دوچرخه های برقی، محبوب تر از همیشه شده و به قیمتهای مناسبی رسیده اند. اگر به فکر خرید دوچرخه برقی هستید، احتمالاً سؤالاتی درباره موتور برقی آن دارید. در اینجا به بررسی پیشرفتهای حاصله در صنعت دوچرخه برقی میپردازیم تا با موتورها و نحوه کار آنها در دوچرخه برقی شناخت پیدا کنیم.
موتورهای برقی دوچرخه چگونه کار میکنند
اصولاً موتورهای برقی انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل می کنند. دوچرخه های برقی از موتورهای DC بدون جاروبک معروف به BLDC استفاده می کنند ، به این مفهوم که از جاروبک برای تغییر جهت جریان به موتور استفاده نمیکنند. جاروبکها راندمان موتورها را کمتر کرده و عمر مفید موتور را کاهش میدهند. موتورهای برقی بدون جاروبک، از آهنرباهای دائمی و آهنرباهای الکترومغناطیس برای تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی استفاده می کنند.
اگر به ساختار یک موتور BLDC توجه کنید، مشاهده خواهید کرد که دسته ای از سیم، در اطراف قطبها، پیچیده شده اند. این، همان استاتور است که وقتی سیستم کنترل موتور، جریان الکتریسیته را از باتری به سیم ها هدایت میکند، به یکمیدان مغناطیسی تبدیل می شود. همچنین یک سری از آهنرباهای دائی را داخل استاتور یا خارج از آن مشاهده خواهید کرد که همان روتور میباشد. راستای آهنرباها نسبت به استاتور بستگی به نوع موتور دارد.
درک عملکرد بین روتور و استاتور برای فهمیدن نحوه کار موتور دوچرخه برقی بسیار مهم است. هنگام عبور جریان از سیم پیچهای استاتور، میدان مغناطیسی تولید شده و آهنربای دائمی روتور را دفع می کنند و باعث چرخش آن می شود. شافت به استاتور متصل است. در موتور mid-drive، شافت برای تولید گشتاور میچرخد و این گشتاور از طریق زنجیری کوچک به سیستم پدال زنی منتقل شده و به پدال زدن کمک میکند. در موتورهای نوع hub، شافت نمی چرخد. در عوض، خود روتور می چرخد. بنابراین گشتاور ایجاد شده، چرخ جلو یا عقب را میچرخاند.
نحوه تعامل موتور برقی با بقیه اجزای دوچرخه
تمام دوچرخه های برقی، علاوه بر موتور، دارای سیستم کنترلر موتور و باتری نیز هستند. کنترلرها، مقدار توان مورد نیاز را، با تنظیم مقدار جریان الکتریکی از باطری به موتور، تنظیم می کنند. در دوچرخه های برقی ممکن است از سنسور سرعتی استفاده شود تا سرعت پدال زدن دوپرخه سوار را اندازه گیری کند و یا میتواند مجهز به سنسور گشتاور باشند تا مقدار گشتاور وارده به پدال ها توسط دوچرخه سوار را اندازه گیری کند. برخی از دوچرخه های برقی دارای اهرم گاز هستند که امکان می دهد از موتور، بطور مستقل از پدال زدن، استفاده شود. البته این، بستگی به قوانین هر کشور دارد که آیا میتوان از دوچرخه های برقی مجهز به سیستم گاز استفاده کرد یا نه.
انواع مختلف موتورها
با وجود فناوری اصلی یکسان، موتورهایی که امروزه در دوچرخه های برقی مورد استفاده قرار میگیرد، به سه دسته تقسیم میشوند.
1- موتورهای Mid-drive که در مرکز بدنه دوچرخه قرار میگیرند، جایی که محور پدال در آن قرار دارد. 2- موتورهای Hub-driven که در محل توپی چرخ جلو یا عقب قرار میگیرند که دردو نوع Direct و Geared وجود دارد. موتورهای توپی Direct، هیچ قسمت متحرکی ندارند و موتور به دور محور میچرخد. موتورهای Geared از یک سری چرخ دنده ها برای پایین آمدن دور موتور و افزایش گشتاور استفاده می کنند. 3- کیت های دوچرخه برقی که این امکان را فراهم مینماید که یک دوچرخه معمولی را به دوچرخه برقی Mid-drive یا Hub-driven تبدیل کرد. در نوع دیگری از این کیتها، از محرکه های اصطکاکی استفاده میشود که از یک چرخ دوار متصل به تایر عقب، بعنوان محرکه، استفاده میشود.
