Делаем электровелосипед из стиральной машины

Делаем электровелосипед из стиральной машины

Сломанная стиралка не подлежит ремонту? Не беда. Главное, чтобы мотор был исправен. Чего только не делают из старых запчастей техники, но электровелосипед — это самоделка 21-го века. Если вас больше не устраивает стиральная машина, велосипед составит ей конкуренцию. Как собрать этот непростой механизм и на что обратить внимание?

Как закрепить двигатель от стиральной машины на велосипед?

Для проекта вам понадобится велосипед с прочной рамой и старая стиралка. Важно, чтобы двухколесный транспорт имел мощный каркас, ведь ему придется выдерживать не только седока, но и вес дополнительной конструкции.

Собрать самодельный велосипед непросто, поэтому понадобится полноценный набор инструментов, токарный и сверлильный станок, аппарат для сварки. В идеале — мастерская слесаря.

Чтобы передать крутящий момент от двигателя до колеса, понадобится приводной ремень. В общем, конструкция будет состоять из таких элементов:

• большого и малого шкива;
• ремня;
• вала мотора;
• велосипедной втулки.

К сожалению, большой шкив диаметром 22 см найти сложно, поэтому разберем, как изготовить деталь своими руками. Вот этапы роботы:

1. Из стального листа толщиной не менее 2 мм вырежьте круг на станке.
2. Чтобы закрепить элемент, на втулке заднего колеса проделайте отверстия между спицами. Точно такие же отверстия сделайте в заготовленном круге.
3. Стальной круг отличается большим весом. Чтобы убрать хотя бы несколько килограммов, по краям будущего шкива проделайте отверстия большего диаметра.
4. Чтобы доделать шкив, нужно приварить стальную полосу к его ребру. Возьмите полосу размером 20 х 4 мм. Постепенно приваривайте деталь, сгибая по ребру. Задача не из легких, но вы справитесь.
5. Все оплошности и неровности поможет устранить токарный станок.

Вуаля! Большой шкив готов к установке. По желанию можете окрасить элемент в тон велосипеда. Закрепите самоделку на заднем колесе транспорта.

Работа с рамой

Конечно, не все так просто. Дело в том, что шкив упирается в раму велика, что не дает ему вращаться. Единственный выход — это подогнуть раму с учетом новых элементов.

Теперь нужно скомпоновать общую конструкцию с двигателем от стиральной машины. Важно рассчитать расстояние от мотора до большого шкива так, чтобы ремень натягивался оптимально. Что делаем:

• К заднему багажнику привариваем стальные поперечные трубки с двух сторон. Это необходимо, чтобы укрепить конструкцию.
• Нет багажника? Тогда сварите его из тех же трубок так, чтобы удобно закрепить мотор.

Рекомендация! Предварительно закрепите мотор с помощью деревянных досок, натяните ремень и посмотрите, как будет вращаться колесо. Только после этого устанавливайте стационарную конструкцию.

Окрасьте готовую раму и установите мотор. Закрепите заднее колесо с большим шкивом. Натяните ремень и прокрутите механизм. Если все хорошо держится, пора переходить к самой ответственной части — подключению.

Питание электродвигателя

Здесь перед мастерами встает дилемма: сможет ли мотор от стиралки работать на постоянном токе от аккумулятора, если в машинке он запускался от переменного напряжения в 220 Вольт? Оказывается, может, и даже лучше, чем на переменном.

Но появляется новая проблема. Какие аккумуляторы выбрать и где их закрепить? Ведь все детали займут довольно много места. Оптимальный выход — приобрести восемь аккумуляторов для мотоциклов, каждый из которых выдает по 12 Вольт. Итого получится 96 Вольт.

В нашем случае закрепить батареи пришлось на раме. Для этого необходимо было снова укрепить конструкцию, а также продумать отдельные крепежи для каждого аккумулятора. Вес электровелосипеда увеличился, но от этого никуда не деться.

