Колесо с мотором

Идея применения электромотора, интегрированного прямо в колесо, давно привлекает разработчиков гибридов и электромобилей. Электрические мотор-колеса наделяют машину невиданными возможностями и преимуществами.

Устройство и премущества мотор-колеса

Во-первых, отпадает необходимость в трансмиссии – сцеплении, коробке передач, приводных валах и дифференциалах. Это существенно снижает вес, а снижение веса – это дополнительная экономия топлива и снижение вредных выбросов. Кроме того, уменьшается стоимость автомобиля и снижаются затраты на его обслуживание и ремонт. Конструкция существенно упрощается, а, как известно, чем проще – тем надежнее. Отсутствие узлов трансмиссии освобождает больше полезного объема для размещения пассажиров и груза и позволяет конструкторам и дизайнерам шире проявить фантазию.

Во-вторых, машина получает отличную динамику: компактные и легкие электродвигатели развивают максимальный крутящий момент сразу же, как только на них подается питание. Значения крутящего момента могут достигать 700 Н*м.

В-третьих, управляемое мотор-колесо делает автомобиль чрезвычайно маневренным – ведь все колеса могут вращаться с разной скоростью и даже в разных направлениях. Машина способна разворачиваться на 360 градусов, парковаться в самых сложных условиях и мгновенно адаптироваться к качеству дорожного покрытия.

В-четвертых, значительно упрощается конструкция важнейшей для электромобилей системы регенерации энергии торможения.

В-пятых, ничто не сможет сравниться с мотор-колесом в обеспечении активной безопасности движения – любые алгоритмы систем ABS, ESP, Traction Control, Brake Assist и других легко программируются в блоке управления и могут воздействовать на каждое колесо индивидуально.

Недостатки мотор-колеса

Но на пути массового внедрения мотор-колес стоит и несколько нерешенных пока проблем. Главная из них – масса механизмов, помещаемых внутрь обода. Высокооборотные электродвигатели нуждаются в понижающем редукторе. Он должен быть компактным и герметичным. Редуктор добавляет несколько килограммов к общей массе колеса. Большая неподрессоренная масса, или, говоря проще, тяжелые колеса, резко снижают комфорт и управляемость, повышают износ подвески, передают на кузов больше вибраций. Оптимальный вес колеса для среднеразмерного автомобиля составляет от 10 до 30 кг без учета шины. Вписаться в эти жесткие рамки мотор-колесу очень непросто.

Практические разработки Michelin

Французская компания Michelin, всемирно известная не только своими разработками в области шин, но и исследованиями по созданию экономичного и экологически чистого транспорта, уже пятнадцать лет занимается разработкой инновационных мотор-колес для электромобилей. Мотор-колеса «Michelin active wheel» совмещают в одном узле тяговый электродвигатель, элементы управления и подвески и тормозной системы. Они могут применяться как в переднеприводном, так и в заднеприводном варианте, в зависимости от условий эксплуатации.

И все это при общем весе 35 килограмм, что не превышает вес обычного колеса легкового автомобиля! Ключевое место в этой технологии моторизированного колеса занимает миниатюрный электродвигатель. Разработанный Michelin, на сегодняшний день он является самым компактным на рынке. Беспрецедентное соотношение его мощности к массе предоставляет уникальную возможность для уменьшения неподрессоренной массы ходовой части автомобиля. Подобные попытки предпринимались и другими производителями, например Mitsubishi и Siemens, но они так и не дошли до серийного производства.

Мотор-колесо от Protean Electric

Несмотря на всю заманчивость идеи мотор-колеса, автопроизводители несколько лет назад отказались от нее из-за технических трудностей и недостатков. Но нашлись энтузиасты в лице американской компании Protean Electric, которая находится в полушаге от создания практической конструкции. Ее система под названием Protean Drive успешно прошла испытания на автомобилях Mercedes-Benz SLS AMG Coupe, Volvo C30, пикапе Ford F-150 и фургоне Vaxhaull Vivaro. В декабре 2012 года авторитетный американский журнал Car and Driver внес Protean Drive в десятку самых многообещающих технологий 2013 года. При ее разработке было получено 23 патента. Производственный образец компания продемонстрировала в апреле 2013 года, а полномасштабное производство планируется развернуть в 2014 году на вновь построенном заводе в Китае.

Protean Drive предназначена для использования в гибридных автомобилях и электромобилях. Причем она легко может быть адаптирована к уже выпускаемым моделям или для переоборудования автомобилей с ДВС в гибридные. С ее помощью можно реализовать передний, задний или полный привод. В комплект Protean Drive входит мотор, инвертор и блок управления с программным обеспечением. Все перечисленное легко помещается внутри обычного колеса размером от 18 до 24 дюйма. Благодаря прямому приводу отпадает необходимость в коробке передач, приводных валах и дифференциалах. Это ведет к уменьшению потерь на трение при передаче крутящего момента, позволяя сохранять энергию батареи и увеличить пробег без подзарядки. Protean Drive позволяет улучшить топливную экономичность более чем на 30%, в зависимости от размера батареи и режима движения.

