Индийские инженеры разработали систему самозарядки для электровелосипедов на основе низкооборотного генератора NEMA-42. Устройство заряжает батарею во время движения, увеличивая запас хода на 10-18% без потери комфорта для велосипедиста.
Проблема ограниченного запаса хода
Электровелосипеды считаются экологичным видом транспорта с нулевыми выбросами CO2. Они позволяют пользователю выбирать между полностью ручным режимом, режимом с электроприводом и режимом помощи при педалировании. Однако главным недостатком таких велосипедов является ограниченный запас хода. Производители вынуждены устанавливать батареи малой емкости из-за ограничений по весу и законодательным требованиям.
По словам ученых, существуют методы увеличения пробега. К ним относятся рекуперативное торможение, динамо-машины на камере или в ступице колеса. Все эти подходы дают низкую выходную мощность и недостаточны для зарядки батареи во время движения. Кроме того, они увеличивают трение, что приводит к дополнительным потерям энергии.
Новая разработка
Группа исследователей из Индии под руководством Кумара Редди Чипати предложила решение данной проблемы. Инженеры разработали генератор с постоянными магнитами, работающий на низких оборотах и создающий минимальное трение. Результаты испытания устройства они опубликовали в журнале Scientific Reports.
В основе системы находится шаговый двигатель NEMA-42. Его ротор и статор плотно соединены. Именно это обеспечивает высокие магнитные поля даже при низких скоростях.
Генератор подключается к заднему колесу через дополнительный шатун и свободное колесо с передаточным отношением 1:3. Это снижает механическое сопротивление. Свободное колесо позволяет двигателю вращаться только в одном направлении и предотвращает обратную передачу мощности.
Авторы разработки также использовали облегченную конструкцию вилки, рамы, руля и пневматических шин, чтобы компенсировать дополнительный вес генератора.
Как работает система
Генератор вырабатывает переменный ток, который выпрямляется и подается на литий-ионную батарею через DC-DC преобразователь. Система управления батареей контролирует процесс зарядки в режиме постоянного тока, затем — постоянного напряжения. Диодный блок предотвращает обратный поток энергии от батареи к генератору.
На спусках и при круизной езде механическая энергия колеса преобразуется в электрическую. При чисто ручном управлении или использовании дроссельной заслонки генератор также может заряжать батарею, хотя и с меньшей эффективностью.
Результаты испытаний
Испытания проводились на реальной дороге с периодическими спусками. Велосипед тестировали в ручном режиме, режиме дроссельной заслонки и гибридном режиме. Генератор обеспечивал зарядный ток от 0,3 до 0,8 ампера при мощности 7-15 ватт. По словам исследователей, данный показатель намного меньше номинального удерживающего момента шагового двигателя, что подтверждает минимальное механическое сопротивление.
Расчеты показали, что без системы самозарядки пробег электровелосипеда составляет около 14 километров. С новой системой он увеличивается до 15,3 километра. В реальных условиях улучшение достигает 10-18%.
VK
OK
Telegram
Дзен