Prawie się wyleczyłem z planów  posiadania roweru elektrycznego, a to z kilku powodów: 1. Ograniczonym zasięgiem spowodowanym koniecznością zastosowania baterii, które wymagają długich cykli ładowania oraz skończonym okresem ich eksploatacji. 2. Skomplikowaną procedurą obsługi takiego roweru oraz brakiem technicznych doświadczeń w jego obsłudze oraz możliwych naprawach. 3. Nie bez znaczenia jest również znaczne zwiększenie ciężaru roweru, które w moim przypadku jest znacznym utrudnieniem w transporcie i jego przechowywaniu. Ale reasumując wiedza z tego zakresu została znacznie uzupełniona i mogę spokojnie zaliczyć tematykę rowerów elektrycznych do mojego amatorskiego stanu wiedzy z  tej dziedziny.

Przechodząc do konkretów należy odnotować dwa typy rowerów elektrycznych: HUB-drive (Silniki w piaście są osadzone w przednim lub tylnym kole i działają niezależnie od rower koła zębate. W prostocie konstrukcji priorytetem jest łatwość obsługi i przystępna cena)  oraz  MID-drive (Silniki o  napędzie są umieszczone w suporcie roweru (w miejscu styku pedałów z ramą), który integrują się bezpośrednio z układem napędowym. To centralne umiejscowienie optymalizuje rozkład ciężaru i naśladuje naturalną dynamikę pedałowania). 

Rower elektryczny typu HUB-drive został omówiny w poprzednim artykule Electric wheel bicycle, natomiast teraz przyszedł czas na rozwiązanie techniczne roweru MID-drive z silnikiem elektrycznym umieszczonym centralnie. Porównanie obu tych konstrukcji zawiera suplement na końcu artykułu.

 US6296072 ELECTRIC BICYCLE AND METHODS, Opti-Bike LLC, James R. Turner,  Data patentu: 2.10.2001.     Wynalazek dotyczy roweru ze wspomaganiem elektrycznym, który jest skonfigurowany w sposób maksymalizujący wydajność silnika i wydłużający żywotność akumulatora dostarczającego prąd elektryczny do silnika.

Na przestrzeni ostatnich 150 lat rower rozwinął się w taki sposób, że stał się jednym z najefektywniejszych środków transportu pod względem zamiany energii na pokonywany dystans. Na przykład większość współczesnych rowerów wymaga mocy zaledwie około 400 watów (1/2 KM), aby osiągnąć prędkość 15 mil na godzinę na płaskim terenie. Zoptymalizowano również wydajność roweru, aby zminimalizować wysiłek wymagany od rowerzysty. Na przykład większość nowoczesnych rowerów jest wyposażona w wydajny system przerzutek, który minimalizuje wysiłek rowerzysty.

Mięśnie człowieka mogą funkcjonować w dwóch stanach: tlenowym i beztlenowym. Podczas skurczu (anaerobic) beztlenowego mięsień wykorzystuje zmagazynowany ATP jako paliwo do zasilania mięśni bez potrzeby korzystania z tlenu. W tym przypadku mięsień może produkować duże ilości energii w krótkim czasie. Produktem ubocznym tego wysokiego wydatku energetycznego jest kwas mlekowy. W miarę jak skurcz mięśni przebiega w stanie beztlenowym, w mięśniach gromadzi się kwas mlekowy, który zahamuje dalsze skurcze mięśni. Po okresie odpoczynku kwas mlekowy jest usuwany z mięśni przez układ krwionośny, a skurcze mięśni mogą być kontynuowane (pod warunkiem, że zgromadzone są wystarczające zapasy paliwa w postaci ATP.

Skurcze (aerobowe) mięśni  w stanie tlenowym pozwalają na dłuższe okresy wysiłku, ale przy niższym poziomie mocy niż ćwiczenia beztlenowe. Podczas ćwiczeń aerobowych do mięśni dostarczana jest odpowiednia ilość tlenu, dzięki czemu mogą one wykorzystać rozpuszczalny tłuszcz we krwi jako główne paliwo. Przekładnie nowoczesnych rowerów pozwalają kolarzom ćwiczyć mięśnie w zakresie aerobowym, co pozwala na ciągłą jazdę na długich dystansach. Przekładnie służą do utrzymywania wysokiej prędkości obrotowej pedałów rowerzysty (zwykle od 60 do 100 obr. /min). Przy wyższych prędkościach pedałowania siła potrzebna do skurczu mięśni jest niska, dzięki czemu mięśnie mogą pozostać w strefie tlenowej.

