Мотор-колесо с прямым приводом
Хороший старт обеспечат колеса, минимальная мощность которых составляет 500Вт. Мотор-колеса с прямым приводом более слабые не могут в силу особенностей конструкции обеспечить необходимый для ускорения крутящий момент. Преимуществами являются: высокий коэффициент полезного действия, способность обеспечить относительно высокую скорость (до 45 км/час), и простота конструкции за счет минимального числа изнашиваемых узлов. Недостатки также имеются. Это, в первую очередь, небольшая величина крутящего момента, во-вторых, большой, по сравнению с редукторным вариантом, вес и размер мотор-колеса. Для тех пользователей, которые в своем «железном коне» хотели бы видеть максимальную скорость, оставив на второй позиции требования к его весу, этот тип двигателя подойдет наилучшим образом.
- Если грамотно подобран к таким мотор-колесам аккумулятор, то будут обеспечены максимальный пробег без дозаряди до 50 км и скорость максимальная до 45 км/час.
- Рекомендуются гелиевые тяговые аккумуляторы, емкость которых, не менее 12 Ah.
- Вес аккумулятора « правильного» около 4,4 кг.
Это важно знать, потому, что все, что по весу меньше, несмотря на все этикетки и нанесенные надписи, является батарейками, которые очень быстро выходят со строя. Для тех же, кому важна не только скорость, но и динамика, нужен мотор для электровелосипеда мощностью 600 ватт, практически такого же веса, как модель описанная выше
Для тех же, кому важна не только скорость, но и динамика, нужен мотор для электровелосипеда мощностью 600 ватт, практически такого же веса, как модель описанная выше.
Как сделать мотор колесо своими руками? Правила изготовления
Обратите внимание на правильный и грамотный расчет узлов. При таких условиях колесо-мотор можно обезопасить от различных затиров и заклинивания
Если же этого не сделать, вы рискуете столкнуться с разрушением деталей, что может стать причиной поломки всего электровелосипеда. Если детали по размерам и характеристикам подходят от уже бывших в употреблении, не бойтесь их использовать в работе. Главное, чтобы они находились в исправном состоянии. Некоторые элементы, конечно, нельзя изготовить самостоятельно по ряду причин. Однако это может значительно повлиять на ваш бюджет расходов. К примеру, установка спиц на диск будет стоить порядка полутора-двух тысяч рублей.
Подключение контроллера на электровелосипеде
В основном, при подключении контроллера на электрифицированном вело, у юзера существенных затруднений возникнуть не должно. Однако если вы никогда раньше этим не занимались, то вас может спугнуть большое количество проводков разных цветов. Если вы приобрели контроллер и МК в одном наборе, то их разъёмы должны подходить друг другу.
Если такая ситуация не наблюдается, то нужно следовать общей схеме:
1. Толстые чёрный «минус» и красный «плюс» проводки подключаются к источнику энергии (здесь главное не перепутать полярность!).
2. Три толстых провода, обычно это синий/зелёный/жёлтый, подсоединяются к соответствующим фазным проводам 3-х фазного электромотора.
3. Запитка и сигналы датчиков Холла. Пять тонких проводков чёрный/красный/синий/зелёный/жёлтый, стыкуются с соответствующими проводками мотор-колеса.
4. Зажигание. Одиночный красный тоненький проводок. При замыкании его на «плюс» АКБ, контроллер активируется.
5. Ручка акселератора. На неё идут три проводка: чёрный/красный/зелёный (но иногда бывает белого цвета).
6. Для остальных проводов чёткая схема не предусмотрена — они могут быть разных цветовых исполнений.
В момент подсоединения управляющего устройства к электронакопителю, может проскочить искра и могут даже разъёмы подгореть. Паниковать от таких малоприятных сюрпризов не стоит — это идёт заряд входных конденсаторов блока управления. Но всё-таки избежать подобных недоразумений можно: состыкуйте ненадолго устройство управления и аккумулятор через резистор в несколько десятков Ом либо примените лампочку от машины. После того как произойдёт зарядка конденсаторов, соедините их напрямую.
