количество магнитов в мотор колесе на что влияет
Тяговые и скоростные мотор-колеса: в чем их различие?
Опубликовано в Тех. характеристики Просмотров: 18967
В чем разница между тяговыми и скоростными мотор-колесами? Чем объясняется способность одних при, казалось бы, идентичной внешности и подаваемом напряжении питания развивать более высокую скорость, и способность других с большей легкостью производить разгоны, подниматься на крутые склоны, перевозить тяжелые грузы? В значительной степени, указанная разница связана со способом намотки статора двигателя. Так, модели с большей тяговитостью содержат значительно большее количество витков на статоре, однако, как правило, при этом используется намотка проводом меньшего диаметра.
Моделям мотор-колес с большим количеством витков намотки статора будет свойствен более высокий показатель противоЭДС, а также значительно более низкая скорость вращения при фиксированном напряжении, чем у тех электродвигателей, которые содержат меньше провода.
Электрическая мощность, подводимая к велосипедному мотор-колесу, всегда больше механической мощности, которую он может отдавать. Подобное явление происходит потому, что часть мощности, поступающей к мотору, расходуется на электрические и магнитные потери внутри самой двигательной установки. Отношении полезной мощности к подводимой именуют коэффициентом полезного действия электродвигателя. Как правило, КПД тяговых велосипедных мотор-колеса превышает 90% показатель.
Ментальная карта. Все знания по мотор-колесам в одном месте только для профессионалов
Мотор-колесо состоит из выполненного на оси и встраиваемого в колесо электродвигателя, силовой передачи и тормозной системы. Такой электромотор вращает колесо без цепи, шестерен и других вспомогательных инструментов для передачи тяги. Он вращается вокруг собственной оси, закрепленной на вилке е-байка. Основными преимуществами мотор-колес являются:
Принцип работы мотор-колеса
Магнитное поле, создаваемое в статоре мотор-колеса, действует на магниты ротора и вращает его. Статор изготавливается в форме многолучевой звезды из электротехнической стали. На лучах этой звезды расположены обмотки. При протекании тока лучи приобретают магнитные свойства и притягивают к себе магниты ротора. Многочисленные обмотки обеспечивают электромотору требуемую мощность и плавное вращение ротора.
Чтобы ротор непрерывно вращался, достаточно последовательно в определенные моменты времени подавать на обмотки импульсы напряжения. При близости к магниту проявляются магнитные свойства обмоток. Моменты подачи напряжения определяют 3 датчика Холла, находящиеся в статоре.
Они отправляют сигнал на контроллер, и он посылает импульсы напряжения на обмотки. В результате они превращаются в электромагниты. Магниты ротора притягиваются и тем самым вращают его. Скорость вращения регулируется ручкой газа и меняется в зависимости от напряжения, подаваемого на обмотки. При торможении питание электромотора отключается при помощи датчиков в тормозных рычагах.
Типы мотор-колес
Ступичные электромоторы бывают:
Прямоприводные мотор-колеса имеют максимально надежную конструкцию без трущихся элементов, обеспечивают отличную динамику разгона и долго служат без необходимости в техобслуживании. Они работают без люфта, шума и вибрации, имеют большой крутящий момент и высокий КПД, позволяют развивать значительные скорости.
В чем секрет мотор-колеса Дуюнова
Мотор-колесо Дуюнова – это асинхронный двигатель без постоянных магнитов, использующий особую обмотку «славянка». В нем магнитное поле создают сами обмотки при подаче на них тока. Вращение колеса происходит при повороте поля под управлением контроллера. Совмещенная обмотка «славянка» уменьшает нагрузки на обмотки, повышает их температуру и продлевает срок службы мотора. Также есть мнение, что такой конструктив позволяет уменьшить на 15% пусковой ток и повысить на 30% энергоэффективность мотора.
