電動自行車介紹:eMoving Shine ( I )

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由於筆者的親戚有購入一台中華eMoving Shine,有了騎乘經驗後,對這台電動自行車進行一些介紹。下圖為官網的Shine外觀造型,詳細資訊可至官網下載車主手冊,本文內容也都以車主手冊內容為主。

官網的Shine外觀造型

官網的Shine外觀造型

下圖為eMoving Shine的官方規格,當中並未直接標示輸出轉矩值,因此需要先求得馬達的轉矩,以判斷Shine的加速能力。根據規格表可知此馬達額定輸出功率為350 W、最大功率為800W、極速為25 km/h,輪胎尺寸為80/90-10,車重為40 Kg,電池有分13 AH及10 AH兩種。

官方規格

官方規格

由於廠商有提供了時速及功率,而輸出功率是轉矩與轉速的相乘,因此我們要從時速來反推出轉矩。其中輪胎尺寸標示為80/90-10的三碼數字,依照通用機車輪胎尺寸標記法,可參考下圖的標示,第一碼為W輪胎寬度公釐(mm)、第二碼為R扁平比(%)、第三碼D則為輪胎英吋框徑("),則可透過三碼數字的標示計算出輪胎最大外徑Wd,以利後續搭配時速值,計算出輪胎轉速。

則整體輪胎外徑Wd的計算方式如下,其中數字2代表兩側胎厚,數字25.4代表英吋轉為公制,因此計算完後,其單位為公釐(mm)。

輪胎外徑計算方程式

輪胎外徑計算方程式

則將80/90-10代入後,可得Shine的輪胎直徑為398公釐(mm)。

計算結果

計算結果

由於轉速(RPM)是指每分鐘轉多少圈,而時速是每小時公里(Km/hr),因此會有些單位比例的換算,如公里(Km)要轉換為公釐(mm),會差10的六次方倍;而小時(hr)要轉為分鐘(min),則差60倍,因此計算方式如下,其中S代表時速,Wd為輪胎最大外徑。經過計算後,可得知在時速25公里,搭配80/90-10的輪胎下,輪胎的轉速為333RPM。

轉速與時速轉換公式

轉速與時速轉換公式

假設此載具在25 km/h時,有額定350 W的功率輸出Pout,在配合已計算得知的轉速N(RPM),則可使用下式計算額定轉矩T為10.04牛頓米(Nm)。而以最大功率800 W計算的話,代表最大轉矩可達到22.95 Nm 。

轉矩計算方程式

轉矩計算方程式

求得轉矩後需再分析輸入電流才可得知馬達的轉矩常數Kt,用以評估電流與轉矩的關係、並進一步分析載具從靜止起步至極速時的加速特性。假設驅動器、馬達及傳動之綜合效率為80 %,則在350 W輸出功率時,輸入功率Pin為438 W;而電池的電壓為48 V,這代表此時的輸入電流為9.125 A。

輸出功率

輸出功率

而轉矩常數Kt則就是轉矩T與電流I之間的比例系數,因此其計算方式如下,可求轉矩常數值為1.1 Nm/A。

轉矩常數方程式

轉矩常數方程式

根據規格表可知最低電池規格為48V/10AH,目前電池的放電能力(C-rate)大多為2C,代表瞬間可兩倍放電,也就是20 A。再以方才求得之Kt值1.1 Nm/A來計算,則輸入電流20 A時可有22 Nm之轉矩輸出。

確認瞬間最大輸出轉矩之後即可用以分析載具之加速能力,根據之前推導出的電動載具加速時間公式即可求得Shine加速所需時間秒數t(s),其中m為整體總重量公斤(Kg),假設Shine本身的40 Kg,加上電池5 Kg,以及騎乘者重量55 Kg,總重量為100 Kg;其中數值7194.3為單位換算後的係數。計算後可知,要達到騎乘時速25公里,需要耗時6.29秒。

加速時間計算方程式

加速時間計算方程式

此外,透過加速時間計算方程式可知,當我們希望時速越高,輪胎直徑越大,重量越重時,都會導致加速時間增加。僅有馬達輸出轉矩增加時,才能縮短加速所需時間。

重點整理:
功率雖然可作為產品規格,但加速時間對使用者來說,更為直覺。

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