موتور Mid-Drives
موتورهای Mid-Drive در بین میل پدال های دوچرخه برقی قرار دارند. موتور برقی، شافت را، كه به زنجیر وصل شده است، می چرخاند. بنابراین موتور بجای اضافه کردن منبع توان اضافی، قدرت مکمل پدال زدن را تامین می کند. همچنین یک سیستم کاهش دنده درون مجموعه موتور وجود دارد. موتورهای برقی صدها دور در دقیقه می چرخند که خیلی سریعتر از پدال زدن دوچرخه سوارمیباشد. بنابراین گیربکس داخلی موتور باعث کاهش دور شافت میشود و عملکرد سیستم را، مناسب دوچرخه سوار، تا سرعت 50 تا 80 دور در دقیقه کاهش میدهد. سنسورهای دنده ای نیز وجود دارند که باعث می شود در هنگام تغییر چرخ دنده ها، توان موتور را کاهش دهد تا از پارگی زنجیر جلوگیری بعمل آید.
موتور Direct-Drive Hub
در یک نوع موتور موتور، توپی و شافت در اطراف استاتور می چرخد. موتورهای مستقر در توپی دوچرخه، ساده ترین موتورهای برقی دوچرخه هستند. محور موتور، همان محور چرخ عقب یا جلو میباشد. از آنجا که شافت در جای خود ثابت است، روتور میچرخد و دوچرخه را به جلو سوق می دهد. قطر موتورهای Direct-drive از قطر موتورهای hub بزرگتر است، زیرا قطبهای بزرگتر به معنای گشتاور بیشتر هستند، که برای تأمین انرژی کافی در دورهای پایین تر لازم میباشد. همچنین، دوچرخه های برقی Direct-drive میتوانند در فرآیندی به نام ترمز احیا کننده، انرژی الکتریکی تولید کنند. این موتورها کاملاً دو جهته هستند و میتوانند به سمت جلو و عقب با کارایی یکسان پیش بروند. موقع ترمز کردن، سوئیچ قطع کن به سیستم کنترلر اطلاع میدهد که باید موتور به ژنراتور تبدیل شود و نیروم مقاوم در آن به الکتریسیته تبدیل میشود. انرژی حاصل از ترمز احیا کننده کم میباشد. بطور متوسط، سیستم احیا کننده ، افزایش 3.5 درصدی در کارایی سیستم انرژی دوچرخه را نشان میدهد. در مسیرهای مرتفع، مصرف انرژی افزایش می یابد و در مسیرهای رو به پائین، انرژی ترمز احیا شونده، دوچرخه را متوقف می کند و انرژی جذب شده به الکتریسیته تبدیل میگردد که میتواند در باطری دوچرخه ذخیره گردد.
موتور Geared Hub
این موتور همانند موتورdirect-drive hub، علاوه بر آنکه در توپی چرخ قرار دارند، با سرعتی بسیار زیاد می چرخد. شافت موتور به مجموعه ای از چرخ دنده های گردان وصل میشود که به هاب متصل هستند و توپی را با سرعت کمتری میچرخانند. این روش، گشتاور بیشتری ایجاد می کند و سرعت کمتری دارد. قطر موتورهای Geared hub نسبت به موتورهای direct-drive کوچکتر است زیرا به اندازه آنها نیاز ندارند تا همان مقدار گشتاور را بر روی چرخ ایجاد کنند، اما چرخ دنده های گردان باعث می شود که توپیها پهنتر شوند. موتورها همچنین شامل یک دنده خلاص هستند و نیازی به ترمز احیایی وجود ندارد و به جای جذب مختصر انرژی ترمز، آزادانه میچرخند، این باعث می شود که دوچرخه های برقی مجهز به geared hub بیشتر شبیه دوچرخه های معمولی باشند.
موتور Friction
دوچرخه های برقی مبتنی بر اصطکاک در مقایسه با موتورهایی که دارای موتور hub و سیستمهای mid-drive، قدیمی به نظر میرسند. اما طراحی کم هزینه آن، به دوچرخه سواران کمک میکند که به سادگی دوچرخه معمولی خود را به دوچرخه برقی تبدیل کنند. موتور، چرخ کوچکی را، که با تایر تماس دارد، میچرخاند. معمولاً در پایین زنجیر یا بالاتر از پایه صندلی قرار می گیرد .چرخ موتور، تایر را چرخانده و دوچرخه را به جلو سوق می دهد. نکته منفی این کیتهای این هست که دست و پا گیر بوده و راندمان کمی دارند..
مقایسه موتورهای Mid-Drive با موتورهای Hub
تصمیم گیری در مورد دوچرخه برقی hub-driven یا mid-drive بستگی به انتظارات شما از دوچرخه دارد.
