Контроллер для электровелосипеда своими руками

Технический прогресс способствовал созданию современных его видов, которые коренным образом отличаются от предшественников, напоминавших массивный реостат. В них нет движущихся частей, а передача к мотору электроэнергии регулируется длительностью поступающих импульсов.

Как работает котроллер

В основном это устройство предназначено для подачи на мотор-колесо поступающей от батареи аккумуляторной энергии. Магнитное поле, создаваемое током, протекающим по обмоткам, отталкивает и притягивает магниты ротора, что приводит колесо в движение. Основная задача контроллера — управление частотой вращения двигателя велосипеда. Но у него есть другие дополнительные функции, которые можно разделить на:

Регулирование скорости вращения двигателя.
Управление крутящим моментом.
Защита двигателя.

Контроллером принимается сигнал от ручки акселератора. На основе принятой информации, осуществляет регулирование скорости вращения двигателя. Быстро раскручивая двигатель, очень важно, чтобы также быстро его можно было, при необходимости, остановить. Чтобы двигатель служил дольше, требуется плавное и мягкое торможение, методом изменения длительности импульсов, что входит также в функции этого прибора. Очень полезно иметь возможность реверса, т.е. обратного хода. Более совершенные модели этих приборов имеют возможность подачи на мотор напряжения противоположной основной полярности, обеспечивая тем самым оптимальный режим изменения вращения двигателя. Регулирование заднего хода, для обеспечения безопасности, происходит на низких оборотах.

Очень важно для любого велосипеда с электромотором, чтобы контроллер мог определять уровень напряжения в батареях и, при его падении ниже порогового значения, мог отключить двигатель от питания. Пороговым значением считается величина 87,5%. В моделях современных, наиболее продвинутых, порог отключения можно настроить под конкретный тип батарей, используемых в велосипеде, защитив их, таким образом, от чрезмерной разрядки.

Следить за температурой контроллер может благодаря установленному в нем термодатчику, чем предотвращает в электросистеме велосипеда токовую перегрузку.

Помимо мотор-колеса к нему подсоединены и все другие комплектующие велосипеда, для подключения которых предназначены высококачественные многожильные соединительные провода, защищенные силиконовой термостойкой изоляцией.

Ряд важных параметров, таких как, например, напряжение батарей, максимальный рабочий ток и пр., определяют с какими аккумуляторами и электрическими моторами могут работать контроллеры.

Универсальный контроллер «Volta bikes»

Можно ли отремонтировать контроллер?

Одной из немногочисленных поломок, которая может случиться с электрическим велосипедом, является выход из строя этого элемента. Что рекомендуется предпринять в этом случае?

Прежде всего, сняв контроллер, нужно определить, подлежит ли он ремонту, что легко сделать, просто взглянув на них: внешний вид подскажет, какая деталь требует замены. Если ремонт возможен, нужные запчасти спросить можно в магазине велотехники или на радиорынке.

Если отремонтировать контроллер уже не представляется возможным, его придется заменить. Сделать это можно, вновь-таки, посоветовавшись с продавцами этого транспорта, потому что, даже при внешней схожести прибора и совпадении разъемов, предназначенных для подключения соответствующих компонентов, контроллеры, выпущенные различными производителями, по- разному могут быть «прошиты». Касаться различия могут и других показателей. Чтобы получить максимальный коэффициент полезного действия двигателя, нужен штатный контроллер, предназначенный для работы с ним или же универсальный, рассчитанный на напряжение 24, 36, 48 V и мощность, лежащую в пределах 200-1000 Вт. Приятным моментом является то, что их стоимость практически одинакова.

Контроллеры: стандартный (штатный) и универсальный

Универсальные Volta bikes внешне незначительно отличаются от штатных, в которых на мотор питание подается по окрашенным в желтый, зеленый и синий цвета проводам. В ремонтном же – они все зеленого одинакового цвета. Здесь не имеет значения порядок их подключения из-за того, что настройки отсутствуют до момента подключения к двигателю

Стандартный контроллер и универсальный

Два провода дополнительных синего цвета, имеющиеся в ремонтном варианте Volta bikes, могут быть соединены вместе при помощи одноконтактного разъема. Они служат для настройки фазировки. После установки на велосипед этой важной детали, к ней подключают все компоненты электронные. Затем несколько секунд проводки замыкают. Как только напряжение подано на мотор-колесо, оно должно самостоятельно сделать несколько оборотов. Если правильно сделано все, то так и произойдет. Теперь синие провода нужно рассоединить, поскольку они уже не нужны. Прибор к работе готов.

Как сделать электровелосипед своими руками из недорогого комплекта

За 100 долларов нельзя купить даже обычный велосипед, не то что электровелосипед. Но за эти деньги можно сделать электровелосипед своими руками. Конечно, большую часть необходимых компонентов вам придётся достать бесплатно! Но где же их найти, да ещё бесплатно — скажете вы? Я расскажу, где можно найти всё необходимое, а также про некоторые моменты, связанные с отличиями ваших комплектующих от моих.

Это очень сложный проект — если вы не обладаете хорошими навыками, то вам лучше сразу отказаться от идеи собрать электровелосипед самостоятельно и купить электровелосипед в магазине. Если же вы умеете работать за токарным станком, хорошо владеете распространёнными инструментами, то вам вполне по силам собрать электрический велосипед своими руками. Если вы будете работать только в свободное время, то на сборку электрического велосипеда у вас уйдёт всего несколько месяцев.

Предпосылки и теория.

