Antrasis e-dviratis

Tai jau antrasis mano turėtas e-dviratis, kuriame stengiausi išspręsti pirmojo e-dviračio problemas. Pagrindinė jo problema buvo galinio amortizatoriaus nebuvimas: virš galinio rato buvo bagažinė su 6.5 kg sveriančiu akumuliatoriumi, kuris “skaičiavo” kiekvieną kelio nelygumą, t.y. šokinėjo ir daužėsi į bagažinę. Žinoma neleidau aš jam taip elgtis, kišau po apačia 5 cm storio  porolono gabalą. Tai apsaugojo patį akumuliatorių, bet vis vien tekdavo važiuoti labai atidžiai, sekti kiekvieną kelio nelygumą. Kol važiuoji 20 km/h tos problemos nėra, bet perlipus 40 km/h jau tampa gana neramu dėl akumuliatoriaus ir rato (sulenkimo). Antroji mažytė problema man buvo galios stoka – mano apetitas augo kaip ant mielių ir 500 W greitai pasidarė per mažai.

Pradžiai paskaitykite apie antrojo e-dviračio donorą, na o grįžtant prie temos, suremontavus šį dviratį man iškilo kita problema – variklis. Deja, bet nuo pirmojo dviračio variklis nebetiko, nes šio dviračio galinės pakabos guoliai yra būtent toje vietoje, kur turėtų tvirtintis variklis (tarp galinio rato ir pedalų). Dėl to turėjau rinktis kitą kelią: arba variklį perkelti kažkur į priekį arba rinktis “hubinį” variklį. “Hub” yra rato stebulė, taigi šiuo atveju reikštų, kad variklis yra pačiame rate. Toks sprendimas pašalina mechaninio patvarumo problemas: variklio perdavimas yra tiesioginis ir nėra tampoma grandinė bei nenaudojamos pavaros. Kai variklio galia perduodama per grandinę, ji žymiai greičiau dėvisi, reikia dažniau tepti. Paprastam dviračiui, kai juo važinėja eilinis dviratininkas, grandinę rekomenduojama keisti kas maždaug 2000 km, nes laikui bėgant ji išsitampo ir narelių žingsnis nebeatitinka žvaigždučių žingsnio. Tai ne tik apsunkina pavarų perjungimą, bet ir “pjauna” žvaigždutes, kurių keitimas būna kelis kartus brangesnis. Mechaninis atsparumas padidėja ne tik dėl grandinės nenaudojimo, bet ir dėl to, kad stebuliniame variklyje visiškai nėra judančių ar dylančių detalių (išskyrus guolius) – šio variklio statorius yra sujungtas su rato ašimi ir stovi vietoje, o vienintelė judanti dalis yra rotorius, t.y. magnetai su būgnu, prie kurio jau kabinasi stipinai. Užbėgdamas už akių rodau (dešinėje) variklio vidurius.

Po intensyvaus domėjimosi išsirinkau Crystalyte gaminį: stebulinį variklį x5303. Šis, 5 serijos variklis yra maždaug du kartus sunkesnis (~10,5 kg) už ankstesnius 4 serijos variklius, bet ir yra didesnio diametro bet turi didesnius magnetus – tai stipriai padidina jo sukimo momentą. Įdomumo dėlei galite pasižiūrėti simuliatoriaus rezultatus (pasirinkite 48V akumuliatorių su vidine 0,1 Ω varža, 0,01 Ω valdiklio varžą, 100 A limitą ir 5303 variklį), kur pamatysite, kad šis variklis išvysto maždaug 140 Nm sukimo momentą.

Žodžiu, siunta parkeliavo. Joje stebulinis variklis, jo valdiklis, pora greičio reguliatorių (sukama rankena + rankenėlė nykščiui – norėjau pasibandyti kuris bus patogesnis) ir šiek tiek atributikos. Žinoma atradau prie ko prikibti, tačiau tai buvo smulkmenos, kurias greitai susitvarkiau. Svarbiausia buvo tik pasikeisti guolius į normalius hermetiškus.

