ChSTU repository

ЗМІСТ 
 
 Резюме ………….………………………………………………….. 3 
Review ………………………………………….…………………… 6 
 Вступ …………………………………………………….…………. 9 
Розділ 1. Аналіз характеристик та типів електротранспорту  …….. 18 
1.1. Загальна характеристика електричних велосипедів …..……... 18 
1.2. Аналіз видів електровелосипедів та їх техніко-  
експлуатаційних характеристик ………………………………..25 
1.3. Аналіз існуючих варіантів електронаборів ………………….. 29 
1.4. Електромотоцикли та чопери …………………………………. 33 
 Висновки до розділу 1 ………………………………………… 33 
Розділ 2. Особливості вибору елементної бази електроровера …….35 
2.1. Огляд та обрання конструкції мотор-колеса …………………35 
2.2. Обґрунтування вибору двигуна для електровелосипеду ….. 41 
2.3. Огляд та вибір контролерів управління ……………..……… 49 
2.4. Вибір інших велокомпонентів ……………………………….. 52 
Висновки до розділу 2 ………………………………….…….. 52 
Розділ 3. Конструювання та дослідження гібридного  
електровелосипеда ………………………………………………55 
3.1. Компонування конструкції гібридного електровелосипеда .. 55 
3.2. 3D моделювання корпуса електровелосипеду …………….... 62 
3.3. Дослідження експлуатаційних характеристик ровера ………67 
Висновки до розділу 3 ………………………………..…….… 78 
 Висновки ……………………………….……………………………... 81 
 Список використаних джерел ………………………………………83 
 Додатки ………………………………………………...………………87 
 2
РЕЗЮМЕ 
 
Стойшич Б. Вдосконалення електротранспорту на основі гібридизації. – 
Кваліфікаційна робота магістра. 
Кваліфікована робота магістра на здобуття освітнього ступеня магістра за 
спеціальністю 151 «Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології» за 
освітньою програмою «Робототехнічні системи та автоматизація» – Черкаський 
державний технологічний університет, Черкаси, 2023. 
У кваліфікаційній роботі магістра проводиться розроблення гібридної 
моделі електротранспорту, що матиме можливість розвинення великої швидкості 
та пересування бездоріжжям. 
Мета і завдання дослідження. Розроблення та дослідження гібридної 
моделі електротранспорту шляхом поєднання велосипеда з мопедом, що 
забезпечують можливість розвинення великої швидкості з можливістю 
пересування бездоріжжям. 
Для вирішення поставленої мети необхідно розв’язати такі задачі: 
- проаналізувати технічний рівень сучасних характеристик та типів 
електротранспорту, оцінити переваги та недоліки існуючих конструкцій такого 
транспорту; 
- провести вибір компонентів конструкцій та змоделювати їх розташування в 
корпусі електровелосипеду; 
- здійснити розроблення та подальше дослідження моделі гібридного 
електротранспорту. 
Об'єкт дослідження – процеси та моделі сучасного електротранспорту. 
Предмет дослідження – конструкція та експлуатаційні характеристики 
гібридного електровелосипеду. 
Наукова новизна отриманих результатів. 
1. Вперше спроєктовано електровелосипед, в якому використано 
безредукторний двигун-колесо Шкондіна, що складається з статора (всередині) і 
ротора (зовні) та має перевагу перед іншими мотоколесами завдяки тому, що має 
більший ККД (від 83% до 94%), легку конструкцію, мінімум деталей і більшу 
 3
надійність, а також підтримує рекуперативне гальмування на відміну від 
міддрайва і редукторного електродвигуна. 
2. Отримало подальший розвиток підвищення ергономічності конструкції 
шляхом використання спецалізованого контролера для забезпечення керування 
електровелосипедом; датчика педалювання, застосування якого приводить до 
зменшення навантаження на ноги та економії заряду акумулятора; ручки газу 
мотоциклетного типу, чим розширюється діапазон регулювання швидкості, що 
дозволяє покращити контролювання датчику заряду акумулятора та фіксацію 
вибраної швидкості через керування кнопкою "круїз-контроль".  
Практична цінність отриманих результатів полягає в наступному: 
Практична цінність роботи полягає в розробленні нових та удосконаленні 
існуючих конструкцій гібрідного електротранспорту на прикладі ровера, що 
дозволить легко і комфортно пересуватися будь-якою місцевістю та може бути 
укомплектований додатковими аксесуарами. 
В першому розділі доведена актуальність роботи, яка, з одного боку, 
обумовлена необхідністю захисту довкілля, оскільки перехід на електротранспорт 
порівняно з двигунами внутрішнього згоряння дозволить зменшити негативний 
вплив на середовище в зв’язку з відсутністю вихлопів а економією пального. З 
іншого боку, використання електровелосипеду матиме позитивний вплив на 
здоров’я людини при періодичному використанні його в якості активного 
транспортного засобу. 
Аналіз транспортних засобів, проведений у першому розділі показав, що у 
загальному випадку електровелосипед відрізняє від звичайного велосипеда 
наявністю трьох основних компонентів: електродвигуна, контролера та 
акумуляторної батареї. 
Вартість споживаних електричних велосипедів набагато менша, як у 
випадку транспортних засобів, що обладнані двигуном внутрішнього згоряння, 
крім того електродвигун генерує звук менш інтенсивно. 
Аналіз переваг електровелосипедів перед іншими видами транспору 
показав, що принциповими перевагами електровелосипедів є: можливість долати 
 4
різкі підйоми і значні відстані фізично слабким людям; можливість у випадку 
розряду батареї використовувати педальний привід; можливість здійснювати 
заряд акумуляторів від побутової електромережі;  при порівнянній швидкості в 
умовах міста, економічні та енергетичні витрати на переміщення однієї людини 
виявляються на порядок нижчим, ніж у будь-якого іншого виду транспорту, 
включаючи громадський; менші в десятки разів у порівнянні з легковими 
автомобілями витрати коштів та простору на експлуатацію, паркування і 
зберігання; 
З іншого боку аналіз недосконалостей існуючих конструкцій 
електровелосипедів показав, що існують такі актуальні проблеми: педалювання і 
управління утруднено значною масою (від 20 до 50 кг і більше) і відповідною 
інерцією; недостатній для багатьох користувачів запас ходу тільки на 
електроприводі (рідко більше 25-50 км); тривалий час зарядки батарей (як 
правило, не менше 2-6 годин); короткий термін служби свинцево-кислотних та 
літій-іонних акумуляторних батарей (не більше 2-3 років при середньому 
навантаженні); висока вартість готового виробу і його експлуатації в порівнянні зі 
звичайним велосипедом (від 2-х до 10 разів). 
В другому та третьому розділах розглянуто будову та принцип роботи 
електродвигунів, батарей, контролерів, проведений аналіз інших 
велокомпонентів, здійснено обґрунтування вибору компонентів в зв’язку з 
особливостями їх використання при побудові електровелосипеда на підставі чого 
була розроблена 3D модель розробленої конструкції. 
Враховуючи поставлені в роботі завдання та в результаті аналізу існуючих 
моторів для розроблюваного електровелосипеду вирішено було застосувати 
безредукторний двигун-колесо Шкондіна, що складається з статора (всередині) і 
ротора (зовні) та має перевагу перед іншими мотоколесами завдяки тому, що має 
більший ККД (від 83% до 94%), легку конструкцію, мінімум деталей і більшу 
надійність, а також підтримує рекуперативне гальмування на відміну від 
міддрайва і редукторного електродвигуна. 
 5
В результаті аналізу існуючих акумуляторів для виконання поставлених в 
роботі завдань прийнято рішення застосувати в розроблюваній конструкції літій-
залізо-фосфатні акумулятори, оскільки такі акумулятори допускають від 800 до 
2000 перезарядок протягом 10 років, можуть експлуатуватися на морозі до -30 
градусів, доступний швидкий заряд за 45 хв., мають найбільше число циклів 
заряду-розряду (1500-2000), дозволяють віддавати більшу потужність, 
пожежобезпечні, не горючі. 
Для забезпечення ергономічності та естетичності розробки батарейний 
бокс вирішено виготовити з армованого акрилу під розміри рами з врахуванням 
розташування акумуляторів в корпусі батарейного блока, для чого було виконано 
комп’ютерне моделювання. 
В якості інших аксесуарів для підвищення ергономічності конструкції 
були використані контролер для забезпечення керування електровелисипедом; 
датчик педалювання, застосування якого приводить до ефекту, коли не 
відчувається навантаження на ноги та економиться заряд акумулятора; та ручки 
газу мотоциклетного типу, що дозволить ручне регулювання швидкості, 
контролювання датчику заряду акумулятора та керування кнопкою "круїз-
контроль" для фіксації вибраної швидкості 
Для 3D моделювання корпуса електровелосипеду використано 
спеціалізовану програму Autodesk Maya, що призначена для моделювання 
мобільних 3D-об'єктів, анімації, дослідженню кінематичних властивостей, 
композитингу та візуалізації. 
При моделюванні було використано внутрішню скриптову мову MEL, яка 
не прив'язана до платформи, тому код, написаний цією мовою, буде виконуватися 
в будь-якій операційній системі, що забезпечує високий рівень гнучкості при 
роботі із зовнішніми інструментами. 
Розроблена 3D модель враховує недоліки аналогів, тому спроектований 
електровелосипед дозволить легко і комфортно пересуватися будь-якою 
місцевістю, може бути укомплектований додатковими аксесуарами, а використані 
при проектуванні комплектуючі є взаємозамінними. 
 6
Ключові слова: електровелосипед, електродвигун, мотор-колесо, гібридне 
живлення. 
 
Список основних публікацій магістранта 
 
1. Вдосконалення електротранспорту на основі гібридизації / Стойшич Б., 
Бондаренко М.О. // Нові та нетрадиційні технології в ресурсо- та 
енергозбереженні: Матеріали міжнародної науково-технічної конференції, 6-7 
грудня 2023 р., м. Одеса, 2023. – С.ХХ-ХХ. 
 7
REVIEW 
 
Stoishich B. Improvement of electric transport on the basis of hybridization - 
Master's thesis. 
Qualified master's thesis for obtaining a master's degree in specialty 151 
"Automation and computer-integrated technologies" under the educational program 
"Robotic systems and automation" - Cherkasy State Technological University, 
Cherkasy, 2023. 
The master's thesis deals with the development of a hybrid model of electric 
transport that will be able to develop high speed and off-road travel. 
The purpose and objectives of the study. Development and research of a hybrid 
model of electric transport by combining a bicycle with a moped, which provide the 
ability to reach high speeds with the ability to travel off-road. 
To achieve this goal, it is necessary to solve the following tasks: 
- analyze the technical level of modern characteristics and types of electric vehicles, 
assess the advantages and disadvantages of existing designs of such vehicles; 
- to select structural components and model their location in the body of an electric 
bicycle; 
- to develop and further study a model of hybrid electric transport. 
Object of research - processes and models of modern electric transport. 
The subject of research is the design and performance characteristics of a hybrid 
electric bicycle. 
Scientific novelty of the results. 
1. For the first time, an electric bicycle has been designed that uses a gearless 
Skondin motor-wheel consisting of a stator (inside) and a rotor (outside) and has an 
advantage over other motor wheels due to the fact that it has a higher efficiency (from 
83% to 94%), lightweight design, a minimum of parts and greater reliability, and also 
supports regenerative braking, unlike a middrive and a gear motor. 
2. The ergonomics of the design has been further developed by using a 
specialized controller to control the electric bike; a pedaling sensor, the use of which 
 8
reduces the load on the legs and saves battery power; a motorcycle-type throttle, which 
expands the range of speed control, which allows for better control of the battery charge 
sensor and fixing the selected speed by controlling the "cruise control" button. 
The practical value of the results obtained is as follows: 
The practical value of the work lies in the development of new and improvement 
of existing designs of hybrid electric transport on the example of a rover, which will 
allow easy and comfortable movement in any terrain and can be equipped with 
additional accessories. 
The first section proves the relevance of the work, which, on the one hand, is due 
to the need to protect the environment, since the transition to electric transport 
compared to internal combustion engines will reduce the negative impact on the 
environment due to the absence of emissions and fuel economy. On the other hand, the 
use of an electric bicycle will have a positive impact on human health if it is 
periodically used as an active vehicle. 
The analysis of vehicles conducted in the first section showed that, in general, an 
electric bicycle differs from a conventional bicycle by having three additional 
components: an electric motor, a battery, and a controller. 
The cost of ownership of electric bicycles is much lower than that of vehicles 
equipped with an internal combustion engine, and the electric motor generates less 
intense sound. 
An analysis of the advantages of electric bicycles over other modes of 
transportation has shown that the fundamental advantages of electric bicycles are: the 
ability to overcome steep climbs and long distances for physically unprepared people; 
the ability to use a pedal drive in case of battery discharge; the ability to charge batteries 
from a household power grid; at comparable speeds in urban areas, the energy and 
economic costs of moving one person are an order of magnitude lower than for any 
other mode of transportation, including public transport; and 
On the other hand, the analysis of the imperfections of existing electric bicycle 
designs has shown that there are the following urgent problems: pedaling and control 
are hampered by a significant weight (from 20 to 50 kg or more) and the corresponding 
 9
inertia; insufficient range for many users only on electric drive (rarely more than 25-50 
km); long battery charging time (usually at least 2-6 hours); short service life of lead-
acid and lithium-ion batteries (no more than 2-3 years at an average load); high cost of 
the finished product and its operation compared to a conventional bicycle (from 2 to 10 
times). 
The second and third chapters describe the structure and principle of operation of 
electric motors, batteries, controllers, analyze other bicycle components, and justify the 
choice of components in connection with the peculiarities of their use in the 
construction of an electric bicycle, on the basis of which a 3d model of the developed 
design was developed. 
Taking into account the tasks set in the work and as a result of the analysis of 
existing motors for the developed electric bicycle, it was decided to use a gearless 
motor-wheel of shkondin, consisting of a stator (inside) and a rotor (outside) and having 
an advantage over other motor wheels due to the fact that it has a higher efficiency 
(83% to 94%), lightweight design, minimal parts and greater reliability, and supports 
regenerative braking, unlike a mid-drive and gear motor. 
As a result of the analysis of existing batteries, it was decided to use lithium-iron-
phosphate batteries in the design of the developed structure, since such batteries allow 
from 800 to 2000 recharges over 10 years, can be operated in cold weather down to -30 
degrees, fast charge is available in 45 minutes, have the largest number of charge-
discharge cycles (1500-2000), allow for greater power output, are fireproof, and are not 
combustible. 
To ensure the ergonomics and aesthetics of the development, it was decided to 
make the battery box from reinforced acrylic to fit the frame, taking into account the 
location of the batteries in the battery pack housing, for which a computer modeling was 
performed. 
Other accessories used to improve the ergonomics of the design included a 
controller to control the electric bike; a pedaling sensor, which results in an effect where 
there is no load on the legs and saves battery power; and motorcycle-type throttles to 
 10
allow manual speed control, monitoring of the battery charge sensor, and control of the 
cruise control button to fix the selected speed. 
For 3D modeling of the electric bike body, we used a specialized program called 
autodesk maya, which is designed for modeling three-dimensional objects, animation, 
compositing and visualization (using connected rendering systems). 
The modeling used the internal scripting language mel, which is not tied to a 
platform, so the code written in this language will run in any operating system, which 
provides a high level of flexibility when working with external tools. 
The developed 3D model takes into account the shortcomings of analogs, so the 
designed electric bicycle will allow you to easily and comfortably move around any 
terrain, can be equipped with additional accessories, and the components used in the 
design are interchangeable. 
Keywords: electric bicycle, electric motor, motor-wheel, hybrid power supply. 
 