Oryginalny rower miał  jeden stały przełożenie (podobnie jak większość rowerów elektrycznych) i jego możliwości pokonywania stromego terenu były mocno ograniczone.  Liczba biegów w rowerze ewoluowała, a współczesny rower górski ma aż 27 biegów, co umożliwia jazdę w zróżnicowanym terenie. Podobnie jak ludzki mięsień, współczesny akumulator ma część wydajną i nieefektywną. Akumulator dostarcza prąd do silnika, który wytwarza moment obrotowy w silniku. Moment obrotowy silnika wzrasta liniowo wraz z prądem silnika. Wysokie prądy są nieefektywne. Przy wysokim natężeniu prądu rozładowania akumulator zaczyna mieć problemy podobne do tych, które powstają w mięśniach człowieka, gdy gromadzi się w nich kwas mlekowy. Dokładniej rzecz ujmując, w akumulatorze na płycie ładującej tworzy się gaz wodorowy. Wodór działa jako bariera utrudniająca transfer elektronów. W miarę kontynuowania rozładowywania wysokim prądem, wodór gromadzi się na płytkach, aż do momentu, gdy akumulator nie jest w stanie dostarczyć prądu.

Kolejną ważną kwestią, którą należy wziąć pod uwagę przy wysokim prądzie rozładowania, jest to, że czas pracy akumulatora zmniejsza się wykładniczo przy liniowym wzroście prądu silnika. Ponadto występują straty cieplne silnika, które rosną proporcjonalnie do kwadratu prądu silnika. W związku z tym zwiększony prąd silnika marnuje dostępną energię na dwa nieliniowe sposoby, tj. w postaci strat akumulatora i strat rezystancji silnika. Dostępna moc z akumulatora jest funkcją wykładniczą szybkości bieżącego zużycia. W związku z tym, w miarę wzrostu natężenia rozładowania, dostępna energia z akumulatora maleje wykładniczo.

W związku z tym, im większy moment obrotowy jest potrzebny do poruszania rowerem (np. podczas wspinaczki pod górę lub przyspieszania), tym większy będzie pobór prądu, co spowoduje wykładniczy spadek dostępnej mocy z akumulatora.  Rower elektryczny będący przedmiotem wynalazku powinien być skonfigurowany w taki sposób, aby zmaksymalizować wydajność silnika, zminimalizować zużycie prądu i tym samym wydłużyć czas pracy akumulatora.

Silnik elektryczny według  wynalazku jest  skonfigurowany tak, aby zużywać minimalną ilość prądu. Ponieważ dostępna energia z akumulatora maleje wykładniczo wraz ze wzrostem prądu rozładowania, silniki według wynalazku są w stanie znacząco wydłużyć czas pracy akumulatorów. Przykładowo, dzięki wykorzystaniu szerokiego zakresu mechanicznych przekładni redukcyjnych w nowoczesnym rowerze, wymagany moment obrotowy do napędzania roweru został utrzymany na minimalnym poziomie. Ponieważ moment obrotowy silnika zwiększa się liniowo wraz z prądem silnika, wynalazek ten pozwala na wykorzystanie przekładni mechanicznej w celu utrzymania momentu obrotowego, a co za tym idzie, wymaganego prądu, na możliwie najniższym poziomie.

Pożądane byłoby, aby takie cechy można było osiągnąć, minimalizując wymagany moment obrotowy i utrzymując prędkość obrotową silnika na możliwie najwyższym poziomie spadek dostępnej mocy z akumulatora. Najlepiej byłoby, gdyby rowery elektryczne objęte wynalazkiem wykorzystywały układ przekładniowy umożliwiający minimalizację momentu obrotowego, zwłaszcza podczas pokonywania wzniesień i przyspieszania. Pożądane byłoby również, aby rowery elektryczne objęte wynalazkiem miały funkcję automatycznej zmiany biegów, która pozwalałaby utrzymać prędkość silnika blisko maksymalnej mocy wyjściowej, minimalizując jednocześnie moment obrotowy. Z drugiej strony, pożądane byłoby, aby tego typu rowery elektryczne mogły być napędzane albo silnikiem, albo pedałami, w sposób równoległy.

FIG.1 przedstawia schematyczny widok z boku przykładowego roweru ze wspomaganiem elektrycznym według wynalazku.  FIG.1A przedstawia przekrój poprzeczny ramy roweru z FIG.1 wykonany wzdłuż  linii  A-A. FIG.1B przedstawia widok przekroju poprzecznego alternatywnej ramy do mocowania prostokątnego zestawu akumulatorów. FIG.2 przedstawia widok perspektywiczny w rozłożeniu na części przykładowego zespołu silnika elektrycznego roweru z FIG.1. FIG.3 przedstawia widok przekroju bocznego silnika z FIG.2. FIG.4 przedstawia widok przekroju czołowego silnika z FIG.3 wzdłuż linii 4–4. FIG.5 przedstawia widok przekroju czołowego silnika z FIG. 3 wzdłuż linii 5-5. FIG.6 przedstawia widok z boku przekroju zespołu przepustnicy roweru z FIG.1 zgodnie z wynalazkiem. FIG.6A przedstawia widok końcowy zespołu przepustnicy z FIG.6. FIG.7 przedstawia schematyczny rysunek przykładowego układu zmiany biegów według wynalazku. FIG.8 przedstawia schematyczny widok układów elektronicznych zastosowanych w rowerze z FIG.1.