Существенное снижение количества деталей приводит к значительному снижению стоимости, веса и повышению надежности. Высвобождаемое пространство «развязывает руки» дизайнерам и конструкторам, которым становится легче воплотить все свои творческие и технические замыслы. Каждое мотор-колесо может управляться контроллером независимо от остальных, что обеспечивает гораздо лучшую управляемость по сравнению с традиционными системами привода ведущих колес. Кроме того, мотор-колесо позволяет гораздо проще и эффективнее реализовать работу систем безопасности автомобиля – антипробуксовочной (traction control), контроля начала движения (launch control) и распределения крутящего момента (torque vectoring). К недостаткам следует отнести увеличение неподрессоренных масс и более слабое ускорение по сравнению с обычными автомобилями.

Мотор-колесо от Protean Electric на сегодняшний день имеет самые высокие показатели удельной мощности (110 л.с.) и крутящего момента (800 Нм) среди всех существующих электроприводных систем. И это при весе всего в 31 килограмм! Protean Drive также превосходит другие конструкции по возможностям рекуперации – до 85% энергии торможения используется для подзаряда батареи. Это позволяет увеличить пробег до 30%, уменьшить размеры батареи и снизить ее стоимость.

Мотор колесо

Что такое мотор колесо

Мотор колесо — это электродвигатель встроенный в колесо велосипеда, автомобиля, скутера, мотоцикла и других транспортных средств. Выполнен он на оси, что дает привод колесу без вспомогательных элементов передачи тяги, таких как шестерни или цепь.

По сути это электродвигатель, который вращается вокруг своей оси, которая закреплена на вилку электровелосипеда. Преимущества такого подхода неоспоримы – практически нулевое трение и механические потери. Недостатков в таком подходе не видно. Кроме того, КПД этих моторов очень велика и достигает 95%.

Благодаря своей конструкции мотор колесо для велосипеда прекрасно вентилируется, и греется оно меньше чем бензиновый аналог двигателя. Касательно мощности — тут практически нет пределов. Ставят и 10кВт моторы, которые со свистом выдергивают велосипед вперед. Однако такая практика очень опасная для такого вида транспорта.

Неоспоримым преимуществом также будет и то, что мотор колесо имеет возможность при накате генерировать энергию и обратно подзаряжать аккумулятор, такая технология называется рекуперация.

Какие виды мотор колес бывают

Мотор колеса по конструкции бывают прямо приводные и редукторные Основное отличие редукторных состоит как раз в шестернях, которые находятся непосредственно в самом корпусе колеса. Как и в первом, так и во втором варианте есть свои плюсы и минусы. Безредукторный, бесщеточный конечно имеет более высокую надежность, КПД и создает минимум шума.

По применению мотор колеса бывают для автомобиля, для велосипеда, для скутера и других подобных видов транспорта. Конструктивно они практически не отличаются.

Мотор колесо монтируют как на задние колеса, так и на передние. Наиболее популярный вариант на переднее колесо. Однако некоторые владельцы ставят на заднее колесо или в паре на оба.

Преимущества и недостатки мотор колес

Глядя на простоту и функциональность такого вида привода, плюсов само собой больше нежели минусов. Пройдемся по каждому:

Преимущества:

• Простота установки и обслуживания. Да, переоборудовать обычный велосипед в электро может любой человек без специальных знаний. Достаточно купить комплект (набор) для электровелосипеда и согласно инструкции его установить и подключить все провода. Обслуживать мотор колесо вообще не надо! Никакой замены масла, ремней и прочих запчастей привычного из мира ДВС.
• Приятный внешний вид и компактность устройства. Так как это все-таки велосипед, его можно транспортировать, провезти и проехать на нем где угодно, а в случае разряженного аккумулятора можно и педали покрутить для движения к ближайшей розетке. Электровелосипед также можно хранить в квартире, где другие виды транспорта такие как мопед уже нельзя.
• Очень высокая надежность и КПД. Электродвигатель по своей природе и так имеет большой КПД, но в конструктивном исполнении мотор колесо еще больше. Он не имеет трения (кроме подшипников), тяга передается напрямую без посреднических узлов, которые также забирали бы часть энергии и мощности. Также для начала движения совершенно не надо прогревать двигатель. Он не имеет холостого хода, и независимо от температуры тяга у него отменная.
• Отсутствие какого-либо шума при отличной динамике движения и разгона. Да действительно, шуметь о нечему. Крутящий момент равный на любых оборотах, начиная с 0, что дает нам быстрый старт с места и комфорт езды без дергания на переключение скоростей.
• Экономичность и удобство зарядки. Дано подчитано что стоимость передвижения 100 км на электровелосипеде меньше 10 центов! Заряжать аккумулятор велосипеда можно от любой бытовой розетки 220В.
• Стоит также упомянуть очень важное преимущество – экологичность. В такого вида транспорта полностью отсутствуют какие-либо выбросы в атмосферу.
• И все же это остается велосипедом, на который не нужно водительское удостоверение, регистрация и прочие бюрократические неудобства. Сели и поехали! Опять же ездить можно везде где можно проехать, а такой побочный эффект городов как пробки вообще для велосипедов отсутствуют.