Теперь нужно собрать модуль управления, чтобы регулировать обороты мотора и рост тока. Это под силу сделать тем, кто разбирается в электронике. Вот что понадобится:

• импульсный преобразователь для понижения, рассчитанный на 32,5 кГц;
• микросхема типа IR2127S;
• микроконтроллер ATtiny26;
• измерительный и переменный резисторы;
• преобразователь DC-DC P6AU-1215ELF;
• три диода 10CTQ150;
• корпус из пластика;
• автомат 6А;
• три транзистора IRFB33N15D;
• диоды красного и зеленого цвета;
• зарядка от телефона;
• радиатор от платы компьютера.

Готовый блок важно защитить от влаги и повреждений, поэтому поместите его в пластиковый корпус, а снизу закрепите радиатор.

Как запустить электровелосипед из стиральной машины? Нажмите на «газ» на руле. Вы заметите, как мотор начинает работать и вращать ремень. При этом на плате загорится зеленый диод. При недостатке энергии блок просигнализирует загоранием красного диода. Это значит, что пора крутить педали.

Итак, работа окончена. Испытания доказали, что самодельный транспорт способен проехать на скорости 25 км/ч до 19 км на одном заряде. Максимальный разгон велосипеда составляет 30–35 км/ч по ровной дороге. Конечно, при вращении педалей скорость может возрасти до 50 км/ч, но батареи при этом садятся быстрее.

Пример самодельного электровелосипеда показан на видео:

Как сделать электровелосипед своими руками?

Можно ли сделать электровелосипед своими руками, в домашних условиях? Можно, но рекомендуем сперва задуматься: нужно ли оно Вам? На современном рынке представлено огромное количество отличных заводских электробайков: бюджетных и премиум-класса, городских, спортивных – есть модели на любой вкус. Так стоит ли заморачиваться?

Преимущества и недостатки самодельных электровелосипедов

Мы составили для Вас небольшую таблицу с преимуществами каждого решения:

Самодельный

Фабричный

Велосипед обладает ровно теми характеристиками, которые Вам нужны

Очень качественная сборка, некоторые решения просто невозможно повторить в домашних условиях

Возможность обыграть любую кастомную тему

Это основные преимущества каждого варианта. Если работа руками Вас не пугает – или, более того, Вам нравится мастерить что-то в домашних условиях – попробуйте! Многие электровелосипеды, собранные буквально «на коленке», служат своим владельцам десятилетиями.

Что нужно, чтобы сделать электровелосипед из обычного велосипеда?

В первую очередь, собственно, Вам понадобится обычный велосипед. Донором может выступить абсолютно любая модель – поэтому выбирайте то, что Вам нравится. Хотите складной? Берите складной. Хотите спортивный? Берите спортивный. И т. д. и т. п.: переделать можно что угодно.

Далее нужно определиться с тем, из каких электромоторов Вы будете выбирать. Есть два основных варианта двигателей для электробайков:

• Мотор-колесо. Современный стандарт, который, собственно, и сделал крафт электровелосипедов в домашних условиях практически общедоступным занятием. Это двигатель, ставящийся вместо обычного колеса – не нужно ничего крепить на раме, не нужно беспокоиться о габаритах модели и т. д. Мотор-колесо может быть толкающим (заднее размещение) и тянущим (переднее) – рекомендуем первый вариант, будет более привычно;
• Подвесной двигатель. Устаревший и практически не использующийся сегодня вариант: тяжёлый мотор, который крепится на раму – колесо запускается при помощи цепного привода. Низкая надёжность, большие габариты, сложности в установке: не связывайтесь с подвесными моторами, если не собираетесь делать сверхскоростной велосипед – в этом случае да, задуматься о «внешке» имеет смысл.

А ещё Вам потребуются:

• Контроллер. Он должен подходит к двигателю, который Вы выбрали – как правило, берут универсальные, программируемые модели. Учтите, что у некоторых компаний мотор-колёса комплектуются встроенным контроллером, что серьёзно упрощает сборку велосипеда;
• Аккумулятор. Литий-ферумный, если мотор Вашего велосипеда отдаёт больше 1-го кВт, литий-ионный, если меньше. В большинстве случаев речь идёт о моделях 36-48 вольт;
• Ручка газа. Курковая или мотоциклетная – как Вам удобно. Кстати, на некоторых ручках выведен встроенный индикатор заряда батареи: это удобно и эргономично, но учтите, что он будет рассчитан на строго определённое рабочее напряжение.

