Мотор-колесо для электромобиля: устройство, плюсы, минусы, известные разработчики

Идея использования электродвигателя интегрированного непосредственно в колесо электромобиля или гибрида, не нова, и уже давненько разработчики проявляют к ней повышенный интерес, естественно, не просто так. Тут всё дело в том, что подобная конструкция даёт электрокару очень большие возможности. В теме я хочу более подробно рассказать об этом, безусловно передовом изобретении, на которое ведущие производители просто не могут не обратить внимание, уж слишком много выигрышей даёт мотор-колесо электромобилю.

Содержание:

• Устройство и преимущества мотор-колеса.
• Недостатки мотор-колеса.
• Мотор-колесо Michelin.
• Мотор-колесо Protean Electric.
• Отечественные разработчики мотор-колёс (Дуюнов и Шкондин).

Устройство и преимущества мотор-колеса

1. Первое, что сразу начинает понимать более-менее разбирающийся в технике человек — мотор-колесу не требуется большое количество дополнительного оборудования. Отсутствует множество элементов, передающих тягу на ведущие колёса! Какие рядовой обладатель электрокара с мотор-колесом может получить выгоды от такой упрощённой и более совершенной конструкции?

Пониженная за счёт отсутствия ряда компонентов масса электрокара, позволит преодолевать на одном заряде больше километров. Не стоит забывать и о том, что в таком автомобиле будет и меньшее количество трущихся деталей, что также благоприятным образом отразится на пробеге. Подобная техника обойдётся при покупке дешевле и кроме того, её обслуживание и ремонт, также не отберут у хозяина много денег. Ещё чем может порадовать МК, так это надёжностью, ведь устройство электрокара в таком случае отличается простотой и всем давно известно, что чем проще механизм, тем он надёжнее. Отсутствие «лишних» агрегатов, позволило инженерам предоставить больше полезного места для пассажиров и перевозимой поклажи. Кроме того, это даёт возможность дизайнерам и конструкторам применять самые смелые решения.

2. Следующее, что нельзя не заметить — превосходная динамика электромобиля оборудованного мотор-колёсами. Компактные и легковесные электромоторы интегрированные в колёса, выдают максимальное значение крутящего момента с первых же оборотов. Показатель тяги может доходить до цифры 700 Нм.

3. Управляемые мотор-колёса делают транспортное средство ими оборудованное очень манёвренным. Причина данного обстоятельства проста: каждое МК может крутиться с разной частотой и в разных направлениях. Авто благодаря такой специфике может развернуться на 360 градусов, припарковаться в стеснённых условиях и практически мгновенно адаптироваться к состоянию дороги.

4. Значительно упрощается устройство очень важной для любого электрокара системы рекуперации.

5. Под МК практически идеально можно подстроить любую систему активной безопасности, которая сможет влиять на колёса индивидуально.

Недостатки мотор-колеса

Казалось бы, устройство практически идеальное — бери и ставь на поток, но, не так всё просто! Имеет место несколько не решённых на данный момент проблем. Основной из них является большое количество механизмов, которые нужно как-то разместить внутри обода. Высокооборотистые электрические двигатели, требуют наличия понижающего редуктора. Он должен обладать скромными габаритами и быть герметичным. Естественно, механизм добавит некоторое количество веса к общей массе мотор-колеса.

Солидная неподрессоренная масса, то есть, слишком тяжёлые колёса, могут негативно повлиять на комфорт и безопасность. К этому можно смело добавлять повышенный износ элементов подвески и передачу на кузов повышенного уровня вибраций. Оптимальная масса мотор-колеса без учёта резины, для среднеразмерного транспортного средства, должна варьироваться в пределах 10-30 килограмм. Вся проблема в том, что разработчикам весьма затруднительно войти в эти жёсткие ограничения.

Мотор-колесо Michelin

Данный французский бренд стал популярен во всём мире не только благодаря разработкам высококачественной резины, он ещё прославился тем, что его специалисты занимаются исследовательской деятельностью в области создания экономичного и экологически чистого транспорта. А самое главное, что касается нашей темы, Мишлен уже 15 лет занимается разработкой инновационных мотор-колёс предназначенных для электрокаров. Изделия «Michelin active wheel» в составе своей конструкции имеют тяговый электромотор, компоненты управления, элементы подвески, а также тормозной системы. Такие высокотехнологичные приспособления можно устанавливать как на передней оси электромобиля, так и на задней.