Istotną cechą wynalazku jest to, że obejmuje on zespół silnika/przekładni, który jest integralną częścią suportu roweru i służy do napędzania przednich zębatek bezpośrednio za pomocą sterownika silnika. Dzięki bezpośredniemu napędzaniu przednich zębatek silnik może w pełni wykorzystać szeroki zakres mechanicznych redukcji przełożeń, powszechnie stosowanych w nowoczesnych rowerach. Zastosowanie takich przekładni redukcyjnych pozwala na maksymalizację sprawności silnika elektrycznego i akumulatora.

Silniki elektryczne niniejszego wynalazku są skonfigurowane tak, aby zużywać minimalną ilość prądu. Ponieważ dostępna energia z akumulatora maleje wykładniczo wraz ze wzrostem prądu rozładowania, silniki według wynalazku są w stanie znacząco wydłużyć czas pracy akumulatorów. Przykładowo, dzięki wykorzystaniu szerokiego zakresu mechanicznych przekładni redukcyjnych w nowoczesnym rowerze, wymagany moment obrotowy do napędzania roweru został utrzymany na minimalnym poziomie. Ponieważ moment obrotowy silnika zwiększa się liniowo wraz z prądem silnika, wynalazek ten pozwala na wykorzystanie przekładni mechanicznej w celu utrzymania momentu obrotowego, a co za tym idzie, wymaganego prądu, na możliwie najniższym poziomie.

Taka konfiguracja rowerów będących przedmiotem wynalazku zapewnia znaczące korzyści w porównaniu ze starszymi rowerami elektrycznymi. Na przykład rowery z silnikiem zamontowanym bezpośrednio na tylnym kole mają tylko stały przełożenie. Zatem, aby uzyskać czterokrotny wzrost momentu obrotowego, prąd silnika musi zostać zwiększony czterokrotnie. Silniki niniejszego wynalazku wykorzystują przełożenia 4,5:1 stosowane w nowoczesnych rowerach, co pozwala na czterokrotny wzrost momentu obrotowego kół bez zwiększania natężenia prądu i bez spadku wydajności.

Wygodnie jest, jeśli w rowerach objętych wynalazkiem zastosowano sterownik lub mikroprocesor w celu automatycznej zmiany biegów. W ten sposób optymalizuje się wydajność silnika poprzez ciągłą zmianę biegów na właściwy, co pozwala na zmniejszenie momentu obrotowego niezbędnego do napędzania roweru. Co więcej, wykorzystując przekładnie mechaniczne współczesnego roweru, silnik może pracować blisko swojej maksymalnej mocy. Dzięki temu silnik może pracować w swoim najbardziej wydajnym zakresie, co pozwala na dalsze zmniejszenie strat prądu silnika i akumulatora. Inną ważną cechą rowerów będących przedmiotem wynalazku jest to, że mogą być napędzane zarówno energią elektryczną, jak i siłą ludzkich mięśni, co zwiększa ogólną wydajność roweru. Jedną ze szczególnych cech wynalazku jest to, że silniki obejmują zespół przekładni redukującej, który obraca przednie zębatki z prędkością porównywalną z  prędkością, z jaką rowerzysta obracałby przednie zębatki. Taka konfiguracja umożliwia łatwą zmianę między sterowaniem rowerem za pomocą energii elektrycznej i siły ludzkiej. Dla wygody silniki niniejszego wynalazku mogą być wyposażone w mechanizm sprzęgłowy, który pozwala użytkownikowi na wykorzystanie siły ludzkiej poprzez pedałowanie z prędkością przekraczającą prędkość wyjściową silnika. Natomiast gdy rowerzysta przestanie pedałować, silnik zostanie włączony i będzie napędzał przednie zębatki.

Dzięki zastosowaniu silników elektrycznych według wynalazku do bezpośredniego obracania przednich zębatek, rowery według wynalazku mogą używać konwencjonalnych przerzutek lub mechanizmów zmiany biegów. Dzieje się tak, ponieważ obracające się przednie zębatki napędzają łańcuch tak jak w konwencjonalnym rowerze. W praktyce sterowniki lub mikroprocesory rowerów mogą być połączone z siłownikiem, który zmienia biegi, optymalizując osiągi roweru.

Rowery objęte wynalazkiem mogą opcjonalnie obejmować inteligentny sterownik monitorujący prąd silnika i ograniczający moc wyjściową silnika, aby zapewnić różne poziomy wydajności i przyspieszenia w reakcji na sygnały wysyłane przez rowerzystę. Rowery mogą być również wyposażone w sterownik silnika, który umożliwia uzyskanie dużego momentu obrotowego przy przyspieszaniu, np. około 10 razy większego od normalnego momentu obrotowego podczas jazdy. Nadmierne wytwarzanie ciepła w silniku można ograniczyć za pomocą inteligentnego sterownika, który stopniowo zmniejsza natężenie prądu w krótkim, zaprogramowanym czasie. W silniku można również zamontować czujnik termiczny, dzięki czemu inteligentny sterownik będzie mógł monitorować temperaturę silnika i regulować maksymalny prąd, zapobiegając przegrzaniu silnika.

