Мотор-колеса для велосипеда: какими бывают и как подобрать?

Сегодня велосипедистов, не поставивших на свой байк мотор-колесо, всё чаще называют ретроградами. «Только ветер, только педали, только экстрим» – такой призыв всё менее актуален. Изнеженный городской потребитель, привыкший ездить на авто, даже если и купит велосипед, вскоре склонится к тому, чтобы поставить на него мотор-колесо, тем более такие приспособления дешевеют год от года.

Велосипедное мотор-колесо функционирует по одному и тому же принципу действия. Неважно, прямая в нём передача (непосредственно с ротора) или редукторная (уменьшение числа оборотов двигателя на передаточное число). Всякий электромотор для байка включает в себя статор и ротор. На роторе закреплены магниты. Их поле, взаимодействуя с электромагнитным полем катушек статора, заставляет ротор крутиться.

Сам по себе статор представляет собой катушки, намотанные в зазорах каркаса, состоящего из стальных пластин. Чаще всего эти пластины выполнены из электротехнической или трансформаторной стали. Конструкция статора имеет вид многоугольной рамы с лучами, сходящимися в центре.

Обмотки – это катушки, намотанные из медного эмальпровода. Именно медь является лучшим проводником. Численность катушек – до нескольких десятков, но это число кратно 3. Мотор-колесо напоминает трёхфазный двигатель, по сути, это так и есть: для устойчивого вращения с определённой силой на катушки, отстоящие друг от друга пофазно, подаются чередующиеся импульсы, напоминающие трёхфазное переменное напряжение. На самом деле это не синусоидальная форма электросигнала, а последовательность прямоугольных импульсов постоянного напряжения. Их, в свою очередь, формирует драйвер – плата контроллера, использующая энергию источника питания (аккумулятора).

Постоянство и результативность вращения ротора обеспечивают три датчика Холла. Их работа устроена следующим образом:

• фиксация позиции ротора по отношению к статору;
• восприятие магнитного поля от магнитов;
• переадресация сигнала на драйвер;
• формирование импульсов на драйвере для катушек статора.

Преимущества применения мотор-колеса состоят в следующем.

• Повышенный КПД – не менее 90%. Не у всякого электромотора такой коэффициент – например, у коллекторных, которым достаточен никоим образом не преобразованный постоянный ток, КПД составляет менее 70%.
• Простота исполнения, надёжность.
• Нет трущихся частей (например, колец и щёток) – двигатель может работать десятилетиями, если на качестве материалов производитель не экономит.
• Возможность быстрой езды: полукиловаттное мотор-колесо даёт роторное усилие, в ходе которого достигается скорость велосипеда до 45 км/ч по дорогам без уклона.
• Возможность в случае надобности снять комплект, придав велосипеду первоначальную комплектацию. При повторной установке мотор-комплекта внешний вид велосипеда существенно не изменится – мотор устанавливается лишь на само колесо.
• Существенное облегчение езды в подъём и против ветра.
• Равномерная и плавная работа мотора обеспечит быструю адаптацию к новой скорости и безрывковое ускорение.
• Полностью бесшумная работа моторного колеса.

Недостатков эта установка также не лишена.

• Малый крутящий момент – меньше, чем у моторов иных типов и разновидностей.
• Невозможность создать более компактную конструкцию на базе такого мотора.
• Повышенный вес. Некоторые другие моторы, например, всё тот же коллекторный, обладают значительно меньшим – в 1,5 и более раз – весом.

Все готовые комплекты, в состав которых входят мотор-колёса, комплектуются контроллером и аккумулятором. Однако те, кто не ставит мотор-колёса в комплекте с остальными деталями, заказывают все компоненты системы по отдельности: само мотор-колесо, аккумулятор и контроллер с ручкой газа.

Прежде чем строить систему электротяги, новичок сталкивается с редукторным и безредукторным мотор-колёсами. Редукторное использует шестерёночный передаточный механизм, где частота вращения (число оборотов) самого электродвигателя в несколько раз — на передаточное число редуктора — больше, чем у вала, которым колесо в итоге и раскручивается.

Редукторное колесо увеличивает крутящий момент, но снижает скорость передвижения велосипедиста до 30 км/ч. У безредукторного — колесо с прямым приводом — отсутствует сам редуктор и связанные с ним потери, что освобождает механизм от трущихся шестерёнок, гораздо чаще нуждающихся в смазывании, чем сами подшипники двигателя. Крутящий момент существенно ниже на мощности до 1500 Вт, но появляется возможность разогнаться до 50–100 км/ч в зависимости от мощности мотора.

Мотор-колесо с возможностью рекуперации (возврата) части потраченной электроэнергии позволяет вернуть её в небольшом количестве – порядка 6% от потраченной мощности. Так как КПД такой системы из-за естественных потерь в проводах, обмотках, контроллере и аккумуляторе не может быть равным единице, то обойтись без внешнего вложения дополнительной энергии не удастся. А пополнять запас электроэнергии можно лишь двумя путями.