 
List of main publications of the master's student 
 
1. Improvement of electric transport on the basis of hybridization / Stoishich B., 
Bondarenko M.O. // New and non-traditional technologies in resource and energy 
saving: Proceedings of the International Scientific and Technical Conference, December 
6-7, 2023, Odesa, 2023. 
 11
ВСТУП 
 
Актуальність теми дослідження. В даний час все більшої популярності 
набуває пошук альтернативних джерел палива та використання електроенергії у 
транспорті. Новим витком розвитку електротранспорту стало перенесення 
електромоторів на двоколісні транспортні засоби такі, як велосипед чи скутер.  
Велосипед — це засіб пересування, рух якого забезпечується за рахунок 
фізичної сили людини, переданої на ведуче(і) колесо(а). Звичайно велосипеди 
оснащені двома колесами; існують також трьохколісні велосипеди та інші, 
незвичніші варіанти — одноколісні, чотирьохколісні і т.д. 
Сьогодні у світі налічується понад мільярд велосипедів, що робить їх 
найпопулярнішим засобом пересування. Це пояснюється їх доступною ціною (у 
тому числі витратами на утримання), малою вагою і компактними розмірами, 
відсутністю необхідності у паливі та засобах захисту. У розвинених країнах 
велосипеди користуються попитом через фізичні навантаження та екологічну 
безпеку. 
У 2005 році за результатами опитування громадської думки у 
Великобританії, велосипед був названий найважливішим технологічним 
винаходом з 1800 року. За нього віддали голоси більше опитаних, аніж за всі інші 
винаходи разом взяті. 
Між 1950 та 2007 роками виробництво велосипедів зросло вчетверо, згідно з 
даними Інституту політики Землі — американської організації з охорони 
довкілля, у той же період виробництво автомобілів збільшилося лише вдвічі. 
Підвищення цін на паливо та транспортні затори в містах вважаються причинами 
такого зростання, і ця тенденція продовжується. 
Завдяки новим технологіям та ідеям перенесення електромоторів на 
двоколісні транспортні засоби електродвигуни вдалось помістити в колеса цих 
транспортних засобів.  
Електробайк — це різновид електротранспорту, подібний до традиційного 
велосипеда, який рухається силою ніг; до нього додано допоміжний механізм у 
 12
формі електромотора. Електропривід може частково або повністю забезпечити 
рух електробайка. 
Від звичайного велосипеда електробайк відрізняється наявністю трьох 
додаткових елементів: електромотора, акумулятора та контролера. На відміну від 
мотоциклів чи скутерів, електробайк також можна рухати за допомогою педалей, 
а його обслуговування, за винятком електричних складових, не відрізняється від 
обслуговування звичайного велосипеда. 
Оскільки це в основному стандартний велосипед, оснащений додатковим 
електромотором та акумулятором, його можна перевозити у потягах, автобусах 
або міському громадському транспорті. 
У 2010 році в Європі було реалізовано приблизно 700 тисяч 
електрофікованих велосипедів. У Китаї у 2010 році на вулицях було 
розповсюджено 120 мільйонів електробайків. 
Їх автономність, як правило, становить 25 - 50 км їзди. Якщо мотор 
велосипеда забезпечує швидкість понад 25 км/год і має потужність більше ніж 
250 Вт, такі електробайки у деяких країнах класифікуються як мопеди. Діапазон 
швидкості більшості електробайків зазвичай варіюється від 30 до 40 км/год. 
Максимальна швидкість у більшості країн становить 300 Вт, у Канаді - 32 
км/год·500Вт, у США - 32 км/год·750 Вт. 
Експлуатація електробайків досить легка. Мотор активується із зростанням 
натиску на педалі. Мотор працює з потужністю від 180 до 250 Вт. Педалі можуть 
бути задіяні для продовження руху після зупинки або вимкнення мотора. 
Увімкнення/вимкнення, як правило, здійснюється дроселем на кермі. 
Найчастіше використовують безщітковий двигун. Свинцево-кислотні 
акумулятори, які володіють дуже обмеженим ресурсом (десь 300 циклів заряду), 
зараз замінено на літієві акумулятори, що є легшими. Використовують також і 
нікель-метал-гідридні акумулятори (Ni-MH), літій-полімерні та літій-залізо-
фосфатні, а літій-іонні (Li-Ion) вважають за предмети розкоші. Керівна напруга, 
як правило, 24, 26, 36, 48 Вольт. Для потужніших двигунів використовують 
високу напругу - 72 або 96 Вольт. Мікроелектроніка існує з можливістю вибору 
 13
режимів допомоги на деяких моделях двигуна. Споживання енергії може 
відбиватися на індикаторі, що фіксується на кермі. 
Щоб зарядити акумулятор, використовують спеціальний зарядний пристрій 
від стандартної розетки. Час заряджання становить зазвичай до 8 годин. Кількість 
циклів заряджання літієвої батареї становить близько 1000 циклів та має строк 
придатності в 3-4 роки. Продуктивність акумулятора також зменшується з часом. 
Батарею на більшості моделей установлено в якості знімального картриджа для 
простоти обслуговування. 
Витрати на експлуатацію електробайків значно нижчі, ніж у разі 
транспортних засобів з мотором внутрішнього згоряння. На противагу моторам 
внутрішнього згоряння, електромотор створює менш гучний шум. 
Такі велосипеди, як правило, важчі, ніж звичайні — їх вага становить 
зазвичай десятки кілограмів. 
Більшість марок електробайків виробляються у Китаї. 
Електромотори постійного струму з напругою від 12 до 48 V вбудовані у вісь 
одного з двох коліс (так зване «мотор-колесо»), що є найпоширенішим видом 
привода. Двигун може бути вмонтований як у передню, так і у задню маточину 
колеса, або бути так званим «середнім двигуном». 
Безщіткові двигуни мають перевагу, оскільки не потребують обслуговування, 
але вони трохи дорожчі. Потужність двигунів на ринку коливається від 180 до 
1000 Вт. 
Вартість пробігу залежить від типу акумулятора. Тривалість роботи якісного 
літій-іонного акумулятора становить 10-15 годин при напрузі від 24 до 36 В. 
Об'єм батареї (200-250 Вт·год або від 0,72 до 0,9 МДж збереженої енергії) 
забезпечує, залежно від ступеня підтримки та маси транспортного засобу та 
велосипедиста, дистанцію від 40 до 95 км. 
Батареї зазвичай кріпляться на багажник у спеціальному боксі, на рамі 
велосипеда тощо. 
Дальність поїздки залежить від численних чинників: вага, швидкість руху, 
положення водія, тип дорожнього покриття, стан батареї та її резервний заряд. 
 14
Сучасний електробайк оснащений літієвою батареєю (Li-Ion, Li-Полімер або 
Li-фосфат) та вагою від 19 до 29 кг на одному заряді може проїхати від 40 до 100 
км з тривалим часом автономної роботи (до 1000 циклів заряджання, які у 
звичайних умовах відповідають пробігу від 30000 до 70000 км). 
Сучасні моделі здатні розвивати швидкість до 65км/год. та мають заряд 
батареї, якого вистачить на час руху від 45 хв. до 120 хв. в залежності від виду 
батареї. 
В результаті аналізу існуючих аналогів прийнятним є рішення про 
розроблення гібридної моделі велосипеда з мопедом, яка буде поєднувати 
можливість розвинення швидкості з можливістю пересування бездоріжжям. 
Перевагою даної моделі має стати зміцнена рама пружини і використання 
зручного сидіння від мопеда, а також зміцненні колеса, що дозволить 
витримувати значні навантаження. 
Поєднання потужного електроколеса і цепної передачі дозволить дістатися 
до будь-якого місця призначення. Поєднання форм корпуса кросового мотоцикла 
і велосипеда дозволить з впевненістю переїзджати пагорби і рухатися пересічною 
місцевістю. Встановлення в корпус максимально можливої за потужністю батареї 
дозволить збільшити час пересування. 
Мета й завдання дослідження. Розроблення та дослідження гібридної моделі 
електротранспорту шляхом поєднання велосипеда з мопедом, що забезпечують 
можливість розвинення великої швидкості з можливістю пересування 
бездоріжжям. 
Для досягнення заявленої мети необхідно розв‘язати такі завдання: 
1. Проаналізувати технічний рівень сучасних характеристик та типів 
електротранспорту, оцінити переваги та недоліки існуючих конструкцій такого 
транспорту. 
2. Провести вибір компонентів конструкцій та змоделювати їх розташування в 
корпусі електровелосипеду. 
3. Здійснити розроблення та подальше дослідження моделі гібридного 
електротранспорту. 
 15
Об'єкт дослідження – процеси та моделі сучасного електротранспорту. 
Предмет дослідження – конструкція та експлуатаційні характеристики 
гібридного електровелосипеду. 
Методи дослідження. Для вирішення поставлених завдань в роботі 
проводилися розрахункові та експериментальні дослідження, що базуються на 
теорії аеродинаміки, використовують технології міцності та мікроелектроніки, а 
також застосовують прийоми комп‘ютерного моделювання та візуалізації. 
Наукова новизна одержаних результатів.  
1. Вперше спроєктовано електровелосипед, в якому використано 
безредукторний двигун-колесо Шкондіна, що складається з статора (всередині) і 
ротора (зовні) та має перевагу перед іншими мотоколесами завдяки тому, що має 
більший ККД (від 83% до 94%), легку конструкцію, мінімум деталей і більшу 
надійність, а також підтримує рекуперативне гальмування на відміну від 
міддрайва і редукторного електродвигуна. 
2. Отримало подальший розвиток підвищення ергономічності конструкції 
шляхом використання спецалізованого контролера для забезпечення керування 
електровелосипедом; датчика педалювання, застосування якого приводить до 
зменшення навантаження на ноги та економії заряду акумулятора; ручки газу 
мотоциклетного типу, чим розширюється діапазон регулювання швидкості, що 
дозволяє покращити контролювання датчику заряду акумулятора та фіксацію 
вибраної швидкості через керування кнопкою "круїз-контроль".  
Практичне значення одержаних результатів. Практична цінність роботи 
полягає в розробленні нових та удосконаленні існуючих конструкцій гібрідного 
електротранспорту на прикладі ровера, що дозволить легко і комфортно 
пересуватися будь-якою місцевістю та може бути укомплектований додатковими 
аксесуарами. 
Отримані в кваліфікаційній роботі результати можуть застосувовуватися 
спеціалістами, що проводять розроблення та експлуатацію виробів гібрідного 
електротранспорту (на прикладі, електророверу). 
 16
Апробація результатів дисертації. Результати досліджень були 
представлені на міжнародній науково-технічній конференції «Нові та 
нетрадиційні технології в ресурсо- та енергозбереженні» (Одеса: ОНПУ, 2023).  
Публікації. За темою кваліфікаційної роботи опублікована 1 теза доповідей. 
 17
РОЗДІЛ 1 
АНАЛІЗ ХАРАКТЕРИСТИК ТА ТИПІВ ЕЛЕКТРОТРАНСПОРТУ 
 
1.1 Загальна характеристика електричних велосипедів 
 
Електричний велосипед  (Електровелосипед, пауербайк, e-bike, pedelec 
(англ.)) Являє собою велосипед з електроприводом, який повністю або частково 
забезпечує його рух. 
У загальному випадку електровелосипед відрізняє від звичайного 
велосипеда наявність трьох додаткових компонентів: електродвигуна, 
акумуляторної батареї та контролера (рис. 1.1).  
 
