Как работает двигатель среднего привода: внутри кривошипа, шестерни, датчики и поток крутящего момента

Спросите большинство гонщиков, что делает двигатель со средней передачей, и вы услышите простую версию: он помогает крутить педали. Это правда, но самое интересное лежит на уровень глубже. Двигатель среднего привода — это компактная электрическая машина с редуктором, которая принимает постоянный ток от аккумулятора, преобразует его во вращение и передает это вращение в ту же переднюю звезду, цепь и кассету, которые уже используют ваши ноги. Поскольку мощность поступает в трансмиссию, а не минует ее, почти все, что касается ощущений мотоцикла, от мощности на подъемах до запаса хода и износа цепи, вытекает из этого единственного конструктивного решения.

Мы уже давно занимаемся сборкой ступичных двигателей в Нинбо, а это значит, что мы тратим много часов на изучение другой компоновки. Средний привод прекрасно решает одни проблемы и создает другие. Вот что на самом деле происходит внутри корпуса нижнего кронштейна.

Где находится двигатель среднего привода

Двигатель среднего привода установлен на нижнем кронштейне, концентрично оси кривошипа и прямо между педалями. Его выходной сигнал достигает передней звезды, затем перемещается по цепи к задней кассете и, наконец, к заднему колесу.

Это делает шатуны соединением. Там встречаются два источника энергии, ваши ноги и мотор, и оба уходят через единую цепь. На велосипеде со ступичным приводом два пути остаются разделенными: ваши ноги приводят в движение цепь, а двигатель внутри ступицы колеса поворачивает непосредственно обод и никогда не касается трансмиссии.

Внутри корпуса: от тока до крутящего момента

Статор, обмотки и магниты

Почти все двигатели среднего привода представляют собой трехфазные бесщеточные машины постоянного тока. Внутри корпуса находится статор с медными обмотками, а вокруг него вращается ротор с постоянными магнитами. Датчики Холла сообщают о положении ротора, поэтому контроллер всегда знает, на какую катушку подать питание следующей. Подайте питание на катушки последовательно, и ротор начнет вращаться; в этом весь фокус.

Стадия сокращения

Небольшой мотор с удовольствием вращается со скоростью несколько тысяч об/мин, а человек крутит педали примерно со скоростью от 60 до 90 об/мин. Что-то должно восполнить этот пробел. Планетарные передачи, часто двухступенчатые с комбинированным передаточным числом от 15:1 до 25:1, меняют скорость на крутящий момент. Форма зубьев, люфт и выбор смазки определяют, насколько тихо будет работать устройство и насколько хорошо оно выдержит холодное утро.

Односторонняя муфта

Между коробкой передач и передней звездой находится кулачковая или роликовая муфта. Это позволяет двигателю приводить в движение цепь без обратного вращения педалей, поэтому вы можете двигаться накатом или крутить педали с выключенным двигателем, не таская за собой мертвую коробку передач.

Откуда мотор знает, насколько сильно нужно давить

Датчики крутящего момента и датчики частоты вращения педалей

Доминируют два семейства датчиков. Датчик частоты вращения педалей просто определяет, что шатуны вращаются, и включает помощь. Датчик крутящего момента измеряет, насколько сильно вы нажимаете, обычно с помощью тензодатчиков в каретке или считывая поворот оси, и соответствующим образом масштабирует мощность двигателя. Измерение крутящего момента — это то, что заставляет велосипед со средним приводом ощущаться как продолжение ваших ног, а не как переключатель.

Работа контролёра

Контроллер считывает данные датчиков, отслеживает напряжение и скорость аккумулятора и преобразует постоянный ток в трехфазные импульсы. Благодаря ориентированному на поле управлению он регулирует синхронизацию сотни раз в секунду, что обеспечивает бесшумность и эффективность двигателя, одновременно обеспечивая соблюдение скорости отключения и защищая аккумулятор от глубокого разряда.

Поток энергии, шаг за шагом

1. Батарея подает постоянный ток на контроллер.
2. Датчики сообщают об усилии педали, частоте вращения педалей и скорости вращения колес.
3. Контроллер преобразует постоянный ток в трехфазный ток и последовательно запускает обмотки статора.
4. Ротор вращается быстро и со скромным крутящим моментом.
5. Планетарные передачи снижают скорость и увеличивают крутящий момент.
6. Обгонная муфта передает этот крутящий момент на переднюю звезду.
7. Цепь, кассета и заднее колесо доставляют его на дорогу.

