Мощный недорогой электровелосипед своими руками
Однажды, еще будучи обычным деревенским школьником, в автомобильном журнале я увидел небольшую заметку о электровелосипеде, построенным каким-то иностранным энтузиастом, и который умел разгоняться до 40 км/ч и имел запас хода в 70 километров. После этой небольшой заметки я бросил безуспешные попытки завести старый двигатель от бензопилы Дружба и понял, что будущее наступило. На дворе было начало двухтысячных.
Потом была учеба в ВУЗе, и первая постоянная работа. Работа была не ахти какая, 4-хдневка сменялась трехдневкой, времени было много, а денег мало, и мысли потихоньку снова возвращались к идее построить электровелосипед. Интернет был мне не так доступен как сейчас, да и он, интернет, не был завален таким количеством информации по самодельному и не очень самодельному электротранспорту, не было такого количества всевозможных комплектующих. И в голове рождались сумасшедшие идеи и фантастические конструкции из болгарок, электрорубанков, стартеров… Помню даже была идея разместить на ободе неодимовые магниты, а на перьях с двух сторон от колеса электромагниты.
Невоплощенная мысль то забывалась, то разгоралась с новой силой, но потребовалось еще лет 10 для того, чтобы она начала превращаться в реальность.
Я не пошел стандартным для многих путем — купить готовый набор и установить его на велосипед. Во-первых, потому, что не готов был тратить значительные суммы на покупку комплекта, а во-вторых, это бы точно не удовлетворило жажды конструирования и созидания. Вообще, я изначально поставил цель построить велосипед мощностью под 1 кВт с бюджетом 10 000р. Вполне амбициозная цель.
Итак, на тот момент у меня уже был «горный» велосипед Forward Sporting 103, тяжелый, стальной, с зубастым протектором, он хорошо ехал по любому бездорожью, даже по булыжникам на обочине трассы, но очень плохо ездил по гладкому асфальту, издавая почти самолетное жужжание, нарастающее с ростом скорости, протектор покрышек очень быстро съедал накат. Но он верой и правдой служит уже больше 10 лет. Конечно, это идеальный вариант для электрификации).
Из одного полезного сайта про электротранспорт узнал, что автомобильный генератор, оказывается, прекрасно работает в режиме мотора с дешевыми китайскими контроллерами для мотор-колес. В гараже как раз валялся генератор на 80 ампер от вазовской классики. Карты сошлись, старая мечта вспыхнула с новой силой, и я понял, что пора!
Тут же с одного китайского интернет-магазина были заказаны:
- Аккумуляторы 18650 – 2.6 а*ч, 40 шт
- Плата балансировки и защиты – 1шт
- Бессенсорный контроллер для электросамокатов на 1 квт номинальной мощности
- Вольт-, ампер-, ваттметр с вынесенным шунтом
- DC-DC преобразователь, умеющий делать из 60вольт 12
На местном базаре были куплены:
- Трещотка (вместе с задней осью)
- Цепь велосипедная
- Звездочка на 10 зубов от веломотора F50
В гараже были найдены звездочка от велосипеда передняя – на 48 зубов, задняя на 22 зуба, куски прямоугольных труб, болты, гайки, провода, изолента и прочая мелочь.
Изначально было решено пожертвовать рекуперацией в пользу сохранения наката и легкого педального хода, считаю эту функцию более полезной в плане увеличения пробега. Передняя звездочка от советского велосипеда теперь стала задней звездой электробайка. Левый фривил не нашел, поэтому обычная правая трещетка была переделана на левое вращение – с помощью бормашинки и алмазной шарошки были переделаны посадочные места собачек, а сами собачки развернуты в другую сторону.
Корпус трещотки немного расточен для посадки на левую сторону колеса, туда, где барабан колеса выходит за пределы фланца. У многих велосипедов без дисковых тормозов там достаточно места для установки такого самодельного фривила. У 48 зубовой звездочки была отрезана педаль, и средняя часть была выпилена болгаркой. Звезда соединена с трещоткой винтами с гайками. Вся эта конструкция крепится к колесу как задняя звездочка любого бензодырчика – длинными болтами через спицы и резиновые прокладки, изнутри в межспицевое пространство колеса вставляются полушайбы и все сжимается, крепко обхватывая с двух сторон фланец колеса.
На вал генератора нужно установить звездочку на 10 зубов, для этого я приварил ее к гайке, которая раньше крепила шкив генератора. Гайка навинчивается на вал генератора, и сверлится насквозь вместе с валом и в получившееся отверстие вставляется длинный винт м6 с гайкой на конце.
Звездочки от веломотора пришлось немного обточить бормашиной – их зубья расчитаны на более широкую цепь.
