Бюджетный самоварный миддрайв для горок и дорог

[RommT]

Наконец то наступила весна, и пора готовить электробайк к новому сезону! С одной стороны, ездить более одного сезона на одном электробайке скучно, с другой, этот меня почти полностью устраивает по совокупности характеристик. Конечно хотелось бы компактней, легче, на больших колёсах, с педалями, быстрее, резвее, дальнобойней, и чтобы был как у [user]ferum[/user] или Пирамиддл Терминатора. Но такими технологиями не владею, денег на опасный литийион нет, так что ограничусь небольшой переделкой.

- Надо заменить заднее колесо, bmx спицы выдержали сезон, но уже в октябре начали лопаться одна за другой. И ступица с эксцентриком не внушает доверия, как она не сломалась от моего стиля езды не понятно! Предварительно присматриваюсь к передним колёсам 16"х1,85 от питбайков, они вроде полегче задних. Не получается найти такое кроме пары интернет магазинов не внушающих доверия, может есть у кого?

- Не хватает момента со старта и максималки одновременно. Хоть и могу свободно заезжать в горки 30+ градусов, но делаю это недостаточно динамично, для конкуренции с чупабайками надо бы момента хотя бы на треть побольше. Со мной динамика разгона ещё хорошая, но с ездоками 90+кг весом едет уже как то тухловато. Нужно что-то сделать с двигателем, либо поставить миникрошку с 45мм магнитами, момента она выдаст больше даже на том же токе. Но всё равно, какое передаточное соотношение не сделать, полноценно совместить внедорожную езду и городскую сложно. Сейчас вижу два варианта дальнейшего развития:
           1) Переключить мотор в треугольник, обороты вырастут, момент упадёт, но максимальный момент мотора останется неизменным. Следовательно, увеличив фазный ток в минике в полтора раза, получу в полтора раза больше момента при той же скорости и наоборот, при том же моменте в полтора раза больше скорости если оставить старые звёзды. Однако, больше 90км/ч разгоняться не планирую и поднимать ХХ выше этой скорости смысла нет.
           2) Сделать 2х скоростную КПП. От рекуперации отказываться глупо, по этому планетарные втулки отпадают. Вариатор Нувинчи теоретически может передавать момент в две стороны, но нужный мне крутящий момент она не потянет, а если вставить её в промежуточный сегмент с повышенными оборотами, то будет вносить слишком большие потери. Обычные вариаторы от скутаров тоже неэкономный вариант. Для электромотора, тем более что достаточно 2 передач с отличием по оборотам в 2-3 раза. Первая для горок, грязи и прыжков, вторая для дорог с высокой максимакой. Имеется в наличии КПП от токарного станка, там достаточно шестерёнок и шлицевых валов. Делать обе передачи зубчатыми черевато повышенными потерями и шумом из КПП, так что лучше сделать основную передачу прямой с помощью муфты, а пониженную/повышенную через 2 зубчатые передачи и дополнительный вал.

Пока вижу КПП как то так. Заштрихованные детали двигаются вправо-влево, слева пониженная передача, потом нейтральное положение, справа входит в зацепление зубчатая муфта для прямой передачи с пониженными потерями. Думаю, если ХХ будет 30-35км/ч на первой и 70-80км/ч на второй, то будет оптимально учитывая, что с Миником разгоняться можно примерно на + четверть скорости выше ХХ практически не теряя момента (50км/ч на первой и 100км/ч на второй).
Как думаете, имеет смысл такая конструкция, если по весу удастся уложиться в разницу весом миникрошки и киловаттника?

[SolarRay]

[user]RommT[/user], после переключения на повышенную, разгон до ~60-70 будет хуже чем сейчас. Может не получится сделать переключение под нагрузкой, например придётся для него ожидать остановки вращения мотора и/или добавлять обгонки на входе и выходе.
Наверное, для начала лучше в треугольник + повысить редукцию, правда может с железом или ещё чем-нибудь не повезти (будет на верхах перегреваться).

