Rower elektryczny

Napęd z www.ekonapedy.com został założony do starego roweru turystycznego marki Pasat. Maksymalna prędkość bez pedałowania wynosi 40 km/h.  Zasięg testowany przy ciągłych dużych prędkościach jazdy 30..40 km/h  i terenie miejscami mocno górzystym wyniósł w ciepłym, letnim okresie 30km. Rowerem elektrycznym jeździ sie bardzo przyjemnie, natomiast nieprzyjemnie sie go parkuje w porównaniu ze zwykłym rowerem. Jest niestety bardzo ciężki. Cały rower z bateriami 12Ah ważył około 38kg. Wnieść go po schodach do domu lub piwnicy jest baaaaardzo trudno. Odpada zatem całkowicie mozliwość przewożenia roweru pociągiem. Trochę obaw można mieć zostawiając go przed sklepem z uwagi na koszt napędu i większą podatność na wandalizm. Problem ciężaru moze przynieść zastosowanie baterii wykonanych w lepszej technologii niż baterie kwasowe. Niestety wzrośnie wtedy znacząco koszt roweru.
Moc ciągła silnika 550W jest jednak nieco zbyt duża jeśli ma to być tylko napęd wspomagający, za to dobrze nadaje się do jazdy tylko z napędem elektrycznym po górzystm terenie. Rowery elektryczne z silnikami mniejszej mocy np. 250W są nieco za słabe tam gdzie zdażają się nieco większe wzniesienia ale dobrze sprawdzają się jako napęd wspomagający przy płaskich odcinkach i niewielkich wzniesieniach.
W przypadku mocy silnika 550W lepiej wybrać silnik na mniejsze obroty np. pozwalający uzyskać najwyżej 30 km/h. Wyższe prędkości są bardzo niebezpieczne na rowerze elektrycznym szczególnie poruszającym się po mieście!!!

UWAGA! zgodnie ze stanem na 2008 rok:
  • z przepisami holenderskimi,
  • z przygotowywaną (kwiecień 2008) normą europejską EN 15194 dla rowerów ze wspomagającym napędem elektrycznym (CEN, www.cen.eu),
  • ze zmianami zaproponowanymi (czerwiec 2008) przez inicjatywę Miasta dla rowerów (www.rowery.org.pl) w przepisach rozporządzenia Ministra Infrastruktury z dnia 31 grudnia 2002 r.
    w sprawie warunków technicznych pojazdów oraz zakresu ich niezbędnego wyposażenia (Dz. U. z 2003 r. Nr 32, poz. 262 ze zm.),
dopuszcza się wyposażenie roweru w pomocniczy napęd elektryczny o znamionowej mocy ciągłej nie większej niż 250W, zasilany napięciem nie wyższym niż 48V i który jest automatycznie odłączany kiedy rower osiąga prędkość 25 km/godz.

BEZPIECZEŃSTWO
Dla roweru elektrycznego poruszającego się w mieście prędkość 40 km/h jest bardzo niebezpieczna! Kierowcy samochodów, inni rowerzyści i piesi nie spodziewają się tak szybkiej jazdy ze strony roweru, który dodatkowo porusza się całkowicie bezszelestnie. Ścieżki rowerowe w większości nie są przystosowane do takich prędkości roweru. Względy bezpieczeństwa oraz utrudnianie ruchu innym użytkownikom ruchu jak samochody i zwykłe rowery były m.in. przyczyną okresowego zakazu ruchu rowerów elektrycznych w Pekinie i niektórych innych dużych chińskich miastach.

Foto 1 | Foto_2 - silnik typ 408

Foto - silnik z magnesami trwałymi o mocy 550W w piaście tylnego koła o rozmiarze 28 cali

Foto -  maksymalna prędkość roweru elektrycznego na płaskiej drodze wynosi 40 km/h

Foto - w sakwach cztwey akumulatory żelowe 12V 12Ah połączone szeregowo

Foto - woltomierz o rozciągniętej skali i amperomierz

Rower poziomy z napędem elektrycznym

Wykorzystując silnik w piaście koła studenci jako pracę dyplomową budują ->  rower poziomy z napędem elektrycznym. Rower jest już prawie gotowy i wygląda całkiem ładnie.
A oto efekt ostateczny:
Na zdjęciu praca dyplomowa inżynierska p. Wojciecha Laskowskiego i  p. Tomasza Taczyńskiego obroniona na wydziale Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej w roku 2006.



