Асинхронный двигатель для велосипеда своими руками

Типы электродвигателей для электровелосипедов

В производстве электровелосипедов наибольшее распространение получили двигатели типа мотор-колесо. Более 95% электровелосипедов изготавливаемых в заводских условиях используют именно такие двигатели. Это связано с их высокой надежностью, небольшим весом и достаточно хорошей экономичностью. Собственно электродвигатели мотор-колеса расположены прямо во втулке колеса, в связи, с чем трансмиссия электровелосипеда реализуется предельно просто и ее надежность определяется в основном надежностью применяемых в двигателях подшипников. Конечно, прежде, чем купить двигатель для велосипеда стоит разобраться в том, какие типы электродвигателей для велосипедов существуют и чем они различаются.

Двигатели мотор-колеса являются бесконтактными и не имеют электрических щеток, как обычные двигатели постоянного тока. Сами электродвигатели относятся к классу вентильных двигателей. Работа двигателя основана на взаимодействии сильных магнитов из редкоземельных металлов расположенных на роторе, с вращающимся магнитным полем статора, которое управляется контроллером путем коммутации его обмоток.

Электродвигатели для велосипедов разделяются на два класса:

Устройство редукторного двигателя

Устройство двигателя прямого привода

В 95-98% электровелосипедах изготавливаемых в заводских условиях применяются редукторные двигатели с обгонной муфтой.
Редуктроный двигатель обладает большим крутящим моментом при отностительно небольшой мощности за счет наличия в конструкции планетарного редуктора большой надежности в которм солнечная шестерня металлическая а сателлиты выполнены из композитных материалов. Веских причин для преимущественного применения редукторных двигателей несколько:

• максимальный пробег на одной зарядке аккумулятора. Двигатели с внутренним планетарным редуктором на 30% экономичнее по расходу энергии аккумуляторной батареи, в сравнении с двигателями прямого привода;
• малый вес и габариты редукторного двигателя, в сравнении с двигателем прямого привода. И вес и габариты редукторного двигателя примерно в два раза меньше чем у двигателей прямого привода;
• вращающий момент редукторных двигателей значительно больше чем у двигателей прямого привода той же мощности. Это позволяет преодолевать подъемы до 12 градусов. А современнные двухскоростные редукторные двигатели с автоматическим переключением передач, позволяют преодолевать на велосипеде подъемы до 27 градусов.
• необходимая энергоемкость (а значит вес и стоимость) аккумуляторной батареи при использовании редукторного двигателя меньше на 30% для сравнимых дистанций пробега;
• велосипед с редукторным двигателем имеет значительно более легкий ход с выключенным двигателем, за счет наличия в двигателе обгонной муфты.
• надежность редукторных двигателей за счет хорошо налаженного производства и высокой серийности не хуже чем у двигателей прямого привода. Практически большая часть серийных моделей электровелосипедов оснащается редуктроными двигателями из-за их малого веса и эконовмичного расходования энергии аккумуляторной батареи.

Что касается рекуперации, о которой очень часто спрашивают:
Рекуперация в принципе возможна при применении на электровелосипеде двигателя прямого привода. Однако на практике, рекуперация на электровелосипеде представляется весьма сомнительной затеей. По опыту эксплуатации удается экономить не более (3 — 5)% заряда аккумуляторов даже при движении в холмистой местности. Заряжать аккумулятор, двигаясь за счет педалирования, вообще нереальная задача. Даже ехать на велосипеде с отключенным двигателем прямого привода довольно тяжело. Двигатели прямого привода тормозят вращение колеса т.к. у них отсутствует обгонная муфта.
К тому же, если принять во внимание, что редукторный двигатель на 30% экономичнее по расходу энергии запасенной в аккумуляторе чем двигатель прямого привода, и в два раза легче, то выбор становится очевидным в пользу редукторных двигателей. Практически все серийно выпускаемые велосипеды оснащены редукторными двигателями. Редукторный двигатель сэкономит Вам гораздо больше энергии запасенной в аккумуляторе, чем можно ее вернуть с помощью двигателя прямого привода. Так что рекуперация энергии на электровелосипеде это разговор ни о чем.
У двигателей прямого привода есть только одно преимущество — скорость. Если ориентироваться на скорость порядка 50-60 км/час, то в этом случае требуется досаточно мощный двигатель прямого привода (примерно 1000 Вт) и емкая, а значит достаточно тяжелая аккумуляторная батарея. Для надежной эксплуатации велосипеда с таким двигателем нужна аккумуляторная батарея c рабочим напряжением 48V и емкостью не менее 20 А/час. Вес двигателя 1000 Вт около 6,5 кг. Вес литиевого аккумулятора (LNCM) составляет около 7 кг, а литий-железо-фосфатного (LiFePo4) около 9 кг. Вся конструкция становится ощутимо тяжелой. Получается уже не велосипед в привычном понимании, а скорее скутер. Использхование батареи меньшей емкости нецелесообразно, т.к. номинальный разрядный ток для всех типов батарей, при котором гарантируется заявленная долговечность батареи не должен превышать 1С, т.е номинальный разрядный ток равен емкости батареи.

