Электрификация туристического тандема

[Serb]

Пришел к вам с желанием поставить мотор на велотандем. Тандем - это классика которая на двух седоков (фото пациента ниже), а не два электромотора. На нем было сделано уже четыре матрасных похода, удел его - асфальт.
Задача электрификации - планируются походы в гористой местности - Кавказ/Средняя Азия. Затащить ногами этот груженный лимузин в уклон более 5% - задача для спортиков, а мы туристы.
Вес - 27кг тандем + 20кг снаряга + 140кг седоки
Планируется использование только в режиме с ассистом, для растягивания заряда батареи до максмимума. С электрикой планируется пробег от 100км/день.
Езда в горку - использование асиста с возможностью переключить уровень помощи.
Езда в плоскости - асист не нужен, хватает своей тяги
Езда на спуск -  все условия для эффективной рекуперации. Про нее много мнений есть, но в моем случае все звезды сходятся - очень хороший накат, тяжелый снаряд, затяжные горные спуски (экономим колодок пачку). Хочу попробовать.
Есть ограничения по весу, связанные с перевозкой на самолете - электротандем должен весить без батареи не более 31 кг (+1кг на упаковку и выйдет ограничения в багаж. место). Батарея - не больше 5кг, ограничения по ручной клади у некоторых авиаперевозчиков.
Батарея должна быть съемной.

Прихожу к решению о прямом приводе в переднее колесо. Мощности дикой не нужно - 500-750Вт, колесо 27.5
Тяжелая передняя жесткая вилка не смущает, тандем равномерно обвешан грузом.
Редукторник, боюсь, будет быстро снашиваться из-за нагрузок.
Кареточник используют активно буржуи, но много нюансов по установке, отсутствует рекуперация.

Прошу помощи в выборе модели слабого прямого привода в переднее колесо с ассистом  (около 3-4кг), параметрах батареи+контроллера.

[Hoholus]

Кареточник используют активно буржуи, но много нюансов по установке, отсутствует рекуперация.

У редукторников тоже, кстати, отсутствует рекуперация.

[Hoholus]

Батарея - не больше 5кг, ограничения по ручной клади у некоторых авиаперевозчиков.

Так людей же двое? Может две батареи по 5 кг?

[PaYAlnik]

Задача, на самом деле, крайне нетипичная для завсегдатаев данного раздела. Посему к любым рекомендациям стоит относится крайне критически. Да, к моим тоже 
Просто тут привыкли решать все нестыковки методом "в лоб", т.е. наращиванием параметров, не особо заморачиваясь массой.

электротандем должен весить без батареи не более 31 кг

Вес - 27кг тандем

Т.е. всё, что на велосипеде несъемно (мотор, контроллер, проводка, элементы управления, крепление батареи), должно уложиться в 4 кг? "Бюджет" весьма скромный по местным меркам.

в моем случае все звезды сходятся

Не все.
Тут главная закавыка в том, что тянуть мотор должен на одной скорости, а тормозить - с другой, намного бОльшей.
Если бороться за минимизацию массы, придется упарываться в оптимизацию по КПД. Вот тут и начинают вылезать грабли.
Максимальный КПД такие моторы имеют при частоте вращения ~72...75% от оборотов холостого хода, и именно этот режим должен соответствовать Вашей скорости на подъемах (усредненной, или чуть выше нее), с учетом помощи мотора. Но это значит, что при скорости ~133 % от этой мотор уже выйдет на обороты холостого хода. Почему это проблема? Потому, что при превышении этой скорости комплект, собранный из "обычных" комплектующих, начнет уже работать как генератор, и все силы, потраченные в попытке ехать быстрее, уйдут в зарядку батареи. Допустим, раньше Вы карабкались в подъемы в среднем ~10 км/ч, при этом выдавая ногами 200+200 = 400 Вт. Поставив 500 Вт мотор, Вы получили, с поправкой на КПД, ещё примерно 400 Вт, и скорость, под которую подбирается режим мотора, будет уже около 18 км/ч (не 20, ибо у нас аэродинамическое сопротивление нелинейно растет). Подобранный таким образом мотор выйдет на обороты холостого хода уже при 18*1,33=24 км/ч, и это станет Вашей максималкой до тех пор, пока батарея не зарядится полностью и BMS её не отключит, если она (BMS) симметричная (если она несимметричная и не сможет - будет плохо). С отключившейся батареей Вы сможете разогнаться быстрее, но если поедете заметно быстрее этих 24 км/ч - плохо может стать уже контроллеру, особенно если он взят ровно под напряжение батареи, без запаса.