Rower elektryczny wykonany jako prac dyplomowa jest obecnie przerabiany (wiosna 2008). Przeróbka roweru obejmuje:
Lista zmian jest na tyle duża, że z poprzedniej wersji roweru elektrycznego niewiele zostanie wykorzystane. Praktycznie będzie to nieco odchudzona i zmieniona rama oraz obie przerzutki i trochę skrócony łańcuch.
Na obecnym etapie modernizacji rower poziomy z napędem elektrycznym wyglada w sposób następujący:






Rower jeździ już na napędzie mięśniowym:



Jeżdzi się znacznie lżej w porównaniu z porzednią wersją. Wynika to qłównie z uwagi na wyeliminowanie wysoko położonych akumulatorów, które znajdując się miedzy nogami rowerzysty praktycznie uniemożliwiały wygodne pedałowanie. Pomocne okazało się też inne ustawienie fotelika. Obecnie w foteliku się siedzi a nie półleży i mozna uzyskać większą siłę nacisku na pedały. Nowy widelec ma inny kąt wygięcia i rower uzyskał lepszą sterowność.

Po paru próbach górne prowadzenie łańcucha rowerowego zrealizowano w postaci kawałka rurki aluminiowo - plastikowej pochodzącej od instalacji wodociągowej. Rurka została zamontowana elastycznie za pomocą kawałka gumy:



Z paru przetestowanych prowadnic łańcuch, ten któy został zastosowany daje minimalne opory tarcia i jest najmniej hałaśliwy.

Niestety oryginalnego hamulca tarczowego nie udało się prawidłowo zamontować. Okazało się że tarcza hamulca jest zbyt pokrzywiona oraz, że zacisk hamulca nie pracuje prawidłowo z klamką hamulca. Klamka hamulca wybierała zbyt mało linki.
Obecnie w obu kołach są zastosowane hamulce szczękowe:
                                    

Aby zwiększyć ich skuteczność działania zamienione zostały oryginalne klocki hamulcowe na klocki hamulcowe o długości 70 mm pochodzącymi od V-brejków:



Okazało się, że z takimi klockami, starego typu hamulce szczękowe pracują wyśmienicie. Siła hamowania jest taka porównywalna jak w hamulcach typu canilever.

Akumulatory zostały zamontowane w sakwach rowerowych:



Po modernizacji poziomy rower elektryczny wygląda  następująco:



Rower w nowej wersji już jeździ na napędzie mięsniowym i elektrycznym:




Charakterystyki silnika 408 według danych podanych przez producenta - Crystalyte






Falownik do roweru elektrycznego

Fabryczny falownik do roweru elektrycznego wygląda w sposób następujący:



Na radiatorze jest sześć tranzystorów MOSFET i jeden stabilizator napięcia. Do tranzystorów zastosowano trzy wzmacniacze bramkowe IR2101S. W obwodzie napięcia stałego zastosowano trzy kondensatory elektrolityczne 100V, 100 mikrofaradów połączone równolegle.

Badania napędu roweru

Silnik poziomegu roweru elektrycznego jest to silnik prądu przemiennego, trójfazowy, synchroniczny ze wzbudzeniem pochodzącym od magnesów trwałych. Rozkład pola magnestycznego w szczlinie powietrznej silnika jest taki, że kształt siły elektromotorycznej zaindukowanej w maszynie ma kształt następujący:



Falownik zasilający ten silnik sterowany jest tak jak steruje się silniki synchroniczne z trapezoidalnym kształtem SEM (tzw. silniki bezszczotkowe prądu stałego). Układ regulacji składa się z regulatorów histerezowych prądu sterujących tranzystory w poszczególnych fazach silnika w zależności od zadanego, za pomocą manetki gazu, prądu silnika oraz położenia wirnika identyfikowanego za pomocą trzech czujników hallotronowych.

