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ottobre 2003
proget t i
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Da alcune settimane, quando èpossibile, rientro a casa a pranzo etorno al lavoro con la (mitica) Gra-ziella. Il percorso totale è di 10kmche sono percorsi in 35 minuti cir-ca, con una media variabile da 16 a17km/h, pedalando, ma non troppo!Tutto è iniziato con un paio di idee
scaricate in rete di un progetto diuno scultore-inventore statuniten-se, Eric Peltzer, che ha realizzatoalcuni mostri su due ruote. Roba da35 miglia orarie, autonomia rag-guardevole, motore da 1HP e costidi “solo” 2000$!L’idea e la realizzazione è bellissi-ma, curata e molto ben realizzata,ma la mia idea era decisamente di-versa, particolarmente riferita alpunto di vista economico. Il primoobiettivo era di spendere il menopossibile, almeno per le prime pro-ve, e in ogni modo non superare laquota di 100 – 120 Euro,In commercio esistono alcuni kitper dotare la bici di sistema di pro-pulsione a pedalata assistita, è latecnica con cui un ciclista in sellaalla bicicletta riceve aiuto durantela pedalata da un propulsore ausi-liario. Questo distingue una bici-cletta da un ciclomotore. Per la pri-ma non sono necessari casco, as-sicurazione e targhetta, il secondoovviamente sì. Quindi il ciclista insella ad una bicicletta dotata di pe-dalata assistita deve pedalare eraggiungere una velocità minimaprima che inizi l'aiuto del gruppomotore. Nella mia versione è suffi-ciente un giro di pedali e i motoriiniziano a darci un aiuto.L’idea era in testa da alcuni mesi,ma l’ostacolo principale era lascelta del motore: ho consideratol’uso di diversi tipi di motore, maerano tutti o troppo piccoli, o trop-po grandi, fino a che, sempre in re-te, ecco l’idea giusta: non uno, madue motori uguali accoppiati tra lo-ro unendo i due alberini con un rul-lo zigrinato che per attrito trascina
Le mie bici elettricheprima parte
Daniele Cappa, IW1AXR
Applichiamo un motoreelettrico alla bicicletta,realizziamo un controlleradatto e aggiungiamo unpaio di gadget
foto 1 La Graziella durante i test
proget t i
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la ruota. Come facevano a suotempo i vari motori a due tempi daapplicare alla bici tipo Mosquito oVelosolex.Tecnicamente si tratta di realizzareun sistema di pedalata assistita, inaltre parole un gruppo motore cheaiuti il pedalatore umano; l’impres-sione è di avanzare sempre comese ci si trovasse in una leggera elunghissima discesa. Le prime prove hanno dimostratoche i due motori sono in grado dimuovere la bicicletta e il suo passeg-gero in modo autonomo, anche seuna pedalata leggera li aiuta molto.Dopo la prima versione, provvisoriae brutale, che utilizzava i due moto-ri, le batterie legate con nastroadesivo e un interruttore posto sulmanubrio per accendere e spegne-re il tutto; ho realizzato questa ver-sione che offre alcune comodità inpiù (vedi foto 1, in apertura).La velocità massima è quantifica-bile sui 20 – 25 km/h per un’autono-mia di circa un’ora e comunque di-pendente da quanto pedaliamo eda quanto facciamo… pedalare aimotori, oltre che dalla capacitàdelle batterie.Il regolatore impiega solamente unCD4011, un vecchio NE555 e duedarlington NPN, questo limita unpoco le prestazioni, non si ha nes-sun controllo se il rullo slitta sullaruota, ma con un uso attento è pos-
sibile accorgersiquando è necessa-rio mollare la ma-netta del gas (!). Lacosa avviene quasiesclusivamente sela ruota, e il rullo,sono bagnati, men-tre durante l’usonormale succedeesclusivamente seaccendiamo i mo-tori con il comandomanuale mentresiamo fermi.Legalmente in Ita-lia non dovrebbero
ancora esserci norme che regola-no l’uso di biciclette elettriche, èragionevole pensare che il futuroci riservi norme paragonabili aquelle in esame in sede comunita-ria. Le limitazioni dovrebbero ri-guardare la velocità massima fis-sata a 20 – 25km/h e il fatto di ave-re un aiuto nella pedalata dal mo-tore elettrico, non un propulsoreautonomo che renderebbe laex_bici un vero veicolo completa-mente elettrico. L’aiuto fornito dai motori deve ces-sare quando cessa la pedalata delciclista, cosa del resto molto co-moda durante l’uso normale.Per realizzare questo progetto ènecessario avere un minimo di pra-tica in montaggi di tipo meccanico,oltre che elettronico. È necessariolavorare in modo ordinato e, anchemeccanicamente, preciso. Questonon solo per ottenere una bici chesia realmente usabile per moltotempo, ma anche per evitare di in-correre in fastidiosi contrattem-pi… lontano da casa
Scelta dei motori
e il montaggio
Per le prime prove ho preferitomartirizzare una vecchia bici tipoGraziella, che ha il vantaggio diavere un bel portapacchi adatto asostenere quanto necessario du-rante i test. La prime versione ave-
va il regolatore infilato dentro a unbarattolo di plastica tenuto sul por-tapacchi da due pezzi di nastro dapacchi.I motori sono tenuti insieme da unabarra di filettato da 6 MA, sono fis-sati dal lato superiore al portapac-chi della bicicletta a mezzo di duefascette in metallo opportunamen-te sagomate. Un puntone di barrafilettata regola la pressione eser-citata dal rullo sul pneumatico ed èregistrabile tramite una coppia didadi (foto 2). La regolazione per-mette di allontanare, qualora fossenecessario, il rullo dal contatto conla ruota.La scelta è caduta su due motoridell’elettroventola del radiatoreprovenienti da due Fiat Uno. Sonooggetti che si trovano facilmenteda qualsiasi autodemolitore perpochi spiccioli. Non importa lamarca o il modello di provenienza,è importante che siano utilizzatidue motori assolutamente identicitra loro e che questi abbiano un si-stema di fissaggio riutilizzabile epossibilmente simmetrico. I motoritipo Fiat hanno tre alette ortogona-li all’asse del motore e a circa 120gradi tra loro.
