Tee-se-itse sähkörullalauta (Longboard)

Päivitetty 12.9.2017

Sähköpyörä oli ihan hyvä, muttei omasta mielestäni kovin käytännöllinen. Sitä rakentaessani tutustuin VESC-moottorinohjaukseen joka on tarkoitettu rullalaudoille.

Ensimmäisenä hankin tavallisen skeittilaudan. Asensin moottorin kiinnikkeineen, kontrollerin ja akut. 3D-tulostin kotelot kontrollerille ja akuille. Akut olivat LiPo-kennoja jotka purin kaverin vanhoista paketeista.

Tästä versiosta ollaan menty jo paljon eteenpäin kuten tulet huomaamaan lukiessasi.

Moottori, moottorikiinnike ja voimanvälitys

Kiinnike ei pysynyt millään kiinni. Ei auttanut locktitet tai muutkaan viritykset. Tärinä on sen verran kovaa että se pitää hitsata kiinni.

Koitin hitsata sitä, heikoin tuloksin. Matalalämpölangalla ja butaani-propaani-soihdulla jolla pitäisi alumiinin hitsautua nätisti. Kävikin ilmi että kiinnike oli todennäköisesti alumiini-sinkkiseosta.

Muotoilin ihan oikeasta alumiinista uuden kiinnikkeen:

Vein hitsattavaksi ja maalasin päälle. Nättiä jälkeä.

Tuli sitten uusi ongelma. Tuo alumiini oli liian ohkasta. Se pääsi vääntymään jatkuvasti jolloin hihna luisti ja kului nopeasti. Korjasin kuitenkin kiinnikkeen tekemällä tukipalkin, ja laitoin sen toiseen lautaan.

Tein kummallekin puolelle laakerit. Nyt vaikuttaa paljon jämerämmältä, mutta aika näyttää millainen on.

Tein myös uuden paksumman kiinnikkeen ja hitsautin. Tämä kiinnike epäonnistui monella tapaa:

  • Hihnapyörä on jumittunut paikalleen
  • moottorin yksi kierre on pyöristynyt rikki
  • olen tehnyt pulteille turhaan syvennykset kiinnikkeeseen, jotka haittaavat kiristämistä
  • pienemmästä hihnapyörästä kuluneet hampaat pois
  • kiinnike liian kaukana pyörästä

Pyöränpuoleinen hihnapyörä oli m2-pulteilla kiinni, jossa oli vääntövoimaan nähden liian pienet kannat jotka pyöristyivät rikki jatkuvasti, ja lopulta lähtivät vielä irti kesken ajon. Vaihdoin tilalle m3 tankoa, kiinnitin locktitella paikalleen ja lukkomutterit toiseen päähän.

Moottoritkin alkavat näyttää kiinalaisuutensa. Halvat moottorit eBaystä. Kummatkin pitävät ääntä tietyssä kohtaa kiihdyttäessä. Toinen enemmän, toinen vähemmän, kuin rälläkällä hioisi. Toisessa heti alussa meni yksi käämi poikki, ja luulen että yksi magneeteista on irronnut…

Suoravetomoottorit ja uudet kontrollerit

Suoravetomoottorit(550W/kpl) ja uudet kontrollerit(FOCBOX) saapuivat. Niissä ei ainakaan ole hihnaongelmaa. 

Siinä näkyy pyörissä vähän kokoeroa. Uudet ovat 90mm kun vanhat 70mm

Akku ja lataus

Myös akku on käynyt muodonmuutosta läpi. Ensimmäinen versio oli kaverin antamat akut jota hän on käyttänyt lennokeissa. 2,2Ah kennoja. En viitsinyt alkaa mittailemaan todellista kapasiteettia, vaan tein suoraan paketin. 7S2P, eli aina kaksi rinnan ja 7 sarjassa.

Jälkimmäisessä kuvassa näkyy myös BMS asennettuna. Myöhemmin kävi ilmi että BMS meni jatkuvasti rikki ja tuhosi muutaman kennon.

Siinä näkyy kennot paremmin aseteltuna. Koitan pitää maavaran mahdollisimman suurena.

Siinä lataus- ja käyttöliittimet:

Kun olin aikani ajellut, niin päätin hankkia paremmat akut. 20kpl 5Ah LiPo-kennoja joista tein 10S2P-akun, eli 42V/10Ah.

Tein toisenkin akun vanhoista kennoista, jolla pitäisi päästä noin 3km verran kulkemaan:

Luovuin kuitenkin BMS:sta kokonaan, koska se ei ollut yhtään luotettava millään tavalla. Sen sijan VESC katkaisee virran kun jännite tippuu tarpeeksi, ei noin 32-34V kohdalla.

(Päivitetty 12.9.2017) Lisäsin 12-pinnisen liittimen(josta 11 käytössä) jolla lataan akut balansoidusti. Liittimen malli on SD28-12, jossa SD28 on sarja ja 12 pinniluku. 28 on myös liittimen ympärysmitta. Tilasin myös 19-pinnisiä liittimiä eli SD28-19, jolla saan enemmän pinta-alaa ensimmäiselle ja viimeiselle sarjassa.

Olisin voinut ostaa ihan kunnollisen laturin, mutta tee-se-itse-henki vei voiton. Kyseinen laturi jonka tein, antaa jokaiselle kennolle 1A virran. Kyseinen laturi sisältää 10kpl latauspiirejä jotka ovat toisiltaan eristettyjä, joten jokaisen perässä on oma virtalähde. Myös jännitteet näkee kennokohtaisesti.

Tuo latailee 10Ah akun kymmenessä tunnissa. Tarkoitus on lisätä 42V laturi/virtalähde vielä lisäksi jolla latausaikaa saisi pienennettyä. LiPo-kennot kestävät yleisesti ainakin 1C virran, eli 1 x kapasiteetti = 5Ah = 5A ja niin edelleen. Meinaan kuitenkin laittaa ehkä 2-3A laturin.

Niiden lisäksi pitäisi tehdä jotain älyäkin tuohon, eli mikrokontrolleri haistelemaan jännitteitä ja katkaisemaan latauksen. Nuo latauspiirit kyllä katkaisee latauksen, mutta tuntuu odottelevan liian pitkään ennenkuin katkaisee.

Kontrolleri, kauko-ohjain ja muut elektroniikat

Kuten jo mainitsin, niin moottoria ohjaa VESC. Todella monipuolinen ohjelmoitava vapaan lähdekoodin kontrolleri.

Kuvassa moottoriohjainpiirin vaihto-operaatio

Seuraavassa kuvassa näkyy NRF-moduuli antennilla, kauko-ohjainta varten.

Kontrollerin asetusten säätäminen käy BLDC Tool-ohjelmalla. Ohjelmaa ei ole dokumentoitu juuri mitenkään, joten sitä ei kannata paljoa säätää, lähinnä vain pakolliset. Onneksi alkuun pääsee helposti, sillä moottorin tunnistus on tehty automaattiseksi.

Kun akun liittää kontrolleriin, niin siitä syntyy iso kipinä, joka alkaa kuluttaa liitintä pikkuhiljaa. Sitä varten tein kipinänestokytkennän. Pari IRF7530-fettiä ja kytkin, niin ei tule kipinää, ni virrat saa päälle kytkimestä.

Ja siinä näkyy toinen kontrolleri:

Seuraavassa kuvassa näkyy FOCBOX. Sama kontrolleri, mutta paljon laadukkaampi. Avasin tarkistaakseni kunnon, ja hyvältä näyttää. Ne on jokainen testattu ennen lähetystä, joten siinä ei ole huolta. Nuo vasemmassa yläkulmassa olevat FETit ovat uudenlaisia DirectFETtejä. Se o kiva kun nuo sitten yleistyy enemmän ja pitää korjata joku laite, kun ei voi edes mitata kunnolla…

Tilasin kaksi FOCBOXia, koska kaksi moottoria vaatii kaksi kontrolleria. Tässä tapauksessa suoravetomoottoreita. Kiinnitin kummatkin tukevasti alumiinilevyyn.

Niissä on nyt siis antispark-kytkentä, bluetooth kännykkää varten, ja NRF kauko-ohjainta varten. Ja kontrollerit ovat toisissaan kiinni CAN-väylällä:

Sain testattua, ja kaikki tuntuu toimivan hyvin paitsi kontrollerit eivät löydä moottorien hall-antureita. Ne ei vaikuta ajoon muuten kuin liikkeellelähdössä. Eli ne on vain ”kiva” ominaisuus lisää. Mutta pitää selvitellä mikä on vikana. Sen verran sain testattua että itse hall-anturit ovat ehjiä ja antavat signaalia.

Nyt noissa FOCBOXeissa, nimensä mukaan, toimii FOC-ohjaus, eli kontrolleri puskee siniaaltoa moottorille. Kytkentätaajuuden saa säädettyä itse, jonka olen laittanut 40kHz:lle, jolloin moottorit toimivat lähes äänettömästi. Todella suuri ero verrattuna normaaliin BLDC-ohjaukseen joka pitää kovaa ääntä.

Asensin kontrollereihin myös uuden ohjelmiston, joka on normaalia hieman parempi. Päätoiminto on että sillä saa kaasua ohjattua virta- ja hyötysuhteen lisäksi myös tehoprosentin mukaan. En ole vielä ehtinyt testata kuinka hyvä se on kun säädetään tehoprosentilla kulkua. Toinen hyödyllisyys on että kaasun käyttäytymistä, eli kiihdytystä saa säädettyä paremmin.

Asensin myös bluetooth-moduulin HM-10, jotta saa hallittua kännykällä eri ohjausmoodeja ja muita, ja näkee hyödyllisiä tietoja. Kätevä jos kaverit haluaa testata, niin voi laittaa hillitymmät asetukset päälle.

Siinä pari kuvaa yhdestä testistä. Riittäisi jopa että teen pienen laatikon ja kiinnitän ”keulaan”. Helppo testata niin. Kuitenkin teen aina omat laatikot kontrollerille ja akulle pohjaan.

Ajovalot (päivitetty 9.9.2017)

Alkaa illat hämärtymään, niin tein ajovalot. 15kpl 10mm lämpimänvalkoisia LEDejä. Kolmen aina sarjassa. Välissä DC-DC-hakkuri tiputtamassa jännitettä 42V -> 9,6V.

LEDejä ohjataan kytkimellä virtakytkimen vierestä. Jollei kontrollerit saa virtaa, eivät myöskään LEDit. Myös tuo kytkentä saa aikaan kipinän kun laittaa päälle, joten se oli kätevintä laittaa olemassaolevan anti-spark-kytkennän taakse.

Asennan vielä punaiset takavalot kunhan sellaiset saapuvat Kiinasta.

  

Kauko-ohjain

Sähkörullalautaa ohjataan langattomalla kauko-ohjaimella. Siihen löytyi valmiit gerberit ja ohjelmat. Eli Wii nunchuk-ohjaimesta sisälmykset pois ja omat tilalle.

Tuon ohjaimen kanssa tuli ongelma joka vaati että ohjain joudutaan aktivoimaan aina joko liittämällä Windows-koneeseen tai avaamalla BLDC_Toolin, eli kunhan jokin yritti jutella sen kanssa, niin alkoi toimia. Mietein ja testailin sitä jonkin verran. Vika on siinä että CP2102-piiri joka hoita USB-sillan, ei osaa ottaa RTS-signaalia pois käytöstä, vaan pitää sen aina päällä.

Seuraavassa kuvassa näkyykin kun varmistin että piiri on oikeasti kunnolla juotettu. Juotin joka pinnin erikseen. Ei auttanut. Sen jälkeen ostin Mouserilta varmasti aitoja piirejä, edelliset kun oli eBayn kautta. Ei auttanut sekään. Paras ratkaisu tähän mennessä on ollut että katkaisen RTS-signaalin. Sen signaalin katkaisu vaikuttaa vain piirin ohjelmointiin, ei muuhun.

Puuttuu kuvia lopullisesta versiosta. Eipä siinä ole kuin akku vaihdettu ja kytkin lisätty.

Nopeutta säädetään tattia liikuttamalla eteenpäin, toista nappia pohjaan painamalla saa cruise-moden, eli nopeus lukittuu. Toisesta napista taas vaihtuu suunta.

Rullalaudan tekeminen

Ensimmäinen versio oli tosiaan valmis skeittilauta tokmannilta. Perus temppulauta johon vaihdoin 70mm pyörät. Se oli muuten hyvä, paitsi telit oli vääränlaiset moottorikiinnikettä varten. Skeittilaudoissa on tavallisesti normaalit telit (Traditional KingPin) kun taas longboardeissa on käännetyt (Reverse KingPin). Yksinkertaisesti normaaliteleissä moottorikiinnike tulisi osoittamaan ulospäin laudasta ja käänteisessä sisäänpäin. Telin muoto estää kiinnikkeen asennuksen toisinpäin.

Myös skeittilaudan lyhyys muodostui ongelmaksi kahdella tapaa; suuremmalla nopeudella tasapaino kärsi, sekä elektroniikat eivät mahtuneet paikoilleen.

Ensin hain 4mm koivuvaneria. Piirsin laudan muodon (100cm/25cm) ja liimasin kolme levyä erikeepperillä toisiinsa.

Prässi

Kokosin laudoista prässin jolla saa taivutettua laudan muotoonsa. Muodolla ei ole niin väliä, kunhan se on taivutettu. Muoto pitää sitä taipumasta vääriin suuntiin. Lauta oli prässissä yön yli.

Sahattu ja hiottu

Tällä kertaa en tehnyt mitään 3D-tulostamalla. Pelkkää liimaa, pultteja ja puuta. Eli kontrollerin ja akkujen kotelot myös puusta.

Hautasin virtajohdot lautaan:

Ostin epoksihartsia ja lasikuitumattoa. Maalasin laudan ja käsittelin alapuolen. Tämä oli siis täysin valinnaista. Tulee hiukan kestävämpi ja nätimpi, ja suojaa maalipintaa ja puuta.

Päällipuoli
Hyvin hautautui
Jesari toimii hyvin ennen lopullista kiinnittämistä.

Isompi akku

Ainoat 3D-tulostetut osat, raiserit. Eli lauta nousee 10mm verran korkeammalle, jolloin telissä kiinni olevalla moottorilla on enemmän liikkumatilaa eikä se pääse järsimään lautaa käännyttäessä.

Ylimääräinen hartsi täyttää hyvin portaikon ruuvinreiät

Tein samalla toisenkin laudan. Johdotukset ovat siinä hiukan paremmin verrattuna ykköslautaan. Siinä on elektroniikka kiinteänä, mutta tuleville akuille pitää keksiä jokin muu kuin ratkaisu kuin jesari.

Siinä suoravetomoottorit ja 2x FOCBOX kotelossaan.

Yhteenveto

Sähkörullalaudalla pääsee siis maksimivauhtia 36km/h, ja noin 25km matkan. Olen mennyt jo useita kertoja töihin(9km) ja muuallekin. Lauta on saanut vettäkin kostealta asfaltilta, ja vielä toimii. Nämä pätee siis hihnavetoiseen moottoriin. Suoravetomoottoreilla en ole vielä testannut ominaisuuksia.

10Ah/37V akku + 2 kontrolleria + suoravetomoottorit + lauta painavat yhteensä noin 9kg.

Ongelmina on ollut että hihna on hyppinyt jatkuvasti ja hampaat sitä myöten kuluneet. Tähän auttoi kun laittoi laakerin painamaan hihnaa toiselta puolelta, ja luullakseni melkein lopullisesti kun laitoin toisellekin puolelle, jolloin hihna liikkuu kahdeksikon muotoisesti. Tämän ongelman parissa painein todella paljon.

Tilasin suoravetomoottorit. Oikeastaan teli jossa kaksi moottoria valmiiksi kiinnitettynä. Ne ovat toimineet todella hyvin, myös ylämäessä, enkä ns. tyhjää pyörimistä ole havainnut lainkaan.

Suoravetomoottoreilla laskurin mukaan olisi merkittävästi huonompi hyötysuhde. Kun yhdellä hihnavetoisella pääsisi 33km, niin kahdella suoravedolla vain 13km. Toivottavasti laskurissa on suuri virhe.

Kustannuksia

Siinä vähän kustannuksia mitä meni kaikkeen. Pyöristettynä ne mistä en löydä täsmällistä hintaa. Osa on vasta tulon päällä. Jonkinnäköinen hajatelmalista.

  • ohjelmointilaite VESCille – 2€
  • HM-10 bluetooth – 4,80€
  • 2x VESC – 85€/kpl
  • 2x FOCBOX(VESX-X) – 130€/kpl

Laturi ja akut:

  • 10kpl 1A 5V powereita – 32,79€
  • 10kpl laturipiirejä – 6€
  • 5 paria XT60-liittimiä – 3,33€
  • laturi 7S-paketille – 16€
  • Ekat testiakut – 35€
  • kunnolliset 5Ah akut 20kpl – 120€
  • 12pin liitin 5,82€

Lauta:

  • Tokmannin skeittilauta – 20€
  • telit – 25€
  • toiset telit, 25,50€
  • grippiteippi – 10,36€
  • toinen grippiteippi – 5,70€
  • vetopyörät 70mm pyörille – 13,41€
  • 70mm pyörät 15,47€
  • 2x moottori (270KV) – 64€
  • Kiinalainen moottorikiinnike – 11,10€
  • omatekoiset kiinnikkeet – 10€
  • hihnat – 2,2€/kpl
  • 4 pyörää – 20€
  • uusia laakereita – 15€
  • 80mm pyörät – 14,60€
  • 80mm pyörille hihnapyörät – 8,77€
  • suoravetopyörät+teli – 116€

Kauko-ohjain (oikeastaan 2kpl):

  • nrf-moduulit 5kpl – 4,90€
  • nunchuk – 5€
  • pieniä akkuja joista valitsin sopivan, – 20€
  • muita komponentteja – joku 15€ varmaan
  • piirilevyt – 20€

Ompas siihen uponnut rahaa… 1100€ Aikaisempaan mutuilin että ilman testailuja ja ylimääräisiä hankintoja, yhden laudan hinnaksi tulisi noin 450€. No kaksi lautaa löytyy jo, toisessa vaan on akkuja noin 3km reissua varten.