Заключение
Как видим, блок управления является очень важным компонентом в составе электрического велосипеда, как в принципе и любого средства передвижения оборудованного электрической тягой. Без сомнений, к его выбору нужно подходить весьма ответственно, ведь от него на самом деле зависит очень многое.
Для любителей неспешных прогулок и дачников, подойдут самые простые и недорогостоящие устройства, а вот тем, кто не представляет себе e-bike без экстремальных покатушек, адресованы дорогие и мощные контроллеры, которые могут обслуживать не слабое оборудование. В любом случае, если вы хотите чтобы электровело только радовало вас своей работой, не жалейте денег — самые эффективные блоки управления с большим набором функций просто не могут стоить слишком дёшево.
Аппаратное прерывание
И тут я понял, в чём дело: Ардуино не успевает обрабатывать показания датчиков Холла! Поэтому необходимо было использовать пины Ардуино с аппаратным прерыванием. Так как у Ардуино УНО таких пинов всего два, а под датчики нужно три пина, надо взять Ардуино Леонардо или Искра Нео, где таких пинов — четыре штуки.
Переписав программу под прерывания и подключив Искру Нео вместо УНО, я повторил испытания.
Колесо наконец-то заработало чётко, без вибраций, шумов, отлично стало набирать обороты без рассинхронизации. Прототип оказался жизнеспособным. Но это ещё не полноценный контроллер, поскольку в нём не было обвязки с защитами и обеспечением качественного ШИМ-сигнала.
https://youtube.com/watch?v=siZMHDaOYfo
https://youtube.com/watch?v=GBruYskYiYc
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.
Типы контроллеров для электровелосипедов
По типу обратной связи с двигателем контроллеры подразделяются на: предназначенные для работы с датчиками Холла; предназначенные для работы без датчиков; универсальные, способные работать как с датчиками Холла, так и без.
Контроллеры различаются по форме выходного сигнала: одни создают сигналы прямоугольной формы (так называемый меандр, такие контроллеры обычно дешевле),
другие могут создавать чистую синусоиду. Существует и промежуточный вариант «модифицированная синусоида», можно сказать сглаженный меандр, но такие контроллеры не пользуются популярностью.
При использовании меандровых контроллеров Вы получите немного большую скорость вращения, чем при использовании синусных, но за это придется расплачиваться повышенным шумом двигателя, возникающем из-за микровибрации обмоток двигателя под действием сигнала такой формы. При использовании синусного контроллера Вы будете наслаждаться тишиной, но немного потеряете в максимальной скорости при таком же напряжении батареи.
Контроллеры могут по-разному реагировать на сигналы ручки газа, в одних вы управляете скоростью, в других мощностью, или даже крутящим моментом.
Что такое контроллер для электровелосипеда?
Контроллеры приводят в действие моторные колеса, регулирует скорость и вращение, а также обеспечивает правильную остановку
Контроллер считает одной из главных частей электровелосипеда, так как отвечает за совершенные действия. Он обеспечивает переход тока к электродвигателю.
Такая конструкция позволяет:
- включать и выключать электронику;
- регулировать работу мотор-колес;
- позволяет устанавливать ограничитель скорости;
- осуществляет круиз-контроль;
- ускоряет двигатель до трехскоростного режима;
- отвечает за рекуперативное торможение;
- позволяет всем параметрам отображаться на панели управления;
- осуществление обратного хода.
Главные функции контроллера делят на:
- регулировку движения велосипеда;
- осуществление крутящего момента;
- защищает электродвигатель.
Параметры блока управления
Контроллеры обеспечены основными параметрами, благодаря которым электромоторы и батареи могут работать:
- Максимальный постоянный ток. Значение, которое отвечает за максимальный ток, который держит контроллер в течение установленного времени.
- Максимальный пиковый ток. Значение, которое выдерживается на минимальном отрезке времени. Данное число обычно гораздо больше, чем значение постоянного тока. Пиковый ток наблюдается при резком старте, когда в транспорте развивается большой крутящий момент.