Napięcie zasilające silnik przy średniej prędkości wygląda następująco:



Tranzystory falownika przełączane są z częstotliwościa 15kH.

Przy pełnej prędkości roweru, aby maksymalnie wykorzystać napiecie zasilania falownika, modulacja szerokości impulsów nie jest stosowana (wpółczynnik wypełnienie impulsów =1) i napięcie zasilania silnika wygląda następująco:




Maksymalna prędkość roweru

Przy pełnym wysterowaniu falownika zmierzona prędkość obrotowa silnika 408 wynosi 380 obr/min. Jest to prędkość bez obciążenia silnika, koło kręciło się w powietrzu.
Przy założonej oponie o rozmiarze 28" x 1.75" obwód której to 2268mm odpowiada to prędkości liniowej roweru 51.7 km/h.
Jednak takiej prędkości rower nigdy nie uzyska na poziomej drodze z uwagi na opory tracia i powietrza. Praktycznie zaobserwowana prędkość maksymalna roweru poziomego z silnikiem 408 zawiera się w granicach 36..41 km/h.


Baterie żelowe 7Ah

Obecnie (kwiecień 2008r.) w rowerze zainstalowane zostały akumulatory żelowe 7Ah (firmy HAZE  typ HZS12-7 | charakterystyka rozladowania).


I OGÓLNOPOLSKI ZLOT POJAZDÓW ELEKTRYCZNYCH I HYBRYDOWYCH

W dniach 19-20 września 2008 r. Akademia Morska w Gdyni (głównie dr. Łebkowski - Ford Escort Elektryczny) organizuje I Ogólnopolski Zlot Pojazdów Elektrycznych i Hybrydowych. Na Zlocie będzie prezentowany również poziomy rower elektryczny. Rower będą prezentować studenci z Naukowego Koła Studentów Elektryków.
W dniu 11 września 2008 r. poziomy rower elektryczny dojechał już na miejsce pokazu - o własnych, elektrycznych siłach. Z Politechniki Gdańskiej na Skwer Kościuszki w Gdyni pokonał trasę 21 km z prędkością jazdy oscylującą między 18 a 30 km/h bez wspomagania pedałami. Pojemność baterii akumulatorów  7 Ah okazała się wystarczająca do tej podróży. Podróż pochłonęła około 70 % pojemności akumulatorów.

Przystanek w Gdańsku-Oliwie

Na Bulwarze Nadmorskim w Gdyni

 Na Bulwarze Nadmorskim w Gdyni

 W garażu Akademii Morskiej rower zaparkował obok budowanej łodzi z napędem elektrycznym

A przed garażem akumulatory ładował Ford Escort Elektryczny: foto 1 | foto 2 | foto 3 | foto 4

Zdjęcia ze zlotu: fot 1 | fot 2 | fot 3
Nasz rower elektryczny był prezentowany na Zlocie przez studentów z Naukowego Koła Studentów Elektryków NKSE.

Przebiegi zarejestrowane w napędzie roweru elektrycznego

Przebieg siły elektromotorycznej silnika 408 - mierzony międzyfazowo. Przebieg zarejestrowany na oscyloskopie cyfrowym, zastosowana sonda pomiarowa z dzielnikiem 1:10

Przebieg napięcia międzyfazowego falownika przy  średniej prędkości obrotowej silnika 408.
Widoczna modulacja szerokości impulsów (PWM).
Przebieg zarejestrowany na oscyloskopie cyfrowym, zastosowana sonda pomiarowa z dzielnikiem 1:10.

Rozciągnięta skala czasu dla przebiegu napięcia wyjściowego falownika - widoczna częstotliwość przełączeń tranzystorów 15kHz.
Przebieg zarejestrowany na oscyloskopie cyfrowym, zastosowana sonda pomiarowa z dzielnikiem 1:10.