 
 
Рис. 1.1. Типовий електровелосипед міського типу з переднім мотор-
колесом і контейнером з акумуляторними батареями на багажнику 
 
На відміну від електроскутера або ж мотоцикла, електровелосипед може 
приводитися в рух педалями, а його експлуатація і обслуговування трохи 
складніше експлуатація і обслуговування звичайного велосипеду. Незважаючи на 
наявність електроприводу, електровелосипед використовується приблизно так 
само, як і звичайний велосипед, і в більшості країн це не вимагає для водіння 
наявності водійського посвідчення або номерного знака. Електровелосипед добре 
 18
підходить як засіб пересування для широкого кола любителів з самим різним 
рівнем підготовки, оскільки легко дозволяє дозувати фізичне навантаження. 
Принципові переваги: 
- велосипед з електромотором дозволяє проходити значні відстані і круті 
підйоми фізично слабким людям; 
- якщо батарея розрядиться, то можна використовувати педальний привід; 
- заряд акумуляторів здійснюється від побутової електромережі;  
- при порівнянній швидкості в умовах міста, економічні та енергетичні 
витрати на переміщення однієї людини виявляються на порядок нижчим, ніж у 
інших видів транспорту, у тому числі громадський;  
- у порівнянні з легковими автомобілями експлуатація, парковка і 
зберігання електричних велосипедів вимагають в десятки разів менше витрат і 
простору; 
- зменшення забруднення атмосфери у випадку масової відмови від авто з 
ДВС на користь електровелосипедів. 
Недосконалості існуючих конструкцій: 
- педалювання і управління утруднено більшою, ніж у звичайного 
велосипеду, масою (від 20 до 50 кг і більше) і відповідною інерцією електричних 
велосипедів; 
- недостатній для багатьох користувачів запас ходу тільки на 
електроприводі (рідко більше 25-50 км, однак більш сучасні моделі іноді 
володіють запасом ходу до 100 км); 
- тривалий час зарядки батарей (як правило, не менше 2-6 годин); 
- короткий термін служби свинцево-кислотних та літій-іонних 
акумуляторних батарей (не більше 2-3 років при середньому навантаженні). (Для 
LiFePO4 акумуляторів до 10 років);  
- висока вартість готового виробу і його експлуатації в порівнянні зі 
звичайним велосипедом (від 2-х до 10 разів). 
У загальному випадку електровелосипеди можна розділити на: 
- зібрані в заводських умовах; 
 19
- аматорські (самостійно зібрані); 
- спеціально розроблені електровелосипеди. 
Для заводських електровелосипедів характерні спеціальні рами розроблені 
для кріплення батарей (існують навіть моделі, в яких батареї заховані всередині 
трубчастої конструкції рами (рис.1.2.)), а також спеціальні конструкції коліс і в 
цілому специфічний дизайн. Наприклад, А2В. 
 
 
 
Рис. 1.2. Заводський електровелосипед з подвійним приводом через переднє 
і заднє колесо з акумуляторними батареями змонтованими в рамі 
 
Аматорські (самостійно зібрані) електровелосипеди - в своїй основі 
звичайні міські велосипеди із встановленими на них компонентами, доступними 
на ринку.  
В даний час у продажу є найрізноманітніші готові комплекти (двигун, 
контролер, батареї, зарядний пристрій), які дозволяють практично будь-якій 
людині з невеликою технічною підготовкою зібрати такий засіб пересування. 
На конференції зі зміни клімату в Копенгагені в 2009 році представниками 
Массачусетського технологічного інституту було представлено «Копенгагенське 
колесо», яке представляє собою велосипедне колесо з інтегрованим в нього 
електродвигуном, акумулятором і контролером, що дозволяє переробити 
звичайний велосипед в електро- просто заміною заднього колеса. Таке колесо 
 20
автоматично допомагає при педалюванні, а для гальмування використовує 
електродвигун, запасаючи енергію в акумуляторі. Для управління колесом 
використовується телефон, що підключається до колеса за BlueTooth технологією. 
Також в колесо вбудовані датчики, що збирають інформацію про екологічну 
обстановку, GPS, GPRS. 
Спеціально розроблені електровелосипеди є технічно більш надійними за 
попередні. Також представлені від малопотужних 250Вт до 2.5кВт. Відповідно 
швидкість в них збільшена до 65км/год. 
Батерея в таких велосипедах, зазвичай, збирається в захисному боксі. 
Ємність і потужність таких батарей є оптимальною для комфортної їзди. Так, 
наприклад, потужності до 1кВт/год. буде достатньо для поїздки на відстань до 40 
км на максимальній швидкості до 63 км/год. або ж на відстань до 100 км в режимі 
"економ" на швидкості до 30 км/год. 
До мінусів відносимо ціну за даний апарат, а також складність в самостійній 
заміні зношених деталей: батареї, колеса та ін. 
 
1.2 Аналіз видів електровелосипедів та їх техніко-експлуатаційних 
характеристик 
 
Електровелосипед ендуро Адреналін. Електровелосипед EEB Adrenaline 
(рис. 1.3) - це інструмент для отримання задоволення від спортивного способу 
життя. 
Безшумна праця потужного двигуна, зазначена робота відповідних гальм з 
рекупераційною системою та великий хід, настроювана система підвіски – все це 
дозволяє впевнено маневрувати на дорозі і бездоріжжі. 
Потужний електровелосипед має можливості легкого мотоцикла і вимагає 
відповідних навичок водіння, знання і дотримання правил дорожнього руху. 
Проте його можна тримати в квартирі, оскільки повністю відсутні запахи мастила, 
палива і т.п. При прогулянці лісом ви можете отримувати задоволення звуками 
природи, а не звуками ДВС. Вартість повного електрозаряду не перевищує 1 грн. 
 21
(1,5 кВт/год. за тарифом), а безщітковий мотор не вимагає обслуговування. Такий 
транспорт, за який потрібно заплатити лише один раз - при його покупці, в 
супереч від скутерів, які вимагають значних вкладень в паливо, поточні ремонти 
та витратні матеріали. 
 
 
 
Рис. 1.3. Електровелосипед Ендуро Адреналін 
 
Педалюйте тоді, коли вам це до вподоби, а якщо немає бажання - просто 
натискайте на прискорювач і насолоджуйтеся лише шумом набігаючого вітру. 
Амплітуда рухів підвіски дозволяє не оминаючи канави, вибоїни та сходи. 
Навпаки, імовірно, ви виявите нове захоплення - знаходження та подолання 
найскладніших трас та перепон. 
Комплектуючі. Адреналін включає в себе вищі комплектуючі від 
провідного світового бренду Sram (Rock Shox, Truvativ, Avid), що гармонійно 
доповнюють систему електроприводу пікової потужністю 5 кВт (6,8 к.с.) від 
Evelbike. Це майже електромотоцикл, але все ще електровелосипед.  
Характеристики: 
 Потужність двигуна - максимально 5кВт (6,8л.с.) 
 Максимальна швидкість - 80 км / год 
 Середній пробіг на одному заряді – 80 км 
 22
 Термін служби акумулятора -  більше 5 років 
 Час повної зарядки - 3,5 години (від звичайної розетки 220 В) 
 маса  -63 кг 
 Колір - чорний або білий 
Комплектуючі: 
 Мотор-колесо безредукторне 3000 Вт 
 Акумулятор LiFePO4 72 В 20 А-год. 
 Контролер програмований Infineon 18F4110 
 Бортовий комп'ютер LCD Cycle Analyst 2.3 
 Рама Electric Enduro Bike 
 Вилка Rock Shox Domain dual crown 200mm travel 
 Аммортизатор Rock Shox Kage 220mm 650LBS 
 Колеса Alu Alloy Moto 19x2,5 
 Гальма Avid BB7 203 mm + regen brake (додатково налаштовується рівень 
електрогальмування з комп'ютера) 
 Кермо Truvativ Hussefelt Riser Bar 700 mm 
 Винос Truvativ Hussefelt 
 Трансмісія Sram X9 
 Провідна зірка Narrow Wide (спеціальний профіль зуба виключає спадання 
ланцюга) 
 Сорочки тросів Jagwire 
 Педалі CNC Enduro 
 Сидіння може бути як мотоциклетного, так і велосипедного типу. 
Додатково може бути укомплектований підніжкою, дзеркалами заднього 
виду. 
Електровелосипед Ендуро Стайер. Електровелосипед Enduro Stayer (рис. 
1.4) - це бігун на довгі дистанції. 
Електровелосипед, який легко доставить вас з точки А в точку Б, незалежно 
від наявності доріг, часу доби і погоди. 
 23
 
Рисунок 1.4 Електровелосипед Ендуро Стайер 
 
Середній запас ходу акумулятора Samsung 48В становить 29 Ампер-год. на 
100 км. Для більшості людей це відстань, понад яку вже некомфортно перебувати 
в сідлі велосипеда. А поки ви відпочиваєте - увімкніть його на зарядку від 
звичайної розетки 220 В, і він знову готовий доставити вас куди завгодно, без 
витрат на паливо, масло, свічки, фільтра. Насолоджуйтесь звуками і ароматами 
природи в поїздці без шуму ДВС і запаху вихлопних газів. Зберігайте ваш 
особистий транспорт прямо вдома, з нього не буде капати масло і випаровуватися 
бензин бо їх немає. 
Концепція електровелосипеду - простота і надійність. Для цього 
використані найміцніші в світі велосипедні обода Sunringle MTX39, покришки 
шириною 3 дюйми, бесщітковий мотор і акумулятор Samsung. Це саме той 
випадок, коли можна сказати - тут нема чому ламатися. 
Характеристики: 
 Потужність двигуна макс 2,5 кВт (3,4л.с.) 
 Максимальна швидкість 55 км / год 
 Середній пробіг на одному заряді 100 км 
 Термін служби акумулятора більше 3 років 
 Час повної зарядки 5,5 години (від звичайної розетки 220 В) 
 24
 маса 45кг 
 Колір Чорний або Білий 
Комплектуючі: 
 Мотор-колесо безредукторного типу потужності 1500 Вт 
 Акумулятор Samsung 48 В 29 А-год. 
 контролер 48 В 40А 
 Бортовий комп'ютер LCD 
 Рама Electric Enduro Bike 
 Вилка Zoom 650DH 130mm travel 
 Аммортизатор DNM Burner RCP-3 220 mm 650 LBS 
 Колеса MTX39 (24 або 26 дюймів на вибір) 
 Гальма Avid BB7 203 mm + regen brake 
 Кермо Electric Enduro Riser Bar 700 mm 
 Винос Electric Enduro forged 
 Трансмісія Shimano 7sp 
 Провідна зірка Narrow Wide (спеціальний профіль зуба виключає спадання 
ланцюга) 
 Сорочки тросів Jagwire 
 Педалі CNC Enduro 
 Сидіння може бути як мотоциклетного, так і велосипедного типу. 
Аматорські електовелосипеди. Як вже згадувалося, аматорські (самостійно 
зібрані) електровелосипеди в своїй основі мають звичайні міські велосипеди із 
встановленими на них компонентами, доступними на ринку. Далі буде 
представлений опис створення електровелосипеда та його цінові рішення. 
Варіанти реалізації представлені на рис. 1.5 – 1.6. 
 
 25
 
Рис. 1.5. Електовелосипед на базі горного велосипеда 
 
 
Рис. 1.6. Електровелосипед на базі міського велосипеда 
 
 
Рис. 1.6. Електровелосипед на базі складного компактного велосипеда 
 
 26
Економічне обрахування варіантів вирішення: 
1. У вас вже є велосипед 
Відмінно, тоді просто виберіть один з електронаборів або самостійно 
підберіть комплектацію 
Ціна: від 16100 грн. 
2. У вас немає велосипеда 
Найбільше поле для творчості: просто виберіть будь-який вподобаний вам 
ровер в будь-якому із зручних магазинів, в певному ціновому діапазоні! 
Ціна: від 18500 грн. 
3. У вас немає велосипеда, але підійде і Б / У 
Є варіант купити Б/У велосипед на дошці оголошень (наприклад OLX.ua) і 
додати один з електронаборів. 
Ціна: від 18000 грн. 
8 перевага електронабору перед готовим електровелосипедом. 
1. Електронабір дає безмежний вибір будь-якого велосипеда.  
Ви можете вибрати велосипед за кольором, зростом, типом рами, типом 
велосипеду (гірський, міський, підлітковий, складаний), рівню гальм, кількістю 
швидкостей, аммортизацією, брендом, ціною і т.д. 
2. Велосипед з електронабором більш ремонтопридатний.  
Сам велосипед відремонтують і обслужать в будь-якій веломайстерні, а 
запчастини до стандартних велосипедів є завжди і не дорого на відміну від 
завезених з Китаю готових електровелосипедів із незрозумілими стандартами. 
Європейські ж бренди, як правило, використовують електропривод Bosch, до 
якого запчастини не продаються. 
Електронабори ТМ Evel - це стабільна серія електрона борів, до якої завжди 
є запчастини. Можна купити дисплей, якщо розбився, можна купити додатково 
або отримати по гарантії будь-який з елементів набору. 
3. Відповідність акумулятора заявленим характеристикам.  
Акумулятор - це найдорожчий елемент набору. Ганяючись за ціною на цей 
компонент ви тільки втратите в майбутньому! Особливо не купуйте так званий 
 27
"No Name" (продукція невідомого виробника). Купуючи такий ви платите за 
цифри на його наклейці, а не за реальні показники. 
"Свіжий акумулятор" - краще експлуатується, відповідає заявленим 
характеристикам, надійний. Товарообіг компанії Evel дозволяє в максимально 
короткий термін оновлювати партії акумуляторів.  
У разі ж заводського електровелосипеда велика ймовірність потрапити на 
залежаний товар. Втрата ємності акумулятора на момент продажу може становити 
до 50% від заявленої. 
4. Можливість зробити велосипед під будь-які потреби 
Ви самі визначаєте, що вам потрібно: потужність або дальність поїздки. 
Повна відсутність педалювання або легка допомога при їзді. 
Лінійка моторів: 350W, 500W, 1000W, 4000W 
Лінійка акумуляторів: 36V - 8,8Ah; 36V - 11Ah; 36V - 14,5Ah; 48V - 11,6Ah; 
48V - 20Ah 
Вільний вибір: коштовна рама або тип велосипеда 
5. Можливість апгрейду і продажу 
Покаталися, зрозуміли що вам потрібен інший тип велосипеда, потужність 
або пробіг - замінили ту частину, яка необхідна. Непотрібне продали. Велосипеди 
не падають в ціні. 
Заводський - продаєте і купуєте електровелосипед повністю. Покупця на 
електровелосипед складніше знайти. Ціна падає дуже сильно. 
6. Доступність аксесуарів і комплектуючих 
Можливість купити додаткову зарядку для підзарядки будинку і на роботі, 
дачі і т.п. 
Можливість купити додатковий акумулятор. 
Можливість змінити один мотор на інший (більш-менш потужний) або 
додати другий мотор. 
7. Набори Evel - це поле для реалізації ваших ідей 
 28
Ваш електровелосипед буде єдиним в світі, саме таким, який потрібен і 
подобається Вам. Будь-які крила, багажники, підніжки, фари, "свистілки" Вам 
підійдуть. Будь-який бренд, будь-який стиль їзди, будь-які фінансові можливості. 
8. Відсутність недоліків у електронабори 
У електронаборі відсутні недоліки перед готовими рішеннями 
електровелосипедів.  
 
