Převodové motory s nábojem: Kompletní průvodce výkonem elektrokola

Úvod do nábojových motneboů

Když se podíváte na moderní elektrokolo, kouzlo se obvykle odehrává přímo ve středu kola. Toto je nábojový motor , samostatný pohonný systém, který se stal celosvětově nejoblíbenějším způsobem pohonu elektrokol. Na rozdíl od motoru auta, který je umístěn pod kapotou a posílá výkon přes složitou převodovku, motor náboje žije uvnitř náboje kola a aplikuje točivý moment přímo na nápravu.

V kontextu elektrických kol je nábojový motor v podstatě bezkomutátorový DC (BLDC) motor, který nahrazuje staardní náboj předního nebo zadního kola. Integrací motoru přímo do kola mohou výrobci vytvořit elegantní a efektivní stroje, které se nápadně podobají tradičním jízdním kolům a zároveň poskytují jezdci silný „vítr zezadu“.

Stručná historie a evoluce

Tento koncept není tak „new-age“, jak by se mohlo zdát. První patenty elektrických nábojových motorů se datují do konce 19. století – především od Ogden Bolton Jr. v roce 1895 . Nicméně, na téměř století, tyto konstrukce byly odsunuty na vedlejší kolej těžkými olověnými bateriemi a neefektivními kartáčovými motory.

Skutečná evoluce se odehrála v posledních dvou desetiletích, řízena třemi velkými technologickými skoky:

1. Technologie lithium-iontových baterií: Poskytuje vysokou hustotu energie potřebnou pro cestování na velké vzdálenosti.
2. Neodymové magnety: Umožňuje menší, výkonnější motory.
3. Pokročilé ovladače: "Mozky", které přesně řídí tok elektřiny, aby zajistily plynulou akceleraci.

Dnes se nábojové motory rozvětvily do dvou odlišných linií: masivní, tiché Přímý pohon (bez převodovky) motory a kompaktní, průrazný Převodové nábojové motory . Zatímco oba mají své příznivce, varianta s převodovkou se objevila jako řešení „zlaté zámky“ pro každodenní dojíždění, které nabízí kombinaci lehké konstrukce a působivého točivého momentu při jízdě do kopce.

Co je převodový nábojový motor?

Motor s převodovým nábojem na první pohled vypadá jako standardní, mírně předimenzovaný náboj kola. Uvnitř tohoto kovového pouzdra se však skrývá sofistikovaná mechanická sestava navržená tak, aby vyměnila rychlost za hrubou sílu.

Na rozdíl od motoru s přímým pohonem, kde je vnější plášť v podstatě samotný motor, obsahuje nábojový motor s převodovkou a vysokorychlostní vnitřní motor který se točí mnohem rychleji než kolo. K překlenutí mezery mezi vysokorychlostním motorem a pomalu se pohybujícím kolem využívá a planetová převodovka .

Vnitřní mechanismus: Vysvětlení planetárních převodů

Název „planetární“ pochází z uspořádání ozubených kol, které napodobuje miniaturní sluneční soustavu:

• Sun Gear: Nachází se zcela uprostřed, je připojen k hřídeli vysokorychlostního motoru.
• Planet Gears: Obvykle tři malá ozubená kola (často vyrobená z vysoce pevných nylon ), které obíhají kolem slunečního kola.
• Ring Gear: Vnější ozubené kolo připevněné k pouzdru náboje, na které „planety“ tlačí, aby se kolo otočilo.

Při použití tohoto redukčního systému se může vnitřní motor otáčet při vysokých a účinných otáčkách za minutu, zatímco se kolo otáčí pomaleji a lépe ovladatelným tempem. Tato mechanická výhoda je to, co dává těmto motorům jejich charakteristickou "punč" při rozjezdu z mrtvého bodu.

Jak se liší od motorů s přímým pohonem (bez převodovky)

Zásadní rozdíl je mechanická páka .