Перед тем, как непосредственно перейти к инструкциям по сборке электрического велосипеда, расскажу, почему я решил самостоятельно собрать электровелосипед. Мне удалось сконструировать фрикционную передачу для электровелосипеда, тогда как эксперименты с цепной передачей провалились. Но мне очень хотелось довести дело до конца и найти где были допущены ошибки во время первой попытки. Оказалось, что я не уделил должного внимания допускам. Я практически наугад выравнивал и приваривал звездочки на место, где должен находиться вал. Поэтому передача и не работала. Кроме того, так как вал моторе был очень маленький, то передача не заработала бы даже со звёздочкой. Поэтому мне пришлось найти способ организовать передачу между мотором и задним колесом с помощью стандартной задней кассеты. В качестве решения я выбрал ременной привод. Но я всё таки хотел как-то сменить ременной привод на цепную передачу на заднее колесо. Сложным решением мог стать передаточный вал, который бы крепился на каретку и точно совмещал ведущие и ведомые звезды. При выборе этого варианта мне пришлось бы долго приваривать звёздочки, поэтому я отказался от него в пользу намного более аккуратной методики скрепления. Кроме того, максимальная скорость моего первого электровелосипеда оставляла желать лучшего — она не превышала 32 км/час. Поэтому мне пришлось пересчитать передаточное отношение и установить на велосипед привод, позволяющий развивать максимальную скорость в 64 км/час!

Ключевым моментом этого проекта является точность — устанавливать все компоненты нужно с очень небольшими допусками. Поэтому и потребовался токарный станок, без которого обеспечить требуемую точность не представляется возможным. Без него нельзя выполнить данный проект.

Итак, приступаем к работе — нам предстоит сделать из обычного велосипеда мощный электрический велосипед. И что самое главное — это обойдётся нам меньше, чем в 100 долларов!

Шаг 1: Необходимые инструменты и материалы.

Данный этап очень важен. Если у вас нет перечисленных ниже инструментов или материалов, то я бы посоветовал не браться за данный проект.

токарный станок (нужен обязательно);
сварочный аппарат;
основные ручные инструменты (ножовка, плоскогубцы и т. д.);
штангенциркуль (обязательно купите его и желательно побольше);
сверлильный станок с набором свёрл;
инструмент для монтажа цепи;
ключ для снятия трещотки;
шлифовальный станок;
металлорежущие инструменты (гидравлические ножницы «Пиранья», но также подойдет установка для плазменной резки или ацетилено-кислородная резка);
основные инструменты для ремонта велосипеда.

V-образный блок;
плоскошлифовальный станок;
фреза;
метчики и плашки.

Материалы (кроме очевидных):

железный уголок;
* звёздочка ANSI #40 на 9 зубьев (доступны онлайн на McMaster-Carr, номер товара 6793k208)
2 подшипника (доступны онлайн на McMaster-Carr, их размер указан ниже);
круглая стальная болванка (диаметр 0,5″ — 1″);
шкив под клиновой ремень диаметром 4″ (доступен онлайн на Chicago Die Casting);
шкив под клиновой ремень диаметром 1″ (я изготовил его на станке, но его проще купить);
клиновой ремень.

*Размеры зависят от вашего велосипеда и требуемой максимальной скорости.

Шаг 2: Необходимый комплект для переоборудования обычного велосипеда в электровелосипед.

Это наверное самый главный момент. Чтобы стоимость переоборудования простого велосипеда в электровелосипед не превысила сто долларов, вам придётся бесплатно достать комплект из трёх основных компонентов: мотора, аккумуляторов и велосипеда.

Давайте начнём с велосипеда. Думаю будет несложно найти никому не нужный велосипед или купить велосипед недорого. Постарайтесь достать велосипед с как можно большим количеством передач — это позволит достичь высокой максимальной скорости и улучшит ускорение. Наличие системы переключения передач обязательно ещё и потому, что это даст возможность увеличить допуски в цепной передаче. Поищите в интернете или спросите у родственников в деревне и возможно вам удастся купить за символическую сумму никому не нужный велосипед в хорошем состоянии. А может быть ваш собственный велосипед слишком старый и вы давно уже хотите поменять его на новый. Или даже, если все варианты уже исчерпаны, то на свалке среди металлолома можно найти неплохой велосипед. Но если велосипед долго находился на улице, то его сначала нужно будет немного подремонтировать и отрегулировать. Я думаю, найти велосипед будет несложно.

Далее мы сможем одним выстрелом убить двух зайцев. Вряд ли у вас найдётся старое кресло с электродвигателем, которое было у меня. Вы можете попробовать поискать в интернете старый мотор с аккумуляторами, но лучше всего обратитесь в сервисный центр по ремонту инвалидных кресел — здесь у вас больше шансов на успех. У технических специалистов сервисов имеется много старых аккумуляторов и моторов, которые они просто выбрасывают. Думаю, что они не откажутся недорого продать электродвигатель и несколько батарей на 12 вольт от старого кресла. Даже, если у них ничего не найдётся, то он смогут подсказать у кого ещё можно спросить. В крайнем случае можно поспрашивать у знакомых не завалялся ли у них случайно мотор или аккумуляторы.

Шаг 3: Изготовление наружного кольца подшипника.

Мне повезло — на моём велосипеде уже имелось наружное кольцо подшипника с резьбой. Если вам так не повезло, то вам придётся изготовить наружное кольцо подшипника самостоятельно. Можно сделать и без резьбы — закрепить в каретке с помощью винтов.

Шаг 4: Изготовление промежуточного вала.

Так как ваш велосипед скорей всего будет отличаться от моего, то и изготовленные вами детали будут отличаться от моих, но промежуточный вал должен быть практически одинаковым. Если вы купили большой ролик, подшипники и звездочку с диаметром центрального отверстия, составляющим половину от диаметра звёздочки, то вам потребуется стальная болванка диаметром 5/8 от диаметра звёздочки. На токарном станке выточите с одного конца заготовки участок длиной 1″ и диаметром в половину от диаметра звёздочки. Затем измерьте расстояние между двумя кольцами подшипника и сократите его в диаметре до 5/8 от диаметра звёздочки. Оставшийся участок заготовки выточите до диаметра в половину диаметра звёздочки. Участок по центру размером в 5/8 от диаметра звёздочки необходим для предотвращения проскальзывания промежуточного вала назад или вперёд.