Sistemi analoghi disponibili in com-mercio impiegano due motori mon-tati sulla ruota anteriore. Ho scarta-to questa ipotesi per usufruire dellacomodità fornita dal portapacchi,l’applicazione alla mountain bike ri-chiede un montaggio analogo, rea-lizzando una sorta di portapacchiadatto a sostenere i motori. Un giroin ferramenta fornisce profilati qua-dri in alluminio da 20x20 mm, rivettie una barra di filettato da 6MA ne-cessari a fissare il tutto. È stato fat-to abbondante uso di alluminio e ri-vetti, per limitare quanto più possi-bile il peso. Per questa bici i motoriprovengono dall’elettroventola didue Lancia Thema.I due motori sono uniti tra loro daun tamburo, il mio è realizzato inhostaform, è una plastica bianca e
foto 2I due motori, il rullo in hostaform e il tirantein filettato da 6 MA
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molto dura, in alluminio andrà ov-viamente bene.Il rullo è un cilindro di 40 mm, poiaumentati a 50 mm, di diametro zi-grinato all’esterno, lungo 60 mm,con un foro assiale di 8 mm e la se-de per le due spine dei due alberi-ni dei motori, le sue dimensioni so-no dipendenti dal diametro degli al-berini dei motori utilizzati.È l’unico pezzo che andrà realizza-to al tornio da un artigiano, o da unamico disponibile; il resto è realiz-zabile in casa avendo disponibileun trapano, anche a pile, un se-ghetto da ferro, chiavi e quanto incasa non dovrebbe mai mancare.Il tutto è assemblato sul banco inmodo da avere i due motori perfet-tamente assiali tra loro. La provasarà eseguita sulla bici misurandola corrente assorbita a vuoto daidue motori già montati, ma non col-legati alla ruota.È molto importante che il montag-gio del propulsore sulla bici rispet-ti la posizione dei motori le cui staf-fe devono essere assolutamenteparallele tra loro. In questa fase èpossibile effettuare le prime provesu strada, utili anche a determina-re il massimo assorbimento di cor-rente dei motori utilizzati. La provaverrà effettuata semplicementecollegando un robusto interruttoree l’amperometro del tester tra lebatterie e i motori.In base ai risultati di queste provedecideremo come dimensionare lostadio finale del regolatore PWM.Dobbiamo comunque prevedereche le batterie sono soggette ascaricarsi, anche piuttosto in fret-ta, di conseguenza il rullo del grup-po dei motori deve poter essere al-lontanato dal contatto con la ruotain breve tempo; per permettere l’u-so della bici normalmente senzatrascinare a vuoto i motori.
