Вт при движении накатом. Примерно 13 Вт вам придется компенсировать при севшей батарее за счет собственной мускулатуры, и гораздо больше при обычном мотор-колесе. Отметим, что кратковременно мотор способен потреблять до 45 А (2149 Вт) и выдавать максимально 46 Н·м (1644 Вт) и этот момент приложен к оси колеса. Мотор-колесо при мощностях 0 — 360 Вт имеет пропорционально малую эффективность 0 — 70%. Более-менее нормальную эффективность мотор-колесо выдает при мощностях ≥500 Вт. Размеренные прогулки не для него. Если нужно проехать как можно большее расстояние, то нужно разгоняться иначе батарея будет тратиться впустую. Этот мотор для тех, кому нужно добраться из точка А в точку Б за самое короткое время.

Кареточный мотор

Теперь взглянем на характеристики кареточного мотора 250 Вт.

Сразу отмечаем большую максимальную эффективность 89,7% при 151 Вт. Эффективность выше 80% при мощности от 50 до почти 400 Вт. А что такое эффективность — это отношение полученной механической мощности Pout к затраченной электрической мощности Pin. Чем она выше, тем более экономно мы тратим батарею. На этом моторе можно ехать медленно или быстро — не важно, батарея будет расходоваться адекватно.

Сравним крутящие моменты. У кареточного мотора он приложен к оси каретки и передается на заднее колесо за счет цепи. Соотношение звезд дает нам передаточное число на которое уменьшается крутящий момент. Так, при номинальном токе 9 А (34 Н·м), передней звездой 44Т и задней кассетой 30/11Т получим крутящий момент на колесе от 8,5 до 23.2 Н·м в зависимости от положения заднего переключателя скоростей. При максимальных 15 А (55 Н·м) и все еще хорошей эффективности от 13,7 до 37,5 Н·м. При максимальном крутящем моменте мотора 100.9 Н·м на заднем колесе на звезде 30Т будет 68.9 Н·м. Это то же самое если взять гаечный ключ длинной 10 см и навалиться на него всем телом массой 70 кг. От момента зависит ускорение велосипеда и предельный угол подъема. На кареточном мы можем гибко распоряжаться им за счет переключения задней передачи. Получается что на кареточном моторе 250 Вт можно заехать на более крутую горку, чем на редукторном мотор-колесе 1000 Вт, т.к. он развивает на 50% больший крутящий момент (69 против 46).

Мощность

Стоит отметить, что мой двигатель 250 и 350 Вт — это абсолютно одинаковые двигатели. У них лишь разные прошивки, которые ограничивают ассистента помощи либо на 250, либо на 350 Вт. Но если нажать газ, то оба выдадут 400 Вт и больше если батарея 48 В.  Из таблицы ниже видно, что более мощные mid drive имеют больший момент и скорость, а вот 250 от 350 ничем не отличается.

Из графика выше для кареточного мотора видно как ток растет до 15 А и стабилизируется явно программно, потому что резко начинает падать эффективность, обороты и мощность, но продолжает расти крутящий момент. А мощность — это крутящий момент помноженный на обороты.

Справедливости ради скажу, что мощность дешевого мотор-колеса — это как ни крути мощность и 250 всегда будет меньше 1000, а значит будет ехать медленнее или увезет меньше груза при прочих равных. Кареточный двигатель на 750 Вт лишь немного дороже, но выдаст уже 110 Н·м на колесо. Но я специально сравниваю с 250 Вт чтобы показать — мощность далеко не единственный параметр, на который нужно обращать внимание при выборе типа электромотора.

Занимательная математика

И напоследок еще немного математики. Радиус моей передней звезды 44Т = 1/2″ * 44/2π = 89 мм. Длина стандартного шатуна 175 мм. Цепь при максимальном моменте электродвигателя испытывает нагрузку эквивалентную 100.9/9.8/0.089 = 115,7 кг. Вес человека, который создаст такую же нагрузку на цепь если навалится всем телом на одну педаль примерно в 2 раза меньше 89/175*115,7 = 58,8 кг за счет в большей длины шатуна. Мой нормальный вес 64 кг. Это значит, что мотор развивает почти такую же мощность, которую я могу выжать из велика в стоячем положении. Т.е. добавив 6 кг (мотор 250 Вт + батарея 500 Втч) к весу моего велосипеда я добавил 59 кг усилий на педали. Кстати это значит, что когда мы вваливаем вдвоем, все механизмы испытывают двойную нагрузку, что сказывается на износе как будто на велик встал человек массой 120 кг.

