Sähköpyörä

Sähköpyörä (e-bike, powerbike, pedelek [1] [2] [3] ) on sähkökäyttöinen polkupyörä, joka huolehtii osittain tai kokonaan sen liikkeestä. Sitä kutsutaan myös pyörähybridiksi, vaikka hybridipyörä  on polkupyörä, joka yhdistää suunnittelussaan sekä maastopyörän että maantiepyörän ominaisuudet .

Yleisesti ottaen sähköpyörä eroaa tavallisesta kolmella lisäkomponentilla: sähkömoottori , akku ja ohjain . Toisin kuin sähköskootteri tai moottoripyörä , sähköpyörä voidaan ajaa polkimella, ja sen käyttö ja huolto on hieman monimutkaisempaa kuin perinteisen polkupyörän.

Sähköpyörästä huolimatta sähköpyörää käytetään pitkälti samalla tavalla kuin perinteistä polkupyörää, eikä useimmissa maissa vaadita ajokorttia tai rekisterikilpiä ajamiseen . Sähköpyörä soveltuu hyvin kulkuvälineeksi monenlaisille harrastajille, joilla on monipuoliset koulutustasot, koska sillä pääsee helposti annostelemaan fyysistä aktiivisuutta. Venäjällä (ja IVY-maissa) olisi oikein kutsua sähköpolkupyöriä mopoiksi ("MO"-Motor + "PED"-polkimet).

Venäjällä SDA :n (2015 painos) mukaisesti sähköpolkupyörää, jonka moottorin teho on enintään 250 W, pidetään polkupyöränä , yli 250 W ja alle 4 kW - mopo ; yli 4 kW - moottoripyörä; moottoripyörää ajaessa vaaditaan ajokortti ja rekisterikilpi; mopoa ajaessa vaaditaan M-luokan ajokortti tai mikä tahansa muu avoin oikeudet (esim. A tai B) ; Polkupyörällä ajamiseen ei tarvita ajokorttia. Käytännössä tämä sääntö ei kuitenkaan toimi.

Historia

Ajatus pyörän varustamisesta moottorilla syntyi hieman myöhemmin kuin itse polkupyörän ulkonäkö. Vuonna 1888 John Dunlop keksi pneumaattisen renkaan , joka paransi huomattavasti ajomukavuutta ja turvallisuutta tehden polkupyörästä yhden suosituimmista kulkuvälineistä [4] . Idean edelleen kehittäminen liittyy sähkötekniikan alan edistymiseen. Vuodesta 1890 lähtien useita patentteja on suojattu polkupyörään asennetulla sähkömoottorilla . Joten, US-patentti [5] (1895) kuvaa polkupyörälaitetta, joka on varustettu tasavirtasähkömoottorilla . Vuonna 1899 John Schnepf kehitti takapyörävetoisen mallin [6] .

Sähköpyörien tuotanto ei pitkään aikaan houkutellut suuria valmistajia, mutta 1990-luvulla kulutuselektroniikan kehittyessä ja kompaktien akkujen myötä kiinnostus niitä kohtaan heräsi. Vuonna 1992 Zike aloitti sähköpolkupyörien massatuotannon [7] . Siitä lähtien niiden tuotanto on kasvanut jatkuvasti. Yhdysvaltain markkinoilla suurin myynnin kasvu tapahtui vuosina 2002-2003[ määrittää ] ; kokonaisvolyymi jatkaa kasvuaan [8] .

Kiinassa ensimmäiset paikallisesti valmistettujen sähköpolkupyörien teolliset mallit ilmestyivät vuonna 1998 [9] ja niiden vuosituotanto oli 17 miljoonaa yksikköä vuonna 2007, ja vuoteen 2010 mennessä sen olisi arvioiden mukaan pitänyt kasvaa 22 miljoonaan. Kiina on maailman suurin valmistaja ja sähköpyörän käyttäjä.

Maailman tuotannon vuonna 2007 arvioitiin olevan 18 miljoonaa yksikköä, ja vuoteen 2010 mennessä sen odotetaan kasvavan 30 miljoonaan yksikköön vuodessa [10] .