Общая масса такой конструкции не более 35 кг, что является вполне приемлемым результатом. Основной упор инженеры делали на миниатюрный электродвижок собственной разработки, который является сегодня на рынке самым компактным агрегатом подобного типа. Небывалое соотношение его мощностного потенциала к его весу, предоставляет конструкторам уникальную возможность снизить неподрессоренную массу ходовой части средства передвижения. В принципе, подобной затеей задавались и другие производители с мировым именем, к примеру Mitsubishi и Siemens, однако их проекты так и не дотянули до массового производства.

Мотор-колесо Protean Electric

Казалось бы, МК для электромобилей имеет все шансы стать массовым продуктом, предлагая потребителю большое количество преимуществ. Однако многие разработчики так не посчитали и столкнувшись с непреодолимыми конкретно для них техническими трудностями, решили отказаться от подобных проектов. Жаль конечно, но, остались и энтузиасты, например в лице американской фирмы Protean Electric, которая уже очень близко подошла к созданию практической конструкции.

Их система называется Protean Drive, она была успешно испытана на таких машинах как Volvo C30, Mercedes-Benz SLS AMG Coupe, Vaxhaull Vivaro, а также Ford F-150. В конце 2012-го года, авторитетное заокеанское издание Car and Driver, внесло изобретение Protean Drive в десятку самых перспективных технологий 2013-го года. По ходу работы над многообещающим проектом, было оформлено 23 патента! Рабочий образец инженеры показали в апреле 2013-го года.

МК Protean Drive предназначается для эксплуатации на электрокарах и гибридах. Технология может быть легко адаптирована к уже производимым моделям либо может применяться для переоборудования транспортных средств с ДВС в гибридные модификации. Система позволяет организовать автомобилю любой тип привода: передний, задний и на все четыре колеса. Комплект состоит из электродвигателя, инвертора и блока управления с ПО. Всё это богатство непринуждённо вмещается внутри обычного 18-24-дюймового колеса. Protean Drive даёт возможность повысить энергетическую экономичность больше чем на 30%, в зависимости от возможностей АКБ и режима движения.

Разработка Protean Electric предлагает весьма привлекательные показатели удельной мощности — 110 лошадиных сил и тяги — 800 Нм. При таких показателях, оборудование имеет массу всего 31 кг. Устройство превосходит другие разработки и по возможностям рекуперации: для подзарядки аккумулятора используется до 85% энергии торможения. Естественно, данное обстоятельство положительным образом влияет на дальность пробега на одном заряде, конкретно, речь идёт о 30-процентном увеличении преодолеваемой дистанции.

Отечественные разработчики мотор-колёс

Не обошла стороной данная идея и инженеров из России — Дуюнова и Шкондина. Оба уже наделали много шума в Интернете. Но к сожалению, не на техническом совершенстве их изобретений делают акцент пользователи (хвалят в основном они сами себя), а на попытках надуть народ. На форуме есть несколько статей этому посвященных:

Но как бы там не было, почитать о подвигах кулибинов интересно, тем более, что оба постоянно угрожают технической революцией.

Нельзя упустить из виду тот факт, что в 2017-ом году был представлен прототип компактного ситикара оборудованного двумя парами мотор-колёс Дуюнова. Концепцию мини-кара разработал сам Дмитрий Дуюнов и транспортному средству было дано два рабочих названия: Zetta и ElPanda. Каждое мотор-колесо выдаёт мощность 18,1 kW, итого, получается 72,4 kW, а в переводе на лошадиные силы — это 98 лошадок, что для такого автомобильчика весьма солидной цифрой является. Про крутящий момент и говорить нечего, он у этого маленького аппарата подобен суперкару оборудованному ДВС — в сумме 800 Нм! В качестве источника питания, выступают Li-ion аккумуляторы ёмкостью 10 кВт·ч, которых, если верить предоставленной разработчиками информации, должно хватить на обеспечение 200 км пробега на одном заряде.

