Легкий фэтбайк с внешним мотором

[Shario]

Легкий фэтбайк с внешним мотором "дрозд"


Характеристики байка:
Платформа: Mongoose ARGUS SPORT 2019
Мотор: Impulsor eLight 2 кВт (4 кВт на 10 минут)
Контроллер: INFINEON 4 (12-FET)
Батарея, Horza bike, сложная форма на заказ: 23S 3P Tesla Panasonic 21700, 5 кг
Ёмкость 14.4 Ач (1192 Втч)
Напряжение: 85.1 В
Полный заряд: 96.6 В
Полный разряд: 69.0 В
Ток длительный: 12.0 А
Ток пиковый: 45.0 А
Цепи: 1/2"х1/8", вело под 1 скорость
Ведущая звезда: 11T Ведомая: 60T
Педальная трансмиссия: ведущая 28Т, ведомая 20Т
Вес: со сток вилкой и покрышками 26х4.0 27 кг, с мягкой вилкой и покрышками 26х4.8 — 29 кг.
Максимальная ширина задней покрышки: 4.9 на ободе 95 мм.
Крепление мотора: PETG пластик, 3D печать, стяжки нейлон 66, 5.0 мм.
Ориентировочная дальность пробега, км
при 25 км/ч 110 км , при 40 км/ч 60 км
Максимальная скорость - 60 км/час.

Если Вам интересно как и зачем создавался этот электрофэтбайк, почему две цепи или сколько это стоит - читайте далее.

Катаясь на 100-200-300 килограммовых мотоциклах мне всегда хотелось лёгкости, причём не только управлении но и в весе. Кто ездил по скользкой дороге, знает — никаких сил не хватит удержать тяжёлый мотоцикл, если оба колёса потеряли сцепление. Идея: построить лёгкое двухколёсное транспортное средство, на котором можно было бы уверенно перемещаться зимой, и по снегу и по льду, по городу, по лесопаркам с естественным покрытием без привлечения особого внимания.
Самый легкий класс мото — это триальные, со снаряжённой массой 60-70 кг, а можно ли сделать ещё легче? Тут уже вело-комплектующие нужны... чтобы собрать мощный но лёгкий электро-фэтбайк, сохранив при этом высокий крутящий момент и велосипедные свойства — небольшой вес и хороший накат, чтобы можно было перемещаться и с помощью педалей тоже. С какой массой реально ездить на педалях? Я уже не раз катался в походах средней сложности, что получалось: 15 кг велосипед, багажник, сумки и приблизительно 10-15 кг вещей, всего около 30.
Для хорошего наката директ-драйв мотор-колёса не подходят, масса у более-менее мощных моделей может достигать 8-10 кг, в то же время есть редукторные мотор-колёса, однако мощности более 750 Ватт я не видел. Имеются ограничения для редуктора: при высоких мощностях он просто перегреется. Во втором случае и масса снижается (4-5 кг) и лёгкий ход остаётся, ведь в редукторе есть обгонная муфта. Есть ещё и кареточные моторы, но что-то высоких мощностей я там тоже не видел, а всё потому, что там тоже редуктор, да и не было уверенности что такое решение встанет на мой фэтбайк без проблем.
Ещё хотелось бы регулировать крутящий момент. Как этого добиться? В случае готовых мотор-колёс проблематично регулировать тягу/скорость, можно конечно переделать колесо под другой диаметр обода, обычно под меньший, больший просто не влезет в раму, или перемотать мотор, что весьма накладно, а в случае с редуктором использовать другой набор шестерёнок (но это не точно). У кареточных моторов достаточно просто переключить скорость на вело-кассете — и это круто. Но это всё рассуждения... Где-то около месяца я искал варианты моторов легче 10 кг с реальной долгосрочной мощность выше 2кВт. И неожиданно попадается в поле зрения отечественный (!) мотор с весьма и весьма интересными характеристиками:

