Рекуперация редукторного мотор колеса

Рекуперативное торможение и электрические тормоза — новые возможности с мотор-колесом Sanyo, новинкой 2013 года.

50% покупателей ищут самые дешевые наборы МК (мотор-колеса), при этом хотели бы иметь возможность рекуперации (возвращения части энергии при торможении или движении с горы) — раньше это было не возможно, так как существует большая разница между безредукторными МК и мотор-колесами свободного хода:

Напомним, что при появлении на Свет Божий, мотор-колеса представляли собой простую конструкцию из неподвижно закрепленного ротора с обмотками и статора из постоянных неодимовых магнитов, вращающегося вокруг него:

Это были и остаются самые простые МК, в них всегда есть движущее магнитное поле и в любой момент они могут превратиться в генератор — достаточно подключить обмотки к нагрузке. Однако, они являются довольно дорогими! А всё из-за того, что их приходится делать мощными, а следовательно и тяжелыми. Ведь во время старта с места, такому мотору приходится сдвигать с места велосипед и велосипедиста (общим весом часто более 100кг) — единственным помощником тут может быть высокий момент (мощность) и плечо, созданное удалением магнитов от оси колеса (вот и приходится увеличивать это расстояние как можно больше, от чего эти колеса такие громоздкие!).

Второй недостаток безредукторных колес в том, что магнитики двигаясь мимо стального сердечника (даже если бы медных обмоток совсем не было) всегда притягиваются к нему, как бы «цепляясь» и вызывают сопротивление вращению! Беда-то эта вроде бы была не большая, пока не появились колеса следующего поколения, со встроенным редуктором — конструкция видна на картинке справа.

Тут, с помощью компактного планетарного редуктора плечо увеличили сразу в 10 раз — огромный выигрыш во всем, кроме «беды с цепляющимися магнитиками», т.к. и беда эта выросла сразу в 10 раз! Тем не менее, плюсы были огромны — вес колеса удалось снизить более чем в два раза, мощность на старте теперь не требовалась, так что и её снизили в несколько раз, а это позволило получить впечатляющую дальность пробега без дозарядки!

В общем, конструкторы вопрос решили просто — добавили во все редукторные МК обгонную муфту (фривил), по типу того, что стоит в заднем колесе любого велосипеда. Это позволяет вращаться редукторному колесу без сопротивления качению, если крутить его за обод, то редуктор и магнитики внутри него будут стоять неподвижно!

Это решение имеет одни плюсы, кроме того минуса, что на редукторном велосипедном мотор-колесе нельзя реализовать электрический тормоз или рекуперативные схемы, при езде под горку, скажем.

Однако, жизнь не стояла на месте, батарейки увеличивали емкость и иногда дешевели, с каждым годом возрастал пробег на одной зарядке, особенно, с появлением буквально «на каждом углу» недорогих литий-ионных аккумуляторов — почти совсем исчез риск движения без аккумуляторов на одних только педалях и конструкторы снова вернулись к идеи рекуперации на редукторных колесах, правда, в несколько таком «интеллектуальном» виде! Суть его в том, что можно автоматически дозировать то усилие, которым МК помогает человеку «крутить педали», либо немного притормаживать (и возвращать энергию в аккумулятор) в те моменты, когда велосипедист тормозит или двигается накатом:

В принципе, идея проиллюстрирована на рисунке, смысл её в том, чтобы слегка помогать на старте и при движении (допустим PAS= 1:1), при сильной нагрузке, ускорении или движении в гору — помогать «на все деньги» (PAS= 1:2), при торможении с большой скорости или с горки — максимальный отъём мощности для регенерации. Ну, а при движении накатом, можно притормаживать электрическим тормозом в полсилы!

Для технической реализации этого плана достаточно было иметь перестраиваемый PAS и две разных тормозных рукоятки (нажмешь одну — максимальное торможение, нажмешь другую — средний уровень регенерации, четыре ампера или около того) и, самое главное, РЕДУКТОРНЫЙ ХАБ БЕЗ ОБГОННОЙ МУФТЫ!

