Меню

Как соединить мотор колесо

Установка мотор колеса

Электроколесо может устанавливаться:

  1. Вместо заднего колеса оптимальный выбор для поклонников экстремальных покатушек по пересеченной местности, благодаря повышенной прочности и надежности конструкции. В таком случае обеспечивается хорошее сцепление электроколеса с поверхностью даже в сложных условиях. Велосипеды с двигателем на задней вилке отлично преодолевают ухабы и скользкие поверхности, но необходимо учитывать развеловку, чтобы не ухудшить управляемость. Больше всего трудности с управляемостью проявляются при монтаже сзади тяжелого прямоприводного мотор-колеса и установке аккумуляторной батареи на багажник.
  2. Взамен переднего колеса такая установка электро колеса обеспечивает велосипеду полный привод (электрический спереди и педальный сзади), аналогичные скоростные характеристики и отличную проходимость. Монтаж мотора спереди более прост в технологическом плане. Часто для организации переднего привода используется компактное мотор-колесо с редуктором (200 –350 Вт), а АКБ фиксируется на багажнике. При необходимости, можно взять безредукторный электродвигатель с увеличенными характеристиками мощности и веса, но тогда важно обеспечить высокую прочность вилки (можно воспользоваться усилителем пера вилки).

Установка электроколеса на велосипед сзади

Чтобы установить электромотор в задней части велосипеда, вначале убедитесь в соответствии выбранного вами электроколеса размерам штатного колеса и вилки. Если электродвигатель со звездочкой или трещоткой не проходит между перьями рамы, попробуйте взять трещотку с уменьшенным числом звезд или даже немного разогнуть дропауты.

Порядок подключения мотор-колеса сзади достаточно прост. Нужно:

  1. Отвинтить гайки или эксцентрик, фиксирующие штатное колесо. Извлечь его.
  2. Снять крышки корпуса двигателя и обработать их водонепроницаемым герметиком, устойчивым к высоким температурам и забортовать его в покрышку, установив камеру и ободную ленту.
  3. Поставить мотор-колесо так, чтобы провода шли из оси электродвигателя слева по направлению движения – поскольку справа расположена цепь и переключатель скоростей.
  4. Полностью собрать схему подключения мотор-колеса без фиксации составляющих (просто «наживить » детали), чтобы проверить исправность набора, определить маршрут прокладки проводов и удостовериться в достаточности их длины.
  5. Расположить контроллер в зоне, недоступной для попадания воды на корпус устройства.
  6. Подключить провода согласно прилагаемой к набору схеме. Строго соблюдать совместимость разъемов и совпадение цветов изоляционной обмотки.
  7. Установить цепь.
  8. Выполнить отцентровку мотор-колеса – в ходе вращения оно должно находиться на равном удалении от деталей вилки и не затрагивать колодки тормоза.
  9. При сильном биении обода (свыше 1,5 мм вверх, вниз или в какую-либо сторону) – настроить его положение натяжением спиц.
  10. При отсутствии ощутимых биений – закрепить двигатель фигурными шайбами с внутренним отверстием в форме круга с 2-мя выступами и внешним выгнутым шипом (он должен оказаться в отверстии в раме). Шайбы такой конструкции не допустят проворачивания двигателя.
  11. Удостовериться в корректной работе электродвигателя. При вращении ручки газа он должен плавно начинать движение и быстро набирать около 400 об./мин. на холостом ходу. При наличии велокомпьютера можно отслеживать скорость по нему.
  12. Надежно закрепить все составляющие набора для электрификации велосипеда. Провода основательно изолировать и аккуратно закрепить на раме.
  13. Наладить функционирование переключателей цепи.
  14. Проверить работу тормозной системы.

Как подключить мотор-колесо спереди?

Мотор-колеса для монтажа спереди зачастую рассчитаны на ширину вилки порядка 100 мм. Проводка в таких моделях выходит из полой оси справа. Для оснащения велосипеда электроприводом необходимо иметь мотор-колесо с подходящим размером обода. Перед монтажом внешние крышки электродвигателя рекомендуется отвинтить и загерметизировать с применением жароустойчивого водонепроницаемого герметика.