Почему двигатели со средним приводом так хорошо поднимаются вверх

Преимущество не в грубой силе, а в рычагах. Поскольку двигатель питает трансмиссию, он наследует передачи велосипеда. Переключитесь на пониженную передачу на крутом подъеме, и двигатель продолжит вращаться в эффективном диапазоне, в то время как колесо будет медленно вращаться с увеличенным крутящим моментом. Мотор-концентратор не может этого сделать: его скорость привязана к скорости колеса, поэтому на сложном подъеме он работает медленно, нагревается и теряет эффективность именно тогда, когда вам это нужно больше всего.

Компромиссы столь же реальны. Крутящий момент двигателя проходит через цепь и кассету при каждой поездке, поэтому эти детали изнашиваются быстрее. Водителям также необходимо разумно переключать передачи, потому что переключение средней передачи на слишком высокую передачу нагружает как трансмиссию, так и внутреннюю коробку передач.

Краткий обзор Мид-Драйв и Хаб-драйв

Где ступичные моторы все еще имеют смысл

Мы производим ступичные моторы, так что относитесь к этому скептически, но компоновка заслуживает своего места. Нет никакой цепи, проходящей через двигатель, никакой коробки передач, требующей обслуживания, и водителю не нужно думать о передачах. Мощность поступает прямо на колесо, реакция дроссельной заслонки ощущается мгновенно, а обслуживание парка велосипедов для поездок на работу остается недорогим. Наш собственный технология мотор-редуктора использует композитную передачу и внутренний редуктор для достижения полезного крутящего момента на низких скоростях колес без проблем с трансмиссией, присущих средней передаче.

Для доставки велосипедов по ровным городским маршрутам, промышленным платформам и легким пассажирам эту комбинацию трудно превзойти.

Серия моторов-концентраторов HENTACH E-Cargo для велосипедов Изучите ступичные электродвигатели HENTACH для грузовых электронных велосипедов мощностью от 250 Вт до 2000 Вт с вариантами передней, задней и сквозной оси для различных нагрузок и местности. Просмотреть продукт →

Поддержание здоровья любого двигателя

• Следите за тем, чтобы цепь была чистой и слегка смазанной, особенно на средней передаче, где она передает крутящий момент двигателя.
• Переключайтесь перед подъемом, а не на полпути к нему.
• Избегайте езды на слишком высокой передаче, при которой двигатель работает со скоростью пешехода.
• Храните аккумуляторы с уровнем заряда примерно от 30 до 80 процентов, если велосипед стоит неделями.
• Прислушайтесь к новым звукам. Свист, щелчки или грохот обычно указывают на подшипники, шестерни или незакрепленные детали.
• Проверяйте осевые гайки и болты крепления двигателя после первых нескольких сотен километров пробега.

Выбор макета для собственной сборки

Начните с местности и рабочего цикла, а не со спецификацией. Плоские маршруты, предпочтение дроссельной заслонки, ограниченный бюджет и гонщики, которые не хотят думать о том, чтобы сместить все акценты в сторону ступичного двигателя. Длинные подъемы, тяжелые грузы и гонщики, которым нравится переключать передачи, указывают на среднюю передачу. Многие линейки продуктов предлагают и то, и другое, и в этом нет ничего плохого.

Если вы взвешиваете ступицу для новой модели, наш решения для ступичного двигателя охватывают передние и задние варианты от пригородных агрегатов мощностью 250 Вт до моделей с высоким крутящим моментом для грузовых и коммерческих автомобилей.

Мотор с задней ступицей E-Type Pro RC750 для грузовых автомобилей и eMTB Задний ступичный двигатель мощностью 350–750 Вт с крутящим моментом 85 Нм, дропаутом 142 мм и совместимостью с 8–10-скоростными кассетами для грузовых автомобилей с высокой нагрузкой и сборок eMTB. Просмотреть продукт →

Среднеприводной мотор — это на самом деле небольшой высокооборотный мотор, двухступенчатый редуктор, обгонная муфта и набор датчиков, работающих как единое целое. Электрическая часть проста. Самое интересное заключается в том, куда идет выходная мощность: в вашу трансмиссию, где каждая выбранная вами передача умножает возможности двигателя. Поймите это, и разница между средним приводом и ступичным приводом перестанет быть вопросом мнения и превратится в простой вопрос о вашем маршруте, вашей нагрузке и объеме обслуживания, с которым вы готовы жить.