Как говорится, «свято место пусто не бывает», пробел в рынке взялась заполнить японская компания Sanyo — настоящий титан, мегакарпарация на рынке электроники, выпускающая всё от микросхем до невообразимого количества готовых устройств, в том числе электровелосипедов под собственным брендом! Имея опыт производства хабов для электровелосипедов (например, вот один из оригинальных хабов с накручивающейся крышкой и двойным планетарным редуктором) инженеры Sanyo не просто убрали муфту, но и серьезно уменьшили вес и размер хаба — он ощутимо меньше тех, что продают конкуренты и легче их на 800 грамм! Сухой вес нового хаба всего 2340 грамм:

Читайте также:  Мотор jet marine 5 характеристика

Было это в далеком в 2009 году, выпускался этот хаб и продавались велосипеды Sanyo только на внутреннем японском рынке. Затем, через пару лет, подобные велосипеды стали продавать в Европе и США, а с конца 2012 года этот хаб Sanyo можно купить в России, в нашем интернет-магазине!

Кроме способности генерировать электроток, этот хаб обладает другим достоинством для конструктора-самодельщика, его можно переворачивать и ставить выход проводов как в левую, так и в правую сторону! Пусть это и требуется не так часто, особенно для переднего колеса (а этот электрохаб не имеет ревизии для заднего колеса), но иногда может потребоваться именно эта его возможность!

В заключении хочется отметить, что МК Sanyo выполнены с непревзойденным качеством, отлично уравновешены, очень тихи в работе и, вероятно, будут обладать огромным сроком службы, в силу качества их изготовления. В общем, приятно держать в руках и даже жалко такую красоту ставить на велосипед! ))))

Источник

Какое мотор-колесо лучше, с прямым приводом или редукторное?

Нас очень часто спрашивают, какое мотор-колесо лучше, редукторное или с прямым приводом. Однозначного ответа мы не дадим, так как у каждого из этих двух типов мотора есть свои преимущества и недостатки. Для кого-то важным покажется одно, для кого-то другое.

Чтобы сэкономить ваше время — напишем краткую выдержку:

  • Если вам нужна скорость выше 30 км/ч, то вам нужно мотор-колесо с прямым приводом, мощностью 500 Вт и более, но при этом готовьтесь к тому, что выключенный мотор будет оказывать небольшое сопротивление при езде, а если захотите уверенный подъем в гору, то мощность должна быть 1500 Вт и более.
  • Если вас устроит скорость до 30 км/ч, то вам подойдет редукторное мотор-колесо 350 Вт, при этом вы получите уверенный подъем в гору, отсутствие сопротивления при езде с выключенным двигателем, а также малый вес и габариты мотора. Если вас это устроит, то минусы редукторного мотора уже несущественны.
  • Оба мотор-колеса безщеточные.

Редукторное мотор-колесо 250-350 Вт.

Для начала вкратце расскажем что такое редуктор и зачем его устанавливают в мотор электровелосипеда. Редуктор — это устройство, которое увеличивает крутящий момент мотор-колеса, но при этом снижает максимальную скорость движения до 30 км/ч. То есть заезжать на горку будет легко, но на прямой дороге скорость будет невелика. Это то же самое, как ехать на автомобиле на первой-второй передаче. У мотор-колеса с прямым приводом такой же крутящий момент будет доступен при мощности 1500 Вт.

Редуктор состоит из планетарной передачи с тремя пластиковыми шестернями внутри. Срок службы этих шестеренок зависит от режима эксплуатации и в среднем составляет 6-9 тыс.км. Замена шестеренок — дело несложное, занимает 1-2 часа, а их стоимость можно узнать здесь. Есть модификации со стальными шестернями, но это редкость, так как такие моторы довольно шумные.

У редукторных мотор-колес отсутствует сопротивление при езде с выключенным мотором. Иначе говоря, если у вас сядет аккумулятор, то вы сможете ехать как на обычном велосипеде. Хороший накат обеспечивается наличием обгонной муфты, которая механически отсоединяет мотор от колеса, её можно сравнить с трещоткой на заднем колесе велосипеда — когда вам нужно, вы начинаете крутить педали и передавать крутящий момент на колесо, но колесо не может обратно передать свой крутящий момент на педали. Обратная сторона этого преимущества — невозможность рекуперации, то есть вы не сможете тормозить двигателем и заряжать батареи.