Машина построена на масштабируемой архитектуре и может увеличиваться до любых размеров. Кузов представляет собой сварную раму, изготовленную из стеклопластиковых панелей. Масса авто составляет 820 килограмм, однако применение алюминия, позволит снизить вес до 555 килограмм.

В конце 2018-го года, во Всемирной паутине всплыли изображения новой версии, которая получила название «Zetta Модуль 2». Внешний вид миниатюрной машинки был преобразован, однако технические характеристики деятели оставили без изменений.

Ожидается, что электрокар будет поставляться потребителю в нескольких комплектациях пассажирской модификации. Компоновка возможна как переднеприводная, так и полноприводная. На данный момент проект находится на стадии опытно-промышленного производства и ожидает сертификацию. В год планируется выпускать более 10 тыс. единиц Zetta. Однако на территории РФ будет оставаться только половина этих электрокаров, остальная же партия предназначена для экспорта. Себестоимость продукции пока не разглашается.

Заключение

Простота и эффективность мотор-колеса для электромобиля не может не привлекать внимание разработчиков со всего мира, постоянно стремящихся сделать своё оборудование более совершенным. Конечно, как и любое оснащение, мотор-колесо имеет недостатки, но всё равно, некоторые специалисты делают на него ставку и в будущем, скорее всего эти минусы будут сведены к минимуму. При этом очень приятно, что в этой области преуспели и российские изобретатели. Глядишь, не сегодня-завтра, народ будет колесить по городским улицам на суперсовременных, высокотехнологичных и доступных для широких масс электромобилях отечественного производства!

Мотор-колёса для электровелосипеда

Мотор-колесо (электроколесо) устанавливается вместо переднего или заднего колеса велосипеда. Оно сразу заспицовано в прочный двойной обод нужного размера. Конструкция позволяет использовать и дисковый тормоз и v-brake. Переключение скоростей велосипеда не нарушается.

В комплекте с мотор-колесом идёт контроллер и ручка газа на выбор. Для полного комплекта так же понадобится батарея.

Редукторные моторы

Лёгкие (до 4.5 кг) и свободно вращаются вперёд благодаря обгонной муфте. Подходят для спокойных (до 35 км/ч) катаний по городу и паркам, в режиме помощи педалям или только электро.

Direct-Drive моторы

Универсальные моторы с функцией электроторможения. Быстрее (до 60 км/ч), мощнее (до 1.5 кВт) и тяжелее (до 7.5 кг). Для алюминиевых рам рекомендуем усилители дропаутов.

Мощные Direct-Drive моторы

Моторы для высоковольтных конфигураций (77-85 В). Развивают скорость до 80 км/ч. Только с использованием усилителей дропаутов или специально разработанных рам.

Моторы для фэт-байков (Fat-bike)

Моторы с широким ободом и длинной осью, подходящие для фэт-байков.

Частые вопросы

А мой велик подходит?
Большинство стандартных велосипедов совместимы.
Ширина посадочного места — 100 мм под переднее колесо, 135 мм под заднее (стандарт).
На заднее колесо влезает фривил на 9 звёзд (в комплекте идёт на 6).

Лучше переднее или заднее?
Заднее.
Переднее ставится если нельзя установить заднее (например, планетарное переключение передач). Максимальная мощность переднего колеса — 1 кВт.

Установить сложно? Я сам(а) смогу?
Снять колесо с велосипеда, переставить покрышку и камеру на мотор-колесо, установить мотор-колесо на место велосипедного, накачать камеру. Закрепить контроллер, ручку газа и батарею на велосипед. Соединить все провода, отрегулировать переключение скоростей и тормоза.
В первый раз — несколько часов, в сотый — около 25 минут.

Мотор мешает ехать на педалях?
Редукторный — нет, благодаря обгонной муфте он свободно вращается вперёд
Директ-драйв — немного мешает, но реально заметно только на высоких скоростях.

Тяговый или скоростной ДД выбрать?
Обычно лучше тяговый. Скоростной — для ободов 24” и меньше.

А что с тормозами?
На моторах есть крепление под диск и полоса на ободе под v-brake. В большинстве случаев проблем не возникает.