Le batterie e i consumi
I due motori sono collegati in serietra loro, sia per ridurre la correnteassorbita sia per rendere per
quanto possibile uguale la coppiadei due singoli motori. L’alimenta-zione è fornita da due batterie alpiombo_gel, quelle utilizzate negliimpianti antifurto, da 12 V 7Ah col-legate in serie tra loro.La corrente assorbita a vuoto è pa-ri a circa 2A. che salgono a tre,quattro durante l’uso normale, persalire anche a 15A con il carico ap-plicato e i motori collegati diretta-mente alle batterie, senza alcunaregolazione. Da questo ne derivaun’autonomia media che dovrebbe
essere, per un uso non gravoso, dicirca un’ora. La versione visibilenella foto 4 è dotata di quattro bat-terie, nell’ottica di aumentare l’au-tonomia. Ovviamente il peso au-menta di conseguenza!Sulla mia mountain bike è possibilefissare 4 batterie da 7Ah ricorren-
foto 4Il contenitore con quattro batterie e il regolatore
a transistor montato sul portapacchi posteriore
figura 1Le curve di scarica delle batterie al piombo Gel
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do a delle semplicifascette, altre duebatterie possonoessere fissate ac-canto alla ruotaposteriore sfrut-tando le staffe chesostengono il grup-po motore.Questo tipo di bat-terie sono prodottein più versioni, laserie a 12V parte da1.2Ah fino a 200Ah.Per le nostre ne-cessità possiamoconsiderare l’usodi esemplari da 5 a18Ah. La sceltasarà effettuata se-condo il peso e lospazio disponibilecontro l’autonomianecessaria.Nel grafico è visi-bile la curva discarica di questotipo di batterie, co-me vediamo conuna corrente discarica pari allacapacità nominalele quattro batterie(14Ah) si scarica-no in 20 minuti,mentre a 0.6 C (8.4Ah) viaggiamo per50 minuti, questovalore rappresentauna ragionevoleprevisione di con-sumo durante l’usonormale. Il tutto al-la improbabiletemperatura di 0°,a 20° C l’autonomiaaumenta di circa il20%. Se vogliamosognare conside-riamo un uso moltoparsimonioso cheassorba dalle bat-terie una correntemedia di 3.5 A ci
permette una autonomia di quasitre ore, sicuramente oltre le miecapacità pedalatorie!
La regolazione elettronica
Come già detto la parte elettronicaè composta da un regolatore PWMformato da un 555, due transistor dipotenza e un CD4011 che accendee spegne l’oscillatore del PWM se-condo necessità (foto 3).La trazione elettrica è attivata au-tomaticamente nel momento in cuiil ciclista inizia a pedalare e la ruo-ta anteriore compie una frazione digiro.Dovendo realizzare un sistemaadatto all’uso cittadino dobbiamoavere la certezza che la cosa nonci esponga a pericoli. Per questoho utilizzato due sensori reed,quelli formati da un magnete e uncontatto magnetico e sono utilizza-ti negli impianti antifurto civili co-me sensori su porte e finestre. Unoè posizionato su un pedale e attivail reed ad ogni pedalata (foto 7); aquesto sensore fa capo un timerche attiva l’oscillatore del control-ler PWM dei motori per 3-4 secon-di. Un sistema analogo è posto trala forcella e i raggi della ruota nonmotrice e attiva l’oscillatore per unsecondo circa. Il gruppo motore èattivo solamente quando entrambii timer sono attivi. Perché questidue timer e perché hanno dei tem-pi così brevi? Per non farsi male!Il sistema si deve attivare da soloquando la bici è in movimento, ilsolo sensore sui pedali avrebbefatto accendere i motori anchequando, da fermi, giriamo al con-trario i pedali per portarli nella po-sizione di partenza mentre il solosensore sulla ruota avrebbe acce-so i motori anche quando spostia-mo la bici la mano, entrambe le si-tuazioni sono da evitare.I tempi brevi ci obbligano a peda-lare, anche lentamente, se la peda-lata cessa dopo 3-4 secondi cessaanche la spinta aggiuntiva dei mo-tori, dunque se stiamo giungendo a
foto 3bIl regolatore senza i finali
foto 3Il regolatore della Graziella
foto 7Reed montato sul pedale
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un semaforo rosso dobbiamo smet-tere di pedalare una decina di se-condi prima e i motori si fermeran-no in tempo.Il sensore sulla ruota anteriore, ocomunque quella non motrice, im-pedisce che la spinta dei motoriavvenga anche se la bici non è piùcon le ruote a terra. Se dovessimocadere la spinta cessa dopo pochiattimi che la ruota anteriore, o i pe-dali, si sono fermati.È vero che questo sistema non mi-sura la velocità angolare della ruo-ta o dei pedali, ma rileva solamen-te la posizione dei due elementi ri-spetto ai reed fissati sul telaio. Lapossibilità che entrambi i sensorisiano in posizione attiva con la biciferma è remota, e comunque por-tano a un’attivazione accidentaledei motori per un secondo circa.Se non siamo interessati a questiautomatismi, sarà sufficiente sosti-tuire il contatto del reed posto sul-la ruota con un pulsante situato sulmanubrio. Al posto del reed mon-tato sul pedale inseriremo un pon-ticello.Sulla montain bike non ho montatoil reed sulla ruota e ho allungato unpoco il tempo del timer sul pedale,la bici è usata fuori città dove an-dare in bici è meno pericoloso.I due timer sono realizzati con unaunica porta NAND del CD4011. Ilcondensatore C4 si carica ogni pe-dalata tramite la resistenza R1 e siscarica sulla resistenza R3, analo-gamente C5 si carica ogni giro diruota tramite R2 e si scarica su R4.In entrambi i casi il tempo di caricaè molto breve, circa 1mSec. La Graziella utilizzata ha ruote da20”, lo sviluppo del pneumatico ècirca 160 cm a 25 km/h la ruotacompie circa 1 giro ogni 220 msec,se il reed sente il magnete per unmovimento di circa 10 gradi alloral’impulso sul reed della ruota dureràalmeno 6 mSec. Bastano a caricareil condensatore del timer della ruo-ta. Il reed opera bene anche pertempi d’intervento così brevi.