- Максимальное напряжение аккумуляторов. Значение максимального количества используемых аккумуляторных банок. Если происходит повышение напряжения, контроллер может сгореть или выйти из строя. Разные модели имеют свой показатель напряженности. В основном они рассчитаны на 24, 48 и 60V.
- Внутреннее сопротивление. Данный параметр не является важным. Чем больше мощность контроллера, тем меньше сопротивление.
- Частота подачи импульсов. Значения данного параметра зависят от вида мотор-колес.
Как выбрать контроллер для электровелосипеда – советы
Контроллер выбирают исходя из вида двигателя и аккумулятора. Основными параметрами считаются: напряжение и величина максимального тока.
Двигатель мощностью 350 Вт нуждается в контроллере 36 В 15 А.
Мощность 100 Вт — контроллер 48 В, силой тока не меньше 25 А. Для лучших показателей выбирают модели со значением тока 30, 35, 40 ампер.
Мощность 1000 Вт- контроллер 48 В 30 А. Существуют программируемые конструкции, где можно настраивать ток под собственные потребности.
Оптимальное соотношение скорости колес к напряжению -1 к 0,9. Исходя из этого, можно рассчитать скорость движения: при 36 В передвигаться следует при 32 км/ч, при 48 В — 45 км/ч.
Увеличение скорости изменяет и соотношение, так как имеют место существенные затраты энергии на борьбу с сопротивлением воздуха.
Контроллеры выпускают обычного типа и с функцией программирования. Последние подходят для любителей экспериментов, так как такие конструкции нуждаются в изучении. Программируемые конструкции можно подключить к компьютеру при помощи кабеля или функции Bluetooth. В компьютерном режиме изменяются различные значение тока, углы фаз.
Контроллер является незаменимой частью электровелосипеда. Он отвечает за все главные функции передвижения. Современный рынок предоставляет большой выбор исходя из мощности, напряжения, вида и способа работы.
Для того чтобы выбрать правильную оснастку электровелосипеда, необходимо изучить основные нюансы и возможности каждой модели. Выбор хорошей модели подразумевает большой спектр функций, например, отдельных выход для питания фар, задний ход, различные режимы скорости и мощности.
Как вы уже знаете из прошлых постов, у нас в компании есть DIY-движение. В свободное от работы время коллеги занимаются фрезеровкой печатных плат в домашних условиях, делают тепловизор на FLIR Lepton, а также решают семейные разногласия с помощью 4 контроллеров и 2 умных часов. Продолжим серию увлекательный историй! Сегодня я расскажу, как сделать контроллер к трехфазному двигателю электровелосипеда своими руками. Целью создания такого контроллера было:
- Изучение работы трехфазного мотора под управлением контроллера.
- Большинство контроллеров для электровелосипедов, представленных на рынке, — китайские. Они хоть и относительно дешевые (около 2.000 руб в зависимости от мощности), но являются неведомой коробкой, в которой неизвестно что происходит. И сразу к ней возникает очень много вопросов — экономично ли она потребляет и распределяет ток, какой у нее запас мощности, почему так сильно перегревается, преждевременно срабатывает защита по току и т.д.
В тоже время на рынке представлены европейские качественные контроллеры для электробайков. Они оснащаются расширенными функциями, работают на разных напряжениях и токах и их можно программировать. Устанавливаются они на сверхмощные электровелосипеды. Но цена у них кусается — 10-20 тыс. рублей.
В итоге я решил пойти своим путем: разобраться в устройстве контроллера, сделать его прототип, а затем попытаться сделать контроллер качественнее китайского контроллера. На текущий момент проект у меня в разработке только и на уровне прототипа, готового варианта пока нет. Буду рад услышать ваши комментарии и советы.
История
Изобретение мотор-колеса
Автор концепции первого колесного двигателя – Веллингтон Адамс из Сент-Луиса. Патент США 300 827, 1884 год.