Осталось просверлить отверстия для болтов. Сперва нужно закрепить вал с помощью V-образного блока. Очень важно, чтобы эти отверстия находились точно на одной линии. Размер болтов зависит от выбранного вами размера вала и размера других компонентов.

Шаг 5: Модификация звёздочки.

Если у вас такая же звёздочка, как и у меня, то из-за большой ширины она не подойдёт к велосипедной цепи. Поэтому придётся подвергнуть звёздочку небольшой модификации. Обработайте её на токарном станке подрезным резцом до ширины в 0,1 дюйм. Затем установите резцовую каретку на 10 градусов и измените угол зубьев так, чтобы он был одинаковым с обеих сторон.

Шаг 6: Главный ведущий шкив.

Поскольку маловероятно, что у вас такой же мотор, как и у меня, то я просто опишу процесс обработки своего. Поскольку на моём двигателе уже имелось отверстие, то я просверлил внутри круглой алюминиевой заготовки отверстие диаметром один дюйм, что точно соответствует размеру валу. Крайне важно, чтобы размер отверстия совершенно не превышал размер вала — иначе вам придётся переделывать эту часть работы. Далее я просверлил отверстие и обработал на станке один конец до диаметра в 0,5 дюйма, чтобы он соответствовал ролику, который обработал ранее. Но вполне возможно на вашем моторе не нужно будет ничего дорабатывать.

Шаг 7: Сборка промежуточного вала.

Вот тут то и начинается самое интересное! Перед началом сборки велосипеда купите в магазине набор цилиндрических штифтов, набор винтов и приступайте к сборке! Возможно на этом этапе возникнут некоторые проблемы, но если вы всё выточили правильно, то у вас получится всё правильно соединить.

Шаг 8: Сборка цепной передачи.

На данном этапе придётся воспользоваться инструментом для монтажа цепи. Разъедините цепь, чтобы снять её с велосипеда. Теперь нужно как обычно установить цепь, продеть её через задний переключатель скоростей и зацепить на среднюю звёздочку на кассете. Убедитесь, что задний переключатель находится в правильном положении, как при езде: не сбит в кучу и на правильной передаче. Далее расположите два конца цепи рядом с другом, чтобы получить требуемую длину цепи. Это самый сложный момент. Разъедините цепь в этом месте.

Во время разъединения цепи убедитесь, что пин прикреплён к концу цепи. Если этого не сделать, то будет очень сложно, если вообще возможно, снова соединить цепь.

Шаг 9: Первая проверка без нагрузки.

Теперь нужно проверить выполненную работу. Что может быть хуже того, когда после окончания сборки электровелосипеда при тестировании… слетает цепь. Поэтому это очень важный тест. Переверните велосипед вверх колёсами, чтобы заднее колесо могло свободно вращаться. Установите любую передачу, но я советую установить самую низкую. Теперь переходим к самому сложному моменту. Чтобы обеспечить натяжение цепи, надёжно удерживайте мотор одной рукой внизу напротив клинового ремня. Другой рукой соедините мотор проводами с аккумулятором. И если вы всё сделали правильно и точно, то проверка завершится удачно. Если же цепь всё таки слетит, то на это может быть множество причин. Одной из них может быть слишком широкая звезда промежуточного вала, так что придётся её немного сточить. Если же проскальзывает ремень, то вы установили слишком высокую передачу или недостаточно натянули приводной ремень. Если цепь всё равно слетает, то скорей всего из-за плохо выравненных звёздочек и к сожалению вам придётся проделать заново некоторые этапы.

Шаг 10: Макет крепления мотора.

Далее нужно сделать картонный макет крепления мотора. Почему из картонный? На это есть несколько причин: картон дешевле металла, его можно резать ножом, придавать ему форму гораздо легче, чем металлу. Если позволяет конструкция вашего велосипеда, то я бы советовал установить двигатель позади подседельного штыря, как у меня. Это даст больше пространства для аккумуляторов и позволит разместить двигатель и большинство вращающихся элементов подальше от ног.

Шаг 11: Предварительное крепление для мотора.

Далее, используя созданный картонный макет, вырежьте крепление из листа металла. Приложите макет из картона к металлическому листу металла и как можно аккуратней обведите его мелом. Чтобы вырезать макет из металла, вам никак не обойтись без такого инструмента, как «Пиранья» — больших гидравлических ножниц, предназначенных для резки металла. Они позволяют очень точно и ровно по контурам вырезать модель из металла. Но скорей всего этого инструмента у вас нет. Поэтому можно обойтись обычным устройством плазменной резки. Однако при разрезании толстого листа металла образуется довольно много шлака и при плохом владении методикой плазменной резки вам придётся достаточно долго шлифовать края. Также можно воспользоваться ацетиленово-кислородной резкой или ножовкой по металлу, но эти два варианта значительно хуже.

Шаг 12: Первый этап установки двигателя.

Это ключевой момент при установке двигателя. Необходимо сделать прорези для болтов на неравнобоком уголке (если у вас таковой имеется) и установить U-образные болты так, чтобы они могли скользить вверх и вниз по основной пластине. Так как у вас уже есть картонный макет, то нанести разметку будет несложно. Просто положите макет на пластину и пометьте кернером два конца каждой прорези. Просверлите по два отверстия с каждого конца — в общей сумме должно получиться четыре отверстия. Они не должны быть слишком большими, чтобы можно было нормально закрутить гайку, и не слишком маленьким, чтобы можно было просунуть болт. Так как я использовал болты диаметром 3/8″, то я просверлил отверстия оптимального диаметра 0,4 дюйма.

Шаг 13: Второй этап установки двигателя.

