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三轮电动滑板

随着电动车及其开发设计难题引发的最新讨论,我也想看看我是否能够运用自己独有的设计理念搭建出属于自己的替代电动交通工具。如果还能证明电动车不一定笨重、复杂、昂贵,而是可以非常简单、趣味性强,并且可以使用基本材料搭建,那就太好了。

物料清单

  • 硬木板材
  • 带链轮的电动滑板车后轮总成
  • 带链轮的 300W 24V 直流电动机
  • 传动链
  • 12V 铅酸电池
  • 铲形压接
  • 瞬时接通按钮
  • 电气胶带
  • 4mm 钢板和钢条
  • 山地滑板转向架
  • 山地滑板轮
  • M6 螺钉、垫圈和锁紧螺母
  • M8 螺钉、垫圈和锁紧螺母
  • 埋头木螺钉
  • 双芯多股电源电缆
  • 单芯多股电源电缆
  • 电缆扎带

设计理念

在这个项目中,我决定使用我在杂物棚找到的废弃零件组装一个电动滑板。首先是拆自一台旧电动滑板车的 300W 直流电动机,该电机通过链条和链轮驱动大型气胎轮。我很喜欢三轮车的设计,因此我决定在单后轮驱动设计中使用完整的滑板车后轮总成。

稳定性在三轮车的设计中至关重要,任何熟悉 Reliant Robin 或 Regal 的人都知道,与标牌名称不符的是,这些车辆因为重心偏向一个枢轴轮的顶部而容易导致不稳。因此,任何三轮车辆的重心都必须偏向主轴,讽刺的是,Reliant 的三轮摩托车设计原型正是如此。

图片来自 BBC 电视:左为标志性产品 Regal,右为 Jeremy Clarkson 驾驶的 Robin

我的设计目标是,在滑板前部安装两轮转向主轴,后部安装链传动单轮,实现简单的构造。我的体重压在前轴上,使重心偏向滑板前部,这样就能保障后部的电池和电动机的安全性,同时确保稳定的重量分布。

主底盘

我的主底盘是以一块硬木板为中心设计的,这一点与一般的滑板或冲浪板非常相似。但是我加装了体积较大的电气传动系统,增加了滑板的总长度,因此需要提高底盘的强度。为此,我切割了一些钢条,并用埋头自攻螺钉将它们固定在滑板的边缘。我在末端为后轮紧固螺栓钻了一个孔,通过这个孔并使用这些钢条将后轮安装在底盘上。

前轴和转向

组装好底盘后,下一步是安装转向轴(又称为转向架)。我决定使用一辆山地滑板转向架及其匹配的车轮,以确保大直径后轮旁边的底盘高度一致。之所以选择这款转向架,是因为它的轮轨间距较大,能够增大体重分布面积,同时前后轮之间的轴距较长,从而使滑板非常稳定。

电动机支架

为了驱动后轮,我需要将电动机安装在滑板上,仔细对齐电动机和后轮上的链轮,并留出适当的间距用于连接旧滑板车的链条。我使用 DesignSpark Mechanical 对支架的尺寸进行建模,该支架是从电机底座上拆下来的,上面有 M6 螺钉的安装孔,使用方便。接着我导出一个 DXF 文件,用于在 CNC 车床上从 4mm 低碳钢板切割出支架,之后再将切割出的支架用液压折弯机折成一定角度。然后我使用 M6 螺钉将电机连接到支架上,再用 M8 螺钉和垫圈将支架固定到滑板上。接下来装上链条,后轮总成的组装就完成了。

电源

装好电动机之后,我就可以专心组装电源了。为简单起见,我使用两个串联的 12V 铅酸电池来提供电动机所需的 24V 直流电源。电池用电缆扎带绑在电动机支架的旁边,便于拆卸和充电。然后通过带铲形压接端子的单芯电缆将电动机连接到电池组,以确保良好的抗振性。

速度控制

使用双芯电源电缆将旧的按钮连接到电池组(用到了铲形压接端子和电气胶带),这根软线使用户可以站在滑板上控制电动机。这时的控制系统非常简易,当切换按钮时,电机要么完全通电,要么完全断电,因此加速极为突然。后面我将在滑板上加装 PWM 控制系统以控制加速度。

拉链器

事实证明,该直流电动机是一台出色的执行器,具有极大的启动扭矩。测试过程中,它对静止状态下的链条施加的力,足以使链条从电动机链轮上脱离。为了减小这种影响,我用两根钢条、M10 螺纹杆、10mm 定位件和 M10 平头螺母搭建一个简易的拉链器,这些螺母固定在钢制底盘上,从而解决了这一问题。最后我成功地进行了滑板测试。

结论

这是一个典型的为了夏季使用而着手启动,但是直到冬季才结束的项目。尽管设计看起来很简单,但是底盘和动力传动系统中隐藏着一些难点,需要花费较长的时间才能解决。然而,该项目最终取得了成功,并且为所有人组装替代电动交通工具提供了实际的范例。我希望这篇文章能够激发大家的灵感,并鼓励大家运用奇思妙想打造更加绿色环保的未来。

视频

 

A keen electronic engineer with a passion for automotive systems and autonomous robotics. A progressive love of cars, engines and classic mechanics. Advocate for clean energy, transport and alternative fuels. Compulsive tea drinker. BrightSpark 2017. BEng MIET

31 May 2019, 10:00