Большой крутящий момент mid drive — это и плюс и самый большой минус, т.к. требует разумного подхода к переключению передач. В этом смысле здесь снова работает прямая аналогия с машиной. Разгоняться нужно всегда с первой передачи и первые метры проезжать на педалях. Не стоит давать большие нагрузки при маленьких оборотах. Не стоит ставить мотор мощностью 1000 Вт на ашан-байк. Мощный мотор очень быстро сработает цепь и звезды, поэтому чем выше мощность, тем более качественные компоненты передачи необходимо использовать. Также для мощного мотора акутально иметь gearsensor — датчик переключения передач, чтобы скидывать тягу в момент переключения. У мотор-колеса такой проблемы нет, но и такой тяги тоже.

Выводы

Отвечая на вопрос, поставленный в первом абзаце скажу, что сэкономить можно, если вам не нужна скорость ниже 50% от максимальной и вы совсем не собираетесь крутить педали. Правда в этом случае, это уже электромопед. В любом случае не берите самое дешевое мотор-колесо. Только с планетарным редуктором. Это неплохой бюджетный вариант для городского велосипеда. Если же ваша цель — поездки по бездорожью по пересеченной местности с большими перепадами высот с форсированием препятствий в том числе путем переноса велосипеда на руках; если велосипед для вас в первую очередь тренажер, а не транспорт; если нужен легкий доступ к системе передач, ремонтопригодность и гибкость в модификации; если нужна большая дальность поездок за счет лучшей эффективности использования батареи, и вы готовы за всё это доплатить — ваш выбор кареточный мотор или mid drive.

У мотор-колеса слишком широкий рабочий диапазон скоростей, а электромоторы сложно сделать так, чтобы они одинаково эффективно работали на малых и высоких оборотах. Особенно это заметно на скоростях ниже 30% от максимальных. Вы вроде едете медленнее, энергии вроде тратиться меньше. Вот только на каждый 1 Вт механической мощности вы тратите 2 Вт электрической (если очень грубо).  А на максимальных оборотах малину портит сопротивление воздуха и трение. Кареточный мотор можно легко держать вблизи своего максимума эффективности за счет переключения передач. Максимальная скорость вращения мотор-колеса маловата для эффективной работы электромотора. Для создания достаточного момента при таких скоростях приходится использовать больше магнитов и большую площадь магнитопровода. Поэтому они больше, тяжелее, а значит более прожорливее и еще менее эффективны. Планетарная передача в мотор-колесе призвана решить эту проблему. Но жёсткое сцепление накладывает уже механические ограничения. Если планетарка имеет не одну, а несколько скоростей, то цена такой конструкции приближается к цене кареточного мотора и уже не является преимуществом, хотя недостатки еще остаются. В любом случае прогресс не стоит на месте, а цены падают. Так что рано или поздно и по нашей улице проедет инкасатор.

Кареточный мотор vs Мотор-колесо: 35 комментариев

  1. Очень предвзятое отношение, грубые ошибки. У мотрр колес есть фривил, что абсолютно не препятствует накат, вес 3,4 кг делает его не особо тяжелым. Абсолютно неадекватная оценка редукторного двигателя, одни домыслы без подтверждений. Почему кпд низкий? При 0% как написано, вся энергия уйдет на нагрев и оно взорвется. Бредятина. С кареткой всегда педали буду крутится, а счет силы мотора, которая выше человека, цепи и и звезды прослужать не долго.