Передаточного отношения 10/48 не хватит для резвого старта, будет чрезмерное потребление энергии, я это на тот момент уже прекрасно понимал. Требуется повысить передаточное число. Готового редуктора я не нашел, различные решения на основе редукторов дрелей/болгарок отмел сразу, хоть и мощности они передают сопоставимые, но эти мощности получаются за счет высоких оборотов, мне же требовалось передавать большой крутящий момент при сравнительно низких — до 3 тыс. в минуту – оборотах.
Поэтому было решено сделать промежуточный вал.
Изначально планируемая компоновка с мотором над задним колесом была отметена. Не хотелось терять возможность возить какой-нибудь багаж, ну или закрепить там детское кресло. Нужно было разместить все в треугольнике рамы. После многочисленных примерок была изготовлена рама для двигателя и промежуточного вала.
Промежуточный вал, изготовленный из строительной шпильки, вращается в двух подшипниках, и передает вращение с правой стороны рамы на левую. Звездочки крепятся так же как на валу мотора – они приварены к гайкам, зашплинтованным на валу винтами м6.
Общее передаточное число получилось 10.56. На этом с механической частью пожалуй все.
Батарея имеет конфигурацию 13S3P- 48 вольт и емкость 7.8а*ч, собрана из 39 банок 18650.
Банки спаяны паяльником 60 вт кратковременными касаниями. В процессе одна банка зашипела – то ли перегрел, то ли в газовый клапан попала паяльная кислота, благо акумов было 40 штук, а потребовалось 39.
Электрическая часть отличается от классического электровелосипеда необходимостью постоянного питания якоря генератора — ведь мой мотор, в отличие от готового мотор-колеса, не имеет постоянных магнитов. Задачу понижения батарейного напряжения до требуемого якорю, выполняет понижающий DC-DC преобразователь, который переваривает до 60 вольт входного и выдает регулируемое выходное напряжение.
В остальном ничего необычного – батарея, контроллер, ручка газа в виде переменного резистора даже пока без возврата в исходное положение)…. Китайский ваттметр с синей подсветкой в качестве бортового компьютера для контроля разряда батареи….
Но, несмотря на то, что это все больше похоже на самоходную бомбу, это поехало, и поехало весьма неплохо. С моим весом 75 кг в первую выездку удалось разогнаться до 37,7км/ч. Ускорение получилось весьма резвое, максималка тоже устраивает. Запас хода получился небольшой — в смешанном цикле с резвыми разгонами до максималки и ездой внатяг с небольшой скоростью вокруг гаража удалось выжать 10 км без помощи педалями, впрочем для батареи это был только первый цикл заряд – разряд. Ваттметр показал 350 с чем то ватт-часов, и напряжение 40 вольт в конце цикла.
Какие выявились недостатки? Ясно, что все провода надо собрать в жгуты, это пока еще только стенд для ходовых испытаний. Цепь в первичной передаче весьма шумит, требует натяжителя-успокоителя, но скорее всего буду переделывать на зубчатый ремень. Нужна ручка газа – в планах сделать в виде курка, с концевиком, запитывающим якорь только в момент нажатия. И целого отдельного исследования требует возможность регулирования мотора током якоря — это второй канал управления двигателем. Да, у моего двигателя нет постоянных магнитов, зато есть электромагнит, индукцию которого мы можем менять в широких пределах. Преимущество ли это? Не знаю. Ведь якорь требует дополнительной электрической мощности 30-50 вт. Зато, не меняя передаточного числа механической трансмиссии, мы можем менять характеристику мотора в широчайших пределах. Повышение тока на якоре снижает обороты, но повышает крутящий момент, понижение же — наоборот, повышает обороты, но понижает момент. Может быть, получится оптимально настроить его под свою конфигурацию «железа»? Или как вариант вывести регулятор на руль и получить этакую электронную коробку передач – на разгоне и на подъемах повышать тягу, а на прямых участках и больших скоростях повышать обороты, таким образом выжимая из своей конфигурации максимум. У кого есть мысли, как можно всесторонне исследовать эту тему? Сейчас думаю над методологией.
Немного о зарядном устройстве. Моя батарея требует зарядного напряжения 54 в при токе до 3 ампер. Для зарядки был приобретен регулируемый повышающий DC-DC преобразователь – вход от 12 до 50 вольт, выход от 12 до 60.
Ему на вход подается 12 вольт выпрямленного напряжения от блока питания для светодиодных лент. Этот блок питания может выдавать до 12 ампер. Все собрано в корпусе из фанеры, сделанном на самодельном лазерном резаке, снабжено регуляторами тока и напряжения и вольтамперметром. В корпусе установлены два кулера – один работает на вход, другой на выход воздуха, таким образом, наиболее горячие части (радиаторы) обоих электронных блоков постоянно обдуваются. Зарядное устройство используется также для периодической подзарядки автомобильного аккумулятора. Весьма полезная в хозяйстве вещь получилась!