[RommT]

[user]SolarRay[/user], По железу тоже опасаюсь, частоты высокие получаются.
С самого низа разгон чуть пострадает, но за то начиная с середины и до верха будет лучше, так как сейчас у меня мотор пол разгона в опережении фаз работает и свои 6квт только до 40км/ч потребляет, потом плавно падает до 3квт на 85км/ч при ХХ на 60км/ч. Два года назад ездил на bmx с этим же мотором и контроллером, мотор был в том же колесе 20", но без редукции. Разгон был помягче но тоже очень приятный, особенно на верхах хорошо тянуло, в районе 60-70, ХХ был 105км/ч. Так что думаю мотору будет даже немного легче, так как потокосцепление на верхах будет полное, без ослабления, и редукция всё же треть момента от варианта с МК добавит.

Как то так, надо снять остальные шестерни и выбрать две пары по размеру. Сверху получается надо два вала пустить, снизу один.

[RommT]

Оказалось во всей КПП только две комбинации шестерёнок с совпадающимся расстоянием между осями, но к счастью одна из комбинайций по передаточному соотношению как раз подходит.

На прямой передаче второй вал будет полностью отключаться чтобы не превращать кпп в масломолотилку и не терять в КПД ещё сильнее, на двух цепях будет и так падать прилично. Пока думаю как сделать корпус, собираемый из пластин, или литой из алюминия. Наверно надо чтобы там было налито масло хотя бы на уровне второго вала, чтобы ресурс пониженной передачи был побольше.
Заказал питбайковское переднее колесо вместо моего заднего, чтобы не перетяжелять лишний раз и 16" передний встречается чаще заднего. С КПП хилая веловтулочка уже точно не потянет! И натяжители колеса надо будет поставить с обоих сторон, так как раньше одного еле хватало, периодически колесо передвигал назад в ровное положение, благо с эксцентриком это дело нескольких секунд.

[SolarRay]

[user]RommT[/user], как вариант, можно сделать корпус из толстой пластиковой трубы (или железной).

[DIVAS]

Интересный проект!
Вчера увидел тему, сегодня всю прочитал.

Не могу не вернуться к причинам и физике вытягивания цепи, т.к. причины не были в достаточной мере рассмотрены, а физика вытягивания была описана не совсем верно.

Спойлер

Износ осей роликов и самих роликов - это только часть проблемы. Если бы проблема была только в этом, у изношенной цепи не изменялся бы шаг и она бы до конца срока службы могла полностью ложиться на дно зубьев звезды.
Кроме этого износа роликов ещё и физически вытягиваются боковые щёки звеньев цепи. Именно из-за этого физического удлинения щёк цепь перестаёт попадать на все зубья больших звёзд и со временем перестаёт ложиться на дно зубьев звезды.
Это разные виды износа цепи и происходят они по разным причинам.

Вытягиваются цепи по нескольким причинам:
1. Механическая перегрузка. Если цепь очень сильно тягать, то звенья вытягиваются быстрее. У каждой цепи есть своя допустимая рабочая нагрузка, в пределах которой цепь имеет довольно большой срок службы. А если эту допустимую нагрузку сильно превышать, то цепь может вытянуться намного (в разы) раньше ожидаемого срока.
2. Кривая линия цепи (чейнлайн, Chain Line). Если плоскости звёзд хотя бы немного смещены относительно друг друга или оси непараллельны, то цепь будет быстро вытягиваться уже при четверти номинальной нагрузки, т.к. при малейшем перекосе всё тянущее усилие берёт на себя только одна щека из двух, при этом на сходе с ведомой  звезды (и на заходе на ведущую звезду) оси роликов прекашиваются и звенья начинают работать на излом. Кроме того что от этого быстрее вытягиваются щёки, это одна из основных причин быстрого износа осей роликов.

А износ роликов происходит по другим причинам:
1. Из-за работы на очень маленьких звёздах звенья цепи поворачиваются на большой угол, сила трения совершает больше работы в каждом звене и больше изнашивает ролики и оси роликов.
2. Из-за кривой линии цепи звенья цепи вынуждены изгибаться не только в штатной плоскости, но и поперёк этой плоскости. При поперечном изгибе нагрузка на каждую ось и каждый ролик при сходе с ведомой звезды (и при заходе на ведущую) из распределённой тянущей превращается в точечную ломающую и износ цепи увеличивается на порядок.

