Мотор колесо Шкондина
Мотор колесо Шкондина
Мотор-колесо Шкондина представляет собой импульсно-инерционное электрическое колесо, и является важнейшим изобретением российского ученого Василия Васильевича Шкондина, который посвятил его созданию и внедрению в электротранспорт более 20 лет жизни.
История признания
Журналист по образованию и инженер по призванию, В. Шкондин ставил перед собой задачу создания мотор-колеса для велосипеда, которое бы превосходило все существующие до этого по работоспособности. В 1980-х рабочая модель такого колеса была собрана. Электрическое колесо имело небольшие размеры и вес, высокие показатели крутящего момента и к тому же имело всего одну вращающуюся деталь. Революционным это изобретение можно назвать также потому, что Шкондину впервые удалось установить идеальный баланс между электроколесом и велосипедом. К сожалению, после получения им звания «Человека года» на Брюссельском Салоне изобретений в 1990-м и золотой медали за разработанную им модель электрической инвалидной коляски, а также множества наград на других зарубежных выставках и патентов, коммерческий интерес в России к его мотор-колесу никто не проявил. В результате безуспешных попыток продвинуть свое детище на Родине, в 1992-м автор запатентовал это изобретение в США, и продолжал поиск инвесторов за рубежом. В результате в середине 90-х была налажена сборка электровелосипедов с МК Шкондина на Кипре. Но настоящие признание и успех пришли только в 2003 году – изобретением заинтересовалась компания «FlintstoneTechnologies» (Великобритания), принявшая решение финансировать выпуск электротранспорта с этим мотор-колесом. Чтобы развивать проект, была создана компания «UltraMotors», где В.Шкондин стал техническим директором. В этот же год инвестором выступила и отечественная компания «Русские технологии», вложив в проект внушительную по тем временам сумму. Еще год спустя компания «CromptonGreaves» (Индия) стала выпускать мотор-колеса отдельно и устанавливать их на велосипеды, трициклы, скутеры, электропогрузчики и коляски для инвалидов.
Несмотря на то что изобретатель представляет свое изобретение как мотор-колесо, увеличивающее возможности велосипеда, коллекторный электродвигатель можно модифицировать и использовать и в других видах электротехники.
Устройство МК Шкондина
Устройство этого мотор-колеса довольно простое, как все гениальное. Он имеет всего несколько основных деталей. Главные составляющие – внешний ротор и внутренний статор, оснащенный круговым магнитоприводом. Статор имеет 11 пар магнитов (состав – неодим-железо-бор), которые расположены друг от друга на одинаковом расстоянии, таким образом создавая 22 полюса. Ротор отделяет от статора воздушное пространство, на нем установлены 6 электромагнитов в форме подковы. Они располагаются по парам, и относительно друг друга сдвинуты на 120 градусов.
На корпусе статора располагается распределительный коллектор, на котором по окружности находятся токопроводящие пластины. Еще один элемент мотор-колеса – токосъемники, имеющие возможность взаимодействия с пластинами коллектора. В основе действия электродвигателя Шкондина положен принцип действия сил электромагнитного отталкивания и притяжения, которые наблюдаются в процессе взаимодействия магнитов статора и электромагнитов ротора. При прохождении электромагнита между осями магнита из неодима электромагнит отталкивается от одного магнита и притягивается к другому, следующему в направлении движения. Такое электромагнитное воздействие и заставляет обод вращаться. При достижении электромагнитом оси магнита, происходит обесточивание, поскольку здесь располагается токосъемник. Такие «паузы» обеспечивают экономию энергии аккумулятора, поскольку питание двигатель получает не постоянно, а лишь при необходимости.
На внешней части корпуса электромотора располагаются отверстия для спиц и соединения с ободом колеса велосипеда.
Достоинства
КПД электроколеса — до 94%! Шкондин предусмотрел, что ротор может находиться как с внешней части статора, так и с внутренней. Форма конструкции двигателя может быть не только колесообразной, но и цилиндровой, благодаря чему этот электродвигатель может использоваться и для наземного транспорта, и для воздушного, и даже для космического.
