自行車輪轂馬達型錄規格說明 ( II )

更新於 發佈於 閱讀時間約 4 分鐘

本文是針對電動自行車所使用的輪轂馬達,進行其型錄規格的說明解釋,將依照型錄順序內容逐一描述。附上台灣製造的輪轂馬達規格型錄檔案連結,請參考:

輪轂馬達型錄

首先是輪轂馬達基本規格的標示,如下圖所示,可以察覺到最優先的差異點是在車款分類,如公路車與登山車的差異;因筆者長期接觸自行車業者後發覺,原來不同定位的自行車款對於馬達的需求方向是不一樣的。如摺疊或小徑車,就是要求輕薄短小的車種;但登山車中有一分類是專門用於下坡的車系,反而會希望馬達越重越好,但車體重心需要盡可能得向下擺置;越野風格的登山車,則是要求馬達瞬間反應及出力越大越好,方便騎乘者座做各種極限操作。有鑑於各種車款的差異,故對應所需之輪轂馬達亦有所不同,型錄中便以此做區別。

輪轂馬達基本規格標示

輪轂馬達基本規格標示

第二項重要規格為重量標示,這主要受到自行車的長期技術發展方向影響,追求極致的輕量化,進而導致輪轂馬達的重量也受到限制。然而過輕的重量往往是需要付出相對應的條件,可能是機械強度有所下降,也可能是生產成本增加,如碳纖維的使用;在馬達領域當中,則可能是輸出能力的下降。依筆者目前做過最輕的輪轂馬達,如下圖所示,其重量僅為1258公克,但馬達的出力也下降至150W以下,雖可滿足平路騎乘時速25公里的需求,但若是登山爬坡的使用情境,就顯得力量不足。也因此針對不同車款的使用需求差異,就會有不同重量的輪轂馬達規格。

輕量化輪轂馬達樣品重量

輕量化輪轂馬達樣品重量

後續基本規格表中所提的電壓、功率、時速以及輪徑之影響,在上一篇"自行車輪轂馬達型錄規格說明 ( I )"中都有提到,可向前查閱。

效率的部分,則是電能輸入功率與馬達輸出功率之間的差異,也就是輸出除以輸入的比例值。可以參考下圖的輪轂馬達效率曲線圖,無論是從馬達輸出的轉矩(Torque)或是轉速(Speed)來看,都可得知馬達在不同的動力輸出情況下,能量轉換的效率皆有所差異。而輪轂馬達最高效率點大多是落在低轉矩而高轉速的工作點,這點恰好符合交通工具的理想使用情況,高速巡航時的能量使用效益最高;對照於電動自行車的理想法規,也就是達到法定時速上限,例如25公里的時速下,剛好設計運作在馬達高效率區間,便可減輕電池負擔,提升電動自行車的續航力。反之,若挑錯馬達規格,搭配車款輪徑錯誤,導致馬達長期運作的低效區間,這些能量的損耗會生成熱反應,是有可能造成電動自行車過熱燒毀的意外。

輪轂馬達效率特性曲線圖

輪轂馬達效率特性曲線圖

而效率的標示,往往僅是告知輪轂馬達的最高效率點之數值,後續仍需查閱馬達效率特性曲線圖或是數據,核對本台電動自行車款的使用條件,確認輪轂馬達會運作於高效率區間,才可得到理想的騎乘體驗。一旦確認不符合電動自行車的使用規格,則須對馬達進行調整,變更高效率的範圍,以配合電動自行車騎乘。

其次是最大轉矩的標示,由輪轂馬達特性曲線圖來看,當轉速接近到0 (RPM)時,可以得到最大轉矩值約為71 (Nm)。但可發現,在產品規格型錄上往往僅標示最大轉矩大於30 (Nm),而非直接標示馬達真正的最大極限轉矩值。

輪轂馬達輸出轉矩特性圖

輪轂馬達輸出轉矩特性圖

這點可由輪轂馬達特性數據表來窺看一二,如下表所示,若輸出轉矩20 (Nm)時,需要供給電流22(A);輸出轉矩30 (Nm),則為32.5 (A);輸出轉矩40 (Nm),將高達43 (A)的電流值,這考驗的並非馬達極限,更可能是卡在驅動器或是電池的操作上限,使得馬達無法達到最大的目標轉矩值。

輪轂馬達特性數據表

輪轂馬達特性數據表

傳統馬達的定義中,常見會分為額定及最大兩種名稱。其中額定一詞代表著馬達可以長期使用的狀態,也就是指馬達在這額定工作點可以長時間持續不停的運傳;若是特殊應用場合,則廠商會標示此顆馬達的合理工作模式,以此代表額定。而最大通常是額定的2~3倍值,僅是馬達在瞬間可以達到的最大規格,但無法長時間的維持這樣的工作狀態,會有過電流保護或是過熱燒毀的操作風險。

以上列350W的額定規格馬達數據表,可以查到其額定輸出轉矩約為10 (Nm),又依照最大規格往往是額定的2~3倍來看,則此顆輪轂馬達的最大轉矩標示為30 (Nm)。雖然已知馬達真正的極限往往更高,但直接操作到極限臨界點,意外的產生機率會大增,缺乏安全保護係數,因此在產品規格描述上會有所保留,來增加安全性。

附上台灣製造的輪轂馬達規格型錄檔案連結,請參考:

輪轂馬達型錄

重點整理:

規格僅是規格,設定的好才能發揮功效。


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