А ещё потребуются провода (как правило, они есть в комплекте с запчастями), крепёж и инструменты: гаечные ключи, отвёртки.

Конкретная схема преображения обычного велосипеда в электрический напрямую зависит от того, с каким именно двигателем и донором Вы собираетесь работать. Мы можем только ещё раз посоветовать: если у Вас нет чёткого представления о том, что именно Вы будете делать, попробуйте ещё раз присмотреться к заводским моделям. Вполне возможно, Вы найдёте среди них электровелосипед своей мечты, и заниматься крафтом в домашних условиях просто не придётся.

Типы электродвигателей для электровелосипедов

В производстве электровелосипедов наибольшее распространение получили двигатели типа мотор-колесо. Более 95% электровелосипедов изготавливаемых в заводских условиях используют именно такие двигатели. Это связано с их высокой надежностью, небольшим весом и достаточно хорошей экономичностью. Собственно электродвигатели мотор-колеса расположены прямо во втулке колеса, в связи, с чем трансмиссия электровелосипеда реализуется предельно просто и ее надежность определяется в основном надежностью применяемых в двигателях подшипников. Конечно, прежде, чем купить двигатель для велосипеда стоит разобраться в том, какие типы электродвигателей для велосипедов существуют и чем они различаются.

Двигатели мотор-колеса являются бесконтактными и не имеют электрических щеток, как обычные двигатели постоянного тока. Сами электродвигатели относятся к классу вентильных двигателей. Работа двигателя основана на взаимодействии сильных магнитов из редкоземельных металлов расположенных на роторе, с вращающимся магнитным полем статора, которое управляется контроллером путем коммутации его обмоток.

Электродвигатели для велосипедов разделяются на два класса:

Устройство редукторного двигателя

Устройство двигателя прямого привода

В 95-98% электровелосипедах изготавливаемых в заводских условиях применяются редукторные двигатели с обгонной муфтой.
Редуктроный двигатель обладает большим крутящим моментом при отностительно небольшой мощности за счет наличия в конструкции планетарного редуктора большой надежности в которм солнечная шестерня металлическая а сателлиты выполнены из композитных материалов. Веских причин для преимущественного применения редукторных двигателей несколько:

• максимальный пробег на одной зарядке аккумулятора. Двигатели с внутренним планетарным редуктором на 30% экономичнее по расходу энергии аккумуляторной батареи, в сравнении с двигателями прямого привода;
• малый вес и габариты редукторного двигателя, в сравнении с двигателем прямого привода. И вес и габариты редукторного двигателя примерно в два раза меньше чем у двигателей прямого привода;
• вращающий момент редукторных двигателей значительно больше чем у двигателей прямого привода той же мощности. Это позволяет преодолевать подъемы до 12 градусов. А современнные двухскоростные редукторные двигатели с автоматическим переключением передач, позволяют преодолевать на велосипеде подъемы до 27 градусов.
• необходимая энергоемкость (а значит вес и стоимость) аккумуляторной батареи при использовании редукторного двигателя меньше на 30% для сравнимых дистанций пробега;
• велосипед с редукторным двигателем имеет значительно более легкий ход с выключенным двигателем, за счет наличия в двигателе обгонной муфты.
• надежность редукторных двигателей за счет хорошо налаженного производства и высокой серийности не хуже чем у двигателей прямого привода. Практически большая часть серийных моделей электровелосипедов оснащается редуктроными двигателями из-за их малого веса и эконовмичного расходования энергии аккумуляторной батареи.