В большинстве редукторных мотор-колес есть муфта свободного хода, который исключает возможность рекуперации - при езде накатом муфта размыкается и ротор мотора не вращается. Мотор-колеса с прямым приводом, где корпус является ротором, не имеют такой особенности и хорошо дружат с рекуперацией, но они, как правило, начинаются от ~1 кВт и весят немало в силу того, что для создания необходимого крутящего момента нужно "разгонять" либо диаметр, либо ширину железа. Редукторные мотор-колеса без свободного хода - довольно редкая штука. Можно попытаться заблокировать муфту в обычном редукторнике, но тут большой вопрос, выдержат ли шестерни нагрузки при торможении? 

Варианты:
1) отказаться от рекуперации и использовать редукторное МК с обгонной муфтой, среди которых есть из чего выбирать;
2) делать рекуперацию отдельной схемой, включаемой в разрыв между контроллером и мотором (и мирится с тем, что при движении на марше со скоростью выше ХХ мотора он будет всё равно создавать дополнительное сопротивление, даже будучи отключенным полностью);
3) забить на оптимизацию по КПД и поставить "скоростное" МК без муфты (с ХХ выше Вашей максималки), и мириться с тем, что тянуть оно при той же массе будет раза в 2-3 слабее тихоходного, а жрать батарею - почти так же. КПД синхронных моторов на низких оборотах (в % от ХХ) крайне печальный, а вся мощность, которая не пошла на вал, идет в нагрев, который и ограничивает то, сколько энергии можно "влить" в тот или иной мотор на малых скоростях.

Реализовать все хотелки сразу я вижу только один способ: ставить мотор в раму, на него вешать дополнительный планетарный редуктор (коронная - на мотор, водило - выход на колесо) + 2 обгонные муфты - это позволит в режиме тяги иметь передаточное, оптимальное для медленного заползания в гору, а в режиме езды ногами/торможения - для того, чтобы не "перекручивать" мотор - и тянуть отдельную цепь к колесу, на которое нужно будет установить отдельную звезду жестко на корпус (не на барабан кассеты). Совсем к минимуму сопротивление в этой схеме можно свести, если одна из муфт (между солнечной шестерней и неподвижным основанием) будет отключаемой, т.е. полностью отпускать солнечную шестерню, давая ей свободно крутиться в любую сторону - именно так реализовано переключение в планетарной системе Truvativ Hammerschmidt).

P.S. Вспоминается возможность снизить сопротивление вращению вала пропусканием постоянного тока, но это я только наспех по диагонали видел, не факт что правильно понял, и, даже если правильно - это значит, что на плоскаче придется тратить заряд батареи только на то, чтобы мотор не мешал, и далеко не каждый первый контроллер с али такое может.

[Hoholus]

Кстати, да. Редукторник с контроллером еще можно впихнуть в 4 кг. С прямоприводным мотором посложней будет. Плюс момент у них еще низкий в сравнении с редукторниками.

[Hoholus]

Тандем - это классика которая на двух седоков

Понятное дело. Даже песня есть:
https://www.youtube.com/watch?v=XBBuRbA0S-M&ab_channel=%D0%92%D0%BB%D0%B0%D0%B4%D0%B8%D0%BC%D0%B8%D1%80%D0%A8%D1%82%D0%B0%D0%BD%D0%B5%D0%B5%D0%B2

[PaYAlnik]

И да, как велосипедист велосипедиста спрошу: КОНТАКТЫ ГДЕ, мазафака? 
Хотя бы MTB-шные, они и не такие жесткие с непривычки, и тапки есть такие, что необязательно переобуваться в сменку, едва спешившись. Хотя бы у капитана - стокер может бояться не ту ногу первой снять.

[Blik86]

Планируется использование только в режиме с ассистом

Прошу помощи в выборе модели слабого прямого привода в переднее колесо с ассистом

Активное педалирование и рекуперация вещи взаимоисключающие. Собственно тоже касается горок и дохлых моторов прямого привода.

Наиболее близкий к вашим хотелкам но несколько упоротый вариант - установить спереди редукторное мотор с двумя тормозными дисками. Перед затяжными спусками для рекуперации снимать и ставить его задом наперед.
Если нужно чередовать рекуперацию и помощь ставить редукторный мотор еще и назад. Одним помогать другим рекуперировать, а на равнине ставить оба на помощь.