• Přímý pohon: Jedná se v podstatě o velké magnety a cívky připevněné přímo k nápravě. Jsou těžké a tiché, ale postrádají nízký točivý moment převodového systému, pokud nejsou fyzicky masivní.
• Převodový náboj: Kvůli vnitřnímu převodu může motor s převodovkou 5 lb často produkovat stejný rozběhový moment jako motor s přímým pohonem 15 lb. Motory s převodovkou mají navíc vnitřní volnoběžka (spojka), která umožňuje protáčení kola nezávisle na vnitřnostech motoru, když nepoužíváte plyn.

Běžné jmenovité výkony: Od 250W do 750W

Motory s převodovými náboji jsou obvykle kategorizovány podle jejich nepřetržitého výkonu, který určuje, kolik "práce" mohou v průběhu času udělat:

• 250 W: Právní norma v EU a Velké Británii. Jsou lehké, nenápadné a ideální pro ploché městské dojíždění.
• 350W – 500W: „Sladké místo“ pro dojíždějící v Severní Americe, které poskytuje dostatek energie pro zdolávání mírných kopců, aniž by příliš rychle vybíjela baterii.
• 750 W: Zákonný limit pro elektrokola třídy 1 a třídy 2 v mnoha státech USA. Jedná se o torzní monstra schopná tahat těžký náklad nebo šplhat do strmých svahů s lehkostí.

Jak fungují motory s převodovými náboji

Abyste pochopili, jak motor s převodovkou v náboji pohybuje vaším kolem, musíte se podívat na vztah mezi nimi RPM (otáčky za minutu) and Točivý moment . Ve světě elektromotorů se menší motory rády točí rychle – často mnohem rychleji, než se potřebuje otáčet kolo bicyklu.

Vztah mezi otáčkami motoru a rotací kol

Typické kolo jízdního kola se točí zhruba rychlostí 200 až 300 otáček za minutu při cestovní rychlosti. Malý bezkomutátorový DC (BLDC) motor je však nejúčinnější při odstřeďování 2 000 až 4 000 ot./min .

Pokud byste připojili malý motor přímo k nápravě, měl by potíže s rozjezdem a pravděpodobně by se přehříval. Motor s převodovkou v náboji to řeší tak, že nechává vnitřní motor „zpívat“ preferovanou vysokou rychlostí, zatímco se kolo otáčí pomaleji a silnějším tempem.

Role redukčního poměru

Tajná omáčka je redukční poměr , který je určen planetovým soukolím. Většina motorů s převodovým nábojem používá poměr mezi 4:1 a 5:1 .

• Co to znamená: Na každých pět roztočení vnitřního motoru se kolo roztočí jednou.
• Výsledek: Toto "přeřazení dolů" znásobuje točivý moment motoru. Je to přesně jako zařadit své auto nebo vícerychlostní horské kolo na nízký rychlostní stupeň, abyste vyjeli do prudkého kopce – získáte obrovskou tažnou sílu na úkor hrubé maximální rychlosti.

Proč je pro efektivitu šlapání důležitá volnoběžka

Jednou z nejvýznamnějších mechanických vlastností motoru s převodovkou v náboji je vnitřní jednosměrná spojka or volnoběžka .

U motoru s přímým pohonem jsou magnety a měděné cívky vždy „v záběru“. Pokud se vám vybije baterie, musíte zatlačit proti magnetickému odporu (otáčivému momentu) motoru, což je jako šlapání v blátě.

V a převodový nábojový motor spojka umožňuje úplné odpojení motoru od kola, když není poháněno.

• Nulový odpor: Když šlapete bez motoru, kolo se volně otáčí na ložiskách stejně jako u standardního kola.
• Úspora baterie: Můžete sjíždět kopce bez protáčení vnitřních částí motoru, což šetří energii a jízda na kole je mnohem přirozenější.

Výhody a nevýhody motorů s ozubeným nábojem

Výběr správného motoru je často hra na kompromisy. Zatímco motory s převodovým nábojem jsou „zlatým standardem“ pro průměrného jezdce, nejsou bez svých zvláštností. Pochopení těchto silných a slabých stránek vám pomůže rozhodnout, zda se hodí k vašemu specifickému stylu jízdy.

