Inovatívny pohon pre elektrobicykel prichádza zo Slovenska

Vlnou elektrobicyklov, ktorých popularita v súčasnosti rastie, sa nechal uniesť aj tím Slovákov, ktorý vyvíja inovatívny elektropohon. Technické detaily a výhody nám opísal autor pohonu Radoslav Jízdný.

V čom spočíva myšlienka pohonu RH-Bike?

R. J.: Princíp fungovania synchrónnych axiálnych diskových motorov je dávno známy, my vyvíjame niečo medzi axiálnym diskovým a lineárnym elektromotorom. Hlavný znak vynálezu  je konštrukcia rotora, statora, jeho nezávislé upevnenie ako pohonu, ktorým bude možné upgradovať obyčajný bicykel. Stator aj rotor elektromotora sú otvorené vonkajšiemu prostrediu, pričom rotor je osadený magnetmi pri obvode kolesa a je v podstate jeho súčasťou, napr. na ráfiku.

Stator nepôsobí po celej ploche rotora, tvorí iba jeho oblúk a je upevnený na vidlici kolesa. Zdrojová magnetická energia statora uvádza rotor do pohybu práve na obvode kolesa. To je zároveň aj miesto, kde bicykel svoju hybnú energiu odovzdáva (tým je dotykový bod pneumatiky a trate). Vďaka tomu možno dosiahnuť perfektnú efektivitu, netrpí tým výplet kolesa a ani iné prevodové prvky, kde by sa efektívna energia míňala na pružnú deformáciu materiálov. Patentový vzor pre pohon má ešte viac podstatných konštrukčných detailov aj variantov, ktoré predtým ešte nikde neboli uverejnené.

Aká myšlienka vás priviedla k vynálezu pohonu pre elektrobicykel?

R. J.: V 2015 roku som evidoval, že aj na Slovensku sa začína éra elektrobicyklov. Ako malý chlapec som pretekársky bicykloval, jazdil som rôzne disciplíny, hlavná bola cross country, k tomu niekedy zjazd a raz som skúsil aj preteky v cyklotriale. Ako technicky skúsenému jazdcovi mi na súčasných elektrobicykloch prekážalo viac nedostatkov. Preto som nad tým rozmýšľal a začal sa mi tento nápad črtať v mysli, až vyústil do finálnej myšlienky, ktorú som formuloval do priemyselného vzoru v roku 2017.

Čím sa váš pohon líši od súčasne dostupných riešení?

R. J.: Je to najmä v hlavnej myšlienke, ktorú som už spomenul. Zdrojová sila súčasných pohonov sa musí preniesť cez množstvo konštrukčných prvkov, ako sú prevody, reťaz a kolesový výplet, na obvod kolesa. Implementácia umožňuje nízkonákladovú výrobu, pretože obsahuje menej konštrukčných prvkov, ako je napr. osadenie magnetov na koleso, statorové telesá a cievky s elektronikou s batériou. Pre magnetické materiály platí známy zákon, a to Currieho teplotný bod, pri ktorom magnet skokovo a nenávratne stratí magnetické vlastnosti. Toto riziko je v uzavretých motoroch. V riešení nášho pohonu to nehrozí, pretože rotor so statorom je úplne otvorený, a tak sú magnety a všetky výkonové prvky motora efektívne chladené prirodzene prúdiacim vzduchom. Samozrejme, môže podporovať možnosť efektívnej rekuperácie a má množstvo ďalších výhod.

Súčasný najpreferovanejší typ pohonu je stredový pohon. Jeho základný problém vidím v tom, že nie sú vyhliadky na možnosť rekuperácie. Elektromotor musí mať vlastné teleso so separátnym rotorom, jeho prvkami a konštrukciu, ktorá zvyšuje hmotnosť. Hub motory majú všetko integrované priamo okolo osi kolesa, kde je aj sústredená  hmotnosť motora. Tým  zotrvačnosť pri danej hmotnosti klesá. Určite každý skúsený jazdec  potvrdí, že to nie je ideálne. Pre jazdné vlastnosti odstredivá sila kolesa musí dostatočne narastať s rýchlosťou. V riešení nášho pohonu sú magnety/hmotnosť distribuované po obvode kolesa a tým koleso dosahuje lepšiu zotrvačnosť a má z fyzikálneho hľadiska optimálnu odstredivú silu. Na jednoduchšie pochopenie, čím je hmotnosť rotačného telesa rovnomernejšie rozložená v jeho objeme, tým má rotácia lepšiu stabilitu. Tento princíp, teda zákon zachovania momentu hybnosti využíva napr. gyroskop.

Aké technické parametre má motora kedy sa s týmto pohonom stretneme na elektrobicykli?

R. J.: Momentálne sa prototyp motora testuje, ale pri simulácii dosiahol vysoký krútiaci moment, ktorý výrazne konkuruje súčasným riešeniam, čo je pri výkone pod 200 W  60 Nm a potenciál motora je 80 Nm a aj omnoho viac. To všetko závisí od rôznych parametrov: veľkosti plochy, v ktorej stator bude pôsobiť na rotor, požadovanej rýchlosti a priemeru kolesa na cieľové použitie, implementovania elektroniky a konštrukcie statorových cievok. Toto škálovanie má veľký rozsah vzhľadom na to, aká je veľkosť plochy kruhu kolesa. Bicykel by sa mohol objaviť ešte počas zimy v roku 2018. Na prototype bicykla sme sa už vozili a momentálne ho vylaďujeme."

Aký má motor dojazd a energetickú náročnosť?

R. J.: Všetko záleží na tom, akú kombináciu komponentov zvolíme. V zásade z mechaniky platí, že dojazd akéhokoľvek dopravného prostriedku pre daný výkon určuje hlavne hmotnosť, kde máme výhodu, pretože hmotnosť nášho pohonu bude nižšia ako súčasné riešenia. Veľmi záleží na firmvéri a hardvéri, elektronike, ktorá riadi tok prúdu z batérie, ale aj na tom, ako je implementovaná rekuperácia a aký typ zdroja bude použitý. V oblastiach vývoja HW/FW máme už niekoľkoročné skúsenosti a to je takisto výhoda, pretože nemusíme dať vyvíjať elektroniku externe.

Aké sú vaše plány?

R. J.: Ako významný úspech vnímam, že nám náš sponzor STMicroelectronics umožní prezentovať pohon priamo v ich stánku na výstave embedded world 2018 v Norimbergu. Jeden z našich dlhodobých cieľov je vytvoriť unikátny rýdzo slovenský produkt so všetkými službami, ktoré k tomu patria. Takisto máme vyhliadky na implementáciu špičkových výrobných procesov a aj profesionálneho výrobného tímu so skúsenosťami na masovú výrobu. To je sen, ktorý, dúfam, nemá v súčasnosti ďaleko od realizácie."