В 1890 году Эдвардом Паркхерстом из Воберна, штат Массачусетс, изобретен двигатель с высоким крутящим моментом и низким числом оборотов в минуту. Двигатель был встроен в колесо.
Преимущества мотор-колеса раскрыты в 1896 году в патенте француза Чарльза Терикома.
Фердинанд Порше с 1897 года в участвовал в разработке электрического мото-колеса (были мотор-колеса и на двигателях внутреннего сгорания, но это не наша тема). Опытный образец электромобиля получился удачным. Машина была компактной, быстрой — она могла передвигаться с неплохой для конца XIX века скоростью 40 километров в час, — но при этом тяжёлой. Значительную часть веса машины составляли ёмкие свинцовые аккумуляторные батареи. Их запас хода был невелик — от одной зарядки автомобиль мог проехать около часа. Самодвижущийся экипаж, получивший название Lohner-Porsche, имел два электромотора мощностью две с половиной лошадиных сил каждый. Механическая трансмиссия отсутствовала, а электромоторы располагались в ступицах передних колёс.
Lohner-Porsche
Машина не была чисто электромобилем, в ней стоял небольшой бензиновый двигатель, вращающий генератор. Генератор вырабатывал ток, который подзаряжал аккумулятор, а тот в свою очередь питал силовые электродвигатели. Таким образом это была первая демонстрация гибридной силовой установки, состоящей из двигателя внутреннего сгорания, аккумуляторов и электродвигателей. Это изобретение получило Гран-при Парижской всемирной выставки 1900 года. Фердинанд Порше считал этот проект до конца нереализованным. В последующие годы 300 Lohner Porsches были сделаны и проданы состоятельным покупателям.
Первые электровелосипеды с мотор-колесами
С 1890 сразу несколькими патентами была защищена конструкция электрического привода, устанавливаемого на велосипеде. Так, патент США 1895 года Огдена Болтона описывает электровелосипед с питанием от батареи с мотор-втулкой, установленной на заднем колесе. Не было никаких передач, и двигатель мог потреблять до 100 ампер (A) от 10-вольтовой батареи.
Два года спустя, в 1897 году, Осия У. Либби из Бостона изобрел электрический велосипед (патент США № 596272) приводимый в движение «двойным электродвигателем». В конце 1990-х годов эта модель была заново изобретена или имитирована и использована в электровелосипедах Giant Lafree.
В начале XX века история с использованием мотор-колес подзаглохла. Рост мощности бензинового двигателя превысил мощность мотор-колес, что компенсировало любые потери в трансмиссии. В результате автомобили перешли на бензиновые двигатели с трансмиссией.
В конце XX века с появлением относительно дешевых, емких и легких литий-ионных аккумуляторов мотор-колеса стали активно использоваться для электрификации велосипедов и мотоциклов.
Современный бесщеточный двигатель
В электровелосипедах и электросамокатах используются бесщеточные двигатели постоянного тока (BLDC). Они не используют щетки для изменения направления тока, протекающего к двигателю, как это делали старые электромоторы. Щетки делали двигатели менее эффективными и имели тенденцию со временем изнашиваться.
Как работает современный бесщеточный двигатель отлично проиллюстрировано в видеоролике:
https://youtube.com/watch?v=7N9CHEF2214
Принцип работы мотор-колеса
Мотор колесо
Еще один вариант, который может быть выбран при создании мотовелосипеда своими руками, – установка мотор-колеса. Данный вариант подходит для тех, кто разбирается в электрике. Подключение мотор-колеса требует определенных знаний, без которых собрать электрическую схему будет сложно.
В комплект продажи мотор-колеса входят контроллеры, ручки передних и задних тормозов, система «Пас», зарядное устройство.
Аккумуляторная батарея вырабатывает постоянный ток. Контроллер преобразует постоянный ток в переменный, который, в свою очередь, будет приводить в действие мотор-колесо. При начале вращения колес активируется электродвигатель. За это о. На тормозных ручках имеется микровыключатель. Он необходим для того, чтобы в процессе торможения отключить подачу электропитания от мотора на колеса.