1.3. Аналіз існуючих варіантів електронаборів 
 
На сьогодні існує велика кількість електронаборів. Відрізняються всі вони 
потужністю електро коліс, ємністю батарей, типами контролерів, наявністю ободу 
та його розміром.  
Електронабори можна підібрати під будь-який велосипед з колесами 
необхідних розмірів і посадочних місць. Далі розглянемо декілька видів 
електронаборів їх комплектації та короткі характеристики і цінові діапазони. 
Електронабір 60V1000W на 24 "дюйма задній привід  
 
 
Рис. 1.7. Електронабір 60 V 1000 W на 24"дюйма задній привід 
 
В повний варіант електронабора входять: 
 29
 Мотор-колесо 60V 1000W на задню вісь з подвійним посиленим ободом на 24 
"дюйма 
 Установка: кабель підключення зліва 
 Контролер 60V 1000W 
 Ручка акселератора важіль універсальна 
 Панель управління / дисплей LED 60V 
 Ручка гальма з функцією відключення мотор-колеса під час гальмування 
 Зарядний пристрій 60V 2А для SLA AGM акумуляторів 
 з'єднувальні дроти 
 Велосумка на багажник 12-14Ah B02 
 Інструкція по установці і експлуатації, гарантійний талон 
Ціна: 7145.00 
Електронабір 48 v 1000 w 24 дюйма задній привід 
 
Рисунок 1.8 Електронабір 48v1000w 24 дюйма задній привід 
 
В повний варіант електронабору входить: 
 30
 Мотор-колесо 48V 1000W на задню вісь з подвійним посиленим ободом на 24 
"дюйма 
 Контролер 48V 1000W 
 Ручка акселератора типу важеля з датчиком рівня заряду акумуляторів 48V 
 Ручка гальма з функцією відключення мотор-колеса під час гальмування 
 Зарядний пристрій 48V 2А для SLA AGM акумуляторів 
 з'єднувальні дроти 
 Сумка для акумуляторів 
 Інструкція по установці і експлуатації, гарантійний талон 
Ціна: 6428.00 
Менш потужні набори розглядати не будемо, тому що їх потужності 
недостатньо для цікавої та довгої прогулянки пересічною місцевістю. 
Як бачимо ціновий діапазон електронаборів досить таки помірний 
порівнюючи його з ціною готового електровелосипеда. 
 
1.4. Електромотоцикли і чопери 
 
Електромотоцикл Wellness EMOTO 
 
Рис. 1.9. Електромотоцикл Wellness EMOTO 
 
Характеристики 
 31
 Швидкість 52 км / год 
 Запас ходу 50 км 
 Вантажопідйомність 150 кг 
 Вага 70 кг 
 Потужність 2000 W 
 Акумулятор свинцевий 1440 Вач (72 В 20 А • год) 
 Амортизатори амортизаційна вилка / задній амортизатор 
 Привід зубчастий ремінь 
 спідометр є 
 гальма дискові 
Ціна: 60,600 тис грн 
Електромотоцикл SKAUT U1 
 
Рис. 1.10. Електромотоцикл SKAUT U1  
 
Електромотоцикл SKAUT U1 є представником українського виробництва 
Технічні характеристики SKAUT U1: 
 Акамулятор: 48 В / 28 Ач, літієвий 
 Час звичайної зарядки: 4-6 годин (2,5 годин за допомогою 
оригінального ЗП Super Charger) 
 32
 Амортизатори: гідравлічні 
 Гальма: 220мм, передні – гідравлічні, задні – барабанні 
 Максимальна швидкість: 56км / ч, в посилений варіант – 75 км/ч 
 Максимальна відстань: 55 км, в посилений варіант – 110 км 
 Максимальна загрузка: 150кг (2 людини середньої ваги) 
Вага: 42 кг 
З початком велико вузлового складання в SKAUT U1 з'явиться українська 
акумуляторна батарея і система, що дозволить керувати певними функціями 
(наприклад, сигналізацією), відслідковувати місце розташування на карті та 
отримувати інші відомості про мотоцикл за допомогою смартфона. 
SKAUT U1 представлений в двох варіантах. У одній з конфігурацій 
електромотоцикл може досягати швидкості до 56 км/год і подолати відстань 55-60 
км на одному заряді. У другій (з українським акумулятором) максимальна 
швидкість підвищується до 65-75 км/год, а дистанція пробігу - до 110 км. 
Заряджання займає 5 годин. 
Вага SKAUT U1 складає 42 кг (46,5 - у посиленій версії). При цьому він 
здатен винести навантаження до 150 кг, тож може легко перевезти двох людей 
середньої ваги. Електромотоцикл можна скласти, і за потреби він легко 
поміщається у кабіну ліфта чи багажник авто. 
Підбиваючи підсумок можна сказати що електротранспорт широко 
представлений як у світі, так і в Україні різноманітними транспортними засобами. 
Починаючи від електромобілів закінчуючи електросамокатами. Все це свідчить 
про розуміння цивілізацією того, що двигуни внутрішнього згорання доживають 
свої останні дні. Оскільки паливо закінчується, а атмосфера сильно 
забруднюється, то потрібно переходити на екологічні транспортні засоби. 
Динаміка розвитку технологій дозволяє створювати і використовувати 
електроенергію для пересування на значні відстані. І з кожним новим відкриттям 
ця відстань зростає. 
 33
Як колись Карл Бенц продемонстрував як він проїхав на своєму автомобілі 
20 км, так і в наші дні відбувається ривок у збільшенні максимальної дальності 
пробігу електротранспорту.  
 
ВИСНОВКИ ДО РОЗДІЛУ 1 
 
1. В даний час все більшої популярності набуває пошук альтернативних джерел 
палива та використання електроенергії у транспорті, при чому новим витком 
розвитку електротранспорту стало перенесення електромоторів на двоколісні 
транспортні засоби такі, як велосипед чи скутер. 
2. У загальному випадку електровелосипед відрізняє від звичайного велосипеда 
наявністю трьох додаткових компонентів: електродвигуна, контролера та 
акумуляторної батареї. 
3. Вартість споживання електричних велосипедів набагато менша, як у випадку 
транспортних засобів, що обладнані двигуном внутрішнього згоряння, крім 
того електродвигун генерує звук менш інтенсивно. 
4. Аналіз переваг електровелосипедів перед іншими видами транспору показав, 
що принциповими перевагами електровелосипедів є: 
- можливість проходити круті підйоми і значні відстані фізично слабким 
людям; 
- можливість у випадку розряду батареї використовувати педальний 
привід; 
- можливість здійснювати заряд акумуляторів від побутової електромережі;  
- при порівнянній швидкості в умовах міста, економічні та енергетичні 
витрати на переміщення однієї людини виявляються на порядок нижчим, 
ніж у будь-якого іншого виду транспорту, включаючи громадський;  
- менші в десятки разів у порівнянні з легковими автомобілями витрати 
коштів та простору на експлуатацію, паркування і зберігання; 
 34
- зменшення забруднення атмосфери у випадку масової відмови від 
автомобілів з ДВС на користь електровелосипедів. 
5. Аналіз недосконалостей існуючих конструкцій електровелосипедів показав, 
що: 
- педалювання і управління утруднено значною масою (від 20 до 50 кг і 
більше) і відповідною інерцією; 
- недостатній для багатьох користувачів запас ходу тільки на 
електроприводі (рідко більше 25-50 км); 
- тривалий час зарядки батарей (як правило, не менше 2-6 годин); 
- короткий термін служби свинцево-кислотних та літій-іонних 
акумуляторних батарей (не більше 2-3 років при середньому 
навантаженні); 
- висока вартість готового виробу і його експлуатації в порівнянні зі 
звичайним велосипедом (від 2-х до 10 разів). 
6. Динаміка розвитку технологій дозволяє створювати і використовувати 
електроенергію для пересування на все більш значні відстані. 
 
 35
РОЗДІЛ 2. 
ОСОБЛИВОСТІ ВИБОРУ ЕЛЕМЕНТНОЇ БАЗИ ЕЛЕКТРОРОВЕРА 
 
2.1. Огляд та обрання конструкції мотор-колеса 
 
Мотор-колесо як самостійний вид транспорту відомий ще з 19 століття, 
проте лише в останні роки він отримав затребуваність серед прихильників 
невимушеного пересування. Це обумовлено тим, що перші електродвигуни не 
мали сьогоднішньої потужності, а їх акумуляторного заряду вистачало хіба що на 
прогулянку навколо власного будинку. Сьогодні ж, за рахунок потужних 
електродвигунів і ємних акумуляторів на мотоциклі з мотор-колесом можна 
вирушати в досить далеку поїздку, на роботу, в гості. Дуже зручно, що для 
зарядки акумулятора потрібно кілька годин, а заряд тримається довго. 
Різні моделі мотор-коліс для мотоцикла мають різні технічні 
характеристики. Коли хочеться зробити електромотоцикл для сина-підлітка, 
досить невеликого за потужністю колеса (наприклад, в 350 Вт). У цьому випадку 
швидкість обертання становитиме до 500 оборотів в хвилину - значить, дитина не 
зможе розігнатися більше 40 км / год. 
Для дорослих знадобитися мотор колесо більшої потужності - 1000-3000 Вт. 
І швидкість можна отримати цілком пристойну - 60-100 км / год. Тепер можна 
буде не думати про вічні пробках в мегаполісах, а запас ходу дорівнює 20-40 км, і 
залежить від характеристик обраного акумулятора. 
На електричному мотоциклі не потрібно обертати педалі, як на 
електровелосипеді, коли потрібно підзарядка акумулятора або при підйомі в гору. 
Комплектація електроколеса включає покришку. Щоб встановити мотор-колесо, 
послуги майстра не потрібні - монтаж можна здійснити своїми силами. Для 
отримання ідеального результату необхідно використовувати два мотор-колеса і 
чотири акумулятора. З таким електромотоциклом більше не потрібно остерігатися 
вибоїн, гірської місцевості або поганої погоди. Отримуйте масу задоволення і 
 36
позитиву від кожної поїздки, при цьому піклуючись про екологію і не 
забруднюючи навколишнє середовище вихлопними газами. 
 
2.2. Обґрунтування вибору двигуна для електровелосипеду 
 
Найбільшу проблему в задачі створення потужного і легкого 
електровелосипеда являють собою мотори. 
Серійні мотори або занадто малопотужні, або важкі, або мають низький 
ККД, або перегріваються, або мають всі перераховані недоліки одночасно. 
Мотори, що застосовуються для електровелосипедів, можна розділити на 
три класи, у кожного з яких є свої певні недоліки щодо забезпечення оптимальної 
потужності чи інших характеристик електротранспрту. 
Безредукторні (безколекторні) мотор - колеса (direct - drive). В основі 
роботи безколекторного (brushless) (рис. 2.1) двигуна постійного струму лежить 
синхронний принцип дії (синхронне зміна ЕРС і швидкості). На роторі двигуна 
закріплені постійні магніти 1, а на набраному з пластин статорі 2 - трифазна 
обмотка 3, поєднана за схемою «зірка» або «трикутник». 
 
Рис. 2.1. Конструкція безколекторного електродвигуна 
 
Як правило, для цього застосовується датчик Холла або ОПТРОН датчик, 
який з'єднується з напівпровідниковим комутатором. В якості комутатора 
використовується контролер або сервопідсилювач, керуючий силовими ключами 
 37
каскаду посилення потужності (транзисторами), до яких підключена обмотка 
двигуна. Залежно від кута повороту ротора комутатор перемикає транзистори, 
регулюючи живлення фаз обмотки. Комутатор і датчик кута повороту ротора 
виконують функції щітково-колекторного вузла колекторних двигунів постійного 
струму. 
При необхідності вал електродвигуна може виготовлятися порожнистим для 
компактної проводки через нього електричних, пневматичних та інших 
комунікацій. 
Безколекторні двигуни постійного струму характеризуються широким 
діапазоном регулювання швидкості обертання, перевершуючи за цим показником 
двигуни змінного струму. Разом з тим відсутність тертя між ротором і статором 
обумовлює наступні переваги в порівнянні з колекторними двигунами: 
• дуже високу надійність (термін служби обмежений фактично тільки 
ресурсом підшипників і постійних магнітів); 
• дуже високий ККД (до 95%); 
• лінійність робочої характеристики; 
• мінімальний рівень шуму; 
• мінімальне виділення тепла; 
• відсутність витрат на технічне обслуговування. 
Зусилля магнітного поля передається відразу на колесо, тому й звуться 
direct drive (прямий привід). 
Невибагливі, надійні, оскільки в них немає ніяких швидко зношуваних 
елементів, крім підшипників. Допускають використання в якості електричного 
гальма для рекуперативного гальмування. Але мають два великих недоліки. 
Перший недолік - велика вага. Наприклад, мотор номінований на 2.5 kW 
буде важити в середньому від 7 кг, а мотор на 6 kW цілих 12 кг. Це сильно 
позначається на вазі готового велосипеда. Крім того, розміщення важкого мотора 
в задньому колесі зміщує назад центр ваги (велосипед стає незручно носити, 
здійснювати на ньому трюки / стрибати), а також збільшує "безпружинну масу" 
колеса, що в гіршу сторону позначається на його живучості, підвищуючи вимоги 
 38
до міцності обода, товщині спиць. У зв'язку з цим у колесах з важкими директ-
драйвами часто розташовані спиці в мото-ободі, тому підібрати велосипедні обода 
потрібної міцності складно. 
Другий недолік - низький ККД при їзді на низьких оборотах. Наприклад, 
при їзді в гору, по бруду, піску або бездоріжжю, де розігнатися не виходить, такий 
мотор буде сильно перегріватися. Наприклад, при їзді в гору 20 % сферичний 
мотор direct drive на 6 кВт буде працювати приблизно на 20 % свого ККД, а 80 % 
буде йти в тепло. У такому режимі потужне мотор- колесо може перегрітися і 
згоріти за пару хвилин, якщо його вчасно не відключити (зазвичай реалізують 
автоматичне відключення мотора по сигналу з термодатчику). 
Що не дивно: при слабкому тепловідводі в замкнутому просторі мотора і 
роботі в режимі низького ККД обмотки нагріваються зі швидкістю потужного 
електричного чайника (4.8 кВт в нагрів в нашому прикладі з 6 кВт мотором ). 
Міддрайви або зовнішні приводи. Міддрайви, як випливає з їх назви - це 
зовнішній привід з високошвидкісним електромотором, встановлюваний як 
правило в районі кареточного вузла, що передає зусилля через систему ланцюгів, 
шестерень або ременів. Дозволяють домогтися найкращого співвідношення 
потужність - вага (чим вище обороти електромотора, тим більш легким його 
можна зробити при тій же потужності). Наприклад, авіамодельні двигуни при 
потужності 6 кВт можуть важити лише трохи більше кілограма. 
Для порівняння, мотор- колеса direct - drive тієї ж номінальної потужності 
(Cromotor, Crystalite, Quanshun) важать 12 Кг. Також розташування мотора ближче 
до центральної частини велосипеда дає більш правильне балансування ваги, 
дозволяючи використовувати такі велосипеди в тому числі для стрибків і трюків. 
Можуть працювати в оптимальних режимах навіть на крутих схилах і глибокій 
багнюці.  
Однак, потужність серійних центральних моторів для електровелосипедів 
зазвичай обмежується 500 Вт Найбільш потужне рішення, доступне на даний 
момент – це набір від Cyclone на 1500 Вт. 
 39
 
Рис. 2.2. Комерційний набір міддрайва Cyclone на 1500 Вт 
 
Електродвигуни з редуктором. Для високо обертових моторів для зниження 
обертів (з декількох тисяч до 500-700 ) необхідно застосовувати редуктор (рис. 
2.3) або ланцюгову / ремінну передачу з високим передавальним відношенням 
(виготовляючи самостійно зірки потрібного діаметру). 
 