Il timer della ruotariuscirà a mante-nere il controllo deimotori attivato incontinuazione apartire da 6 km/h.La mountain bikeha ruote da 26” e itempi sono sensi-bilmente più lun-ghi.L’oscillatore PWMè formato dal solitoNE555 in configu-razione astabile, lafrequenza di oscil-lazione è fissa acirca 2kHz, la frequenza non è cri-tica, ma diventa fastidiosa se ètroppo bassa. Il primo prototipoprevedeva la commutazione, trami-te jumperini, della frequenza dell’o-scillatore da 10Hz a 10kHz circa;2kHz rappresentano il miglior com-promesso tra comodità di guida eresa elettrica, durante l’uso si av-verte solo un leggero sibilo. Il dutycicle è fatto variare dal 2 al 98 %circa tramite il potenziometro P1che andrà posto sul manubrio (foto5). Questa variazione regola il nu-mero dei giri, e la coppia, dei duemotori in modo continuo.I tempi di carica e scarica del con-densatore C7 collegato ai pin 6 e 2del 555 sono variabili in funzionedella posizione del potenziometroP1, ne otteniamo una validissimaregolazione del duty cicle della for-ma d’onda in uscita al pin 3 del 555.Quando l’uscita è a livello alto i duemotori ricevono corrente, quandoil pin 3 è a livello basso i motori so-no spenti. Questa commutazioneavviene alla frequenza dei citati2kHz, ma il periodo in cui i motorisono accesi e il periodo in cui so-no spenti non è uguale. È questadifferenza che permette la regola-zione della coppia sugli alberini diuscita dei due motori.Il comando di potenza è ottenutocon una coppia di transistor dar-lington di potenza (TIP141), il nu-
mero di transistor è proporzionalealla corrente richiesta dai motori. Idue ex-Fiat Uno assorbono circa 15A a pieno carico e i due TIP141 for-niscono 20 A massimi, se i motoridovessero avere assorbimenti di-versi sarà necessario adeguareanche il numero di finali, oppure ri-correre a modelli più potenti. Tra itanti prototipi ho realizzato un co-mando analogo che fa uso di dar-lington PNP, sono stati utilizzati 4transistor montati su un robustodissipatore. I motori dell’elettro-ventola della Thema utilizzati sullamountain bike sono più avidi dicorrente rispetto a quelli della Unoe il regolatore con i due TIP141 nonè sopravvissuto a lungo. Riporto loschema elettrico di questa versio-ne del gruppo finale, il cablaggio èrealizzato interamente sulla parteposteriore dell’aletta.La perdita nei transistor è quanti-
ficabile intorno al 8% della potenzaassorbita e avviene in pratica solodurante il passaggio tra i due statilogici, principalmente perché ifronti di commutazione sono moltoveloci, ma non immediati, Pertantouna frequenza di commutazionepiù bassa riduce il numero dellecommutazioni e la potenza dissipa-ta nei finali. Con i due motori sulbanco e una frequenza di 10 KHz itransistor si arroventano in menodi un minuto mentre a 2KHz dopo 5
foto 5Manopola di P1 e pulsante Turbo
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minuti sono poco più che tiepidi. Ilcondensatore che regola la fre-quenza di commutazione è C7.Il diodo in parallelo ai motori pro-tegge lo stadio di potenza dalle ex-tratensioni che si generano duran-te la commutazione. I motori sonoun carico fortemente induttivo enel momento de passaggio dallasaturazione all’interdizione deitransistor si genera una tensioneanche piuttosto elevata di segnoopposto alla causa che la ha gene-rata. Per questo i tre diodi (D8, D9
e D10) sono assolutamente indi-spensabili, pena una prematura di-partita dei finali, mentre le due re-sistenze R8 e R9 possono essereomesse, i due transistor dovrebbe-ro essere identici tra loro altrimen-ti, senza le resistenze, rischiateche uno lavori più dell’altro e nonavrete alcuna protezione dalla ec-cessiva temperatura. I finali e i componenti di contornosono montati direttamente sul dis-sipatore, se è previsto l’uso di mo-tori più potenti possiamo aggiun-
gere finali fino ad arrivare alla cor-rente richiesta. Attenzione allacorrente di spunto che può rag-giungere il doppio o il triplo dellacorrente assorbita normalmente.A questo punto termino la primaparte dell’articolo. In seguito illu-strerò il montaggio del regolatore,l’impianto elettrico della bicicletta,impressioni e considerazioni finali.
