Elcykel – Regenerering med BLDC-motor och DC/DC-omriktare

1 INLEDNING
En elcykel ser ut och fungerar ungefär som en vanlig cykel med skillnaden att det finns en
elektrisk motor som hjälper cyklisten vid behov. Vikten på de komponenter som tillkommer
beror till stor del på batteriets storlek men är i storleksordning 10kg. Beroende på vilken typ
av motor som används kan ett motstånd tillkomma då cykeln cyklas med motorn avstängd.
För att en elcykel i lagens mening ska räknas som en cykel ska den konstrueras på följande vis
enligt Vägverket:
“Elmotorn kopplas in när trycket på tramporna ökar, t. Ex. för att underlätta
trampningen i uppförsbackar och i stark motvind. Motorn får endast förstärka kraften
från tramporna och får inte ge något krafttillskott vid hastigheter över 25 km/tim.
Motorns nettoeffekt får inte överstiga 250 watt.” (Vägverket 2008)
De flesta elcyklar som finns på marknaden idag är inte förberedda för generatordrift utan
laddas från elnätet. Företaget Sanyo har dock utvecklat en elcykel som kan återladdas under
färd. Enligt beräkningar kan återladdningen på deras cykel öka cykelsträckan med elhjälp 1,8
gånger jämfört med tidigare elcyklar utan generatordrift (Abrahamson 2008).
Den största fördelen med att kunna återuppladda batteriet under färd är kanske att
återuppladdningen kan göra elcykeln till ett mer attraktivt färdmedel i form av utökad
räckvidd. Alternativt kan elcykeln göras smidigare med ett mindre batteri. En annan fördel är
en liten energibesparing i form av minskad uppladdning från elnätet.
Den typ av motor som är vanligast bland dagens elcyklar är en navmotor av typen BLDC,
monterad antingen på cykelns framhjul eller bakhjul. BLDC-motor står för brushless direct
current motor som på svenska kan översättas till borstlös likströmsmotor. Detta ger dock en
dålig beskrivning av motorn då den inte drivs med likström. Före motorn sitter en styrkrets
som matas med likström och alstrar en eller flera växelspänningar till motorn. Eftersom
uttrycket används flitigt i både böcker och artiklar används det även i den här rapporten. Det
man menar med BLDC är en synkronmotor med permanentmagnetiserad rotor (Yedamale
2003).
Det här kandidatarbetet är delvis en fortsättning på det tidigare kandidatarbetet ”Elcyklar och
dess möjlighet till uppladdning under drift” som gjordes på Chalmers 2008. Det arbetet var
till stor del en litteraturstudie, en marknadsundersökning gällande elcyklar genomfördes och
en elcykel köptes in. Till elcykeln konstruerades en enklare återladdningskrets som aldrig
hann testas (Ivarsson m.fl. 2008). Det här arbetet som till största delen är
konstruktionsinriktat, kommer därför främst att fokusera på att utveckla en fungerande
återladdningskrets till den befintliga elcykeln. Återladdningskretsens uppgift är att ta tillvara
på rörelseenergi och ladda elcykelns batteri under färd, se Figur 1.1.
1