Рис. 2.3. 3D модель електродвигуна з вбудованим редуктором планетарного 
типу для електроколеса 
 40
Для високо потужних двигунів стандартний ланцюг від багато швидкісних 
гірських велосипедів не підходить - він просто порветься або буде зношуватися 
дуже швидко. Необхідно використовувати широкий міцний ланцюг для 
одношвидкісних велосипедів BMX, ланцюг від мопеда, мінібайка або 
високоміцний ремінь. А це часто веде до необхідності виготовлення 
нестандартних шестерень, втулок і обгонів муфти. 
Компактні високошвидкісні мотори (часто в якості міддрайвів застосовують 
авіамодельний двигуни, розрахований на експлуатацію в умовах дуже 
інтенсивного обдування повітрям), при використанні на електровелосипеді 
вимагають окремого підходу до охолодження: примусового обдування, установки 
радіатора, обробки обмоток теплопровідним складом для кращого відведення 
тепла і т. п. 
Якщо для передачі таки використовується велосипедний ланцюг і 
стандартна велосипедна касета для перемиканні передач, то при перемиканні під 
високим навантаженням касета дуже швидко прийде в непридатність. Не сильно 
рятують становище і планетарні втулки, лише деякі з яких здатні перемикатися 
під навантаженням. Більш живучий варіант - варіаторні втулки NuVinchi, що 
дозволяють плавно міняти передавальне співвідношення. 
Інша проблема - в міському циклі постійне ручне перемикання швидкостей 
незручно, потрібно стежити не тільки за ручкою газу, але і за ручкою 
перемикання передач, що знижує простоту і зручність управління 
електровелосипедом. Виходом тут можуть бути автоматичні планетарні / 
варіаторні втулки, що з'явилися останнім часом. Проте в потужних (від 2 кВт) 
велосипедах з центральним мотором від перемикання передач часто 
відмовляються, що спрощує конструкцію і управління, благо вискокообертовий 
синхронний двигун з редукцією дозволяє видавати високий момент на будь-якій 
швидкості. 
А ще високообертові двигуни, редуктори і ланцюгові передачі створюють 
шум під час роботи. 
 41
Тим не менш, завдяки своїм перевагам, центральні мотори мають 
величезний потенціал і все частіше будуть використовуватися в потужних 
електровелосипед у міру появи готових вузлів і рішень. Поки, проте, потужні 
міддрайви залишаються долею окремих ентузіастів або фірм, що їх створюють на 
спецзамовлення. 
Принцип роботи мотор-колеса. Сучасні електровелосипеди можуть 
приводитися в рух за допомогою двох видів електричних двигунів: традиційного 
колекторного двигуна постійного струму і безколекторного (безщіткового) 
синхронного електродвигуна постійного струму (мотор-колеса). 
Мотор-колесо - це електричний мотор, інтегрований безпосередньо в 
колесо. У такій конструкції не застосовується жоден додатковий елемент для 
передачі енергії (трансмісія) від мотора до колеса. Вона не містить тертьових 
деталей, крім підшипників у безредукторному моторі.. Таким чином, двигун, 
трансмісія і колесо являють собою єдине ціле, яке робить мотор-колесо 
наднадійним в експлуатації. 
Мотор-колеса можуть встановлюватися в передню або задню вилку 
велосипеда (має різний діаметр осі), заспицьовані в обід або у незасппицьованому 
вигляді, можуть бути різної потужності, як правило, чим потужніший, тим більш 
високу напругу потрібно. Конструктивно вони можуть бути розділені на 2 типи: з 
вбудованим редуктором планетарного типу та безредукторні колеса (рис. 2.4). 
  
а) б) 
 42
Рис. 2.4. Види мотор-коліс: а - з вбудованим редуктором планетарного типу; 
б – з безредукторним двигуном 
Мотор-колесо з редуктором і без редуктора має один і той же принцип дії. У 
нерухомому статорі створюється обертове магнітне поле, яке, взаємодіючи з 
постійними магнітами ротора, змушує його крутитися. Статор виготовляється з 
пластин електротехнічної сталі, і схожий на багатопроменеву зірку, на променях 
якої намотані обмотки. У момент проходження по обмотках електричного струму, 
промені стають магнітами (електромагнітами), і притягують до себе постійні 
магніти, розташовані на роторі. 
Обмоток на статорі може бути багато - кілька десятків, це забезпечує 
плавність обертання колеса, і достатню потужність; але всі ці обмотки 
з'єднуються, в результаті, в три, чергуючись, по колу, послідовно: 1-2-3-1-2-3-1-2-
3 ... Навпроти цих обмоток, на роторі на невеликій відстані (з збільшенням 
відстані сила магнітного поля слабшає) знаходяться магніти, виготовлені з 
рідкоземельних елементів. Для безперервного обертання двигуна послідовно і в 
строго певний момент на обмотки подаються імпульси напруги, що активізує їх 
магнітні властивості при наближенні до потрібного магніту (рис.2.5). 
 
 43
Рис. 2.5. Змодельована система безколекторного двигуна електроколеса 
 
Для визначення цього моменту в статорі встановлені датчики Хола (всього 3 
штуки). Це спеціальні датчики, які визначають положення ротора щодо статора. 
Реагуючи на магнітне поле постійних магнітів, вони подають електричний сигнал, 
який надходить на контролер. Отримавши інформацію від датчиків Хола про стан 
ротора, контролер в потрібний момент подає імпульси напруги на обмотки 
статора, перетворюючи їх в електромагніти. Вони притягують постійні магніти 
ротора, тим самим, забезпечуючи його обертання. В результаті за повний цикл 
відбувається обертання ротора на один оберт, що показано на анімації роботи 
безколекторного двигуна. 
 
Рис. 2.6. Мотор-колесо "Флайджер" потужністю 350W 
 
Управління швидкістю обертання мотор-колеса, тобто швидкістю руху 
електровелосипеда, здійснюється за допомогою ручки газу за рахунок зміни 
кількості імпульсів напруги в секунду, які подаються на обмотки мотор-колеса. 
Ще один елемент управління мотор-колесом - це датчики, вбудовані в гальмівні 
ручки, що відключають подачу харчування на двигун, коли ми хочемо 
загальмувати електровелосипед. 
Готове мотор-колесо являє собою ротор, скріплений спицями з ободом. Все, 
що залишається зробити покупцеві, це одягнути камеру і покришку на обід і 
встановити мотор-колесо на велосипед (рис.2.6).  
 44
 
 45
2.2. Обґрунтування вибору двигуна для електровелосипеду 
 
Враховуючи поставлені в роботі завдання та в результаті приведеного вище 
аналізу для розроблюваного електровелосипеду вирішено було застосувати 
безредукторний двигун-колесо Шкондіна. Мотор-колесо Шкондіна складається з 
статора (всередині) і ротора (зовні). На статорі через рівні проміжки встановлено 
11 пар магнітів, полюса магнітів чергуються. Всього полюсів 22. На роторі 
встановлені 6 U-образних електромагнітів, у яких, виходить, є 12 полюсів. На 
роторі встановлені щітки, за допомогою яких підключений до джерела живлення 
на електромагніти, а на статорі встановлений колектор, з якого електричний 
струм надходить на щітки. 
 
Рис. 2.7. Мотор-колесо Шкондіна 
 
Відстань між полюсами будь-якого електромагніту ротора дорівнює 
відстані між сусідніми магнітами на статорі. А це означає, що в момент точного 
"зіткнення" полюсів одного з електромагнітів з сусідніми полюсами магнітів на 
статорі та полюса інших електромагнітів з полюсами магнітів на статорі не 
"стикаються". 
Зрушення полюсів електромагнітів на роторі і полюсів магнітів на статорі 
відносно один одного створює між ними градієнт напруженості магнітного поля, а 
останній якраз і є джерелом крутного моменту. Для варіанту двигуна Шкондина, 
зображеного на рис.2.7, маємо, що в кожен момент часу крутний момент 
 46
створюють 5 електромагнітів з 6. Той електромагніт, полюса якого точно 
«стикаються» з полюсами магнітів на статорі, крутного моменту не створює. 
Отримуємо своєрідний силовий ККД в 83%. І це при відсутності проти ЕРС. А 
якщо рахувати ККД за часткою магнітів на статорі, що беруть участь у створенні 
тяги, то отримуємо, що з 22 магнітів тягу створюють 20 магнітів, тобто 91%. 
Колектор двигуна Шкондіна влаштований так, що він в потрібний час 
перемикає напрямок струму в обмотках електромагнітів, що забезпечує тягу 
тільки в одну сторону. Можна, навіть, стверджувати, що в даному моторі 
Шкондіна працюють відразу 6 класичних електромоторів. Мотор дійсно працює 
мотором, а не маховиком. В даному моторі на «повну котушку» використовується 
не тільки потужність електромагнітного поля, а й колекторно-щітковий механізм. 
І при цьому двигун влаштований досить просто. 
Огляд батарей. Батареї, що серійно випускаються для електровелосипедів, 
створюються, як правило, з елементів, не здатних витримувати великі струми. C-
rating (відношення струму, яке здатна видавати батарея, до ємності батареї, 
вираженої в ампер-годинах) серійних батарей, складених, як правило, з літій-
іонних осередків, не більше 1. У той час, як під потужні велосипеди, які ми 
створюємо, потрібні батареї з C-рейтингом мінімум 2.5. Тобто, наприклад, при 
ємності 20 А – год. здатні тривало видавати струм 50 A. Що для 50-вольтової 
батареї дозволило б видавати потужність 2.5 кВт - цікавий для нас мінімум. 
У результаті батареї доводиться паяти (а зараз вже зварювати за допомогою 
точкового зварювання) самостійно з підходящих для цього елементів. Пошук і 
підбір відповідних за характеристиками елементів, їх тестування і 
відбраковування - також окрема задача. Зараз ми використовуємо призматичні 
елементи LiFePO4 і LiNiCo, що дозволяють створити енергоємні та компактні 
батареї. 
В наш час в переважній більшості електровелосіпедів використовують 
літієві батареї, що мають найкращу енергоємність. Важкі свинцеві батареї 
застосовуються лише на найдешевших апаратах. 
 47
Батарея складається з окремим акумуляторних осередків, з'єднаних 
послідовно / паралельно. У батареї також є свій "мозок" - це система управління 
батареєю (Battery Management System або BMS). Захищає батарею від перезаряду, 
перевищення допустимого струму, а також балансує окремі осередки батареї, щоб 
вони розряджалися рівномірно. 
Для відображення всієї необхідної інформації и точного "підрахунку 
калорій" необхідній ватметр, що дозволяє точно сказати, скільки енергії 
витрачено і скільки ще залишилось. Спеціалізований ватметр поєднує в Собі 
Функції велокомпьютера, рахуючи також швидкість, відстань и похідні 
показники, такі як  енергоспоживання на кілометр шляху (Вт * год / км). Для 
живлення низьковольтних споживачів (фара, задній ліхтар, гудок, поворотники) 
та перетворювачі знижуючі бортову напругу до більш низьких (5, 8 або 12 вольт). 
Для цього Використовують високоефективні перетворювачі постійного струм 
(DC- DC). 
LiFePO4 ( літій - залізо- фосфатні) батареї. Можуть експлуатуватися на 
морозі до -30 градусів, доступний швидкий заряд за 45 хв., мають найбільше 
число циклів заряду-розряду (1500-2000 ), дозволяють віддавати більшу 
потужність, пожежобезпечні, не горючі. Однак, мають удвічі більш низьку 
питому ємність, ніж у літій-іонних акумуляторів (тобто в 2 рази вищу вагу при тій 
же ємності ), відносно дорого коштують (але питома ціна експлуатації найнижча 
через велику кількість циклів).  
Використовуються в якості основного рішення в комплектах для 
велосипедів - хардтейлів, однак через свої габарити не підходять для установки в 
передній трикутник рами велосипеда - двоповесів, де дуже мало вільного місця. 
Li-Ion (літій-іонні) батареї. Класичні літієві батареї, які використовуються в 
основному для живлення електроніки. Вони найбільш легкі і ємні, найбільш 
дешеві, мають максимальну на сьогоднішній день питому ємність ( Вт * год / кг). 
Однак, мають вузький температурний діапазон експлуатації (від 0 до +40 градусів 
Цельсія), невелике число циклів заряду-розряду (300-400), не дозволяють 
віддавати великі струми. Ці батареї найбільш часто використовуються в 
 48
малопотужних електровелосипедах, але для потужних апаратів вони 
малопридатні через низький C- rating . 
LiPo (літій- полімерні) батареї. Висока енергоємність, майже така ж, як у 
елементів Li-Ion. Допускають високі розрядні струми, високий C- rating . Однак, 
як і Li-Ion мають менше число циклів заряду-розряду (300-700) і вузький 
температурний діапазон: при експлуатації нижче 0 виходять з ладу, а на спиці, від 
короткого замикання або механічних пошкоджень можуть спалахнути. Із за своєї 
високої пожежонебезпеку на електровелосипед застосовуються тільки 
безстрашними ентузіастами . 
LiNiCo / LiNiCoMnO2 ( літій- нікель- кобальтові) батареї. Маючи переваги 
LiPo (високу енергоємність і здатність видавати великі струми), в той же час вони 
позбавлені їх недоліків: мають більш широкий температурний діапазон, і, головне 
пожежобезпечні. В результаті своєї компактності використовуються нами в 
електрокомплектуючих, призначених для установки на велосипеди – двох 
подвісів акумуляторів. 
 