Výhody

• Vysoký poměr točivého momentu k hmotnosti: Díky vnitřní redukci převodovky tyto motory výrazně převyšují svou hmotnostní třídu. Motor s převodovkou o hmotnosti 3 kg často překonává motor s přímým pohonem o hmotnosti 6 kg na strmých svazích.
• Lehký a kompaktní: Jejich menší fyzická stopa je činí mnohem „kradmějšími“. Na dálku je těžké rozeznat motor s převodovým nábojem od mírně silného náboje s vnitřním převodem, který zachovává estetický vzhled klasického kola.
• Bez odporu motoru: Jak již bylo zmíněno, vnitřní spojka mění hru. Pokud se vám vybije baterie nebo si chcete jen zacvičit, můžete šlapat, aniž byste měli pocit, že taháte kotvu.
• Lepší účinnost při nízkých rychlostech: Motory s převodovkou zůstávají ve svém „pásmu účinnosti“, i když stoupáte pomalu, což znamená, že generují méně tepla a šetří životnost baterie při dojíždění do kopce.

Nevýhody

• Mechanický hluk: Na rozdíl od děsivého ticha motoru s přímým pohonem mají náboje s převodovkou zřetelné "vrčení" nebo "bručení" způsobené vnitřními planetovými převody, které zabírají při vysokých rychlostech.
• Potenciál opotřebení ozubeného kola: Vnitřní ozubená kola – obvykle vyrobená z nylonu pro snížení hluku a hmotnosti – jsou předmětem opotřebení. Během několika tisíc mil nebo při extrémním horku/přetížení se tyto zuby mohou odloupnout nebo opotřebovat, což vyžaduje relativně jednoduchou, ale nezbytnou vnitřní náhradu.
• Nižší maximální rychlosti: Vzhledem k tomu, že jsou zpřevodované na krouticí moment, obecně se „vyklepávají“ při nižších otáčkách než motory s přímým pohonem. Pokud chcete dosáhnout rychlosti 35 mph (56 km/h), převodový náboj pravděpodobně není tím správným nástrojem pro tuto práci.
• Složitost: Více pohyblivých částí znamená více věcí, které by se teoreticky mohly pokazit ve srovnání s naprosto jednoduchou konstrukcí motoru bez převodovky.

Motor s převodovkou vs. bez převodovky (přímý pohon)

Volba mezi převodovým nábojem a motorem s přímým pohonem (DD) je nejběžnější křižovatkou pro stavitele a kupující elektrokol. Zatímco oba sedí za volantem, nabízejí zcela opačné jízdní zážitky. Berte to jako volbu mezi a svižný přeplňovaný sedan (převodový) a a těžký nákladní vůz s dieselovým motorem (Direct Drive) .

Velikost, hmotnost a nenápadnost

Nejbezprostřednější rozdíl je vizuální.

• Převodové motory: Ty jsou kompaktní, často se schovávají za rotorem kazetové nebo kotoučové brzdy. Protože používají vnitřní převody k násobení točivého momentu, skutečný motor může být malý. Typický 500W motor s převodovkou váží přibližně 3–4 kg (7–9 liber) .
• Motory s přímým pohonem: Jsou to velké, těžké „palačinky“. Pro získání dostatečného točivého momentu bez převodů vyžadují masivní magnety a velký průměr. Často váží 6–9 kg (13–20 liber) , díky čemuž je motorka vzadu těžká a znatelně „elektrická“.

Účinnost točivého momentu při nízkých rychlostech

Tady září motor s převodovkou.