Как подобрать мотор-колесо
При выборе ступичного электромотора нужно учитывать условия его предстоящего использования, пожелания владельца к развиваемой скорости и тяговым характеристикам двигателя. Для спокойной езды по городу и местности с незначительными перепадами высоты рекомендуется использовать редукторный электромотор мощностью 250–350 Вт. Для сравнения, прямоприводный мотор мощностью 500 Вт имеет крутящий момент, как у редукторного двигателя на 350 Вт, но позволяет развивать скорость до 45 км/ч.
Электромотор на 600–750 Вт обеспечивает скоростную езду по шоссе и легкий подъем в гору. При увеличении мощности до 800–1000 Вт получаем еще лучшие скоростные показатели и увеличенный крутящий момент. Это отличный выбор для езды по бездорожью, преодоления крутых горок и затяжных подъемов. Также для езды в горной местности и уверенного преодоления подъемов рекомендуется установка электромоторов мощностью 600–1000 Вт на оба колеса.
Как проверить мотор-колесо
Для проверки исправности мотор-колес используются специальные тестеры. Такой прибор позволяет быстро проверить исправность электромотора, включая состояние обмоток и датчиков Холла, последовательность фаз и фазовый угол. Также данный тестер используется для проверки состояния контроллера.
Бесколлекторные двигатели постоянного тока. Устройство бесколлекторного двигателя.
Общее устройство (Inrunner, Outrunner)
Схему Inrunner обычно применяют для высокооборотистых двигателей с небольшим количеством полюсов. Outrunner при необходимости получить высокомоментный двигатель со сравнительно небольшими оборотами. Конструктивно Inrunners проще из за того, что неподвижный статор может служить корпусом. К нему могут быть смонтированы крепежные приспособления. В случае Outrunners вращается вся внешняя часть. Крепеж двигателя осуществляется за неподвижную ось либо детали статора. В случае мотор-колеса крепление осуществляется за неподвижную ось статора, провода заводятся к статору через полую ось.
Магниты и полюса
Количество магнитов не всегда соответствует количеству полюсов. Несколько магнитов могут формировать один полюс:
В этом случае 8 магнитов формируют 4 полюса. Размер магнитов зависит от геометрии двигателя и характеристик мотора. Чем сильнее применяемые магниты, тем выше момент силы, развиваемый двигателем на валу.
Магниты на роторе закрепляются с помощью специального клея. Реже встречаются конструкции с держателем магнитов. Материал ротора может быть магнитопроводящим (стальным), немагнитопроводящим (алюминиевые сплавы, пластики и т.п.), комбинированным.
Обмотки и зубья
Количество зубьев статора должно делиться на количество фаз. т.е. для трехфазного бесколлекторного двигателя количество зубьев статора должно делиться на 3. Количество зубьев статора может быть как больше так и меньше количества полюсов на роторе. Например существуют моторы со схемами: 9 зубьев/12 магнитов; 51 зуб/46 магнитов.
Двигателя с 3-х зубым статором применяют крайне редко. Поскольку в каждый момент времени работает только две фазы (при включении звездой), магнитные силы воздействуют на ротор не равномерно по всей окружности (см. рис.).
Силы, воздействующие на ротор, стараются его перекосить, что приводит к увеличению вибраций. Для устранения этого эффекта статор делают с большим количеством зубьев, а обмотку распределяют по зубьям всей окружности статора как можно равномернее.
В этом случае магнитные силы, воздействующие на ротор, компенсируют друг друга. Дисбаланса не возникает.
Варианты распределения обмоток фаз по зубьям статора
Вариант обмотки на 9 зубов
Вариант обмотки на 12 зубов
В приведенных схемах число зубов выбрано таким образом, чтобы оно делилось не только на 3. Например, при 36 зубьях приходится 12 зубьев на одну фазу. 12 зубьев можно распределить так:
4 группы по 3 зуба
3 группы по 4 зуба
2 группы по 6 зубьев
Наиболее предпочтительна схема 6 групп по 2 зуба.
Рассмотрим реальную схему обмотки.
Обратите внимание, что обмотка имеет разные направления намотки на разных зубьях. Разные направления намотки обозначаются прописными и заглавными буквами. Детально о проектировании обмоток можно прочитать в литературе, предложенной в конце статьи.