Доволен ли я результатом – более чем! Ведь при таких характеристиках удалось получить работоспособный аппарат с неплохими характеристиками с бюджетом меньше 10 000р!
Подобной компоновки я нигде на просторах интернета не встречал. Но она дает возможность каждому самодельщику за совсем небольшие деньги получить вполне неплохой электротранспорт, превосходящий по характеристикам, как мне кажется, многие серийные образцы, прикоснуться к этому увлекательному и, безусловно, прогрессивному направлению развития техники, получить радость творчества и незабываемое ощущение от езды на электротяге…
Источник
velo-travel.com |
Планетарная втулка, вариатор, коробка передач и еще…
Всем привет! С Вами команда velo-travel и сегодня мы поговорим о передачах на велосипеде. Но разговаривать о манетках и кассетах мы не будем. Сегодняшняя тема разговора – коробки передач и вариаторы на велосипеде. Немного с Вами разберем, что, зачем, куда и самое главное, попытаемся понять, почему сейчас все используют простую систему переключения передач, а не коробки переключения передач.
Как то в своих группах, в социальных сетях, мы выложили пост с фото, на котором было изображена передача крутящего момента от педалей к заднему колесу при помощи карданного вала. Пост был достаточно обсуждаем, и чем-то, новым.
Идея установить коробку передач на велосипед появилась еще в далеком 19-ом веке. Но эта идея просуществовала на чертежах и в мыслях вплоть до 1915 года. Тогда продавали только планетарные втулки для велосипеда стоимостью в 3 английских фунта стерлингов. На наши деньги это более чем достаточно, чтобы офигеть 🙂 Вес такой втулки составлял выше 3-х килограммов. В период с 19 века вплоть до времен Второй мировой войны, переключали передачи при помощи малоэффективных поводковых и рамочных систем.
Именно это и послужило мотивацией создать компактную коробку передач на велосипед. Первый вопрос, который возник перед инженерами – где поместить ее? Решено было однозначно – около каретки.
В 1935 году ряд немецких производителей начали производство коробки передач для велосипеда с 3-мя скоростями, которая размещалась в кареточном узле. Рычаг КПП находился в том месте, где, когда то на советских шоссейных велосипедах устанавливались переключатели передач – в верхней части нижней трубы рамы. Парочка фирм выпускала коробки передач только с двумя передачами. Возможно, эти разработки дошли бы до логического завершения и массового перехода велосипедов на коробки передач, но началась война, которая сломала много планов и много жизней….
Какие преимущества были у коробок передач того времени?
• Большой срок службы.
• Защита от грязи и воды благодаря удачному размещению.
• Простота в обслуживании и настройке.
• Удачное распределение веса, опять-таки, благодаря размещению над кареточным узлом.
Минусов было всего несколько – ощутимая потеря мощности, именно поэтому такие коробки не устанавливались на шоссейные велосипеды, ну и стоимость изготовления КПП желала быть ниже.
И вот прошла война, прошло много времени, а к усовершенствованию КПП на велосипеде никто не возвращался. Только в начале 90-х годов именно развитие дисциплины ДХ послужило к модернизации коробок передач. Как известно, при быстром спуске с горы задний суппорт постоянно бьется об раму и плохо переключает передачи. Именно тогда начали придумывать такой механизм переключения передач, который не будет находиться сзади и будет отлично выполнять свои функции.
Из книжки «Современный велосипед» мы почерпали следующую информацию.
Было три основных разработки – немецкая компания Nicolai, и японцы Хода и СР Сантур. Немцы установили КПП открытого типа на основе планетарной втулки. У привода было две цепи, внутренняя цепь передает усилие от шатунов к планетарке, а внешняя – от планетарки к задней звездочке. Honda взяла за основу компоненты Shimano и создала велосипед 18 кг весом и с 7 передачами. Внешняя цепь раскручивает заднее колесо, а короткая цепь перемещает модернизированный задний суппорт по кассете. Сантур вообще решил не мелочиться и создал 9-ти ступенчатую коробку передач весом в 4,5 килограмма, которая напоминала КПП автомобиля в миниатюре.
Суть в том, что разработки интересны, но дорогие и изготавливались в небольшом количестве. В книге написано: «Но если дело пойдет…» и это был примерно 2000-ый год. Сейчас мы можем смело написать в 2015 году – дело не пошло.
И так, пока что коробки передач прекратили свое развитие. А что же тогда пришло им на смену?
Планетарная каретка.
Это что-то похожее на планетарную втулку, только находится в каретке 🙂
Есть много подробной информации о развитии планетарных кареток с точными датами и числами. Грузит себя и Вас этой информацией мы не желаем, поэтому расскажем самое интересное.