Edut ja haitat

Tärkeimmät edut

Puutteita olemassa olevissa malleissa

Keskustelukysymykset

Lajikkeet

Sähköpyörät voidaan jakaa kolmeen pääryhmään sen mukaan, tarvitseeko pyöräilijän ponnistuksia siirtääkseen [2] [3] :

  1. Sähköpyörää ajavat polkimet, ja sähkömoottori luo lisäpitoa, mikä auttaa pyöräilijää.Termiä pedelek käytetään usein viittaamaan tämän tyyppiseen sähköpyörään .
  2. Sähköpyörä voi liikkua vain sähkömoottorin kustannuksella ilman, että pyöräilijä kohdistaa ponnisteluja polkimiin, mutta mukavan polkimen mahdollisuus säilyy;
  3. Liikkuminen ilman moottorin apua, vain polkimilla, on käytännössä vaikeaa moottoripyörän suuren massan ja jarrutusvaikutuksen vuoksi, ja polkimia käytetään puhtaasti varajärjestelmänä moottorin rikkoutuessa tai akun purkautumisessa. Tämäntyyppinen sähköpyörä on de facto sähkömoottoripyörä, jossa on polkemismahdollisuus.

Komponentit

Komponenttien käyttötavan mukaan sähköpyörät voidaan jakaa:

Sähkökomponenttien erityispiirteet ja ominaisuudet yhdistävät pitkälti sähköpyörän ja sähköauton.

Sähkökäyttö

Tähän mennessä sähköpolkupyöriä on 2 päätyyppiä: moottoripyörällä ja vaunun moottorilla.

Moottoripyörä

Yleisin versio polkupyörän sähkökäytöstä, joka perustuu harjattomaan tasavirtamoottoriin. Moottori on asennettu pyörään navan sijaan. Asennetaan sekä etu- että takapyöriin. Moottoripyörän käytön avulla voit muuntaa melkein minkä tahansa yleisen kaupunkipyörän sähkökäyttöiseksi minimaalisin kustannuksin, ja sen suunnittelua ei juuri rikota. Moottoripyörä voi olla mikä tahansa pyörä tai molemmat samanaikaisesti. Usein moottoripyörä myydään jo koottuna (puolaisessa) muodossa. Sähköpyöriä kuljettavien massatuotettujen pyörämoottoreiden tehoalue vaihtelee tyypillisesti 200 - 5000 wattia.

Moottoripyöriä on kahta tyyppiä: vaihdettavia ja vaihteistottomia. Vaihdemoottoripyörässä on moottori, jolla on suuri nopeus ja pieni vääntömomentti, joka on kompaktimpi, halvempi ja teknisesti edistyneempi staattorin alhaisen magneettisen induktion, planeettavaihteen ja ylikäyntikytkimen ansiosta. Vaihdeton moottoripyörä (suoraveto) on hidaskäyntinen moottori, jolla on suuri vääntömomentti, jonka pyöriminen välittyy suoraan pyörään, mikä yksinkertaistaa suunnittelua ja lisää luotettavuutta. Kuitenkin halutun taajuus- ja vääntömomenttiominaisuuksien moottorin saamiseksi sen staattorissa tarvitaan erittäin voimakas magneettikenttä, joten vaihdettomilla moottoripyörillä on suuri moottorin koko ja paino staattorissa olevien massiivisten harvinaisten maametallien kestomagneettien vuoksi.

Vaihdemoottoripyörien ylikäyntikytkin toisaalta helpottaa liikkumista pyöräilijän voimalla tai rullalla - hetkillä, jolloin ulkoinen voima pyörittää pyörää nopeammin kuin moottori, koko moottorin napa käyttäytyy kuin yksinkertainen laakeri. Mutta toisaalta sama vaikutus tekee mahdottomaksi saada takaisin sähköpyörän kineettistä energiaa. Vaihteettomassa moottoripyörässä, jossa ei ole ylikäyntikytkintä, moottorin nopeus on aina yhtä suuri kuin pyörän nopeus. Toisaalta tämä mahdollistaa regeneratiivisen jarrutuksen käytön, mutta toisaalta, vaikka moottorin käämit ovat täysin irrotettuina sähköpiiristä, siinä tapahtuu havaittavia pyörrevirtahäviöitä, jotka huonontavat rullaa ja vaikeuttavat polkemista. (kuten ajettaessa kevyttä tuulta vastaan).

