Мотор-колесо

Мотор-колесо для электровелосипеда

Мотор-колесо было изготовлено практически одновременно с изобретением электродвигателя. Этот тип двигателя характерен тем, что ось колеса выполняет одновременно и функцию оси статора электродвигателя. Подобные двигатели находят самое широкое применение от электровелосипедов и легковых автомобилей, до тяжелых грузовых машин работающих на открытых карьерных разработках. Высокий кпд, надежность, небольшая стоимость, отличная удельная мощность и экологичность – это основные эксплуатационные характеристики элетродвигателя двигателя типа мотор колесо.
Новый толчок развитию и применению этому двигателю дало изобретение революционных силовых аккумуляторов литиевой группы, имеющих удельную мощность более 100 Вт/час/кг, способных выдерживать большое количество циклов перезарядок и пиковые разрядные токи http://lifepo4.by/akkumulyatory-dlya

Мотор-колесо мало отличается от безколлекторного синхронного двигателя. Вращающееся магнитное поле создается в двигателе путем переключения его обмоток электронными ключами контроллера с регулируемой частотой. От частоты переключения зависит скорость вращения колеса. Применение в двигателе сильных постоянных магнитов из сплавов с редкоземельными металлами, отсутствие щеток и любых трущихся деталей кроме подшипников на оси двигателя, позволяют поднять ресурс мотор колес до уровня применяемых подшипников и достичь кпд 90%.

На электровелосипеды  устанавливаются два типа мотор-колес: - с прямым приводом и с планетарным редуктором.

В большинстве случаев, покупатели электровелосипедов не представляют себе потенциальных различий между этими типами мотор-колес и просто выбирают велосипед по мощности двигателя, не принимая во внимание величину крутящего момента, экономичность и другие важные нюансы. А между тем они сильно отличаются своими эксплуатационными характеристиками.

Мотор-колеса прямого привода устроены предельно просто. Ось колеса является осью статора двигателя. Вращающий момент, возникающий при переключении обмоток статора электронными ключами, передается непосредственно на ротор, который соединен спицами с ободом колеса. Отсутствуют  какие либо промежуточные механические передачи.

Достоинства:

Недостатки:

  • большой расход энергии аккумулятора в сравнении с редукторными двигателями примрно на 30% (особенно на скоростях меньше 18 км/час);
  • большой диаметр двигателя, и из-за малой длины спиц слабая амортизация колеса;
  • большой вес. Двигатель мощностью 500 Вт весит около 6 кг;
  • малый удельный вращающий момент. Поэтому двигатели прямого привода для электровелосипеда имеют мощность от 500 Вт и выше;
  • повышенные требования к аккумулятору. Мощному двигателю требуется аккумулятор способный выдерживать большой разрядный ток и пиковые нагрузки. Необходим дорогой аккумулятор большой емкости;
  • жесткие требования к контроллеру из-за больших пиковых токов;
  • плохой накат. Из-за сильных магнитных полей внутри двигателя и большого диаметра, вращение колеса тормозится, даже при отключенном двигателе. Ехать на таком велосипеде с отключенным двигателем довольно тяжело;
  • довольно большой совокупный вес двигателя и аккумулятора. Велосипед уже можно отнести к разряду скутеров.

Мотор-колеса с планетарным редукторомимеют примерно в 2 раза меньшие габариты и вес, чем их без редукторные сородичи. Планетарный редуктор, как правило, имеет передаточное отношение примерно 4,2:1, и позволяет обеспечить высокий вращающий момент.
В настоящее время существуют двухскоростные редукторные двигатели с автоматическим и ручным переключением передач. Причем габариты, вес и КПД новых двигателей не отличается от обычных односкоростных двигателей мотор-колесо. Применение нового типа двигателей для оснащения электровелосипедов позволяет иметь ряд существенных эксплуатационных преимуществ за счет наличия переключаемого редуктора. Редукция на первой передаче составляет 1:8, а на второй передаче 1:4,4. Поэтому крутящий момент двухскоростного мотор-колеса с номинальной мощностью 250 Вт на первой передаче больше чем у обычного односкоростного двигателя мощностью 500 Вт.
Наличие первой передачи с коэффициентом редукции 1:8 позволяет:
- иметь высокую приемистость - т.е. очень быстро разгоняться с места до скорости 17-20 км/час в режиме скутера;
- преодолевать крутые подъемы - до 27 градусов;
- легко преодолевать песчаные и  грунтовые дороги, а также бездорожье;
- тяжелым велосипедистам нет необходимости ставить мощные двигатели;
На второй скорости максимальная скорость в режиме помощи составляет 45 км/час вместо 32 км/час для обычного двигателя.

Достоинства редукторных двигателей мотор-колесо:
  • большой вращающий момент на низких оборотах. Быстрый старт с места, подъем в гору, движение по проселку и бездорожью, быстрый разгон - по силам этой малютке еле заметной во втулке колеса;
  • обгонная муфта внутри двигателя обеспечивает отличный накат велосипеда с отключенным двигателем;
  • хорошая амортизация мотор колеса за счет большой длины спиц;
  • достаточно небольшие пиковые токи повышают ресурс работы самого двигателя, аккумулятора и контроллера;
  • малый собственный вес. При мощности 250-350 Вт – около 3 кг;
  • КПД около 87 %. Несколько ниже, чем у мотор колеса прямого привода за счет наличия редкутора.
  • редукторный двигатель на 30% экономнее расходует энергию аккумулятора в сравнении с двигателем прямого привода, а это существенно больший пробег велосипеда на одной зарядке аккумулятора;
  • надежность находится на уровне мотор колес прямого привода. 

Недостатки:

  • легкий шум при работе связанный с наличием планетарного редуктора;
  • скорость мотор колеса ограничена 30 – 45 км/час.

Конструкция мотор-колеса с планетарным редуктором:

Статор мотор-колеса с фазными обмотками закреплен на оси колеса электровелосипеда. Ротор колеса, с закрепленными на нем постоянными магнитами, вращается при переключении фазных обмоток статора. Вращение ротора, через центральную шестерню, передается на корпус двигателя через планетарный редуктор, и дальше на обод колеса. Три шестерни редуктора установлены на закрытые подшипники, оси которых закреплены на обгонной муфте. Передаточное отношение планетарного редуктора мотор колеса примерно 4,5:1. Обгонная муфта обеспечивает неподвижность трансмиссии двигателя при педалировании и отключенном двигателе. Благодаря наличию обгонной муфты обеспечивается легкий ход велосипеда при отключенном двигателе.

Мотор колеса с планетарным редуктором можно рекомендовать во всех случаях где не требуются скорости свыше 25 – 45 км/час и необходимо обеспечить максимальный пробег на одной зарядке аккумулятора. Они оптимальны по соображениям стоимости, экономичности, веса, вращающего момента и легкости хода электровелосипеда http://lifepo4.by/na-odnoy-zaryadke#overlay-context=akkumulyatory-dlya.