• Převodová účinnost: Protože se vnitřní motor otáčí rychle, i když se kolo pohybuje pomalu, zůstává ve své "sladké tečce" účinnosti. Výsledkem je vynikající výkon při zastavování a rozjíždění v městském provozu a lepší jízda do kopce bez přehřívání.
• Boj s přímým pohonem: Při nízkých rychlostech (jako je rozjezd v prudkém kopci) je DD motor neefektivní. Odebírá obrovské množství proudu z baterie, ale velká část této energie se vyplýtvá teplo spíše než pohyb, dokud kolo nezrychlí.

Regenerativní brzdění: Direct Drive Edge

Existuje jedna hlavní vlastnost, kterou převodové motory téměř nikdy nemají: Regenerační brzdění (Regen) .

• Přímý pohon: Vzhledem k tomu, že motor je vždy „zablokován“ vůči otáčení kola, může ovladač obrátit tok elektřiny, pomocí motoru jako generátoru zpomalit kolo a vrátit malé množství energie (obvykle 5–10 %) zpět do baterie. Tím také šetříte vaše brzdové destičky.
• Převodový náboj: Protože motory s převodovkou mají vnitřní volnoběžka/clutch , motor se fyzicky odpojí, když nepřipojujete napájení. Kolo se točí, ale motor zůstává v klidu. Proto nemůže „uchopit“ kolo, aby vyrábělo elektřinu nebo poskytovalo brzdnou sílu.

Shrnutí srovnání: Co je pro vás?

Převodový motor náboje vs. Mid-Drive

Ve světě elektrokol je debata mezi nábojovými motory a středními pohony konečným zúčtováním. Zatímco motor s převodovým nábojem sedí v kole, a motor se středním pohonem je umístěn na klice kola (kde jsou pedály) a přímo pohání řetěz. Oba mají vyhrazené fanouškovské základny, ale slouží velmi odlišným účelům.

Cenová efektivita a snadná instalace vlastními silami

Pokud se díváte na svou peněženku nebo krabici s nářadím, motor s převodovkou v náboji obvykle zvítězí.

• Plug-and-Play: Instalace nábojového motoru s převodovkou je často stejně jednoduchá jako výměna kola a montáž baterie. Není třeba rozebírat středovou konzolu nebo si zahrávat se základní geometrií kola.
• Cenová dostupnost: Vzhledem k tomu, že konstrukce je jednodušší a nevyžaduje specializovaný rám, jsou sady motorů s převodovými náboji a předem postavená kola výrazně levnější – často stojí náklady 300 až 800 dolarů méně než ekvivalentní systém středního pohonu.

Opotřebení hnacího ústrojí: Nábojové motory vs. systémy poháněné řetězem

To je „skrytá cena“ motorů se středním pohonem.

• Výhoda rozbočovače: Motor s převodovkou v náboji zcela obchází řetěz, ozubená kola a přehazovačku. Tlačí přímo na kolo. To znamená, že můžete mít masivní 750W motor, aniž byste řetěz navíc namáhali jedinou uncí. Pokud vám praskne řetěz, motor v náboji vás stále může dostat domů.
• Mid-Drive Challenge: Středový pohon táhne za řetěz stejně jako vy, ale s mnohem větší silou. To vede k zrychlené opotřebení hnacího ústrojí . Pravděpodobně zjistíte, že budete vyměňovat řetězy a kazety mnohem častěji, pokud nebudete opatrní při řazení.

Nejlepší případy použití: Dojíždění do města vs. jízda na horském kole

Volba často závisí na tom, kde jezdíte:

• Motor s ozubeným nábojem (volba dojíždějícího): Ideální pro zpevněné cesty, štěrkové cesty a mírné kopce. Je spolehlivý, vyžaduje téměř nulovou údržbu převodů motorky a umožňuje režim „pouze plyn“, kterému je jedno, v jakém převodu je vaše kolo.
• Motor se středním pohonem (volba off-roadu): Vzhledem k tomu, že střední náhon využívá skutečné převody motocyklu, může při vertikálních horských výstupech přeřadit na „babský převod“. To z něj dělá krále technického horského kola (eMTB), kde je vyžadována rovnováha a extrémní točivý moment při nízkých rychlostech.

