Устройство электросамоката: как он работает и как считать запас хода

Электросамокат кажется простым: колёса, руль, кнопка. Но внутри у него та же схема, что и у электромобиля, только в миниатюре: батарея, электроника и мотор. Разница в том, что здесь весь вес, включая вас, приходится на пару небольших колёс, а мотор спрятан в одно из них. Ниже — из каких частей состоит электросамокат, что происходит от нажатия на ручку до движения, чем отличаются виды тормозов и шин, как посчитать запас хода без цифр из рекламы и на что смотреть, чтобы самокат прослужил долго.

Из чего состоит электросамокат

Проследим путь энергии: от розетки к колесу.

Часть	Что делает
Аккумулятор	Литий-ионная батарея, набранная из ячеек; обычно в деке или в стойке руля
Система управления батареей (BMS)	Плата в батарее: следит за напряжением ячеек и температурой, отключает при перегрузке
Зарядное устройство	Внешний блок, который превращает сетевое напряжение в нужное для зарядки батареи
Контроллер	Электронный блок: питает мотор, принимает сигнал газа, тормоза и датчиков
Мотор-колесо	Бесколлекторный мотор в ступице колеса: статор на оси, магниты в ободе
Датчики Холла	Три маленьких датчика в моторе: подсказывают контроллеру положение ротора
Ручка (курок) газа и дисплей	Задают скорость и показывают заряд, скорость, режим
Тормоза	Барабанный или дисковый, электронный тормоз мотором, ножной тормоз на заднем крыле
Рама с декой	Стальная или алюминиевая; на деке стоят ногами, внутри часто размещена батарея
Складной механизм	Шарнир и фиксатор: позволяют сложить стойку руля
Колёса и амортизаторы	Пневматические или литые шины; пружины, резина или гидравлика гасят неровности
Свет и звонок	Фара, задний стоп-сигнал, иногда поворотники

Аккумулятор устроен по тем же принципам, что и телефонный: они описаны в статье об устройстве аккумулятора.

Как электросамокат едет

1. Вы включаете самокат. Контроллер проверяет батарею и датчики, дисплей показывает уровень заряда.
2. Отталкиваетесь ногой. У многих самокатов есть защита: мотор включается только после того, как вы набрали малую скорость, чтобы самокат не рванул с места.
3. Нажимаете ручку газа. Она выдаёт сигнал, тем больше, чем сильнее нажата; контроллер понимает, сколько мощности запрошено.
4. Контроллер формирует три фазы. Из постоянного тока батареи он делает переменный трёхфазный, включая и выключая мощные транзисторы тысячи раз в секунду. Последовательность включений он выбирает по сигналам датчиков Холла.
5. Мотор создаёт вращающееся магнитное поле. Обмотки на статоре, закреплённом на оси, притягивают и отталкивают магниты на роторе, и обод колеса вращается.
6. Самокат разгоняется. Колесо толкает самокат вперёд, а скорость определяется напряжением и нагрузкой.
7. Вы отпускаете газ или тормозите. Контроллер снижает мощность, а при электронном торможении переключает мотор в режим генератора: он замедляет колесо и часть энергии возвращает в батарею.

Такой мотор похож на тот, что стоит в электромобиле, поэтому подробности можно посмотреть в статье об устройстве электромобиля.

Как считать запас хода

Запас хода определяет не мощность мотора, а запас энергии в батарее. Его измеряют в ватт-часах. Это напряжение батареи, умноженное на её ёмкость в ампер-часах. Дальше нужен расход: сколько энергии самокат тратит на километр. Разделив запас на расход, получаем приблизительный пробег.

Что	Пример
Напряжение батареи	36 вольт
Ёмкость	10 ампер-часов
Запас энергии	36 × 10 = 360 ватт-часов
Расход на ровной дороге со средней скоростью	около 15 ватт-часов на километр
Расчётный запас хода	360 ÷ 15 = 24 километра

Цифры примерные, но принцип верный. На расход влияют: ваш вес, скорость (на большой скорости сопротивление воздуха растёт быстро), подъёмы, давление в шинах, температура и стиль езды. Поэтому «пробег до 40 километров» в рекламе относится к лёгкому водителю на ровной дороге без ветра. Реальный результат меньше, особенно зимой. К тому же разряжать батарею до самого конца не стоит: последние проценты изнашивают её сильнее, поэтому на практике планируют маршрут с запасом.

