אופניים חשמליים

אופניים חשמליים מתקפלים קטנים

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.

הדגמים העיקריים של אופניים חשמליים נחלקים לשתי קטגוריות - אופניים עם המנוע בגלגל (האב מוטור ) 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 מערכות להסבת אופניים רגילים לחשמליים הכוללת גלגל אופניים המכיל את המנוע, סוללה (המתחברת לסבל בדרך כלל), בקר הפעלת מנוע ומצערת. משקלה העיקרי של מערכת הסבה שכזו נובע מן המצבר/סוללה - בין 3-10 ק"ג, והמנוע - בין 3-8 ק"ג. ערכות אלו אינן חוקיות בישראל.

המערכת החשמלית מורכבת מחמישה חלקים עיקריים: 1. סוללה 2. מטען סוללה 3. בקר מנוע 4. מנוע 5. ידית תאוצה/חיישן דיווש/חיישני כוח.

מרכיבים עיקריים

סוללה

קובץ:סוללה נשלפת באופני הרים חשמליים.jpg

סוללה נשלפת אופני הרים חשמליים

הסוללה היא תא אלקטרו כימי, המייצר אנרגיה חשמלית שנוצרת כתוצאה מריאקציה 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.

מטען סוללה

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

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.

משנת 2012 החלו לייצר מנועים מרכזיים המחוברים לקרנק 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

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

ידית ברקס הידראולית לאופניים חשמליים

יש שלושה סוגי בלמים וכולם חייבים להיות בעלי מפסק זרם אשר מחובר לבקר האופניים וברגע של לחיצה קטנה על דוושת הבלם יפסיק את פעולת המנוע, ידיות ללא מפסק בשני הצדדים אינם חוקיים בעליל ואף מסוכנים. 1. בלמי V הזולים ביותר ומתאימים לרוכבים במשקל נמוך ולרכיבה איטית יחסית. 2. בלמי דיסק מכניים נחשבים לטובים יותר. 3. בלמי דיסק הידראוליים נחשבים לטובים ביותר.

תקינה בישראל

אופניים חשמליים מתקפלים

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

• 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)
  • 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

קישורים חיצוניים

• מדיה וקבצים בנושא אופניים חשמליים בוויקישיתוף
• דובי בן-גדליהו, ‏שי אגסי - מאחוריך: האופניים החשמליים כבר פה, באתר גלובס, 25 בספטמבר 2009
• תקנות התעבורה (תיקון), התש"ע-2009 - הסדרת אופניים עם מנוע עזר, באתר הכנסת
• 
  שגיאות פרמטריות בתבנית:Ynet
  פרמטרים ריקים [ 5 ] לא מופיעים בהגדרת התבנית אבי גנאור, מגזין אופניים, אופניים חשמליים - מדריך רכישה לרוכב העצל, באתר ynet, 16 בדצמבר 2011
• 
  שגיאות פרמטריות בתבנית:וואלה!
  פרמטרים [ 6, 7 ] לא מופיעים בהגדרת התבנית ניר בן-טובים‏, מאות קורקינטים ואופניים חשמליים הוחרמו, באתר וואלה!‏, 31 במרץ 2014