Sähköpyörän voimalinjan konseptointi : Integroidulla vaihteistolla varustettu sähköpyörän keskiömoottori

Abstract

Keskiömoottorilla varustetuissa sähköpyörissä ongelmana on vaihteiden kestävyys. Lisäksi perinteisen polkupyörävaihteiston toiminnan oletetaan heikentävän käyttäjäkokemusta. Opinnäytetyössä tavoitteena on suunnitella konsepti sähköpyörän keskiömoottorista, joka on varustettu integroidulla vaihteistolla. Voimalinjan koko, paino ja suorituskyky haluttiin pitää markkinoilla olevia kilpailijoita vastaavana. Voimalinjan suunnittelussa on monia haasteita polkupyörän useiden käyttötarkoitusten sekä tiukkojen paino- ja kokorajoitteiden vuoksi. Työssä selvitettiin tämän hetken markkinatilanne, jonka perusteella tehtiin suunnitteluvaatimukset voimalinjalle.

Voimalinjaa suunniteltaessa selvitettiin useita eri rakenteita, joilla voimalinjalle asetetut vaatimukset voitaisiin täyttää. Työssä suunniteltujen rakenteiden pohjalta voimalinjan toiminnasta teetetään useita simulaatioita, joissa voimalinjan toimintaa testataan todellista mitattua dataa vastaan.

Työn lopputuloksen oli tilaajalle tehty salattu voimalinjan konseptisuunnitelma integroidulla vaihteistolla varustetusta keskiömoottorista, salattu moottorin suunnittelu määritelmä, alihankkijjalta tilattu salattu simulaatioraportti, sekä karkea listaus voimalinjan hintaan vaikuttavista pääkomponenteista. Voimalinjan riittävä suorituskyky onnistuttiin varmistamaan simulaatioiden avulla kaikissa käyttökohteissa. Voimalinjan suunnitelmaa voisi edelleen kehittää selvittämällä miten eri materiaaleista valmistetut osat kestävät voimalinjan komponenteissa, selivttämällä voimalinjan melutasoa, huoltovapautta, kierrätettävyyttä, kustannusrakennetta sekä testata prototyyppikappaletta todellisessa ympäristössä.

The problem with an electric bike equipped with a central motor is poor durability of transmission components, and traditional transmission components are often seen as making the user experience less ideal. The objective of this thesis was to create a concept level design of a central motor for electric bikes, equipped with an integrated gear-box. The goal was to achieve weight, size and performance that are competitive with the current solutions in the market. In this thesis, current status and performance level of existing central motors were examined to get a primary design specification for the drivetrain.

During the design of the drivetrain, multiple different concept structures were revised so that the design specifications set for the drivetrain could be reached. On basis of these concept structures, multiple computer simulations were performed.

As a result of this thesis, a covered concept design of the drivetrain equipped with integrated transmission, covered simulation report performed by a subcontractor, covered motor design specification and a rough cost estimate of the main components in the drivetrain were provided to the commissioner of this thesis. Sufficient performance of the drivetrain in every use case was verified through simulation. Concept design of the drivetrain could still be continued by making a study of different materials that could be used in the drivetrain components, studying noise levels of the drivetrain component, the amount of required service, recyclability, cost structure and by making tests on a prototype in a real environment.