    1. Это лишь мое личное мнение не претендующее на истину. Мнение, основано на анализе чужих мнений, личного опыта и профильного образования. Ничего не имею против критики — велкам.
      Фривил вроде относится к передаче. Если имеется в виду обгонная муфта, то ее ставят не повсеместно при этом сразу теряется рекуперация если кому нужна. Я лишь приветствую обгонную муфту. Как владелец двух кареточных двигателей могу зуб дать, что педали крутятся только тогда когда ты их крутишь (т.е. там тоже стоит обгонная муфта).
      КПД низкий? Ну не знаю 🙂 Так на картинке нарисовано производителем этих моторов. Про взорвется не писал. Писал что чем ниже КПД тем больше тратится электрической энергии на единицу получаемой механической.
      Юзаю два мотора 250 и 350 Вт уже почти 2 года. Износа не заметил, потому что такая мощность мотора примерно равна мощности обычного человека, т.е. все комплектующие на это рассчитаны. Хотите 1000 Вт — велкам, тогда наверное будет износ, но там дури будет как у мопеда — это естественно.
      Про теорию здесь писал http://blog.regimov.net/ebike-physics/
      З.Ы. против 3.4 кг в колесе (видимо редукторное небольшой мощности) не имею ничего против пока катаюсь исключительно по асфальту. Спроситите любого фрирайдера что он думает про 3.4 кг в колесе, особенно спереди.
      З.З.Ы. Сам использую горный велосипед в горах отсюда «предвзятое» отношение.

  2. Здравствуйте. А можно мне поставить mid drive, если у меня планетарка с ножным тормозом? Как переключать, как тормозить?

    1. Под вашу ответственность можно. Она в том, что придется перед торможением задним — притормаживать передним тормозом, т.к. в тормозной ручке находится микро-переключатель, ответственный за сброс тяги. В части переключения передач ничего не меняется. Но если мотор поставить мощный, то ставят еще микро-переключатель на трос переключения передач, чтобы в момент переключения тяга тоже сбрасывалась.

  3. Добрый день. Помогите прояснить по поводу «холостого хода» на кареточном моторе. На одном сайте, человек упомянул что в режиме «0» или когда мотор выключен, то ход педалями достаточно затруднен. Так ли это? Писал, что еще по ровной дороге, более-менее, но на не большой горке вообще тяжко. Почему то во всех обзорах по кареточным Бафангам, этот момент вообще упущен. А как у вас?

    1. Что касается сопротивления, вносимого мотором в систему, то оно мизерное за счет обгонной муфты. Тут гораздо больше влияет тот факт, что передняя звезда одна и она минимум 44 зуба. Есть люди, которые ставят вперед 52 зуба. Это при том, что на обычном МТВ стандартная кассета 22/33/44 и самая юзабельная средняя звезда 33Т. Естественно получая 44/34=1,3 в горку по сравнению с обычным 22/34=0,64 тебе в 2 раза тяжелее ехать на нем в горку (34 — максимальная задняя звезда в кассете). Я об этом писал кстати в статье.

  4. Спасибо. Много информации и не вся сразу укладывается))). Теперь про «холостой «ход мне понятно. Я вот именно вашими статьями и вдохновился на электрофикацию велосипеда. То же заказал 250W Бафанг, даже зарегистрировался на форуме любителей электровелов, но там стали советовать сменить его на BBS02 48V 750W пока продавец мой еще не выслал. Вам 250W хватает? Правда наверное не совсем корректный вопрос, т.к. местность у нас наверняка отличается, но всё же… Не было желания сменить на что нибудь по-мощнее?

    1. Уже отвечал где-то, что мне 350 Вт нравится больше ибо от 250 ничем кроме прошивки не отличается. Просто один сделан под рынок США, другой на Европу. И здесь в Европе они реально все 250 Вт даже дорогущие МТВ по 5-6 тыс. евро. Никто не жалуется, всем хватает. Не вижу смысла в 750, но если из велика хотите сделать мопед — то да. Лично я против, но каждый решает для себя сам.

      1. Никто в Европе не жалуется, потомучто не хотят платить налоги и иметь гемор с оформлением (в ЕС 250w max без прав, вело школы и оформления) в конце концов это только велик для большенства европейцев, для тех же, кто использует его повсеместно и как замену общественному транспорту и автомобилю, выбирают мощные грузовые е-байки. Так что здесь больше выбор зависит от личных целей и намерений. А статья класс! Отдельный респект автору

  5. Еще раз спасибо! Мопед не планировал))), пока силы есть и педали крутить. Вам бы свой материал дополнить именно в тексте самого обзора. А то вот вроде все ваши статьи перечитал, видео пересмотрел, а про разницу 250W vs 350W чего то не увидел. Там был абзац по теме, но вашего частного мнения там не было. Всего наилучшего!