(супер-мотор)
Вес: 2.9кг
Номинальная мощность: 2000Вт (при 2000-2400RPM)
Номинальный момент: 10Нм
Пиковый момент: 20Нм/30Нм (до 10 минут/10 секунд)
Параметр Kv: 39rpm/V
Количество полюсов магнитов: 28
Работа при нагреве до 125° С
Внешний мотор — довольно экзотическое решение на данный момент. Таких электро-байков на улице я не видел ни разу, хотя конечно такие конструкции есть, типа SUR-RON X с весом 50 кг, что весьма не мало и уже приближается к триал-мото... Значит надо делать что-то другое, по-легче. 2кВт при весе 3 кг — отлично, при такой мощности легче только двигатели для тяжёлых грузовых коптеров, такие варианты я тоже рассматривал, но там проблема с перегревом мотора без обдува пропеллером, что мне не очень подходило.
С этим двигателем я сразу определился, конкурентов с такой массой на рынке просто нет, к тому же разработан он был специально для лёгкого электробайка. Как оказалось озвученные характеристики соответствуют действительности, чего о китайских перегревающихся мотор-колёсах я сказать не могу.В реализации это решение не такое простое как готовое мотор-колесо или кареточный узел, зато можно легко менять передаточное отношение путём замены ведущей или ведомой звезды. Прикрепить мотор как-то к раме и настроить трансмиссию. Хотелось собрать это всё из стандартных деталей, чтобы не раздувать бюджет на разработку.
Производитель советует ставить мотор в раму, снимая при этом каретку и систему, используется 8-ми скоростная вело-цепь. Здорово, даже какие-то компоненты уходят для облегчения и так лёгкого велосипеда, но как же привод от педалей? Разрабатывать ещё и редуктор для него? Тут на ум приходит вполне логичное решение: сделать 2 цепи, одна будет идти к мотору, вторая на педали. Где-то месяц не мог найти решение для такого случая, у всех вторая цепь с левой стороны, но тогда не установить задний тормоз. Напомню, что рекуперацией тормозить невозможно, если батарея ещё не подсажена. Готового решения я не нашёл, но кое что удалось выяснить:

(уникальный барабан by Shario)
В старом стандарте Uniglide на шлицах была резьба, несколько дней поисков и я смог найти подтверждение, что это та же резьба, что и на резьбовых втулках под фривил или трещотку: английская  дюймовая 1,37"x24TPI. Какое совпадение! И второе совпадение — стандартный барабан на 10 скоростей даже немного шире чем 2 фривила на 1 скорость. Для реализации надо снять барабан и нарезать на нём резьбу... Что тоже весьма сложная задача ведь в продаже таких плашек просто нет. Я отнёс барабан мастеру и через несколько дней забрал уже готовый, резьбу нарезали на станке. При этом обратная совместимость с кассетой остаётся! Можно всегда вернуть кассету.
На барабан нужно накрутить 2 фривила, один на 18 зубов, второй — по желанию. У звёздочки для мото-велосипеда 9 отверстий, поэтому она идеально подходит к фривилу на 18 и не надо ничего сверлить.

(идеально.jpg)
А вот чтобы звезда встала на фривил — нужно расточить отверстие в звезде до 55..56 мм, получится 2 независимых обгонных муфты на колесе.

(получилась циркулярная пила)
Это нужно для того, чтобы при движении от мотора не крутились педали, а так же, чтобы при движении от педалей не крутился мотор. Мне как инженеру было бы стыдно ездить на педалях и крутить своими силами мотор вхолостую... То что нужно! Накат остаётся оригинальный, мотор не притормаживает. Время испытывать. Нет, начала надо сделать натяжитель для цепи. Из-за особенностей рамы перья заднего треугольника нигде не идут параллельно цепи, форма специфическая, цепь почти всегда находит под углом, поэтом пришлось хорошо подумать где и как установить натяжение. Обычные натяжители не особо подходят для натяжения цепи мотора - потому что тут 2 цепи, и будет мешать привод от педалей. Несколько раз пришлось менять конструкцию...