Среди достоинств МК Шкондина – не только легкий вес и доступная цена. Колесо простое в эксплуатации, и имеет производительность гораздо выше, чем стандартный электродвигатель. Например, на электродвигателе 300 W на ровной дороге можно разогнаться до 30 км/ч без участия педалей. Небольшое число деталей обеспечивает устройству как высокую надежность, так и себестоимость в 2 раза меньшую, чем других электродвигателей. Электро колесо Шкондина не нуждается во внешнем управляющем устройстве, он защищен от влаги и пыли, и в процессе работы практически не нагревается. Функция рекуперации возвращает аккумулятору до 180 Wэнергии.
Применение данного мотор-колеса имеет серьезные коммерческие преимущества, позволяет значительно снизить зависимость современного транспорта от сырья и обеспечить его экологичность. Это устройство невероятно жизнеспособно и перспективно, и хочется верить, что за ним – будущее, причем не только наземного транспорта. Кстати, электромобили, которые использовались во время Олимпиады в Сочи, в своей основе имели именно мотор-колеса Шкондина.
Электробайк пущинского извода
Этот байк я сам крутил, кстати. Разгоняется с места до 65 км в час только так. На байке это не то что на машине — летишь мелкой пташечкой как в попу укушенный. Обалденная штуковина. Даже продавать их захотел.
Русский венчурный моторчик
— Был такой знаменитый частный патентовед Ян Львович Колчинский, — вспоминает изобретатель нового электродвигателя и основатель компании «Ультрамоторы» Василий Шкондин. — В конце 1980−х годов надо мной все смеялись, кроме него. Он первый сказал, что мое изобретение революционно, и у него я получил первые уроки бизнеса. Он, во-первых, придумал название «Мотор-колесо Шкондина», а во-вторых, сказал мне: «Делай как Бубка». Бубка не прыгал сразу на суперрекорд, а прибавлял по одному сантиметру в год и был чемпионом мира почти десять лет.
Сейчас компания Шкондина на подходе к первому рекорду на рынке электробайков.
Легкий электротранспорт в последние годы был несколько скомпрометирован неудачами фирмы Segway. Продукт этой компании, созданной американским изобретателем Дином Каменом в начале 2000−х, рекламировался ее знаменитыми инвесторами Джоном Дорром и Джеффом Безосом как «следующая великая вещь после интернета». Великой вещью был объявлен электросамокат со сложной системой гироскопов. Ездить на нем надо было стоя, а управлять, наклоняя корпус вперед или назад. В маркетинг компания вложила огромные деньги, но со временем оказалось, что транспортного средства завтрашнего дня из Segway не получится. Самокат вышел слишком тяжелым, слишком громоздким, совсем не таким устойчивым, как было обещано, с радиусом автономной езды лишь около десяти километров и, главное, дорогостоящим — от шести тысяч долларов и выше. Его охотно покупали как дорогую игрушку, но не как личное транспортное средство или транспорт для бизнеса: Segway предлагали складским работникам, полиции, на него навешивали грузовые отсеки, но дальше пилотных проектов не пошло.
Джо Боуман, партнер венчурного фонда «Русские технологии» и по совместительству нынешний директор «Ультрамоторов», считает, что проблема Segway была не в технологии, а в идеологии. «Это типичная предпринимательская ошибка, — объясняет Боуман. — Нельзя просить людей переделать свое поведение ради того, чтобы продать продукт. Люди так не катаются. Есть отработанные годами формы: мопед, скутер, автомобиль. Их и следует держаться».
Так получилось, что одновременно с Segway начал развиваться и рынок электробайков — мопедов с электрическими моторами. Современный электробайк, как правило, использует «мотор в колесе» — агрегат в виде диска, закрепленный на той же оси, что и колесо. Основные потребители электробайков — страны Южной и Восточной Азии, где двух— и трехколесные велосипеды и скутеры до сих пор остаются преобладающим видом транспорта. А типовой мотор на электробайке, по сути, традиционный электромотор Грамме образца 1873 года, переделанный в колесный формат. На мотор Грамме и посягнул Шкондин.