При переделке велосипедов в электровелосипеды используются и подвесные двигатели. Подвесные двигатели имеют различные конструкции и могут устанавливаться вблизи каретки велосипеда или вблизи заднего колеса. Привод осуществляется через основную цепь, либо через дополнительную. Вот несколько примеров выполнения таких трансмиссий:

Однако мотор-колесо в настоящий момент является основным двигателем для электровелосипедов, ввиду явных преимуществ перед всеми остальными типами трансмиссий.

Мотор-колесо — это встроенный в колесо электродвигатель, который имеет неоспоримые преимущества перед навесными электродвигателями:

• мотор-колесу не нужна дополнительная трансмиссия. Это и двигатель и трансмиссия одновременно;
• у мотор-колеса минимум истирающихся деталей, да и те защищены практически полностью от попадания пыли и воды. Это очень надежная электрическая машина;
• используя мотор-колесо, любой человек способен поставить свой велосипед на электротягу. При использовании навесных двигателей все оказывается гораздо труднее.

Мотор колесо Дуюнова

Появление новых технологий вызывает восхищение у их потенциальных потребителей. Оно проявляется в наибольшей степени, если речь идет о фундаментальной модернизации существующих устройств, электродвигателей, например. Мотор колесо Дуюнова позиционируется как революционная технология построения последних. Она позволяет предельно расширить сферу их применения, от электровелосипедов до электроавтомобилей различного назначения.

Принцип действия агрегата

Схемы подключения асинхронных двигателей (звезда и треугольник) известны давно и успешно используются в различных отраслях деятельности. Каждый из способов имеет свои достоинства и недостатки, ограничивающие или, напротив, позволяющие применять их в конкретных условиях использования.

Совмещение двух методов теоретически сулило несомненные выгоды для конструкторов. Такие попытки предпринимались неоднократно, но были неудачными. Российскому изобретателю удалось связать эмпирические законы с теоретическими выкладками, в результате чего появилась схема намотки, названная «Славянка». Она отличается предельно малыми токами при максимальном пусковом моменте. Причем на больших оборотах крутящий момент остается постоянным.

Появление информации об изобретении в кругах специалистов отнесло его к разряду чудес, которых, разумеется, не бывает. Но отрицать факты, подтвержденные экспериментом неразумно. Действительно, двигатель отличается массой позитивных, порой, непревзойденных характеристик.

Преимущества мотора колеса Дуюнова

Производителей электрических транспортных средств прельщает низкая себестоимость двигателя, в отличие от существующих аналогов. Помимо этого, стоит отметить следующие его преимущества:

• отсутствие неодимовых магнитов
• высокий КПД (отношение мощности к затратам энергии)
• улучшенные разгонные параметры
• предельно низкие массогабаритные характеристики
• увеличенный ресурс

Есть еще масса менее очевидных моментов, выделяющих мотор колесо из ряда прочих асинхронных машин, минимизация нагрева, к примеру. Все вышеперечисленное подтверждается пакетом патентов, выданных изобретателю солидными патентными организациями, зарубежными в том числе.

Как сделать мотор колесо самостоятельно

Попытки воспроизвести инновацию своими руками с различной степенью успешности предпринимались многими умельцами. Имея профильное образование и опыт работы с электрическими двигателями, эта задача вполне посильная.

Используя стандартное колесо, небольшой аккумулятор и скромный набор электротехнического оборудования (переключатель скорости, контроллер движения и прочее), можно разогнать велосипед до скорости 60 км/ч.

Успешные эксперименты проводились и с более массивными транспортными средствами, легковым автомобилем, в частности.