Процесс монтажа электродвигателя спереди предельно прост. Нужно:

  1. Открутить и демонтировать переднее колесо.
  2. Установить взамен ему мотор-колесо. Закрепить его с использованием фигурных шайб и гаек.
  3. Согласно схеме, соединить все составляющие комплекта для оснащения велосипеда электроприводом.
  4. Удостовериться в нормальной работе электродвигателя.
  5. Зажать двигатель. Он должен быть надежно закрепленным, беспрепятственно вращающимся и расположенным на равном удалении от колодок тормоза и элементов вилки. В случае дисбаланса свыше 1,5 мм необходимо устранить его регулировкой спиц.
  6. Выполнить монтаж остальных составляющих – контролера, аккумуляторной батареи, ручек газа и тормозов, PAS системы и панели управления.
  7. Настроить передний тормоз.

При отсутствии опыта выполнения таких работ вы можете воспользоваться профессиональными услугами по оснащению велосипедов электротягой в нашей мастерской.

Предлагаем вам также ознакомиться с нашим предыдущим материалом о форматах и типоразмерах литий-ионных аккумуляторов.

Источник

Один велосипед и два электромотора – сборка полного привода

Опубликовано в Тех. характеристики Просмотров: 15670

Добавив к велосипеду электродвигатель в считанные минуты можно добиться значительного усовершенствования его конструкции. Сняв одно из колес велосипеда, и установив на его место иное – моторизиризированное, подключив контроллер, проводку и батареи, получим функциональное скоростное средство передвижения. Конвертировать при помощи специального электронабора можно любой велосипед, но как обстоит дело в случае установки сразу двух электромоторов? Какие комплектующие могут ещё понадобится помимо двух мотор-колес при столь «сложном» оборудовании велосипеда?

Ступичный электродвигатель является самой простой, наиболее эффективной и доступной системой электрического привода велосипеда. Развитие «бесщеточных» технологий позволило существенно увеличить производительность электрического транспорта, предоставляемого сегодня на рынке. Электрический двигатель (мотор-колесо) существенно расширяет грани возможностей традиционной велосипедной техники, основная его функция — обеспечение как дополнительной силовой поддержки для велосипедиста во время кручения педалей, так и выполнения основной работы по перемещению велосипеда без приложения физических усилий со стороны ездока. Повернул ручку газа и вперед, — с хорошим запасом мощности можно развить отличную скорость, забраться под любую горку. Для велосипеда с мотор-колесом и сильные ветры нипочем! Электровелосипеды просто идеальны для тех, кто считает, что постоянно крутить педали утомительно и старомодно.

Как правило, первоначально подготавливаясь к сборке электровелосипеда, покупатели определяются с интересной и достаточной для них мощностью мотор-колеса, беря во внимание рабочие параметры электродвигателей. Если человек не планирует разгонять электровелосипед больше чем до 25-35 км/ч — он выбирает 250-350W мотор-колесо, если же главной целью является развитие большой скорости, предстоят частые подъемы по склонам, электровелосипед будет использоваться в качестве тяговой силы при перевозке грузов — покупатель приобретает электродвигатель, как минимум, в 500W. Чем большей мощности будет использован электродвигатель, тем лучшую скорость сможет развивать электровелосипед, и тем лучшими будут показатели его тяговитости. На каждый товар всегда находится свой покупатель: кому-то бывает вполне достаточно небольшого 250-350W мотора, кто-то же наоборот, руководствуясь убеждением «чем больше, тем лучше», покупает 1000-ватку. Находятся и люди, которые видят свой идеал транспортного средства в установке сразу двух мотор-колес. К плясам такого рода переоборудования можно отнести улучшение подъемной силы электровелосипеда, «облегченный» старт с места (динамика разгона), лучшая управляемость при разгоне до максимальной скорости, при движении по пересеченной местности, гололеду, снегу, грязи. Электровелосипед с двумя моторами характеризуется прекрасной управляемостью, способностью к плавной и синхронно-координированной работе двигателей. Двухмоторный электровелосипед, в силу особенностей своей конструкции, способен перевозить не только человека, но и довольно тяжелые грузы.