Теперь нужно вырезать прорези. Сначала я думал их вырезать с помощью фрезы, но по некоторым причинам я отклонил этот вариант. Если у вас имеется торцовая фреза и тиски подходящего размера, то вам всё же лучше воспользоваться фрезой. Я же выбрал плазменную резку. Используя железный уголок в качестве ориентира, я вырезал ровные прорези для болтов. Внешний вид прорезей был далёк от идеала, так что мне пришлось долго и упорно их шлифовать. Очень важно, чтобы прорези были ровными настолько, насколько это возможно. Это необходимо для того, чтобы болты плавно скользили и надёжно фиксировались.

Шаг 14: Установка неравнобокого уголка.

В зависимости от того, какой у вас двигатель, вам может не потребоваться осуществлять данный шаг. Я сделал неравнобокий уголок для закрепление мотора, но мне не удалось им воспользоваться из-за недостаточного зазора между задней покрышкой и уголком. Я всё же рекомендую по возможности установить неравнобокий уголок, так как он обеспечивает дополнительную прочность закрепления двигателя. Но если это невозможно, то вместо уголка просто воспользуйтесь U-образными болтами.

Следующее, что вам понадобится, так это своего рода адаптерный кронштейн. Он крепится к двигателю и может скользить вверх и вниз по главной монтажной пластине, обеспечивая требуемое натяжение ремня. Сделайте пластину, привинчивающуюся к передней части двигателя и свешивающуюся немного в сторону. Затем возьмите небольшой прямоугольник, идущий параллельно двигателю, и прикрепите его с помощью болтов к главной монтажной пластине.

Шаг 15: Сварка крепления двигателя.

После тщательной пескоструйной очистки и небольшой зачистки металлической проволочной щеткой можно приступать к сварке! Также убедитесь, что все стыки зачищены от ржавчины, краски, грязи и т. д. Сварка двух металлических листов разной толщины обещает быть не из лёгких. Даже если вы прожжёте дырку, то это не будет концом света. Не старайтесь заварить всё сразу. Сначала сварите одну сторону, а чуть попозже переходите к другой, чтобы металл успел остыть. Кроме того большую часть жара старайтесь направлять на монтажную пластину и используйте как можно более низкую температуру сварки, но ещё позволяющую хорошо проваривать листы. При необходимости даже можете дополнительно накапать расплавленным металлом, чтобы лучше припаять два листа металла. Я даже хотел воспользоваться дуговой сваркой плавящимся электродом в среде инертного газа, которая отличается высоким качеством, но к сожаления я не очень хорошо умею ею пользоваться.

Шаг 16: Сборка ременного привода.

Данный шаг не потребует подробных разъяснений. Просто наденьте ремень на оба шкива, натяните его как можно крепче и затяните все болты. В процессе эксплуатации велосипеда вы заметите, что ремень будет постепенно растягиваться. Вот как раз по этой причине нам и пришлось делать регулируемое крепление. Время от времени вы должны проверять натяжение ремня и корректировать его при необходимости.

Шаг 17: Вторая проверка без нагрузки.

Давайте повторно протестируем велосипед без нагрузки, чтобы убедится, что мы качественно закрепили двигатель и систему переключения передач. Установите самую низкую передачу и запустите мотор на максимальное число оборотов. Если крепление хорошо держится (так и должно быть), то начинайте постепенно повышать передачи. Если велокомпьютер установлен на заднем колесе, то обратите внимание на его показания. Если велокомпьютер установлен спереди, то он естественно ничего не покажет. Также обратите внимание не проскальзывает ли ремень, что может свидетельствовать о плохо натянутом ремне либо об очень высоком передаточном отношении.

Шаг 18: Крепление аккумулятора.

Следующий шаг — это установка аккумулятора. Я надеюсь, что вам удалось достать хороший комплект старых аккумуляторов в сервисном центре или просто купить их. Проверьте работоспособность батарей и зарядного устройства. Затем изготовьте картонный макет батарей. Гораздо легче перемещать пустую картонную коробку, чем две батареи по 14 кг. После этого подберите подходящее место для их установки. Желательно их установить как можно дальше от седла и как можно ближе к земле — это увеличит сцепление покрышки на заднем колесе и позволит снизить центр тяжести велосипеда.

После того, как вы нашли подходящее место для установки, из железных уголков сконструируйте «поддон», к которому аккумуляторы будут надёжно крепится с помощью стяжек или эластических шнуров. Затем просто приварите «поддон» к раме велосипеда. Качество сварного шва должно быть очень высоким, так как ему придётся выдерживать достаточно большие нагрузки. Так что постарайтесь хорошо приварить «поддон».

Шаг 19: Электрическая схема электровелосипеда.

У вас наверное возник вопрос, почему до сих пор мы не упомянули про электрическую схему управления мотором электровелосипеда. Конечно, у нас не будет полноценного управления с контроллером на широтно-импульсной модуляции. Так как на велосипеде имеется система переключения передач, то для управления двигателем нам хватит обычного переключателя. Я установил однополюсный трёхпозиционный переключатель на 10 Ампер от старой радиостанции. У него три рабочих позиции: вкл1, вкл2 и выкл. Как видно из схемы выше, в режиме вкл1 работает один аккумулятор с напряжением 12 В, а в режиме вкл2 работают два аккумулятора с напряжением 24 В. Эти позволяет включать мотор на полную скорость или на половину оборотов. Имея две скорости вращения мотора и систему переключения передач на велосипеде, мы можем обеспечить широкий диапазон скоростей, что избавляет нас от необходимости покупки очень дорогого ШИМ–контроллера.

Существует ещё один вариант схемы — с тремя аккумуляторами. У каждой электрической схемы есть свои преимущества и недостатки. На верхнем рисунке показана электрическая схема электровелосипеда с тремя аккумуляторами, а на нижнем с двумя аккумуляторами. Я использовал вариант с двумя аккумуляторами, который бы и рекомендовал использовать.

Шаг 20: Первая поездка, поиск и устранение неполадок.