Al prossimo mese.
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Il montaggio
Nel progetto non sono stati usaticomponenti critici, praticamentetutto può essere sostituto con qual-cosa di analogo, rispettando le cor-renti che nello stadio di potenzaraggiungono valori elevati.Il tutto andrà assemblato con curae in modo stabile, la bici trasmettevibrazioni e subisce urti anche diforte intensità.Per dare un tocco sportivo (!) altutto ho montato, sul manubrio ac-canto alla manopola di P1, un pul-sante normalmente aperto, deno-minato Turbo, che inizialmente atti-vava un relè i cui contatti collega-vano direttamente i motori all’ali-mentazione; in tal modo viene eli-minato tutto quanto di elettronico èstato fin qui illustrato fornendo aimotori ed alla ruota, la massimapotenza disponibile a scapito dellacarica delle batterie che vengono
così sottoposte a un carico chepuò arrivare a 15A, utile se si è ve-rificato un guasto… Successiva-mente in seguito alla bruciatura deicontatti del relè il comando è statospostato in modo da pilotare diret-tamente le basi dei transistor, tra-mite il pulsante (così bruciamo di-rettamente i transistor).Il consumo a “bici ferma” del soloregolatore a riposo è di circa 20mA,pochi rispetto al consumo del moto-re ma sufficienti a giustificare l’uti-lizzo di un interruttore per escluderecompletamente le batterie durantele soste prolungate o in garage.I tre prototipi del regolatore sonostati montati su basette millefori, idue transistor su un dissipatore8x5cm circa. La versione per laMountain bike è stata realizzata se-guendo il disegno dello stampatoproposto, ma utilizza quattro finaliMJ2501 (Darlington PNP da 10A).Se deciderete di provare questaversione del gruppo di finali ricor-datevi che il transistor NPN (BD165)che precede i finali andrà semprealimentato, l’eventuale interruttorea chiave deve togliere l’alimentazio-ne al solo regolatore, vale a dire so-lo al 7812 e quanto questo alimenta.Durante queste giornate torride(siamo in piena estate…) il dissipa-tore montato all’interno del conteni-tore non raffredda come dovrebbe idue transistor, per questo la versio-ne successiva è stata realizzata conil dissipatore esterno più grande fis-sato accanto alla ruota posteriore.I collegamenti in cui scorre la cor-rente dei motori andranno effettua-ti con filo di sezione più consisten-te, almeno 2.5 mm di diametro.
Le mie bici elettricheseconda parte
Daniele Cappa, IW1AXR
Dopo aver presentato ilprogetto illustriamo ilmontaggio delregolatore, l’impiantoelettrico della bicicletta,impressioni econsiderazioni finali
foto 6Le batterie e regolatore a due transistor
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ELE
NC
O C
OM
PO
NE
NT
ID
EL R
EG
OLA
TO
RE
R1 =
R2
= 33
0ΩR3
= R
4 =
1MΩ
R5 =
R6
= 1,
2kΩ
R7 =
220
ohm
R8 =
R9
= 0,
1Ω10
WR1
0 =
R11
= 22
0Ω
P1 =
pot
enzi
omet
ro li
near
e 10
0kΩ
+ m
anop
ola
C1 =
100
0µF
50 V
C2 =
C3
= 10
0nF
C4 =
3.3
mic
roF
C5 =
1 m
icro
FC6
= C
7 =
10 n
FD
1 =
1N40
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D2
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5 =
1N41
48D
6 ÷
D9
= 1N
4007
D10
= B
YW80
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V o
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TR1
= TR
2 =
TIP1
41IC
1 =
LM78
12IC
2 =
NE5
55IC
3 =
CD40
11
SW1
= m
agne
tico
reed
NA
SW2
= m
agne
tico
reed
NA
SW3
= pu
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A
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14
pin
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I due diodi chesono collegati aitransistor (D8 eD9) sono montatidirettamente suipin dei transistor.Il tutto è stato de-finitivamente si-stemato in un con-tenitore da ester-no, provvisto dichiave, prove-niente da un exantifurto da abita-zione che contie-ne quattro batte-rie, due serie di
due in parallelo tra loro e la parteelettronica (Foto 6). Il tutto è salda-mente fissato sul portapacchi dellaGraziella. Davanti alla scatola (sotto
la sella) è previsto lo spazio per unpiccolo caricabatteria che vienecollegato a mezzo di una piccolapresa volante fissata al telaio dellabicicletta. Un trasformatore da 24V,un ponte a diodi e una resistenza li-mitatrice da 2.2 – 4.7Ω 5W per limi-tare la corrente di carica a 0.5 – 1 Amassimi che permettono la ricarica“lenta” delle batterie in circa 15 – 20ore. Ovviamente raddoppiando lebatterie raddoppia anche il tempo diricarica.L’interruttore a chiave toglie l’ali-mentazione solo al regolatorePWM, lo stadio di potenza non as-sorbe nulla di misurabile, se il re-golatore non è alimentato. In paral-lelo all’alimentazione del regolato-re è stato montato un voltmetroanalogico da 30 Vfs, anche luimontato sul manubrio accanto alclassico contachilometri da bici,per controllare la tensione