Читайте также:  Почему не включается мотор в холодильнике атлант

На электровелосипед устанавливается сразу два равных по мощности мотор-колеса. Дисбаланс в мощности, так же как и несоответствие в весе и потреблении токов между двумя двигателями одного велосипеда неприемлемо. Обычно в паре используются прямоприводные мотор-колеса диапазона мощности 500-1000 ватт. Распространены два варианта совместного крепления на велосипед мотор-колес: одно мотор-колесо с креплением на переднюю вилку устанавливается спереди, другое, с креплением на заднюю ось, — сзади; два заднеприводных электромотора с идентичным напряжением, мощностью, диаметром и показателями крутящего момента устанавливаются сзади (последний вариант применим в случае использования специальной велосипедной приставки и создании трехколесной велосипедной модели – трицикла). Помимо соотвествия по мощности и напряжению, мотор-колеса одного электровелосипеда должны совпадать и по показателям развиваемого крутящего момента. Если установить на байк одновременно тяговое и скоростное мотор-колесо получим картину: скоростной мотор, стремясь быстрее вырваться вперед, будет перегреваться.

Несмотря на то, что на велосипед будет установлено сразу два электромотора, он будет так же тихо и «гладко» перемещаться, как если бы использовался всего лишь один. Внешне электровелосипед с двумя мотор-колесами также будет мало чем отличатся от одномоторного, ведь помимо дополнительного двигателя и ещё одного контроллера в нем больше не будут использоваться никакие дополнительные комплектующие: одна ручка газа будет обслуживать сразу два параллельных соединения компонентов — контроллер-мотор-колесо.

На практике скорость электровелосипеда с двумя моторами останется той же, что и у обычного электробайка, оснащенного одним из его мотор-колес, то есть, иными словами, максимальная скорость двухмоторного электровелосипеда будет равна максимальной скорости каждого из двигателей, — по законам физики суммирования скоростей не происходит. Главное же преимущество установки сразу двух мотор-колес кроется в улучшении тяговых способностей транспортного средства: под гору электровелосипед будет взбираться быстрее, так как мощность, которой он сможет располагать, увеличится вдвое.

При оснащении велосипеда двумя электромоторами возрастает уровень расхода энергии, по этой причине подобные сборки требуют использования аккумуляторных батарей большей емкости. При работе мотор-колес на полную мощность потребление тока будет довольно существенным, по этой причине использование аккумуляторных батарей малой емкости просто нецелесообразно.

Делая электровелосипед полноприводным, то есть комплектуя его сразу двумя мотор-колесами, важно добиться оптимального распределения веса на транспортном средстве, дабы обеспечить его отличную управляемость на дороге. Чем большей мощности будут устанавливаться на электровелосипед мотор-колеса, тем большей будет прилагаемая весовая нагрузка со стороны тяжелых аккумуляторных батарей на раму, так как, скорее всего, придется покупать их довольно тяжелые варианты ибо потребление токов электровелосипеда возрастет. По этой причине, с особой внимательность нужно отнестись к вопросу выбора прочной, стойкой к нагрузкам велосипедной рамы – основы будущего электрического велосипеда. Как вариант, с целью уменьшения нагрузки на велосипед, вместо герметичных необслуживаемых свинцово-кислотных AGM батарей можно применить литий-железо-фосфатные или литий-ионные аккумуляторы.

Сборка электровелосипеда с двумя электромоторами имеет массу преимуществ, однако не избавлена она и недостатков. Так, увеличение количества двигательных составляющих и сопровождающих их электрокомпонентов (контроллеров), увеличение емкости аккумуляторных батарей, с целью обеспечения энергетических потребностей всей силовой установки электровелосипеда, отбивается, в первую очередь, на толщине кошелька. Закономерно, что велосипедный электронабор с большим количеством компонентов стоить будет дороже.

Преимущества полного привода электровелосипеда:

улучшенная динамика разгона, скоординированная работа моторов;

потрясающая тяга при подъемах и при перемещении по «мягким» поверхностям: снегу, песку.

улучшение способностей по перевозке грузов;

хорошая управляемость транспортным средством при развитии высокой скорости,

надежность — даже если откажет один из контроллеров или, не дай Бог, двигателей. всегда есть второй;

Недостатки установки на велосипед двух мотор-колес:

невозможно превысить максимальный показатель развиваемой скорости, характерный для каждого из моторов – работа в паре двух идентичных электродвигателей никак не отображается на их способности к развитию скорости;

дополнительные вес – создание полноприводного электровелосипеда предполагает не только установку ещё одного мотор-колеса и контролера, но и более емкостных и, соответственно, более тяжелых аккумуляторных батарей (исключение: комплектация электровелосипеда LiFePO4 либо Li-Pol аккумуляторами);

увеличение стоимости (лишние комплектующие – большие растраты).