مزایا و معایب موتورMid-Drive
به طور کلی، دوچرخه های برقی mid-drive از مسیرهای شیب دار با سرعت بیشتری نسبت به hub-drive صعود می کنند زیرا میتوانند، بجای صرف توان اضافی، از چرخ دنده های دوچرخه استفاده کنند و از دنده بالاتر برای صعود با سرعت کم استفاده کنند. ضعف عملکرد زمانی اتفاق می افتد که موتورhub در دور بهینه خود، چرخش نداشته باشد. موقعیت مرکزی آنها بر روی دوچرخه نیز سواری متعادل تری ایجاد میکند. این، همراه با مزیت صعود بهتر، آنها را به موتور مناسب برای دوچرخه برقی کوهستان تبدیل می کند. تعویض لاستیک در این دوچرخه های برقی آسانتر است زیرا هیچ سیم کشی بین بدنه و hub وجود ندارد.
نکته منفی در اضافه کردن یک موتور mid-drive به یک دوچرخه زنجیر محور، افزایش استهکلاک زنجیر است. این بدین معنی نیست که تولید کنندگان دوچرخه برقی از زنجیرهای بی کیفیت استفاده میکنند، بلکه گشتاور اضافه شده به معنای آن است که نیاز به تعویض بیشتر زنجیر نیاز خواهد بود. این نوع موتور گرانتر نیز هستند زیرا در آنها قطعات مکانیکی و دنده ها باعث بالا رفتن هزینه ساخت می شود.
مزایا و معایب موتور Hub-Drive
این نوع موتوربا زنجیر دوچرخه ارتباط ندارند و آنرا در بر نمی گیرند. لذا ارزان تر نیز هستند و بشکل انبوه تولید می شوند و نیازی نیست که تولید کننده ها بدنه دوچرخه را برای تعبیه یک موتور خاص تغییر دهند.
در سرعت کم وقتی موتور نیز با دور کمی در حال چرخش است، عمده نیرو به جای حرکت رو به جلو به گرما تبدیل می شود. توان بالاتر مورد نیاز این موتورها به معنای موتورها و باتریهایی است که منجر به افزایش وزن دوچرخه میشود. در این نوع، توزیع وزن، متمرکز نیست. همچنین، تغییر لاستیک می تواند خسته کننده باشد، زیرا باید سیم های برق جدا گردد.
موتورهای Direct-Drive Hub و موتورهای Geared Hub
اگر یک دوچرخه برقی hub-driven را مد نظر داشته باشید، باید دانست که دارای موتور دنده ای است یا مستقیم. هر طرح دارای جوانب مثبت و منفی مختص خود است.
به طور کلی، موتورهای Geared برای کاربردهای سرعت پائین و گشتاور بالا مناسب میباشند و موتورهای direct-drive برای استفاده در سرعتهای بالا بهتر هستند. در یک گشتاور یکسان، وزن موتور Geared حدود نصف وزن یک موتور direct-drive میباشد. با این حال، سازندگان موتورهای Geared برای دستیابی به همان حداکثر سرعت سیستمهای direct-drive تلاش میکنند که می توانند با قدرت بیشتر بدون اینکه تحت فشار قرار گیرند، کار کنند.
موتورهای direct-drive بزرگتر و سنگین تر هستند زیرا برای تولید گشتاور سرعت پائین، به مواد مغناطیسی بیشتری نیاز دارند، اما این قدرت اضافه شده و سادگی مکانیکی به آنها کمک می کند تا در سرعت های بالاتر عملکرد بهتری داشته باشند. آنها همچنین نسبت به موتورهای دنده ای، کندتر هستند. همچنین می توانند از ترمز احیا کننده بهره مند شوند.
مفهوم رتبه بندی توان
توان نامی، معیاری که برخی سازندگان از آن استفاده می کنند، معرف توان واقعی موتور یا حداکثر توان بالقوه نیست. توان واقعی یک موتور به میزان بارگیری آن در یک شرایط معین و حداکثر توان الکتریکی، که کنترل کننده اجازه می دهد به موتور انتقال یابد، بستگی دارد وارتباطی با رتبه بندی توان دوچرخه های برقی ندارد.
امتیاز توان، میزان توان مورد نیاز برای مدت زمان مشخص را نشان میدهد. هیچ استاندارد جهانی برای حداکثر توان یا مدت زمان اندازه گیری وجود ندارد و می تواند از 10 ثانیه تا 30 ثانیه متغییر باشد. برای برخی موتورها، حداکثر توان 750 وات تعیین میشود که تنها برای مدت 1 تا 2 ثانیه میتواند وجود داشته باشد.