Установка мотор-колеса выполняется в соответствии со следующими этапами:
Велосипед поворачивается колесиками вверх. Заднее колесо снимается. На его месте будет стоять мотор-колесо. Оно крепится таким образом, чтобы выходящие провода находились слева (если смотреть по направлению движения велосипеда). За счет этого регулируется направление вращения колеса. Если стороны поменять местами, то колесо будет «ехать» в противоположную сторону.
К раме крепятся контроллер и аккумуляторная батарея. Контроллер должен быть хорошо изолирован.
Далее устанавливаются и подключаются остальные детали.
Собирая электронную схему, важно помнить, что аккумуляторная батарея подключается через плавкий предохранитель (достаточно 20 А). Он будет защищать систему от возгорания в случае короткого замыкания
Мотор-колесо – лучшее решение для электровелосипеда
Чтобы превратить свой велосипед в электротранспорт, можно купить веломотор и аккумулятор. Электродвигатель даст возможность получить возможность иметь непринужденное вращение педалей и переключение скоростных режимов. Обычно в комплекте электродвигателя есть необходимые для его подключения компоненты. Аккумулятор подбирается, исходя из ваших потребностей и мощности электромотора. Еще более простое и одновременно эффективное решение – использовать в качестве электродвигателя мотор-колесо.
Важно определиться с выбором мотор-колеса – переднее, заднее или два сразу. Для мощного мотора лучше выбрать заднюю ось, если же вы покупаете привод для переднего колеса, то для заднего он обеспечивается периодическим вращением педалей, и такой электровелосипед будет хорош для езды по трудным трассам
При установке двух мотор-колес вы получите полноценную полноприводную модель, великолепно чувствующую себя и на больших расстояниях, и на мокрой дороге. Если вы купили редукторное мотор-колесо, то при подъеме в гору и вращении педалей вы не будет чувствовать серьезной нагрузки. В любом случае, выбирая мотор-колесо, предварительно изучите его технические характеристики.
Самодельный велосипед с мотором — Велобаджо
Если вы загорелись желанием сделать велосипед с мотором своими руками, то готовьтесь к тому, что вам придется немного потрудиться. В этой статье расскажем, как установить мотор колесо на велосипед и как сделать велосипед с мотором от бензопилы своими.
- Велосипед с мотором своими руками: установка мотор колеса
- Велосипед с мотором от бензопилы своими руками
Самым простым и доступным способом сделать велосипед с мотором своими руками является установка мотор колеса. Подключение мотор колеса — это не такая простая задача, как может подумать человек, никогда с этим не сталкивавшийся. Самой трудной частью данного процесса является подключение электрики.
Купив мотор-колесо, вы становитесь так же обладателем контроллера, системы Pas, ручки «газа», зарядного устройства и ручки тормоза, которые идут в комплекте.
Поскольку работать мотор-колесо заставляет переменный ток, необходимость контроллера обусловлена потребностью преобразовать постоянный ток от АКБ в переменный.
На специальных тормозных ручках расположен микровыключатель, созданный для того, чтобы отсекать ток питания от мотора в момент торможения.
Для собственноручной установки мотор колеса, понадобится выполнить следующие действия:
- Первым делом, нужно поставить велосипед колесами кверху, и провести демонтаж старого заднего колеса. На место старого колеса нужно будет установить новое колесо с электромотором. Мотор-колесо устанавливается так, чтобы пучок силовых проводов находился слева, по направлению движения велосипеда. Если это требование не будет учтено, то мотор-колесо просто будет крутиться в другом направлении.
- После закрепления мотор колеса, потребуется закрепить батареи на велосипедную раму и подключить контроллер. Подключая контролер, очень важным моментом является его дополнительная изоляция. Можно, к примеру, защитить прибор целлофановым пакетом.