Источник

Электробайк. Контроллер двигателя своими руками

Как вы уже знаете из прошлых постов, у нас в компании есть DIY-движение. В свободное от работы время коллеги занимаются фрезеровкой печатных плат в домашних условиях, делают тепловизор на FLIR Lepton, а также решают семейные разногласия с помощью 4 контроллеров и 2 умных часов. Продолжим серию увлекательный историй! Сегодня я расскажу, как сделать контроллер к трехфазному двигателю электровелосипеда своими руками. Целью создания такого контроллера было:

  1. Изучение работы трехфазного мотора под управлением контроллера.
  2. Большинство контроллеров для электровелосипедов, представленных на рынке, — китайские. Они хоть и относительно дешевые (около 2.000 руб в зависимости от мощности), но являются неведомой коробкой, в которой неизвестно что происходит. И сразу к ней возникает очень много вопросов — экономично ли она потребляет и распределяет ток, какой у нее запас мощности, почему так сильно перегревается, преждевременно срабатывает защита по току и т.д.
Читайте также:  Как правильно выбрать мотор для резиновой лодки

В тоже время на рынке представлены европейские качественные контроллеры для электробайков. Они оснащаются расширенными функциями, работают на разных напряжениях и токах и их можно программировать. Устанавливаются они на сверхмощные электровелосипеды. Но цена у них кусается — 10-20 тыс. рублей.

В итоге я решил пойти своим путем: разобраться в устройстве контроллера, сделать его прототип, а затем попытаться сделать контроллер качественнее китайского контроллера. На текущий момент проект у меня в разработке только и на уровне прототипа, готового варианта пока нет. Буду рад услышать ваши комментарии и советы.

Применение

В электровелосипедах используются трёхфазные бесщёточные электродвигатели с датчиками Холла. Стоит отметить, что применение подобных трёхфазных двигателей достаточно обширно:

  • Бытовая техника
  • Оргтехника
  • Электротранспорт
  • Промышленность

Устройство двигателя

Для разработки контроллера необходимо разобраться с принципом работы самого электродвигателя.

Электродвигатель состоит из фазных обмоток, магнитов и датчиков Холла, отслеживающих положение вала двигателя.

Конструктивно электродвигатели делятся на два типа: инраннеры и аутраннеры.

У инраннеров магнитные пластины крепятся на вал, а обмотки располагаются на барабане (статоре), в этом случае в движение приводится вал. В случае аутраннера всё наоборот: на валу — фазные обмотки, а в барабане — магнитные пластины. Это приводит в движение барабан.

Так как у велосипеда колесо крепится валом на раму, то здесь применителен тип аутраннера.

На этой картинке условно представлены три фазы с обмотками, соединёнными между собой. В реальности обмоток намного больше, они располагаются равномерно с чередованием по фазам по окружности двигателя. Чем больше обмоток — тем плавнее, чётче, эластичнее работает двигатель.

В двигатель устанавливаются три датчика Холла. Датчики реагируют на магнитное поле, тем самым определяя положение ротора относительно статора двигателя. Устанавливаются с интервалами в 60 или 120 электрических градусов. Эти градусы относятся к электрическому фазному обороту двигателя. Необходимо учитывать, что чем больше в двигателе обмоток на каждую фазу, тем больше происходит электрических оборотов за один физический оборот мотор-колеса.

Обмотки трёх фаз в большинстве случаев соединяются между собой по двум схемам: звезда и треугольник. В первом случае ток проходит от одной из фаз к другой, во втором — по всем трём фазам в разной степени. Иногда эти две схемы подключения комбинируют в одном двигателе, например в электромобилях. При старте и наборе скорости идёт соединение фаз по звезде: она даёт больший момент при относительно низких оборотах; далее, после набора скорости, происходит переключение на треугольник, в результате количество оборотов увеличивается, когда уже не нужен большой крутящий момент. По сути, получается условно автоматическая коробка передач электродвигателя.