Недостатки мотор колеса:

• Стоимость. Вот как всегда и вещь хорошая, а дорого! Цена на комплекты для переоборудования соизмерима со стоимостью хорошего велосипеда, но для людей которые дышат свободой это не является преградой.
• Вес. Законы физики никто не отменял и понятно, что добавив дополнительное оборудование, велосипед станет тяжелее. Но это даже и недостатком тяжело назвать т.к. это чистой воды последствие.
• Скорость заряда и замена аккумуляторов. Периодически единственное на что придется потратится так это на замену батарей, которые с каждым циклом заряда – разряда теряют свою емкость. Количество циклов эксплуатации зависит от типа аккумулятора. Скорость заряда также разная для всех видов. Самые новые литий-железо- фосфатные можно зарядить и за пол часа, но в основном скорость оставляет желать лучшего.

Как модернизировать мотор колесо, и возможно ли это?

Поставляемые на рынок мотор колеса достаточно сложно модернизировать т.к. с завода они идут уже оптимизированными и сбалансированными. Но некоторые умельцы делают тюнинг и увеличивают мощность. Подробней о переделках можно найти в разделах сайта.

Реально ли самому сделать мотор колесо?

Мотор колесо своими руками достаточно сомнительная и глупая идея. Для осуществления которой надо выточить корпус, добавить витки, магниты, электронику и т.д. Согласитесь, что нереально, может и реально, но нерентабельно и ненужно. Проще и правильно купить мотор колесо в магазине и установить его на свой велосипед.

Принцип работы мотор-колеса

Современные электровелосипеды могут приводиться в движение с помощью двух видов электрических двигателей: традиционного коллекторного двигателя постоянного тока и бесколлекторного (бесщеточного) синхронного электродвигателя постоянного тока (мотор-колесо). Прочитав эту статью, вы приобретете необходимые знания о принципах работы мотор-колеса.

Что же представляет собой мотор-колесо?

По сути, мотор – колесо – это электродвигатель, встроенный в колесо. В мотор-колесе не используется дополнительный механизм передачи мощности (трансмиссия) от двигателя к колесу. Оно не имеет трущихся деталей, за исключением подшипников в безредукторном двигателе. Таким образом, двигатель, трансмиссия и колесо представляет собой единое целое, что делает мотор-колесо очень надежным в эксплуатации.

Мотор-колеса могут устанавливаться в переднюю или заднюю вилку велосипеда (имеет разный диаметр оси), заспицованными в обод или незаспицованными, могут быть различной мощности, как правило, чем мощнее, тем более высокое напряжение требуется. Конструктивно они могут быть разделены на 2 типа:

— со встроенным редуктором планетарного типа;

Мотор-колесо с редуктором и без редуктора имеет один и тот же принцип действия. В неподвижном статоре создается вращающееся магнитное поле, которое, взаимодействуя с постоянными магнитами ротора, заставляет его крутиться. Статор изготавливается из пластин электротехнической стали, и похож на многолучевую звезду, на лучах которой намотаны обмотки. В момент прохождения по обмоткам электрического тока, лучи становятся магнитами (электромагнитами), и притягивают к себе постоянные магниты, расположенные на роторе.

Обмоток на статоре может быть много — несколько десятков, это обеспечивает плавность вращения колеса, и достаточную мощность; но все эти обмотки соединяются, в итоге, в три, чередуясь, по окружности, последовательно: 1-2-3-1-2-3-1-2-3. Напротив этих обмоток, на роторе на небольшом расстоянии (с увеличением расстояния сила магнитного поля ослабевает) находятся магниты, изготовленные из редкоземельных элементов. Для непрерывного вращения двигателя последовательно и в строго определенный момент на обмотки подаются импульсы напряжения, что активизирует их магнитные свойства при приближении к нужному магниту.

Для определения этого момента в статоре установлены датчики Холла(всего 3 штуки). Это специальные датчики, которые определяют положение ротора относительно статора. Реагируя на магнитное поле постоянных магнитов, они подают электрический сигнал, который поступает на контроллер. Получив информацию от датчиков Холла о положении ротора, контроллер в нужный момент подает импульсы напряжения на обмотки статора, превращая их в электромагниты. Они притягивают постоянные магниты ротора, тем самым, обеспечивая его вращение. В результате за полный цикл происходит вращение ротора на один оборот, что показано на анимации работы бесколлекторного двигателя.

Источник:http://www.ryerson.ca/

Управление скоростью вращения мотор-колеса, т.е. скоростью движения электровелосипеда, осуществляется при помощи ручки газа за счет изменения количества импульсов напряжения в секунду, которые подаются на обмотки мотор-колеса. Еще один элемент управления мотор-колесом – это датчики, встроенные в тормозные ручки, отключающие подачу питания на двигатель, когда мы хотим затормозить электровелосипед.

Готовое мотор колесо представляет собой ротор, скрепленный спицами с ободом. Все, что остается сделать покупателю, это одеть камеру и покрышку на обод и установить мотор-колесо на велосипед.Даже неопытный велосипедист легко и быстро переоборудует своей велосипед в электрический, используя мотор-колесо и грамотно следуя нашей инструкции.