[Hoholus]

Если нужно чередовать рекуперацию и помощь ставить редукторный мотор еще и назад. Одним помогать другим рекуперировать, а на равнине ставить оба на помощь.

Вы таки не читали стартовый пост. Он может увеличить вес вела только на 4 кг. Без учета аккума.

[Blik86]

Вы таки не читали стартовый пост. Он может увеличить вес вела только на 4 кг.

Если сильно захотеть можно найти редукторные моторы легче 2 кг.

[Hoholus]

Если сильно захотеть можно найти редукторные моторы легче 2 кг.

В тот вес еще контроллеры с проводами должны укладываться.

[edw123]

для рекуперации снимать и ставить его задом наперед

Можно ещё руль разворачивать на 180. Тросики только помягче и подлиннее.

В тот вес еще контроллеры с проводами должны укладываться.

Мечты можно много разной напридумывать. Но осетра нужно вовремя резать, до перитонита.

ЧТобы заметно тормозить с длинной горки нужен мотор минимум 1000Вт и 7кг веса. Иначе не будет торможения и перегреется через 5 минут.

[Blik86]

В тот вес еще контроллеры с проводами должны укладываться.

Знаете решение лучше? Или по существу что то скажите...
 
ТС хочет ассиста. При желании можно уложиться и с одним и с двумя моторами, взяв пару самых чахлых моторов можно вместе с контроллерами и всем остальным уложиться по весу... А можно снимать контроллер вместе с аккумулятором.
Но это не отменяет самой сути и ублюдочности данного подхода. 

[kommunist]

Прошу помощи в выборе модели слабого прямого привода в переднее колесо с ассистом  (около 3-4кг), параметрах батареи+контроллера.

Для вашей задачи я бы использовал два прямоприводных мотор колеса, вроде "Пирожка" (Голден мотор Маджик пай). Благодаря большому диаметру у него очень высокий для прямоприводного КПД на низах, а малая ширина  улучшает теплоотвод. То есть, в варианте  полного привода на пирожках их будет довольно сложно перегреть даже в гору.   Особенно, если диаметр ваших колёс сделаете поменьше, где-нибудь не более 26 дюймов. Ну и рекуперация всегда доступна. И если по горам придётся ездить совсем часто, я бы разделил батарею на две части, в обычном движении включал бы эти 2 секции последовательно, а на спуске параллельно, отдельным переключателем. Таким образом, у вас появилась бы, так называемая "естественная рекуперация", когда на скорости около 60% от максимальной (при последовательных батках), при включении секций батки параллельно, моторы начали бы заряжать акб напрямую, контроллёр был бы тупо диодным мостом, то есть в этом режиме его можно даже отключить. И кпд такой рекуперации не 20-55% как обычно, посредством ШИМ в контроллёра, а все 90%. Соответственно и моторы почти не будут греться от такой рекуперации. Просто чем круче спуск, тем выше ток, то есть надо позаботиться чтобы батка его точно выдерживала, впрочем в параллельном включении в любом случае, ей будет проще. Ну и такой режим параллельного включения возможно, в горах будет актуальнее не только на спусках, но и на подъёмах, когда всё равно скорость маленькая. Это будет выглядеть как движение в гору при скорости 30км/ч, а с горы 40км/ч на естественной рекуперации (быстрее не разгонитесь).

[Hoholus]

А можно снимать контроллер вместе с аккумулятором.

Тогда придется емкость аккума уменьшать, ведь вес ручной клади тоже ограничен.
А с аккумом тоже есть проблемы. В 5 кг сильно большую емкость не запихнешь. А он нужен для езды на велосипеде массой 190 кг в гору.

[Blik86]

А с аккумом тоже есть проблемы. В 5 кг сильно большую емкость не запихнешь.

Откуда с ним проблемы? 5кг для режима мопеда  мало, а ТС хочет педали крутить! Для ассиста более чем достаточно.

[edw123]

5кг для режима мопеда  мало, а ТС хочет педали крутить!

Нет, предполагается только в горки помощь иметь. По плоскачу предполагается без мотора.

[AVGR]

Если сильно захотеть можно найти редукторные моторы легче 2 кг.

Если не очень сильно хотеть, то есть АКМ 2кг. Контроллер с обвеской - максимум 1 кг. Но ещё уйдет передняя втулка.
И чисто личное мнение - проще менять колодки, чем мудохаться с рекуперацией.
5кг - это вполне приличная батарейка для помощи.

И ещё:
А в самолёт точно пустят с батарейкой?
Почему не отправить вел заранее в точку старта транспортной компанией?