Vaihdemoottoreiden planeettavaihteissa olevat satelliittivaihteet ovat pääsääntöisesti muovia - planeettamekanismin halvimpana ja helpoimmin vaihdettavana osana ne ovat kulutusosia, jotka säästävät metalliroottorin ja kotelon hampaat kulumiselta ja vaativat ajoitetun vaihto 5-7 tuhannen kilometrin välein moottorin ajon jälkeen.

Eräs muunnelma moottoripyörästä on niin kutsuttu pyöräMassachusetts Institute of Technologyn edustajat ilmastonmuutoskonferenssissa Kööpenhaminassa vuonna 2009. Se on polkupyörän pyörä, jossa on integroitu sähkömoottori, akku ja ohjain, jonka avulla voit muuntaa tavallisen polkupyörän sähköpyöräksi yksinkertaisesti vaihtamalla takapyörän. Tällainen pyörä auttaa automaattisesti poljettaessa, ja jarrutukseen se käyttää generaattoritilassa olevaa sähkömoottoria, joka varastoi energiaa akkuun. Pyörän ohjaamiseen käytetään puhelinta, joka yhdistetään pyörään Bluetoothin kautta . Lisäksi pyörään on sisäänrakennettu antureita, jotka keräävät tietoa ympäristötilanteesta, GPS , GPRS [13] [14] .

Pyörämoottorin käytön edut:

  • sopii harmonisesti minkä tahansa pyörän suunnitteluun
  • sähkömoottorin hiljainen toiminta
  • perinteisen polkupyörän muuntaminen moottoripyörällä vaatii vain vähän vaivaa
  • pyörän moottori on yhteensopiva useimpien pyörämallien kanssa
  • pienet energiahäviöt kitkasta johtuen moottorin liikkuvien osien vähimmäismäärästä (erityisesti vaihdettomissa moottoripyörissä)

Haittoja ovat mm.

  • polkupyörän pyörän havaittava paino
  • käytettäessä tehokkaita moottoripyöriä (alkaen 500 W), pyörän akselin kiinnitystä vakiopyörän runkoon (ns. "dropouts") ei ole suunniteltu akseliin kohdistuvaan suureen vääntömomenttiin, mikä ilman lisäkuluja toimenpiteet voivat johtaa rungon kulumiseen ja tuhoutumiseen (nopeudella tämä voi johtaa vakaviin, jopa kuolemaan johtaviin vammoihin). Siksi käytettäessä keskitehoisia moottoreita (500 - 2000 W) on suositeltavaa asentaa lisäkiinnike - kestävistä teräslajeista valmistettu pudotusvahvistin, joka estää pyörän akselin kääntymisen. Tällaisia ​​osia on saatavilla kaupallisesti tai sähköpyörien kokoajat itse valmistavat. Suuritehoisissa moottoreissa (alkaen 3 kW) käytetään vain erityisiä kehyksiä sähköpyörille, joissa on tähän kuormaan suunniteltu pudotus (tavanomaisen rungon vahvistimet eivät kestä tällaista vääntömomenttia).
Sähkökäyttö vaunun sähkömoottorilla

Sähköpyörä, jonka rungon vaunukokoonpanoon on asennettu moottori. Vääntömomentin voimansiirtoketju tai hihna . Sähkövaunujen moottorien valmistajat ovat sellaisia ​​tunnettuja yrityksiä kuin Bosch , Panasonic , Bafang , Yamaha ja Shimano . BB-moottoreita käyttävät tunnetut pyörämerkit, kuten Diamondback, Raleigh, Kalkhoff, Univega , Focus, Trek , IZIP, Specialized , BH, KTM , Rotwild ja Bulls, nykyaikaisten sähköisten maastopyörien rakentamiseen. Syynä on, että niillä on tiettyjä etuja moottoripyöriin verrattuna [15] .

Vaunujen sähkömoottoreiden haitat:

  • Ketjun tai hihnan, hammaspyörän hampaiden ja vaihteiden kuluminen on huomattavasti suurempi kuin moottoripyöriä käytettäessä, mutta ei eroa perinteisistä polkupyöristä (jos huomioidaan ajokilometreistä riippuva kuluminen).
  • Asennus polkupyörään vaatii erityisiä avaimia toimiakseen vaunun kanssa.
  • Jos käytetään pienihalkaisijaista eturatasta (alle 38), alatuen moottori pienentää välystä. Jos 38 tai enemmän, välys on rajoitettu tähdellä [15] .