Следующая отличительная черта редукторного мотор-колеса — это компактность и малый вес. Многие даже не будут подозревать, что у вас электровелосипед, так как мотор в колесе будет чуть-чуть больше в диаметре чем втулка. Это опять-таки объясняется наличием редуктора внутри.

Большинство редукторных мотор-колес обладают максимальной мощностью 350 Вт, чуть реже 500 ватт, но не более. Это является относительно отрицательной стороной такого типа мотор-колес, так как далеко не всем нужны более мощные моторы.

Также стоит отметить низкий уровень шума у редукторных мотор-колес, они практически бесшумные. Не сказать что прямой привод шумит, но все-таки он немного громче работает, чем редукторное мотор-колесо.

Ну и напоследок про цену. Редукторное мотор-колесо стоит дешевле чем мотор-колесо с прямым приводом.

Мотор-колесо с прямым приводом (безредукторное).

У такой конструкции есть две основные части — ротор и статор. Ротор — это ось колеса с обмотками, она неподвижна и жестко закреплена к раме велосипеда. Статор — это втулка колеса с мощными постоянными магнитами, к которой закреплены спицы и обод, она подвижна. Такая конструкция крайне надежна и проста, так как в ней нет трущихся частей, кроме подшипников. Это классическая схема трехфазного двигателя переменного тока, только в ней статор вращается вокруг ротора.

Читайте также:  Особенности лодочных моторов меркури

Преимущества такого мотор-колеса:

  • Надежность и простота конструкции
  • Возможность тормозить двигателем (рекуперация)
  • Большая мощность до 5000 вт
  • Скорость передвижения до 100 км/ч
  • КПД выше за счет отсутствия редуктора
  • Небольшое сопротивление при езде с выключенным мотором. То есть если у вас сядет аккумулятор, то крутить педали будет чуть-чуть тяжелее, чем на таком же велосипеде без мотора. Это сопротивление сравнимо с легким встречным ветерком.
  • Большие габариты и вес мотора
  • Мотор-колесо с прямым приводом дороже редукторного при одинаковой мощности.

Итог: если вам нужна хорошая скорость от 30 км/ч — выбирайте прямой привод. В остальных случаях стоит отдать предпочтение редукторному мотор-колесу.

Источник

Включить рекуперацию на электровелосипеде

При рекуперативном торможении велосипеда с тяговым мотором прямого привода, поддерживающим функционирование в режиме генерации энергии, электроэнергия трансформируется в другую форму и поступает обратно в сеть или копится в АКБ. Известно, что порядка 30% кинетической энергии при торможении превращается в тепло и рассеивается. Рекуперация позволяет избежать этих потерь и направить сохраненную энергию на питание АКБ, тем самым немного увеличивая дальность хода электровелосипеда без подзарядки.

Как включить рекуперацию на электровелосипеде?

Рекуперация как торможение электродвигателем, способным функционировать в режиме генератора, обеспечивается путем перехода механической энергии в электрическую. В процессе торможения электромотор играет роль генератора, преобразует тепловую энергию, и она в дальнейшем протекает через сеть и идет в АКБ. Данная система была разработана более 50 лет назад и на данный момент востребована в гибридных и электрических моделях транспорта. Особенно она эффективна для средств передвижения с длинным тормозным путем.

Конструкция мотор-колеса электровелосипеда дает возможность накапливать кинетическую энергию, которая высвобождается при торможении или езде с горки, и пользоваться ею при потребности транспорта в импульсе для ускорения езды. Рекуперация обеспечивается благодаря снятию напряжения со статорных обмоток мотора и его переходу в режим генератора.

Рекуперация энергии: ожидания и реальность

При выборе набора для электрификации велосипеда многие покупатели задаются вопросом, поддерживает ли электроника выбранного набора функции рекуперации? Возможность преобразования тепловой энергии при торможении интересна многим велосипедистам. Но важно понимать, что увеличение пробега за счет рекуперативного торможения электрического велосипеда будет достигать максимум 10% энергии АКБ.

