Электрическая схема мотор колеса

Электросхема подключения мотор-колеса [ 2011-05-26 ]

В комплектацию мотор колеса входит: ручки тормоза с микровыключателями, ручка «газа», датчик системы ассистирования

контроллер и универсальное зарядное устройство, предназначенное для зарядки как литий-ионных. так и свинцово кислотных аккумуляторов:

Схема выводов контроллера:

Вариантов подключения мотор-колеса несколько. Один из вариантов на приведенной ниже схеме.

Ручка управления скоростью- обычно разводка проводов — красный провод это питание датчика +5В, голубой — земля, зеленый — выходной сигнал. Напряжение должно меняться на зелёном (относительно голубого) от 1 до 3В (примерно) при повороте ручки. Там стоит не чистый датчик Холла, а микросхема с датчиком холла. 4мА — это ток потребления, а напряжение можно подавать от 4 до 10В. и выход 2.5.В. В зависимости от направления магнитного поля, это напряжение либо уменьшается, либо повышается, с ростом напряжённости.

Подключение электродвигателя к контроллеру: Три толстых провода, желтый, зеленный, голубой — три фазы(«А», «B», «С»). Жгут из пяти тонких проводов: красный — +5В, черный «-» и три датчика — желтый, зеленный, голубой(«А», «B», «С»).

Теги: мотор колесо Волынь, мотор-колеса Волынь, купить мотор колесо в Украине Волынь, мотор колесо велосипеда Волынь

Мотор-Колесо Шкондина.

О Мотор-Колесе Шкондина говорят и пишут многие. И часто это происходит на уровне мифов и предположений. Мол, есть такое изобретение, и по многим параметрам оно просто замечательно, а вот как оно работает, практически никто не объяснил. Сам Василий Васильевич Шкондин отсылает всех к своим многочисленным отечественным и зарубежным патентам, где, якобы, всё написано, а если хотите производить такие колеса, то берите лицензии.

О Мотор-Колесе Шкондина в Интернете можно найти ряд интересных статей. Например, «Василий Шкондин – конструктор лучших в мире электровелосипедов». Или познакомиться с информацией о моторе Шкондина по ряду фильмов.

Чтобы понять особенности мотор-колеса Шкондина, а проще, говоря, двигателя Шкондина, нужно сравнить его двигатель с конструкцией стандартного двигателя постоянного тока и так называемого бесколлекторного двигателя. Но для начала приведем некоторые данные из патентов Шкондина, а также ряд рисунков, которые позволят понять основные принципы, которые положил Шкондин в основу своего мотора.

Познакомиться с патентами Шкондина можно по указанным адресам, но можно почитать и на моем сайте по адресам здесь и здесь. Сам Шкондин старается позиционировать свой двигатель как мотор-колесо, но при желании этому двигателю можно придать любую форму, сохраняя при этом саму идеологию изобретения. Рассмотрим поближе мотор-колесо Шкондина (рис.1)

Рис.1. Мотор-Колесо Шкондина в полуразобранном состоянии.

Итак, имеем статор внутри, и ротор снаружи. На статоре через равные промежутки установлено 11 пар магнитов, полюса магнитов чередуются. Всего полюсов 22. На роторе установлены 6 U-образных электромагнитов, у которых, получается, имеется 12 полюсов. На роторе установлены щетки, с помощью которых подается питание на электромагниты, а на статоре установлен коллектор, с которого электрический ток поступает на щетки. Обращаю внимание на то, что расстояние между полюсами любого электромагнита ротора равно расстоянию между соседними магнитами на статоре. А это означает, что в момент точного «соприкосновения» полюсов одного из электромагнитов с соседними полюсами магнитов на статоре, полюса остальных электромагнитов с полюсами магнитов на статоре не «соприкасаются».

Сдвиг полюсов электромагнитов на роторе и полюсов магнитов на статоре относительно друг друга создает между ними градиент напряженности магнитного поля, а последний как раз и является источником крутящего момента. Для варианта двигателя Шкондина, изображенного на рис.1 получается. что в каждый момент времени крутящий момент создают 5 электромагнитов из 6. Тот электромагнит, полюса которого точно «соприкасаются» с полюсами магнитов на статоре, крутящего момента не создаёт. Получаем своеобразный силовой КПД в 83%. И это при отсутствии притиво ЭДС. А если считать КПД по доле участвующих в создании тяги магнитов на статоре, то получаем, что из 22 магнитов тягу создают 20 магнитов, т.е. 91%.