Поскольку большинство велосипедистов на многоскоростных велосипедах 90% времени ездят на 2-3 звезде спереди, активно переключают звёзды сзади (предпочитая мелкие) и педалируют сидя (т.е. без наваливания всем весом на педали в прыжке), у них цепи работают в пределах номинальных нагрузок на разрыв, зато подвержены очень сильному износу трением из-за перекоса чейнлайна и мелких звёзд сзади. Поэтому у них цепи почти всегда сильно изнашиваются в области осей роликов и заметно реже вытягиваются щёки цепи.
А на односкоростных велосипедах чейнлайн обычно прямой и при наваливании стоя в прыжке всем весом на педали щёки цепи сильно вытягиваются, а ролики и оси при этом остаются как новые.

Чтобы максимально увеличить ресурс цепи, нужно обеспечить строгую параллельность осей колеса и мотора и строгое совпадение плоскостей звёзд. Диаметр обеих звёзд есть смысл увеличивать до тех пор, пока номинальная нагрузка на цепь не снизится до 60-80% от допустимой. Типоразмер цепи также следует выбирать правильно.
Диаметр осей роликов и толщина щёк обеспечивают нагрузочную способность цепи, а диаметр роликов и ширина роликов - площадь контакта со звёздами, а значит и их ресурс.
При этом чем больше диаметр звёзд - тем меньше угол поворота каждого звена и меньше разрушительная работа сил трения в звеньях цепи, а также меньше нагрузка на цепь.

КПП из станка имеет нюансы - её нельзя переключать на ходу. При такой массе ротора двигателя на одном конце и нагруженном колесе на другом конце ей покрошит зубья от таких переключений  очень быстро.
Хотя если использовать эту КПП как просто переключатель режимов езды "город/трасса" и переключать только при остановках, то жить будет.

[RommT]

Приобрёл новое питбайковское колесо на 16", переднее, но поставлю назад, ступица переднего легче и обод по-уже. Звезду как обычно поставлю вместо тормозного диска, но, возможно на свободную от цепи часть получится установить механический тормозной суппорт, тогда будет решена проблема скатывания с горок, а то передний тормоз от скатывания назад не спасает. Так как момент ожидается теперь под 400нм, то дальше ездить на веловтулке с эксцентриками никак нельзя. Резину тоже надо будет поменять на нормальную мопедную Петрошину, так как эти слики по грунтам и по грязному асфальту сомневаюсь что будут хоть как то держать.

КПП из станка имеет нюансы - её нельзя переключать на ходу. При такой массе ротора двигателя на одном конце и нагруженном колесе на другом конце ей покрошит зубья от таких переключений  очень быстро.
Хотя если использовать эту КПП как просто переключатель режимов езды "город/трасса" и переключать только при остановках, то жить будет.

Скорее всего можно будет переключать при сброшенном газе, по крайней мере видел как токарь это делает. Но на прямой передаче разгон всё равно будет динамичней, так как мотор в насыщение по оборотам не будет сразу выходить. Но конечно есть риск зубья поломать, ширина шестерёнок всего 8мм.

[DIVAS]

Скорее всего можно будет переключать при сброшенном газе, по крайней мере видел как токарь это делает.

Я тоже видел... И кучу стального фарша из ломаных шестерён в картере КПП станков я тоже видел... Не все токари одинаково полезны для станков. После некоторых станки быстро ломаются.

Ротор МК - это большая масса, большой момент инерции. Катящееся по дороге нагруженное колесо - это тоже большая инерция. Если две больших инерции столкнутся на очень разных скоростях на зубьях шестерён - кирдык зубьям.
Чтобы мягко переключить передачу, нужно обеспечить примерно равные скорости зубьев. Проще всего остановить механизм, но есть и другие способы.
Эти способы хорошо знакомы опытным автолюбителям, ездившим на автомобилях "Таврия" - там трос сцепления часто рвётся в самый неподходящий момент и приходится осваивать езду без сцепления. Старт с места на стартёре на 1ой передаче, потом разгон, игра оборотами ДВС на слух и включение второй передачи... Потом третью и четвёртую также, на слух.
Т.е. нужно сбросить газ, потом скинуть КПП на нейтраль, после этого синхронизировать скорость зубьев шестерён (т.е. управлять оборотами двигателя, пока скорости зубьев КПП не будут почти равны) и уже после этого втыкать другую передачу.
В Вашем случае можно переключать также.
Вы, кажется, что-то писали про Ардуино в начале темы. Я думаю, Вы без труда разберётесь, как с помощью Ардуины и пары сервомашинок полностью решить эту проблему до полной автоматизации переключения по нажатию кнопки, или хотя бы сделать просто синхронизатор оборотов для безопасного ручного переключения.