- Далее ведется подключение остального оборудования. Не стоит забывать, что всю электронику нужно подключать к АКБ через плавкий предохранитель на 20А, он не даст системе сгореть, если случится короткое замыкание. Подробную схему по монтажу и подключению вы найдете в комплекте поставки мотор колеса.
Велосипед с мотором от бензопилы своими руками
Со временем, многим велолюбителям надоедает просто крутить педали, и их инженерный талант и фантазия толкают их на такой шаг, как установка двигателя на велосипед. В качестве «донора» для мотора отлично подойдет бензопила. Но вот, как собрать велосипед с мотором от бензопилы своими руками? В этом и попробуем разобраться.
https://youtube.com/watch?v=H_Q9EKlA6bY
Возьмем двигатель от бензопилы, мощность которого равна 1,5 л.с. Многие усомнятся, что мотор такой мощности сдвинет с места велосипед со 100-килограмовым велосипедистом, но, поверьте, не стоит беспокоиться: велосипед будет без труда разгоняться и набирать скорость 30–35 км/час.
Ради справедливости, нужно сказать, что разгон быстрым не назовешь, но езде это не мешает. Что хорошо, так это то, что с таким мотором вы почти не будете чувствовать запах бензина, что делает возможным такую опцию, как хранение дома.
Естественно, во время езды раздается треск, как от обычной бензопилы, что означает, что двигаться вы будете с довольно громким звуком.
Крепление втулки, к которой осуществляется натяжение ремня от двигателя, выполняется специальными шайбочками и винтиками. Существуют втулки различных диаметров для разных колес: от самых маленьких до просто огромных, под 28-дюймовые колеса.
Внутри у данных втулок прорезиненная поверхность. Исходя из сказанного ранее, не сложно догадаться, что приводной ремень нужно подбирать, учитывая диаметр втулки и диаметр колеса. Важным моментом является и то, что втулка должна быть закреплена ровно, исключая любые перекосы.
Рычаг «газ». Его управление производится при помощи тросика, регулирующего угол, на который отклонится заслонка в карбюраторе двигателя. Данный рычаг похож на тормозной от велосипеда, это значит, что газовать вы будете, не поворачивая ручку, как в мопеде, а нажимая на рычаг, как в бензопиле.
Подытожим результат, который вы должны получить: великолепный мотовелосипед по низкой цене. Очень шустрый и приносящий море удовольствия. Хотя, в подобном варианте есть и свои минусы: из-за шума, каждая собака в дачном поселке считает вас личным врагом, пытаясь вас догнать и укусить!
http://2kolesa.com.ua/kak-sdelat-velosiped-s-motorom-svoimi-rukami/
Что такое контроллер для электровелосипеда?
Контроллеры приводят в действие моторные колеса, регулирует скорость и вращение, а также обеспечивает правильную остановку
Контроллер считает одной из главных частей электровелосипеда, так как отвечает за совершенные действия. Он обеспечивает переход тока к электродвигателю.
Такая конструкция позволяет:
- включать и выключать электронику;
- регулировать работу мотор-колес;
- позволяет устанавливать ограничитель скорости;
- осуществляет круиз-контроль;
- ускоряет двигатель до трехскоростного режима;
- отвечает за рекуперативное торможение;
- позволяет всем параметрам отображаться на панели управления;
- осуществление обратного хода.
Главные функции контроллера делят на:
- регулировку движения велосипеда;
- осуществление крутящего момента;
- защищает электродвигатель.
Параметры блока управления
Контроллеры обеспечены основными параметрами, благодаря которым электромоторы и батареи могут работать:
- Максимальный постоянный ток. Значение, которое отвечает за максимальный ток, который держит контроллер в течение установленного времени.
- Максимальный пиковый ток. Значение, которое выдерживается на минимальном отрезке времени. Данное число обычно гораздо больше, чем значение постоянного тока. Пиковый ток наблюдается при резком старте, когда в транспорте развивается большой крутящий момент.