Пока прошу поверить на слово, что коллектор мотора Шкондина устроен так, что он в нужное время переключает направление тока в обмотках электромагнитов, что обеспечивает тягу только в одну сторону. Можно даже утверждать, что в данном моторе Шкондина работают сразу 6 классических электромоторов. Мотор действительно работает мотором, а не маховиком. В данном моторе на «полную катушку» используется не только мощность электромагнитного поля, но и коллекторно-щеточный механизм. И при этом двигатель устроен удивительно просто. Он состоит всего из 5-6 основных деталей. Создав для этих деталей точные матрицы, можно штамповать двигатели Шкондина миллионами.

Познакомимся поближе с одним из патентов Шкондина. Это ИМПУЛЬСНО-ИНЕРЦИОННЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ. Выделим из этого патента достаточно большую цитату, которая содержит основные отличительные признаки двигателя Шкондина:

«Импульсно-инерционный электродвигатель, в соответствии с настоящим изобретением, содержит: статор с круговым магнитопроводом, на котором закреплено четное количество постоянных магнитов с одинаковым шагом;

ротор, отделенный от статора воздушным промежутком и несущий четное число электромагнитов, которые расположены попарно напротив друг друга;

распределительный коллектор, закрепленный на корпусе статора и имеющий расположенные по окружности токопроводящие пластины, соединенные с чередованием полярности с постоянным источником тока и разделенные диэлектрическими промежутками;

токосъемники, установленные с возможностью контакта с пластинами коллектора, причем каждый из токосъемников подключен к одноименному выводу обмоток соответствующих электромагнитов.

Каждый из электромагнитов имеет по две катушки с последовательно встречным направлением обмотки, причем обмотки катушек смежных электромагнитов соединены последовательно, а выводы обмоток противоположных электромагнитов, не подключенные к токосъемникам, соединены между собой. Количество постоянных магнитов статора, равное n и количество электромагнитов ротора равное m, подбирают таким образом, чтобы они удовлетворяли соотношениям:

n=10+4k, где k — целое число, принимающее значения 0, 1, 2, 3 и т.д.

m=4+2L, где L — любое целое число, удовлетворяющее условию 0

Уже на первой выставке – Всемирном салоне изобретений «Брюссель – Эврика – 1990» В.В. Шкондин стал человеком года в Бельгии, а его пилотная модель электрической инвалидной коляски на «Мотор-колесах Шкондина» была отмечена золотой медалью и специальным призом министра финансов Бельгии.

Впервые в мировой практике оплату пошлин за международную заявку на патенты в 26 странах за автора произвел Госкомизобретений (заявка № 4731991/07 от 01.09.89г.).

По истечении 18 месяцев (общепринятый регламент) эксперт Европейского патентного ведомства уведомил Госкомизобретений и автора, что «в результате экспертизы, вышеуказанному изобретению не было противопоставлено ни одной публикации» (из письма «Союзпатента» № 2412Р от 23.07.92 г.).

Импульсно-инерционный электродвигатель, в соответствии с настоящим изобретением, содержит:

статор с круговым магнитопроводом, на котором закреплено четное количество постоянных магнитов с одинаковым шагом; количество постоянных магнитов, как минимум, на 2 больше количества башмаков электромагнитов ротора;

ротор, отделенный от статора воздушным зазором и несущий четное число электромагнитов, которые расположены попарно напротив друг друга; распределитель, закрепленный на корпусе статора и имеющий расположенные по окружности токопроводящие пластины, соединенные с чередованием полярности с постоянным источником тока и разделенные диэлектрическими промежутками;

Каждый из электромагнитов имеет по две катушки с последовательно встречным направлением обмотки, причем обмотки катушек смежных электромагнитов соединены последовательно, а выводы обмоток противоположных электромагнитов, не подключенные к токосъемникам, соединены между собой.

Количество постоянных магнитов статора, равное n и количество электромагнитов ротора равное m, подбирают таким образом, чтобы они удовлетворяли соотношениям:

n=10+4k, где к — целое число, принимающее значения 0,1, 2, 3 и т.д. m=4+2L, где L — любое целое число, удовлетворяющее условию 0^L 80 км). Как видно, прогресс не стоит на месте. Так что с такими технологиями в скором времени запас хода в 200-400 км для электровелосипеда будет не в диковинку!

Для удобства выбора Вы можете посмотреть сравнительные параметры электронаборов и батарей разных брендов, представленых на нашем сайте и выбрать вариант с подходящими и наиболее важными для Вас характеристиками. Одни привлекают своей быстроходностью, вторые — динамикой разгона, третьи — оптимальностью комплектации, четвертые — компактностью, пятые — легкостью наката и миниатюрностью электропривода.

Что представляет собой мотор-колесо?