Rowery będące przedmiotem wynalazku mogą również wykorzystywać czujnik momentu obrotowego, dzięki czemu moment obrotowy silnika może stanowić wielokrotność momentu obrotowego rowerzysty, zgodnie z wymogami wielu krajowych przepisów regulujących kwestię rowerów elektrycznych. Co więcej, układ sterowania silnikiem można zaprogramować tak, aby silnik nie zaczynał się obracać, dopóki rowerzysta nie zacznie kręcić pedałami z określoną prędkością. W ten sposób można zwiększyć wydajność akumulatora, ponieważ do początkowego rozpędzenia roweru potrzebna jest siła człowieka.

Odnosząc się teraz do FIG. 1, zostanie opisany przykładowy wariant roweru ze wspomaganiem elektrycznym 10. Rower 10 składa się z ramy 12, do której przymocowane są przednie koło 14 i tylne koło 16. Do ramy 12 przymocowany jest również zespół kierownicy 18 i regulowane siedzisko 20. Jak pokazano, rower 10 jest rowerem górskim i zawiera przednie zawieszenie 22 i tylne zawieszenie 24, co jest powszechnie znane w tej dziedzinie. Należy jednak zauważyć, że funkcje wspomagania elektrycznego wynalazku można stosować zasadniczo w przypadku każdego rodzaju roweru i nie ograniczają się one wyłącznie do rowerów górskich.

Rower 10 zawiera także wahacz 26, który jest obrotowo połączony z ramą 12. Zastosowanie wahacza 26 jest korzystne, ponieważ umożliwia efektywniejsze wykorzystanie zawieszenia 24. Na dole wahacza 26 znajduje się zespół silnika elektrycznego 28. Zespół silnika 28 obejmuje jedno lub więcej kół zębatych, które definiują przedni zespół zębatki 30. Koło tylne 16 zawiera wiele kół zębatych definiujących drugi zespół zębatek 31. Zgodnie z wiedzą w tej dziedzinie, łańcuch jest połączony z pierwszym zespołem zębatek i drugim zespołem zębatek tak, że gdy pierwszy zespół zębatek jest obracany, tylne koło 16 również będzie się obracać.

Ponadto z zespołem zębatki przedniej 30 i zespołem zębatki tylnej 31 połączone są odpowiednio przednia i tylna przerzutka, służące do przesuwania łańcucha pomiędzy poszczególnymi biegami zespołu zębatki przedniej i zespołu zębatki tylnej, co jest znane w tej dziedzinie techniki. Choć tego nie pokazano, najlepiej jest zamontować także przednie i tylne hamulce, ponieważ są one znane w tej dziedzinie i pozwalają na spowolnienie lub zatrzymanie roweru. Opcjonalnie, na kierownicy 18 mogą być zamontowane siłowniki do uruchamiania przerzutek i hamulców.

 Z przednim zespołem zębatek 30 sprzężona jest para ramion korbowych 32, do których przymocowana jest para pedałów 34, co jest znane w tej dziedzinie. W ten sposób rowerzysta może obrócić pedały 34, aby obrócić przednią zębatkę 30. Powoduje to przesunięcie łańcucha i obrót tylnego koła zębatego 31, a tym samym obrót tylnego koła 16. Rower 10 może zostać przełączony w tryb ręczny, w którym koło 16 obraca się wyłącznie poprzez naciskanie pedałów 34. Alternatywnie rower 10 można ustawić w trybie automatycznym, w którym zespół silnika 28 będzie służył do obracania tylnego koła 16. Na koniec rower 10 może być skonfigurowany tak, aby rowerzysta mógł wybrać, czy rower ma być obsługiwany przez zespół silnika 28, czy też użytkownik może wybrać ręczną obsługę roweru, po prostu obracając pedały 34 szybciej, niż zespół silnika jest w stanie obrócić przedni zespół zębatki 30.

Rama 12 jest najlepiej skonstruowana tak, aby miała otwór na dole 40, do którego wkładany jest akumulator 36 i elementy elektroniczne 38. Jednakże rama 12 może mieć inne otwory umożliwiające dostęp do akumulatora, w tym górny koniec i boki. Przewody 47 biegną od akumulatora 36 do zespołu silnika 28, umożliwiając doprowadzenie prądu elektrycznego do zespołu silnika 28. W skład podzespołów elektronicznych 38 wchodzi również ładowarka akumulatora 38b wyposażona we wtyczkę 110 V 41, która jest przytrzymywana przez mechanizm zwijający przewód zasilający 45. W ten sposób wtyczka 41 jest chowana, co pozwala na wygodne podłączenie jej do konwencjonalnego gniazdka elektrycznego w celu naładowania akumulatora 36.