degliaccumulatori durante i test. (Foto 7)Sulla mountain bike è stato monta-to un vecchio kit MK1770 dellaGPE, si tratta di un tester per bat-terie a 12V, opportunamente modi-ficato per l’uso a 24V. Inserito nelguscio di un vecchio telecomandoe montato accanto al manubrio èmolto più discreto dell’ingombran-te ex-tester.In serie alle batterie è necessarioinserire un fusibile, anche di tipoautomobilistico da 25-30A.Il cablaggio della mountain bike èstato realizzato in modo modulare,in modo da permettere la sostitu-zione di un elemento semplice-mente staccando un connettore.Lo schema a blocchi chiarisce lacosa, l’impianto è stato suddivisoin quattro blocchi:• i motori• i finali• le batterie• il regolatore, a cui fanno capo
tutti i comandi e il voltmetro
Ogni blocco è collegato con uno opiù connettori, solo il regolatore ha iconnettori da stampato all’interno,
foto 7Manubrio con il voltmetro, l’odometro, la
manopola di P1 e il pulsante Turbo
figura 1Schema blocchi del progetto
Disposizione dei componentisulla basetta dello stampatodel regolatore.
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gli altri hanno connettori a due, quat-tro e sei vie di tipo automobilistico.È un buon sistema per non disfaretutto l’impianto in caso di un guasto,è successo più volte e non è diver-tente disfare cosa si è appena fatto!
Impressioni di chi
ha provato il mezzo…
Durante la prima settimana di pro-ve la bici, ancora in fase di perfe-zionamento, è stata provata da unadecina di amici, tutti entusiasti del-la cosa fino alla definizione di Da-vid: «Bellissimo, erano anni chenon mi divertivo così!». Si è passati dai 65kg del sottoscrit-to, al quintale abbondante di Leoiw1fsv, in condizioni test, con unacoppia di batterie di recupero e po-chissima voglia di pedalare, l’auto-nomia di due sole batterie non èeccezionale, ci si diverte per 30 –40 minuti poi è necessario ricarica-re le batterie. Un uso attento e ra-gionevole aumenta la durata dellacarica delle batterie fino al tempoe alla percorrenza prevista.La bici è perfettamente usabilesenza nessuna attenzione partico-lare (Foto 8), basta regolare il po-tenziometro della velocità secondola propria pedalata, trovando il giu-sto compromesso tra la fatica dipedalare e la certezza che la cari-ca delle batterie è destinata aesaurirsi. L’effetto dei due motori
elettrici è accompagnato da un si-lenzio quasi totale che fa ulterior-mente apprezzare l’opera appenaconclusa.
Quanto si spende
e quanto pesa
I motori nuovi, come ricambio, co-stano da 50 a 80 Euro, ma si posso-no trovare ricambi nuovi di auto or-mai obsolete a molto meno; ho tro-vato una coppia di motori da elet-troventola radiatore per Fiat 124(anno 1970 circa) a 30 Euro.Da un demolitore possono valeredai 5 ai 10 Euro l’uno. Portatevi intasca una batteria carica per pro-varli, scegliete modelli provenientida auto vecchie, anche Fiat 127 e128. È importante che siano asso-lutamente identici tra loro, stessomodello e stesso costruttore.Attenzione a motori elettroventolaprovenienti da auto dotate di moto-ri Fire (Uno, Panda Y10, Punto) so-no di dimensioni particolarmentecontenute e potrebbero essere po-co potenti, non ho avuto la possibi-lità di effettuare prove in tal senso.Il regolatore completo costa circa10 Euro, le batterie (la versione da7Ah) 20 – 25 Euro l’una. Il contenito-re per il solo regolatore risulta es-sere molto piccolo, se le batteriedevono essere collocate al suo in-terno allora le dimensioni aumenta-no; una idea valida è di fissare le
foto 8Lionella in bici
ELENCO COMPONENTIDEL GRUPPO FINALIPNP
R1 = 3,3kΩ 1/4WR2 = 1200ΩR3 = 2,2kΩR4 ÷ R7 = 270ΩR8 ÷ R11 = 0,1Ω10WD1 ÷ D4 = 1N4007D5 = BYW90-150TR1 = BD165TR2 ÷ TR5 = MJ2501
proget t i
batterie con alcuni robusti elastici,con una cinghia o delle fascette didimensioni adatte, e inscatolare so-lo il regolatore. Il risparmio sul pesocomplessivo può essere notevole.Una batteria da 12V 7 Ah misura 13x 15 x 6.5cm e pesa 2.660Kg.In ferramenta una barra da 2 metridi profilato in alluminio da 20 x 20mm costa circa 7 Euro, cui aggiun-giamo le minuterie fino a 15 Euro.Siamo a poco più di 100Euro totalicontro un valore di kit commerciali,sicuramente più evoluti e perfor-manti, di 270 - 330 Euro. Il kit più economico di cui sono aconoscenza è distribuito dallaGBC, costa 245 Euro e pesa circa4kg. Purtroppo non ho dati circa lacapacità delle batterie utilizzate edella sua autonomia. Home Shopping Europe commer-cializza una bici elettrica, con pe-dalata assistita, della Piaggio a999Euro, dichiarano 30km di auto-nomia a 15km/h. Per montare il prototipo ho recupe-rato quasi tutto, i motori da Gino inVia Talucchi a Torino, le batterie e