Можно ли заряжать педалями?
Теоретически можно, но только на ДД и высоких (>30 км/ч) скоростях. Практически — лишено смысла, возврат энергии слишком незначителен.

Нужны усилители?
Для мотора Light — рекомендуем один.
Для мотора Classic — рекомендуем два для использования рекуперации и один без использования.

Мотор надежный?
10 тыс км за полтора года без перерыва на зиму — полёт нормальный!

Есть гарантия?
1 год.

Хочу другой контроллер, стоит ли?
Обычно нет, комплектные контроллеры хорошо подходят для большинства задач.

Ручки тормоза нужны или можно без них?
Для редукторного колеса — не нужны.
Для ДД — нужны только если используется электротормоз с контроллерами Infineon.

LCD3 обязателен?
Не обязателен, но регулировать режимы помощи педалям (если установлен PAS) можно только с него.
Для управления ручкой газа дисплей не нужен. Но с ним приятней 🙂

PAS сенсор нужен?
Он добавляет возможность давать газ не держа ручку. Иногда это удобно, но для изменения режимов нужен дисплей LCD3.

Хочу использовать мотор как ветрогенератор/электрокультиватор/тягач/гусеницу и т.п. Можно?
Да. Хоть летать 🙂

Мотор-Колесо. Motor Wheel.

Добро пожаловать на сайт motor-koleso.ru. Данный проект посвящен различным мотор-колесам, технологиям, авторам, продуктам.

Мотор-колесо — разновидность ведущего колеса, комплексный агрегат, в котором объединены непосредственно колесо, электрический двигатель, силовая передача и тормозная система.

Описание
Мотор-колесо представляет собой агрегат, объединяющий колесо и встроенные в него тяговый электродвигатель, силовую передачу и тормозную систему (таким образом, каждое мотор-колесо имеет индивидуальный привод). Устанавливается, как правило, в подвешенном к раме кронштейне (в случае, когда колесо не является управляемым) либо в установленном в поворотной цапфе подшипнике (в случае, когда колесо является одновременно ведущим и управляемым). Питается энергией от двигателя внутреннего сгорания через электромеханическую трансмиссию (преимущественно на автомобильной технике, главным образом тяжёлой), от контактной сети (на троллейбусах и троллейвозах) или от аккумулятора (на электромобилях и электровелосипедах, либо, в качестве дополнительного источника энергии, на автомобильной технике с двигателем внутреннего сгорания, такой как гибридные автомобили, или троллейбусах). Может функционировать в двух режимах — тяговом и генераторном. В тяговом режиме вращение передаётся с вала якоря электродвигателя, работающего в двигательном режиме, через редуктор к внутреннему зубчатому венцу ведущего колеса; в генераторном режиме, используемом для электрического торможения, электродвигатель переходит в генераторный режим работы, а электроэнергия преобразуется в тепло на тормозном реостате (реостатное торможение) либо возвращается в электрическую сеть или применяется для зарядки аккумуляторов (рекуперативное торможение).

Наибольшее распространение мотор-колёса получили на самосвалах особо большой грузоподъёмности.

Все мотор-колеса подразделяются на 2 типа:
1. Редукторные,
2. Безредукторные (бесщёточные) или Директ-драйв (Direct Drive — прямой привод).

Редукторные моторы:

В нутри мотор-колеса, помимо статора и ротора находятся 3 пластиковые шестерни и фривил, позволяющие поднять крутящий момент колеса, а так же незначительно улучшить накат, из-за отсутствия так называемого зубцового эффекта. Но за все это приходится платить недолгим сроком службы мотора, постоянно меняя эти недешевые шестеренки, которые к тому же отсутствуют в свободной продаже. Так же у данного типа моторов невозможно организовать торможение двигателем (рекуперация), что приводит к очень быстрому износу тормозных колодок на велосипедах, оснащенных таким мотором.

Кроме того, редукторные моторы требуют смазки через каждые 1-2 сезона, а это в свою очередь:
— запах масла, в месте хранения электровелосипеда,
— затраты на тех.обслуживание и ремонт (актуален вопрос постгарантийного обслуживания).

Типичная неисправность редукторного мотора: слом пластиковых (так называемых «композитных») шестерёнок. Чем больше вес седока, тем больше возрастает вероятность слома шестерёнок.