Rower 10 jest wyposażony w panel wyświetlacza, który jest zamontowany na kierownicy 18. Panel wyświetlacza zawiera różne wyświetlacze i przełączniki, które są połączone z elektroniką 38 za pomocą przewodu sterującego 49 w celu ułatwienia obsługi roweru 10, jako pisano bardziej szczegółowo poniżej. Zespół silnika elektrycznego 28, choć ukryty, jest umieszczony w dolnym wsporniku wahacza 26. W ten sposób ciężar zespołu silnika został umieszczony możliwie najniżej na rowerze 10, obniżając jego środek ciężkości. Co więcej, dzięki prostej konstrukcji zespół silnika można umieścić w suporcie, co dodatkowo poprawia wygląd roweru.

Zespół silnika 28 zawiera szereg komponentów współosiowych z głównym wrzecionem 42. Ponadto główna oś 42 jest również współosiowa z suportem ramy roweru. Główne wrzeciono 42 przechodzi przez cały zespół silnika i jest podtrzymywane odpowiednio przez lewe i prawe łożyska wrzeciona 44 i 46, FIG.3.  Zewnętrzna średnica lewego łożyska wrzeciona 44 jest zamontowana w obudowie głównej 48. Główna obudowa 48 służy do umieszczenia większości podzespołów zespołu silnika i jest wygodnie dopasowana do suportu roweru, jak opisano wcześniej. Prawe łożysko wrzeciona 46 zamontowane jest w sterowniku wyjściowym 50. Z głównym wrzecionem 42 połączone jest lewe ramię korbowe 52 i prawe ramię korbowe 54. Ramiona korbowe 52 i 54 połączone są z wrzecionem 42 za pomocą stożkowego, pewnego sprzężenia i przy użyciu śrub 56, które wkręca się w gwintowane szczeliny 58 w głównym wrzecionie 42.

Zespół silnika 28, FIG.3 obejmuje także zespół wirnika silnika 60, który jest zamontowany na zewnętrznej średnicy łożysk kulkowych wirnika 62. Magnes silnika 64 jest przymocowany do zespołu wirnika silnika 60. Wewnętrzna średnica łożysk kulkowych wirnika 62 jest zamontowana na wrzecionie 42. Zespół wirnika silnika 60 może się swobodnie obracać niezależnie od wrzeciona 42 oraz ramion korbowych 52 i 54, które są zamontowane na wrzecionie 42. Stojan silnika 66 jest przymocowany do głównej obudowy 48. Przez obudowę główną 48 wychodzi kilka przewodów sterujących silnikiem 68. Płytka drukowana 70 wyposażona w urządzenia wykrywające położenie jest zamontowana po lewej stronie obudowy głównej 48. Pierwsze koło słoneczne planetarne 72 zamontowane jest bezpośrednio po prawej stronie zespołu wirnika silnika 60. Zewnętrzna średnica pierwszego koła zębatego planetarnego 72 jest zazębiona z trzema pierwszymi kołami zębatymi planetarnymi 74. Trzy pierwsze koła planetarne 74 zamontowane są na łożyskach kulkowych 76. Średnica wewnętrzna łożysk kulkowych 76 zamocowana jest na wałach 78. Końce wału 78 zamocowane są do kołnierza drugiego koła słonecznego 80. Zewnętrzna średnica drugiego koła słonecznego 80 jest zazębiona z trzema drugimi kołami planetarnymi 82. Drugie koło słoneczne 80 podparte jest na wrzecionie 42 za pomocą łożysk84. Średnice zewnętrzne pierwszych kół planetarnych 74 i drugich kół planetarnych 82 są zazębione z kołem pierścieniowym 86. Koło zębate 86 jest wykonane bezpośrednio w obudowie głównej 48. Średnice wewnętrzne drugich kół planetarnych 82 zamocowane są na łożyskach kulkowych 88. Średnica wewnętrzna łożysk kulkowych 88 zamocowana jest na wałach 90. Wały 90 są przymocowane do pierścienia wyjściowego silnika 92. Pierścień napędowy silnika wyjściowego 92 jest podtrzymywany przez wewnętrzną średnicę łożyska 94, jak pokazano na FIG. 4. Zewnętrzna średnica łożyska 94 jest zamocowana do końcowej pokrywy obudowy 96.

Sterownik wyjściowy 50 podparty jest łożyskami 98. Zewnętrzna średnica łożysk 98 jest zamontowana w pokrywie końcowej obudowy 96. Na prawym końcu sterownika wyjściowego 50 zamontowany jest pierścień sterujący korbą 100. W prawym ramieniu korby 54 zamontowane są zapadki korbowe 102, jak pokazano również na FIG. 5. Zapadki  102 służą do zazębiania się z pierścieniem napędowym korby 100.

Na lewym zewnętrznym obwodzie wyjściowego napędu 50 zamontowano kilka zapadek napędowych 104, które służą do zazębiania wyjścia silnika z pierścieniem napędowym 92, jak opisano bardziej szczegółowo poniżej. Prawa zewnętrzna średnica napędu wyjściowego 50 jest przymocowana do wspornika zębatki 106. Podpora zębatki 106 jest przymocowana do przednich zębatek napędowych 108.