- Максимальное напряжение аккумуляторов. Значение максимального количества используемых аккумуляторных банок. Если происходит повышение напряжения, контроллер может сгореть или выйти из строя. Разные модели имеют свой показатель напряженности. В основном они рассчитаны на 24, 48 и 60V.
- Внутреннее сопротивление. Данный параметр не является важным. Чем больше мощность контроллера, тем меньше сопротивление.
- Частота подачи импульсов. Значения данного параметра зависят от вида мотор-колес.
Прототип на базе микросхемы MC33035
Параллельно с разработкой контроллера на Ардуино я рассматривал альтернативные варианты логической части контроллера. И это привело меня к микросхеме MC33035. Это старая разработка от Motorola, сейчас её выпускает ON Semiconductor. Создана специально для мощных трёхфазных двигателей.
- Отвечает за всю логическую часть контроллера
- Считывает показания с датчиков Холла
- Определяет положения вала
- Выдаёт сигналы для затворов Н-моста на их драйверы
- Имеет возможность подключения индикатора ошибок, перегрева
- Обрабатывает и передает ШИМ-сигнал (PWM)
- Осуществляет реверс (обратный ход колеса)
Одним словом, микросхема содержит всё необходимое для управления электродвигателем. Её стоимость очень низкая: на Алиэкспрессе — около 50 рублей. Для сборки полноценного контроллера на её основе потребуется микросхема MC33035, полумостовые драйверы и Н-мост из полевых транзисторов. Я также собрал контроллер на этой микросхеме. Работает отлично, стабильно, колесо крутится как надо на различных оборотах. Но функционал микросхемы ограничен, если необходимо наворотить различные функции, вывод на дисплей скорости, одометр, расход батареи, то опять же возникает необходимость дополнительно подключить Ардуино или что-то аналогичное.
Главное преимущество контроллера на базе MC33035 — это простота в использовании. Просто покупаете микросхему, собираете Н-мост, спаиваете всё на плату с небольшой обвязкой — и контроллер готов. Если нужно просто запустить двигатель с ШИМ-сигналом и управлять им — оптимальный вариант.
Контроллер на базе Ардуино — вариант сложнее, понадобится писать логику, обеспечивать дополнительные защиты контроллера. Но для экспериментов, прототипов, дополнительного функционала, использования различных режимов работы двигателя — подходящий вариант. Поэтому я решил пока отложить MC33035 и продолжить работу с Ардуино.
Мостовые драйверы
Далее предстояла работа над напряжением 20 вольт на управление затворами. Для этого существуют мостовые драйверы транзисторов, они обеспечивают стабильные импульсы в 20 вольт на затвор и высокую скорость отклика. Сначала у меня были популярные драйверы для маломощных моторов L293D.
Для управления затворами его достаточно, к тому же их очень просто использовать. Один такой драйвер может обеспечить питанием две пары ключей. Поэтому я взял две штуки L293D. Собрал контроллер с этими драйверами, и колесо начало крутиться существенно плавнее, посторонних звуков стало меньше, нагрев транзисторов уменьшился. Но при увеличении оборотов синхронизация с контроллером пропадала, появлялся посторонний звук, колесо дёргалось, вибрировало и полностью останавливалось.
В это же время я наткнулся на два варианта мостовых драйверов:
- HIP4086
- IR2101
Что касается HIP4086, то это полноценный мостовой драйвер, предназначенный для трёхфазного электродвигателя. Мне он показался несколько замороченным, и мои попытки использовать его в контроллере не увенчались успехом: он у меня так и не заработал. Углублённо разбираться в причинах не стал.
А взял я IR2101 — полумостовой драйвер, обеспечивающий работу нижнего и верхнего ключей для одной фазы. Несложно догадаться, что таких драйверов нужно три. К слову, драйвер очень прост в использовании, его подключение происходит безболезненно и легко. Получилась такая схема:
Печатная плата
И готовый результат
Собрал контроллер с этим драйвером и запустил двигатель. Ситуация с работой электродвигателя кардинально не поменялась, симптомы остались те же, как и в случае с драйвером L293D.