1. Переключить мотор-колесо в режим заряда аккумуляторов. Тогда вращать педали будет как минимум вдвое тяжелее – из-за торможения, оказываемого нагрузкой на обмотки.
2. Найти место, где можно просто зарядить батареи. Оптимальным был бы вариант, при котором на рюкзаке и на одежде ставятся солнечные батареи, когда путешествие на моторизованном велосипеде полностью автономно.

Также мотор-колесо может быть задним – устанавливается на заднее колесо. Аналогично ставится переднее. Тогда велосипед становится задне- или переднеприводным соответственно. Для существенного увеличения скорости можно сделать велосипед полноприводным, моторизовав оба колеса.

Размер мотор-колеса определяется по диаметру обода. Будет ли у вас диаметр 29, 26, 20 или 16 дюймов, от этого зависят скорость и тяга. Чем больше диаметр обода, тем больше скорость, но меньше тяга, и наоборот. С меньшей тягой вы будете дольше разгоняться. Добавить тягу можно лишь одним способом – помогать мотору педалями.

Возможен вариант, при котором вы можете переспицевать колесо с обычной втулки на моторную, используя, например, для обода с диаметром в 28 дюймов спицы от обычного велосипеда с колёсами на 20 дюймов. Тем же, кто не умеет или не хочет возиться с полным перебором спиц, советуют сразу заказать в Китае готовое мотор-колесо с нужным типом двигателя.

Определитесь, чего именно вы хотите от вашего велосипеда.

• Скорость до 35 км/ч без особых усилий и какого-либо особого уровня физразвития. При этом ваш велосипед не избавляется от своих первоначальных функций – вы в любой момент перейдёте по своему желанию обратно на педалирование ногами. Стоит такая доработка в целом от 350 $.
• 50 км/ч – комплектация электромопеда. При этом вы можете не переключиться так же легко на педалирование – аккумуляторный блок, более мощное мотор-колесо и такой же контроллер весят ещё килограммов на 5–10 больше. Цена доработки – от 600 $.
• Велосипед станет электробайком – мотоциклом на электротяге. Вы с лёгкостью разгонитесь до 90 км/ч. Но помните: в этом случае вам обязательно понадобятся усиленные обода и втулки – может быть, как на велотандеме. Дело в том, что усиленная тяга требует и повышенной нагрузки. Ваши тонкие ободья от шоссейного велосипеда попросту разлетятся на части, а вы можете разбиться. Цена доработки байка под электромотоцикл обойдётся не менее 2300 $.

Масса набора под электровелосипед – мотор на колесо (без переспицовки колеса), аккумуляторный блок и контроллер – составят не менее 4 кг по весу. Этого хватит для обычной езды по городу или по просёлочным дорогам. Неплохие двигатели производит, к примеру, фирма Bafang 8FUN. Рабочая мощность двигателей 250–750 Вт, но при превышении мощности в 350 Вт такой мотор может заметно перегреваться, что изрядно подсократит его срок службы.

Вес мотор-колеса (без резины) составляет не менее 2 кг. Развить скорость до 35 км/ч при среднем весе райдера в 90 кг ему вполне по силам – сам ездок вообще может не прилагать усилий к вращению педалей. То же самое можно получить и без мотора, переключившись на последнюю скорость от педалей и при езде без подъёма либо спуска. При езде в горку потребуется помощь велосипедиста через педали – двигатель может не осилить подъём. В сочетании того и другого вы можете получить скорость, выдаваемую однокиловаттным двигателем, включённым на старте. Мобильность и относительная лёгкость байка при этом гарантирована.

Надобности в мотор-колесе на полкиловатта нет – оно само по себе весит не 2, а 4–5 кг, при этом забирает вдвое больше электричества от батареи аккумуляторов, чем его 350-ваттный собрат. 500… 600-ваттное мотор-колесо – это «костыль», не прошедший «естественный отбор» ни в проектах, ни на практике у пользователей: часть велосипедистов отметила, что толку в итоге от него меньше, чем от 300-ваттного.

Эта комплектация позволяет не только получить скорость, равную в среднем 48 км/ч, но и без труда покорять любые подъёмы в условиях города и горных трасс. Для достижения таких результатов требуется подобрать движок мощностью в 1200–1500 Вт. Такое мотор-колесо обладает массой от 6–8 кг (без учёта резины). Обеспечить такой мотор бесперебойной подачей энергии поможет более тяжёлый и дорогой блок аккумуляторов, весящий не менее 5 кг.

Рискнув повысить напряжение с 48 до 72 вольт, вы получите скорость, предельную для города – не ниже 60 км/ч, но при этом мотор будет быстрее и сильнее перегреваться, что вынуждает запускать его лишь ненадолго.