Мотор-колесо, называемое также мотором Шкондина представляет собой бесщеточный мотор-втулку, вентильный двигатель устанавливаемый на переднюю или заднюю вилку, заспицованную под необходимый размер колеса. Установив привод на обычный велосипед получаем гибридное транспортное средство: электровелосипед (человек+электромотор), в котором физическая сила велосипедиста может комбинироваться с силой тяги высокомоментного электромотора.

Электробайк/ электровелосипед — это велосипед с электрическим мотором, мощностью от 180 Вт, помогающий велосипедисту с легкостью преодолевать подъемы и большие расстояния, рационально распределяя нагрузку на ноги и не теряя при этом функций обычного велосипеда.

Электробайк, как и велосипед, экологически чист, маневренен и практически бесшумен. Зарядившись от обычной розетки 220В, он вновь готов к дальнему пробегу. Средние показатели скорости от 25 до 40 км/ч. Дальность поездки велосипеда на электротяге может варьироватся в зависимости от характеристик мотора, аккумулятора, погодных условий, ландшафта местности и составляет в среднем на ровном участке дороги 40 км при теплой безветренной погоде.

КПД 500W мотор-колеса, составляющий более 85%, примерно постоянен во всем диапазоне скоростей, крутящий момент максимален при старте, поэтому здесь нет коробки передач, редуктора, вариатора, ременной либо цепной передач или трущихся деталей, подверженных быстрому износу. Плавный набор скорости обеспечивается ручкой »газа» — своеобразным реостатом, управление и защита от перегрузки — контроллером, движущая сила — тяговыми аккумуляторами.

Самодельный контроллер для электровелосипеда

Цикл работы

Чтобы привести в движение трёхфазный двигатель, нужно рассмотреть цикл его работы за электрический оборот. Итак, имеем три фазы — A, B, C. Каждая из фаз получает положительную и отрицательную полярности в определённый момент времени. Поочерёдно по шагам пропускается ток от «плюса» одной фазы к «минусу» другой фазы. В итоге получается шесть шагов = три фазы × две полярности.

Рассмотрим эти шесть шагов цикла. Предположим, что положение ротора установлено в точке первого шага, тогда с датчиков Холла мы получим код вида 101, где 1 — фаза А, 0 — фаза B, 1 — фаза С. Определив по коду положение вала, нужно подать ток на соответствующие фазы с заданными полярностями. В результате вал проворачивается, датчики считывают код нового положения вала — и т. д.

В таблице указаны коды датчиков и смена комбинаций фаз для большинства электродвигателей. Для обратного хода колеса (реверса) достаточно перевернуть знаки полярности фаз наоборот. Принцип работы двигателя довольно прост.

Цикл двигателя представлен в gif-анимации.

Транзисторы и Н-мост

Но чтобы поочерёдно подавать ток на каждую из фаз и менять их полярность, необходимы транзисторы. Ещё нам нужна передача больших токов, высокая скорость переключения и чёткость открытия/закрытия затворов. В данном случае удобнее управлять затворами по напряжению, а не по току. Поэтому оптимальны полевые (MOSFET) транзисторы. Чаще всего их используют в контроллерах. Очень редко можно встретить комбинированный вариант транзисторов.

Для переключения фаз со сменой их полярностей используют классическую схему Н-моста (H-Bridge) из полевых транзисторов.

Он состоит из трёх пар транзисторов. Каждая из пар подключается к соответствующей фазе обмотки двигателя и обеспечивает подачу тока со значением (+ или –). Транзисторы, отвечающие за включение фазы с положительным значением, называют верхними ключами. С отрицательным — нижними. Для каждого шага открывается пара ключей: верхний одной фазы и нижний соседней фазы. В результате ток проходит от одной фазы к другой и приводит электродвигатель в движение.

Из схемы видно, что мы не можем включить одновременно верхний и нижний ключ у одной и той же фазы: произойдёт короткое замыкание

Поэтому очень важно быстрое переключение верхних и нижних ключей, чтобы в переходных процессах не появилось замыкание. И чем качественнее и быстрее мы обеспечим переключения, тем меньше у нас будет потерь и нагрева/перегрева транзисторов H-моста

Для запуска остаётся обеспечить управление затворами ключей H-моста. Для управления H-мостом нужно:

1. Считать показания датчиков Холла.
2. Определить, в каком положении какую пару ключей включать.
3. Передать сигналы на соответствующие затворы транзисторов.

Устройство двигателя

Для разработки контроллера необходимо разобраться с принципом работы самого электродвигателя.

Электродвигатель состоит из фазных обмоток, магнитов и датчиков Холла, отслеживающих положение вала двигателя.

Конструктивно электродвигатели делятся на два типа: инраннеры и аутраннеры.

