Что такое мотор-колесо для велосипеда и как его выбрать

мотор-колесо

Много людей выбирают для использования электровелосипеды, ведь они помогают ездить против встречного ветра и взбираться на высокую горку. Собрать своими руками электрический велосипед сейчас может каждый, благодаря множеству наборов, привезённых из Китая.

Но электрический велосипед лишь увеличивает силу человека, а не заменяет её полностью. Таким образом, нажимать на педали при поездке на электробайке всё равно потребуется, и особенно это необходимо при движении вверх по склону.

В отличие от другого моторизированного транспорта, на котором предусмотрен лишь двигатель для толкания машины вперед, электрический велосипед объединяет работу мотора с силой всадника. Машины, которые соединяют мощности от разных источников (например, мотора и человека) называются гибридными.

Когда человек неуверен в том, что конкретный набор с электромотором поможет взобраться на вершину какого-то холма, он теряется в раздумьях: вдруг горка будет еще более крутой или длинной. И естественно, что каждый хочет приобрести самый мощный комплект для электрического велосипеда. Тем не менее, во многих случаях самый мощный электромотор будет излишним, и вы, в конечном счёте, потратите слишком много денег, к тому же будете возить с собой гораздо больший вес, чем это действительно необходимо.

Взобраться на невысокий холм можно практически с любым мотор-колесом для велосипеда. А если при этом слабо нажимать на педали, то можно легко взойти на крутой холм, даже при тяжелых условиях – сильном встречном ветре и большом весе ездока. В сравнении с обычными велосипедами, электровелики вас приятно удивят.

Специализация электромоторов

Электрическое мотор-колесо для велосипеда может быть специально разработано для лучшего подъема в горку или оптимизировано для повышенной дальности или увеличенной скорости поездки. Двигатели с большой номинальной мощностью имеют высокую способность к преодолению холмов (крутящий момент), но они снижают дальность путешествия (быстро садят батарею).

Коэффициент полезного действия (КПД) двигателя по мощности не является постоянным, он имеет максимальное значение при определенной скорости. Также его величина зависит от того, растёт скорость или снижается.

Крутящий момент

При переключении передачи всегда теряется крутящий момент. Поэтому желательно всегда начинать восхождение в гору на соответствующей передаче или делать при подъеме как можно меньше переключений.

Даже мотор с редуктором подвержен влиянию переключения передач. После смены передачи велогонщиком любой двигатель должен будет поменять обороты. В этом случае будет лучше, если велосипедист даст дополнительный толчок через педали после переключения передачи.
Переднее моторколесо также теряет крутящий момент вместе с гонщиком при смене скорости, поскольку они объединены в одну и ту же систему передач.

Спуск с горки

После каждого подъёма следует спуск с горки – это просто как круговорот веществ в природе. На спуске, при регенеративном торможении, электродвигателем можно зарядить аккумулятор и расширить дальность поездки на электровелосипеде. Электрический двигатель конструкции В.В. Шкондина может при генерации вернуть максимальную часть той энергии, которая была потрачена на подъём в гору.

Многополюсный двигатель В.В. Шкондина
Многополюсный двигатель с якорем из постоянных магнитов, собранный В.В. Шкондиным

Генерация энергии замедляет велосипед, так что установка двигателя Шкондина будет хорошей идеей, если вы хотите ограничить максимальную скорость велосипеда на спуске, естественно, без использования тормозов.

Кроме регенеративного сопротивления, каждый электродвигатель имеет внутреннее трение, так что любой привод на электрическом байке в какой-то степени снижает максимальную скорость при накате в сравнении с обычным велосипедом.

Анализ разных электронаборов

Есть два возможных варианта электрических наборов для велосипедов:

  • Мотор, установленный в колесо. Эта система не использует преимущества велосипедной системы передач.
  • Двигатель, вставленный в каретку (такой как у системы Optibike MBB), который параллельно можно вращать ногами. Эта система задействована через цепную передачу велосипеда.

В первом случае цепная система передач остается незадействованной, и вы можете не надеяться на максимальную эффективность двигателя при подъеме в горку. Во втором случае вы, конечно, немного потеряете на трении в цепной передаче, но сможете оптимизировать КПД двигателя при изменении скорости движения.

Электровелосипед с приводом Optibike MBB
Электровелосипед с американской системой привода Optibike MBB

Обычное моторколесо или редукторное?

Неважно, подсоединен электромотор через цепную передачу (приводы в каретке) или нет (переднее, заднее моторколесо, фрикционные передачи), велосипедная система скоростей всё равно будет задействована.

