אופניים חשמליים

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה אל: ניווט, חיפוש
אופניים חשמליים מתקפלים קטנים. המנוע מותקן בגלגל הקדמי - ניתן לראות שהחלק המרכזי בגלגל גדול בהרבה מהחלק המרכזי בגלגל האחורי. המצבר קשור לסבל שמעל הגלגל האחורי.

אופניים חשמליים הם אופניים ממונעים באמצעות מנוע חשמלי קטן המקבל כוח מסוללה חשמלית. בחלק מהדגמים יכול הרוכב להיעזר במנוע גם כאשר הוא אינו מדווש, ובדגמים אחרים המנוע מופעל רק בעת הדיווש. אופניים חשמליים נבדלים מאופנועים בחולשת המנוע (רוב הדגמים מגיעים למהירות של 45-20 קמ"ש עם הספק של 180–500 ואט), וביכולתו של הרוכב לנוע גם באמצעות דיווש בלבד. אופניים חשמליים הם סוג של רכב חשמלי.

יתרונם של אופניים חשמליים הוא באפשרות לנסוע למרחקים גדולים ובמהירות - וזאת כמעט ללא מאמץ. ההבדל בין המאמץ הנדרש לצורך נסיעה על אופניים חשמליים, לעומת אופניים, מאפשר שימוש בהם למטרת הגעה נינוחה אל היעד תוך הגדלת טווחי ניידות ומנגיש אותם כאמצעי תחבורה גם עבור אנשים עם מוגבלות פיזית, או בעלי כושר גופני מוגבל. בכך הם מהווים חלופה אפשרית לאמצעי תחבורה יקרים, עמוסים או מזהמים.

עם פיתוחן של סוללות קלות משקל ובעלות כושר אגירה משופר, גברה בתחילת המאה ה-21 הפופולריות של האופניים החשמליים. גורם נוסף לעלייה בפופולריות שלהם הוא עידוד חקיקתי של מדינות מפותחות כגון ארצות הברית, קנדה, יפן ובריטניה, להשתמש באופניים הללו. בסין השימוש באופניים חשמליים נפוץ בין היתר הודות לחוקים המגבילים את תנועת המכוניות בערים, ולמחירם הנמוך יחסית של האופניים החשמליים.

המערכת החשמלית מורכבת מהחלקים הבאים:

  1. סוללה
  2. מטען סוללה
  3. בקר מנוע
  4. מנוע
  5. מתג תאוצה, מצערת
  6. ידיות למעצורים
  7. חיישן דיווש/חיישני כוח.

הדגמים העיקריים של אופניים חשמליים נחלקים לשתי קטגוריות - אופניים עם המנוע בגלגל (האב מוטור (אנ')) ואופניים בהם המנוע משולב במערכת ההילוכים. אחד היתרונות של הסוג הראשון הוא בפעולה שקטה יותר של המנוע, בעוד שהסוג השני נהנה מיכולת התאמת העומס על המנוע לתוואי השטח כמו עליות ומישור. מערכות המתחברות להילוכים מצריכות, על פי רוב, הכנסת שינויים בציר הדוושות המרכזי, ואילו מערכות האב מוטור מצריכות החלפת גלגל אחורי או קדמי לגלגל בו מותקן המנוע.

ניתן להשיג ערכות להסבת אופניים רגילים לחשמליים הכוללות אחד, או יותר, מבין המרכיבים של המערכת החשמלית. המנוע החשמלי בערכה כזו יכול להיות מחובר על אחד הגלגלים, בתוך אחד הגלגלים, מאחורי הציר המרכזי, או לפניו. בהסבה ייתכן שידרש גם להחליף חלקים קיימים באופניים. למשל, להחליף את שתי ידיות המעצורים בידיות שיש בהן גם אמצעי איתות למערכת החשמלית. משקלה העיקרי של ערכת הסבה שכזו נובע מן המצבר/סוללה - בין 3–10 ק"ג, והמנוע - בין 3–8 ק"ג. ערכות אלו אינן חוקיות בישראל[דרוש מקור].