Рис. 2.8. Конструкція літієвої батареї 
 
Електроди сучасних батарей створюються методом накладення катодної 
речовини на алюмінієву плівку (катод) та, відповідно, анодної речовини - на мідну 
плівку. У хімічний склад катодного матеріалу входять, найчастіше, літієві солі 
кобальтовою кислоти і тверді розчини літієвих солей нікелевої кислоти. В якості 
 49
анодного матеріалу використовують літієві солі фосфорної кислоти. Електроліт 
являє гелеподібну масу, до складу маси входять літієві солі. 
Електролітом просочуються певні сепаратори - конструкції, які мають 
пористу структуру. Електроди і сепаратори розміщуються в герметичному 
корпусі. Для зніму струму передбачені приєднувальні клеми. Корпус акумулятора 
забезпечений запобіжним клапаном надлишкового тиску, що спрацьовує в 
аварійних ситуаціях. Відмінними рисами літій-іонних акумуляторів є мала вага, 
тривалий термін служби і велика питома ємність на одиницю маси і об'єму. 
Акумулятори при зберіганні і експлуатації не забруднюють навколишнє 
середовище, вони відповідають всім світовим стандартам з екології. Разом з тим, - 
це найдорожчі з усіх сучасних акумуляторів. 
Існує кілька різновидів літій-іонних акумуляторів. Розрізняють акумулятори 
літій-марганцеві, літій-полімерні, літій-залізо-фосфатні. Області застосування, 
режими роботи, позитивні і негативні характеристики всіх акумуляторів на основі 
літію, його сплавів і солей багато в чому схожі (рис. 2.9). 
 
 
 
Рис. 2.9. Діаграма потужностей деяких видів акумуляторів 
 50
Ціни на літій-іонні акумулятори досить високі. Вони порівнянні з вартістю 
хорошого велосипеда і в разі установки на електровелосипед, вартість такого 
транспорту завжди буде вище, ніж електровелосипеда, укомплектованого 
свинцево-кислотними батареями. 
Літій-марганцеві акумулятори. У цих акумуляторах анодний електрод 
виготовляється з хімічно чистого літію, а катод - з діоксиду марганцю (рис. 2.10). 
Електроліт є органічною речовиною, склад якої є секретом підприємства-
виготовлювача. Акумулятори збираються в батареї з м'яких полімерних корпусів, 
у вигляді стандартизованих циліндрів і таблеток. Батареї широко 
використовуються для живлення різноманітної електротехнічної та електронної 
апаратури, зокрема, для ноутбуків, автономних охоронних і протипожежних 
сигналізацій, цифрових фото- і кінокамер, систем реанімації та штучних органів 
людського тіла, в випробувальних станціях, для електротранспорту - 
електромобілів та електровелосипедів.  
Номінальна напруга на контактах одного осередку акумулятора коливається 
в межах 3,15-3,3 В (тут і далі під напругою акумулятора мається на увазі напруга 
одного акумуляторного елемента, на відміну від номінальної напруги 
акумуляторної батареї, яку в побуті помилково називають «акумулятором»). 
Робоча напруга акумулятора - 3,0 В. Фактично, вона є найбільшою у порівнянні з 
іншими аналогічними акумуляторами. Габаритні розміри акумуляторів 
циліндричної форми знаходяться в межах 14 - 39 мм (діаметри), висота від 25 до 
34 мм. Питома ємність одного акумулятора може досягати 10 Ампер годин. 
Таблеткові акумулятори мають діаметри в межах 16 - 30 мм, висоту 1,2 - 10,5 мм. 
Їх ємність може бути до 950 мА-ч. Термін служби акумулятора, за умови 
правильної експлуатації, може доходити до 10 років. 
.  
Рис. 2.10. Літій-марганцеві акумулятори 
 51
Для зарядки всіх типів літієвих акумуляторів, випускаються спеціальні 
автоматичні зарядні пристрої, зі світловою сигналізацією, що сповіщає про 
початок і закінчення процесу зарядки. Ці пристрої можуть поставлятися в 
комплекті з акумуляторною батареєю або окремо. До складу зарядних пристроїв 
входять елементи автоматики, що не допускають аварійних режимів і 
перевищення напруги зарядки. 
Літій-полімерні акумулятори. Робоча напруга таких акумуляторів становить 
3,7 В. Максимальна питома ємність одного акумулятора може досягати 4.2 Ампер 
години. 
 
Рис. 2.11. Літій-полімерні акумулятори 
 
Електроліт є полімерним гелеподібним продуктом. Габаритні розміри 
варіюються в широких межах. Товщина акумулятора, найчастіше, коливається від 
1,9 до 10 мм. Ширина - від 9,5 до 49 мм. Довжина - від 22 до 61 мм. Область 
застосування акумуляторів досить широка. Акумулятори живлять різні електронні 
пристрої: мобільні телефони, ноутбуки, електроінструменти, електрифіковані 
іграшки.  
Можуть використовуватися для електровелосипедів та електромобілів. В 
останні роки починають використовуватися в комплекті з альтернативними 
джерелами електроенергії - вітрогенераторами, сонячними батареями. У таких 
областях застосовуються акумуляторні осередку великої місткості - до 90 Ампер 
годин. В процесі експлуатації акумулятори допускають не менше 500 
 52
перезаряджень після повного розряду. Чим менший відсоток розряду, - тим 
більше циклів акумулятор може витримати без істотного погіршення 
характеристик. Всі акумулятори, зроблені на основі літію, - не забруднюють 
навколишнє середовище, оскільки є герметичними і не містять отруйних і 
небезпечних хімічних речовин. 
Літій-залізо-фосфатні акумулятори. Описувана конструкція катода вперше 
була розроблена і застосована в Сполучених Штатах Америки в 1996 році. А 
початком промислового виробництва цієї модифікації акумуляторів з'явився 2003 
год. У цих акумуляторах катод виготовлений з матеріалу, до складу якого входить 
подвійна залізо-літієва сіль фосфорної кислоти. 
 
Рис. 2.12. Літій-залізо-фосфатні акумулятори 
 
Номінальна напруга однієї повністю зарядженої осередки акумулятора 
складає 3,65 В. Кожен акумулятор допускає від 800 до 2000 перезаряджень 
протягом 10 років. Вартість такого катодного акумуляторного матеріалу значно 
нижче, ніж вартість матеріалу, до складу якого входить кобальт. Крім того, такий 
матеріал не отруйний і має значну термостійкість. Недоліком матеріалу є те, що 
він забезпечує одержання набагато меншої ємкості, ніж аналогічні вищезгадані 
матеріали. Це означає, що для отримання необхідної ємності, батарею доведеться 
набирати з більшої кількості осередків. 
Отже, в результаті повного аналізу існуючих акумуляторів для виконання 
поставлених в роботі завдань прийнято рішення застосувати в розроблюваній 
конструкції літій-залізо-фосфатні акумулятори. 
 53
2.3. Огляд та вибір контролерів управління 
 
Контролер - це пристрій, який відповідає за роботу всієї електроніки 
електровелосипеда (рис. 2.13).  
 
Рис. 2.13. Зовнішній вигляд контролера 
 
Контролер управляє електродвигуном, подаючи у потрібний момент 
живлення на його обмотки в залежності від необхідної швидкості, обертів та 
потужності. Контролер також управляє всією всієї "логікою" велосипеда: на вході 
одержуючи сигнали від положення ручки газу, перемікачів режімів роботи 
(наприклад, обмежувати швидкість, потужність або навіть вмикати задній хід), 
отримуючи сигнали з датчиків гальм тощо. Ввімкнення живлення мотора 
здійснюється при натисканні ручки гальма, аналогічно вмикається рекуперативне 
гальмування двигуна, якщо воно підтримується та ін. Енергія для живлення 
електробайка запасається в акумуляторній батареї. Звичайна напруга батареї 
електровелосипедів - від 36 В до 48 В. Швидкісні апарати можуть 
комплектуватися високовольтними батареями (до 100 В). 
Існує безліч контролерів, і поділяють їх за такими параметрами: потужність 
напруги живлення, кількість підключених датчиків, тип електромотора, наявність 
круїз контролю і можливість підключення різних перемикачів. 
Зазвичай контролери являють собою плату, розташовану в алюмінієвому 
корпусі, який використовується в якості радіатора і забезпечує захист пристрою 
 54
від зовнішніх пошкоджень. За допомогою роз'ємів підключаються датчики і 
пристрої електровелосипеда. 
До певних функцій контролера треба віднести:  
 передавання струму від акумулятора до електродвигуна,  
 індикацію рівня заряду батареї,  
 регулювання швидкості обертання електродвигуна з метою економії енергії 
акумулятора  
 круїз-контроль. 
Контролер грає величезну роль в устрої електросистеми велосипеда. Він 
керує практично всіма процесами в роботі велосипеда. 
- До цих процесів можна віднести: 
- Подачу електрики на двигун; 
- Обробку сигналу ручки «газу»; 
- Роботу всіх приладів; 
- Контроль швидкості. 
 
2.4. Вибір інших велокомпонентів 
 
Вибір інших велосипедних компонентів пов’язаний, в першу чергу, з 
підвищеними навантаженнями, які буде випробовувати на собі електровлосипед, а 
по-друге, з необхідністю забезпечення зручності та максимальної безпеки для 
водія, тому вимагає не менше уваги під час проектування. 
Колеса. Для мотор - коліс потрібен посилений обід (звичайний може зім'яти 
від збільшеного навантаження на колесо, високій швидкості і " вибоїн " на 
дорогах), більш товсті спиці. Найчастіше з важкими мотор - колесами 
застосовують мото - обод. 
Дану покришку (рис. 2.14) можна назвати універсальною для гірського 
велосипеда. Специфічний малюнок протектора дозволить спокійно почувати себе 
на сухих укатаних паркових дорогах. 
 55
 
Рис. 2.14. Шина для мото-колеса 
 
Низький профіль дозволяє знизити опір коченню на асфальті. Коротко 
кажучи, шина забезпечує бездоганне зчеплення на добре утрамбованому ґрунті, 
дуже добре поводиться на технічних ділянках і непогано показує себе при 
проходженні поворотів. 
Характеристики: 
-  Розмір: 29 "x 2.10"; 
-  бренд: Kenda; 
-  корд: Сталевий; 
- TPI: 60; 
-  тиск: (PSI) 30-80. 
Гальма. Для зупинки важкого велосипеда на високих швидкостях потрібні 
хороші гідравлічні гальма зі збільшеним діаметром диска і великим ресурсом 
колодок. 
Фактично спеціалізованих гальм для потужних електровелосипедів не існує, 
або вони тільки починають з'являтися. Тому використовуються або звичайні 
гальма, насилу справляються з навантаженням і швидко зношуються, або 
найбільш потужні гальма для вело-даунхілу, які дуже дорогі. Також можна 
використовувати гальма від мінібайку, самостійно пристосовуючи їх до 
велосипедних стандартів (виготовляючи перехідники для кріплення гальмівної 
машинки, гальмівного диска або, навіть, сам гальмівний диск). 
На рис. 2.15 зображені гальма обода кліщового типу 
 56
 
Рис. 2.15. Гальма обода кліщового типу 
 
Надійні ободні гальма Tektro R312 призначені для установки на шосейні 
велосипеди. Гальмівні колодки P452 забезпечать краще гальмування. Комплект на 
два колеса. 
Особливості: 
- Кліщові гальма з подвійною опорою 
- Дуги з кованого алюмінію 
- Картриджні колодки P452 
- Швидкознімнний механізм 
- Розмір: 39 - 51мм 
- Матеріал: алюміній 
- Вага: 177 г на шкірні колесо 
- Колір: чорний 
Вилки. Велосипедні амортизатори також відчувають підвищений знос при 
роботі на великих швидкостях при збільшеному вазі апарату. Для найбільш 
потужних і важких електровелосипедів єдиним підходящим по міцності вибором 
є двухкоронние вилки для даунхілу; однак, призначені для відпрацювання дуже 
великих нерівностей, вони занадто м'які для їзди по асфальту.  
Яскравий представник вилок кросскантрі, які відмінно справляються як з 
покатушками по лісопарках так і з аматорськими гонками. Має хід 80 мм, але при 
необхідності хід можна збільшити до 100 мм.  
 
 57
 
Рис. 2.16. Вилка 
 
Характеристики: 
-  Вага: в районі 1850 р, (шток 1-1 / 5 ", Solo Air, під ексцентрик 9 мм); 
-  регулювання відскік, блокування, жорсткість пружини; 
-  пружина: повітряна; 
-  шток: алюмінієвий 1.5 "дюйма; 
-  корона: кована, алюміній 6061 T-6; 
-  ноги: 32 мм, з алюмінію серії 7000, з покриттям знижує тертя; 
-  штани: магнієві, з кріпленням гальма PostMount; 
-  максимальний діаметр ротора: 210 мм; 
-  кольори: чорний; 
- ціна 9600грн. 
Педалі. Зовнішній вид професійної педалі, яку призначено для 
використання на велосипедах серії ВМХ, зображено на рис. 2.17. Платформа 
виконана з алюмінію за допомогою станка ЧПУ, вісь виготовлена з Cr-Mo сталі, 
що робить її неймовірно міцною. Використовуються високоякісні промислові 
підшипники, при необхідності є можливість змінювати протиковзні шипи. 
 