Цикл работы

Чтобы привести в движение трёхфазный двигатель, нужно рассмотреть цикл его работы за электрический оборот. Итак, имеем три фазы — A, B, C. Каждая из фаз получает положительную и отрицательную полярности в определённый момент времени. Поочерёдно по шагам пропускается ток от «плюса» одной фазы к «минусу» другой фазы. В итоге получается шесть шагов = три фазы × две полярности.

Рассмотрим эти шесть шагов цикла. Предположим, что положение ротора установлено в точке первого шага, тогда с датчиков Холла мы получим код вида 101, где 1 — фаза А, 0 — фаза B, 1 — фаза С. Определив по коду положение вала, нужно подать ток на соответствующие фазы с заданными полярностями. В результате вал проворачивается, датчики считывают код нового положения вала — и т. д.

В таблице указаны коды датчиков и смена комбинаций фаз для большинства электродвигателей. Для обратного хода колеса (реверса) достаточно перевернуть знаки полярности фаз наоборот. Принцип работы двигателя довольно прост.

Цикл двигателя представлен в gif-анимации.

Транзисторы и Н-мост

Но чтобы поочерёдно подавать ток на каждую из фаз и менять их полярность, необходимы транзисторы. Ещё нам нужна передача больших токов, высокая скорость переключения и чёткость открытия/закрытия затворов. В данном случае удобнее управлять затворами по напряжению, а не по току. Поэтому оптимальны полевые (MOSFET) транзисторы. Чаще всего их используют в контроллерах. Очень редко можно встретить комбинированный вариант транзисторов.

Для переключения фаз со сменой их полярностей используют классическую схему Н-моста (H-Bridge) из полевых транзисторов.

Он состоит из трёх пар транзисторов. Каждая из пар подключается к соответствующей фазе обмотки двигателя и обеспечивает подачу тока со значением (+ или –). Транзисторы, отвечающие за включение фазы с положительным значением, называют верхними ключами. С отрицательным — нижними. Для каждого шага открывается пара ключей: верхний одной фазы и нижний соседней фазы. В результате ток проходит от одной фазы к другой и приводит электродвигатель в движение.

Из схемы видно, что мы не можем включить одновременно верхний и нижний ключ у одной и той же фазы: произойдёт короткое замыкание. Поэтому очень важно быстрое переключение верхних и нижних ключей, чтобы в переходных процессах не появилось замыкание. И чем качественнее и быстрее мы обеспечим переключения, тем меньше у нас будет потерь и нагрева/перегрева транзисторов H-моста.

Читайте также:  Сделай сам мотор москвич

Для запуска остаётся обеспечить управление затворами ключей H-моста. Для управления H-мостом нужно:

  1. Считать показания датчиков Холла.
  2. Определить, в каком положении какую пару ключей включать.
  3. Передать сигналы на соответствующие затворы транзисторов.

Прототип на Ардуино

Под рукой у меня была Arduino UNO, и я решил собрать контроллер на её основе.

Первым делом я подал на датчики Холла питание 5 вольт от Ардуино (его достаточно для датчиков). Сигнальные провода от датчиков подключил на цифровые пины Ардуино, написав простейшую программу для считывания и обработки сигналов с датчиков.

Затем собрал Н-мост из полевых NPN-транзисторов. Подвёл к мосту независимое питание на 12 вольт. Но при отладке, чтоб убедиться в работоспособности, я подключил напрямую шесть пинов 5V из Ардуино на затворы H-моста. У большинства полевых транзисторов затвор работает на 20 вольт. Так делать нельзя, потому что Н-мост будет плохо работать и перегреваться. Но для кратковременных тестов это пойдёт. Кое-как, с сильными перегревами и страшными звуками, вибрациями и толчками колесо медленно закрутилось. Начало положено.

Мостовые драйверы

Далее предстояла работа над напряжением 20 вольт на управление затворами. Для этого существуют мостовые драйверы транзисторов, они обеспечивают стабильные импульсы в 20 вольт на затвор и высокую скорость отклика. Сначала у меня были популярные драйверы для маломощных моторов L293D.

Для управления затворами его достаточно, к тому же их очень просто использовать. Один такой драйвер может обеспечить питанием две пары ключей. Поэтому я взял две штуки L293D. Собрал контроллер с этими драйверами, и колесо начало крутиться существенно плавнее, посторонних звуков стало меньше, нагрев транзисторов уменьшился. Но при увеличении оборотов синхронизация с контроллером пропадала, появлялся посторонний звук, колесо дёргалось, вибрировало и полностью останавливалось.

