Skąd silnik w rowerze elektrycznym wie, jak mocno pedałujesz

W sierpniu przyszedł do mojego garażu sąsiad z naszej ulicy na Radziwiu, z tylnym kołem od roweru elektrycznego pod pachą. Silnik w piaście przestał działać po jeździe w ulewie i sąsiad był pewien, że koło nadaje się już tylko na złom. Położyliśmy je na stole pod tablicą korkową i rozebraliśmy. W środku była woda, zielony nalot na stykach złącza i zupełnie zdrowy silnik. Po wysuszeniu i wyczyszczeniu złącza koło wróciło na rower, a sąsiad od tamtej pory przychodzi do mnie ze wszystkim, co ma baterię.

Odkręcamy pokrywę.

Z czego się składa

1. Bateria - pakiet ogniw litowo-jonowych w obudowie na ramie albo w jej środku.
2. Sterownik - mała skrzynka z elektroniką, która decyduje, ile prądu dać silnikowi.
3. Silnik - w piaście koła albo centralnie, w miejscu suportu, przy korbach.
4. Czujnik pedałowania - czujnik kadencji, momentu obrotowego albo oba naraz.
5. Czujnik prędkości - zwykle magnes na kole i czujnik na ramie albo pomiar wewnątrz silnika.
6. Wyświetlacz z przyciskami - wybór poziomu wspomagania, stan baterii, prędkość.

Czujnik kadencji i czujnik momentu

Najprostszy jest czujnik kadencji. Kadencja to tempo, w jakim obracasz korbami. Na osi korby albo obok niej kręci się tarcza z magnesami, a nieruchomy czujnik liczy, ile magnesów przeleci obok w ciągu sekundy. Sterownik wie wtedy tylko, że pedałujesz i jak szybko. Nie wie, czy jedziesz lekko po płaskim, czy męczysz się pod górę. Działa to trochę jak włącznik: kręcisz, to silnik pomaga z ustawioną siłą. Przestajesz, to się wyłącza, czasem z małym opóźnieniem.

Czujnik momentu obrotowego mierzy siłę, z jaką naciskasz na pedały. Najczęściej robi się to przez pomiar odkształcenia. Oś suportu albo inny element napędu pod obciążeniem minimalnie się skręca lub ugina, a czujnik zamienia to na sygnał elektryczny. Im mocniej naciskasz, tym większy sygnał i tym więcej siły dokłada silnik. Jedzie się wtedy naturalnie, jakby ktoś dał ci mocniejsze nogi: pod górę silnik pomaga dużo, na płaskim mało.

Różnicę najlepiej czuć, kiedy ruszasz na skrzyżowaniu. Przy czujniku kadencji silnik czeka, aż korby zrobią kawałek obrotu, i dopiero wtedy się włącza, czasem z lekkim szarpnięciem. Przy czujniku momentu pomoc przychodzi od pierwszego nacisku na pedał, bo mierzona jest siła, a nie ruch.

W wielu rowerach sterownik korzysta z obu sygnałów i jeszcze z prędkości. Ma więc trzy informacje: czy kręcisz, jak mocno i jak szybko jedzie rower. Na tej podstawie co ułamek sekundy ustala, ile prądu podać do silnika.

250 watów i 25 km/h

Prędkość jest potrzebna sterownikowi do czegoś więcej niż do wyświetlacza. Polskie przepisy o ruchu drogowym pozwalają, żeby rower miał pomocniczy napęd elektryczny uruchamiany naciskiem na pedały, zasilany napięciem nie wyższym niż 48 woltów, o znamionowej mocy ciągłej do 250 watów. Moc tego napędu ma się stopniowo zmniejszać i spaść do zera po przekroczeniu 25 km/h. Powyżej jedziesz już tylko na nogach, jak na zwykłym rowerze. Sterownik pilnuje tego, odczytując czujnik prędkości.

Są przeróbki, które ten czujnik oszukują. Powiem wprost: rower bez ograniczenia przestaje być w świetle przepisów rowerem, a jego hamulce, rama i opony nie były projektowane do takiej jazdy. W moim garażu takich rzeczy się nie robi.

Silnik w kole albo przy korbach

Silnik w piaście, przedniej albo tylnej, jest prosty i tani. Napędza koło bezpośrednio i nie obciąża łańcucha. Za to gorzej rozkłada masę roweru, a żeby zmienić dętkę w tylnym kole z silnikiem, trzeba odpiąć przewód.

Silnik centralny siedzi w miejscu suportu i napędza korby, więc pracuje przez łańcuch i przerzutki tak samo jak twoje nogi. Korzysta z przełożeń, dzięki czemu pod górę może kręcić się w wygodnych dla siebie obrotach. Płaci się za to szybszym zużyciem łańcucha i zębatek, bo przenoszą siłę nóg i silnika naraz.

W obu przypadkach to najczęściej silniki bezszczotkowe. Sterownik przełącza prąd w uzwojeniach elektronicznie, na podstawie czujników położenia wirnika albo pomiaru samego silnika. Szczotek do wymiany nie ma, jest za to elektronika, która nie lubi wody i zimna.

Bateria to zwykle kilkadziesiąt ogniw litowo-jonowych połączonych szeregowo i równolegle, z układem, który przy ładowaniu i rozładowaniu pilnuje każdej grupy ogniw. Pojemność podaje się w watogodzinach. Ogniwa z czasem ją tracą, szybciej w upale i wtedy, gdy bateria długo leży naładowana do pełna albo całkiem pusta.

Cięższy rower, mocniejsze hamulce

Rower ze wspomaganiem waży wyraźnie więcej od zwykłego, bo silnik i bateria swoje ważą. Jeździ się nim też szybciej, często blisko tych 25 km/h, także pod górę i z zakupami. Więcej masy i więcej prędkości to więcej energii, którą trzeba wytracić przy hamowaniu. Dlatego takie rowery mają często hamulce tarczowe, zwykle hydrauliczne, mocniejsze opony i sztywniejsze ramy. Klocki i tarcze zużywają się szybciej niż w zwykłym rowerze, więc trzeba je częściej oglądać. Uczniowie, którzy dojeżdżają do szkoły na takich rowerach, przychodzą do mnie najczęściej z piszczącymi hamulcami, a nie z silnikiem.