Электроскутер принцип работы + конструкция в целом

Электроскутер принцип работы + конструкция в целом

Электроскутер, как отмечают разработчики и создатели техники, призван сыграть значимую роль в жизни людей. Транспортные средства, являющиеся экологически чистыми, выступают важной целью экономического и социального развития многих стран. Здесь видится направление будущего развития транспортных средств наряду с электромобилями.

Принцип работы электроскутера и составляющие конструкции

Электрическая система на электроскутер предполагает использование нескольких базовых компонентов, в частности:

  • аккумулятора,
  • двигателя,
  • контроллера двигателя,
  • электронного оборудования.

Благодаря мощности электродвигателя, выполняется работа электроскутера. Но мотору необходима энергия в форме химической (или электрической), которая накапливается в батарее. Эта энергия используется мотор-редуктором, и как следствие, электрическая или химическая энергия преобразуется в механическую энергию.

Правильно построенная электрическая система на электроскутер обеспечивает безопасность водителя и транспортного средства на случай непредвиденных столкновений. Бесщёточный электродвигатель постоянного тока, как правило, закрепляется на ступице заднего колеса. Причина выбора именно бесщёточного электродвигателя — компактность и бесшумность такого мотора.

Стартер лодочного мотораКомплект топливный лодочный Джамп стартер авто новинка

Электроскутер – основы разработки системы

Ключевыми компонентами электрического самоката выступают:

  1. Зарядное устройство.
  2. Аккумулятор.
  3. Контроллер мотора.
  4. Мотор.
  5. Преобразователь тока.
  6. Микрокомпьютер.
  7. Электроника.

Картинка ниже показывает традиционную конфигурацию техники.

Электроскутер принцип работы + конструкция в целом + конфигурация
Конфигурация на электроскутер в традиционном исполнении: 1 – зарядное устройство; 2 – аккумулятор; 3 – преобразователь тока; 4 – микрокомпьютер; 5 – контроллер; 6 – дроссель; 7 – электродвигатель

Зарядное устройство аккумулятора электроскутера предназначено для преобразования сетевого электричества в ток заряда аккумулятора. Напряжение аккумуляторной батареи постоянное, тогда как ток инвертируется в сигнал переключения через силовой электронный контроллер с целью управления мотором.

Другие электронные компоненты, присутствующие в составе конструкции электроскутера, получают питание от аккумуляторной батареи. Осуществляется процесс преобразователем постоянного тока. Этим устройством понижается напряжение аккумуляторной батареи до более низкого рабочего напряжения уровней 5 — 20 вольт.

Зарядное устройство электрического скутера

Зарядное устройство электроскутера играет решающую роль в плане использования аккумуляторной батареи на максимальную ёмкость. Зарядное устройство аккумуляторов в данном случае применения отличается:

  • эффективностью и надежностью,
  • весом и стоимостью,
  • временем заряда,
  • удельной мощностью.

Характеристики зарядного устройства электроскутера во многом зависят от комплектующих, используемой стратегии переключения, алгоритмов управления. Как правило, алгоритм управления реализован в цифровом виде посредством микроконтроллера.

Зарядное устройство на электроскутер традиционно строится двухступенчатой системой. Первая ступень — преобразователь переменного тока в постоянный ток, с коррекцией коэффициента мощности. Здесь преобразуется сетевое напряжение переменного тока в постоянное напряжение, обеспечивается высокий коэффициент мощности. Вторая ступень — регулировка зарядного тока и напряжения аккумулятора в соответствии с применяемой методикой заряда.

Электроскутер принцип работы + конструкция в целом + схема заряда
Схема зарядного устройства на электроскутер (вариант), при помощи которой выполняется эффективное восполнение энергией аккумуляторной батареи транспортного средства

Зарядное устройство электрического скутера может быть однонаправленного действия. В этом варианте заряд аккумулятора осуществляется только от сети. Также есть вариант двунаправленного действия, когда в процессе заряда аккумулятора избыточное количество энергии аккумулятора перебрасывается в сеть.

Представленная выше схема зарядного устройства электроскутера предназначена для литий-ионных аккумуляторов. Действует с ограничением тока, построена схема на основе известного регулятора переменного напряжения LM 317. Зарядный ток зависит от номинала резистора R2.

Резистор R3 и R4 определяют напряжение заряда. Трансформатор T1 снижает сетевое напряжение, а мост D1 выполняет работу по выпрямлению. C1 — конденсатор фильтра. Диод D1 предотвращает обратный ток от аккумулятора, когда зарядное устройство выключено или когда отсутствует сетевое питание.

Источники питания электрических скутеров таблица

Для питания рассматриваемых транспортных единиц применяются различные типы аккумуляторных батарей. Таблица ниже показывает наиболее часто используемые источники. Базовыми материалами аккумуляторов выступают:

  • никель-кадмий (NiCd),
  • никель-цинк (NiZn),
  • металлогидрид никеля (NiMH),
  • литий-ионный (Li-ion),
  • литий-полимерный (Li-Po).

Удельная энергия аккумуляторных батарей — это энергия на единицу массы, определяющая более лёгкую конструкцию.