А я тут ещё вспомнил, что есть такая штука, как КПП от мотоцикла. Там и сцепление есть, и передач побольше... Хотя и проблем с использованием без родного двигателя тоже немало.

[krym2016]

в какойто теме вроде обсуждали уже,электро-синхротор,для электро, без сцепления.


Переключить (скорость на ходу) вроде нет особых проблем кроме разногласности валов,которая легко устраняется с опытом.

[RommT]

Перепаял мотор в треугольник, поставил звёзды 22 на мотор и 50 на колесо, колесо чуть больше диаметром и шириной 10см. Без OVS скорость холостого хода получилась 84км/ч, но с контроллером возникли проблемы из-за низкой индуктивности мотора, по этому поводу отписался в "треугольной" теме. При 20а фазного тока стартует с трудом и не всегда, при 70а фазного вяло разгоняется воняя фазными до 30км/ч и мощно подхватывает только там. Назад в звезду переделывать не стал, заказал несколько железных колец D300-52T, поставлю по дросселю на каждую фазу чтобы замедлить нарастание тока в такте ШИМа и сгладить высокочастотные пульсации от псевдосинуса, конденсаторы на фазы вешать не буду, так как хоть кпд в таком случае было бы выше, но и дроссели на токи до 150а понадобились бы бОьшие при частоте 18кгц, так что будут работать в режиме насыщения при полном газу и лишь добавлять немного индуктивности мотору, а не полностью заменять её своей.

Как и предполагал сликовая "дорожная" покрышка абсолютно не держит по грунту, по песку буксует ещё хуже мопедной Петрошины на узком ободе, и для езды по мокрому песку приходилось полностью откидываться назад нагружая заднее колесо. Во время испытаний случилась метель и всё покрылось снегом, оказалось что мопед прекрасно едет боком по свежему снегу на грунте, но прямо практически отказывается. При этом перед прекрасно сцеплялся с поверхностью и ни разу не упал, хотя круги накрутил отдуши. Не знаю как сейчас все ездят на таких покрышках, но как по мне это просто опасно! Малейшее торможение в повороте на правой полосе где после дождя собирается грязь возле перекрёстков грозит заносом или падением, на пыльной дороге и с небольшим снегом тоже. Буду присматривать что-нибудь позубастее, но в то же время чтобы не мешало езде по асфальту.

[Capricorn]

Слик ещё и острые предметы цепляет распрекрасно - по опыту эксплуатации велопокрышек. Заманался клеить и выбросил из-за пореза, на новых зубастых (около центра грунтозацепы в шахматном порядке, так что поверхность качения б.-м. круглая) за прошлый сезон 1 прокол.

Кроме того, было падение на слике в повороте на асфальте, слегка и не полностью припорошенном крупным песком (на слике это вышло как горсть шариков под "ноги").

[RommT]

Кольца для дросселей ждать ещё несколько дней, в праздники удалось вырваться в мастерскую, решил попробовать сделать дроссели из ферритовых колец. Разобрал ферритовый дроссель от электромобиля, 20 колец м2000нм1, разделил по 7+7+6шт и одел на фазные провода. По примерным расчётам на малых токах индуктивность должна добавится порядка нескольких микрогенри на каждом проводе, а ток насыщения с учётом падения проницаемости по мере роста поля около 100а. Как и ожидал, оптимальный угол не изменился, а инд-тайминг немного съехал. На холостом ходу поведение мотора не изменилось, однако тянуть стал немного лучше. С прошлого раза настройка фазного тока более 40а вызывал резкий нагрев проводов вплоть до дыма от разъёмов, теперь даже при максимальном токе 140а провод чуть тёплый как раньше! Тянет по ощущениям почти не хуже чем раньше на звезде с меньшей редукцией, при фазном 70а ногами удержать байк на месте не могу. Однако рывка со старта нет, тянет сильно но очень плавно и при упоре колесом в стену мотор сбивается с синхронизации, а только потом начинает буксовать по асфальту, я при этом сижу в седле, но в звезде он это делал увереннее. Мощность потребления с ферритом со старта выросла примерно раза в полтора, но батарейный ток нарастает всё равно медленнее чем на звезде. Рекуперация улучшилась, но пока всё ещё слабее чем на звезде с меньшей редукцией. KV мотора получился 21, сопротивление фазы 60мОм вместе с проводом.

