Les vélos électriques fournissent une assistance électrique grâce à un moteur électrique intégré qui complète le pédalage du cycliste. Il existe plusieurs types de moteurs utilisés dans les vélos électriques, chacun présentant ses propres avantages. Comprendre les différents types de moteurs de vélo électrique et leurs caractéristiques permet aux cyclistes de sélectionner la meilleure option de moteur en fonction de leurs besoins et préférences spécifiques. Dans ce guide détaillé, nous présenterons un examen approfondi des différents types de moteurs utilisés dans les vélos électriques, notamment les moteurs à moyeu, les moteurs à entraînement central, les moteurs à entraînement par manivelle, les moteurs à balais ou sans balais et les moteurs à entraînement par friction.
Table des matières
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Comment fonctionnent les moteurs de vélos électriques?
Le moteur électrique est l'élément déterminant des vélos électriques qui fournit un coup de pouce supplémentaire lors du pédalage grâce à l'assistance électrique. Mais comment exactement les différents types de moteurs utilisés dans les vélos électriques génèrent cette assistance électrique.? Voici un aperçu de la fonctionnalité du moteur du vélo électrique et de son interaction avec d'autres composants du vélo électrique :
Interaction avec les composants du vélo électrique
Sur un vélo électrique, le moteur électrique fonctionne en conjonction avec la batterie, les pédales/pédaliers, la transmission et le système de commande, alimentés par une batterie lithium-ion rechargeable. Pendant que le pilote pédale, des capteurs détectent le rythme et la force du pédalier et du pédalier, envoyant ces données au système de contrôle, ou contrôleur, qui à son tour active et module l'assistance électrique du moteur. Le moteur électrique du vélo fournit ensuite une puissance mécanique qui complète la puissance de pédalage humaine, transmettant la puissance via la transmission pour propulser le vélo électrique vers l'avant.
Rôle des capteurs
Les différents types de moteurs utilisés dans les vélos électriques s'appuient sur l'entrée d'un capteur pour gérer la fourniture de puissance. La plupart des vélos électriques équipés d'un moteur électrique sont équipés d'un capteur de couple dans le pédalier ou le pédalier qui peut mesurer la force de pédalage et la cadence humaine en temps réel. Le contrôleur traite ces données ainsi que les entrées des capteurs de vitesse et de cadence des roues, puis active et module l'alimentation électrique de la batterie au moteur de manière fluide et transparente. Cette commande basée sur des capteurs permet à différents types de moteurs de vélos électriques de fournir une assistance électrique proportionnelle en harmonie avec l'effort du cycliste, améliorant ainsi l'expérience de conduite en toute sécurité et efficacement.
Modes de fonctionnement
Les vélos électriques
- Paddle Assist : Le moteur électrique ne fournit de la puissance que lorsque le cycliste pédale activement.
- Assistance à l'accélérateur : Elle permet d'engager le moteur pour propulser le vélo électrique sans aucune action sur la pédale.
- Assistance au pédalage : fournit une puissance proportionnelle à la cadence et à la force du cycliste, amplifiant ainsi l'intervention humaine.
Différents types de moteur de vélo électrique peuvent offrir tout ou partie de ces modes, qui peuvent être contrôlés en modifiant les paramètres sur l'unité d'affichage montée sur le guidon.
Puissance et efficacité
Le contrôleur orchestre le flux précis d'énergie électrique de la batterie vers un type désigné de moteur de vélo électrique, généralement mesuré en watts. Alors que la plupart des moteurs de vélos électriques maintiennent une puissance nominale continue comprise entre 250 et 750 watts, leurs puissances maximales peuvent dépasser 1 000 watts. Différents types de vélos électriques
Aperçu et comparaison des différents types de moteurs de vélos électriques
Il existe cinq principaux types de moteurs utilisés dans les vélos électriques, chacun ayant ses propres avantages et inconvénients. La sélection du type de moteur optimal dépend de la conception du vélo électrique et du style de conduite souhaité. Voici un aperçu et un comparatif des différents types de moteurs de vélos électriques :
1. Moteurs de moyeu
Les moteurs à moyeu sont le type de moteur de vélo électrique le plus largement utilisé, estimés à représenter 50 à 70 % du marché des moteurs de vélo électrique. Comme leur nom l'indique, les moteurs de moyeu s'intègrent parfaitement aux moyeux de roue avant ou arrière du vélo. Ce type de moteurs de vélo électrique est disponible en versions avec ou sans engrenage, et leur conception simple et autonome élimine le besoin de modifications de la transmission. Apprenons-en maintenant plus sur les moteurs de moyeu avant et arrière !