Это самый лучший этап из всех! Теперь, когда вы наконец-то закончили собирать электровелосипед, самое время покататься на нём. Позовите всех своих друзей и похвастайтесь электрическим велосипедом, собранным своими руками. Не забудьте надеть шлем, ведь если что-то пойдет не так, а скорей всего так и будет, то вы же не хотите получить травму головы. Вы должны морально подготовится к неудаче — скорей всего ваш самодельный электровелосипед не заработает с первого раза. Может приключится множество неполадок, начиная от плохого контакта проводов и закачивая неправильным расчётом передаточного отношения. Перед проведением данного испытания обязательно запаситесь разными инструментами, которые будут нужны для устранения различных возможных неисправностей:

Отсоединение проводов
Слишком высокое передаточное отношение
Неисправные аккумуляторы

Чтобы диагностировать эту проблему, поднимите заднее колесо и включите самодельный электровелосипед. Если покрышка вращается, то скорей всего передаточное отношение слишком большое. Постарайтесь увеличить шкив промежуточного вала или уменьшить шкив двигателя — тем самым вы снизите передаточное отношение и увеличите крутящий момент, что позволит велосипеду ехать. Если же покрышка не вращается, то или отсоединились провода, или не работают аккумуляторы. Полностью зарядите аккумуляторы и проверьте мультиметром напряжение на них. Напряжение на полностью заряженных аккумуляторах должно составлять примерно 26 – 27 В. Кроме того с помощью мультиметра нужно проверить целостность электрической цепи. Отсоедините идущие к двигателю провода и подсоедините их к мультиметру. Включите переключатель. Если на приборе отображаются одни нули, тогда как на аккумуляторах показывалось напряжение, то проблема заключается в проводах или переключателе.

Велосипед едет медленно:

Неправильное передаточное отношение

Чтобы диагностировать эту проблему, поднимите заднее колесо. Если оно вращается намного быстрее по сравнению с тем, когда вы ехали, значит передаточное отношение слишком высокое и его необходимо уменьшить. Для этого необходимо или увеличить размер шкива промежуточного вала, или уменьшить размер шкива двигателя. Если же покрышка вращается также быстро, как и с нагрузкой, то вам наоборот нужно увеличить передаточное отношение либо посредством уменьшения размера шкива промежуточного вала, либо посредством увеличения размера шкива двигателя.

Шаг 21: Дополнительные усовершенствования.

Если вы готовы получить немного больше и готовы выйти за рамки бюджета в сто долларов, то можете дополнительно дооборудовать электровелосипед регулятором скорости. В моём проекте он не обязателен, потому что необходимый диапазон скоростей можно получить исключительно за счёт системы переключения передач. Тем не менее регулятор скоростей может быть определенно полезен. Весьма неплохие контроллеры компании Alltrax.

Шаг 22: Математические расчеты.

При сборке самодельного велосипеда придётся провести множество математических расчетов. Я приведу здесь несколько формул, которыми я пользовался.

Во-первых, необходимо рассчитать передаточное отношение. Следующая формула вычисляет максимальную скорость велосипеда без нагрузки, поэтому с учётом нагрузки скорость должна быть немного выше:

((R((pi*A)/ (pi*B)))(C/D)(pi*E))*0,000946969697, где R — количество оборотов двигателя в минуту, A — диаметр шкива двигателя, B — диаметр шкива промежуточного вала, C — количество зубьев на звёздочке промежуточного вала, D — количество зубьев на задней звездочке (на максимальной скорости используется самая маленькая звезда, а для минимальной самая большая) и E — диаметр заднего колеса.

Во-вторых, нужно вычислить 5/8 длины промежуточного вала. Учитывая, что внешняя поверхность наружного кольца подшипника является самым большим размером каретки, вставьте его и измерьте его штангенциркулем. У меня вышло 2,817 дюйма. Затем снимите наружное кольцо подшипника и поместите подшипник с кольцом ровно на стол или другую твёрдую поверхность. Затем штангенциркулем измерьте расстояние от внутреннего края подшипника до стола. Проделайте эти измерения с обеими кольцами. У меня вышло 0,591 и 0,595.

Затем сложите эти два значения и вычтите данное значение из наибольшего размера, чтобы получить 5/8 длины промежуточного вала. У меня получилось 1,631″.

Вычислить размер подшипников очень просто. Для этого абсолютно не нужны математические расчёты. Просто измерьте внутренний размер колец и купите подшипник, который бы максимально соответствовал этому размеру, по возможности широкий и желательно с центральным отверстием в 0,5″. Не обязательно покупать подшипники этого размера — их можно обработать на станке с высокой точностью до нужного размера.

Устройство и принцип работы электровелосипеда

Чтобы понять, из чего состоит электровелосипед, достаточно представить себе любой обычный электротранспорт: устройство, запитываемое от портативного аккумулятора и имеющее электродвигатель достаточной мощности.

Принцип работы электровелосипеда↑

Если райдер, передвигающийся на обычном велосипеде, вращает педали, создавая, тем самым, крутящий момент, который передается по цепи на колесо, то в электробайке функцию механизма, инициирующего движение техники, выполняет электродвигатель. Будучи установленным в колесе или педальном узле он получает энергию для работы от аккумуляторов. Приводится в действие система при помощи контроллера. Управляется байк за счет руля, тормозных дисков и переключателя скоростей.

Принцип работы ручки газа электровелосипеда следующий: велосипедист рукой нажимает на ручку, что приводит к изменению числа импульсов напряжения в одну единицу времени (секунду), подающихся на обмотки мотор-колеса. Этот эффект позволяет управлять скоростью вращения данного типа двигателя, а значит, и скоростью передвижения байка.

Устройство аккумулятора электровелосипеда может быть разным в зависимости от его основного активного элемента. Выделяют такие типы батарей:

свинцовые;
литий-магниевые;
литий-ионные;
литий-полимерные;
никель-металл-гибридные;
литий-железо-фосфатные.