אופניים חשמליות בים
אופניים חשמליים בים. המנוע מותקן בגלגל האחורי - ניתן לראות שהחלק המרכזי בגלגל גדול בהרבה מהחלק המרכזי בגלגל הקדמי. המצבר חבוי בתוך המוט המרכזי של שלדת האופניים.


מרכיבים עיקריים[עריכת קוד מקור | עריכה]

סוללה[עריכת קוד מקור | עריכה]

סוללה נשלפת אופני הרים חשמליים

הסוללה היא תא אלקטרו כימי, המייצר אנרגיה חשמלית שנוצרת כתוצאה מתגובה כימית המתרחשת בתוך תאי הסוללה.

בעבר היה נהוג להשתמש במצברי עופרת-חומצה כמקור הכוח של המנועים, אך מצברים אלה כבדים יתר על המידה ואינם מספקים את הכוח הדרוש למנועים גדולים. הסוללות המקובלות כיום הן סוללות ליתיום, המספקות זרם עבודה וטווח נסיעה גדולים, עם משקל קטן וממדים פיזיים קטנים יחסית. סוללות הליתיום המיושנות היו נוטות להתלקח בעת התחממותן. הטכנולוגיה החדשה של סוללת ליתיום-יון בטוחה יותר לשימוש, והסוללה מגיעה עם בקר טעינה המגן עליה ועל הרוכב. מתחי הסוללות המקובלים הם 24V, 36V, 48V וקיבולת הסוללה נמדדת באמפר שעה (Ah), כך שככל שהקיבולת עולה כך גם טווח הנסיעה לכל טעינה. אורך חיי הסוללה נמדד במספר מחזורי הטעינה, ונע בין 200 ל-800 מחזורי טעינה. כל מחזור טעינה מצביע על התרוקנות 80% וטעינה 80% של הסוללה. אמפר אחד של סוללה באופניים תקניים עד 30 ק"ג יתאים לרכיבה של כ 3 ק"מ ברכיבה עירונית עם משקל רוכב במשקל של 75 ק"ג. הסוללות בנויות ממספר סוללות אצבע. לדוגמה: 40 סוללות של 0.29 אמפר יספקו סוללה במידת 11.6 אמפר. הסוללות האיכותיות והשכיחות ביותר הן של חברת סמסונג וסוני היפנית, עד 800 טעינות של 80% אך לא תמיד יתאימו לרכיבה אגרסיבית.

הסוללה היא המרכיב היקר ביותר באופניים. כדי לאפשר טעינה שלה גם בלי לקרב את האופניים למקור החשמל נהוג לאפשר להפריד ולחבר אותה בקלות מהאופניים. לאור מחירה הגבוה, סידור כזה הופך אותו לגניב במיוחד. לכן קימים אופניים חשמליים בהם מראש מתכננים בשלדה, בדרך כלל במוט המרכזי שלה, חלל אליו תוכנס סוללה שממדיה הותאמו לגודל החלל.

מטען סוללה[עריכת קוד מקור | עריכה]

מטען הסוללה הוא יחידה חשמלית-אלקטרונית המספקת את זרם הטעינה שטוען את הסוללה. המטענים המקובלים מתחברים לרשת החשמל וממירים את זרם החילופין לזרם ישר, תוך כדי שהם דואגים להגביל את מתח וזרם הטעינה כדי לשמור על תקינות הסוללה. סוללות ליתיום דורשות מטענים עם מתח מקסימלי מדויק, יחסית למטעני העופרת-חומצה. טווחי מתח המטענים מקבילים למתח הסוללה ומותאמים בצורה מדויקת בהתאם למספר וסוג התאים שבתוכה.

המנוע[עריכת קוד מקור | עריכה]

המנוע הוא המכלול המספק את כוח התנועה של האופניים החשמליים, הוא ממיר אנרגיה חשמלית לאנרגיית תנועה באמצעות יצירת שדה מגנטי של דחיפה-משיכה. טווח הספק המנועים נע לרוב בין 180W ל 500W, ומתחלק לשלושה טווחי מתחים עיקריים: 24V, 36V, 48V. קיימים גם מנועים בעלי הספקים גדולים יותר, והם דורשים התקנה מיוחדת וגלגלים מחוזקים.