Главной целью планетарной каретки были компактность и повышающий коэффициент. Вес разработок колебался от 1200 грамм до 2000 грамм вместе с шатунами. Были разработки фирмы Николай, в которых имелся магнитный привод переключения передач.
Основным минусом всех разработок была несовместимость размеров планетарных кареток со стандартными размерами кареток. Но и плюсы также видно на лицо. Во-первых, чтобы переключить передачу не обязательно крутить педали, во-вторых малая передняя звезда позволяет установить задний суппорт с короткой лапкой. Известно, что такие суппорта более стойкие к ударам и износам. В третьих, такое явление, как перекос цепи, практически исчезает а значит увеличивается срок службы самой цепи.
Все-таки планетарная каретка – это интересная разработка, но больший успех получила именно планетарная втулка, о чем мы и опишем ниже.
Планетарные втулки.
История гласит, что первая планетарная втулка современного типа появилась на свет еще в 1898 году, представляете? Лично нам трудно это представить 🙂 Втулка имела встроенный тормозной механизм и несколько передач. Далее пошли разработки вверх и появлялись втулки уже с 3-мя передачами. Более скоростные и успешные втулки начали появляться уже ближе к началу 20-ого века. Один из самых известных производителей – Sachs Bicycle Component, сейчас эта фирма входит в состав корпорации SRAM. Именно производство планетарных втулок перевернуло немного веломир и исключило производство и разработку иных типов внутреннего переключение передач.
Сейчас существуют планетарные втулки в 3, 5 и 7 передач. Если лет 5 назад были только обычные втулки, так последнее время уже широко обустроились на рынке планетарные втулки с дисковым тормозом и со встроенным тормозом. И еще одно отличие старых втулок от новых – совместимость с передним переключателем передач. А в последнее время – и с установкой кассеты на заднее колесо. То есть, у Вас как бы обычные передачи 3х8 и еще и планетарка в 3 скорости. И еще, для сравнения. Диапазон передаточных числе стандартной системы переключения 3х7 около 500%, а некоторые втулки на 14 передач фирмы Rohloff имеют целых 600%. Круто, не правда ли? 🙂
Краткие преимущества планетарных втулок:
• Большой диапазон передаточных чисел, о чем мы писали выше.
• Легкость и плавность в переключении передач.
• Высокая скорость переключении.
• Простота в обслуживании и исключении потребности в постоянном ТО.
А также несколько минусов:
• Ремонт редкий, но меткий.
Свое предназначение планетарные втулки нашли в основном в городских велосипедах. Это удобно и просто.
Карданный привод передачи крутящего момента.
Преимущества карданного вала перед цепью огромные, и очень странно, что сейчас такой тип не используется. Основные преимущества:
• Защита от внешних воздействий.
• Не пачкает одежду и не цепляет штанину.
• КПД показатель не выше, но независим от количества грязи и болота на кардане.
А минусы вот:
• Стоимость на порядок выше.
• Ломался кардан мало, но, так же как и планетарки, требовал отдельных знаний в починке.
• Невозможность установки переключения передач.
• Сложность снятия заднего колеса.
Современные разработки смогли устранить ряд вышеописанных минусов, особенно проблема с переключением передач – установка планетарной втулки давала возможность все-таки переключать передачи.
Ременной привод.
Ременной привод применяли очень давно и со временем перестали, потому что самый главный минус — недостаточная прочность и проскальзывание. Но опять таки, наука и инженерия не стоит на месте и на сегодняшний день появляется явная конкуренция между ременным и цепным приводом. Главным недостатком ремня есть цельность, невозможность установки переключателей передач и сложность в ремонте и замене комплектующих.
Вариаторы.
Преимущество вариатора – это бесступенчатое переключение передач и возможность большого диапазона передач. Но минусы, к сожалению, значительные. Самое главное – это малая эффективность, из-за проскальзывания в самом вариаторе. К минусам также отнесем и потерю мощности, стоимость.
Сейчас вариаторы начинают возвращать популярность из-за развития технологий и благодаря бессонным ночам инженеров. Вес втулок раньше составлял около 5-ти килограмм, а сейчас стремительность опускается к 3. Посмотрим, что из этого получится через несколько лет, пока что ясно только одно – будущее у вариаторов будет.
И так, а сейчас попытаемся понять, почему все эти разработки не прижились? Столько нового, столько интересного, но все остается: цепь и передачи. А знаете почему? А потому что все гениальное просто. Велосипед любят все за его простоту. И не нужно ничего усложнять. Два колеса, рама, тормоза и руль, что еще надо? Именно поэтому перед тем как модернизировать свой велосипед, подумайте хорошо, нужно ли Вам это, и принесет ли это пользу в велопоходе.
Источник