Редукторное моторколесо позволяет двигаться с использованием пониженного передаточного отношения. Оно может помочь велогонщику взобраться на очень крутой холм, если использовать мотор с сильно понижающим планетарным редуктором. При этом двигатель будет работать близко к высшей точке КПД, так как он сохранит высокие обороты. Но всё-таки потеря эффективности у мотора с редуктором будет, поскольку такие системы являются сложными и в них неизбежны некоторые траты на трение.

Редукторное электроколесо
Редукторное электроколесо для велосипеда

Системы без редуктора не понижают обороты двигателя. Следовательно, КПД двигателя в них не является постоянным, а очень часто зависит от скорости велосипеда. Но такие системы просты, поэтому их суммарный КПД выше по сравнению с редукторными моторами.

Как видите, существует проблема выбора между электромоторами с редуктором и без него. С одной стороны, первые могут поддерживать один и тот же КПД двигателя в широком диапазоне скоростей, тогда как вторые имеют неизбежные потери при снижении скорости. С другой стороны, электромоторы без редуктора обладают большим суммарным КПД.

При попытке подняться на очень крутой склон или при перевозке тяжелых грузов ваша средняя скорость достаточно сильно падает. В таком случае мотор без редуктора будет функционировать на уровне со значительно заниженным КПД. Для подъема в гору редукторное колесо будет лучшим выбором.

Однако можно с уверенностью сказать, что в других условиях катания мотор без занижающей передачи будет справляться со своей работой лучше (особенно в частых дальних поездках), чем чрезмерно сложные системы с редуктором.

Примеры из реальных жизненных ситуаций

Возьмем для первого примера стандартный мотор с предельной мощностью в 250 Вт при 10 км/ч и велогонщика, который может тоже внести 250 Вт (не сильно стараясь) для поддержания заданной скорости. Вместе они выдадут одну впечатляющую мощность в 500 Вт.

  • Со скоростью в 10 км/ч гонщику под силу взобраться на холм с уклоном 17,5% при 500 Вт совместной мощности.
  • Со скоростью в 8 км/ч велосипедист может взобраться на холм с уклоном 17,5% при своих 250Вт и работающем на 80% моторе в 200 Вт.
  • Со скоростью в 6 км/ч велосипедист может вскарабкаться на горку с таким же уклоном 17,5% при своих 250Вт и работающем на 60% моторе в 125 Вт.

На первый взгляд, эти результаты могут показаться целиком неточными, потому что идёт на спад вместе со скоростью лишь эффективность электромотора, и кажется, будто велогонщику всё равно под силу взобраться на один и тот же крутой склон.

Эта неточность будет решена, когда мы поймём, насколько человек важен для работы электровелосипеда. Понаблюдаем, что бы произошло, если бы велосипедист вообще не нажимал на педали и все 500 Вт (как в примере выше) приходили от мотора.

  • Со скоростью в 10 км/ч велосипедист смог бы взобраться на горку с уклоном 17,5% только при работающем на 100% двигателе в 500 Вт.
  • Со скоростью в 8 км/ч ездок может взобраться на горку уже с меньшим уклоном 17% при работающем на 80% моторе в 400 Вт.
  • Со скоростью в 6 км/ч ездок может выехать на холм с уклоном 14,5% при работающем лишь на 50% моторе в 250 Вт.

Эти результаты взяты с e-bike calculator при следующих вводных: суммарный вес — 100 кг; площадь лобового сопротивления — 0,4 метра кв; коэффициент трения — 0,7; длина подъема — 100 м; скорость встречного ветра — 10 км/ч и коэффициент сопротивления качению — 0,007.

Гонка по городу на собранном своими руками электровелосипеде с моторколесом:

Сила велогонщика наиболее значима, когда нужно поддержать скорость на электровелосипеде, потому что с её падением сильно снижается КПД двигателя. Анализируя это, вы сможете понять, насколько электровелосипед отличается от любого другого моторизированного транспорта и почему установка редукторных моторов не всегда является лучшим выбором. В переднее колесо лучше вовсе не ставить мотор с редуктором, ведь оно должно иметь свободный накат.

Большинство людей, обратив внимание на зависимость мощности и скорости, сделают вывод, что лучше всегда использовать мотор с большой мощностью (хороший, свыше предельных 250 Вт). Но анализируя реальные отзывы людей, которые проверили разные моторы на практике, приходишь к мысли о том, что имеет смысл лишь запасённая скорость. И на деле, чаще всего, моторколесо мощностью в 250 Вт будет лучшим выбором.

загрузка...
Добавить комментарий