Свинцовые считаются самыми примитивными и быстро выходящими из строя, в то время как LiFePO4, напротив, считается самым долгоиграющим вариантом. При покупке байка стоит, в первую очередь, проверить тип батареи и правильно выполнить ее первую зарядку соответствующим зарядным устройством. Это важно, так как от данной процедуры может зависеть качество последующей эксплуатации изделия.

Как работает контроллер электровелосипеда↑

Под термином «контроллер» понимается электронное приспособление, выполняющее посредническую роль между рулевым управлением и двигателем. По сути он осуществляет преобразование постоянных батарейных токов в трехфазные, актуальные для мотор-колеса. Обычно этот механизм помещается в герметичный металлический корпус, который защищает его от нежелательных внешних воздействий.

Именно с помощью контроллера становится возможной передача электротоков к элементам системы и, собственно, активация мотор-колеса с последующим контролем работы данного элемента.

Сначала контроллер принимает сигнал, поступающий с ручки акселератора.
Затем он активирует двигатель, раскручивая его.
При изменении сигнала устройство регулирует скорость вращения электромотора, главным образом посредством изменения длины импульсов.
Параллельно контроллер фиксирует уровень напряжения в батареях и может отключать двигатель от питания для его защиты и продления срока службы.
Дополнительно изделие способно преобразовывать переменный ток в постоянный для обеспечения торможения.

Режимов работы у изделия может быть два: работа от двигателя «power-on-demand» и «pedal-assist» или поддержка педалирования. Во втором режиме устройство все время контролирует силу и скорость вращения педалей, чтобы соответствующим образом регулировать работу электромотора. Обычно штатные контроллеры, которыми комплектуются электробайки, демонстрирую напряжение либо 36 Вольт, либо 48 Вольт.

Виды электроприводов↑

Чтобы обеспечить передачу крутящего момента от электромотора непосредственно на колеса, в байках современного образца могут использоваться различные механизмы:

мотор-колесо предполагает монтаж двигателя прямо внутрь колеса на место ступицы, что крайне удобно, так как не требует сложных систем передачи вращения;
ременной или цепной привод, при котором двигатель ставят в педальный узел, а трансляция движения осуществляется при помощи классической схемы из педалей и цепи;
фрикционный принцип передачи вращения (резиновый ролик, подсоединенный к двигателю и расположенный над колесом, раскручивает последнее за счет трения об покрышку).

Чаще всего потребителей интересует, как работает мотор-колесо электровелосипеда, так как эта разновидность электропривода считается наиболее надежной и практичной. Ее предпочитает выбирать подавляющее большинство велосипедистов. Данная деталь может быть безредукторной или иметь планетарный встроенный редуктор. Функционирует она следующим образом: внутри статора благодаря токам, подающимся с аккумулятора, формируется вращающееся магнитное поле. Оно вступает во взаимодействие с магнитами ротора, инициируя процесс его активации. А поскольку в этой модели двигатель, колесо и трансмиссия объединены в один элемент, колесо с легкостью приходит в движение.

В комплект трансмиссии, помимо собственно привода, входят также тормоза, переключатели, цепь, система тросиков, кассета или трещотка электровелосипеда.

Про подключение контроллеров электровелосипеда можно посмотреть видео тут:

Можно ли выполнить ремонт электровелосипеда самостоятельно

Даже в самом качественном электромеханическом устройстве при эксплуатации может появиться неисправность. Для решения проблемы нужно знать, как работает транспортное средство в обычном режиме. Это касается и владельцев электровелосипедов.

Наличие элементарных знаний о поведении элементов электроники, участвующих в питании и управлении, поможет узнать причину возникновения неполадок. Если какого-либо элемент вышел из строя во время гарантийного срока, не стоит заниматься поиском неисправностей или же ремонтом устройства.

При наличии гарантии единственным способом устранения неисправности должно быть обращение в сервисный центр, принадлежащий компании, изготовившей электробайк. При отсутствии гарантии в решение проблемы могут помочь специалисты, работающие в консультационном центре компании, где был куплен электротранспорт.

В несложных случаях они могут дать совет, каким образом можно самостоятельно устранить появившуюся неисправность. Если проблема оказывается сложной, то сотрудники компании подскажут, где находится ближайшая служба послегарантийного обслуживания. Многие владельцы, обладающие основами знаний электроники, выполняет ремонт электровелосипедов своими руками.

Поиск неисправности электротранспорта

Система электрокомпонентов, имеющихся в велосипеде, работает посредством использования всех входящих в нее элементов. Таким образом обеспечивается корректная работа транспортного средства. Каждый из элементов системы, если он правильно подключён и исправен, должен функционировать нормально.

Бывает, что устройство перестает работать из-за плохого соединения проводов или же их повреждения. Поэтому любой ремонт электровелосипеда начинается с выявления причины неисправности, нахождение места поломки. Только после этого можно браться за ремонт электробайка.

Проверяется надежность их контактов, отсутствие внешних повреждений. Особенно часто выявляется плохой контакт в месте соединения проводов с аккумулятором. Часто это и является причиной поломки электробайка.

Неисправности аккумулятора

При сильном нагревании аккумулятора во время зарядки, или появлении в процессе его работы неприятного запаха, следует его немедленно отключить от сети. Это означает, что аккумуляторная батарея неисправна. Такая проблема возникает не так часто. Обычно владельцы электровелосипедов замечают, что АКБ слишком быстро разряжается.

Чаще всего причина скрывается в слабом аккумуляторном сегменте, находящемся в батарейном блоке. Это приводит к ухудшению производительности АКБ. Слабая ячейка при работе перегревается, что может привести к возгоранию батареи. Выполнить ремонт аккумулятора электровелосипеда можно только в случае, если конструкция АКБ позволяет заменить непригодный элемент.