(неудачный вариант натяжителя на стадии прототипа - погнулся через 10 минут езды)
Крепление мотора пришлось переделывать 2 раза, первый раз не подошла линия цепи, цепь уходила к заднему колесу под углом, второй раз из-за ошибок проектирования на морозе просто разрушилась одна из стенок крепления и разорвало стяжки:

(домой я доехал на педалях.)

(крепление батареи)
Так как моторная цепь находится ближе к колесу, она совершенно не мешает крутить педали, и батарея шириной 95 мм тоже мешает. При этом у велосипеда остаётся оригинальный накат, поскольку 2 фривила создают большее усилие и срабатывает храповый механизм в барабане.
Чтобы выжать из мотора по-максимуму я решил максимально поднять напряжение, при полном заряде 96,6 В, что на холостом ходу даёт более 3000 об/мин, до 3250 всё хорошо, выше начинаются проблемы: мотор «стреляет» и начинает издавать странные звуки, ток прыгает пилообразно, как отсечка происходит. Почему так происходит я не разбирался, есть подозрение, что это контроллер, но другого контроллера на такое напряжение у меня не было. Так что уверенно могу сказать — с Инфенионом 4 можно перекручивать мотор до 3000 об/мин без каких либо проблем, под нагрузкой особо больше и не выйдет. При фазном токе 120А зимой перегреть мотор у меня не получилось, крутящий момент у мотора огромный, тяга на колесе получается порядка 45 кг. Это даёт возможность заезжать в очень крутые подъёмы тропками. На лето обязательно нужен контроль температуры мотора. При разгоне задний треугольник действительно немного плавает, проседает задняя покрышка, ощущение довольно странное, без мотора ничего не происходит.
Первые тестовые выезды я просто боялся давать газа на полную, тянуло как на мотоцикле. Звезду использовал на 60 зубов от мото-велосипеда, её ширина 3 мм, что даёт возможность используется дешёвые широкие цепи. Передаточное отношение 1:5...1:6 — это вполне нормально для зимы, на колесе 26 с покрышкой 4.0-4.8. Соответственно мотор крутится в 5-6 раз быстрее чем крутилось бы мотор-колесо прямого привода, общий КПД решения растёт, особенно на низких оборотах. Зимой на улице в минус 18 особо не поездить выше 40 км/час, тепло выдувает моментально.
Зачем же нужны педали:
1) на морозе без них будет очень холодно, можно покрутить педали 10-15 минут и согреться;
2) в случае если сядет батарея или подведёт трансмиссия — с таким весом и хорошим накатом можно свободно проехать даже 40 км на педалях, я проверял, педали выручали меня не раз;
3) для движения на очень низких скоростях в снежных тропках или в какие-то сложные моменты, где мотор будет слишком резок, например при перескакивании через брёвна.
Кстати, газ получился очень резкий, если открывать на полную, давление на переднем колесе на секунду становится нулевым, колесо слегка повисает в воздухе... В начале движения раздаётся удар, цепь немного компенсирует его.
Проходимость даже в снегу очень хорошая, там где я даже не мечтал проехать на педалях — с мотором можно легко проскочить, поскольку он крутит равномерно, без смещения центра тяжести и пробуксовка не происходит, или происходит но тоже равномерно — байк едет уверенно. При такой компоновке когда и мотор, и батарея, и контроллер висят высоко — летом можно нырять в броды до 45 см и ничего не намокнет, ну кроме ног конечно.
Максимальную скорость испытал уже после того как растаял снег, вышло 61 км/час по gps на полностью заряженной батарее, и это на тяговой звезде. На скоростной звезде должно получиться около 75. Летом можно испытывать, но уже и этого достаточно, чтобы в городе ехать в потоке машин не отставая, это очень радует. Не было цели бить рекорды скорости, фэтбайк - не для высоких скоростей изначально, его стихия зима и бездорожье. Для города как платформу лучше будет использовать обычный, значительно более лёгкий, велосипед.

