Электровелосипеды в глазах современного поколения выглядят прогрессивным средством передвижения. Однако изобретены они были аж в конце XIX века, а затем почти на сто лет забыты…
Ранние разработки (1981-1910)
Первые попытки устанавливать электрический привод на велотранспорт предпринимали во Франции еще как минимум в 1881 году. Из-за тяжелой аккумуляторной батареи конструкция была трехколесной.
В 1895 году американский изобретатель Огден Болтон-младший запатентовал первый двухколесный электровелосипед с питанием от аккумуляторной батареи и электродвигателем постоянного тока на втулке заднего колеса.
В 1897 году другой изобретатель – Хосеа Либби из Бостона – запатентовал велосипед с двумя аккумуляторными батареями и электромоторами, которые вставлялись на втулку шатуна. На ровных участках дороги работал один двигатель, а при движении подключался второй.
В этом же году американская компания Humber представила электрический тандем.
В 1899 году американец Джон Шнепф запатентовал роликовый привод, который крепился к задней вилке и вращал колесо. Однако из-за малой мощности мотора и большого передаточного числа червячного редуктора эффективность конструкции была невысокой, а в мокрую погоду ролик проскальзывал. Похожие конструкции привода встречаются и сегодня.
Технологический застой (1910-1970)
Шло время, но электрические велосипеды не становились популярными. Из-за несовершенства свинцово-кислотных аккумуляторов они были тяжелыми и на одном заряде приезжали лишь 15-20 км. В лучшем случае аккумуляторной батареи хватало на 200 циклов зарядки.
Интерес к электровелосипедам сохраняли только некоторые энтузиасты. Но были и исключения. Например, немецкий производитель Siemens-Schuckert серийно выпускал модели для почтовых служб.
Ключевые нововведения того времени:
- В 1946 году Джесси Д. Такер запатентовал двигатель с внутренними зубчатыми передачами и муфтой свободного хода, вращающей колесо без вращения педалей. Это изобретение позволило создать электровелосипеды с управлением акселератором. Принцип конструкции Такера до сих пор используется в редукторных мотор-колесах.
- В 1948 году С. Арджирис запатентовал электрический велосипед с цепным приводом и аккумуляторными батареями по обеим сторонам заднего колеса. Конструкция Арджириса сделала популярными внешние электродвигатели с цепным приводом.
Возрождение интереса (1970–1990)
Энергетический кризис 1970-х годов вернул интерес к персональному электротранспорту. В этот период появились более эффективные аккумуляторные батареи и контроллеры, компактные и легкие электродвигатели.
Например, в 1975 году появился прообраз педального ассистента с потенциометром в каретке. А в 1982 японская компания Sanyo предложила компактные электродвигатели для велосипеда, которые питались от гелевой аккумуляторной батареи (АGM). Устанавливали также аккумуляторы типа NiCd, NiMH. В 1980 году для пополнения заряда в некоторых электровелосипедах начали применять солнечные панели.
Интенсивное развитие (1990–настоящее время)
До 2006 года наиболее активно рынок электровелосипедов развивали японские компании Yamaha и Panasonic. В 1993 году компания Yamaha представила систему ассистировани педалями PAS (Power Assist System), которая стала революционной для индустрии. В конце 1990-х годов появились электрические велосипеды с датчиками крутящего момента и регуляторами мощности.
Настоящее второе дыхание электровелосипедам подарили литий-ионные аккумуляторные батареи, которые стали массово применяться в электровелосипедах с 2003 года. Благодаря высокой плотности энергии они позволили снизить вес и увеличить дальность пробега.
Прорывными технологиями также стали:
- В 2007 году Bosch и Shimano вывели на рынок системы с CAN-шиной, которая обеспечила интеграцию бортового компьютера с двигателем.
- В 2015 году появилась технология Torque Sensing (измерение усилия педалирования с точностью до 1%).
- С 2019 года производители стали активно внедрять регенеративное торможение, способное возвращать до 10% энергии в городском цикле.
Сегодня основная конструкция электровелосипеда состоит из традиционной велосипедной рамы с рулем, педалями и колесами, бесщеточного электродвигателя мощностью 250–750 Вт, контроллера и литий-ионной аккумуляторной батареи. Максимальная скорость электровелосипедов обычно ограничена 24-32 км/ч. Это диктуется безопасностью пешеходов и правилами дорожного движения разных стран. Дальность пробега массовых моделей составляет 30–60 км.
Наиболее продвинутые электровелосипеды могут оснащаться:
- интеллектуальными системами управления с анализом стиля езды;
- мобильными приложениями для настройки;
- долговечными съемными аккумуляторами (5000 циклов заряда и выше) с поддержкой быстрой зарядки;
- компактными и легкими электроприводами с КПД 90% и пиковой мощностью до 1000 Вт;
- регенеративным торможением;
- GPS-навигацией.
Запас хода некоторых моделей уже достигает 120–200 км.
Рынок электровелосипедов сегодня
Электровелосипеды за последние 20 лет захватили значительную часть велосипедного рынка развитых стран. Мировой лидер по их производству и потреблению – Китай. В этой стране выпускают около 50 миллионов штук в год, включая комплектующие для международных брендов. Количество же электровеликов у самих китайцев превысило 350 миллионов.
В Европе лидером по велоэлектрификации считается Германия, ее жители покупают более 2 млн. электрических велосипедов в год (53% от общего рынка велотранспорта). Причем десятая часть из них – это грузовые модели. Средняя цена электровелосипеда в Германии достигает 2950 евро, что отражает спрос на дорогие высокотехнологичные модели Bosch, Specialized, Trek. В Нидерландах электровелосипеды составляют 40% велопарка, чему способствует развитая инфраструктура и налоговые льготы.
Развивается рынок электровелосипедов и в России. В прошлом году в России с учетом «серого» импорта продано около 150 тыс. электровелосипедов на сумму порядка 10 млрд. рублей. В основном россияне покупают продукцию китайцев или локальных сборщиков. Популярны недорогие городские модели брендов Bafang, Cyklon, Eltreco, Jiawei, Stark, Voltec.
Благодаря развитию курьерских услуг и доставки еды растет спрос и на грузовые модели. Через параллельный импорт завозятся более именитые электровелики из Европы Cube, Haibike, Riese & Müller.
Развитие рынка электровелосипедов в нашей стране тормозится экономическими санкциями, отсутствием подходящей инфраструктуры в городах (велодорожки, зарядные станции), а также неспособностью местных производителей предложить альтернативу зарубежной продукции.
Сегодня рынок электровелосипедов растет на 7-10% в год и по прогнозам достигнет к 2030 году $49,1 млрд.
Заключение
История электровелосипедов насчитывает более 130 лет. От простейших конструкций конца XIX века они эволюционировали в высокотехнологичные транспортные средства и теперь эффективно решают проблемы с городским транспортом и экологией.
Автор статьи: Vlad Falcon
Заявки на конструкторские и технологические работы размещайте здесь:
https://complexcad.ru/#modal-project
Получить консультацию по конструкторским и технологическим услугам можно по ☎ +7 (495) 127-72-03
Приглашаем в наш телеграм-канал https://t.me/complexcad
С уважением, команда «Комплекс КАД»