la scatola da Riccardo, cugino dame stressato con le mie idee stra-ne. I rulli sono stati torniti da Ro-berto iw1bnv. La componentisticaè stata gentilmente offerta dallescatole dei recuperi. Solo le barrefilettate e le minuterie meccanichesono state acquistate.Il tutto ha un peso importante, serapportato a quello della bici, ognimotore pesa circa 1.5kg, a cui siaggiungono 5 o 10kg secondo seimpieghiamo una o due coppie dibatterie. Se il contenitore è in me-tallo dobbiamo aggiungere ancheil suo peso. Nel prototipo il pesoraggiunto da tutto il sistema èquantificabile a circa 15kg, cosache raddoppia il peso della bici.Sistemate le batterie in posizionequanto più possibile centrale, il pro-totipo visibile nelle foto è molto sbi-lanciato verso la parte posteriore,l’uso di un contenitore dalle dimen-sioni generose ha impedito di fis-sarlo immediatamente dietro la sel-la, dove non si sarebbe più aperto.Forte dell’esperienza fatta con laGraziella assemblando la mountain
bike ho prestato più attenzione aipesi, utilizzando quando possibilealluminio per il montaggio mecca-nico, plastica per il contenitore delregolatore e finali montati vicino aimotori, distribuendo meglio i pesidelle batterie. Questo tipo di accu-mulatori sono di tipo ermetico, pos-sono essere montati in qualsiasiposizione e non subiscono dannise dovessero bagnarsi. Diverso èper i contatti elettrici che vannoaccuratamente riparati dall’umi-dità, anche ricorrendo a del sem-plice grasso di vaselina.I costi di gestione (!) sono ridicoli…un ciclo di ricarica per il mio pacco diquattro batterie consuma circa 500W,da tre a cinque centesimi in energia,secondo il momento e il contratto…leggete la bolletta dell’energia elettri-ca e vedete se ci capite qualcosa. Secon una ricarica percorriamo 20kmsiamo a meno di 0.0025 Euro/km, unautilitaria che percorra 16km con un li-tro costa 6 centesimi al km solo di car-burante; circa 25 volte il consumo del-la bici… ammesso che non piova, al-trimenti uso l’auto.
Veicolo di base Bicicletta tipo Graziella della Legnano, anno 1970 circa, interamente originale, compresi pneu-matici e freni.
Motore: Due motori DC a magneti permanenti ex_elettroventola Fiat Uno fissati al portapacchi poste-riore. La potenza dei due motori accoppiati è quantificabile a poco meno di ? CV.
Trazione: A rullo in Hostaform (o alluminio), diametro 40 – 50mm a contatto con la ruota posterioreController: A commutazione a transistor (due finali NPN), autocostruito, con regolazione della velocità sul
manubrio con un potenziometro e sensori di pedalata e di movimento della ruota anterioreBatterie: 4 elementi 12V - 7Ah in serie e parallelo per avere 24V 14Ah montati in contenitore metallico
insieme al regolatoreTensione di lavoro: 24Volt per i motori stabilizzati internamente a 12V per il controllerRicarica delle batterie: Caricabatteria lento con trasformatore 24Vca 2 A, ponte a diodi e resistenza limitatrice da 2.2
ohm. Tempo di carica 20 ore circa.Strumentazione: Computer da bici e voltmetro analogico 30Vfs, ex tester Amtron. Chiave e spia del quadro (!).Velocità: Massima 19km/h con rullo da 40mm, 23km/h con il rullo da 50 mm, senza pedalare
15 – 18km/h pedalando durante il normale uso.Autonomia Stimata 10km senza pedalare, 30km per un uso normale.Peso: 15kg più la bicicletta.Capacità di trasporto: Un adulto (anche se ha le dimensioni di Leo…)Tempo di conversione Un mese, dall’idea alla prima realizzazione. Per assemblare i pezzi 12 ore circa.Costo totale: Da 0 a 100 Euro, secondo quanto si riesce a recuperare usato, più la bicicletta.Costo al chilometro: Meno di 5 vecchie lire, 0.0025 Euro stimato di energia elettrica ogni chilometro percorso. Con
il costo di un litro di benzina percorrerebbe 400km…
Tabella con le caratteristiche del progetto Graziella
novembre 2003
proget t i
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Un consiglio, se avete qualche dub-bio circa la riuscita del progetto, se-guite il mio esempio: realizzate unaprima versione più economica, conquel che riuscite a trovare, poi sicu-ramente passerete alla realizzazio-ne definitiva forti dell’esperienza cheavrete nel frattempo accumulato.I finali dei prototipi sono tutti a tran-sistor, le prove da me condotte uti-lizzando dei mosfet di potenza(BUZ100) hanno portato alla prema-tura dipartita di questi ultimi, perquesto ho presentato solo la versio-ne a transistor. Nel caso vorresteprovarci anche voi NON dimentica-te i tre diodi D8, D9 a D10, senzaquesti il mosfet vive pochi secondi.Sugli emettitori dei transistor sonopresenti delle resistenze da 0.1ohm, sul primo prototipo (quello coni TIP141 e montato sulla Graziella)NON sono state montate, mentresulla piastra con i quattro MJ2501sono presenti.Queste resistenze dissipano 20 –25W per un consumo totale dei mo-tori di circa 360W. Montarle significaraddoppiare le perdite nel regolatore.