Что касается рекуперации, о которой очень часто спрашивают:
Рекуперация в принципе возможна при применении на электровелосипеде двигателя прямого привода. Однако на практике, рекуперация на электровелосипеде представляется весьма сомнительной затеей. По опыту эксплуатации удается экономить не более (3 — 5)% заряда аккумуляторов даже при движении в холмистой местности. Заряжать аккумулятор, двигаясь за счет педалирования, вообще нереальная задача. Даже ехать на велосипеде с отключенным двигателем прямого привода довольно тяжело. Двигатели прямого привода тормозят вращение колеса т.к. у них отсутствует обгонная муфта.
К тому же, если принять во внимание, что редукторный двигатель на 30% экономичнее по расходу энергии запасенной в аккумуляторе чем двигатель прямого привода, и в два раза легче, то выбор становится очевидным в пользу редукторных двигателей. Практически все серийно выпускаемые велосипеды оснащены редукторными двигателями. Редукторный двигатель сэкономит Вам гораздо больше энергии запасенной в аккумуляторе, чем можно ее вернуть с помощью двигателя прямого привода. Так что рекуперация энергии на электровелосипеде это разговор ни о чем.
У двигателей прямого привода есть только одно преимущество — скорость. Если ориентироваться на скорость порядка 50-60 км/час, то в этом случае требуется досаточно мощный двигатель прямого привода (примерно 1000 Вт) и емкая, а значит достаточно тяжелая аккумуляторная батарея. Для надежной эксплуатации велосипеда с таким двигателем нужна аккумуляторная батарея c рабочим напряжением 48V и емкостью не менее 20 А/час. Вес двигателя 1000 Вт около 6,5 кг. Вес литиевого аккумулятора (LNCM) составляет около 7 кг, а литий-железо-фосфатного (LiFePo4) около 9 кг. Вся конструкция становится ощутимо тяжелой. Получается уже не велосипед в привычном понимании, а скорее скутер. Использхование батареи меньшей емкости нецелесообразно, т.к. номинальный разрядный ток для всех типов батарей, при котором гарантируется заявленная долговечность батареи не должен превышать 1С, т.е номинальный разрядный ток равен емкости батареи.

При переделке велосипедов в электровелосипеды используются и подвесные двигатели. Подвесные двигатели имеют различные конструкции и могут устанавливаться вблизи каретки велосипеда или вблизи заднего колеса. Привод осуществляется через основную цепь, либо через дополнительную. Вот несколько примеров выполнения таких трансмиссий:

Однако мотор-колесо в настоящий момент является основным двигателем для электровелосипедов, ввиду явных преимуществ перед всеми остальными типами трансмиссий.

Мотор-колесо — это встроенный в колесо электродвигатель, который имеет неоспоримые преимущества перед навесными электродвигателями:

• мотор-колесу не нужна дополнительная трансмиссия. Это и двигатель и трансмиссия одновременно;
• у мотор-колеса минимум истирающихся деталей, да и те защищены практически полностью от попадания пыли и воды. Это очень надежная электрическая машина;
• используя мотор-колесо, любой человек способен поставить свой велосипед на электротягу. При использовании навесных двигателей все оказывается гораздо труднее.

Выбор мощности двигателя мотор колеса электровелосипеда

Какая мощность веломотора достаточна для электровелосипеда?

Вот некоторые данные полученые при стендовых замерах на тренажерах:
• тренированный спортсмен может кратковременно развивать мощность до 500-600 Вт;
• при подъеме в крутую гору нетренированный велосипедист может кратковременно развивать мощность 220-290 Вт;
• при скорости движения в 18-20 км/час по ровной асфальтированной дороге и встречном ветре 3-5 м/c велосипедист должен развивать мощность 110-140 Вт;
• для спокойного движения со скоростью 12-18 км/час по ровной асфальтированной дороге необходима мощность от 40 до 60 Вт.

Нетрудно сделать вывод, что в подавляющем большинстве случаев, движение на электровелосипеде в режиме скутера (только на электродвигателе без педалирования) можно обеспечить веломотором мощностью 250 Вт. Нужно только помнить, что современные электродвигатели с редуктором и с прямым приводом имеют существенные отличия по вращающему моменту и максимальной скорости. Это особенно касается электродвигателей типа мотор-колесо у которых электродвигатель установлен во втулку заднего или переднего колеса.