Смета на ноябрь-декабрь 2021:
покупка велосипеда 43000
мягкая вилка (только летом) 15000
мотор 65000
батарея на заказ 36000
контроллер мотора (+шнур программирования) 11000
автомат защиты 1100
бортовой компьютер Ваттметр 10000
зарядное устройство 96,6В 5А 9200
фара 2300
лёгкие брызговики 3000
ручка газа с ключом 1300
нарезка резьбы на барабане 1500
фривилы 1400
звезда 60Т - 1000 + расточка 500
Цепи 900
Крепёж 1000
Всего 203200 (руб.)

Дороговато конечно получилось... И это экономия на всём, ну кроме мотора. Если нужно ездить за хлебом или на работу — лучше использовать недорогие редукторные мотор-колёса 250..750 Ватт. А это очень резкий, заряжённый и лёгкий байк, его характерная особенность тяга на разгоне до 50 км/час, мотоциклисты оценят, и это я ещё вообще ничего не облегчал. Фэтбайк самый дешёвый из «породистых», без деталей из углеродного волокна. Используя экстремальное облегчение можно приблизится к 20 кг, бюджет правда в таком случае будет раза в 3-4 выше. Для сравнения: фабричные электро-фэтбайки с весом 27 кг 500-750 Ватт, а с мощность 2 кВт вес уже 35-40 кг.
Ну и ответ на самый главный вопрос — стоит ли заморачиваться с установкой внешнего мотора? Определённо да, если хочется драйва! Впервые я не пожалел, что вообще взялся ставить внешний мотор когда зимой выехал покататься в спидвей-стиле: можно легко выйти на управляемый занос просто открытием газа на снегу в повороте, и висеть в таком состоянии несколько секунд, тяги достаточно если батарея не подсажена. Отличное развлечение для мотоциклиста на зиму. Для таких заездов надо найти ровную площадку где убирают снег, и дождаться мокрого снега. На утоптанном ногами снегу на скорости очень сильно будет трясти и управляемость теряется. Лёд не походит: зацепа будет недостаточно для разгона, без шипов не получится зацепиться нормально передним колесом. В следующем сезоне буду ещё тренироваться, весёлая оказалась тема. А сейчас весной просто езжу на высокой тяге и радуюсь.
Получился оригинальный электро-фэтбайк. В такой реализации две обгонных муфты на колесе я ни у кого не видел. Вес ну просто мечта, тянет как мот, а скорость... Особо выше 40-50 на фэтбайке мне не нужно, на 60 надо бы уже ветровой щиток. Зимой можно уверенно ехать по снегу, можно выезжать на лёд, приспустив колёса, ловить «дрозда» очень легко, грязь и крутые подъёмы не помеха. Летом нужно давление повыше для высоких скоростей, так лучше управляемость, но в лесу лучше ездить на низком давлении... Сочетание мощности и массы очень хорошее. Да, нужно будет менять периодически приводную цепь и фривил, но это не страшно.

Что можно улучшить:
1) надо бы сцепление... дело в том, что на скорости если сбросить и снова дать газу — обгонная муфта крутится в холостую, ведомая звезда догоняет обороты колеса в этот момент раздаётся удар, срок службы фривила падает, со сцеплением можно этого избежать, надо разработать фривил с блокировкой собачек.
2) можно добавить передачи для педалей, хотя бы 3 вместо 1, фривилы на 3 передачи существуют.

3) для скоростной езды по тропкам с корнями нужна подвеска обоих колёс — требуется специальная рама и вилка, это ещё огромный плюс к бюджету.
4) корпус для батареи, ставить не стал, это + 1 кг веса, цена порядка 20к, желательно найти более лёгкое и дешёвое решение, да и открытый дизайн как по мне — весьма хорош.

По мере эксплуатации информация будет дополняться...