Мощность, напряжение и скорость

Мощность мотора в ваттах показывает, как быстро самокат может разогнаться и как уверенно он берёт подъёмы, но не сколько он проедет. Мощность равна напряжению, умноженному на ток: при том же напряжении более мощный мотор потребляет больший ток, а провода, контроллер и батарея греются сильнее. Поэтому у мощных самокатов ставят напряжение повыше, например 48 вольт и больше: при том же токе мощность выше. Мощный мотор при этом расходует энергию быстрее, и запас хода у него не обязательно больше, чем у слабого с такой же батареей.

Ещё одна цифра в характеристиках — защита корпуса, обозначенная буквами IP и двумя цифрами. Первая говорит о защите от пыли, вторая — от воды. Она описывает капли и брызги, а не поездку по лужам и мойку из шланга.

Тормоза и шины

Барабанный тормоз закрыт от грязи и воды, служит долго, но греется при долгом торможении. Дисковый мощнее и легче регулируется, но требует ухода. Электронный работает без деталей трения и заряжает батарею, но не остановит самокат при неисправности электроники. Ножной тормоз — крыло над задним колесом, на которое наступают ногой, запасной способ. Поэтому на хороших самокатах ставят минимум две системы.

Пневматические шины мягкие, с камерой, лучше держат дорогу, но требуют подкачки и могут быть проколоты. Литые не боятся проколов, но жёсткие и передают вибрацию. Про выбор и сравнение моделей рассказано в статье как выбрать электросамокат.

Чем отличается то, что путают

Электросамокат и электровелосипед. У велосипеда есть педали, и мотор помогает вам, реагируя на педалирование или на курок. У самоката ноги стоят на деке, и едет он на моторе. Об устройстве велосипеда — в статье об устройстве велосипеда.

Мотор-колесо и моторы с приводом. Мотор-колесо стоит внутри колеса, без цепей и ремней, поэтому проще и тише. Более мощные самокаты ставят по мотору в каждое колесо.

Самокат и моноколесо. У моноколеса одно колесо и гироскопы, которые помогают держать равновесие: ехать на нём нужно учиться.

Интересные факты

• Почему самокат сам замедляется, когда отпускаешь газ. Включается рекуперация: мотор работает как генератор. Это одновременно и торможение, и подзарядка.
• Почему складной механизм — слабое место. Все нагрузки на руль идут через него, а фиксатор со временем разбалтывается. Люфт в стойке заметно ухудшает управляемость. Проверять его стоит перед поездкой: если руль заметно качается относительно колеса при зафиксированной стойке, самокат нужно показать мастеру.
• Почему заряд «прыгает». Показания заряда основаны на напряжении. Под нагрузкой на подъёме оно проседает, поэтому индикатор показывает меньше, а на ровной дороге снова растёт.
• Почему батарея не любит холода и жары. Зимой падает напряжение, летом на солнце ускоряется старение ячеек. Про зимнее хранение — в статье как хранить электросамокат зимой.

Почему самокат ломается и на что смотреть

• Тормоза стали слабее. Изношены колодки, растянулся трос, требуется регулировка. Тормоза — узел безопасности.
• Люфт в стойке или руле. Ослабло крепление складного механизма, износ шарнира.
• Быстро садится заряд. Батарея потеряла ёмкость, разбалансировались ячейки.
• Мотор дёргается или самокат не едет. Неисправны датчики Холла, ручка газа, контроллер или обрыв проводов.
• Проколы и износ шин. Пневматические шины изнашиваются, литые трескаются.
• Не включается после воды. Влага попала в контроллер или разъёмы.

Батарею заряжают только штатным зарядным устройством и под присмотром, не оставляют на ночь и не заряжают вздутую или горячую. Электрика и тормоза — узлы, связанные с безопасностью, их лучше проверять и чинить у мастера по ремонту электросамокатов.