電動自行車:馬達規格 ( II )

2022/08/26閱讀時間約 2 分鐘
本文討論電動自行車中的馬達相關問題,針對馬達轉矩的部份。
一般而言,在電動自行車的馬達規格介紹上,會獲得幾項資訊,其中的轉矩這一項,也讓筆者感覺到異常,有點不太確定它標示的心態為何。基本上輪轂馬達都標示30Nm以上,而中置馬達則標示50Nm以上。
電動自行車的規格
當然,有標示轉矩是好事,使得騎乘者可以使用轉矩值來計算加速性能,其數學式如下,其中T為轉矩,J為慣量,α為角加速度。因此標示轉矩並沒有錯,只是在看到整台電動自行車的配置時,才又深深的感受到困惑。
轉矩方程式
由下圖中的馬達特性規格表可以查到,要達到輸出轉矩為30Nm時,需要配合輸入電流為22A;若能輸入更高的電流值時,馬達轉矩還可持續增加。因此筆者就產生了疑問,若僅是要單獨描述馬達能力,則轉矩值應該可以標示更高的數值;此馬達的堵轉轉矩甚至可以高達83.16Nm,堵轉是指馬達零轉速時的最大轉矩值。若是考慮到電流限制,則應該要標示清楚,此轉矩規格應配合能提供22A以上的電池及驅動器,才會符合30Nm的轉矩值。實際上發現此顆馬達搭配的驅動器,電流上限為15A,代表最大輸出轉矩僅能達到20Nm,但仍然標示30Nm。感覺在商品的標示上,十分的語意不詳,有許多的灰色地帶,讓業者可以自行解釋。
馬達特性規格表
而這特性規格表,就又是另一個謎題了;絕大部份的電動自行車其實不會提供這表格,因此一般使用者也很難確認此套動力系統的效率及轉矩,是否符合產品標示。當然,這份表格對一般使用者而言,可能也太複雜;其實業者也能提供一些更簡化的資訊,讓使用者了解。目前電動自行車所使用的,皆為永磁馬達,這類型的馬達特性具有常數的優點,也就是電流與轉矩間為固定的比例關係,稱為轉矩常數,而電壓跟轉速之間也為固定的比例關係,稱為反電動勢常數。
馬達特性規格
當騎乘者獲得轉矩常數時,若電動自行車上有提供電流資訊時,直接相乘,就可以獲得轉矩資訊。馬達轉矩對應電流的方程式列表如下,而Kt就是轉矩常數。
轉矩方程式
由上述可知,若騎乘者想要確認電動自行車的狀態時,除了速度標示外,轉矩的標示也是重要的;當騎乘者無法直接讀取轉矩資訊時,查詢電流資訊也會有同樣的效果,因電流與轉矩之間,只差一個固定的常數關係。然而,電流又會受到電池及馬達驅動器的限制,當電流供給不足時,馬達的輸出轉矩肯定就會下降。不過,有趣的是,反電動勢常數告知我們,速度是跟電壓值有關,因此騎乘者在遇到電流限制時,其實不會從速度上發現異常,僅會表現在加速度的差異;因此大部份騎乘者很難發覺,畢竟是花了3秒還是3.5秒才達到最高轉速,對人來說太難察覺,也使得廠商有偷工減料的空間了。
重點整理:
電流是重要資訊,可以對應到轉矩。
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