Мотор-колесо було виготовлено майже одночасно з винаходом електродвигуна. Цей тип двигуна характерний тим, що вісь колеса виконує одночасно і функцію осі статора електродвигуна. Подібні двигуни знаходять найширше застосування від електровелосипедів і легкових автомобілів, до важких вантажних машин працюють на відкритих кар'єрних розробках. Високий ККД, надійність, невелика вартість, відмінна питома потужність і екологічність - це основні експлуатаційні характеристики елетродвігателя двигуна типу мотор колесо.
Новий поштовх розвитку і застосування цього двигуна дало винахід революційних силових акумуляторів літієвої групи, що мають питому потужність понад 100 Вт / год / кг, здатних витримувати велику кількість циклів перезаряджень і пікові розрядні струми https://lifepo4.by/akkumulyatory-dlya .
Мотор-колесо мало відрізняється від безколлекторного синхронного двигуна. Обертове магнітне поле створюється в двигуні шляхом перемикання його обмоток електронними ключами контролера з регульованою частотою. Від частоти перемикання залежить швидкість обертання колеса. Застосування в двигуні сильних постійних магнітів зі сплавів з рідкоземельними металами, відсутність щіток і будь-яких деталей, що труться крім підшипників на осі двигуна, дозволяють підняти ресурс мотор коліс до рівня застосовуваних підшипників і досягти ккд 90%.
На електровелосипеди встановлюються два типи мотор-коліс: - з прямим приводом і з планетарним редуктором.
У більшості випадків, покупці електровелосипедів не уявляють собі потенційних відмінностей між цими типами мотор-коліс і просто вибирають велосипед по потужності двигуна , Не беручи до уваги величину крутного моменту, економічність та інші важливі нюанси. А тим часом вони сильно відрізняються своїми експлуатаційними характеристиками.
Мотор-колеса прямого приводу влаштовані гранично просто. Ось колеса є віссю статора двигуна. Момент, що обертає, що виникає при перемиканні обмоток статора електронними ключами, передається безпосередньо на ротор, який з'єднаний спицями з ободом колеса. Відсутні будь-які проміжні механічні передачі.
переваги:
недоліки:
- велика витрата енергії акумулятора в порівнянні з редукторного двигунами прімрно на 30% (особливо на швидкостях менше 18 км / год);
- великий діаметр двигуна, і через малу довжину спиць слабка амортизація колеса;
- велика вага. Двигун потужністю 500 Вт важить близько 6 кг;
- малу питому крутний момент. Тому двигуни прямого приводу для електровелосипеда мають потужність від 500 Вт і вище;
- підвищені вимоги до акумулятора. Потужному двигуну потрібно акумулятор здатний витримувати великий розрядний струм і пікові навантаження. Необхідний дорогий акумулятор великої ємності;
- жорсткі вимоги до контролера через великі пікових струмів;
- поганий накат. Через сильні магнітних полів всередині двигуна і великого діаметра, обертання колеса гальмується, навіть при відключеному двигуні. Їхати на такому велосипеді з відключеним двигуном досить важко;
- досить великий сукупна вага двигуна і акумулятора. Велосипед вже можна віднести до розряду скутерів.
Мотор-колеса з планетарним редуктором мають приблизно в 2 рази менші габарити і вага, ніж їх без редукторні родичі. Планетарний редуктор, як правило, має передавальне відношення приблизно 4,2: 1, і дозволяє забезпечити високий крутний момент.
В даний час існують двохшвидкісні редукторні двигуни з автоматичним і ручним перемиканням передач. Причому габарити, вага і ККД нових двигунів не відрізняється від звичайних одношвидкісних двигунів мотор-колесо. Застосування нового типу двигунів для оснащення електровелосипедів дозволяє мати ряд істотних експлуатаційних переваг за рахунок наявності перемикається редуктора. Редукція на першій передачі становить 1: 8, а на другій передачі 1: 4,4. Тому крутний момент двохшвидкісного мотор-колеса з номінальною потужністю 250 Вт на першій передачі більше ніж у звичайного одношвидкісного двигуна потужністю 500 Вт.
Наявність першої передачі з коефіцієнтом редукції 1: 8 дозволяє:
- мати високу прийомистість - тобто дуже швидко розганятися з місця до швидкості 17-20 км / год в режимі скутера;
- долати круті підйоми - до 27 градусів;
- легко долати піщані і грунтові дороги, а також бездоріжжя;
- важким велосипедистам немає необхідності ставити потужні двигуни;
На другій швидкості максимальна швидкість в режимі допомоги становить 45 км / год замість 32 км / год для звичайного двигуна.
Переваги редукторних двигунів мотор-колесо:
- великий крутний момент на низьких оборотах. Швидкий старт з місця, підйом в гору, рух по путівцем і бездоріжжю, швидкий розгін - під силу цій крихітці ледве помітною у втулці колеса;
- обгону муфта всередині двигуна забезпечує відмінний накат велосипеда з відключеним двигуном;
- хороша амортизація мотор колеса за рахунок великої довжини спиць;
- досить невеликі пікові струми підвищують ресурс роботи самого двигуна, акумулятора і контролера;
- мала власна вага. При потужності 250-350 Вт - близько 3 кг;
- ККД близько 87%.
- редукторний двигун на 30% економніше витрачає заряд акумулятора в порівнянні з двигуном прямого приводу, а це істотно більший пробіг велосипеда на одній зарядці акумулятора;
- надійність знаходиться на рівні мотор коліс прямого приводу.
недоліки:
- легкий шум при роботі пов'язаний з наявністю планетарного редуктора, але цей шум не більше шуму коліс велосипеда по асфальту;
- швидкість мотор колеса обмежена 30 - 45 км / год.
Конструкція мотор-колеса з планетарним редуктором:
Статор мотор-колеса з фазними обмотками закріплений на осі колеса електровелосипеда. Ротор колеса, з закріпленими на ньому постійними магнітами, обертається при перемиканні фазних обмоток статора. Обертання ротора, через центральну шестерню, передається на корпус двигуна через планетарний редуктор, і далі на обід колеса. Три шестерні редуктора встановлені на закриті підшипники, осі яких закріплені на обгінної муфті. Передавальне відношення планетарного редуктора мотор колеса приблизно 4,5: 1. Обгону муфта забезпечує нерухомість трансмісії двигуна при педалюванні і відключеному двигуні. Завдяки наявності обгонів муфти забезпечується легкий хід велосипеда при відключеному двигуні.
Мотор колесо з планетарним редуктором можна рекомендувати у всіх випадках де не потрібні швидкості понад 25 - 45 км / год і необхідно забезпечити максимальний пробіг на одній зарядці акумулятора. Вони оптимальні з міркувань вартості, економічності, ваги, крутного моменту і легкості ходу електровелосипеда https://lifepo4.by/na-odnoy-zaryadke#overlay-context=akkumulyatory-dlya .