Zespół silnika elektrycznego 28 jest o tyle korzystny, że pozwala na eksploatację roweru 10 w trzech trybach. Pierwszy tryb polega na napędzaniu wyłącznie pedałami. Drugi tryb wykorzystuje wyłącznie moc silnika, a trzeci tryb to zmienna kombinacja mocy pedału i mocy silnika. W przypadku napędu wyłącznie pedałowego, pedałowanie korb 52 i 54 przez rowerzystę powoduje obrót przednich zębatek 108 bez obracania zespołu wirnika silnika 60. W ten sposób eliminuje się znaczne straty spowodowane tarciem podczas jazdy na rowerze. Obrót napędu wyjściowego 50 nie powoduje obrotu pierścienia napędu wyjściowego silnika 92, ponieważ zapadki napędu 104 nie zazębiają się z pierścieniem napędu wyjściowego silnika 92 w tym kierunku. Ponieważ napęd wyjściowy 50 nie jest zazębiony z pierścieniem napędowym silnika 92, nie występuje opór na korbach 52 i 54 spowodowany tarciem silnika, a pedały roweru obracają się swobodnie, jak w normalnym rowerze bez silnika

W przypadku zasilania wyłącznie silnikiem, silnik napędza zębatki 108, ale nie korby 52 i 54, które w przeciwnym razie mogłyby spowodować obrażenia rowerzysty. Prędkość obrotowa kół zębatych 108 jest zmniejszona w stosunku do prędkości zespołu wirnika silnika 60  o  łączny stosunek obu zestawów przekładni planetarnych.  Gdy wykorzystywana jest wyłącznie moc silnika, pole magnetyczne w stojanie silnika 66 powoduje obrót zespołu wirnika silnika 60. Pierwsze koło słoneczne 72 obraca się wraz z zespołem wirnika silnika 16. Obrót pierwszego koła słonecznego 72 powoduje obrót pierwszych kół planetarnych 74. Ze względu na stałą konstrukcję pierścienia zębatego 86  i wzajemny związek kół planetarnych, prędkość drugiego koła słonecznego 80 jest zmniejszona o przełożenie konstrukcyjne. Optymalny stosunek wynosi około 5,6 do 1. Należy jednak pamiętać, że możliwe jest również zastosowanie innych proporcji. Obrót drugiego koła słonecznego 80 powoduje obrót trzech drugich kół planetarnych 82 w kole pierścieniowym 86. Drugi obrót powoduje kolejną redukcję. Najlepiej, żeby ta redukcja wynosiła 5,6 do 1. Można jednak zastosować również inne obniżki. Ze względu na mnogość przekładni, całkowita redukcja prędkości pierścienia napędowego silnika wyjściowego 92 wynosi 31,86 do 1.  Innymi słowy, prędkość pierścienia wyjściowego silnika 92 jest zmniejszona do 31,86-krotności prędkości zespołu wirnika silnika 60.’

Obrót pierścienia 92 napędu wyjściowego silnika powoduje zazębienie się zapadek napędu  wyjściowego silnika 104 i obrót napędu wyjściowego 50.  Podobnie jak w przypadku napędu  wyłącznie pedałowego, obrót napędu wyjściowego 50 powoduje obrót zębatek 108. Obrót napędu wyjściowego 50 nie powoduje obrotu ramion korbowych 52 i 54 ani wrzeciona 42,ponieważ zapadki korby 102 nie zazębiają się z pierścieniem napędu korby 100 w tym kierunku.

 W trybie ze zmienną kombinacją mocy pedałów i silnika moc jest dostarczana albo przez silnik, albo przez rowerzystę.  Jeżeli prędkość silnika jest wyższa niż prędkość pedałowania, silnik spowoduje szybszą jazdę rowerem. Jednakże, jeżeli rowerzysta zwiększy prędkość pedałowania powyżej prędkości silnika, rower ruszy. W związku z tym załączenie sterownika wyjściowego 50 zależy od względnej prędkości silnika i pedałów. Którakolwiek z nich obraca się szybciej, będzie napędzać zębatki 108.