Вместо заключения

Тенденция повсеместного отказа от дымящих и шумных ДВС (двигатели внутреннего сгорания) в пользу электротранспорта обусловлена требованиями экологии. Экономичность и позитивные эксплуатационные характеристики «Славянки» также способствуют такому переходу. Поэтому купить мотор колесо – это разумное решение во всех отношениях.

Сомнения вызывает промышленная неосвоенность технологии, равно как и чрезмерно агрессивная ее реклама. Отсутствие явного интереса к ней мировых гигантов вело-, мото- и автопрома также настораживает. Поэтому конечному покупателю стоит дождаться подтверждения эффективности мотор колес в виде появления электротранспорта, построенного с их применением, от ведущих производителей техники.

Электровелосипед своими руками: двигатель

В прошлой статье про контроллеры мы уже отмечали, что для электровелосипедов используются трёхфазные асинхронные двигатели, и частично затронули их разновидности.

Напомним: двигатели для электровелосипедов, за редким исключением, бывают двух типов: центральные (кареточные) моторы и мотор-колёса.

Первые устанавливаются в кареточный узел и имеют встроенный контроллер, вторые заспицовываются в обод на место втулки и устанавливаются на место заднего (реже переднего) колеса.

В чём же основные эксплуатационные отличия данных двигателей и в каких случаях стоит выбрать тот или иной вариант?

Центральный мотор

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.

Мотор колесо Дуюнова

Краткое описание и введение.
В чем отличие обычного китайского bldc двигателя и асинхронного двигателя? Всё дело в разности конструкций. В асинхронном двигатели не используются постоянные магниты. Магнитное поле там генерируют сами обмотки, когда на них подаётся ток. И когда поле поворачивается, колесо начинает крутиться. Поворотом поля и прочими функциями управляет контроллер.

Главные плюсы новой технологии.
Ни для кого не секрет, что асинхронные двигатели придуманы давно. Первооткрывателями технологии является Доливо Добровольский. В 1889 г. задокументированы первые наброски этой технологии. И до 1995 года эти двигатели имели огромный вес и габариты. Но были энергоэффективней обычный bldc двигателей на магнитах и имели ряд других преимуществ. Например меньший пусковой ток.
И так было до 1995 года, когда Дмитрий Александрович Дуюнов не занялся разработкой собственной обмотки.

Инновационная обмотка Славянка.
В 1995 году была создана новая обмотка славянка. Разработкой занималось ООО АС и ПП во главе с Дмитрием Александровичем Дуюновым и Евгением Дуюновым. Была создана совмещенная обмотка для асинхронных двигателей, которая позволила не только увеличить срок службы двигателей, а так же снизить нагрузки на обмотки, уменьшить температуру обмоток. И увеличить энергоэффективность двигателя почти на 30%. А пусковой ток снизить еще на 15%!

Применение технологии.
И так с 1995 года технология начала активно применяться. Стали перематываться двигатели на заводах, в котельных, генераторных. И прочих местах, где применяются асинхронные двигатели. Стали появляться лицензированные обмотчики, которые получив лицензию на перемотку, стали перематывать двигатели по всей России. На текущий момент двигателей, которые работают на новой технологии совмещенных обмоток, более 100.000 штук!

Смысл и цели.
Технология совмещенных обмоток дала следующие плюсы. Моторы перестали греться. А следовательно срок службы их значительно увеличился. Вместе с этим увеличилась и их мощность. А так же Это дало возможность уменьшить габариты двигателей! А следовательно бОльшую мощность теперь можно получить с меньшего двигателя. При этом он будет потреблять меньше электроэнергии. Что позволит снизить энергозатраты в среднем на 30%. И это реальная цифра.

Асинхронное мотор-колесо Дуюнова.
Как только стало понятно, что размеры асинхронного двигателя с совмещенной обмоткой Славянка, можно сильно уменьшить (не потеряв в производительности), было принято решение создать небольшое мотор-колесо по этой же технологии. Которое можно будет применять в электротранспорте. Электровелосипеды, электроскутеры, электромобили, электрокары, инвалидные электро коляски, электро рикши и многое многое другое. В электротранспорте большое значение имеет пусковой ток, а так же потребление в движении. Мощности, с которой получилось мотор колесо Дуюнова, может позавидовать самый навороченный китайский двигатель. В пике МК Дуюнова выдаёт до 20кВт, а умещается в маятник обычного велосипеда. А теперь представьте, что у вас больше ширина статора. И это, как минимум уже 40кВт. Поставьте такое колесо на автомобиль, умножте на 4 и получите спорткар почти с мощностью, Tesla