Przebieg napięcia międzyfazowego falownika przy  pełnej prędkości obrotowej silnika 408.
Falownik dostarcza mozliwe największe napięcie - pracuje bez modulacji szerokości impulsów.
Przebieg zarejestrowany na oscyloskopie cyfrowym, zastosowana sonda pomiarowa z dzielnikiem 1:10

Przebeg prądu pobieranego z akumulatora - silnik bardzo lekko obciążony, pobór prądu około 1A.


Hamownia rowerowa

Przygotowana została hamownia do badania napędu rowerowego. W hamowni można zainstalować samo koło z silnikiem po wymontowaniu z roweru albo bez wymontowywania czyli razem z rowerem.
Koło rowerowe przez rolkę dociskaną do opony napędza prądnicę prądu stałego z wirnikiem tarczowym i magnesami trwałymi. Regulujac obciążenie prądnicy zmienia się obciążenie silnika rowerowego.

    Fot2  

    Fot3  

    Fot4  

Fot6

Fot7

Fot8

Tabliczka znamionowa prądnicy zastosowanej w hamowni  

Trenażer
Hamownię można wykorzystywać też jako urządzenie treningowe dla kolarzy. Odłącza się wtedy zasilanie z akumulatorów i w to miejsce podłącza się rezystor. Silnik 408 pracuje jako trójfazowa prądnica z magnesami trwałymi, wytworzony prąd zmienny prostowany jest przez diody zwrotne falownika i przekazywany do rezystora. Aby przyblizyć pracę takiego trenażera do rzeczywistego obciążenia nóg kolarza w zależności od położenia pedałów połączenie do rezystora jest przez przerywacz tranzystorowy. Wysterowanie tranzystora i tym samym poziom mocy obciążającej kolarza jest uzależniony od położenia pedałów. Położenie pedałów mierzone jest przetwornikiem obrotowo impulsowym zamontowanym na osi suportu. Fotografie: Czujnik położenia pedałów | Trening .


Baterie Ni-MH

W rowerze planowane było zamontowanie akumulatorów Ni-MH 48V 9Ah:
| charakterystyka rozladowania | charakterystyka ladowania
Takie baterie zostały na próbę zamontowane ale po kilkunasu minutach jazd testowych okazały się wadliwe. Niestety częśc ogniw nie utrzymywała swojej pojemności.

Baterie żelowe 12Ah i inne zmiany w rowerze

Obecnie (maj 2009r.) w rowerze zainstalowane są akumulatory żelowe 12Ah (firmy VISION typ CP12120).
Waga roweru z tymi akumualtorami wynosi 53 kg (nacisk na przednie koło 11kg, na tylne koło 52 kg).
Równocześnie podłączono mierniki analogowe: amperomierz z bocznikiem na zakres 20A oraz woltomierz o skali rozciągniętej przy uzyciu diod Zenera na zakres 30..55V - mierniki.
Zainstalowano też elektroniczny sygnalizator uruchamiany przyciskiem przymocowanym obok lewej dźwigni hamulca.

Budowa wewnętrzna silnika Crystalyte 408

Silnik ma trzy uzwojenia fazowe połączone w gwiazdę. Każde z uzwojeń nawijane jest dwoma drutami tworząc układ następujący:

Uzwojenie stojana silnika mierzone międzyfazowo ma rezystancję ok. 0.48 Ohm oraz indukcyjność ok. 1 mH.
Czyli dla pojedyńczej fazy rezystancja to ok. 0.24 Ohm a indukcyjność ok. 0.5 mH.

Silnik wewnątrz:
fot 1 Rozebrany silnik z jednej strony
fot 2
Widok na wyprowadzenia hallotronów
fot 3
Rozebrany silnik z drugiej strony
fot 4 Połączenia przewodów zasilajacych z cewkami silnika

Uwaga: Przy kupnie nowego silnika warto zmierzyć rezystancję każdej z faz. Powinny mieć w przybliżeniu takie same rezystancje. W jednym z silników zdarzyło się że jedna z cewek miała przerwany drut. Uszkodzenie było fabryczne i powstało przy umieszczaniu czujników hallotronowych - czujniki są wpychane pod uzwojenia w żlobki stojana już po nawinięciu uzwojeń. Ktoś z pracowników widocznie zbyt ostro włożył śrubokręt pod uzwojenie i przerwał jeden z drutów. Silnik ten działał ale wyczuwalne byłuy szarpania momentu przy małych prędkościach.