טכנולוגיה פורצת דרך של מנוע מרכזי אופניים חשמליים

המנוע מקבל את הכוח החשמלי מבקר המנוע ובמקביל משדר אליו את מיקום הרוטור (החלק הנע) באמצעות חיישני תנועה המותקנים לרוב בתוך גוף המנוע. המנוע בנוי מחלק נע הנקרא רוטור ומחלק נייח הנקרא סטטור ומחובר לשלדת האופניים.

קיימים בעיקר שני סוגי מנועים חשמליים המותקנים באופניים חשמליים. מנוע מברשות (brush motor) ומנוע חסר מברשות (brushless motor). מנוע המברשות מורכב מסלילים וחלקי מתכת היוצרים שדות מגנטיים מנוגדים בכיוון סיבובו, מנוע חסר מברשות הוא מנוע המורכב מחלקי מתכת, מגנטים וסלילים היוצרים שדות מגנטיים מנוגדים בכיוון סיבובו. מנועי המברשות הם בעלי הספק נמוך מהמנועים חסרי המברשות ודורשים טיפול תקופתי והגנה מפני לחות ומים, והם מחוברים לאופניים באמצעות תמסורות כוח שונות. המנועים חסרי המברשות אטימים למים (עד לזמן ספיגה של כשעה) ואינם זקוקים לטיפול תקופתי, נחשבים לאמינים ופעולתם שקטה. הם לרוב מותקנים על ציר הגלגל ומהווים חלק בלתי נפרד מגלגל האופניים.

מנוע אופניים חשמליים
מנוע גלגל חשמלי באופניים

משנת 2012 החלו לייצר מנועים מרכזיים המחוברים לציר המרכזי באמצע השלדה וברובם בעלי חיישני כוח חכמים אשר מתאימים לעליות קשות של רכיבה ולרכיבת שטח. החל משנת 2014 החלו לייצר מנועים נגד מים אשר מסוגלים לפעול גם כשהמנוע כולו שקוע במים.

בקר מנוע[עריכת קוד מקור | עריכה]

צג דיגיטלי המציג מהירות, מצב סוללה, מרחק, שעון, הילוכים ועוד. בקר המנוע הוא יחידה חשמלית-אלקטרונית המקבל כוח חשמלי מהסוללה ומווסת את הזרם המגיע למנוע, בהתאם למצב ידית התאוצה/חיישן הדיווש. חלק מבקרי המנועים גם יודעים להחזיר זרם טעינה לסוללה בעת בלימה (שמופעלת על ידי מתג חשמלי המותקן על מערכת הבלמים). בקרי המנוע שמפעילים את המנועים חסרי המברשות (brushless motors) מספקים מקצבי (pulse) זרם תלת פאזי לשלושת הסלילים העיקריים שבמנוע מאפשרים ניצולת מנוע גבוהה והתחממות מועטת. בקרי מנועי המברשות מספקים זרם בעצמה משתנה בהתאם למצב המצערת/חיישן הפידול. הבקרים נמדדים בהספק המרבי שהם מספקים (ואט W) ומוגדרים לטווח מתח עבודה מסוים (וולט V). הבקר מקבל פיקוד הפעלה מידית התאוצה או בחיישן הדיווש המותקן על ציר דוושות האופניים. הוא גם מקבל מהמנוע מידע על מצב הגלגל וכך מחליט על העצמה ועל מהירות מקטעי הזרם המשודרים אליו.

בלמים[עריכת קוד מקור | עריכה]

ידית ברקס הידראולית לאופניים חשמליים

בלי תלות בסוג הבלמים בהם נעשה שימוש בגלגלים, חובה להוסיף לכל ידית מעצור מתג אשר מחובר לבקר המנוע, או למנוע עצמו, וברגע של לחיצה קטנה על דוושת הבלם יאט את פעולת המנוע. ידית מעצור שאין בה מתג למערכת החשמלית אינה חוקית, ואף מסוכנת בעליל, אפילו אם באופניים מותקן אמצעי אחר לשליטה על המנוע, למשל בידית המעצור השנייה.