Безредукторные (бесщёточные) Моторы или Директ-драйв (Direct Drive):

Директ-драйв моторы гораздо более надежны, так как в них нет никаких изнашиваемых элементов, кроме подшипников, которые рекомендуется планово менять после пробега в 150 тыс.км. (при нашем климате, это десятки лет). Они не требуют смазки, как редукторые моторы, т.е. полностью отсутствет запах смазочных материалов (особенно актуально, если хранить электровелосипед в квартире).

Обычно такие мотор-колеса отлично работают в равнинных местностях, где нет крутых длинных подъемов, и позволяют в большинстве случаев вообще не использовать тормозные колодки при активированной функции рекуперации, оставляя их только для экстренного торможения.

Одним из Direct Drive моторов является Magic Pie 3. В нем так же, как и в других моторах этого класса, отсутствуют трущиеся и изнашиваемые элементы, присутствует функция рекуперативного торможения.

Отличительной особенностью данной модели является увеличенный диаметр статора и ротора, что сильно увеличивает крутящий момент, подобно редукторным колесам, но сохраняются все возможности директ-драйва. В Magic Pie 3 существенно переработан и улучшен встроенный контроллер, применена новая элементная база, что позволяет добиться лучшей динамики при разгоне и покорять крутые горы. Сохранена и расширена возможность программирования внутреннего контроллера, что позволяет выставить желаемый режим эксплуатации мотора.(например поднять мощность до максимума, при поездках по горной местности, или наоборот, снизить скорость и мощность, до безопасной если ваш ребенок тоже захочет покататься)

Так же компания Golden Motor существенно переработала коммутацию проводов в Magic Pie 3. Теперь, после установки набора на велосипед, все выглядит опрятно, нет никаких болтающихся лишних проводов и разъемов, благодаря использованию Soket Dispenser:
Все элементы управления, находящиеся на руле, такие как: ручка газа, ручки тормоза, круиз-контроль, свет, сигнал, которые пронумерованы и подписаны теперь подключаются к единому диспенсеру управления, который к тому же защищен от брызг, в отличие от обычных разъемов, используемых в аналогичных наборах электрификации. От него в мотор уже идет один единственный провод. Благодаря этому Magic Pie 3 не портит внешний вид вашего велосипеда и он продолжает выглядеть презентабельно!

Мотор-колесо Шкондина

Абсолютно новое, но набирающее популярность мотор-колесо Шкондина — это электрический двигатель оснований на принципе работы линейного ускорителя, который применяется в автомобилестроении. Это такой себе «мотор в колесе». На ось ведущего колеса закрепляются дисковые пластины. Ось, в свою очередь, закрепляется с колесом ротора, на котором по периметру располагаются постоянные магниты. При вращении в статоре с закрепленными соленоидами на них воздействует короткие импульсы тока, и создается переменное магнитное поле.

Данное изобретение было придумано еще в 80-х годах Яном Львовичем Колчинским, и долгое время одна лишь идея внедрить его в производство вызывала насмешки. Первым в изобретение поверил Василий Шкондин, основатель компании «Ультрамоторы». И в 1991 году изобретение было запатентировано.

Данное устройство разрабатывалось для электротранспорта. Это значительно увеличивало экологичность готового продукта, при достаточно небольшой стоимости.

Мотор-колесо Шкондина -это изобретение новое слово в машиностроении, альтернатива аккумуляторного транспорта. Отличительной чертой именно этого мотор-колеса является эксплуатационные характеристики – данное устройство позволяет преодолевать расстояние, в несколько раз превышающее при работе обычного электродвигателя. Кроме этого, если его сравнивать с иными конструкциями мотор-колес, именно двигатель Шкондина отличается более простой схемой строения агрегата. Он состоит из 5 узлов, что делает производство более выгодным в производстве, эксплуатации и ремонте. При этом качественные характеристики являются высше чем у конкурентов.

