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, а которых я уже говорил. Мотор-колесо нарушает развесовку велосипеда и часто требует усиления стандартных мест крепления колеса иначе их может просто разорвать. В конструкции редукторного мотор-колеса есть планетарный редуктор из трех нейлоновых шестерней. Если на таком колесе подпрыгнуть оно начнет резко ускоряться, а при приземлении рывком замедляется. В момент приземления нейлоновые зубья срезаются предотвращая еще большие повреждения. 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.

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 собственных мышц, и гораздо больше при обычном мотор-колесе. Отметим, что кратковременно мотор способен потреблять до 45 А (2149 Вт) и выдавать максимально 46 Н·м и этот момент приложен к оси колеса.

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. Мотор-колесо при мощностях 0 — 360 Вт имеет пропорционально малую эффективность 0 — 70%. Более-менее нормальную эффективность мотор-колесо выдает при мощностях 700 -1500 Вт. Размеренные прогулки не для него.

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).

Стоит отметить, что мой двигатель 250 Вт это абсолютно тот же двигатель 350 Вт, но у второго питание не 36, а 48 В. 36/48=250/350. У них лишь разные прошивки, которые защищают батарею от разряда. Из графика выше видно как ток растет до 15А 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. При большем напряжении ограничение также наступит позже, что позволит выжать из мотора больше мощности, а значит скорости если она вам нужна. Это также позволит получить большую эффективность при моментах выше 50.

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. 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 8 кг (мотор+батарея) 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.

Вывод

Отвечая на вопрос, поставленный в первом абзаце скажу, что сэкономить можно лишь в том случае, если вам в первую очередь нужна скорость 40 км и выше, правда в этом случае мопед возможно более разумен.

 

 

Плюсы и минусы электровелосипеда

В прошлый раз был подробный рассказ как сделать электровелосипед своими руками путем установки кареточного электромотора на свой MTB. После полугода эксплуатации могу выделить плюсы и минусы электрификации старого байка. Именно отличия электровелосипеда от обычного, так как можно найти еще плюсы и минусы в сравнении с мопедом/мотоциклом. Итак, что может подвигнуть поставить электромотор на велосипед. Читать далее «Плюсы и минусы электровелосипеда»

Электровелосипед за час. Практика

В прошлый раз был подробный рассказ как сделать электровелосипед своими руками путем установки кареточного электромотора на свой MTB. Прошло полгода и есть чем поделиться. Если коротко — очень жалею, сильно жалею и корю себя за то, что не поставил его раньше. Мне очень нравится, но обо всем по-порядку. Читать далее «Электровелосипед за час. Практика»

Установка двигателя Bafang на велосипед

Заснял процесс установки электродвигателя bafang BBS01 из набора на мой старый горный велосипед. Оказалось все элементарно. Процесс занял не больше часа. Больше вопросов было по чисто велосипедной тематике, типа «как снять/поставить ручки с руля», «как поменять проводку тормозов и переключателей скоростей» и т.п. Но все эти попутные вопросы легко гуглятся.

 Еще пару часов потратил на то, чтобы пофиксить старые проблемы с переключателем передач и ручкой тормоза. Осталось спаять аккумулятор из оптовой партии 18650 и можно ехать. Можно конечно вообще не заморачиваться и купить полный комплект Bafang (8Fan) с батареей (тут огромный выбор комплектаций). Ссылка на видео ниже. Читать далее «Установка двигателя Bafang на велосипед»

E-bike или как электрифицировать велосипед

Тип привода

Для начала определяемся с типом привода. Есть мотор-колесо вместо заднего или переднего. Есть мотор в каретку. Мне больше нравится последний вариант, т.к. он не требует больших переделок, усилений, не нарушает развесовку велосипеда и сохраняет привод через задние переключатели передач, а следовательно двигатель работает в области максимальных моментов при максимальной эффективности (почитайте мою статью). В своих поездках по Европе я в основном наблюдаю именно этот тип двигателей.

Мощность и скорость

Вторым моментом является определение требуемой мощности. Существуют варианты от 250 до 1000 Вт. Для себя определил, что хватит 250 Вт при 36 В батареи. Почему? Вот вам цитата про развиваемую велосипедистом мощность при педалировании:

Читать далее «E-bike или как электрифицировать велосипед»

День~4. Поход в Адршпахско-Теплицкие скалы

День предполагался быть насыщенным, поэтому встали мы в 6-00 утра местного времени. Рюкзаки собранные ждали у выхода, взяв треккинговые палки и сев на велосипеды, отправились в путь.
Решено было поехать не через кассу, а поискать другую туристическую тропу. По картам смогли найти буквально в 1 км от нашего местоположения. Велосипеды оставили в лесу, прикрепив между собой и к дереву, дальше пошли пешком все время в горку.
Наш маршрут оказался по цвету синим. Он представлял собой тропинку практически все время на подъем, между деревьями, скалами, иногда по самим скалам. Так как это не легкий путь и он не из самых известных туристами троп , то мы шли гордо в одиночестве, чему были весьма рады. Наслаждались звуками природы, росинками на траве, запахом ельника, проникающими лучами солнца и общением друг с другом. В этот же момент я поняла, что трекинговые палки — это вещь полезная, они очень помогали при ходьбе и снижали нагрузку на спину.
Первым куда привела нас тропа, обзорная площадка. С нее были видны поселки и половину национального парка Адршпах. Сфоткали панораму и друг друга, а Женя даже рискнул запустить мелкий наш квадрокоптер с камерой.

Читать далее «День~4. Поход в Адршпахско-Теплицкие скалы»