Рис. 2.17. Велосипедна педаль 
 58
 Педалі EXUSTAR PB535-HCP мають такі характеристики: 
-  довжина: 117 мм; 
- ширина: 100 мм (вісь не враховується); 
-  вага: 420 грам (пара). 
1580грн 
Підсвітка. На рис. 2.18 запрпоновано варіант комплекту для забезпечення 
переднього і заднього світла. 
 
Рис. 2.18. Підсвітка 
 
Набір переднього і заднього світла від відомої фірми INFINITI, яка 
спеціалізується на світловому обладнанні для велосипедів. Передня фара INFINI 
I-106 обладнана трьома білими світлодіодами, призначеними для використання в 
міських умовах і на місцевості з поганим освітленням. Фара працює в двох 
режимах - світіння (до 80 годин роботи) і миготіння (до 145 годин роботи). 
Кріплення виконується на кермо велосипеда будь-якого діаметру без застосування 
інструментів, а живлення фари забезпечують три батарейки типу ААА.  
Ліхтар заднього світла INFINI I-401 яскраво і чітко вкаже габарити 
велосипедиста на дорозі. Має 5 яскравих червоних світлодіоди, чотири режими 
роботи - світіння, миготіння трьох різних типів. Ідеально підходить для нічних і 
вечірніх поїздок по погано освітленій місцевості та місту. Завдяки зміні режимів 
роботи можна досягти тривалої роботи ліхтаря навіть від двох батарей. Також 
корпус ліхтаря водонепроникний, а монтаж на велосипед простий і швидкий. 
Характеристики: 
-  Призначення - Фара переднього світла і ліхтар задній - габаритний 
 59
-  тип лампи - Передня фара - 3 яскравих світлодіоди, задній ліхтар - 5 
світлодіодів; 
-  режими роботи: передня фара - світіння і миготіння, задній ліхтар - 
світіння і миготіння трьох різних типів; 
-  час роботи в різних режимах: передня фара - світіння до 80 годин, 
миготіння до 145 годин, задній ліхтар - світіння до 70 годин, миготіння до 160 
годин, що біжить і випадкове блимання до 250 годин; 
-  живлення приладу передня фара - 3 батарейки ААА, задній ліхтар - 2 
батарейки ААА; 
-  колір - Сріблястий / Чорний / Червоний; 
-  матеріали – Пластик; 
-  довжина, мм: передня фара - 94,5, задній ліхтар – 66; 
-  ширина, мм: передня фара - 26, задній ліхтар – 40; 
-  вага, грами: передня фара - 60, задній ліхтар - 24,5 (без батарейок); 
-  особливості: ідеально підходить для безпечного руху по міській 
місцевості; 
-  комплектація: фара передня, ліхтар задній, кріплення, батарейки; 
-  ціна - 552грн. 
Шатун. Зовнішній вид шатуна, обраного для вирішення поставлених 
завдань, подано на рис. 2.19. 
 
Рис. 2.19. Шатун 
 
Високого рівня система яка призначена для установки на гірські 
велосипеди. Має три зірки з розрахунком по зубах 22/32 / 44T, а також довжину 
 60
шатуна 175 мм. Така система стане відмінним варіантом для людей які є 
просунутими любителями в катанні на гірському велосипеді. 
Характеристики:  
- Колір чорний; 
-  кількість зірок: 3; 
- розрахунок по зубах: 22/32/44; 
-  довжина шатуна: 175 мм. 
Виробник: Truvativ.  
Задня зірочка. Задня зірочка касетна індексована SUN RACE МX5 
зображена на рис. 2.20. 
Технология: Super Fluid Drive.  
Матеріал: сталь, черні анодіруванні алюмінієві спейсери, алюмінієві 
локринг, покриття: Sandblast Satin.  
Кількість зірочок: 9.  
Діапазон зірочок: 11-32Т.  
Колір: срібний 
 
Рис. 2.20. Задня зірочка 
 
Задній перемикач передач. Аматорського рівня задній перемикач Shimano 
(рис. 2.21), призначений для установки на міські або гірські велосипеди які мають 
9 ск трансмісію.  
 61
 
Рис. 2.21. Задній перемикач передач 
 
Має сучасний дизайн, достатньо потужну пружину, яка має стабільне і чітке 
перемикання при не агресивному катанні. 
Особливості: здатний працювати з 7-8-9 ск. касетами і монетками. 
Характеристики: 
 Колір чорний. 
 Кількість швидкостей: 9. 
 Для касет: хв. кількість зубів на касеті 11, макс. 36. 
 Вага: в районі 290 грам. 
Комплект тригер. Комплект перемикачів передач (рис. 2.22) призначений 
для установки на міські або гірські велосипеди, які мають 3 зірки спереду і 9 
позаду. Дані перемикачі відносяться до елементів трансмісії аматорського рівня, і 
відмінно підійдуть для використання як початківців, так більш просунутих 
користувачів. 
У порівнянні з колишньою серією тут змінилося становище та нахилення 
маркованого індикатора, чим покращило його сприйняття, також конструктора 
змінили спосіб підведення боудена до манетки, таким чином звільнивши місце на 
кермі для додаткового обладнання (комп'ютера, освітлення.) 
 
 62
 
Рис. 2.22. Комплект тригер 
 
У комплекті: манетка ліва і права плюс перемикач троса. 
Характеристики: 
- Кількість швидкостей: 27. 
- Колір чорний. 
- Вага: 315 грам. 
Каретка. Каретка TRUVATIV Howitzer Team 68-73E/56 мм представлена на 
рис. 2.22. 
 
Рис. 2.22. Каретка 
 
Дані елементи відображають необхідні для створення основні елементи 
конструкції велосипеда. Вони будуть використанні при розробці конструкції 
електровелосипеду.  
 63
Оскільки вартість цих компонентів сумарно буде нижча за вартість 
заводського електровелосипеду середньої потужності, прийнято остаточне 
рішення про актуальність та доцільність самостійного проектування та 
моделювання конструкції електровелосипеду. 
 
 
ВИСНОВКИ ДО РОЗДІЛУ 2 
 
1. Мотор-колесо як самостійний вид транспорту відомий ще з 19 століття, 
проте лише в останні роки він отримав затребуваність серед прихильників 
невимушеного пересування, оскільки за рахунок потужних електродвигунів і 
ємних акумуляторів з мотор-колесом можна вирушати в досить далеку поїздку. 
2. Найбільшу проблему в задачі створення потужного і легкого 
електровелосипеда являють собою мотори. 
3. Враховуючи поставлені в роботі завдання та в результаті аналізу існуючих 
моторів для розроблюваного електровелосипеду вирішено було застосувати 
безредукторний двигун-колесо Шкондіна, що складається з статора (всередині) і 
ротора (зовні) та має перевагу перед іншими мотоколесами завдяки тому, що має 
більший ККД (83%), легку конструкцію, мінімум деталей і більш надійний, а 
також підтримує рекуперативне гальмування на відміну від міддрайва і 
редукторного електродвигуна. 
4. В результаті аналізу існуючих акумуляторів для виконання поставлених в 
роботі завдань прийнято рішення застосувати в розроблюваній конструкції літій-
залізо-фосфатні акумулятори, оскільки такі акумулятори допускають від 800 до 
2000 перезарядок протягом 10 років, можуть експлуатуватися на морозі до -30 
градусів, доступний швидкий заряд за 45 хв., мають найбільше число циклів 
заряду-розряду (1500-2000), дозволяють віддавати більшу потужність, 
пожежобезпечні, не горючі.  
 
 64
РОЗДІЛ 3.  
КОНСТРУЮВАННЯ ТА ДОСЛІДЖЕННЯ ГІБРИДНОГО 
ЕЛЕКТРОВЕЛОСИПЕДА 
 
3.1. Компонування конструкції гібридного електровелосипеда 
 
З готових компонентів буде використано електроколесо, батереї, а також 
контролер. Рама, бокс для батереї, задне посадочне місце колеса і передня вилка, а 
також сидіння будуть розробленні для електровелосипеда. 
Обладнання електроколесом. Електроколесо використаємо нову модель 
винайдену Шкондіним. 
Мотор-колесо Шкондіна, простіше кажучи, двигун-колесо Шкондна або 
двигун Шкондіна, - принципово новий електродвигун з унікальними 
характеристиками. 
Нижче на рис.3.1 наведено один з варіантів двигуна Шкондіна. 
 
Рис. 3.1. Будова і зовнішній вигляд двигунa Шкондіна 
 
Унікальність двигуна Шкондіна в його простоті. Двигун-колесо Шкондіна 
складається всього з п'яти деталей на відміну від звичайних електромоторів, 
зібраних з 10-20 вузлів, що впливає на його собівартість. Створивши для цих 
деталей точні матриці, можна штампувати двигуни Шкондіна мільйонами. 
 65
Двигун-колесо Шкондіна - це сукупність магнітних доріжок, динамічно 
змінючих свої параметри за рахунок переключення обмоток електромагнітів в 
потрібний час і в потрібному місці. При цьому обмотки електромагнітів можна 
з'єднувати не лише зіркою або трикутником. 
Двигун-колесо Шкондіна - це пристрій з високим ККД, який  використовує 
взаємодію магнітних полів, параметри яких вміло змінюються як за рахунок 
правильного співвідношення між парним числом магнітних полюсів на статорі і 
числом пар полюсів електромагнітів на роторі (при чому число пар магнітів на 
статорі більше числа пар полюсів електромагнітів на роторі), так і за рахунок 
правильно сконструйованого колектора або пристрою синхронізації в 
безколекторному варіанті. 
Двигун-колесо Шкондіна при тій же масі подає на обмотки ротора струму 
набагато більшу потужність, ніж електромотор стандартної конструкції. 
Двигуну Шкондіна конструктивно можна надати будь-яку форму, як у 
вигляді колеса (млинця), так і у вигляді циліндра, на зразок тієї форми, яку 
надають існуючим двигунів постійного струму. 
Двигун-колесо Шкондіна - мотор-колесо Шкондіна складається з статора 
(всередині) і ротора (зовні). На статорі через рівні проміжки встановлено 11 пар 
магнітів, полюса магнітів чергуються. Всього полюсів 22. На роторі встановлені 6 
U-образних електромагнітів, у яких, виходить, є 12 полюсів. На роторі 
встановлені щітки, за допомогою яких він підключений до джерела живлення на 
електромагніти, а на статорі встановлений колектор, з якого електричний струм 
надходить на щітки. 
Відстань між полюсами будь-якого електромагніту ротора дорівнює 
відстані між сусідніми магнітами на статорі. А це означає, що в момент точного 
"зіткнення" полюсів одного з електромагнітів з сусідніми полюсами магнітів на 
статорі, полюса інших електромагнітів з полюсами магнітів на статорі не 
"стикаються". 
Зрушення полюсів електромагнітів на роторі і полюсів магнітів на статорі 
відносно один одного створює між ними градієнт напруженості магнітного поля, а 
 66
останній якраз і є джерелом крутного моменту. Для варіанту двигуна Шкондіна, 
зображеного на рис. 3.1 виходить, що в кожен момент часу крутний момент 
створюють 5 електромагнітів з 6. Той електромагніт, полюса якого точно 
«стикаються» з полюсами магнітів на статорі, крутного моменту не створює. 
Отримуємо своєрідний силовий ККД в 83%. І це при відсутності противної ЕРС. 
А якщо вважати ККД за часткою беруть участь у створенні тяги магнітів на 
статорі, то отримуємо, що з 22 магнітів тягу створюють 20 магнітів, тобто 91%. 
Колектор двигуна Шкондіна влаштований так, що він в потрібний час 
перемикає напрямок струму в обмотках електромагнітів, що забезпечує тягу 
тільки в одну сторону. Можна навіть стверджувати, що в даному моторі 
Шкондіна працюють відразу 6 класичних електромоторів. Мотор дійсно працює 
мотором, а не маховиком. В даному моторі на «повну котушку» використовується 
не тільки потужність електромагнітного поля, а й колекторно-щітковий механізм.  
Переваги: 
- Високий ККД, у останніх моделей - 94%, 
- Простота, 
- Низька собівартість, 
- Вага втричі менше в порівнянні з електродвигунами тієї ж потужності, 
- Міцність, надійність, тривалий термін служби, 
- Економія енергії на 50% і більше, 
- Швидкість в рази більше аналогічних по потужності електродвигунів. 
Обладнання батарейним боксом та акумуляторною батареєю. Батарейний 
бокс використовуємо створений спеціально для електровелосипедів. В ньому 
враховані всі параметри і нюанси для використання на велосипеді (рис. 3.2). Далі 
буде представлена коротка характеристика даного бокса.  
Батарейний бокс виготовляється з армованого акрилу під розміри рами. 
Відповідно може бути розміщений у трикутних рамах, рамах типу "дамка" або на 
багажнику. 
 67
Може бути будь-якого кольору. Захищений від потрапляння води. Має 
легкий доступ до клем акумуляторів, який дозволяє зручно проводити  необхідне 
обслуговування. Мають витримувати вагу LiNiCoMnO2 акумуляторів (рис. 3.3.). 
 
Рис. 3.2. Зовнішній вигляд батарейного боксу 
 
Моделювання розташування акумуляторів в корпусі батарейного блока 
представлене на рис. 3.4. 
 
Рис. 3.3. Акумулятор LiNiCoMnO2 60V 20Ah 
 
В якості акумулятора для розроблюваного електровелосипеда був обраний 
літієво-нікелієво-кобальтово-марганцевий акумулятор LiNiCoMnO2 на 60V та 
20Aмпер, характеристики якого приведені нижче. 
 68
 
Рис. 3.4. Моделювання розташування акумуляторів в корпусі батарейного блока 
 
Характеристики акумулятора LiNiCoMnO2: 
 Номінальна напруга 60 В 
 Номінальна ємність - 0.5C,  20Ah 
 Вага (приблизно) ≤ 10,5 кг 
 Розміри (довжинаширинависота) 400мм × 140 мм × 100 мм 
 Стандартний розряду при 25 В 
 Максимальний безперервний струм 20А 
 Максимальний імпульсний струм 40А (20 сек). 
 Вимкнення напруги 48.2V ± 1В 
 Зарядний напруга 67.2V ± 0.1V 
 Рекомендований струм зарядки 5А 
 Час зарядки 5 години 
 Внутрішній опір ≤ 140МОм 
 Саморозряд ≤ 5% в місяць 
 Елементи: 22650-3М. BMS функції 40A-120A 
 
 69
Обладнання іншими аксесуарами. Датчик педалювання кріпиться на 
каретку та підключається до контролера. 
Призначення датчика педалювання привести один до одного зусилля мотора 
та велосипедиста, коли велосипедист крутить педалі, що приводить до ефекту, 
коли не відчувається ніжне навантаження та економиться акумуляторний заряд. 
В якості такого датчика обрано датчик, що приведений на рис. 3.4. 
 