Przyspieszenie zespołu silnika elektrycznego 28 jest najlepiej osiągane przy użyciu zespołu przepustnicy 110, jak pokazano na FIG.6. Zespół przepustnicy 110 jest korzystnie połączony z zespołem kierownicy 18. Zespół przepustnicy 110 składa się z gumowego uchwytu 112, który jest umieszczony wokół tulei przepustnicy 114. Z tuleją przepustnicy 114 sprzężona jest przekładnia planetarna 116, która obraca się wokół koła słonecznego 118.  Zespół przepustnicy 110 obejmuje również potencjometr 120, który obraca się podczas obrotu uchwytu 112. Następnie potencjometr wysyła sygnał przewodami 122, które są połączone z układem elektronicznym 38 (patrz rys. 1), dzięki czemu prąd elektryczny może zostać dostarczony do zespołu silnika 28.   Odnosząc się do FIG.7, zostanie opisany przykładowy wariant układu zmiany biegów 130. Układ zmiany biegów 130 obejmuje liniowy silnik krokowy 132, który porusza linką przerzutki 134. Przykładowym silnikiem krokowym, który można zastosować, jest silnik krokowy Haydon Switch and Instrument, nr części: 46441-12. Kabel 134 jest połączony z mechanizmem zmiany przełożeń przerzutki 136 lub wewnętrznym mechanizmem zmiany przełożeń w piaście, co jest znane w tej dziedzinie. W celu wygodnego dostosowania naciągu kabla 134 można zastosować regulator 138. Silnik krokowy 132 jest elektrycznie sprzężony ze sterownikiem 140 lub mikroprocesorem. Zakres ruchu silnika krokowego 132 zależy od konkretnego typu mechanizmu zmiany biegów i jest zaprogramowany w sterowniku 140. Napęd silnika krokowego 132 jest konwencjonalnym napędem silnika krokowego, znanym w tej dziedzinie. Zamiast stosowania silnika krokowego lub silnika prądu stałego do przesuwania kabla 134, można zastosować inne rozwiązania, w tym silnik obrotowy z przekładnią redukcyjną. Silnik krokowy 132 zawiera także wyłącznik krańcowy 142, który służy do określenia pozycji wyjściowej po włączeniu zasilania silnika krokowego 132.  

Odnosząc się teraz do FIG.8, zostanie opisana instalacja elektryczna roweru 10. Układ obejmuje płytę główną 150, płytę interfejsu kierownicy 152 i płytę ładowarki akumulatora 154. Główna płyta sterująca jest  reprezentatywna dla układu 38 z FIG.1. Napięcie systemu wynosi preferencyjnie 24 V DC, ale opcjonalnie może wynosić 36 lub 48 V DC. Główna płyta sterująca 150 jest sprzężona z silnikiem 156, który jest reprezentatywny dla zespołu silników28 z rys. 1. Główna płyta sterująca 150 jest również połączona ze sterownikiem przepustnicy 158, który jest reprezentatywny dla zespołu przepustnicy 110 z FIG. 6. Światła drogowe 160 i światła mijania 162 są również połączone z główną płytką sterującą 150, dzięki czemu rower może zostać wyposażony w światła. Podobnie, światło tylne 164 jest także połączone z główną płytą sterującą 150. Silnik krokowy zmiany biegów tylnych 166 jest sprzężony z główną płytką sterującą 150 i jest reprezentatywny dla silnika krokowego 132 z FIG.7.Opcjonalnie przedni silnik krokowy zmiany biegów 168 może być również sprzężony z główną  płytą sterującą 150 w celu sterowania zmianą łańcucha na przednich kołach zębatych.

 Suplement.

 Silniki HUB-drive z napędem w piaście integrują się bezpośrednio z piastą koła roweru elektrycznego. Silniki te działają niezależnie od łańcucha i przerzutek roweru. Umiejscowienie silnika w piaście umożliwia bezpośredni napęd koła. Taka konstrukcja upraszcza cały mechanizm, zmniejszając liczbę ruchomych części. Silniki z piastą zazwyczaj wykorzystują napęd bezpośredni lub układ przekładniowy do przekształcania energii elektrycznej w ruch mechaniczny. Silniki z napędem w piaście zapewniają prostotę i łatwość obsługi. Integracja z piastą koła eliminuje potrzebę skomplikowanych modyfikacji układu napędowego. Jeźdźcy mogą cieszyć się prostą jazdą, nie martwiąc się o skomplikowane systemy przerzutek. Niezależne działanie od przerzutek roweru zapewnia bezproblemową funkcjonalność nawet w przypadku zerwania łańcucha.

Silniki napędu piasty wymagają minimalnej konserwacji. Zamknięta konstrukcja chroni silnik przed czynnikami zewnętrznymi, zmniejszając zużycie. Ta trwałość sprawia, że ​​silniki w piaście są atrakcyjnym wyborem dla rowerzystów poszukujących bezproblemowej jazdy na rowerze elektrycznym. Regularne czynności konserwacyjne, takie jak smarowanie łańcucha i regulacja przerzutek, stają się rzadsze.

Silniki z napędem w piaście są tańsze w porównaniu do silników z napędem środkowym. Prostsza konstrukcja i mniejsza liczba komponentów przyczyniają się do niższych kosztów produkcji. Ta opłacalność sprawia, że ​​silniki w piaście są idealne dla rowerzystów dbających o budżet. Dodatkowo zmniejszone potrzeby konserwacyjne przekładają się na długoterminowe oszczędności.

Natomiast silniki napędu piasty mogą powodować problemy z rozkładem ciężaru. Umieszczenie silnika w piaście koła zwiększa masę nieresorowaną, wpływając na prowadzenie roweru. Silniki z piastą przednią mogą prowadzić do powstania rowerów z ciężkim przodem, podczas gdy silniki z piastą tylną mogą powodować, że tył będzie cięższy. Ta nierównowaga może mieć wpływ na ogólne wrażenia z jazdy, zwłaszcza podczas ostrych zakrętów.