Классическая обмотка выполняется одним проводом для одной фазы. Т.е. все обмотки на зубьях одной фазы соединены последовательно.
Обмотки зубьев могут соединяться и параллельно.
Так же могут быть комбинированные включения
Параллельное и комбинированное включение позволяет уменьшить индуктивность обмотки, что приводит к увеличению тока статора (следовательно и мощности) и скорости вращения двигателя.
Обороты электрические и реальные
Датчики положения
Имеется в виду «электрических» градусов. Т.е. для многополюсного двигателя физическое расположение датчиков может быть таким:
Иногда датчики располагают снаружи двигателя. Вот один из примеров расположения датчиков. На самом деле это был двигатель без датчиков. Таким простым способом его оснастили датчиками холла.
На некоторых двигателях датчики устанавливают на специальном устройстве, которое позволяет перемещать датчики в определенных пределах. С помощью такого устройства устанавливается угол опережения (timing). Однако, если двигатель требует реверса (вращения в обратную сторону) потребуется второй комплект датчиков, настроенных на обратный ход. Поскольку timing не имеет решающего значения при старте и низких оборотах, можно установить датчики в нулевую точку, а угол опережения корректировать программно, когда двигатель начнет вращаться.
Основные характеристики двигателя
Звезда и Треугольник
При включении звездой ток протекает через две обмотки. Результирующее сопротивление равно сумме сопротивлений двух обмоток R=R1+R2. Соответственно максимально возможный ток, протекаемый через обмотки I=U/(R1+R2). Потребляемая мощность P=U*I Предположим, что напряжение 10 В, а сопротивление обмотки 1 ОМ. Тогда ток I=10/(1+1)=5А. Потребляемая мощность P=10*5=50 Вт.
При включении треугольником ток протекает через все обмотки. Результирующее сопротивление обмоток R=(R1*(R2+R3))/(R1+R2+R3). Соответственно, максимально возможный ток, протекаемый через обмотки I=U/((R1*(R2+R3))/(R1+R2+R3)
При таком же напряжении и сопротивлении обмоток получаем ток I=10/((1*(1+1))/(1+1+1))=15А. Потребляемая мощность P=10*15=150 Вт.
При включении треугольником вырастают и обороты двигателя. Обмотки двигателя соединенные треугольником греются больше, чем при включении звездой.
Очевидно, что простым переключением обмотки с звезды в треугольник можно получить двигатель с совершенно другими характеристиками.
В высокомоментных двигателях с длительным режимом включения целесообразно применять звезду. В двигателях, работающих в кратковременном режиме, требующих более высоких оборотов, целесообразно применять треугольник.
Иногда в электротранспорте старт и разгон выполняется при включении обмоток звездой (так как это включение обеспечивает высокий момент на валу, но меньшие обороты), после разгона выполняется переключение в треугольник (обороты выше, момент меньше). Это позволяет увеличить диапазон оборотов двигателя, сохранив стартовые характеристики.
В следующей статье будет рассмотрен алгоритм управления бесколлекторными двигателями.
Количество магнитов в мотор колесе на что влияет
Итак, выбор мотор-колеса (МК), чем руководствоваться и как выбирать.
Для того, чтобы правильно выбрать МК, надо знать, каких типов МК бывают и какие свойства (характеристики) важны при выборе. По типам МК делятся на два основных: Редукторные МК (Geared Hub Motor), и МК с прямым приводом (ДД, DD, Direct-Drive Hub Motor) Их конструкции отличаются тем, что у редукторного МК, как следует из названия, присутствует редуктор с отношением редукции обычно 1:4,1:5 и встроенный фривилл, который при накате позволяет вывешивать статор относительно ротора неподвижно, из за чего при движении накатом и на педалях ничто не мешает. У ДД мотора никаких промежуточных деталей нет, статор крепиться непосредственно к оси, ротор соединяется с крышкой, через которую и передается движение на колесо. Из за такой конструкции при движении накатом и на педалях возникает противоэдс (мотор как бы работает в режиме генератора) из за чего есть сопротивление вращению, получается хуже накат и небольшое сопротивление движению на педалях.
ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МОТОР-КОЛЕСА:
ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ ОБОИХ ТИПОВ МОТОРОВ
А теперь можно порассуждать о том, как лучше выбирать МК. Основной выбор, это конечно выбор между типами МК, редукторные или прямого привода (ДД).
Шестерни редукторного мотор-колеса
Основные преимущества редукторных мотор-колесо:
Недостатки редукторных мотор-колес:
Статор директ-драйв мотор-колеса
Достоинства МК прямого привода:
Недостатки МК прямого привода:
Ротор директ-драйв мотор-колеса
Итак, если вы собираетесь делать легкий электровел-ассистент, весом до 30 кг, скоростью до 45 км/ч и пробегом до 40 (60-80 в режиме помощника), то идеально подойдёт редукторный МК. Если нужен тяжелый «электропед», способный катить далеко и быстро, т.е. со скоростью выше 50 км/ч и на расстояние свыше 50 км (без педалей), то для этих целей хорошо подходит МК прямого привода (ДД).
КАК ОПРЕДЕЛИТЬ, С КАКОЙ СКОРОСТЬЮ ПОЕДЕТ ЭЛЕКТРОВЕЛОСИПЕД ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ВЫБРАННОГО МОТОР-КОЛЕСА?
ГДЕ КУПИТЬ МОТОР-КОЛЕСО?
Как правильно выбрать мотор колесо для электровелосипеда. Как обманывают продавцы мотор колёс. Часть 4.
Продолжение. Начало, пожалуйста, читайте ЗДЕСЬ.
О недобросовестной рекламе мотор колёс.
Как завышают характеристики мотор колёс
Номинальную и максимальную мощность, скорость и КПД любого мотор колеса, производители точно определяют на специальном стенде, но не факт, что на корпусе мотор колеса будет указана реальная номинальная мощность. Иногда по просьбе заказчиков, производитель указывает завышенную мощность (мы знаем конкретные случаи, о которых писали ранее), а иногда – наоборот, заниженную. Завышенную мощность указывают, чтобы мотор колёса получили мнимое преимущество перед аналогичным товаром конкурентов.
Иногда производители завышают характеристики мотор колёс по своей инициативе, даже не ставя в известность мелких заказчиков, которые не являются их стратегическими партнёрами. Подобные подставы нам тоже известны. Так недобросовестные производители «решают проблему», если не могут по каким-то причинам изготовить мотор колёс с нужными характеристиками.
А занижают мощность «на этикетке», как правило, тогда, когда хотят уложиться в какие-то ограничения по нормам законодательства, а строгого контроля за этим – нет.
«Вольта байкс» нет необходимости занижать, или завышать характеристики, потому что мы имеем огромный ассортимент мотор колёс, и каждый может выбрать себе наиболее подходящее. При этом, мы гарантируем высокое качество, большой срок эксплуатации и соответствие характеристик заявленным.
Большой ассортимент мотор колёс
Как выбрать лучшее мотор колесо?
Самые важные характеристики мотор колеса
Предположим, случилось чудо, и кто-то создал мотор колесо с максимальным КПД, скажем, 93%. Что это нам даёт на практике? – А вот что: это как бы вместо аккумулятора емкостью 10 ампер часов, у вас появилась ёмкость 10.33Ah, или вместо 50 км от одной зарядки, вы теперь можете проезжать аж 51.65 км. Смешно? А ведь это и есть результаты разницы КПД в 3%.
Если речь идёт о поездке на электровелосипеде в режиме максимального КПД мотор колеса, для достижения максимальной экономичности и увеличения пробега от одной зарядки, то этот режим, скорее всего не даст максимального пробега, потому что на результат влияет аэродинамика и другие факторы. Предположим, максимальный КПД, мотор колесо выдаёт на скорости 40 км/час. В этом режиме мотор колесо будет работать наиболее эффективно, но расход энергии на преодоление 1 км пути, будет гораздо выше, чем при езде со скоростью 20 км/час, хотя КПД мотор колеса при такой скорости будет ниже. Но, сопротивление воздуха на скорости 20 км/час, будет намного ниже, чем на скорости 40 км/час и этот фактор окажется решающим.