Возможности мотор-колеса не безграничны, поэтому и результаты использования системы рекуперативного торможения будут не слишком впечатляющими. Тем не менее, в некоторых ситуациях и незначительный объем рекуперированной энергии может сыграть значимую роль, например, позволит вам доехать оставшиеся пару километров до пункта назначения на электротяге. Кстати, целесообразность рекуперации возрастает с увеличением веса средства передвижения.

Принцип и особенности рекуперации

Рекуперативное торможение – 2-ступенчатый процесс, протекающий при взаимодействии мотора-генератора и АКБ. Кинетическая энергия благодаря генератору трансформируется в электроэнергию, а после этого – в химическую энергию АКБ. На объем генерируемой энергии существенно влияет протяженность холмистых спусков на маршруте, угол их уклона, результативность применения системы тормозов, качество работы мотора, контроллера и АКБ.

По расчетам, чтобы полностью восполнить заряд АКБ электробайка при спусках со склонов, нужно спускаться с очень крутого склона протяженностью свыше 322 км. На практике с помощью рекуперации удается восполнять небольшую часть энергии – порядка 5%. К тому же, ни один из современных типов АКБ не может принимать энергию со скоростью, соответствующей интенсивности ее выделения при торможении. Но продолжают разрабатываться новые методики по более результативному использованию энергии рекуперативного торможения с применением специальных конденсаторов.

Нужна ли электровелосипеду рекуперация?

Функцию рекуперации не стоит считать бесполезной опцией, но и ожидать от нее фантастического эффекта также не нужно. Если вы рассчитываете, что контроллер и мотор-колесо, работающее в режиме генерации энергии, помогут в разы увеличить пробег без подзарядки, вы будете разочарованы функцией рекуперации в действии. Большой экономии она не обеспечит, зато позволит проезжать на одном заряде на пару километров больше. В некоторых случаях такой запас может оказаться очень полезным. К тому же, динамическое торможение благотворно сказывается на долговечности тормозных колодок.

Рекуперативная система – полезное дополнение электровелосипеда, только не нужно переоценивать ее функционал. А продлить пробег электробайка на одном заряде помогут другие методы – использование более емкой аккумуляторной батареи, езда в экономичном режиме и сочетание электропривода с педалированием.

А вместо прямоприводного мотора, поддерживающего функцию рекуперации, в большинстве случаев лучше использовать редукторные моторы с обгонной муфтой. Они более экономно расходуют энергию АКБ, легче весят и не притормаживают при отсутствии питания.

Узнайте в нашем предыдущем материале о причинах растущей популярности электробайков – 7 причин купить электровелосипед.

Источник

Вся правда о рекуперации электровелосипедов

Ах, это волшебное слово — рекуперация! Довольно значительная часть людей, которые задумывались о покупке электровелосипеда, услышав про функцию рекуперации — возврате части энергии движения обратно в батарею, — начинают мечтать об огромных пробегах электровелосипеда, часто не разобравшись в сути вопроса.

Читайте также:  Мотор для газ 3102 от крайслера

Что может быть причиной такого интереса к функции рекуперации? Склонность людей преукрашивать реальность?

Вероятно, многие помнят, как в советские времена были популярны динамо-машины , или велогенераторы. Они использовались для того, чтобы питать велосипедные фары. Основной целью являлся отказ от необходимости покупать батарейки.

В наше время динамо-машины по-прежнему присутствуют в продаже, например, на Aliexpress встречаются как варианты с прижимным роликом , так и варианты с генератором, встроенным во втулку колеса.

Если же не ходить на Aliexpress, то можно заметить, что такой крупный производитель велосипедных комплектующих, как Shimano, также производит втулки со встроенным генератором.

И, казалось бы, можно использовать этот генератор для зарядки аккумулятора электровелосипеда! Но давайте обратимся к математике, которая беспристрастно расставит всё на свои места.

Мощность генератора, встроенного во втулку, составляет 3 Вт, при напряжении 6 В. Самая распространённая ёмкость аккумулятора электровелосипеда — 10 Ач. При номинальном напряжении батареи 36 вольт, абсолютная ёмкость составит 360 Втч. Таким образом, даже если не учитывать потери на преобразование напряжения из 6 В в 36 В, для зарядки аккумулятора нам потребуется 360 Втч / 3 Вт = 120 часов , или 5 суток езды.