  6. Кареточные узлы и так хорошо ралетаются как на Алибабе и електронбай ,так и на yahoo.co.jp и амазоне, и в рекламе не нуждаются, потом не все же двоичники, и помнят со школы о потерях на трение ,
    а двоечники и так знают что : лучше прямого привода ничего нет .Читаем зарубежные чаты народ ! -в оригинале, автопереводчики в сторону -вспомним школу и ты все поймеш. С ув Зариф

  7. Дорогой gena!
    Ты пишешь, что КПД узла кареточного мотора 80%. Похоже на правду. Верю. Ты забываешь, что КПД цепной передачи велосипеда (в той реализации которую мы имеем — т.е. перекос цепи и грязь на шестернях плюс потери на проворачивание роликов в дерайлере и задней втулке) тоже не превышает 80%. Ну… Ты же умеешь перемножать КПД. Сам сделаешь или мне тебе помочь? Не пудри людям мозги gena.

    1. Википедия говорит про 0.9-0.98 и явно зависит от качества и исполнения передачи. Можно поставить прямую будет 0.98, а можно на ашан-байк будет 0,8 в крайних положениях (наверное). Чем меньше тяга, тем меньше трение — меньше потерь — больше КПД. Мне свои колени жалко и мотор жалко, поэтому не юзаю на таких передачах чтоб КПД на 0.8 сваливался. Для этого и существует переключатель скоростей. Редукторное мотор-колесо из пластика тоже имеет КПД редуктора в районе 0.9 — 0.95
      https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A6%D0%B5%D0%BF%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%BF%D0%B5%D1%80%D0%B5%D0%B4%D0%B0%D1%87%D0%B0

      1. КПД 0,98 это наверно в каких-то идеальных лабораторных условиях. А 0,90 при постоянном наличии хорошей смазки и без перекоса цепи.

  8. А у Вас велосипед на 26″ колесах?
    Хочу кареточный на 29″ колёса. Думаю что 350Вт маловато будет (за счет потери малых передних Звезд). Склоняюсь в сторону 500Вт.
    Можете подсказать из своего опыта что лучше 350 или 500Вт.
    Там где катаюсь достаточно уклонов, на которых приходится ехать на самой тяговитой передаче.

    1. Берите 500. На самом деле всё индивидуально. Для меня весом 64 кг в горку пойдет и 250. 350 тянет лучше в крутой подъем + овердрафт до 500 есть, но в любом случае педали крутить. 500 будет норм для веса 80 по любым дорогам.

  9. Привет, вопрос о мощности мотора и дальности хода,я в этом не разбираюсь)) Допустим аккумулятор ёмкостью 10Ач, при скорости 25км.ч на каком моторе больше проедет расстояние? 250, 350, 500… 1500вт? А еще в этом же смысле вольтаж мотора, 32 или 48?

    1. Чем мощнее мотор, тем больше потери мощности — меньше дальность хода.
      Чем выше напряжение, тем меньше потери — больше дальность хода.

  10. Роман: У меня есть не точный, но простой метод оценочного расчета электрокомплекта:
    Емкость батареи ( 10А*ч) умножаем на номинальное напряжение (48В). Получаем цифру 480 Вт*ч, которую я называю «ёмкость батареи в ватт-часах». Теперь делим «ватты» батареи (480) на «ватты» двигателя (500) и получаем часы : 0,96.
    Далее ищем в этикетке или считаем сами скорость велосипеда под электромотором на макс. мощности. Например: 40 км/ч. Тогда, пробег будет: 40км/ч * 0,96 ч = 38 км.
    Этот метод имеет стооолько погрешностей и допущений, что не годится для серьёзных инженерных расчетов. Но оценить в магазине — насколько заявленный в этикетке пробег на электротяге соответствует указанным там-же параметрам батареи и двигателя — можно.
    И ещё: не рекомендую покупать электротранспорт, в котором «ватты батареи» сильно меньше «ваттов двигателя». Такая батарея долго не прослужит.