1) Moteurs de moyeu avant
Avantages :
- Installation plus simple que les moyeux arrière
- Changer facilement un pneu crevé
- N'affecte pas l'engrenage et la transmission
Inconvénients :
- Ajouter davantage de poids non suspendu à la roue avant
- Modifier la répartition du poids et le centre de gravité du vélo
- Affecte la direction et la maniabilité à des vitesses plus élevées
- Nécessite une conception de fourche avant robuste
Dans l'ensemble, la plupart des experts en vélos électriques déconseillent les moteurs à moyeu avant, sauf dans des cas de niche, car leurs inconvénients en matière de direction et de stabilité l'emportent sur l'avantage d'une installation plus facile : cela peut entraîner des risques tels qu'une maniabilité instable, un roulis des roues et une puissance de freinage avant réduite.
2) Moteurs de moyeu arrière
Avantages :
- Maintenir une répartition normale du poids et un centre de gravité du vélo
- N'affecte pas la direction ou la suspension avant
- Préserver une maniabilité et une stabilité prévisibles
Inconvénients :
- Dépose compliquée de la roue arrière pour réparer une crevaison
- Affecte la transmission, en particulier avec les motoréducteurs à moyeu
- Augmente le poids non suspendu, ce qui peut compliquer le réglage des amortisseurs à ressort
Conclusions
La plupart des vélos électriques équipés de moteurs de moyeu optent pour une configuration de moteur de moyeu arrière pour conserver la maniabilité familière du vélo. Cependant, le poids arrière non suspendu augmenté nécessite des paramètres de suspension ajustés pour une tenue de route optimale sur le terrain. Essentiellement, les moyeux arrière capitalisent sur les avantages du moteur de moyeu tout en minimisant leurs inconvénients.
Applications idéales
La conception autonome basée sur les roues et le fonctionnement silencieux rendent les moteurs à moyeu idéaux pour de nombreux vélos électriques d'entrée de gamme, en particulier les vélos électriques simples et abordables conçus pour les terrains plats, ou les vélos électriques récréatifs urbains et de banlieue où les hauteurs sont élevées. la vitesse n'est pas requise, comme
2. Moteurs à entraînement central
Les moteurs à entraînement central sont devenus de plus en plus populaires ces dernières années et représentent désormais environ 30 % du marché des moteurs de vélos électriques. Le système d'entraînement central installe le moteur dans la zone du boîtier de pédalier et entraîne directement le pédalier, fournissant une puissance auxiliaire transmise via le train arrière et le système de transmission. Cette position centrale optimise la répartition du poids tout en offrant une puissance et une efficacité exceptionnelles pour maximiser la traction, l'accélération et le contrôle.
Avantages :
- Optimiser la répartition du poids et la stabilité du vélo
- Maintenir une excellente traction même à des vitesses plus élevées
- Préserver les sensations de conduite et la maniabilité naturelles
- Offre une excellente capacité d'escalade
- Utiliser efficacement l'engrenage pour maximiser la plage de puissance
- Nécessite moins d'énergie de la batterie pour une performance donnée
Inconvénients :
- Augmenter la complexité et le coût du système
- Nécessite un
engine fonctionnement avancé de l'entraînement à manivelle - Réduire la garde au sol autour du pédalier
- Ajouter du poids à l'emplacement central du cadre
- Installation et maintenance plus difficiles
Conclusion
Les moteurs à entraînement central exploitent véritablement les avantages d'une transmission de vélo électrique grâce à leur emplacement central et à leur intégration avec la mécanique du vélo. Il est reconnu et apprécié pour offrir aux pilotes une transmission de puissance naturelle et une expérience de conduite.
Applications idéales
Les moteurs à entraînement central permettent de fabriquer des vélos électriques hautes performances adaptés à la conduite sportive, aux collines et à la compétition ; la localisation centrale du poids profite grandement aux vélos de montagne électriques tout-terrain. Ce vélo électrique
3. Moteurs d'entraînement à manivelle
Les moteurs à entraînement par manivelle représentent une sous-catégorie de niche actuellement estimée à seulement 5 à 10 % du marché des moteurs de vélos électriques. Ce type de moteurs électriques intègrent le moteur et le réducteur en interne dans l'axe du pédalier du pédalier. Cela permet de concentrer le poids sur le noyau central du vélo tout en offrant une protection contre les intempéries aux composants internes du moteur. Cependant, les entraînements à manivelle ont des capacités de couple limitées par rapport aux systèmes à entraînement central.