Tip pro profesionály: Pokud chcete kolo, které „prostě funguje“ pro každodenní dojíždění do práce bez mastnoty na rukou, a převodový náboj moto r je praktický vítěz. Pokud chcete vylézt doslova na hory, dívejte se na střední jízdu.

Údržba a odstraňování problémů

Zatímco motory s převodovým nábojem jsou pozoruhodně spolehlivé, nejsou „nastav a zapomeň“ navždy. Protože obsahují pohyblivé vnitřní části, vyžadují o něco více mechanické sympatie než jejich bezpřevodoví příbuzní. Zde je návod, jak udržet váš hladce točit tisíce kilometrů.

Kdy a jak vyměnit vnitřní nylonová ozubená kola

Nejčastějším bodem poruchy u motoru s převodovkou je planetová převodovka . Většina výrobců používá vysokopevnostní nylonová ozubená kola, protože jsou tichá a fungují jako „mechanická pojistka“ – pokud motor čerpá příliš velký krouticí moment, ozubená kola se svlékají, spíše než drahé cívky motoru shoří.

• Známky selhání: Náhlé zvýšení mechanického hluku (broušení nebo bzučení) nebo vnitřní protáčení motoru bez pohybu motocyklu.
• Životnost: Očekávejte, že ze sady nylonových převodů ujedete 3 000 až 5 000 mil (4 800 $ až 8 000 $ km) v závislosti na tom, jak těžce zdoláte kopce.
• Oprava: Nepotřebujete nový motor! Většina nábojů s převodovkou (jako Bafang nebo MXUS) vám umožňuje otevřít boční kryt pomocí několika šroubů a vyměnit celou sestavu převodové spojky za přibližně 30–60 USD.

Správné techniky mazání

Teplo je nepřítel mastnoty. V průběhu času může tovární mazivo uvnitř náboje migrovat k okrajům pouzdra nebo vyschnout.

• Co použít: Použijte vysoce kvalitní bílé lithiové mazivo nebo speciální syntetické mazivo Mobilní tuk 28 .
• Pravidlo: Nikdy náboj nepřeplňujte. Lehký, rovnoměrný povlak na zubech převodovky je vše, co potřebujete. Příliš mnoho mastnoty vytváří "víření", které vede k přehřátí a může skutečně znehodnotit nylon.

Diagnostika společných problémů regulátoru a Hallova senzoru

Pokud váš motor zadrhává, vibruje nebo odmítá nastartovat, problém je pravděpodobně elektrický, nikoli mechanický.

"Koktání" (problémy s fází): Pokud motor škube, ale netočí se, zkontrolujte tři tlusté "fázové" dráty. Na vině je obvykle uvolněný konektor nebo roztavený drát (běžné u zařízení s vysokým výkonem).

Selhání Hallova senzoru: Většina motorů s převodovkou používá Hallovy senzory k tomu, aby sdělily ovladači polohu motoru. Pokud jeden selže, motor se může zdát „nemotorný“ nebo se na displeji zobrazí „Chyba 07“.

• Rychlý tip: Mnoho moderních ovladačů má a "Bezsenzorový" režim což umožňuje motoru běžet, i když Hallův senzor zemře.

Vstup vody: Pokud jedete v silném dešti, může se vlhkost dostat přes lanko nápravy. Vždy se ujistěte, že váš kabel má a "odkapávací smyčka" —malý tvar písmene U směrem dolů před vstupem lanka do nápravy — takže voda odkapává z drátu, místo aby stékala do motoru.

Průvodce nákupem: Co hledat

Než kliknete na „koupit“ na motoru s převodovkou, musíte se ujistit, že bude fyzicky a bezpečně pasovat na vaše kolo. Na rozdíl od středních pohonů, které se starají o vaši středovou konzolu, motory nábojů jsou o výpadky -drážky, kde se osa kola zasouvá do rámu.