Замена аккумулятора требуется также при появлениях признаков износа:

уменьшение времени езды на одном заряде;
слишком быстрая зарядка батареи;
аккумулятор не способен полностью зарядиться за длительное время;
снижение эффективности работы электровелосипеда.

Возможные проблемы контроллера

При выходе из строя контроллера, обеспечивающего связь ручки газа и мотор-колеса, двигатель электробайка сразу же прекращает работу. Наиболее часто проблемы в работе контроллера возникают при неправильном его подключении, плохой пайке проводов в плате или неполадках в работе элементов, переключающих обмотки двигателя.

Возникают в электровелосипеде и другие неисправности – иногда ломается ручка газа, перестает работать мотор-колесо. Для определения их состояния можно воспользоваться специализированным электронным тестером, с помощью которого можно быстро определить место неисправности.

Как сделать электровелосипед из обычного велосипеда

Интерес к велосипедам не ограничен ни возрастом, ни социальным положением. Велосипед, долгое время сохраняясь в своей основе неизменным, периодически претерпевает некоторые конструктивные изменения. Смастерить, к примеру, электовелосипед своими руками из обычного велосипеда – мечта многих умельцев.

Особенности электровелосипеда

Приладив к обычному велосипеду электропривод, мы получаем электровелосипед. Всё просто и понятно. Его главная особенность – присутствие двигателя. Наличие двигателя сохраняет возможность покрутить педали, но лишь в крайних случаях.

На таком велосипеде приятно путешествовать, удобно преодолевать затяжные подъёмы, с небольшим процентом уклона, и ехать против ветра.Если сопротивление ветра или подъём мешают прибыть вовремя к месту назначения, можно, покрутив педали, сократить время пребывания в пути.

Оснастив свой электровелосипед, можно:

увеличить скорость движения велосипеда по ровной местности;
легко преодолевать крутые подъёмы;
отказавшись от мощного двигателя, увеличить автономность аккумуляторных батарей;

При этом такой велосипед не лишает владельца возможности нагружать себя физически, наслаждаться тишиной во время поездок и дышать чистым воздухом.

О преимуществах и недостатках

Пробки, шум, аварии и загазованность – основные проблемы крупных и средних городов. В сложных условиях транспортного перенасыщения, велосипед с электроприводом получает заметное преимущество перед другими видами транспорта.

В ближайшие десятилетия собственное авто перестанет быть необходимостью, приоритеты перераспределятся в пользу транспорта с элекроприводом и приводом мускульного типа.

Достоинства электрических велоагрегатов:

Просты в обслуживании и управлении.
Не требуют прав на управление, регистрации и парковочных мест.
Можно совершать прогулки, путешествия или деловые поездки на большие расстояния.
Возможны длительные поездки малоподготовленным и возрастным путешественникам.
Езду на велосипеде с электроприводом чередуют с ездой при помощи мускульной силы – спортивная тренировка.
Если батарея разрядится, можно продолжать движение, используя возможность мускульного привода.

К недостаткам электровелосипедов относят:

Весят они больше обычного велосипеда.
Большая масса усложняет езду в режиме мускульного привода.
Стоят дороже обычных.

Обычный мопед с бензиновым двигателем становится менее привлекательным по сравнению с электроприводным велосипедом.

Основные компоненты и требования к ним

Основное отличие обычного велосипеда от электро – набор необходимых деталей, которые обеспечивают возможность передвижения без использования мускульной силы.

Для реконструкции обычного велосипеда в электровелосипед понадобится:

Электрический двигатель – подбирается в зависимости от предполагаемого режима эксплуатации и назначения электровелосипеда – скоростная езда, езда по ровной или холмистой местности, перевозка дополнительных грузов.
Электоконтроллер – прибор управления подачи и распределения нагрузки на двигатель. Отвечает за скорость движения. Котроллер следит за уровнем заряда аккумуляторов и сообщает водителю, если их состояние приближается к критическому минимуму.
Аккумулятор – батарея, питающая двигатель, под управлением контроллера. Отличаются по химическому составу заправки батареи, способности отдавать ток, ёмкости, сроку эксплуатации, весу и цене.
Регулятор скорости – прибор, с помощью которого водитель регулирует скорость передвижения. Регулятор устанавливается на руле велосипеда.

Дополнительное оборудование – детали, обеспечивающие комфорт и безопасность водителя. К ним относятся осветительные приборы, приборы навигации, сигнал и аварийная сигнализация.

Рама электровелосипеда претерпевает серьёзные нагрузки. Для её самостоятельного изготовления лучше использовать не алюминиевые, а стальные профильные трубы. Прочность стальных конструкций выше, а в обработке сталь проще. Разница в весе 3 – 5 кг для велосипеда не критична. Готовая рама обшивается материалом из пластика нужного цвета.

Выбор привода

Приводы классифицируют по месту расположения ведущего колеса.

Велосипед может быть:

переднеприводный;
заднеприводный;
полноприводный.

При самостоятельном монтаже с использованием мотора-колеса проще в сборке переднеприводная модель. Установка мотор-колеса в разъёмы передней вилки занимает минимум времени. Иногда может потребоваться лёгкая проточка мест посадки оси колеса. Модернизация переднего привода сохраняет задний педальный привод неизменным.

При переднеприводном варианте, вес ведущего колеса компенсируется весом аккумуляторов, расположенных в районе багажника. Такой баланс делает езду и торможение менее опасными, снижается возможность заносов.

При установке мотор-колеса убедитесь в правильности направления его вращения. В случае ошибки возможно падение.

Заднеприводная модель для самостоятельной сборки менее привлекательна. Вносите изменения в конструкцию велосипеда при модернизации. При использовании мотор-колеса, процесс реконструкции упрощается, а при использовании внешних двигателей заднеприводный вариант остаётся единственно возможным.

Передача крутящего момента от двигателя к ведущему колесу осуществляется:

фрикционно;
методом ременно-цепной передачи.