Comment fonctionnent les moteurs à manivelle?
Les moteurs de vélos électriques entraînés par manivelle intègrent intelligemment le moteur et le mécanisme de réduction à l'intérieur du vilebrequin surdimensionné. Ce placement non conventionnel est obtenu à l'aide d'un boîtier de broche spécialement conçu. Dans la coque du boîtier de pédalier, le stator et le rotor tournent de manière concentrique, formant essentiellement le boîtier intérieur du cadre. Dans le même temps, l'entraînement à manivelle entraîne la chaîne grâce à la rotation du vilebrequin lui-même et entraîne le train grâce à un démultiplicateur intégré. Ce type de moteur nécessite une conception de broche complexe et robuste pour gérer les forces internes tout en conservant les performances de pédalage.
Avantages :
- Concentrer le poids au centre du vélo
- Améliorer la stabilité et les performances globales de la manipulation
- Protégez les composants internes du moteur des intempéries et des débris
- Ne nécessite aucune modification des composants de la transmission arrière
- Offre un fonctionnement très silencieux
Inconvénients :
- L'intégration limite les capacités de couple et de puissance
- Augmentation significative du poids du pédalier
- Nécessite une broche avancée
engine fonctionnement et conception - Offrent moins de capacités de couple et de flexibilité de configuration par rapport aux disques intermédiaires
- Coût plus élevé en raison de la fabrication de broches personnalisées
Conclusion
Bien que les entraînements à manivelle présentent certains avantages, leur couple limité et leur coût plus élevé les rendent à ce stade mieux adaptés aux modèles spécialisés de vélos électriques. De plus, la technologie des entraînements à manivelle reste moins mature que les systèmes à entraînement central plus éprouvés. Cependant, les progrès continus dans les matériaux et la conception des broches peuvent améliorer la viabilité des entraînements à manivelle au fil du temps lorsqu'ils sont intégrés aux types de moteurs utilisés dans les vélos électriques.
4. Moteurs à balais ou sans balais
Les moteurs de vélos électriques utilisent une technologie de moteur avec ou sans balais. Les moteurs à balais existent depuis des décennies, tandis que les moteurs sans balais sont un développement plus récent.
1) Moteurs électriques à courant continu à balais
Les moteurs électriques à courant continu à balais comportent des aimants fixes dans le stator entourant une armature rotative qui contient des enroulements de fils qui interagissent avec un champ magnétique fixe. Pour maintenir une rotation continue, un collecteur mécanique et des balais inversent la polarité des courants d'enroulement. Cependant, avec le temps, les balais s'usent et nécessitent un remplacement périodique.
Avantages :
- Construction de moteur simple et peu coûteuse
- Vitesse facile à contrôler en faisant varier la tension
- Fournit un couple de démarrage élevé
Inconvénients :
- Les brosses finissent par s'user et doivent être remplacées
- Moins efficace avec plus de perte d'énergie sous forme de chaleur
- Générer du bruit électrique et électromagnétique
- Densité de puissance et capacités de puissance de crête inférieures
- Nécessite un entretien en raison de l'usure des brosses
Conclusion
Les moteurs à balais représentaient la première approche conventionnelle utilisée dans les outils électriques, les appareils électroménagers et de nombreux vélos électriques. Cependant, leurs inconvénients ont conduit à une utilisation accrue des moteurs électriques sans balais (BLDC/EC).
2) Moteurs électriques à courant continu sans balais
BLDC, ou moteur sans balais, possède des aimants permanents fixés dans le rotor qui tournent autour d'un induit fixe. Pour maintenir la rotation, une électronique de commande complexe séquence la puissance dans les enroulements. Contrairement aux moteurs à balais, il fonctionne sans balais, car les enroulements du stator sont commutés électroniquement.