В это же время я наткнулся на два варианта мостовых драйверов:

  • HIP4086
  • IR2101

Что касается HIP4086, то это полноценный мостовой драйвер, предназначенный для трёхфазного электродвигателя. Мне он показался несколько замороченным, и мои попытки использовать его в контроллере не увенчались успехом: он у меня так и не заработал. Углублённо разбираться в причинах не стал.

А взял я IR2101 — полумостовой драйвер, обеспечивающий работу нижнего и верхнего ключей для одной фазы. Несложно догадаться, что таких драйверов нужно три. К слову, драйвер очень прост в использовании, его подключение происходит безболезненно и легко. Получилась такая схема:

Собрал контроллер с этим драйвером и запустил двигатель. Ситуация с работой электродвигателя кардинально не поменялась, симптомы остались те же, как и в случае с драйвером L293D.

Аппаратное прерывание

И тут я понял, в чём дело: Ардуино не успевает обрабатывать показания датчиков Холла! Поэтому необходимо было использовать пины Ардуино с аппаратным прерыванием. Так как у Ардуино УНО таких пинов всего два, а под датчики нужно три пина, надо взять Ардуино Леонардо или Искра Нео, где таких пинов — четыре штуки.

Переписав программу под прерывания и подключив Искру Нео вместо УНО, я повторил испытания.

Колесо наконец-то заработало чётко, без вибраций, шумов, отлично стало набирать обороты без рассинхронизации. Прототип оказался жизнеспособным. Но это ещё не полноценный контроллер, поскольку в нём не было обвязки с защитами и обеспечением качественного ШИМ-сигнала.

Прототип на базе микросхемы MC33035

Параллельно с разработкой контроллера на Ардуино я рассматривал альтернативные варианты логической части контроллера. И это привело меня к микросхеме MC33035. Это старая разработка от Motorola, сейчас её выпускает ON Semiconductor. Создана специально для мощных трёхфазных двигателей.

  • Отвечает за всю логическую часть контроллера
  • Считывает показания с датчиков Холла
  • Определяет положения вала
  • Выдаёт сигналы для затворов Н-моста на их драйверы
  • Имеет возможность подключения индикатора ошибок, перегрева
  • Обрабатывает и передает ШИМ-сигнал (PWM)
  • Осуществляет реверс (обратный ход колеса)

Одним словом, микросхема содержит всё необходимое для управления электродвигателем. Её стоимость очень низкая: на Алиэкспрессе — около 50 рублей. Для сборки полноценного контроллера на её основе потребуется микросхема MC33035, полумостовые драйверы и Н-мост из полевых транзисторов. Я также собрал контроллер на этой микросхеме. Работает отлично, стабильно, колесо крутится как надо на различных оборотах. Но функционал микросхемы ограничен, если необходимо наворотить различные функции, вывод на дисплей скорости, одометр, расход батареи, то опять же возникает необходимость дополнительно подключить Ардуино или что-то аналогичное.

Главное преимущество контроллера на базе MC33035 — это простота в использовании. Просто покупаете микросхему, собираете Н-мост, спаиваете всё на плату с небольшой обвязкой — и контроллер готов. Если нужно просто запустить двигатель с ШИМ-сигналом и управлять им — оптимальный вариант.

Контроллер на базе Ардуино — вариант сложнее, понадобится писать логику, обеспечивать дополнительные защиты контроллера. Но для экспериментов, прототипов, дополнительного функционала, использования различных режимов работы двигателя — подходящий вариант. Поэтому я решил пока отложить MC33035 и продолжить работу с Ардуино.

Планы на будущее контроллера

Продолжая работу над контроллером, планирую сделать следующее:

  • IGBT-транзисторы для H-моста вместо полевых транзисторов.
  • Обвязку с защитами по току, перегреву и т. п.
  • Полноценный круиз-контроль с возможностью выставлять необходимую скорость движения.
  • Расходомер. Когда задаётся необходимое расстояние, а контроллер, исходя из этого значения и заряда аккумулятора, дозирует разряд аккумулятора на всём протяжении маршрута так, чтобы зарядки хватило.

Источник

Adblock
detector