Dodatkowo silniki napędu piasty mają problemy z wydajnością na stromych wzniesieniach. W mechanizmie napędu bezpośredniego brakuje zwielokrotnienia momentu obrotowego zapewnianego przez przerzutki roweru. To ograniczenie staje się oczywiste podczas pokonywania wzniesień, gdzie silnik może odczuwać słabą moc. Jeźdźcy mogą potrzebować większego wysiłku lub polegać na wspomaganiu pedałowania, aby pokonywać strome tereny. Silniki napędu piasty wykazują mniejszą wydajność.

Z kolei Silniki MID-drive z napędem centralnym umieszczają się w suporcie roweru. To centralne położenie pozwala silnikowi bezpośrednio napędzać ramiona korby. Moc z silnika przenoszona jest przez łańcuch roweru, podobnie jak pedałowanie rowerzysty. Taka konstrukcja umożliwia silnikowi wykorzystanie istniejącego układu przerzutek roweru w celu uzyskania optymalnej wydajności. Silniki o średnim napędzie, takie jak Bafang serii M, oferują różną moc znamionową i moment obrotowy, obsługując różne typy rowerów elektrycznych, takich jak e-MTB i rowery miejskie.

Silniki z napędem środkowym płynnie integrują się z układami przekładni roweru. Ta integracja umożliwia silnikowi wykorzystanie przerzutek roweru do zwielokrotnienia momentu obrotowego. Zmiana biegów może pomóc w utrzymaniu efektywnej kadencji podczas wspinaczki po stromych wzgórzach lub jazdy po płaskim terenie. Zdolność silnika do współpracy z przerzutkami roweru zwiększa ogólną wydajność i osiągi. Na przykład lekki silnik do roweru elektrycznego *Bosch Performance SX* zapewnia zwrotność i szybkość reakcji, idealne w różnych warunkach jazdy.

Silniki z napędem środkowym zapewniają doskonały rozkład masy. Umieszczenie silnika na środku roweru obniża środek ciężkości. Zrównoważony rozkład masy poprawia prowadzenie i stabilność. Jeźdźcy doświadczają bardziej naturalnej i kontrolowanej jazdy, szczególnie na nierównym terenie. Centralne położenie zmniejsza również masę nieresorowaną, zwiększając zwinność roweru.

Silniki z napędem centralnym wyróżniają się  zwiększona wydajnością w różnych terenach. Zdolność silnika do korzystania z przerzutek roweru zapewnia lepszą dostępność momentu obrotowego przy każdej prędkości. Ta funkcja okazuje się korzystna podczas pokonywania stromych wzgórz lub nierównych szlaków. Silniki o większej mocy, takie jak te w serii Bafang M, zapewniają płynniejszą pracę i lepsze możliwości pokonywania wzniesień. Jeźdźcy mogą cieszyć się wszechstronną jazdą, niezależnie od tego, czy dojeżdżają do pracy w mieście, czy eksplorują ścieżki terenowe.

Silniki z napędem centralnym charakteryzują  również  wydajnym przenoszeniem mocy. Położenie silnika pozwala mu przenosić siłę przez układ napędowy podobnie jak pedałowanie rowerzysty. Metoda ta zapewnia optymalną dystrybucję mocy i ogranicza straty energii. W rezultacie silniki z napędem środkowym zużywają mniej energii z akumulatora na tym samym dystansie w porównaniu do silników z piastą. Efektywne przenoszenie mocy przekłada się na dłuższą żywotność baterii i większy zasięg jazdy.

Niestety nie ma róży bez kolców, silniki z napędem centralnym wymagają większej dbałości o konserwacje w trakcje eksploatacji. Integracja z układem napędowym roweru oznacza, że ​​więcej elementów ulega zużyciu. Regularne prace konserwacyjne obejmują smarowanie łańcucha, regulację przekładni i przeglądy okresowe. Zwiększona złożoność wymaga większej uwagi, aby zapewnić optymalną wydajność. Kierowcy muszą zachować czujność podczas konserwacji układu napędowego, aby uniknąć potencjalnych problemów. Silniki z w/w napędem są zazwyczaj  droższe. Zaawansowana konstrukcja i dodatkowe komponenty przyczyniają się do zwiększenia kosztów produkcji. Wysokiej jakości silniki z napędem średnim, takie jak Bosch Performance SX, często mają wyższą cenę. Początkowa inwestycja może zniechęcić rowerzystów dbających o budżet. Jednak doskonała wydajność i wydajność może uzasadniać wyższy koszt dla wielu entuzjastów.

Jednocześnie silniki tego rodzaju  napędu wymagają bardziej złożonych procedur instalacyjnych. Centralne umiejscowienie wymaga modyfikacji ramy i układu napędowego roweru. Do prawidłowego montażu często potrzebne są specjalistyczne narzędzia i specjalistyczna wiedza. Ta złożoność może sprawić, że instalacje typu „zrób to sam” będą stanowić wyzwanie. Może być wymagana profesjonalna pomoc, co zwiększa całkowity koszt i wysiłek.

Bafang middrive 500W 48V – instrukcja montażu, krok po kroku

https://youtu.be/nEIiJqhQD5M