VII Bałtycki Festiwal Nauki
W dniu 28 maja poziomy rower elektryczny prezentowany był na Dziedzińcu Północnym Politechniki gdańskiej w ramach pokazów zorganizowanych na VII Bałtycki Festiwal Nauki.
      Plakat  o rowerze


II OGÓLNOPOLSKI ZLOT POJAZDÓW ELEKTRYCZNYCH I HYBRYDOWYCH
    
W dniu 27 czerwca 2009 r. Akademia Morska w Gdyni (głównie dr. Łebkowski - Ford Escort Elektryczny) zororganizowała II Ogólnopolski Zlot Pojazdów Elektrycznych i Hybrydowych.
Na zlocie były różnego rodzaju pojazdy elektryczne własnej i fabrycznej konstrukcji m.in.: SAM II - pojazd 3-kołowy, KOMEL - elektryczna motolotnia,  Electrocar - Club Car Carryall 232, skutery elektryczne  E-MAX, TOYOTA COROLLA EV, DAEWOO NEXIA EV, HYUNDAI ACCENT EV , Fiat 126pEV, FIAT SEICENTO EV , SMART EV, Velocraft - ROWERY EVInterbike - ROWERY EV, Ekonapędy - ROWERY EV, Poziomy ROWER EV, Motorynka,  DWUKÓŁKA podobna do SEGWAY, PEUGEOT 106EV, rowery ERGODRIVE-NTC, FORD ESCORT EV.
Miejsce: Gdynia, Al. Jana Pawała II 3 (Przy Skwerze Kościuszki - parking przed Wydziałem Nawigacyjnym Akademii Morskiej)
W trakcie Zlotu można było zapoznać się z istniejącymi technologiami, porozmawiać i wymienić opinie z ekspertami, konstruktorami oraz producentami i użytkownikami pojazdów elektrycznych.
Zlotowi towarzyszyła konferencja „Nowa Era Motoryzacji” w trakcie której zapoznać mozna było się z programem wdrożeniowym i badawczym Klasteru Green Stream. Zaprezentowane tostały też projektów do Green Cars Initiative m.in.: terminale ładowania, systemy monitorowania infrastruktury i pojazdów, taksówka dla Europy, autobusy elektryczne w Polsce, Nissan Green Program - lider zerowej emisji spalin.
Na konferencji zaprezentowano też wykład o elektrycznym transporcie indywidualnym, przedstawiono projekt miejskiego pojazdu elektrycznego, oraz wchodzący do produkcji seryjnej dwuosobowy pojazd miejski SAM z firmy Impact Automotive z Pruszkowa.

Bardzo interesujący wykład p. Grzegorza Ciocha z Instytutu Energetyki w Gdańsku o transporcie indywidualnym przy wykorzystaniu roweru elektrycznego:
slajd1 | slajd2 | slajd3 | slajd4 | slajd5 | slajd6 | slajd7 | slajd8 | slajd9 | slajd10 | slajd11

Na Zlocie byliśmy obecni z naszym poziomym rowerem elektrycznym. Podróż z Politechniki na miejscie Zlotu rower przebył wyłącznie na napędzie elektrycznym. Na miejscu zlotu akumulatory zostały naładowane. Jadąc do Gdyni utrzymywana była w miarę możliwości prędkość jazdy 25..28 km/h. Wracając do Gdańska tam gdzie była taka mozliwość starano się uzyskać prędkość możliwie największą tj. 35..41 km/h. Pojemność baterii akumulatorów 12Ah była wystarczająca do tej podróży.
Nie zmierzyłem ile % energii akumulatorów zostało wykorzystane. Kontrolując prąd amperomierzem stwierdziłem że pobór prądu oscylował przez większą część drogi w granicach 4..8A.
Dane z licznika rowerowego dla łącznej drogi tam i z powrotem:

Z powrotem