Устройство двигателя
Для разработки контроллера необходимо разобраться с принципом работы самого электродвигателя.
Электродвигатель состоит из фазных обмоток, магнитов и датчиков Холла, отслеживающих положение вала двигателя.
Конструктивно электродвигатели делятся на два типа: инраннеры и аутраннеры.
У инраннеров магнитные пластины крепятся на вал, а обмотки располагаются на барабане (статоре), в этом случае в движение приводится вал. В случае аутраннера всё наоборот: на валу — фазные обмотки, а в барабане — магнитные пластины. Это приводит в движение барабан.
Так как у велосипеда колесо крепится валом на раму, то здесь применителен тип аутраннера.
На этой картинке условно представлены три фазы с обмотками, соединёнными между собой. В реальности обмоток намного больше, они располагаются равномерно с чередованием по фазам по окружности двигателя. Чем больше обмоток — тем плавнее, чётче, эластичнее работает двигатель.
В двигатель устанавливаются три датчика Холла. Датчики реагируют на магнитное поле, тем самым определяя положение ротора относительно статора двигателя. Устанавливаются с интервалами в 60 или 120 электрических градусов. Эти градусы относятся к электрическому фазному обороту двигателя. Необходимо учитывать, что чем больше в двигателе обмоток на каждую фазу, тем больше происходит электрических оборотов за один физический оборот мотор-колеса.
Обмотки трёх фаз в большинстве случаев соединяются между собой по двум схемам: звезда и треугольник. В первом случае ток проходит от одной из фаз к другой, во втором — по всем трём фазам в разной степени. Иногда эти две схемы подключения комбинируют в одном двигателе, например в электромобилях. При старте и наборе скорости идёт соединение фаз по звезде: она даёт больший момент при относительно низких оборотах; далее, после набора скорости, происходит переключение на треугольник, в результате количество оборотов увеличивается, когда уже не нужен большой крутящий момент. По сути, получается условно автоматическая коробка передач электродвигателя.
Устройство двигателя
Для разработки контроллера необходимо разобраться с принципом работы самого электродвигателя.
Электродвигатель состоит из фазных обмоток, магнитов и датчиков Холла, отслеживающих положение вала двигателя.
Конструктивно электродвигатели делятся на два типа: инраннеры и аутраннеры.
У инраннеров магнитные пластины крепятся на вал, а обмотки располагаются на барабане (статоре), в этом случае в движение приводится вал. В случае аутраннера всё наоборот: на валу — фазные обмотки, а в барабане — магнитные пластины. Это приводит в движение барабан.
Так как у велосипеда колесо крепится валом на раму, то здесь применителен тип аутраннера.
На этой картинке условно представлены три фазы с обмотками, соединёнными между собой. В реальности обмоток намного больше, они располагаются равномерно с чередованием по фазам по окружности двигателя. Чем больше обмоток — тем плавнее, чётче, эластичнее работает двигатель.
В двигатель устанавливаются три датчика Холла. Датчики реагируют на магнитное поле, тем самым определяя положение ротора относительно статора двигателя. Устанавливаются с интервалами в 60 или 120 электрических градусов. Эти градусы относятся к электрическому фазному обороту двигателя. Необходимо учитывать, что чем больше в двигателе обмоток на каждую фазу, тем больше происходит электрических оборотов за один физический оборот мотор-колеса.
Обмотки трёх фаз в большинстве случаев соединяются между собой по двум схемам: звезда и треугольник. В первом случае ток проходит от одной из фаз к другой, во втором — по всем трём фазам в разной степени. Иногда эти две схемы подключения комбинируют в одном двигателе, например в электромобилях. При старте и наборе скорости идёт соединение фаз по звезде: она даёт больший момент при относительно низких оборотах; далее, после набора скорости, происходит переключение на треугольник, в результате количество оборотов увеличивается, когда уже не нужен большой крутящий момент. По сути, получается условно автоматическая коробка передач электродвигателя.