Рис. 3.4. Датчик педалювання 
 
Використання ручки газу мотоциклетного типу для електровелосипеду 
дозволить отримати наступні переваги: 
  - швидкість регулюється рукою 
  - датчик заряду акумулятора 
  - кнопка "круїз-контроль" - фіксація вибраної швидкості 
Зовнішній вид такої ручки продано на рис. 3.5. 
 
 
Рис. 3.5 Ручка газу 48V 
 
 70
Для забезпечення керування електровелисипедом було обрано контролер 
48V / 30A  на 1000W (рис. 3.6). 
 
Рис. 3.6. Контролер 48V / 30A 
 
Його характерними параметрами є: 
- вага: 0.35 кг 
- розміри: 172 х 82 х 41 мм 
- функція "круїз-контроль" - фіксація вибраної швидкості 
- функція "рекуперація" - заряд акумулятора при гальмуванні мотором 
 
3.2.  3D моделювання корпуса електровелосипеду 
 
Вибір програми для моделювання. Конструкція електровелосипеда була 
розроблена з використанням спеціалізованої програми Autodesk Maya, що 
призначена для моделювання об'єктів.  
Autodesk Maya — це програмний продукт для створення тривимірних 
моделей, анімацій, композитингу та візуалізації (із застосуванням зовнішніх 
систем рендерингу). Наразі вона є нормою у розробці 3D-графіки для 
кіноіндустрії та телебачення. Спершу була створена для операційної системи IRIX 
(платформа SGI), пізніше адаптована для ОС Linux, Microsoft Windows і Mac OS. 
З 2013 року версії програми випускаються виключно для 64-бітних операційних 
систем. 
 71
Назва програмного забезпечення Maya пояснюється санскритським словом 
māyā (майа), яке означає ілюзія.   
Maya є результатом інтеграції трьох програмних рішень: Wavefront The 
Advanced Visualizer (Каліфорнія, США), Thomson Digital Image (TDI) Explore 
(Франція) та Alias Power Animator (Торонто, Канада). 
Особливістю Maya є її відкритий характер для зовнішніх розробників, які 
можуть адаптувати її під свої специфічні потреби у роботі. 
У Maya інтегровано потужний інтерпретатор багатоплатформної мови: 
Maya Embedded Language (MEL), близька до Tcl, яка використовувалась на ранніх 
етапах розробки програми і спровокувала чимало дебатів, адже на той момент 
більшість студій візуальних ефектів застосовувала комбінацію Perl-Tcl. 
Використання скриптових мов. Однак у першій завершеній версії продукту 
розробники замінили Tcl на внутрішню скриптову мову MEL, яка стала містком 
між користувачем та основою програми, що виявилось успішним нововведенням. 
Вона стала не просто мовою скриптів — це метод додавання нових функцій та 
інтерфейсу на базі Maya, адже значна частина середовища Maya та прилеглих 
інструментів написана на цій мові, що відкриває безліч можливостей. 
Зокрема, користувач може записувати свої дії як скрипт на MEL, з якого 
легко створити зручний макрос. Так аніматори здатні доповнювати Maya, не 
володіючи мовами C або C++, залишаючи таку можливість при потребі. 
Для створення розширень на мові C++ існує детально описаний C++ API. 
Також для розробників надається можливість створення доповнень на Python, яка 
в Maya 8.5 також була додана як скриптова мова (у Maya 2008 включена версія 
Python 2.5). 
Файли проектів, що містять усі дані про геометрію та анімацію, 
зберігаються як набори операцій MEL. Ці файли можуть бути збережені у 
текстовому форматі (.ma — Maya ASCII), який можна редагувати в будь-якому 
текстовому редакторі.  
 72
Мова MEL не залежить від платформи, тому написаний на ній код 
виконується у будь-якій ОС, що забезпечує високу адаптивність під час 
використання зовнішніх інструментів. 
Візуалізація. Maya здійснює візуалізацію за допомогою трьох інтегрованих 
механізмів: Maya Software, Maya Hardware, Maya Vector Render та окремо 
інстальованого рендера mental ray Standalone. Існує також серія візуалізаторів від 
інших розробників, що підтримують Maya. 
До основних належать: V-Ray; RenderMan; finalRender; 3Delight; Gelato; 
Turtle; Maxwell Render; Fryrender; Indigo Renderer; Brazil R/S. 
PlayblastVR - обладнаний рендер (базується на OpenGL та DirectX) для 
швидкого тестування візуалізації сцен. Підтримує стандартні джерела світла і 
шейдери, об'ємні ефекти Maya Fluids і FumeFX, штрихи Maya Paint Effects, частки 
nParticles, систему волосся nHair і систему моделювання одягу і тканин (nCloth). 
Можливе створення зображень у 15 основних форматах панорам, у тому 
числі LatLong, використовуваний The Foundry для розробки VR інструментів. 
Після завершення візуалізації результат можна автоматично відкрити у програмі 
FCheck, професійних переглядачах зображень, як RV або djv view, або в 
спеціалізованих VR переглядачах, як DomeViewer чи Whirligig. PlayblastVR також 
підтримує вивід у Google Maps Photo Spheres з автоматичним додаванням 
метаданих. Програма може автоматично створювати композиції налаштувань 
візуалізації для Fusion і After Effects. 
Використання плагінів. Багато тематичних плагінів, написаних на MEL та 
Python, поширюються на платних або безкоштовних ліцензіях: 
Krakatoa MY (KMY) - (Windows, Linux) рендер частинок (15-денна пробна 
версія): The Andy Rig; MGTools; BHGhost; Miarmy; tweenMachine; ShotView; 
Advanced Skeleton; Anim Tools; Blue Pencil тощо. 
 73
3.3. Дослідження експлуатаційних характеристик ровера 
 
Перша концепція гібридного електровелосипеда мала вигляд, 
представлений на рис. 3.7. 
 
 
Рис. 3.7.   3D модель гібридного електровелосипеда (концепція) 
 
Проте, після детального вивчення конструкцій велосипедів, стало зрозуміло, 
що даний транспортний засіб занадто довгий, що негативно вплине на його 
керованість, особливо при поїздках бездоріжжям. Також форма і розташування 
керма не достатньо зручні для руху під гору, сидіння занадто довге, а 
розташування педалі не комфортне для здійснення педалювання. 
Після доробки була запропонована нова концепція гібридного 
електровелосипеда, яка представлений на рис. 3.8. 
В даній 3 D моделі враховані і виправленні недоліки попередньої. Даний 
гібридний електровелосипед дозволить легко і комфортно їздити як у по 
асфальту, так і по бездоріжжю. Також даний електровелосипед можна 
комплектувати будь-якими велосипедними аксесуарами. Що в свою чергу 
інформує нас про взаємозамінність його деталей і комплектуючих. 
 74
 
Рис. 3.8 3D модель гібридного електровелосипеда 
 
Зручна форма корпусу і сидіння підтримують природне положення тіла. 
Цей варіант конструкції був визначений найоптимальнішим варіантом 
електровелосипеда, що не призводить до перевтоми і зайвого напруження.  
 
ВИСНОВКИ ДО РОЗДІЛУ 3 
 
1. Компонування конструкції електровелосипеду здійснювалося як з готових 
компонентів, таких як: електроколесо, акумуляторні батереї та контролер, так і 
з авторськи розроблених елементів конструкції, таких як:. рама, бокс для 
акумуляторів, заднє посадочне місце колесо, передня вилка, а також сидіння. 
2. В якості електроколеса використано нову модель мотор-колеса Шкондіна, що 
має унікальні характеристики, зокрема: високий ККД (до 94%), високу 
міцність, надійність, тривалий термін служби, простоту конструкції, низьку 
собівартість, втричі меншу в порівнянні з електродвигунами тієї ж потужності 
вагу, а також забезпечує економію енергії на 50% і більше, а забезпечує 
швидкість в рази більше аналогічних за потужністю електродвигунів. 
3. Для забезпечення ергономічності та естетичності розробки батарейний бокс 
вирішено виготовити з армованого акрилу під розміри рами з врахуванням 
розташування акумуляторів в корпусі батарейного блока, для чого було 
виконано комп’ютерне моделювання. 
 75
4. В якості акумулятора для розроблюваного електровелосипеда був обраний 
літієво-нікелієво-кобальтово-марганцевий акумулятор LiNiCoMnO2 на 60V та 
20A, що має найкращі характеристики та задовольняє умови проектування. 
5. В якості інших аксесуарів для підвищення ергономічності конструкції були 
використані наступні деталі: 
 контролер 48V / 30A  на 1000W для забезпечення керування 
електровелисипедом  
 датчик педалювання, що кріпиться на каретку та підключається до контролера з 
метою приведення один до одного зусиль мотора та велосипедиста, коли 
велосипедист крутить педалі, що приводить до ефекту, коли не відчувається 
навантаження на ноги та економиться акумуляторний заряд. 
 ручка газу мотоциклетного типу, що дозволить регулювати швидкість рукою, 
контролювати датчик заряду акумулятора та керувати кнопкою "круїз-контроль" 
для фіксації вибраної швидкості. 
6. Для 3D моделювання корпуса електровелосипеду використано спеціалізовану 
програму Autodesk Maya, що призначена для моделювання 3D-об'єктів, 
композитингу, анімації та візуалізації (за допомогою підключених систем 
рендерингу). 
7. При моделюванні було використано внутрішню скриптову мову MEL, яка не 
прив'язана до платформи, тому код, написаний цією мовою, буде 
виконуватися в будь-якій операційній системі, що забезпечує високий рівень 
гнучкості при роботі із зовнішніми інструментами. 
8. Розроблена 3D модель враховує недоліки аналогів, тому спроектований 
електровелосипед дозволить легко і комфортно пересуватися будь-якою 
місцевістю, може бути укомплектований додатковими аксесуарами, а 
використані при проектуванні комплектуючі є взаємозамінними. 
9. Зручна форма корпусу і сидіння підтримують природне положення тіла, що не 
призводить до перевтоми і зайвого напруження та забезпечує необхідний 
рівень ергономічності.  
 76
 ВИСНОВКИ 
 
В результаті виконання магістерської роботи було проведене розроблення 
та дослідження гібридного електровелосипеду, що дозволило отримати такі 
результати. 
1. В даний час все більшої популярності набуває пошук альтернативних джерел 
палива та використання електроенергії у транспорті, при чому новим витком 
розвитку електротранспорту стало перенесення електромоторів на двоколісні 
транспортні засоби такі, як велосипед чи скутер. 
2. Аналіз переваг електровелосипедів перед іншими видами транспору показав, 
що принциповими перевагами електровелосипедів є: 
- можливість долати круті підйоми і значні відстані фізично 
непідготовленим людям; 
- можливість здійснювати заряд акумуляторів від побутової електромережі, 
а у випадку розряду батареї використовувати педальний привід; 
- на порядок нижчі, ніж у будь-якого іншого виду транспорту, енергетичні 
та економічні витрати на переміщення однієї людини, експлуатацію, 
паркування і зберігання;  
- зменшення забруднення атмосфери в разі масової відмови від автомобілів 
з ДВС на користь електровелосипедів. 
3. Аналіз недосконалостей існуючих конструкцій електровелосипедів показав, 
що вони мають педалювання і управління утруднене значною масою і 
відповідною інерцією; недостатній для багатьох користувачів запас ходу; 
тривалий час зарядки батарей; короткий термін служби використовуваних 
акумуляторних батарей; висока вартість готового виробу. 
4. Враховуючи поставлені в роботі завдання та в результаті аналізу існуючих 
моторів для розроблюваного електровелосипеду вирішено було застосувати 
безредукторний двигун-колесо Шкондіна, що складається з статора 
(всередині) і ротора (зовні) та має перевагу перед іншими мотоколесами 
завдяки тому, що має більший ККД (від 83% до 94%), легку конструкцію, 
 77
мінімум деталей і більшу надійність, а також підтримує рекуперативне 
гальмування на відміну від міддрайва і редукторного електродвигуна. 
5. В результаті аналізу існуючих акумуляторів для виконання поставлених в 
роботі завдань прийнято рішення застосувати в розроблюваній конструкції 
літій-залізо-фосфатні акумулятори, оскільки такі акумулятори допускають від 
800 до 2000 перезарядок протягом 10 років, можуть експлуатуватися на морозі 
до -30 градусів, доступний швидкий заряд за 45 хв., мають найбільше число 
циклів заряду-розряду (1500-2000), дозволяють віддавати більшу потужність, 
пожежобезпечні, не горючі.  
6. Компонування конструкції електровелосипеду здійснювалося як з готових 
компонентів, таких як: електроколесо, акумуляторні батереї та контролер, так і 
з авторськи розроблених елементів конструкції, таких як:. рама, бокс для 
акумуляторів, заднє посадочне місце колесо, передня вилка, а також сидіння. 
7. Для забезпечення ергономічності та естетичності розробки батарейний бокс 
вирішено виготовити з армованого акрилу під розміри рами з врахуванням 
розташування акумуляторів в корпусі батарейного блока, для чого було 
виконано комп’ютерне моделювання. В якості інших аксесуарів для 
підвищення ергономічності конструкції були використані контролер для 
забезпечення керування електровелисипедом; датчик педалювання, 
застосування якого приводить до ефекту, коли не відчувається навантаження 
на ноги та економиться заряд акумулятора; та ручки газу мотоциклетного 
типу, що дозволить ручне регулювання швидкості, контролювання датчику 
заряду акумулятора та керування кнопкою "круїз-контроль" для фіксації 
вибраної швидкості. 
8. Розроблена 3D модель враховує недоліки аналогів, тому спроектований 
електровелосипед дозволить легко і комфортно пересуватися будь-якою 
місцевістю, може бути укомплектований додатковими аксесуарами, а 
використані при проектуванні комплектуючі є взаємозамінними. 
 78