Таблица: параметры источников питания электроскутеров

Параметр NiCd NiZn NiMH Li-ion/Li-Po
Удельная энергия (Вт/ч/кг) 40 — 60 100 60 — 120 100 — 265
Плотность энергии (Вт/ч/л) 50 — 150 280 140 — 300 250 — 730
Удельная мощность (Вт/кг) 150 900 > 250 — 1000 250 — 340
Эффективность заряд/разряд (%) 70 — 90 80 66 80 — 90
Саморазряд 10 13 30 8 — 5
Цикл Долговечность (циклы) 2000 400 — 1000 500 — 1000 400 — 1200
Номинальное напряжение ячейки (В) 1.2 1.65 1.2 3.6 — 3.7

Судя по параметрам таблицы, литий-ионный аккумулятор видится наиболее эффективным выбором, поскольку обеспечивает высокую плотность энергии, оставаясь при этом относительно лёгкой и компактной конструкцией. Однако литий-ионные батареи опасны в эксплуатации, что требует защитных приспособлений.

Контроллер мотора электрического скутера

Устройство (группа устройств), предназначенное под определённое управление работой электродвигателя, называется контроллером мотора. Контроллер мотора электроскутера содержит ручные или автоматические средства:

  • запуска и остановки двигателя,
  • выбора прямого или обратного вращения,
  • выбора и регулирования скорости,
  • ограничения или регулирования крутящего момента,
  • защиты от перегрузок и неисправностей.

Традиционно используется так называемый «контроллер синусоидального вектора». Батарейный блок в этом варианте сопряжён с блоком контроллера мотора. Контроллер электродвигателя осуществляет мониторинг всех функциональных возможностей и фактически является центральным компонентом системы.

Электроскутер принцип работы + конструкция в целом + зарядный блок
Такой конструкции батарейный блок, включающий зарядное устройство, используется в составе электроскутера одного из популярных производителей транспортных средств

Основным требованием управления является регулирование количества мощности, подаваемой на двигатель. Контроллер мотора электроскутера допускает настройку для синхронизации с другими бесщёточными моторами. Приложения контроллера мотора различаются в зависимости от задачи, которую необходимо выполнять.

Индивидуально-ориентированное управление (контроллер синусоидального вектора) — важная технология моторных систем скутеров, особенно тех конструкций, которые используют постоянные магниты. В целом, индивидуально-ориентированное управление обеспечивает эффективный способ настройки двигателя в приводах с регулируемой скоростью. Так повышается энергоэффективность двигателя.

Ступичный электродвигатель или мотор-колесо

Использование постоянных магнитов вместо электромагнитного возбуждения даёт множество преимуществ, среди которых:

  • отсутствие потерь возбуждения,
  • упрощённая конструкция,
  • повышенная эффективность,
  • быстрые динамические характеристики,
  • высокий крутящий момент.

Бесщеточный двигатель постоянного тока представляет синхронный мотор, наделённый системой коммутации с электронным управлением, но не механической системой коммутации на основе щёток. Здесь ток и крутящий момент, напряжение и частота вращения — это линейно связанные параметры.

Электроскутер принцип работы + конструкция в целом + мотор-колесо
Устройство электрического двигателя современного электроскутера. Конструкция представляет фактически так называемый привод «мотор-колесо»

Конструкция такого мотора отличается тем, что здесь вращаются постоянные магниты, тогда как якорь остаётся неподвижным. Конструкция современного бесщёточного двигателя постоянного напряжения напоминает двигатель переменного напряжения синхронного действия на постоянных магнитах.

Бесщёточные двигатели постоянного напряжения отличаются от синхронных двигателей переменного напряжения тем, что включают в конструкцию средства определения положения ротора. Наиболее распространённым контроллером положения выступает датчик Холла, но также используются оптические датчики.

Преобразователь электрической энергии электроскутера

Преобразователь постоянного тока представлен электронной схемой трансформации уровня напряжений. Для электросамокатов необходим как минимум один преобразователь постоянного тока батареи или модуля суперконденсаторов с промежуточным звеном постоянного тока.

В электротехнике преобразователь постоянного тока в тот же самый постоянный вид, относится к разряду преобразователей электрической энергии. Простыми словами имеет место электрическая цепь, изменяющая один уровень напряжения на другой.

Полученная энергия сохраняется либо в компонентах хранения магнитного поля (катушки индуктивности, трансформаторы), либо в компонентах хранения электрического поля (конденсаторы). Преобразователи такого рода предназначены для передачи энергии только в одном направлении, от входа к выходу.

Однако почти все топологии преобразователей постоянного тока обеспечивают двунаправленную конфигурацию. Двунаправленный преобразователь способен перемещать мощность в любом направлении, что полезно в приложениях, требующих рекуперативного торможения.

Как работает электроскутер на практике?

Обычно схема привода мотора электроскутера имеет бесщёточный контроллер постоянного тока под напряжение 48 вольт. Контроллер получает питание от аккумулятора через миниатюрный автоматический выключатель. Функция этого выключателя — защита цепи от перегрузки по току, от перенапряжения.

Контроллер подает питание на мотор в определённой последовательности. Датчик Холла, подключенный на валу бесщёточного двигателя, подаёт сигнал контроллеру. Соответствующие обмотки мотора получают питание в соответствии с положением вала.

Рукоятка дроссельной заслонки (переключателя скорости) электрически соединена с контроллером. Следовательно, регулировка скорости хода получается путём ускорения штанги. Кроме того, тормозная система машины электрически связана с контроллером.

Как только в действие приводятся тормоза, цепь размыкается, после чего аккумулятор отключается от цепи двигателя электроскутера. Это отключение приводит к снижению вращательного момента и через определённое время электроскутер останавливается. Всё просто и понятно.


При помощи информации: IRJET