Vaunujen sähkömoottoreiden edut:

  • Pyöriä ei tarvitse vaihtaa tai puhua, moottori asennetaan alakiinnikkeen tilalle (ei koske moottoreita, joissa on suuri vääntömomentti - tavalliset pinnat eivät kestä sitä).
  • Säädin on sisäänrakennettu moottoriin.
  • Toisin kuin suoravetomoottoripyörillä, sähköpyörän polkeminen on yhtä helppoa kuin tavallisella pyörällä, kun akku on tyhjä.
  • Vaihteisto on valittavissa tien mukaan.
  • Kammioiden puhkeamisen ja korjausten ansiosta pyörät on edelleen mahdollista irrottaa helposti.
  • Matala melutaso (< 55 dB ).
  • Vaunumoottorilla varustetuissa sähköpyörissä painopiste sijaitsee keskellä, mikä on tuttua ja vaikuttaa hyvin ohjattavuuteen, mikä on erityisen tärkeää maastossa, aggressiivisessa ajossa ja lumessa liikkuessa.
  • Merkittävä osa alatuen moottoreista on varustettu vääntömomenttianturilla, joka antaa "luonnollisemman" poljintuntuman ja säästää akkuvirtaa [15] .
Kitkamoottori

Kitkamoottori perustuu kitkavaihteeseen (lat. frictio, genitive frictionis - kitka) - kinemaattiseen pariin, joka käyttää keskenään kitkavoimaa mekaanisen energian siirtämiseen. US-patentti 699 066, myönnetty John Schnepforille vuonna 1899, kuvaa ensimmäistä sähköpyörää, joka perustuu rullapyörän kitkaan renkaan kanssa. Keksintöä eri muunnelmina käytettiin 1900- ja 2000-luvun konsepteissa ja sarjasuunnitelmissa [16] .

Akku

Sähköpyörän akku asennetaan yleensä tavaratilaan erikoiskonttiin, polkupyörän runkoon tai rungon sisällä oleviin erityislokeroihin, jos suunnittelussa niin on. Yleisimmät paristotyypit [17] :

Akun kulutukseen ja matkaan ilman latausta vaikuttavat merkittävästi:

  • Sähköpyörän, ajajan ja matkatavaroiden kokonaispaino.
  • Sähkömoottorin tyyppi. Vaihteistolla varustetut mallit mahdollistavat noin 30 % pidemmän matkan kuin suoravetoiset mallit (muiden parametrien ollessa identtiset).
  • Kun akun kapasiteetti kasvaa, kilometrimäärä latausta kohti kasvaa. Nopeuden kasvaessa kilometrimäärä yhdellä latauksella pienenee, koska nopeuden kasvaessa energiankulutus kasvaa, joka kuluu kitkavoiman ja kaikkien vastusten (vierintä, aerodynaaminen jne.) voittamiseen. Niillä on neliöllinen riippuvuus nopeudesta: jos ajat kaksi kertaa nopeammin, vastuksen voittamiseksi kuluu 4 kertaa enemmän energiaa.
  • Tien pinnan laatu.
  • Rengaspaineet.
  • Ajotyyli (moottorin polkimisen avustusaste, äkillisen kiihdytyksen esiintyminen tai puuttuminen) [18] [19] .

Lupaavin on litiumakkujen käyttö niiden paremman suorituskyvyn (vaikkakin suhteellisen korkeamman hinnan) ja tuotannon jatkuvan lisääntymisen vuoksi [9] .

Vuosina 2007-2008 markkinoille ilmestyi uudenlainen litiumioniakku - litiumrautafosfaatti (LiFePO 4 ). Niiden ulkonäkö ratkaisi kaksi perinteisten litiumioniakkujen ongelmaa: syttymis- ja räjähdysvaaran ylikuumenettaessa latauksen tai purkamisen aikana suurilla virroilla, sekä suhteellisen pienen määrän lataus-purkausjaksoja (väitetään yleensä 500 ja 2000 jaksoa). ). Vuonna 2009 valmistettujen LiFePO 4 -akkujen tyypillisiä ominaisuuksia : jännite 39,6 V, kapasiteetti 10 Ah , paino 3,5 kg, mikä tyypillisellä 15 wattituntia kilometrillä energiankulutuksella antaa sähköpyörän toimintasäteen noin 25 km [20] .