Современные двигатели для серимйно выпускаемых электровелосипедов разделяются на три класса:
1. Двигатели с планетарным редуктором и обгонной муфтой устанавливающиеся во втулку переднего или заднего колеса велосипеда;
2. Двигатели с редуктором устанавливающиеся вблизи каретки велосипеда и использующие имеющийся привод цепью (центральный или кареточный двигатель);
3. Двигатели прямого привода (без редуктора) устанавливающиеся во втулку переднего или заднего колеса электровелосипеда;

— Двигатели с планетарным редуктором для электровелосипеда:

Такие двигатели обеспечивают большой вращающий момент и большую скорость электро велосипеду – до 45 км/час. Мотор колесо этого типа с номинальной мощностью в 250 Вт и питанием от аккумулятора с напряжением 36 или 48 Вольт, обеспечит Вам комфортное передвижение практически во всех случаях.Чем выше напряжение аккумулятора, тем больше максимальная скорость. Веломотор с внутренним планетарным редуктором почти незаметен во втулке заднего колеса. Его размер сопоставим с размером фривила (кассеты со звездами). Такие двигатели имеют внутреннюю обгонную муфту, которая обеспечивает легкий ход электровелосипеда в режиме с отключенным двигателем. Масса такого двигателя электровелосипеда около 3-4 кг. Практически все серийные модели современных электровелосипедов, изготавливаемых для Европы, Японии и Австралии, оборудованы мотор-колесом на базе двигателя с планетарным редуктором мощностью 180-250 Вт и питанием от аккумуляторв с напряжением 36-48 Вольт. Такие двигатели не требуют никакого обслуживания в течение всего срока эксплуатации, почти герметичны и достаточно долговечны. И что немаловажно, самые экономичные с точки зрения расхода энергии аккумуляторной батареи. Они на 30% экономичнее двигателей прямого привода на скоростях до 25 км/час.

Кареточные подвесные редукторные электродвигатели

Веломоторы подвесного типа устанавливаются вблизи каретки электровелосипеда и имеют ряд серьезных недостатков, связанных с очень большим и быстрым износом цепи и звезд велосипеда, которые приходится менять несколько раз за сезон. Кроме того, рама велосипеда должна иметь повышенную прочность если используются двигатели с номинальной мощностью более 200 Вт. Переключение скоростей с использованием этого двигателя также не слишком удобно и опертивно т.к. при каждом переключении необходимо сбрасывать «ГАЗ».

Двигатель прямого привода в ободе 16-28 дюймов

Двигатели прямого привода для мотор-колеса электровелосипеда имеют малый вращающий момент в сравнении с редукторными двигателями, поэтому двигатели прямого привода должны иметь мощность больше 500-600 Вт. Они достаточно тяжелые.
Масса шестисот ваттного двигателя прямого привода около 5,5 кг. Кроме большой массы, мотор колеса с двигателями прямого привода имеют более низкую амортизацию из-за большого диаметра двигателя и малой длины спиц. Для таких двигателей требуется дорогостоящий энергоемкий и тяжелый аккумулятор т.к он более чем на 30% прожорливее двигателя с планетарным редуктором.
Увеличивается масса всего электровелосипеда. Кроме того, двигатель прямого привода будет подтормаживать движение электровелосипеда на педалях в случае истощения акуммулятора в процессе поездки. Это связано с отсутствием обгонной муфты и сильными магнитами в конструкции двигателя. Электровелосипед практически уже перестает быть велосипедом как таковым, а превращается в полноценный скутер.

Электровелосипед с двигателем прямого привода

Электровелосипед с редукторным двигателем

Резюме:
Для велосипедистов ориентированных на скорости не выше 45 км/час, электровелосипеды с редукторными двигателями мощностью 250-500 Вт — оптимальны по соображениям стоимости, экономичности, значительно большей дистанции пробега, общей массы велосипеда, безопасности, удобства эксплуатации и комфорта, в сравнении с веломоторами прямого привода.