Aišku labai skubėjau kuo greičiau “pralėkti” gatve. Pirmoji iškilusi problema: variklis buvo plikas, t.y. be rato. Dėl to turėjau skubiai susiorganizuoti padangą, kamerą, ratlankį ir krūvą stipinų. Kadangi viskas vyko jau sezonui pasibaigus, šių dalių įsigyti buvo gana problematiška – dauguma parduotuvių nebedirbo arba tiesiog neturėjo ko man reikia. Bet nepaisant to per kelias dienas susiorganizavau visas reikiamas dalis ir susirinkau ratą. Aišku surinkimas irgi nevyko sklandžiai. Variklis yra labai sunkus, taigi pataikius į kiek didesnę duobę kelyje standartiniai 1,8 mm dviratiniai neatlaikytų. Deja storesnių stiprinų parduotuvėse neradau (net ir užsienyje), taigi ėjau kita linkme: standartinis dviračio ratas turi 32 arba 36 stipinus (maniškis turėjo 36), taigi aš nusprendžiau šį skaičių padvigubinti. Sugręžiojau papildomas skyles ratlankyje ir variklyje ir bendras stipinų skaičius gavosi 70. Dviejų trūksta, nes vieną vietą ratlankyje užima kameros ventilis, o kitą aliuminio profilio sudūrimas. Manau, kad toks ratas jau yra pakankamai tvirtas Vilniaus gatvėms :-)

Šiam e-dviračiui naudojau akumuliatorių iš seno komplekto. Priminsiu, kad originaliai jis buvo 8s2p konfigūracija surinkas iš 16 vnt. LiFePO4 10 Ah celių, taigi galutinis variantas buvo 24 V 20 Ah. Iš pradžių užsidėjus šį akumuliatorių ant naujojo e-dviračio pastebėjau problemą: su 24 V įtampos akumuliatoriumi dviratis lygumoje važiavo vos 40 35-40 km/h. Taip važinėjau kelias dienas, bet gana rimtą pakabą turintis dviratis kelyje laikėsi žymiai stabiliau ir ėmė stipriai trūkti adrenalino :-) Tuomet vieną vėlyvą vakarą šį akumuliatorių perjungiau iš 8s2p į 16s1p konfigūraciją. Tai jau lėmė dvigubai didesnę akumuliatoriaus įtampą (48 V) ir dvigubai mažesnę talpą (10 Ah). Dvigubai sumažėjusi talpa jokiu būdu nereiškia kad turėtų dvigubai sumažėti nuvažiuojamas atstumas: juk bendra akumuliatoriaus energijos talpa (V*Ah=Wh) liko ta pati. Kam man 48 V? Variklių teorija sako, kad variklio sukimosi dažnis yra tiesiogiai proporcingas maitinimo įtampai. Žodžiu, jei su 24 V maitinimo įtampa važiavau 35-40 km/h, tai su 48 V teoriškai turėtų gautis apie 70-80 km/h. Tikrasis rezultatas yra nuotraukoje dešinėje – tiesiojoje išsukau 66 km/h. Kodėl pasiektas greitis nebuvo minėtame 70-80 km/h intervale atsakymas gana paprastas: greičiui dvigubėjant, oro pasipriešinimo trintis didėja kvadratu, t.y. važiuojant dvigubai greičiau reikia maždaug keturis kartus daugiau galios. Greičiui palaikyti reikalingas sukimo momentas išauga dvigubai, o kadangi jis yra tiesiogiai proporcingas srovei, tai ir ši išauga dvigubai. Padvigubėjusi srovė stipriai padidina nuostolius – dalis energijos paverčiama šiluma akumuliatoriuje, laiduose ir variklio apvijose. Bet kokiu atveju rezultatas gana neblogas. Šį bandymą atlikau naktį, maždaug antrą valandą nakties, taigi greičio pojūtis buvo nenusakomas, namo grįžau iš džiaugsmo drebančiomis rankomis. Tiesa, beveik padidėjęs greitis ir energijos sąnaudos lėmė beveik dvigubai mažesnį nuvažiuojamą atstumą – važiuojant “dugnais” akumuliatoriaus pakako vos trylikai kilometrų įveikti.

Taip važinėjau dar kurį laiką, bet laikui bėgant norėjau vis geresnio pagreičio, t.y. sukimo momento. Kaip jau minėjau, sukimo momentas tiesiogiai priklauso nuo srovės, tai gaunasi, kad ją reikėtų didinti. Šis Crystalyte variklio valdiklis turi gamyklinį 35 A limito šuntą: valdiklis matuoja įtampos kritimą šunto varžoje ir pagal tai nustato kokia teka srovė. Nuotraukoje kairėje pateikti valdiklio viduriai, o minėtas šuntas matosi kairiame kampe (dvi nichromo vielos). Peržvelgiau kokie tranzistoriai sumontuoti valdiklyje – tai po du lygiagrečiai jungtus IRFB4310, kurių kiekvienas atlaiko 75 A srovę. Trifazio variklio valdiklis turi tris pustilčius, t.y. iš viso varikliui valdyti pakanka 6 tranzistorių. Kadangi šiame valdiklyje yra po du lygiagrečius tranzistorius, bendras tranzistorių skaičius yra 12 vienetų, o viso galinio laipsnio atlaikoma srovė yra 150 A. Žinoma, tai jau yra riba, kurios viršyti nederėtų. Prieš didinant srovę reikia atsižvelgti ir į akumuliatoriaus charakteristikas. Šiame akumuliatoriuje panaudotos PSI celės, pasak gamintojo, trumpalaikiais pikais atlaiko iki 13 C, o ilgalaikiais – iki 10 C iškrovą. Kadangi akumuliatorius yra 48 V 10 Ah, tai 10 C iškrovimas reikštų 100 Amperų limitą.