В общем, если рассуждать о КПД исключительно с точки зрения экономичности, нужно, чтобы максимальный КПД мотор колесо развивало на небольших оборотах. Но так как почти все владельцы электровелосипедов, предпочитает ездить быстро, максимальный КПД большинства мотор колёс Вольта байкс, смещён в диапазон рекомендованной крейсерской скорости для каждого мотор колеса Вольта байкс. Этим мы увеличиваем эффективность и экономичность мотор колёс Вольта байкс. Уверен, что мы сейчас рассказываем о таких вещах, о которых большинство продавцов мотор колёс даже не задумывались, пока не прочли эту статью. Во всяком случае, ни в одном источнике из интернета, эта тема до нас, не рассматривалась.
Хорошо зная происхождение анонимных негативных отзывов в интернете (у нас были случаи, когда на одну новую модель электровелосипеда, проданного в 1 экземпляре, приходило 4 негативных отзыва, якобы от разных покупателей, а на самом деле – от конкурентов), мы не доверяем им и вам не советуем доверять безоговорочно.
Соотношение размеров и мощности редукторных мотор колёс
— Мотор колёса с наружным диаметром до 110 мм, имеют номинальную мощность не более 250 ватт. Пример такого мотор колеса у Вольта байкс – Q75. Эти мотор колёса используются преимущественно для помощи педалям, так как ездят на электровелосипедах в Европе.
— Мотор колёса с наружным диаметром до 120 мм, имеют номинальную мощность не больше 350 ватт (у Volta bikes, это серия Q100). При этом, они могут и не иметь такой номинальной мощности.
— У мотор колёс с наружным диаметром 128 или 130 мм, железно есть 350 ватт, если конечно производитель, не ограничил их мощность, согласно европейских норм до 250 ватт.
Кстати, пару лет назад, у нас была заочная дискуссия с коллегами по этому вопросу, в которой мы оказались правы и одна из компаний, свои «мини редукторные мотор колёса 48v500w», в корпусе диаметром 128 мм, убрала из ассортимента из-за массового выхода из строя, так как в корпусе подобного размера, даже на данный момент, невозможно поместить двигатель с номинальной мощностью 500 ватт.
— Для номинальной мощности 500 ватт в редукторных мотор колёсах Volta bikes, используется корпус диаметром 155 мм, и это минимально возможные размеры корпуса, известные нам на сегодняшний день, для подобного мотор колеса.
— Редукторные мотор колёса с наружным диаметром 179 мм, имеют номинальную мощность 500 – 800 ватт. Реализовать номинальную мощность 1 квт. в диаметре 179 мм, на сегодняшний день – крайне сложно и скорее всего, 1 киловатт в таком корпусе – не номинальная мощность, а промежуточное значение между номинальной и максимальной мощностью.
Соотношение размеров и мощности прямо-приводных мотор колёс
Прямо-приводные велосипедные мотор колёса с наружным диаметром 240мм, помещающиеся в заднюю вилку шириной 150 мм, могут иметь номинальную мощность не больше 4 квт. Более мощные мотор колёса должны иметь больший диаметр, либо большую ширину.
Зачем нужны разные обмотки
У мотор колёс одной и той же мощности, как я уже говорил, может быть разное сочетание максимальной скорости и максимальной тяги. Достигается это при помощи разных конфигураций обмоток. Зачем это делается? Всё просто: электровелосипеды могут иметь колёса диаметром от 12 до 29 дюймов. Если одно и то же мотор колесо установить в обод диаметром 16 дюймов, то мы получим прекрасную тягу, но небольшую скорость. Если это же мотор колесо установить в обод диаметром 28 дюймов, то мы получим высокую скорость, но небольшую тягу. Производители меняют конфигурацию обмоток, разрабатывая их под обода определённого диаметра, добиваясь тем самым, чтобы электровелосипеды с колёсами разного диаметра и мотор колёсами одной и той же мощности, развивали примерно одинаковую максимальн