Avantages :
- Élimine l'usure des brosses pour réduire l'entretien
- Plus léger et plus compact
- Capacités de puissance de crête plus élevées
- Performances thermiques et durée de vie améliorées
- Efficacité du système plus élevée avec moins de perte d'énergie
- Génère un minimum de bruit et d'interférences électromagnétiques
Inconvénients :
- Nécessite des contrôleurs de vitesse électroniques complexes
- Produire moins de couple à basse vitesse
- Coût plus élevé qu'un moteur à balais équivalent
- Sensible à la saleté, à la poussière et à l'humidité
- Dépannage et réparations complexes
Conclusion
La popularité des moteurs EC/sans balais continue d'augmenter en raison d'améliorations substantielles en termes de performances, d'efficacité et de fiabilité par rapport aux types à balais. Presque tous les systèmes de vélos électriques haut de gamme utilisent désormais la technologie de moteur sans balais/moteur BLDC. Par exemple, les vélos
3) Moteurs BLDC sans capteur
Les moteurs électriques CC sans balais et sans capteur (BLDC) offrent une variante de la technologie sans balais visant une mise en œuvre plus simple en éliminant les capteurs physiques. Plutôt que d'utiliser des capteurs ou des encodeurs à effet Hall, les
Comment fonctionnent les moteurs électriques à courant continu sans balais et sans capteur?
Les moteurs BLDC sans capteur estiment la position angulaire du rotor en fonction des mesures du courant et de la tension dans les enroulements du moteur. En surveillant la tension contre-EMF, les passages à zéro associés peuvent être utilisés pour déterminer la position pendant le fonctionnement normal. À l'arrêt et à basse vitesse, les méthodes de commande électroniques spécialisées induisent des effets de saillance qui permettent d'estimer la position. Cette approche sans capteur élimine les capteurs ou encodeurs Hall séparés pour réduire les coûts, la taille et la complexité.
Avantages :
- Éliminez les capteurs physiques séparés et le câblage associé
- Permettre une conception de moteur plus simple, plus robuste et souvent plus petite
- Réduire la taille, la complexité et le coût global du système moteur
- Ne nécessite aucun réétalonnage ou réalignement des capteurs
- Autoriser le fonctionnement dans des conditions difficiles avec de la saleté, de la poussière et de l'humidité
Inconvénients :
- Peut avoir un démarrage moins fluide et un contrôle du couple à basse vitesse
- Ont souvent un rendement inférieur à des vitesses de moteur très faibles
- Nécessite des algorithmes et des composants électroniques d'estimation d'état complexes
- Difficile d'assurer une efficacité optimale sur toute la plage de vitesse
- Tolérer moins de variabilité paramétrique dans la construction du moteur
Conclusion
La technologie sans capteur fonctionne bien pour de nombreuses applications axées sur les coûts ne nécessitant pas le summum en matière de précision et de fluidité.
5. Moteurs à entraînement par friction
Les moteurs à friction représentent une classe de niche qui commence tout juste à émerger pour les vélos électriques et autres véhicules électriques légers. Comme leur nom l’indique, les moteurs à friction utilisent la friction entre une roue caoutchoutée pressée contre le pneu pour propulser le vélo. Cette approche aboutit à une conception extrêmement simplifiée sans affecter la mécanique du vélo.Cependant, les systèmes d'entraînement par friction présentent également des inconvénients notables en termes de performances.
Comment fonctionnent les moteurs à entraînement par friction?
Les moteurs d'entraînement par friction se fixent à l'extérieur du cadre du vélo sur la roue arrière. Un petit moteur électrique à engrenages fait tourner une roue caoutchoutée qui appuie contre le pneu arrière. Lorsqu'elle est activée, la roue motrice à friction tourne contre le pneu pour propulser le vélo vers l'avant, comme une main tenant une roue. Le moteur se monte près du moyeu et se connecte à la roue d'entraînement à friction par une courroie ou un train d'engrenages.
Avantages :
- Conception externe extrêmement simple et légère
- Ne nécessite aucune modification de la transmission du vélo ou des moyeux de roue
- Fonctionnement silencieux du moteur depuis un montage externe
- Facile à installer sur des vélos standards si vous le souhaitez
- Préserver la sensation de friction du pédalage lorsque le moteur est éteint
Inconvénients :
- Tendance à glisser ou à perdre de la traction, surtout dans les pentes ou par temps humide
- Limite la capacité et les performances du freinage arrière
- La roue de friction s'use avec le temps et doit être remplacée
- Moins de robustesse et d'étanchéité avec exposition externe
- Capacités globales de consommation et d'efficacité inférieures
Conclusion
Les systèmes d'entraînement par friction ont suscité l'intérêt pour certains modèles de vélos électriques à faible coût, mais leurs performances limitées les rendent inadaptés aux vélos électriques de qualité supérieure. Les progrès de la science des matériaux pourraient accroître la viabilité des moteurs à entraînement par friction lorsqu'ils seront intégrés aux types de moteurs utilisés dans les vélos électriques.