Автономный электрический двигатель, который компания «Ультрамоторы» разработала и продвигает на рынок, долгое время оставался голубой мечтой инженера. Разработать проводной электротранспорт было несложно, троллейбусы и трамваи существуют уже почти столетие. А вот развитие аккумуляторного транспорта значительно сдерживал вес аккумуляторов: это и мощность, и скорость, и дальность, и цена. К тому же традиционный электродвигатель, устанавливаемый на электротранспорте, имеет слишком низкий КПД, чтобы быть практически интересным. Решать проблемы можно, наращивая емкость аккумуляторов на единицу веса, а можно пытаться так изменить конструкцию двигателя, чтобы преобразование электрической энергии в механическую было эффективнее. «Ультрамоторы» пошли по второму пути.
«Двигатель Шкондина» (запатентованный впервые в 1991 году именно под таким названием) устроен следующим образом. Это «мотор в колесе» — дисковый агрегат, который крепится непосредственно на ось ведущего колеса и управляется без трансмиссии, просто путем регулирования числа оборотов. Соединенный с осью колеса ротор, по периметру которого закреплены постоянные магниты, вращается в статоре, на котором размещены соленоиды. На соленоиды подаются краткие импульсы тока, создающие переменное магнитное поле, толкающее магниты ротора. Принцип действия двигателя чем-то похож на принцип работы линейного ускорителя: магнитное поле возникает, действует на магнит на роторе строго определенное время и тут же отключается. «Моторы в колесе» традиционной сейчас конструкции вынуждены использовать передачу — понижающий редуктор. «Мотор Шкондина» необходимости в редукторе не имеет: его обороты можно контролировать напрямую.
Движением управляет релейный триггер, создающий импульсы тока необходимой силы и последовательности. Это электромеханическое устройство, скромно названное в патенте на него «триггер Шкондина», как объясняет изобретатель, «перехватывает неиспользованные части импульсов и отгоняет их назад в аккумулятор». Благодаря этому гораздо меньшая часть исходного заряда аккумулятора тратится на нагрев обмоток и прочие посторонние цели, а КПД двигателя существенно возрастает.
В итоге двигатель Шкондина, он же «Ультрамотор», позволяет выжимать из одного ампер-часа аккумулятора намного большее расстояние при тех же эксплуатационных условиях, чем движок обычного электробайка — в самых легких конфигурациях вплоть до троекратного превосходства. Кроме этого, по сравнению с другими «моторами в колесе» схема Шкондина отличается значительной простотой: в ней только пять узлов. Это существенно облегчает и производство двигателя (что особенно важно для развивающихся стран), и снижает его себестоимость.
Наш инвестор лучше
Компания «Ультрамоторы» родилась, когда Шкондин после многих лет поисков нашел первого инвестора — британскую компанию Flintstone. В сентябре 2003 года Flinstone инвестировала в «посевной раунд» 1 млн долларов, создала со Шкондиным компанию в Великобритании и наняла первый состав команды. Компания развивалась медленно, и, возможно, если б не правильно подобранный в 2004 году новый инвестор, «Ультрамоторы» уже прекратили бы существование: раздутый штат, высокие зарплаты разработчиков и перенесение части НИОКР в Британию привели проект к состоянию финансового краха. Бизнес «Ультрамоторов» был фактически вытащен российским венчурным фондом «Русские технологии».