Обновление Июнь 2022
Установлено переднее колесо с более узким ободом 80 мм, позволяющим установить более широкую покрышку в мягкую вилку спроектированную под ширину 4 дюйма.
Установлена резина CST ROLY POLY 26х4.8" которая обеспечивает отличный накат, лучший из всех покрышек, что у меня когда-либо были! Улучшилась управляемость, стабильность на высокой скорости 40+. Резина значительно меньше подруливает на неровной поверхности. Единственный минус у покрышек - это вес 1750 грамм, что на 2 покрышки даёт прирост веса в 1,3 кг на паре по сравнению с Chaoyang STARMON H-5170.
Общая стабильность и управляемость даёт возможность более уверенно ездить на высоких скоростях, starmon в этом плане были значительно хуже: даже новых наблюдалось биение более 2 мм после установки, у cst таких проблем нет.
Существуют ли ещё более лёгкие покрышки с лучшим накатом, меньшим весом и хорошей стабильностью - вопрос открытый.
На прямых участках с ровным покрытием выросла комфортная максимальная скорость, при этом разгон стал немного плавнее, а вот накат наоборот улучшился. С обновлением резины - ощутимо стал греться мотор (контроллер слегка тёплый), но даже в жару температура мотора не доходила до 70 градусов.

[kor]

Что можно улучшить:
1) надо бы сцепление... дело в том, что на скорости если сбросить и снова дать газу — обгонная муфта крутится в холостую, ведомая звезда догоняет обороты колеса в этот момент раздаётся удар, срок службы фривила падает, со сцеплением можно этого избежать, надо разработать фривил с блокировкой собачек.

Можно попробовать решить это электронными средствами, например установкой датчика скорости вращения колеса + модификация ПО контроллера двигателя, либо + доп. контроллер между курком газа и контроллером. двигателя.

[Shario]

Можно попробовать решить это электронными средствами, например установкой датчика скорости вращения колеса + модификация ПО контроллера двигателя, либо + доп. контроллер между курком газа и контроллером. двигателя.

Добрый день. В Инфенионе 4 уже есть настройка "Мягкий старт", её не использовал, чтобы не портить реакцию на ручку газа, возможно с ней и не будет удара при начале движения, а вот на скорости всё равно будет бить по фривилу.
Тут ещё вопрос, что проще реализовать, электроника будет делать автоматически то, что я делаю сейчас вручную: с места можно дать газу очень резко, а вот в движении уже более плавно, если цепь остановилась, когда цепь уже догнала колёсную скорость - то снова можно газовать на полную. Если будет жёсткая физическая привязка к колесу, можно будет давать газу на 100% в любой ситуации, поэтому применение сцепления мне кажется будет более эффективнее.

[edw123]

модификация ПО контроллера двигателя, либо + доп. контроллер между курком газа и контроллером. двигателя.

Кто же это всё будет делать в штучном масштабе-то.

[kor]

я решил максимально поднять напряжение, при полном заряде 96,6 В, что на холостом ходу даёт более 3000 об/мин, до 3250 всё хорошо

Какой был ток батарейный (потребляемая мотором мощность) на этих холостых оборотах? Если есть возможность еще на 1000об и 2000об холостых какая потребляемая вашим мотором мощность получается?
(на холостых 2000об/мин (28полюсов466Гц) производитель мотора заявлял потребление 60 Вт (железо заявлено 0,35мм)).

[HOMPAIN]

[user]kor[/user],

Какой был ток батарейный (потребляемая мотором мощность) на этих холостых оборотах? Если есть возможность еще на 1000об и 2000об холостых какая потребляемая вашим мотором мощность получается?

Это на моём( вел другой, мотор такой же) с ядрёным контролером. Это с вращением колеса. На 60кмч по спидометру 2400рпм примерно.

[Shario]

Какой был ток батарейный (потребляемая мотором мощность) на этих холостых оборотах?

В самом начале я делал замер ВаттМетром, ещё не было даже трансмиссии, потребление на холостом ходу вышло 1 А при 2250 об/мин, при напряжении батареи 84-85 В. Выше 3-х тысяч было уже 1,5А, а потом когда отсечка прыгало даже до 7А.

[Shario]