Переделка велосипеда под моторную тягу, скажем, на 3 кВт, вынудит владельца усилить раму. Во-первых, и комплект, и сама тяга, создаваемая двигателем порядка нескольких киловатт, потребует повышенной нагрузки. Иначе первыми пострадают колёса (на ободьях появятся огромные «восьмёрки»), затем начнёт разваливаться сама рама – обвес аккумуляторов и контроллера добавит не менее 15 кг. Предельно допустимая нагрузка – лишь вдвое больше от номинальной, таково основное правило для всех мотор-колёс.

Чтобы поставить усиленный набор для электровелосипеда III категории, нужно усилить дропауты, полностью сменить или дооснастить перья рамы, поставить специальный балансир, как на настоящих мотоциклах. Номинальный двигатель в 3 кВт обладает уже достаточной силой, чтобы деформировать перья рамы для обычного велосипеда, даже когда вы его прогоняете в неподвижном режиме, приподняв то колесо, на котором и установлен мотор, на специальном подвесе.

Не усилив раму специальным образом, вы вряд ли сможете использовать мотор с мощностью до нескольких киловатт. Скорость более 40 км/ч требует уже хорошей амортизации – без неё вас просто выбросит из седла, стоит вам наехать на небольшой ухаб или трещину поперёк дороги. Вилка – от мотоцикла или от даунхилльного велосипеда (последний имеет внушительную массу и самую высокую прочность, недостижимую для велосипедов иных типов и разновидностей). Аккумуляторный блок здесь также весит от 20 кг.

Любителям езды более близкой к экстремальному катанию, мотор-колесо опытные мастера советуют поставить назад. Заднее мотор-колесо лучше сцепляется с дорогой, чем переднее – это важно на резких поворотах, проходимых при повышенной скорости.

Однако скользкая дорога менее управляема из-за худшего распределения веса. Ситуацию ухудшает и аккумулятор, закреплённый на багажнике. Исправляет ситуацию редукторное мотор-колесо, обладающее меньшим весом, литий-ионные аккумуляторы, обладающие повышенной удельной энергией. Альтернатива – свинцово-кислотные батареи на средней (внутренней) трубе рамы. И всё же заднее мотор-колесо вносит вклад в повышение прочности всей конструкции.

При невозможности совместить мотор-колесо со скоростной кассетой (например, на 9 звёзд) смените последнюю на 5-звёздную. В крайнем случае оставьте лишь одну звёздочку либо раздвиньте перья рамы на 2 см. Последнее алюминиевая рама может не выдержать – экспериментируйте на стальной раме.

Электропровод должен выходить не справа, где работает механизм переключения скоростей, а слева. Отвинтите гайки, держащие мотор-колесо, и выньте его. Соберите мотор-колесо, руководствуясь инструкцией по сборке. Если вам что-то не ясно до конца – обратитесь к работникам «саппорта» на сайте компании или магазина, продавшего вам мотор-колесо. Зачастую лучше заручиться поддержкой специалистов, т. к. можно легко сжечь контроллер. А без контроллера вы не поедете, если у вас не коллекторный мотор, которому ничего не нужно, кроме постоянного тока.

После сборки опробуйте мотор-колесо вхолостую – оно не должно «восьмерить». Если это не так — устраните «восьмёрки» на ободе, натянув спицы при помощи спиц-ключа. Опробуйте работу контроллера и ручки газа. Если всё работает исправно – сделайте тестовый заезд на небольшой скорости.

Установка переднего мотор-колеса проще. Само по себе переднее колесо не содержит никаких звёздочек. Помешать работе переднего мотор-колеса там попросту нечему. Не имеет значения, справа или слева – по ходу движения – вы выведете питающий кабель. Даже если вы раздвинете вилку, это не отразится на прочности и устойчивости велосипеда.

Единственное – не перепутайте направление движения колеса: при неправильной установке вы, не опробовав работу мотора, внезапно поедете задом наперёд, и велосипед превратится в транспортное средство с задним рулевым колесом. Парадоксальна ситуация, когда ручку газа заклинит: вы можете врезаться в столб или столкнуться с едущей сзади машиной, даже если она затормозит перед вами.

Собранное мотор-колесо боится ливней, прохождения вброд через реки и болота – при погружении в воду или заливании струями воды датчики Холла могут выйти из строя. Заранее позаботьтесь о герметизации – или хотя бы о прикрытии от прямых струй воды – внутренностей мотор-колеса. Зачастую производители сами устанавливают специальные круглые заслонки, позволяющие защитить колесо от прямых брызг воды и/или грязи во время езды – убедитесь, что они подходят к расположению спиц колеса.

О том, как выбрать мотор-колесо для велосипеда, смотрите в следующем видео.