Man 100 A limitas pasirodė priimtinas, taigi ėmiausi darbo – tiesiog lygiagrečiai esamam šuntui prilitavau kitą (nuotrauka dešinėje). Naujas šuntas pagamintas iš 1,7 mm lakuotos varinės vielos, o jo ilgis buvo tiksliai apskaičiuotas, kad bendra šunto varža atitiktų 100 A limitą. Taip, vario varža labai priklauso nuo temperatūros, bet čia tokio tikslumo nelabai reikia.

Padidinus srovę nerimą ėmė kelti palyginti silpnas aliuminis dviračio rėmas. Variklis sukdamas ratą “atsiremia” tik į ašį, kuri yra prisukta prie rėmo. Ašie galai yra šiek tiek suploti, kad neprasisuktų. Deja, bet 140 Nm sukimo momentas gali gana nesunkiai nulaužti rėmo auseles (dropout), taigi reikėjo imtis apsauginių priemonių:

Šioje nuotraukoje matote specialias auseles, angliškai vadinamas “torque arms“. Deja lietuviškai nelabai žinau kaip pavadinti. Žodžiu esmė tokia, kad šios auselės maunasi ant variklio ašies ir dedasi tarp variklio ir rėmo. Variklio ašis “remiasi” į auselę, kuri neleidžia jai prasisukti. Šias auseles nubraižiau tiksliai pagal rėmą, o įmonėje jas man lazeriu išpjovė iš 4 mm storio nerūdijančio plieno lakšto. Teko truputėlį išlenkti kad gerai priglustų. Viršutinė auselė turi papildomą išlenkimą, nes toje vietoje prie dviračio rėmo prisisuka kojelė.

Po šio pato patobulinimo jau buvo drąsu išbandyti pagreitį su 100 A limitu. Rezultatas tai kiek netikėtas: labai lengva apsiversti. Kažkada, kai dar važinėjau su 24 V įtampa ir 35 A limitu ir pasirodžiau kaimynui, jis pavažinėjęs pasakė, kad galios dar mažoka ir paprašė kad praneščiau kai padidinsiu. Na tai pranešiau. Kai bandydamas apsivertė per galinį ratą, pareiškė, kad galios jau pakanka :-) Kaip tai atrodo realybėje pamatysite šiame filmuke:

Šis projektas vis dar yra tęsiamas ir e-dviratis tobulinamas, bet didžiausią savo laiko dalį skiriu kitam projektui – e-mopedui.

Dabar šis e-dviratis atrodo taip:

Tiesa, dėl visos elektrinės dalies kainos. Variklis su valdikliu, akceleratoriumi  ir siuntimu iš Kinijos (su importo mokesčiais) kainuoja apie 1600 Lt. Akumuliatorių kol kas panaudojau nuo pirmojo e-dviračio, taigi šį kartą jis man nekainavo. Šiuo metu kaupiu pinigą gerokai talpesniam akumuliatoriui.

Dviračių forume gavau klausimą koks vis tik teorinis elektrinės dalies tarnavimo laikas. Akumuliatorius yra atskira tema, bet štai variklio tarnavimo laikas, sakyčiau, yra neribotas. Viduje nėra visiškai jokių judančių detalių ir viskas, kas gali sugesti, tėra du ašies guoliai. Du nauji hermetiški SKF guoliai kainuoja apie 15 Lt, tai manau, kad tai tikrai nėra problema. Be guolių, ten daugiau nėra kam gesti. Na nebent gali oksiduotis variklio skardos ir nusilupti dažai arba patekus drėgmei surūdyti variklio statorius. Bet net ir tai niekaip nepakeistų variklio veikimo. Na o valdiklis yra elektronika, kuri iš vis savaime negenda. Žodžiu, daiktas amžinas. Na o apie akumuliatorius gal kada kitą kartą…