Ohjain

Ohjain ( pyörätietokone ) on elektroninen laite, joka ohjaa sähköpyörän toimintaa. Tyypillisesti ohjaimet valmistetaan alumiinikotelossa olevan levyn muodossa, joka toimii jäähdytyselementtinä poistaen lämpöä ja suojaamaan laitetta ympäristöltä. Kotelosta irrotetaan kaapelit kosketinliittimillä sähköpyörän eri laitteille.

Säätimen päätoiminnot: syöttää virtaa akusta sähkömoottoriin käyttäjän asetusten mukaisesti; näytä jäljellä oleva akun varaus ilmaisimessa; määritä polkimien pyöriminen / pysäytys; rajoittaa pyörän enimmäisnopeutta energian säästämiseksi; ylläpitää vakionopeutta (vakionopeussäädin); lataa akkua jarrutettaessa.

Säätimet on jaettu seuraavien parametrien mukaan: syöttöjännite (24/36/48/60/64/72/80 ja enemmän voltteja); energian talteenotto moottorista (kyllä/ei); energian toimittaminen polkimista akkuun (kyllä ​​/ ei); Hall-anturien määrä ; anturien läsnäolo polkimista (kyllä ​​/ ei); sähkömoottorin tyyppi (harjaton / harjaton); tehonsäätimen tyyppi (analoginen/diskreetti); kyky muodostaa yhteys muihin ohjaimiin (kyllä/ei); vakionopeussäädin (kyllä/ei); erilaisia ​​osoittimia, valoja ja kytkimiä.

Energian talteenotto voidaan suorittaa jarrutuksen ja/tai joutokäynnin aikana, riippuen säätimen ja moottorin ominaisuuksista.

Sähköpyörän ominaisuuksien laskemiseen käytetään online-laskimia akun kapasiteetin, nopeuden, kantaman, moottorin tehon ja muiden parametrien laskemiseen. [21]

Valaistuslaitteet

Toisin kuin perinteisissä polkupyörissä, sähköpolkupyörissä käytetään sekä polkupyörien ajovaloja sisäänrakennetulla virtalähteellä että moottoripyörien ja autojen ajovaloja, jotka saavat voimansa sähköpyörän pääakusta [22] . Joissakin malleissa myös punainen takavalo saa virtansa pääakusta.

Tuottajat ja markkinat

Venäjän markkinoilla on useita sähköpolkupyörien valmistajia Euroopasta ja Kiinasta [23] . Ne jakautuvat kolmeen luokkaan:

  1. Sähköpyörät autovalmistajien tuotenimellä;
  2. eurooppalaiset ja amerikkalaiset tuotemerkit;
  3. Kiinassa valmistettuja venäläisiä merkkejä.

Kotitekoisille sähköpyörille on myös kehittyneet markkinat harrastajille. Komponentteja voi ostaa useista erikoisliikkeistä tai tilata Kiinasta.

Kaupunkien vuokrausjärjestelmät

Venäjä

Elokuussa 2016 sähköpyörävuokraus lanseerattiin Moskovassa osana Velobike- järjestelmää. Osana pilottiprojektin ensimmäistä vaihetta kaupunkiin otettiin käyttöön 5 sähköpyörävuokraamoa ja 60 polkupyörää. Vuonna 2018 jo 260 sähköpyörää oli saatavilla 12 asemalla. Myös vuonna 2018 yli 200 päivitetyn mallin sähköpyörää testattiin 6 asemalla. Tämän mallin sähköpyörät on varustettu "pedal assist" -järjestelmällä: sähkömoottori "auttaa" polkevaa pyöräilijää. Sähköpyörän paino on pudonnut lähes 40 kilosta 27 kiloon. Suurin nopeus on jopa 25 km/h. Suurin mittarilukema ilman latausta on 30-40 kilometriä. [24]