В апреле 2004 года «Русские технологии» вложили в «Ультрамоторы» в первом раунде 1,1 млн долларов инвестиций и активно занялись делами компании. К компании был прикомандирован инвестиционный директор «Русских технологий» Джо Боуман. Практика, когда венчурный фонд переводит одного из своих сотрудников в портфельную компанию, достаточно распространена — например, известный фонд Draper Fisher Jurvetson за полтора года до сенсационной продажи компании отрядил в знаменитый Skype свою сотрудницу Тристен Лэнгли — развивать бизнес в США, куда создателей компании не пускали судебные иски. Но для России такая практика пока уникальна. «Мы вошли в компанию с огромной перспективой, но с кучей семейных проблем, — рассказывает Боуман. — Часть — языковой барьер, часть — неправильные люди. Мы начали с изменения управляющей команды и вместе с Василием построили новую. Благодаря этому мы и смогли перейти от производства на кухне к производству на заводе».
«Изменением управляющей команды» Джо называет практически полную замену всех топ-менеджеров и резкое сокращение инженерного штата. Основатель компании, Шкондин, этому по прошествии времени только радуется. «Я четко понял для себя, — говорит он, — что для развития и успеха нужна фирма, но фирма не значит много народу. Иногда лучше меньше. У меня было много людей, которых я не выбирал, и мы возились месяцами, не продвигаясь вперед. Теперь мне разрешили брать людей самому, а не навязывают их — и мы стали развиваться быстрее».
Сейчас в подмосковном Пущине кроме Шкондина над разработкой всех видов транспортных средств (электробайки, электроскутеры, электромобили и такие перспективные модели, как вертолет и субмарина) трудятся только три инженера. «Боуман справляется с развитием бизнеса лучше, чем вся моя предыдущая команда, — оценивает Шкондин результаты смены руководства. — Он принес в бизнес целенаправленность, скорость, решительность. Кроме этого, инновационный менеджер должен осознавать хотя бы азы инженерных особенностей бизнеса. Не надо быть асом, но надо понимать, почему CTO говорит — это возможно, а это нет. Я учил-учил менеджера англичанина, и не мог научить. Джо учить не надо».
Через год, в мае 2005−го, после того как компания заключила первые соглашения с производителями велосипедов, «Русские технологии» инвестировали в «Ультрамоторы» еще 1 млн долларов. Вскоре после этого, в июне 2005 года, компания пригласила на работу нового CEO, Пола Дайсона, предпринимателя с двадцатилетним стажем. До этого Дайсон руководил компанией Sterilox, производившей оборудование для стерилизации медицинских предметов. В четвертом квартале 2005 года в Индии началось первое серийное производство электробайков с «Ультрамотором» в качестве двигателя.
Индийский вариант — это электромопед в двухколесной и трехколесной модификациях. Трехколесный мопед — трехместное транспортное средство, похожее на традиционную тележку рикши. Для восточных рынков модификация совершенно необходимая. Руководители «Ультрамоторов» говорят, что спрос на такие «тележки» предъявлялся и семьями: двое родителей и ребенок. Индийцы сложные покупатели, на них плохо действуют западные маркетинговые ухищрения, зато хорошо — потребительские свойства продукта и его цена.
Благодаря тому, что мотор Шкондина прост в изготовлении, «Ультрамоторам» и удалось наладить индийское производство; за японские и тайваньские электробайки индийские OEM-производители браться не решались как раз по причине сложности производственного процесса. Велосипеды и велотележки с мотором Шкондина будут продаваться по цене от 9500 рупий (около 200 долларов), что сопоставимо с месячной зарплатой среднего индийского покупателя велосипеда.
«Я прибавил в терпении, — рассказывает Боуман. — Я научился быть очень терпеливым, потому что не все происходит по плану и в нужные сроки. Наладить операционный процесс через несколько границ Британия—Россия—Индия крайне непросто, за день это не сделаешь. Кроме того, приходится управлять непростым процессом диалога культур. Есть индийские-инженеры, есть русские изобретатели. Инженер думает о продукте, изобретатель — о творчестве. Моя работа иногда состоит в том, что я стою между индийским инженером и русским изобретателем и смягчаю эмоции. Если я потеряю терпение, все рассыплется. Изначально мы в ‘Русских технологиях’ рассчитывали, что все будет быстро и в 2006 году мы уже продадим компанию. Не вышло. Но результат нас радует, в итоге мы сможем продать очень дорогую компанию».
