Каковы функции мотора-ступицы?

Мотор-ступица – это бесщеточный синхронный электродвигатель постоянного тока, встроенный в ступицу колеса. Его крутящий момент передается колесу без использования дополнительных механизмов. Передаточный механизм и колесо представляют собой единый узел, что делает его надежным, устойчивым к возникновению неисправностей и долговечным. В самом электромоторе нет элементов, подверженных трению и быстрому износу. Трение испытывают только шестерни в моторах-ступицах редукторного типа, но и их ресурс достигает 5–10 лет или 8000 км пробега.

Функции мотора-ступицы

Основная функция ступичного мотора заключается в передаче вращения с вала якоря ведущему колесу. Так энергия АКБ преобразуется в импульсы напряжения и обеспечивает обороты ведущего колеса. Некоторые мотор-колеса могут работать не только в двигательном, но и в генераторном режиме. Он актуален при рекуперативном торможении, когда генерируемая двигателем энергия используется для подзарядки АКБ. Эта функция присуща моделям прямого привода.

Ступичные электромоторы устанавливаются в вилку велосипеда спереди или сзади и обеспечивает ему передний, задний или полный привод (при установке сразу 2 мотор-колес). Они производятся различной мощности – от 250 до 5000 Вт и выше. Наличие электромотора позволяет ездить быстрее и с большим удовольствием, легче преодолевать подъемы и трудные маршруты, меньше уставать в пути и совершать поездки, на которые трудно было бы решиться без электрического помощника.

Принцип работы ступичного электромотора

Статор ступичного электродвигателя представляет собой многолучевую звезду, выполненную из электротехнической стали. Возникающее в нем магнитное поле взаимодействует с находящимися напротив постоянными магнитами и приводит в движение ротор. При прохождении тока по медным обмоткам, находящимся на лучах статора, эти лучи приобретают свойства электромагнитов, взаимодействуют с магнитами ротора и приводят его в движение.

Чтобы получить необходимую мощность и обеспечить плавное вращение мотора-ступицы, статор оснащают многочисленными обмотками. Но все они коммутируются в 3 для трехфазной работы и следуют поочередно: 1-2-3-1-2-3 и т.д. Импульсы подаются на них по очереди в моменты, определяемые датчиками холла. Именно они следят за положением ротора относительно статора, реагируют на магнитное поле и посылают сигналы на контроллер управления, который в затем отправляет импульсы на обмотки.

Частота вращения мотора-ступицы регулируется ручкой газа или датчиками педального ассистента PAS. Фактически частота вращения мотор-колеса зависит от количества импульсов напряжения, которые в единицу времени поступают на обмотки. В итоге меняется и скорость движения. В конструкции тормозных ручек есть датчики, которые при торможении отключают подачу напряжения на электромотор.

Типы моторов-ступиц

Ступичные электродвигатели бывают всевозможных размеров, весовых категорий и мощности, заспицованные в обод или поставляемые отдельно. Но в первую очередь они классифицируются по внутреннему устройству и делятся на 2 типа:

1. Редукторные модели – оснащенные планетарным редуктором. Для них характерны небольшие размеры, легкий вес, экономное потребление энергии, хороший накат, увеличенный крутящий момент, прекрасные тяговые качества и мощность от 250 до 1000 Вт. Такие электродвигатели не препятствуют езде на педалях и помогают уверенно преодолевать подъемы. Но скорость при передвижении по прямолинейным участкам у них средняя – в пределах 30–35 км/ч.
2. Безредукторные модели – прямого привода. Бывают мощностью от 500 до 5000 Вт и отлично подходят для сборки скоростных е-байков. В зависимости от мощности, устройства Direct Drive обеспечивают разгон до 50 км/ч и выше. Они поддерживают функцию рекуперации энергии, но в выключенном состоянии препятствуют езде на педалях. Для покатушек по холмам прямоприводный мотор должен иметь мощность 1500 Вт или выше, в то время как редукторный электродвигателю для этих условий достаточно 350–500 Вт. По тяговым характеристикам они будут примерно одинаковы.

Ступичные моторы редукторного типа

Основными деталями в конструкции редукторных электромоторов являются статор, ротор, фривил и 3 шестеренки из пластика. Планетарная передача с шестеренками обеспечивает отличный накат и большой крутящий момент, но немного снижает надежность конструкции. Через 6000–9000 км пробега приходится выполнять замену шестерен или менять двигатель. Тем не менее, преимуществ у редукторных электромоторов-ступиц гораздо больше, чем недостатков. Не зря их ставят практически на все заводские е-байки.

После установки редукторного мотор-колеса на 250–350 Вт велосипед остается достаточно легким и маневренным, а езда в гибридном режиме «электромотор + педали» позволяет одновременно и поддерживать хорошую форму, и не утомляться в поездках. Но для езды по холмам и горам желательно установить более мощный редукторный мотор – на 500–1000 Вт.

Ступичные моторы прямого привода

Для прямоприводных моторов-ступиц характерна стандартная схема 3-фазного электродвигателя. Внутри них расположены:

• статор – жестко закрепленная ось колеса с медными обмотками;
• ротор – втулка с постоянными магнитами из редкоземельных металлов.

Простая конструкция без шестерен и других трущихся деталей делает двигатели прямого привода максимально надежными и обеспечивает им высокий КПД. Износу в таких моторах подвержены только подшипники, но они подлежат замене только через 150 000 км пробега. Моторы Direct Drive имеют функцию рекуперации энергии для зарядки АКБ. К тому же, торможение двигателем продлевает жизнь тормозным колодкам.

Моторы-ступицы прямого привода предназначены для сборки е-байков с функционалом мопедов. Они рассчитаны на то, что всю работу во время езды будет выполнять электродвигатель. На прямых участках дорог такие двигатели позволяют разгоняться до 50 км/ч и выше, но и потребление энергии у них соответствующее. Поэтому в дополнение к достаточно тяжелому мотору нужна увесистая аккумуляторная батарея с солидным запасом емкости. Легкими такие е-байки не бывают.

Выводы

Ступичный электромотор – важный узел электровелосипеда. От его характеристик зависит, какую скорость сможет развивать е-байк и насколько легко он сможет преодолевать крутые или затяжные подъемы. Мотор-ступица может иметь разные характеристики и дополнительные функции, такие как рекуперация энергии и подзарядка аккумуляторной батареи при торможении двигателем.

Электрическая часть велосипеда всегда расширяет возможности его использования, делает поездки еще более комфортными и интересными. Но чтобы электрифицированный велосипед на 100% соответствовал вашим требованиям, все электрокомпоненты должны быть выбраны с учетом поставленных задач. Обращайтесь в VoltBikes, и мы вместе подберем лучшие комплектующие для сборки электровелосипеда вашей мечты!

Ранее в блоге ВольтБайкс была опубликована статья о принципе конструктора при сборке электровелосипеда.