Katso myös

Muistiinpanot

  1. ↑ Euroopan unioni/YK/ITF/OECD. Liikennetilastojen sanasto . - 5. PAINOS. - Luxemburg: European Union Publishing, 2019. - ISBN 978-92-1-047680-5 . Arkistoitu alkuperäisestä 20. elokuuta 2020.
  2. ↑ 1 2 D. Steffens, O. A. Nikitina. Saksa-venäläinen neologismien sanakirja / Uusi saksankielinen sanasto 1991–2010 . - Mannheim: Institut für Deutsche Sprache, 2016. - Vol. 2, MZ. - s. 365. - ISBN 978-3-937241-52-4 . Arkistoitu alkuperäisestä 20. elokuuta 2020.
  3. ↑ 1 2 Helmut Koch. Itävallan pyöräilyn yleissuunnitelma ja sähköpyöräpuomi . — PEP-yleiseurooppalainen ohjelma "Liikenne, terveys, ympäristö". 7.-8. kesäkuuta 2012, Moskova. - PEP, 2012.
  4. ↑ Pyörän historia
  5. ↑ Sähköpyörä 552.271 (linkki ei ole käytettävissä) . Haettu 1. lokakuuta 2008. Arkistoitu alkuperäisestä 30. toukokuuta 2012. 
  6. ↑ US-patentti 3 431 994
  7. ↑ Zikebike yhteystiedot hallinta
  8. ↑ Sähköpyörien maailmanlaajuiset raportit (linkki ei saatavilla) . Haettu 1. lokakuuta 2008. Arkistoitu alkuperäisestä 1. heinäkuuta 2007. 
  9. ↑ 1 2 Sähköpyörät kasvattavat markkinaosuuksiaan Kiinan talousverkko
  10. ↑ Sähköpyörästä tulee Star Electronic Product 2007  (linkki ei saatavilla)
  11. ↑ Miksi valita SÄHKÖpyörä?
  12. ↑ Shreya, Dave. Työmatkalaisten kuljetusvaihtoehtojen elinkaariarvio  //  Massachusetts Institute of Technology: lehti. - 2010. Arkistoitu 15. heinäkuuta 2011.
  13. ↑ Tutkijat ovat keksineet ihmepyörän ( NTV )
  14. ↑ Kööpenhaminan  pyörä
  15. ↑ 1 2 3 Konstantinov D. Polkupyörien vaunujen sähkömoottorit . ElectroPowerBikes (11/06/2019). Käyttöönottopäivä: 19.11.2019.
  16. ↑ Kitkamoottori . ElectroPowerBikes . Käyttöönottopäivä: 24.3.2020.
  17. ↑ Mikä sähköpyörä oikein on? (linkki ei saatavilla) . Haettu 1. lokakuuta 2008. Arkistoitu alkuperäisestä 26. heinäkuuta 2008. 
  18. ↑ Sähköpyöräilyalue . electric-bicycle-guide.com . Haettu: 27.11.2019.
  19. ↑ Konstantinov D. Sähköpyörän akku . ElectroPowerBikes (27.11.2019). Haettu: 27.11.2019.
  20. ↑ LiFePO4 Batteries: A Breakthrough For Electric Vehicles  (Käytetty 15. kesäkuuta 2009)
  21. ↑ Sähköinen kuljetuslaskin . "CarbonBike-verkkokauppa" . Käyttöönottopäivä: 30.1.2018.
  22. ↑ Konstantinov D. Katsaus. Ajovalot sähköpyöriin ja sähköskoottereihin. . ElectroPowerBikes (19.11.2019). Käyttöönottopäivä: 19.11.2019.
  23. ↑ Aleksanteri Grek. Sähköveturit // Suosittu mekaniikka . - 2017. - Nro 7 . - S. 60-63 .
  24. ↑ Jopa 25 kilometriä tunnissa: uuden mallin sähköpyörät ilmestyivät pääkaupungin vuokraukseen (pääsemätön linkki) . Moskovan pormestarin virallinen verkkosivusto (13. marraskuuta 2018). Arkistoitu alkuperäisestä 22. tammikuuta 2019. 

Linkit

 Polkupyörätyypit
ajanvarauksella
suunnitteluominaisuuksien mukaan
jousituksen tyypin mukaan
ajotyypin mukaan
  Siirry Wikidata-kohteeseen  Sanakirjat ja tietosanakirjat