Сейчас дела «Ультрамоторов» на подъеме. На днях компания вошла в британскую программу господдержки развития чистых технологий и, соответственно, получит дополнительные инвестиции.
Новые рынки для чистого транспорта
О китайском рынке «Ультрамоторы» думают, но выход на него пока откладывают, поскольку индийский рынок насыщен электробайками намного слабее, а имея твердо завоеванный плацдарм в Индии, в других странах конкурировать будет проще. Что же до стран Запада, то именно на них, по мнению Боумана, сломались некоторые конкуренты «Ультрамоторов», включая Segway — потому что начали оттуда, а не из третьего мира.
Отечественный рынок компания не рассматривает как приоритетный, что, вероятно, не вполне верно. В Москве транспортная ситуация ухудшается очень быстро, да и многие другие мегаполисы России уже начинают задыхаться от пробок — доступность машин благодаря кредитам не делает шире улицы. Многие бы охотно пересели на велосипеды и скутеры, чтоб иметь возможность проскочить в пробке между машинами или выехать на тротуар. Мешает россиянам не столько низкая скорость двухколесного транспорта, сколько климат: чтобы пробиваться через снег, нужна дополнительная тяга, чтобы согревать салон — дополнительная энергия, плюс отдельная проблема — дождь или метель. Основное препятствие, которое компания преодолела или вот-вот преодолеет — возможность ездить в течение дня на одной подзарядке.
Однако электробайк не единственное транспортное средство в перспективных планах «Ультрамоторов». Этим летом компания планирует представить прототип первого субкомпактного четырехколесного автомобиля, который, возможно, будет интересен уже совсем иному потребителю. Не исключено, что модель сможет заинтересовать русских водителей больше, чем думают сами руководители «Ультрамоторов», особенно учитывая цену (несколько тысяч долларов).
Новые рынки для чистого транспорта открываются достаточно непредсказуемо: в том же Китае рынок электробайков чуть ли не каждый год удваивается, калифорнийские потребители покупают гибридные автомобили настолько энергично, что за самым популярными моделями пишутся в очередь на несколько месяцев. Не исключено, что и вся Индия через десять лет будет ездить на моторчиках, разработанных в Пущине. Какова роль «Ультрамоторов» в грядущей эволюции альтернативной транспортной энергетики, сказать сложно. Но уже сейчас, после первых пройденных сантиметров, можно утверждать, что венчурные методики в России заработали. Наш технологический талант в сочетании с нашим предпринимательским духом и международным менеджментом вполне готов к победам на новых рынках.
Красноярец собрал электровелосипед, способный разгоняться до 55 километров в час: раскрываем секреты
Красноярец Андрей Григорьев собрал электровелосипед, способный разгоняться до 55 километров в час
Фото: Мария ЛЕНЦ
Такой электровелосипед вы не найдете ни в одном магазине не то что Красноярска – России. От китайских моделей, выставленных на продажу, – именно эта страна специализируется на производстве электровелосипедов, — он отличается мощностью мотора: вместо обычных 350 Вт здесь 1 КВт, что позволяет ему ездить почти в три раза быстрее. К тому же это один из немногих электровелосипедов, собранных в России. В нашей стране производить их еще не начали, но энтузиасты уже вовсю занимаются самоделками. И весьма успешно.
Яркий тому пример – Андрей Григорьев. Мы встречаемся на острове Татышев, за время нашего интервью отбоя от любопытствующих нет. Предлагают даже выкупить чудо-коня тут же, на месте. Первой испытываю электровелосипед я. Ощущения, как при взлете самолета, — жмешь газ, набираешь скорость и летишь… совсем не крутя педали.