Мотор-колесо Смирнова

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в качестве мотор-колеса транспортных средств. Мотор-колесо с бесконтактной коммутацией состоит из источника регулируемого напряжения, дискового ротора, а также статора, снабженного магнитами и рядами электрических блоков. Указанные блоки содержат секции катушек и датчики положения ротора, например датчики Холла. Такая конструкция мотор-колеса позволяет получить высокую удельную мощность при унификации узлов и деталей. 4 з.п. ф-лы., 7 ил. Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в качестве мотор-колеса транспортных, дорожных и других передвижных средств. Известен мотор-колесо, содержащий встроенную в колесо асинхронную электрическую машину, при этом статор с магнитопроводом неподвижно закреплен на оси колеса, на магнитопроводе статора размещены магнитные элементы, ротор установлен подвижно на оси колеса и имеет магнитопровод с короткозамкнутыми обмотками (см. Патент СССР N 1725780). Известный мотор-колесо имеет ряд недостатков: недостаточный пусковой момент, сложную систему управления и низкий КПД.

Мотор колесо Дуюнова

Мотор Колесо Дуюнова без магнитов — уникальный асинхронный электромотор. Асинхронный двигатель, но в нем более оптимально расположены обмотки. Все началось с перемотки существующих асинхронников на так называемую «славянку»

Электродвигатели «Славянка» являются эффективным средством снижения расхода электроэнергии и эксплуатационных затрат. Преимущества электродвигателей по сравнению с обычными асинхронными:
— Достижение высокого коэффициента полезного действия в диапазоне нагрузок 25 – 150% от номинальной, что в реальных условиях эксплуатации позволяет уменьшить расход электроэнергии на 15 – 50%
— Увеличение максимального крутящего момента на 10 – 100%
— Увеличение пускового момента на 20 – 50%
— Уменьшение пусковых токов в 2 раза, что снижает пиковые нагрузки на сеть и позволяет отказаться от использования устройств плавного пуска
— Снижение уровня шума на 6 – 7 дБА
— Уменьшение температуры нагрева обмоток, что, фактически, исключает возможность перегорания обмоток

«Славянка»?

Основные области применения – транспортные системы, подъемное оборудование, вентиляторы, насосы, компрессоры, редукторы, станки и т.д. Т.е. электродвигатели Славянка выгодно использовать в любой сфере, заменяя ими обычные трехфазные асинхронные электродвигатели. В частности, такие двигатели успешно применяются для электрических автомобилей, автобусов, железнодорожного транспорта. Совокупность положительных качеств электродвигателей «Славянка» особенно ярко проявляется в тяжелых условиях эксплуатации. Электродвигатели с совмещенной обмоткой по своим присоединительным размерам полностью соответствуют стандартным асинхронным электродвигателям, но, по желанию заказчика, могут поставляться и в исполнении с уменьшенными габаритами.

Классификация мотор-колёс по месту установки

Задние

Устанавливаются на заднюю ось и имеют в своём распоряжении резьбу или шлицы под кассету либо трещотку цепи.

Передние

Скоростные и тяговые мотор-колёса
Собственно, тяговый движок или скоростной, зависит от того, какое число витков в обмотке статора. Данный параметр подбирается при изготовлении девайса и при этом учитывается диаметр обода, а также нужный скоростной режим и тяговитость электродвижка.

Параметры мотор-колеса
Самым важным параметром электрического двигателя является его мощность. Когда колесо соприкасается с дорожной поверхностью, крутящий момент на оси преобразовывается в тяговую силу.

Соответствующие характеристики моторизированного колеса подбираются в зависимости от специфики эксплуатации, переносимой нагрузки, требуемого значения предельной скорости, а также специфики ландшафта. В любом случае, помимо мощности нужно обращать внимание и на такие параметры как номинальное напряжение, эффективность, масса, класс защиты от влаги, рекомендуемая нагрузка, материалы из которых изготовлен гаджет.

Что касается особенностей поставки мотор-колёс, то они могут предлагаться как заспицованными в обод, так и отдельно. Первый вариант обойдётся вам подороже.

Источник Источник Источник Источник Источник http://natoke.ru/articles/218-motor-koleso-dlja-elektromobilja-ustroistvo-plyusy-minusy-izvestnye-razrabotchiki.html
Источник Источник Источник http://e4bike.ru/collection/motor-kolesa
Источник Источник http://motor-koleso.ru/