Электровелосипед – уникальное транспортное средство, способное одновременно выполнять задачи и обычного велосипеда, и скутера. Полное или частичное движение велогибрида обеспечивает электропривод, благодаря чему электровелосипед является экологически чистым видом транспорта.
Основное преимущество электровелосипеда в том, что можно, не отказываясь от любимого способа передвижения на двухколесном байке, проезжать намного больше и меньше уставать. Поэтому ездить на электровелосипедах могут даже пожилые и физически неподготовленные люди.
В статье мы рассмотрим принцип работы и особенности устройства электровелосипеда и то, чем техника данного рода отличается от обычного велосипеда.
Как устроен электрический велосипед и по какому принципу он работает?
Условно состав электровелосипеда представлен двумя видами комплектующих:
Компоненты велосипеда (стандартный набор комплектующих):
- рама,
- руль и вынос,
- рулевая колонка и вилка,
- колеса,
- подседельный штырь и седло,
- система переключения механических передач,
- трансмиссия и тормоза.
Электрические компоненты (элементы электропривода):
- электродвигатель,
- аккумулятор,
- управляющий контроллер,
- ручка газа (акселератора),
- велокомпьютер (панель управления),
- дополнительное оборудование.
Принцип работы электровелосипеда
Если речь идет об обычном велосипеде, то всем известно, что принцип его работы заключается в передаче крутящего момента от вращения педалей на заднее колесо через систему трансмиссии. Когда речь заходит об электрическом велосипеде, то к данной схеме подключается электродвигатель, энергия на который поступает от аккумулятора через контроллер.
Электрический привод отвечает за приведение в движение колес велосипеда. Различают следующие разновидности электропривода:
Центральный или кареточный мотор (двигатель, совмещенный с кареткой велосипеда). Крутящий момент электродвигателя, приложенный к оси каретки посредством трансмиссии приводит в движение заднее колесо. Электровелосипеды, оборудованные кареточным мотором, отличаются меньшим весом, большей маневренностью и высокими ходовыми характеристиками.
Мотор-колесо (самый распространенный вариант). Мотор-колесо – двигатель, встроенный в ступицу велосипедного колеса. Мотор-колесо объединяет в комплексе тяговый электродвигатель и силовую передачу (трансмиссию), и колесо. Именно поэтому данный вид двигателя обладает высокой эксплуатационной надежностью.
Мотор-колеса предназначаются для установки как в переднее, так и в заднее колеса велосипеда, поэтому, в зависимости от места установки мотор-колеса, электровелосипеды могут быть как переднеприводными, так и заднеприводными. А также полноприводными – оснащенными двумя мотор-колесами одновременно.
Конструктивно мотор-колеса подразделяют на:
- редукторные (Geared Hub Motor);
- безредукторные или прямоприводные (Direct Drive).
Редукторные мотор-колеса отличает наличие непосредственно редуктора и обгонной муфты. Их мощность варьируется в пределах 250-500 Вт. Преимущества редукторных мотор-колес в свободном накате (как при езде на обычном велосипеде), оптимальном КПД на всех скоростных диапазонах, компактности и малом весе (2-2,5 кг). К недостаткам относятся невозможность получить высокую скорость и большую мощность. Пластиковые шестерни также могут нуждаться в замене. Однако это происходит не настолько часто (вопреки бытующему мнению). Редукторными мотор-колесами оборудована существенная часть электровелосипедов, представленных на современном рынке.
Безредукторные мотор-колеса – тип двигателей с максимально простой конструкцией (ротор и статор). В связи с этим, они и максимально надежны. Это мотор-колеса, благодаря которым обеспечивается высокая мощность (свыше 1000 Вт) и высокая скорость (свыше 40 км/ч). Они предназначены для скоростных электровелосипедов, электромотоциклов или электроскутеров, грузового электротранспорта с крепкой рамой. Недостатками прямоприводных мотор-колес являются большие размеры и вес, сопротивление движению (вращение педалей усложнено).
Запас хода на одном заряде определяет аккумулятор. Наряду с электромотором, это один из самых дорогих компонентов электровелосипеда.
Существуют различные типы батарей, которые можно установить на велосипед:
- Свинцовые (SLA) или гелевые батареи устанавливают на велосипеды только в случае нехватки бюджета. Они мало подходят для электробайков из-за тяжелого веса, низкой удельной емкости, долгой зарядки и довольно короткого срока эксплуатации.
- Литий-ионные (Li-ion) аккумуляторы – основной тип батарей для электробайков. Они рассчитаны на перепад температуры, имеют высокую удельную емкость, быстро заряжаются, у них низкий саморазряд и эффект памяти. У них долгий срок эксплуатации: 1000 циклов разряд-заряда.
- Литий-железо-фосфатные (LiFePO4) батареи отличаются морозоустойчивостью: они могут работать при -30°С. У них низкий саморазряд и долгий срок эксплуатации: более 2000 циклов перезарядки. Они рассчитаны на интенсивное использование в тяжелых условиях, пиковые нагрузки и высокие зарядные токи, менее подвержены деградации. Такие АКБ устанавливают на мощные электробайки, разгоняющиеся до больших скоростей.
Напряжение АКБ соответствует параметрам контроллера и мотор-колеса. Популярное место крепления батарей – задний багажник. Литий-ионные аккумуляторы в форме бутылки устанавливают на велорамы. Некоторые рамы имеют специально спроектированные полости для АКБ.
Контроллер запускает мотор-колесо и регулирует его работу. Он является посредником между двигателем и рулевым управлением и обеспечивает подачу электротоков от аккумулятора двигателю и электронным комплектующим. Это одно из самых важных звеньев в системе компонентов электровелосипеда, поскольку без контроллера мотор не сможет даже запуститься.
Включается контроллер с панели управления на руле. Также контроллер направляет на панель информацию о скорости и температуре двигателя, и получает данные о выбранной степени помощи педалированию.
Принцип работы системы помощи педалированию PAS
Режим ассистента помогает велосипедисту при педалировании, создавая эффект езды в горку. Система, установленная исключительно в велогибридах, облегчает процесс управления электровелосипедом.
Pedal Assist System (PAS) – это датчик, реагирующий на педалирование, и диск с постоянными магнитами. Датчик PAS реагирует на скорость вращения педалей и передает информацию контроллеру, что приводит в движение мотор-колесо. Если на протяжении небольшого временного промежутка не крутить педали, то мотор-колесо прекращает работу, поэтому электровелосипед лучше всего комплектовать не только PAS, но и ручкой газа. На велокомпьютере можно выбрать режим ассистента: (как правило, от 1 до 5).
Pedal Assist System значительно снижает нагрузку на мотор. Заряд АКБ при этом расходуется меньше, а срок его службы аккумулятора возрастает.
Управлять электровелосипедом можно в трех режимах:
- за счёт электротяги (ручки газа, как на скутере или мотоцикле);
- в режиме ассистента (PAS) или комбинированном режиме (особенности этой системы управления мы рассмотрели выше);
- езда при отключенном питании (вращение педалей, как на обычным велосипеде).
Велокомпьютер или панель управления является органом индикации и управления настройками электровелосипеда. На более дорогих моделях устанавливают велокомпьютеры с LCD-дисплеем. Но и на бюджетных моделях встречаются пульты управления с индикацией заряда батареи.
Электрический велосипед не так уж и сложно устроен, как это может показаться на первый взгляд. Управлять таким транспортом сможет даже ребенок. А при желании всегда можно переделать собственный велосипед в электрический, воспользовавшись доступными на рынке наборами для электрификации либо обратившись к специалистам.