Первой испытываю электровелосипед я. Ощущения, как при взлете самолета, — жмешь газ, набираешь скорость и летишь… совсем не крутя педали
Фото: Мария ЛЕНЦ
На сборку электровелосипеда у красноярца ушло почти два года. Мотор-колесо и аккумулятор прибыли из Китая, кое-что нашел в Новосибирске. Дольше всего пришлось искать умельца, способного подключить все как надо. Нет, специалисты у нас есть, и очень хорошие, вот только сталкиваться с электровелосипедом им раньше не приходилось. Но рискнул – и результат превзошел все ожидания.
Причем сделан электровелосипед из велосипеда самого обычного. Был единственный «наворот» — он складной. Горный тут не подойдет, нужен удобный, городской — с багажником. И началось его преображение.
Переднее колесо – это единственная часть обычного велосипеда, которой Андрею пришлось пожертвовать ради апгрейда. Его место заняло мотор-колесо – с электрическим двигателем и усиленным ободом. Непрофессионал с первого взгляда и не заметит подмену. Разве что вес у велосипеда прибавился – мотор-колесо весит около 6 килограммов.
Кстати, мотор-колесо создал наш соотечественник Василий Шкондин. День изобретателя и рационализатора в России празднуют ежегодно, в последнее воскресенье июня.
Фото: Мария ЛЕНЦ
От мотора-колеса тянутся провода к двигателю электровелосипеда – литиевому аккумулятору. Деталь ключевая, и здесь Андрей Григорьев не экономил: приобрел за 20 000 рублей.
— У покупных электровелосипедов стоит мотор мощностью до 350 Вт. Это требование законодательства в Европе и Китае, там нельзя разгоняться больше, чем до 25 километров в час, — объясняет Андрей. – У нас такого ограничения нет, поэтому на моем стоит мотор мощностью 1 КВт, а велосипед развивает скорость до 55 километров в час.
Свое детище Андрей Григорьев называет энергосберегающим велосипедом. Потому как сберегает человеческую энергию
Фото: Мария ЛЕНЦ
На такой скорости заряда батареи хватает на 20 километров. Едешь тише – едешь дальше: если придерживаться 20-30 км/ч, можно проехать до 50 километров. А если аккумулятор разрядится в пути, не беда – можно ехать, крутя по старинке педали. Но и предупредить это легко: на руле есть специальный датчик, показывающий заряд аккумулятора, – полный, половина, на исходе.
Кстати, заряжается батарея от обычной розетки и довольно быстро – максимум за 5 часов. Одного аккумулятора хватает на 1500 полных зарядов и разрядов.
Устанавливаем батарею на багажник – и в путь.
Фото: Мария ЛЕНЦ
Удобно, что переключаться с двигателя на ручное, точнее, «ножное» управление можно на ходу. Электродвигатель работает, пока на руле велосипеда жмешь рычажок газа. Отпускаешь – и уже едешь своим ходом.
Фото: Мария ЛЕНЦ
— А чтобы не давить на газ постоянно, имеется так называемый «круиз-контроль», — демонстрирует Андрей. – Работает просто: набираешь скорость, нажимаешь кнопку, отпускаешь газ – а велосипед едет так же быстро. Умный регулятор запомнил параметры. Сбросить их тоже просто – жмешь «круиз-контроль» еще раз, и двигатель останавливается.
Свое детище Андрей Григорьев называет энергосберегающим велосипедом. Потому как сберегает человеческую энергию.
— На обычном велосипеде, даже при наличии скоростей, не каждому человеку легко въехать в горку. Тяжело крутить педали, потеешь, появляется одышка. А тут влетаешь мгновенно, — рассказывает Андрей. — Я спокойно езжу в пиджаке, только застегиваюсь на все пуговицы, скорость-то большая. От влаги велосипед защищен, даром что электрический, в грозу ездить можно. Расстояние от торгового центра «Красноярье» до работы в районе Музкомедии преодолеваю за каких-то 25 минут. В пробках не стою, часто обгоняю автомобильный поток. Если обычный велосипед больше для спорта, то электрический – удобное средство передвижения. Это личный городской транспорт.