توان به مقهوم این است که کار با چه سرعتی در حال انجام است. گشتاور، بعنوان معیاری که توسط برخی سازندگان ذکر میشود، عبارت است از اندازه گیری چرخش نیرو است. برای تعیین توان موتور برحسب وات، باید دانست که موتور با چه سرعتی در حال دوران است. توان برابر است با حاصلضرب گشتاور در سرعت دورانی. بنابراین توان یک موتور زمانی در حداکثر مقدار را دارد که بیشترین تعداد دور در دقیقه را دارد.
اگر سازنده ای ولتاژ باتری دوچرخه برقی و مقدار جریان ارسالی از کنترل موتور را ذکر کند ، می توان در مورد حداکثر توان نظر داد. این، شاخصی بهتر از امتیاز موتور است زیرا رتبه بندی ها دلخواه هستند، اما با توجه به انرژی الکتریکی، می توان ولت ها را در آمپر ضرب کرد تا وات را بدست آورد. به عنوان مثال، برای دوچرخه ای با توان موتور 750 وات، سازنده، توان 1 اسب بخار را دکر کرده است. باتری 52 ولت و کنترلر موتور 20 آمپر جریان دارد. بنابراین، = 1،040W 52*20، اما در عمل، توان 1040 وات حس نخواهد شد زیرا موتورها دارای راندمان پائینتری، حدود 75 درصد هستند. بکمک روابط ریاضی مشخص میشود که حداکثر 780 وات توان را میتوان عملا از آن گرفت، که تقریباً نزدیک به امتیاز موتور 750 وات است.
برای مقایسه، دوچرخه برقی تاشو Blix Bikes Vika Travel را بررسی میکنیم که دارای یک موتور 250 وات است، اما باتری 36 ولت و کنترلر موتور 18 آمپر برای آن ذکر شده است. با فرض راندمان 75درصدی موتور، حداکثر توان خروجی باید 486 وات باشد، که تقریباً برابر با امتیاز 250 وات است. نکته مهم که سازنده خاطرنشان می کند این است که 250 وات دوچرخه بطور پیوسته است .لی اشاره ای به این نکته ندارد که چه مدت می توان 750 وات وجود خواهد داشت.
Blix Vika Travel از موتورهای Hub جلو استفاده می کند که دارای 250 وات پیوسته میباشد.
اگر یک سازنده، گشتاور حداکثری یا گشتاور ثابت دوچرخه برقی را برحسب نیوتن متر ذکر کرده باشد، میتوان به آن اعتماد کرد.
سایر موارد قابل توجه
نکات دیگر در مورد دوچرخه های برقی وجود دارد که برای داشتن تجربه سواری طولانی مدت، تأثیر می گذارد. در اینجا چند مورد ذکر شده است:
نوع سنسور
دوچرخه های برقی از سنسورهای سرعت برای سنجش شدت پدال زدن دوچرخه سوار استفاده می کنند. این سنسورها مقرون به صرفه هستند و نیاز به تعمیرات کم داشته و یک تجربه سواری آرام را ارائه می دهند که بسیاری از دوچرخه سواران از آن استقبال می کنند. در اینحالت، برای سریعتر رفتن، کافیست بجای سخت چدال زدن، سریعتر پدال زد. بنابراین افزایش سرعت به همان اندازه افزایش میزان مهارت شما آسان است ، مهم نیست که چقدر تلاش کنید. سنسورهای سرعت در دوچرخه های برقی hub-driven متداول هستند.
در عوض، سنسورهای گشتاور با اندازه گیری میزان گشتاور مورد استفاده در پدال ها، میزان مناسب گشتاور موتور را تعیین می کنند. برای حرکت سریعتر دوچرخه، باید سخت تر پدال زد، مشابه سوار شدن به دوچرخه معمولی.
اهرم گاز
برخی دوچرخه های برقی دارای اهرم گاز هستند که به سوار اجازه می دهد بدون پدال زدن از بخشهای برقی دوچرخه، برای حرکت کردن، کمک بگیرد. اهرم گاز، معمولا مورد علاقه سواران است. آنها البته، این بستگی به قوانین هر کشوری دارد. برخی از کشورها دوچرخه های برقی را کلاسه بندی می کنند. دوچرخه برقی کلاس 1 فقط به کمک پدال و حداکثر با سرعت 20 مایل در ساعت حرکت می کند. دوچرخه کلاس 2 دارای پدال کمکی و یک اهرم گاز است و حداکثر سرعتش 20 مایل در ساعت. دوچرخه برقی کلاس 3 دارای پدال کمکی است و می تواند با سرعت 28 مایل در ساعت حرکت کند.
بازدیدها: 692