Kompatibilita šířky výpadku

Vzdálenost mezi vašimi výpadky je technicky známá jako O.L.D. (Rozměr s nadměrným zámkem) . Pokud je motor příliš široký, nemůžete jej nainstalovat; pokud je příliš úzký, budete mít nebezpečné množství hry.

• Přední náboje: Téměř všechny standardní přední vidlice používají a 100 mm šířka.
• Zadní náboje: Standard pro většinu moderních dojíždějících a horských kol je 135 mm .
• Fat Bikes: Ty obvykle vyžadují mnohem širší náboje 175 mm až 190 mm .
• Průchozí nápravy: Buďte opatrní! Většina nábojových motorů s převodovkou používá závitovou „šroubovou“ nápravu. Pokud vaše kolo používá moderní 142 mm nebo 148 mm (Boost) pevná osa , budete potřebovat specializovaný motor navržený speciálně pro tyto rámy.

Kotoučová brzda vs. Podpora ráfkové brzdy

Většina motorů s převodovým nábojem je dodávána se standardem 6-šroubový ISO držák pro rotor kotoučové brzdy.

• Pokud máte kotoučové brzdy: Ujistěte se, že kryt motoru poskytuje dostatek "offsetu" (vůle), aby se váš brzdový třmen neodíral o plášť motoru.
• Pokud máte ráfkové brzdy (V-brzdy): Stále můžete používat motor s držákem disku; necháš to prázdné. Ujistěte se však, že je motor zašněrován do ráfku s a opracovaná brzdná plocha .

Požadavky na momentové rameno

Toto je nejkritičtější bezpečnostní krok. Motor s převodovkou v náboji vyvíjí na vaše výpadky obrovské množství „kroucené“ síly.

• Hliníkové rámy: Ty jsou náchylné k „protáčení nápravy“, kdy motor ve skutečnosti drtí měkké hliníkové patky a vytrhává dráty. Momentové rameno je povinné pro jakýkoli motor nad 250W na hliníkovém rámu.
• Ocelové rámy: Ocel je odolnější, ale pro motory 500W a více je stále vysoce doporučeno momentové rameno, aby se zabránilo postupnému rozšiřování výpadků v průběhu času.

Kontrolní seznam pro srovnání

FAQ: Vše, co potřebujete vědět o motorech s ozubeným nábojem

Jsou motory s převodovkou hlučné?

I když nejsou tiché jako motory s přímým pohonem, vysoce kvalitní náboje s převodovkou (zejména ty, které používají patentovaná ozubená kola z nylonové oceli HENTACH) produkují pouze slabé, vysoké bzučení. Při cestovní rychlosti hluk větru obvykle zcela přehluší zvuk motoru.

Mohu jezdit s převodovým nábojovým motorem v dešti?

Ano, většina je hodnocena IP54 nebo IP65 pro voděodolnost. Nikdy byste však neměli ponořit motor do vody (jako hluboké louže). Vždy se ujistěte, že váš napájecí kabel má „odkapávací smyčku“, aby voda nesledovala drát do osy.

Jak dlouho vydrží vnitřní převody?

Standardní nylonové převody obvykle vydrží 3 000–5 000 mil. Prémiové motory využívající zesílené materiály a správné mazání však mohou vydržet podstatně déle. Jak prokázaly testy odolnosti společnosti HENTACH, dobře navržené motory s převodovkou mohou v reálném světě překročit 30 000 mil.

Mají motory nábojů s převodovkou rekuperační brzdění?

Obecně ne. Protože motory v náboji s převodovkou mají vnitřní spojku pro „volnoběžnost“, motor nemůže zůstat v záběru s kolem, aby generoval elektřinu, když zpomalíte.

Je lepší přední nebo zadní nábojový motor s převodovkou?

• Zadní náboj: Lepší pro trakci a "přirozený" pocit z kola. Je to standard pro aplikace s vysokým točivým momentem.
• Přední náboj: Snadněji se instaluje a vytváří efekt „pohon všech kol“, pokud silně šlapete. Na volném štěrku nebo strmých kopcích však může ztratit přilnavost.