חיווט[עריכת קוד מקור | עריכה]

החיווט הדרוש למערכת החשמלית הוא מרכיב עתיר עבודה באופניים. ריבוי המרכיבים של מערכת החשמל, והמיקום השונה שלהם על האופניים, דורשים תשומת לב רבה לעניין החיווט. את החיווט יש לחבר לאופניים, על מנת שלא יתפס במקרה בחפצים כלשהם. אך יש להתחשב בכך שבאופניים נדרשת תנועה סיבובית של חלקים כמו הגלגל הקדמי והכידון. במקרה של אופניים מתקפלים נדרשת התאמה גדולה יותר של אורך החיווט, והנקודות בהן הוא מחובר לאופניים. נהוג שהחיווט יהיה גלוי, על מנת לאפשר תחזוקה של המערכת החשמלית, אם כי קימים אופניים חשמליים בהם החיווט חבוי בתוך השלדה.

תקינה בישראל[עריכת קוד מקור | עריכה]

אופניים חשמליים מתקפלים. המנוע מותקן בגלגל הקדמי - ניתן לראות שהחלק המרכזי בגלגל גדול בהרבה מהחלק המרכזי בגלגל האחורי. על הסבל, שמעל הגלגל האחורי, נראה המצבר, ומעליו בקר המנוע.

ביולי 2014 התיר שר התחבורה לרכוב על אופניים חשמליים שעומדים בין השאר בתנאים הבאים‏[1][2][3]:

  • עומדים בתקן אירופאי ‎EN15194 או תקן ישראלי ת"י ‎1117 (חלק חמישי)
  • מהירותם לא עולה על 25 קמ"ש
  • הספק המנוע הוא עד 250 ואט
  • הפעלת המנוע מחויבת להיות בעת הדיווש בלבד על ידי חיישן דיווש (PAS - Pedal Assistant System)
    • מצערת התאוצה - היא נגד משתנה המחובר לבקר המנוע ומספק זרם נמוך כדי להפעיל את הטרנזיסטורים שמספקים את כוח העבודה למנוע (חוקי בישראל עד מהירות של 6 קמ"ש)
    • חיישן הדיווש - הוא יחידת מגנטים וסליל המספקת מקצבי זרם נמוך (pulse) לבקר, שבהתאם מספק את עצמת הזרם למנוע.

האופניים החשמליים הוגדרו באופן רשמי כ-"אופניים בעלי מנוע עזר". הגבלת גיל מ-14 ומעלה . רוכב אשר גילו מתחת לגיל 16 יהיה מחוייב לרכב במסלולים לאופניים בלבד , רוכב מעל גיל 16 ראשיי לרכב בשולי הכביש . על פי החוק החדש רוכב אופניים חשמליים ללא קסדה יחוייב בקנס , רוכב אשר ידבר בטלפון בזמן נהיגה או יעבור באור אדום יקבל קנס כמו נהג ברכב .

קישורים חיצוניים[עריכת קוד מקור | עריכה]

הערות שוליים[עריכת קוד מקור | עריכה]

  1. ^ רוכבי אופניים, עיקרי החוק ביחס לרוכבי אופניים (עמ' 1), באתר http://rsa.gov.il/, הרשות הלאומית לבטיחות בדרכים -> מי אנחנו -> תחומי פעילות -> חקיקה ושפיטה -> רוכבי אופניים. הדרישות מאופניים חשמליים הן בסוף הדף
  2. ^ צעד חשוב לעידוד התחבורה הירוקה בישראל. מ- 1 בספטמבר: ניתן לרכב על אופניים חשמליים בישראל (עמ' 1), מדינת ישראל, באתר משרד התחבורה והבטיחות בדרכים, משרד התחבורה >> פרסומים >> הודעות לעיתונות >> תחבורה יבשתית, ‏21 ביולי 2014
  3. ^ ועדת הכלכלה: תקנות התעבורה (תיקון מס'...), התשע"ד-2013, בדבר הסדרת השימוש באופניים חשמליים, בהשתתפות מנכ"ל משרד התחבורה והבטיחות בדרכים מר עוזי יצחקי (עמ' 55 (A4)), באתר הכנסת, פרוטוקול מס' 322. מישיבת ועדת הכלכלה. יום שני, כ"ג בתמוז התשע"ד (21 ביולי 2014), שעה 11:00 קובץ DOC