Но, конечно же, не о таких велогенераторах говорят сторонники рекуперации! Ведь зачем устанавливать на электровелосипед дополнительный генератор, когда на нём уже есть генератор — это мотор-колесо прямого привода ! Оно и напряжение даёт более высокое, и тормозить можно не вхолостую, а заряжая батарею!

Недавно на одном известном форуме про электротранспорт мне встретился вопрос : » Сколько время потребуется , чтобы зарядить батарею на 48 В ёмкостью 8 Ач рекуперацией, неспешным катанием по парку со скоростью 10 км/ч?».

Именно о таком способе зарядки батареи с использованием рекуперации мечтает большинство людей, приходящих покупать электровелосипед с вопросом «А этот электровелосипед поддерживает рекуперацию?»

Вынужден расстроить таких мечтателей — в таком режиме батарею зарядить вряд ли получится, даже частично, так как для зарядки необходимо обеспечить несколько условий .

Во-первых, нужна достаточная частота вращения мотор-колеса, то есть необходимо ехать со скоростью хотя бы 20 км/ч.

Во-вторых, работа мотора в режиме генератора будет создавать сопротивление движению, словно вы едете в горку, причём с довольно серьёзным уклоном. А сохранять при этом скорость 20 км/ч достаточно длительное время практически нереально.

Другим, более реальным способом подзарядки батареи с использованием рекуперации, многие считают рекуперативное торможение , и это логично, учитывая что тормозить на электровелосипеде приходится довольно часто, не только перед бордюрами и прочими препятствиями, но также на спусках.

Но и здесь имеются факторы, препятствующие эффективной подзарядке батареи. Во-первых, торможения за счёт одной рекуперации может быть недостаточно, и придётся дополнительно задействовать тормозные колодки, а это потери энергии.

Во-вторых, зарядка батареи — процесс инерционный, так как зависит от химических процессов, что снижает эффективность подзарядки.

В-третьих, недостаточный вес. Если в случае электропоездов и электромобилей вес транспортного средства довольно значительный, то в случае электровелосипеда силы инерции уже недостаточно.

В итоге, с учётом потерь на преобразование кинетической энергии движения в электрическую, а затем в химическую энергию батареи, реальная эффективность рекуперации на электровелосипеде составляет около 3% , в холмистой местности — около 5% .

А теперь давайте сравним велосипед с рекуперацией и велосипед без рекуперации — с редукторным двигателем.

Благодаря использованию обгонной муфты и конструктивным особенностям, редукторные двигатели до 30% экономнее расходуют энергию батареи, чем двигатели прямого привода. К тому же, они в 2-3 раза меньше весят, если сравнивать двигатели с одним и тем же вращающим моментом.

Таким образом, можно использовать двигатель прямого привода и за счёт рекуперации увеличить пробег на одном заряде на 3-5%, а можно использовать редукторный двигатель и добиться прироста пробега до 30% (относительно мотора прямого привода).

На самом деле, у этих моторов разное назначение: мотор прямого привода целесообразно использовать если вы хотите перемещаться со скоростью более 50 км/ч на тяжёлом транспортном средстве, с большой батареей, и вас не беспокоит увеличенный расход энергии.

А редукторный мотор разумно использовать в случае, когда для вас важен низкий вес, эффективное использование энергии батареи (в том числе за счёт использования ассистентного режима) и устроит скорость передвижения 25-60 км/ч. Это больше похоже на электровелосипед , чем на электромотоцикл, не правда ли?

Двигатели прямого привода дешевле из-за простоты конструкции, за это их любят самодельщики, но и весят они в разы больше. А редукторные двигатели больше используют производители качественных и, как следствие, более дорогих электровелосипедов, как например electronbikes .

Если понравилось, ставьте «палец вверх» и подписывайтесь! Это очень мотивирует к написанию новых статей! Спасибо, что Вы со мной, и до встречи! Впереди будет ещё больше интересного!

Источник

Поделиться с друзьями