У инраннеров магнитные пластины крепятся на вал, а обмотки располагаются на барабане (статоре), в этом случае в движение приводится вал. В случае аутраннера всё наоборот: на валу — фазные обмотки, а в барабане — магнитные пластины. Это приводит в движение барабан.

Так как у велосипеда колесо крепится валом на раму, то здесь применителен тип аутраннера.

На этой картинке условно представлены три фазы с обмотками, соединёнными между собой. В реальности обмоток намного больше, они располагаются равномерно с чередованием по фазам по окружности двигателя. Чем больше обмоток — тем плавнее, чётче, эластичнее работает двигатель.

В двигатель устанавливаются три датчика Холла. Датчики реагируют на магнитное поле, тем самым определяя положение ротора относительно статора двигателя. Устанавливаются с интервалами в 60 или 120 электрических градусов. Эти градусы относятся к электрическому фазному обороту двигателя. Необходимо учитывать, что чем больше в двигателе обмоток на каждую фазу, тем больше происходит электрических оборотов за один физический оборот мотор-колеса.

Обмотки трёх фаз в большинстве случаев соединяются между собой по двум схемам: звезда и треугольник. В первом случае ток проходит от одной из фаз к другой, во втором — по всем трём фазам в разной степени. Иногда эти две схемы подключения комбинируют в одном двигателе, например в электромобилях. При старте и наборе скорости идёт соединение фаз по звезде: она даёт больший момент при относительно низких оборотах; далее, после набора скорости, происходит переключение на треугольник, в результате количество оборотов увеличивается, когда уже не нужен большой крутящий момент. По сути, получается условно автоматическая коробка передач электродвигателя.

Аппаратное прерывание

И тут я понял, в чём дело: Ардуино не успевает обрабатывать показания датчиков Холла! Поэтому необходимо было использовать пины Ардуино с аппаратным прерыванием. Так как у Ардуино УНО таких пинов всего два, а под датчики нужно три пина, надо взять Ардуино Леонардо или Искра Нео, где таких пинов — четыре штуки.

Переписав программу под прерывания и подключив Искру Нео вместо УНО, я повторил испытания.

Колесо наконец-то заработало чётко, без вибраций, шумов, отлично стало набирать обороты без рассинхронизации. Прототип оказался жизнеспособным. Но это ещё не полноценный контроллер, поскольку в нём не было обвязки с защитами и обеспечением качественного ШИМ-сигнала.

Электробайк. Контроллер двигателя своими руками +39

DIY или Сделай сам, Электроника для начинающих, Энергия и элементы питания, Блог компании Mail.Ru Group

Как вы уже знаете из прошлых постов, у нас в компании есть DIY-движение. В свободное от работы время коллеги занимаются фрезеровкой печатных плат в домашних условиях, делают тепловизор на FLIR Lepton, а также решают семейные разногласия с помощью 4 контроллеров и 2 умных часов. Продолжим серию увлекательный историй! Сегодня я расскажу, как сделать контроллер к трехфазному двигателю электровелосипеда своими руками. Целью создания такого контроллера было:

1. Изучение работы трехфазного мотора под управлением контроллера.
2. Большинство контроллеров для электровелосипедов, представленных на рынке, — китайские. Они хоть и относительно дешевые (около 2.000 руб в зависимости от мощности), но являются неведомой коробкой, в которой неизвестно что происходит. И сразу к ней возникает очень много вопросов — экономично ли она потребляет и распределяет ток, какой у нее запас мощности, почему так сильно перегревается, преждевременно срабатывает защита по току и т.д.

В тоже время на рынке представлены европейские качественные контроллеры для электробайков. Они оснащаются расширенными функциями, работают на разных напряжениях и токах и их можно программировать. Устанавливаются они на сверхмощные электровелосипеды. Но цена у них кусается — 10-20 тыс. рублей.

В итоге я решил пойти своим путем: разобраться в устройстве контроллера, сделать его прототип, а затем попытаться сделать контроллер качественнее китайского контроллера. На текущий момент проект у меня в разработке только и на уровне прототипа, готового варианта пока нет. Буду рад услышать ваши комментарии и советы.

Главное преимущество контроллера на базе MC33035 — это простота в использовании. Просто покупаете микросхему, собираете Н-мост, спаиваете всё на плату с небольшой обвязкой — и контроллер готов. Если нужно просто запустить двигатель с ШИМ-сигналом и управлять им — оптимальный вариант.

Контроллер на базе Ардуино — вариант сложнее, понадобится писать логику, обеспечивать дополнительные защиты контроллера. Но для экспериментов, прототипов, дополнительного функционала, использования различных режимов работы двигателя — подходящий вариант. Поэтому я решил пока отложить MC33035 и продолжить работу с Ардуино.