Non montarle significa rischiareche un finale lavori di più di dell’al-tro e vada incontro a un surriscal-damento fatale.Se avete transistor identici, acqui-stati (e fabbricati) insieme suggeri-rei di non montarle. Non è una realizzazione da portarea termine in fretta, ho impiegatopiù di due mesi a completare primala Graziella, poi la mountain bike.La maggior parte del tempo è statoimpiegato nella ricerca del mate-riale adatto. Il montaggio non portavia molto tempo: un paio di pome-riggi per la realizzazione meccani-ca e uno per la realizzazione piùsquisitamente elettronica.Sicuramente la parte elettro-nica non raggiunge livellitecnologicamente elevati,ma la stesura di quanto ave-te fin qui letto ha richiesto inassoluto più tempo di qual-siasi altro progetto che ho in-viato alla Rivista superandoabbondantemente le 24 ore discrittura sul PC.Questo progetto ha radici
profonde, nella Foto 9 è riprodottoun quattroruote spinto da un moto-re 150cc ex_Vespa del 1954. La co-sa è stata messa insieme poco piùdi 40 anni fa da mio padre, quasiper gioco, per solo piacere di farlo.È composto quasi completamenteda pezzi di alcune Vespa (il volanteè di una Fiat Topolino) ed è tuttorafunzionante malgrado il suo moto-re abbia ormai 50 anni. Forse è perquesto che fare qualcosa su cui cisi sposta mi ha dato tanta soddi-sfazione.A disposizione di quanti avesserobisogno attraverso la Redazione ovia mail. A presto,
Veicolo di base: Mountain Bike classica, ruote da 26”, cambio ShimanoMotore: due motori DC a magneti permanenti ex_elettroventola Lancia Thema fissati su un telaio rea-
lizzato in profilato quadro di alluminio 20 x 20 mm. La potenza dei due motori accoppiati èquantificabile a poco più di ? CV.
Trazione: A rullo in alluminio, diametro 45mm a contatto con la ruota posteriore.Controller: A commutazione a transistor (quattro finali PNP), autocostruito, con regolazione della velocità
sul manubrio con un potenziometro e sensore di pedalata. Il sensore sulla ruota anteriore nonè stato montato.
Batterie: 4 elementi 12V - 7Ah in serie e parallelo per avere 24V 14Ah fissate tramite fascette al telaiodella bici.
Tensione di lavoro: 24Volt per i motori; stabilizzati internamente a 12V per il controller.Ricarica delle batterie: Caricabatteria lento con trasformatore 24Vca 2 A, ponte a diodi e resistenza limitatrice da
2,2Ω. Tempo di carica 20 ore circa.Strumentazione: Computer da bici e display livello batteria a 3 LED (MK1770), chiave e spia del quadro (!).Velocità: Massima 25km/h con il rullo da 45 mm, 18 – 20km/h pedalando durante il normale uso.Autonomia: Stimata 10km senza pedalare, 30km per un uso normale.Peso: 13kg più la bicicletta.Capacità di trasporto: un adulto (Leo non è salito su questa versione…)Tempo di conversione: Assemblata durante i weekend in 20 ore circaCosto totale: Da 0 a 100 Euro, secondo quanto si riesce a recuperare usato, più la bicicletta.Costo al chilometro: Stimata simile alla precedente, meno di 5 vecchie lire, 0.0025 Euro di energia elettrica ogni
chilometro percorso. Con il costo di un litro di benzina percorrerebbe 400 Km…
Tabella con le caratteristiche del progetto Mountain bike