    1. Всё правильно, описанный метод не учитывает сопротивления качения, механики, ветра, аэродинамики, массы велосипедиста, КПД и т.д. При этом если полученная цифра больше заявленной производителем, то он безбожно врет. Я бы пользовался таким способом только среди вариантов одного типа двигателя и примерно одинаковой мощности, но разных производителей. Если скорости отличаются в 2 раза, то мощности и аэродинамическое сопротивление отличаются в кубе и легко может получиться что по факту проедут они одинаковое расстояние, просто один в 2 раза быстрее второго.
      Что касается ват-батареи/ват-двигателя, то всё зависит от типа элементов внутри. Высокотоковым всё равно, но чаще пихают обычные от повербанков, их нужно больше в параллель, от этого растет Ач.

  11. Подскажите пожалуйста,у меня стелс навигатор 750,хочу его переделать под электро,но не решил ещё точно под какой.
    Мой вес 115кг планирую ездить на работу и с работы. Хоть туда хоть обратно присутствует небольшая горочка,на которую на педалях и со сменой скорости заезжаю пыхтя.
    Сначала я загорелся купить мотор колесо заднее,теперь думаю может мне редукторного на педалях хватит 36v 350Ah?

  12. Добрый день, подскажите оптимальный надёжный кареточный мотор по соотношению цена/качество
    Нужен для установки на туристический вел с рулём — бараном и 11 СК системой
    Что бы меньше уставать, соответственно больше проезжать , но и не рвать мощностью мотора цепь. Педали собираюсь крутить тоже )
    Дорога в основном асфальт , но и грунтовки возможны тоже , проблемы с пылью будут ?

  13. Здравствуйте. Поставил на трехколесный велик (26-е колеса) Bafang 500 ватт 36 В. У него база больше, чем у двухколесного велосипеда, и поэтому не хватает длины кабеля датчика скорости, который устанавливается на какое-либо колесо. Скажите, если ездить без датчика скорости, это может привести к неправильному управлению компьютером (C965) двигателя? Какие отрицательные моменты могут проявиться?

    1. У меня при повреждении датчика двигатель выдает ошибку и перестает работать. Если педали крутятся, а колесо не едет, значит возможно слетела цепь. Думаю такая логика. Так что удлиняйте кабель.

  14. Люблю быстро ездить способен ли кареточный двигатель поддерживать скорость более 35км длительное время. И что для этого нужно. Какая мощность движка нужна или тут каденс имеет значение. Мне подходит каденс 90 плюс минус 5.

    1. Смотря на какой вел ставить. На шоссейник 500 Вт максимум, максимальный каденс около 120. 750 Вт каденс уже до 160. Крутить не реально — только газ. На своих 250 и 350 Вт длительно могу поддерживать 25 км/ч.

  15. доброго времени суток. у меня Giant talon 3, хочу купить кареточный бафанг 750, акб 48-17,5 samsung. Дороги ровные, асфальт, до работы 10 км. Какой оптимальный выбор звезды для максимальной скорости, но не в ущерб двигателю, цепи и задним звездам. Продавец предлагает 44T, 46T,48T,52T

    1. Отталкивайтесь от вашей существующей звезды. В большинстве случаев на МТБ пойдет 44T. Как посчитать — формулы есть в статье.

  16. Здравствуйте. Нужна схемка электронного регулятора управления «Газом», например кнопка «+» и «-«, на две или три скорости и сброс, который будет работать от ручки тормоза. Это будет своего рода «Круиз контроль». Не очень удобно при езде на асфальте постоянно держать ручку газа, а ассистент работает не корректно, если например надо немного подъехать крутя педали, запускается мотор и резко едет, как при ускоренном старте. У меня Bafang 750w. В идеале конечно поставить датчик мощности вращения педалей (не каденс), но не могу найти такой датчик, да и дорогой он наверно пока. Такая схемка многим бы пригодилась, знаю только что ее можно собрать на триггерном счетчике К561ИЕ10, нужно разработать схему. Спасибо.

  17. Здравствуйте. Я не совсем понимаю, а когда кареточный мотор работает, он педали тоже мне крутит? (и мне соответственно надо повторять его вращение)

  18. У меня есть велосипед с колесами 16 дюймов. Можно ли на него поставить такой двигатель. Скорость мне не нужна. У меня вес 85 кг. Езжу в парке где много людей, разгонятся нет возможности. Но есть м

    1. Размер колес не имеет значения. Значение имеет лишь размеры втулки под каретку велосипеда и конфигурация рамы в этом месте чтобы мотор встал.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *