1. Пристрій
2. Технічні характеристики
3. Мотор колесо
4. кареточний мотор
5. потужність
6. Цікава математика
7. висновки

Серед обивателів часто бачу нерозуміння і небажання платити більше за кареточний мотор. Адже є мотор-колесо в 2 рази дешевше. Давайте розберемося як я люблю - в цифрах і відповімо на питання, коли можна заощадити?

Для початку очевидні речі, про які вже писав . Мотор-колесо порушує розподіл ваги велосипеда, часто вимагає посилення стандартних місць кріплення колеса інакше їх може просто розірвати, гірше накат, складна процедура зняти / поставити мотор-колесо для обслуговування і заміни покришки. У конструкції редукторного мотор-колеса є планетарний редуктор з трьох нейлонових шестернею. Якщо на такому колесі підстрибнути воно почне прискорюватися, а при приземленні ривком сповільнюється. У момент приземлення нейлонові зуби зрізаються запобігаючи ще більші пошкодження мотора. У кареточного моторі ривок пом'якшує ланцюг.

Пристрій

Тепер поглянемо на мотори зсередини.

Зліва найдешевше мотор-колесо, праворуч з редуктором. Відмінність в тому, що редукторний електромотор обертається з більшою швидкістю (редуктор 5: 1), тому він більш тяговітий і менше важить. Відрізнити їх просто. Редукторний товщий, а перший більше. За рахунок зменшення довжини спиць таке колесо гірше амортизує. У той же час зазор між магнітами і котушкою дуже маленький. Там, де при сильному ударі на звичайному колесі ми могли б відбутися вісімкою, тут магніти можуть зустрітися з котушкою. Добре, припустимо ми катаємося виключно по рівному асфальту. Подивимося що всередині кареточного мотора на прикладі мого bafang BBS01 потужністю 250/350 Вт.

Відразу відзначаємо наявність редуктора з ще великим передавальним числом 1: 21.9, тобто двигун обертається ще швидше і по ідеї повинен бути ще ефективніше, менше і легше (останнє очевидно з фото). Другий момент, що кидається в очі - це нормальний нерухомий статор і обертовий ротор. Ось тут детальніше.

Зі шкільного курсу фізики ми знаємо, що момент інерції залежить від маси тіла, що обертається. Розганяти і гальмувати мотор-колесо набагато затратнее, тому що ротор там великий і суміщений з металевим корпусом. Вага заднього мотор-колеса в зборі з покришкою 8-10 кг, що можна порівняти з вагою всього мого велосипеда. Більш сучасні редукторні мотор-колеса важать на кілька кг менше. Але найголовнішим їх перевагою є наявність в їх конструкції обгонів муфти. Справа в тому, що в звичайному мотор-колесі статор мотора жорстко закріплений на валу, а ротор жорстко на колесі. Якщо на обертається мотор не подається струм, то він перетворюється в генератор. Цей вбивчий недолік маркетологи продають нам як благо під назвою рекуперація. За фактом мотор весь час руху накатом змушений витрачати енергію на подолання гальмуючого моменту. Час, коли ви гальмуєте рекуперацією мізерно мало, а ефективна вона лише на максимальних обертах. Реальна ефективність рекуперації на рівнині негативна. А якщо не дай бог скінчилася батарея, то велосипед перетворюється в потужний фітнес-тренажер. Це виключає можливість користуватися велосипедом як раніше і змушує жорстко оцінювати витрата батареї.

Технічні характеристики

Але це ще не все, давайте порівняємо технічні характеристики моторів.

Мотор колесо

Це редукторне мотор-колесо, номінальною механічної потужністю 1000 Вт і номінальним крутним моментом 25 Н · м при максимальній ефективності 80.9%. Відразу зазначу, що струм при відсутності навантаження становить 3 А. Якби не було обгонів муфти, то ваш мотор споживав би максимально 48,6 * 3,146 = 152.9 Вт при русі накатом. Приблизно 13 Вт вам доведеться компенсувати при сіла батареї за рахунок власної мускулатури, і набагато більше при звичайному мотор-колесі. Відзначимо, що на короткий час мотор здатний споживати до 45 А (2149 Вт) і видавати максимально 46 Н · м (1644 Вт) і цей момент прикладений до осі колеса. Мотор-колесо при потужностях 0 - 360 Вт має пропорційно малу ефективність 0 - 70%. Більш-менш нормальну ефективність мотор-колесо видає при потужностях ≥500 Вт. Спокійні прогулянки не для нього. Якщо потрібно проїхати якомога більшу відстань, то потрібно розганяти інакше батарея буде витрачатися даремно. Цей мотор для тих, кому потрібно дістатися з точка А в точку Б за найкоротший час.

кареточний мотор

Тепер поглянемо на характеристики кареточного мотора 250 Вт.

Відразу відзначаємо велику максимальну ефективність 89,7% при 151 Вт. Ефективність вище 80% при потужності від 50 до майже 400 Вт. А що таке ефективність - це відношення отриманого механічної потужності Pout до витраченої електричної потужності Pin. Чим вона вища, тим більш економно ми витрачаємо батарею. На цьому моторі можна їхати повільно або швидко - не важливо, батарея буде витрачатися адекватно.

Порівняємо крутний момент. У кареточного мотора він прикладений до осі каретки і передається на заднє колесо за рахунок ланцюга. Співвідношення зірок дає нам передавальне число на яке зменшується крутний момент. Так, при номінальному струмі 9 А (34 Н · м), передній зіркою 44Т і задньої касетою 30 / 11Т отримаємо крутний момент на колесі від 8,5 до 23.2 Н · м в залежності від положення заднього перемикача швидкостей. При максимальних 15 А (55 Н · м) і все ще гарної ефективності від 13,7 до 37,5 Н · м. При максимальному моменті, що крутить мотора 100.9 Н · м на задньому колесі на зірці 30Т буде 68.9 Н · м. Це те ж саме якщо взяти гайковий ключ довжиною 10 см і навалитися на нього всім тілом масою 70 кг. Від моменту залежить прискорення велосипеда і граничний кут підйому. На кареточного ми можемо гнучко розпоряджатися ним за рахунок переключення задньої передачі. Виходить що на кареточного моторі 250 Вт можна заїхати на більш круту гору, ніж на редукторному мотор-колесі тисячі Вт, тому що він розвиває на 50% більший крутний момент (69 проти 46).

потужність

Варто відзначити, що мій двигун 250 і 350 Вт - це абсолютно однакові двигуни. У них лише різні прошивки, які обмежують асистента допомоги або на 250, або на-350 Вт. Але якщо натиснути газ, то обидва видадуть 400 Вт і більше якщо батарея 48 В. З таблиці нижче видно, що більш потужні mid drive мають більший момент і швидкість, а ось 250 від 350 нічим не відрізняється.

З графіка вище для кареточного мотора видно як струм зростає до 15 А і стабілізується явно програмно, тому що різко починає падати ефективність, обороти і потужність, але продовжує зростати крутний момент. А потужність - це крутний момент помножений на обороти.

Справедливості заради скажу, що потужність дешевого мотор-колеса - це як не крути потужність і 250 завжди буде менше 1000, а значить буде їхати повільніше або відвезе менше вантажу при інших рівних. Кареточний двигун на 750 Вт лише трохи дорожче, але видасть вже 110 Н · м на колесо. Але я спеціально порівнюю з 250 Вт щоб показати - потужність далеко не єдиний параметр, на який потрібно звертати увагу при виборі типу електромотора.

Цікава математика

І наостанок ще трохи математики. Радіус моєї передньої зірки 44Т = 1/2 "* 44 / 2π = 89 мм. Довжина стандартного шатуна 175 мм. Ланцюг при максимальному моменті електродвигуна відчуває навантаження еквівалентну 100.9 / 9.8 / 0.089 = 115,7 кг. Вага людини, який створить таку ж навантаження на ланцюг якщо навалиться всім тілом на одну педаль приблизно в 2 рази менше 89/175 * 115,7 = 58,8 кг за рахунок більшою довжини шатуна. Мій нормальний вага 64 кг. Це означає, що мотор розвиває майже таку ж потужність, яку я можу вичавити з велика в стоячому положенні. Тобто додавши 6 кг (мотор 250 Вт + батарея 500 Втч) до ваги мого велосипеда я додав 59 кг зусиль на педалі. До речі це означає, що коли ми ввалюється удвох, всі механізми відчувають подвійне навантаження, що позначається на знос ніби на великий стала людина масою 120 кг.

Великий крутний момент mid drive - це і плюс і найбільший мінус, тому що вимагає розумного підходу до перемикання передач. У цьому сенсі тут знову працює пряма аналогія з машиною. Розганятися потрібно завжди з першої передачі і перші метри проїжджати на педалях. Не варто давати великі навантаження при маленьких оборотах. Не варто ставити мотор потужністю 1000 Вт на Ашан-байк. Потужний мотор дуже швидко спрацює ланцюг і зірки, тому чим вище потужність, тим більше якісні компоненти передачі необхідно використовувати. Також для потужного мотора акутально мати gearsensor - датчик перемикання передач, щоб скидати тягу в момент перемикання. У мотор-колеса такої проблеми немає, але і такий тяги теж.

висновки

Відповідаючи на питання, поставлене в першому абзаці скажу, що заощадити можна, якщо вам не потрібна швидкість нижче 50% від максимальної і ви зовсім не збираєтеся крутити педалі. Правда в цьому випадку, це вже електромопед. У будь-якому разі не беріть найдешевше мотор-колесо. Тільки з планетарним редуктором. Це непоганий бюджетний варіант для міського велосипеда. Якщо ж ваша мета - поїздки по бездоріжжю по пересіченій місцевості з великими перепадами висот з форсуванням перешкод в тому числі шляхом перенесення велосипеда на руках; якщо велосипед для вас в першу чергу тренажер, а не транспорт; якщо потрібен легкий доступ до системи передач, ремонтопридатність і гнучкість в модифікації; якщо потрібна велика дальність поїздок за рахунок кращої ефективності використання батареї, і ви готові за все це доплатити - ваш вибір кареточний мотор або mid drive.

У мотор-колеса занадто широкий робочий діапазон швидкостей, а електромотори складно зробити так, щоб вони однаково ефективно працювали на малих і високих оборотах. Особливо це помітно на швидкостях нижче 30% від максимальних. Ви начебто їдете повільніше, енергії на кшталт витрачатися менше. Ось тільки на кожен 1 Вт механічної потужності ви витрачаєте 2 Вт електричної (якщо дуже грубо). А на максимальних обертах малину псує опір повітря і тертя. Кареточний мотор можна легко тримати поблизу свого максимуму ефективності за рахунок переключення передач. Максимальна швидкість обертання мотор-колеса замала для ефективної роботи електромотора. Для створення достатнього моменту при таких швидкостях доводиться використовувати більше магнітів і велику площу муздрамтеатру. Тому вони більше, важче, а значить більш прожорливее і ще менш ефективні. Планетарна передача в мотор-колесі покликана вирішити цю проблему. Але жорстке зчеплення накладає вже механічні обмеження. Якщо планетарка має не одну, а кілька швидкостей, то ціна такої конструкції наближається до ціни кареточного мотора і вже не є перевагою, хоча недоліки ще залишаються. У будь-якому випадку прогрес не стоїть на місці, а ціни падають. Так що рано чи пізно і по нашій вулиці проїде инкасатор.