Ременно-цепной способ наиболее распространён. Фрикционный способ больше подходит для детских машинок. На больших велосипедах фрикционная передача допускает пробуксовки, прорезиненый ролик быстро изнашивает покрышку колеса. Прижимное давление двигателя на шину, создаёт нагрузку на раму.

Выбор мотора

Подобрать двигатель для электровелосипеда важно и ответственно. Используют старый шуруповёрт с набором запасных батарей. Подойдёт завалявшийся в гараже ненужный стартер от автомобиля или болгарка.

Используют готовое колесо, внутри которого имеется электрический двигатель определённой мощности. Это мотор-колесо. Такие колёса выпускаются различного размера и с двигателями мощностью от 150 до 1000 Вт. К подходящему по характеристикам подбирается подходящий по мощности контроллер.

Двигатель для цепной и реверсивной передачи крутящего момента подбирается по напряжению и силе тока. Эти параметры зависят от желания мастера. Чем выше скорость, тем выше показатели. Чтобы развить скорость в 25 – 30 км/ч, мощность двигателя должна быть 350 – 400 ватт. Эти же параметры определяют дальность поездки.

Выбор и размещение аккумулятора

Батареи представлены на рынке следующей линейкой:

36V – 8,8Ah;
36V – 11Ah;
36V – 14,5Ah;
48V – 11,6Ah;
48V – 20Ah.

Популярный аккумулятор – литийионный (Li-ion). Кроме велосипедов, им комплектуются фотоаппараты, ноутбуки, телефоны. Это говорит о качестве и надёжности этого источника питания.

Уметь отличать аккумуляторы с нужными параметрами – достаточный минимум знаний, для самостоятельной сборки и эксплуатации электровелосипеда.

Свойства аккумуляторов зависят от химических свойств реагентов, которыми комплектуются батареи.

номинальное напряжение;
энергоёмкость;
скорость заряда и саморазряда.

Производители указывают, какие предельные температурные условия не повлияют на заявленные характеристики источника питания. Литий-ионные аккумуляторы снабжены встроенным контроллером зарядки – разрядки.

Выбор контроллера

Контроллеры обеспечивают подачу питания от аккумулятора к двигателю. Электронный блок, преобразовывающий постоянный ток аккумулятора в переменный ток, необходимый для питания трёхфазного двигателя колеса. В процессе преобразования тока прибор сильно греется.

Это следует учитывать и размещать контроллер в месте, которое обеспечит ему хороший обдув.

Контроллер управляет скоростью движения электровелосипеда.
Непосредственное управление осуществляется при помощи ручки «газа», которая связана с контроллером и регулирует мощность двигателя.

Для безопасности в контроллерах для электровелосипедов производители устанавливают конструктивные ограничители скорости. Величина устанавливается в соответствии с требованием законодательства. Обычно скорость ограничена 25 км/ч.

Существуют встроенные контроллеры. Производители встраивают их внутри колеса-двигателя.

Особенности монтажа

Собрать качественный велосипед с электиропиводом при помощи комплекта необходимых деталей – дело не минутное.

Собранный самостоятельно велосипед должен:

получиться удобным и функциональным;
отвечать всем тем требованиям и пожеланиям, которые имели место в начале сборки.

Дорогая деталь электрооборудования – аккумуляторная батарея. К её выбору и установке надо отнестись с особым вниманием. Некоторые умельцы рекомендуют собирать АКБ самостоятельно, уверяя, что магазинные батареи сомнительного качества, а стоимость их завышена.

Для качественного крепления АКБ необходимо усиливать раму. Колёса для электровелосипедов изготавливаются усиленные, с двойным ободом и утолщёнными спицами. Такие нюансы следует знать, покупая любые детали на вторичном рынке.

Правила эксплуатации

Правила эксплуатации электровелосипеда определяют режим его использования, обслуживания и ремонта. Эти мероприятия обеспечат долгий срок службы транспортного средства, его надёжность и безаварийность поездок.

Правильная эксплуатация – максимальный пробег при минимальных затратах.

Каждый владелец транспорта с электроприводом старается учесть возможные факторы, препятствующие получению максимального КПД от составляющих электрического велосипеда.

Автономность аккумулятора напрямую зависит от температуры окружающей среды.
Ровная дорога – комфортная езда. Затяжные подъёмы быстрее садят аккумулятор.
Грунтовые дороги менее предпочтительны, нежели асфальтированные.
Слабо накаченные шины влияют на срок автономности аккумуляторной батареи.
Направление и скорость ветра влияют на время и расстояние безмускульного пробега электровелосипеда.
Излишняя загруженность и скорость езды скажется на расстоянии, которое удастся преодолеть без подзарядки АКБ.

Знать эти правила и использовать их во время поездок и путешествий – залог комфортного использования вело транспортного средства. Износ деталей и низкий КПД – причина несоблюдения нескольких простых и понятных правил эксплуатации.

Электровелосипед – универсальный вариант, с которым не придётся стоять в душных городских пробках и переживать о наличии парковочного места. С электровелосипедом проблемы цен на горючее не волнуют, так же как и оплата страховки и прохождение ежегодного технического осмотра. Поездка по городу превратится в маленькое самостоятельное путешествие. Путешествие, которое проходит в тишине и забавном состязании с лёгким попутным ветерком.

Источники:

https://motocarrello.ru/jelektrovelosipedy/1086-kontroller-dlja-jelektrovelosipeda.html
http://velofun.ru/do-it-yourself/kak-sdelat-elektrovelosiped-svoimi-rukami-iz-komplekta-cenoy-100-dollarov.html
https://electric-wheels.ru/e-bikes/ustrojstvo-i-princip-raboty-elektrovelosipeda
https://gyrorating.ru/elektrovelosipedy/mozhno-li-vypolnit-remont-elektrovelosipeda-samostoyatelno/
https://videohandmade.ru/avto/elektrovelosiped-svoimi-rukami/