Значит большие дросселя ставить всё равно надо, но даже ферритовые кольца заметно улучшили картину, ездить можно! Советую попробовать одеть такие владельцам маловитковых моторов, тем более что переделывать ничего не надо, одеваются прямо на фазные провода контроллера.

[RommT]

Настроил получше, рекуперация пришла в норму и по грунту немного блокирует колесо. Разгон на максимальных токах стал бодрее чем был на звезде, стало даже разгружать переднее колесо! До нормальной дороги пока не добирался, но пока разгонялся до 65, разгон буквально несколько секунд, тяга не ослабевает, но на скорости провод снова начинает греться, то есть ширина импульсов ШИМа увеличилась и феррит насыщается. Попробую удвоить количество феррита, если не поможет, то буду мотать железные. Но динамикой доволен, тяга не хуже чем была, и сохраняется уже в более широком диапазоне скоростей! Контроллер стал греться, буквально несколько разгонов и мощность снижается по перегреву, надо будет добавить радиатор если дополнительная индуктивность не поможет.

[SolarRay]

Интересно, дополнительная индуктивность, помогает только при "низко индуктивной намотке" или с "обычной" тоже какой-то плюс будет, или с ней лучше конденсаторы добавлять.

[Statik]

При 20а фазного тока стартует с трудом и не всегда, при 70а фазного вяло разгоняется воняя фазными до 30км/ч и мощно подхватывает только там. 

Неужели 20 ферритовых колечек на проводе контроллера сотворили такое чудо?Хочу использовать ваш опыт,у меня ведь маловитковый мотор,грелся контроллер,но повесил на пасту увесистый радиатор,теперь еле тёплый.

[RommT]

[user]Statik[/user], Контроллер Миник, ему совсем чуть-чуть индуктивности не хватало. Феррита хватило чтобы не насыщаться от коротких импульсов на низких скоростях, а при >40км/ч и мощности >3кВт уже импульсы слишком длинные, и мощность снова идёт в нагрев провода, буду ещё феррит навешивать, благо длины отдельных проводов достаточно. Тем более что кольца из распылёнки задерживаются из-за праздников.

[user]SolarRay[/user],  Конденсаторы можно вешать только если индуктивность дросселей точно будет достаточна для ограничения тока в период ШИМа и не насытится от фазного тока, иначе бахнет. Но физику процесса лучше могут объяснить форумчане Жека, Ончип, Владимир с зелёным запорожцем и Клав-хам.

[RommT]

Удвоил количество феррита, добавил по 3 более толстых кольца. На фазный провод подключил термометр и вывел на руль. Определённо помогло! Погонял по пескам с дикой пробуксовкой, провод нагрелся до 40С, контроллер до 79С и ушёл в защиту. Мотор до 39С при внешней +23. На коротком участке асфальта возле дома набрал 79км/ч при скорости ХХ 86км/ч. OVS не включал. Разгон определённо стал резвее чем был на звезде, тогда "пёрло" до 40км/ч и бодро тянуло до 70, далее ускорение почти не чувствовалось и скорость росла по 1-2км/ч в секунду. Сейчас же разницы в динамике по мере разгона не чувствуется вообще! Забираю мопед в город, посмотрим как покажет себя на настоящих дорогах, возможно придётся ставить радиатор на Миник.

[DIVAS]

[user]RommT[/user], А если продеть провод в кольцо так чтобы получилось 2-3 витка, тогда и колец меньше надо будет...