elektrische buitenboordmotor aandrijven met generator aan achterwiel fiets

[Jaap v.d. Velden]

Ik wil een waterfiets bouwen die ik voortstuw door op mijn fiets te fietsen (=ideale houding om kracht te kunnen zetten).
De voortstuwing moet komen vanaf het achterwiel.
Het lijkt mij het makkelijkst (minst moeilijk) om een gelijkstroommotor op de band van het achterwiel te zetten en met de gelijkspanning een elektrische buitenboordmotor (fluistermotor) te laten draaien. 
Ik heb een tandem, volgens mij moet je met z'n tweeën een vermogen van circa 300 watt kunnen opbrengen. Ik heb ook versnellingen, dus het toerental is redelijk aan te passen aan wat nodig is.
 
Vragen: wat voor een dynamo kan ik het beste gebruiken: een auto-dynamo is goed te verkrijgen (tweedehands), maar een dynamo (motor) met permanente magneten lijkt mij geschikter? Zijn die goed te koop (300 Watt, 12V)?
 
Past het verloop van spanning/vermogen van zo'n dynamo goed bij de afname/toerental van een buitenboordmotor. Of komt een bb motortje van 500 Watt pas op gang als je ook zo'n beetje 500 watt levert?
 
Misschien wil ik er om even te kunnen uitrusten ook een accu van 12 V bij zetten. Kan ik die gewoon parallel zetten, of werkt m'n dynamo dan niet meer c.q. hoe snel komt zo'n dynamo op 12 V?
 
Volgens mij hebben elektromotoren een hoog rendement, en zou het systeem dus een rendement van 90 x 90% = 80% moeten kunnen halen (exclusief accu, die heeft een lager rendement). Is dat reëel, of ben ik dan te optimistisch?
 

[Pinokkio]

90 % rendement voor zulke kleine dynamo en motor lijkt me veel te optimistisch.
Ik vermoed hooguit 65 % elk.

[Olof Bosma]

Je zult vermoedelijk willen dat harder harder trappen ook harder varen betekent.
De vraag is dan wat er voor een motor in die buitenboordmotor zit.
Je zou denken dat daar een pulsbreedte regeling in zit, want waarschijnlijk kun je meer of minder gas geven.
Dan wordt het moeilijk om met trappen de snelheid te regelen.
In dat geval lijkt het me het beste om de gashendel naar je stuur te brengen en inderdaad een accu te gebruiken.
De snelheid bepaal je met het gas, en je trapt naar genoegen. 
Als je als dynamo een auto-altenator neemt zal de gevraagde trapsnelheid vrijwel constant zijn. Bij harder trappen wek je wel meer stroom op maar sneller wil het niet.
Misschien fietst dat niet comfortabel (alhoewel je versnellingen hebt); alsof je tegen een muur fietst.
Als je een wat vriendelijker trapbelasting zou willen moet je het veld van de altenator met wat electronica gaan besturen.
Bij harder trappen moet dat dan wat zakken, zodat een hoger toerental wordt toegelaten (waarbij het rendement redelijk goed blijft).
 
Heb je een buitenboordmotor met een kale DC-motor, dan zou je wel voor elkaar kunnen krijgen dat je met trappen de vaarsnelheid regelt. Maar dan wordt de accu weer moeilijk.
 

[Jaap v.d. Velden]

Olof, klinkt logisch wat je zegt. Toch nog een paar vragen:
Bij een pulsbreedte regeling, die je vol zet, verwacht ik dat de spanning continu wordt doorgegeven. Als dan het voltage varieert, varieert dan niet ook het toerental van de motor?
Je noemt een auto-dynamo, met een constant toerental. Maar een auto heeft toch juist een sterk variërend toerental?
En een vast toerental zou op de fiets niet zo'n bezwaar moeten zijn, in principe is het juist prettig als je in het juiste tempo je rondjes kunt draaien.
Kun je iets zeggen over de rendementen, vooral bij lagere belasting van de motoren? 

[Olof Bosma]

Die pulsbreedte regeling heeft zelf ook spanning nodig en als die zomaar naar beneden gaat is het resultaat niet te voorspellen.
Verder hangt het van het motortype af, bv.: 
- wanneer die motor een veldwikkeling heeft, en de spanning daarvan daalt mee met de voedingsspanning, dan gaat die motor in principe niet langzamer lopen, alleen het koppel en het rendement nemen af.
- wanneer het een borstelloze motor is, is er weinig te voorspellen, behalve dat je veel problemen kunt verwachten.
- enz. 
Vandaar dat ik in dat geval een accu als stabiel uitgangspunt adviseer, te meer omdat je dat toch al wilde.
Inderdaad moet een alternator in een auto verschillende toerentallen aankunnen. Dat kan daar omdat de laadregelaar de opgewekte stroom regelt met de veldbekrachtiging (en verder wanneer de accuspanning boven de 14,5 V komt).
Gaat het toerental omhoog, dan gaat de bekrachtiging omlaag. Iets dergelijks zou je dus ook moeten doen (maar dan minder) als je een lineaire belasting zou willen bij het fietsen.
Maar als je het niet erg vindt om tegen een harde grens te trappen, kun je gewoon met een vaste veldbekrachtiging werken.
Is de bekrachtiging maximaal (dus 12 V) dan kun je met minimaal toerental (dus minimaal mechanischverlies) stroomopwekken. Maar dat veld kost ook weer energie en dat pleit voor minder bekrachtiging. Hier moet je dus voor jouw toepassing een optimum vinden.
Hoe het uiteindelijk rendement uitpakt zou ik niet weten, maar elektromotoren hebben in principe wel een hoogrendement. En een mechanische transmissie zal ook niet verliesvrij zijn.
 

[RES]

 
Volgens mij hebben elektromotoren een hoog rendement, en zou het systeem dus een rendement van 90 x 90% = 80% moeten kunnen halen (exclusief accu, die heeft een lager rendement). Is dat reëel, of ben ik dan te optimistisch?
 

 
Dat rendement is waarschijnlijk wel haalbaar als je een moderne BLDC of (dikke) outrunner motor en moderne BLDC controller toepast en als accu LiPo of LiFePO4 cellen (met BMS balancering) en er parallel aan een supercondensator bank (ook gebalanceerd) (om de stroomstoten vlak na of op dat moment elke trap op te vangen, zodat de accu minder hoeft te werken en de motor veel minder afremt over tijd, want piekstromen worden door supercondensator bank opgevangen, laden weer snel op tussen die rechte (stroomsterke) momenten door)

[Jaap v.d. Velden]

Res,
Bedankt voor deze info. Bij een BLDC moet ik dan b.v. denken aan 
http://www.hobbyking.com/hobbyking/store/__21482__NTM_Prop_Drive_28_36_2700KV_595W.html
En kun je iets meer zeggen over een supercondensatorbank. Waar bestaat die uit? Is dat één condensator, of meerdere in een schakeling?
En kun je iets zeggen over de capaciteit?
Ik ga uit van een gemiddeld vermogen van 300 Watt, 60 omwentelingen per minuut, dus 120 keer trappen.
 
Alvast bedankt voor je reactie.