Choisir le meilleur moteur de vélo électrique
Comme il existe une très large gamme de moteurs de vélos électriques, il peut être difficile de sélectionner le type de moteur optimal pour vos besoins et vos préférences. Voici les facteurs clés à prendre en compte ainsi que les recommandations basées sur le style de conduite.
1. Facteurs clés à prendre en compte
- De quelle quantité d'assistance avez-vous besoin – puissance nominale inférieure ou supérieure?
- Quel est votre terrain de conduite typique : plat ou collines?
- Quelles caractéristiques de maniement du vélo sont les plus importantes : stabilité ou agilité?
- Quel poids pouvez-vous tolérer d'ajouter au vélo?
- Avec quel type de transmission démarrez-vous?
- Quel niveau de protection contre les intempéries est requis?
- Quel est votre budget pour le système moteur?
2. Recommandations basées sur le style de conduite
Examinons les recommandations basées sur des applications de conduite courantes :
1) Déplacements domicile-travail et conduite de loisirs
Pour une conduite décontractée en ville ou sur les pistes cyclables, un moteur à moyeu offre simplicité et rentabilité. Un moteur de moyeu arrière à engrenages ou sans engrenage fournit une assistance électrique efficace et confortable sans affecter la maniabilité. Les disques intermédiaires offrent des performances supérieures, mais peuvent s'avérer excessifs s'ils n'utilisent pas les capacités de terrain.
2) Trail athlétique et VTT
Les systèmes à transmission centrale brillent pour la conduite tout-terrain où leurs avantages en matière de traction, d'équilibre et de montée de côte sont essentiels. En outre, le placement central du poids facilite également la maniabilité sur les sentiers. En un mot, les moteurs à entraînement central à couple plus élevé correspondent bien à la plage de vitesses des VTT.
3) Transport de marchandises et charges lourdes
Le transport d'enfants ou de marchandises lourdes bénéficie grandement de la puissance brute et de la traction améliorée des moteurs à entraînement central. Leur efficacité et leur utilisation des vitesses fournissent une aide durable pour transporter du poids supplémentaire en montée. De plus, les transmissions centrales à double moteur peuvent également être espacées pour les vélos cargo à puissance maximale.
4) Vélo de route électrique à grande vitesse
Pour atteindre des vitesses soutenues plus élevées, les transmissions centrales peuvent mieux exploiter l'engrenage des vélos de route que les moteurs à moyeu. Leurs performances dynamiques correspondent également bien à la maniabilité agile souhaitée à des vitesses plus élevées. La traînée et le poids réduits facilitent l'accélération et la croisière.
5) Projets de rénovation économiques
L'ajout d'un simple moteur de moyeu vous permet d'électrifier un vélo standard avec un budget limité comme un cruiser occasionnel. Les systèmes d'entraînement à friction arrière permettent également d'expérimenter à moindre coût la motorisation de vélos existants avec simplicité et réversibilité.
Évaluer vos priorités parmi ces critères de sélection clés permet d'identifier les types de moteurs idéaux utilisés dans les vélos électriques pour vos besoins individuels et votre style de conduite. En plus de cela, tester différents vélos électriques, découvrir les caractéristiques du moteur, combiner l'expérience de l'utilisateur avec les connaissances techniques peut également aider à faire le meilleur choix de moteur. Un autre point est que vous pouvez donner la priorité à certains vélos électriques équipés de moteurs d'entraînement bien connus, tels que le moteur de vélo électrique Bosch, le moteur électrique Bafang (moteur électrique), etc.
Réflexions finales
En conclusion, il existe plusieurs types distincts de moteurs utilisés dans les vélos électriques, chacun présentant des avantages et des inconvénients inhérents. Les grandes catégories comprennent les moteurs à moyeu, les moteurs à entraînement central, les entraînements à manivelle, les moteurs à balais, les moteurs sans balais et les entraînements à friction. Actuellement, les moteurs à entraînement central et à moyeu dominent le marché des vélos électriques. Cependant, l’innovation continue dans tous les types de moteurs entraînera probablement une popularité changeante et une spécialisation divergente à l’avenir. Tenez compte de vos préférences et exigences en matière de style de conduite et choisissez le moteur de vélo électrique adapté à votre vélo afin de rendre vos aventures à cheval amusantes !
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