自行車輪轂馬達型錄規格說明 ( I )

由於自行車輪轂馬達會特別針對自行車的需求，列出一些有別於傳統馬達規格標示的項目，故撰寫此文詳細說明自行車專用的輪轂馬達規格。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

自行車輪轂馬達的重要規格指標，可以從型號命名發掘之，其型號編碼規則如下：

型號編碼：123-4-5-6-789

第一碼：電壓；3是指36V，4是指48V

第二碼：時速；2是指行駛時速可達到25kph，3是指32kph，4是指45kph

第三碼：功率；3是指額定功率可達到350W，5是指500W，7是指750W

第四碼：安裝位置；F是指安裝於前輪，R是指後輪

第五碼：剎車形式；D是指碟煞，B是指鼓煞

第六碼：變速飛輪形式：T是指旋式飛輪，C是指卡式飛輪

第七~九碼：安裝軸寬(OLD)；135是指安裝的自行車叉寬度為135mm

首先是輪轂馬達工作電壓，過往的電動自行車亦有使用過24V的經歷，現今的主流標準則為36V，但已逐漸往48V發展。由此發展趨勢可見，基本上是以12V為基數跳動變化，然而在48V的下一階段60V，會超過"安全超低電壓 (SELV)"的50V範圍，將使得電動自行車安全規範條件大幅變化，以確保人身安全；因此在非必要的情況下，48V已然達到一種極限。

在不考慮安全超低電壓的情況下，筆者所接觸到的後續工作電壓分別為72V與144V，不再以12V為基數變化，反而是36、72、144的倍數跳躍計算。

然而實際量測自行車電池的電壓值會發現，標示規格為36V的電池，充飽電後的量測電壓值甚至達到42V；這是受到內部的單顆鋰電池影響，正常的工作電位會落在3.5~3.7V之間，因此10顆串聯後，就會獲得一顆36V的組合電池；但有趣的是，單顆鋰電池充飽至極限時，最大電位將可達到4.2V。因此認真觀察自行車電池的使用，其實電池的工作電壓值是從42V操作到34V之間；低於34V就會顯示電池沒電，避免過度放電，影響電池壽命。

但對輪轂馬達而言，42V的輸出動力是與36V有所差異的；如下圖所示，其中藍色虛線段是42V條件下的表現，而紅色實線段即為36V的特性，落差約有17%。會需藉由自行車控制器，來抑制高壓時的輸出能力，使輪轂馬達即便在有電壓差異的情況下，仍然保持相同的輸出狀態；故在自行車輪轂馬達的規格標示上，係採用相對低壓時的特性為主，以確保騎乘者能夠擁有穩定的輸出結果。

第二項重要規格為時速，畢竟是用於交通工具上，各國對於速度的限制法規是明確標示的。普遍來說採用公制的國家，大多訂於25公里；英制的國家則為20英里，換算後約為32公里；此外也有些特殊規定有達到45公里的車種。而這些時速的差別，往往需要不同規格的輪轂馬達才能一一達成，因此是個重要的規格指標。

然而馬達常用的轉速單位為每分鐘迴轉速(RPM)，需再加上輪胎尺寸規格下去運算後，才是交通工具所使用的時速單位。故在此處還隱藏了自行車輪的規格限制，也就是小徑車的馬達往往轉速較高，方可達到25公里的時速，若採用大輪徑的車款，則馬達轉速僅需要相對較慢的轉速，就可以達到限速值；由上述可知，常見的做法是利用小徑車的馬達具備了較高轉速的操作範圍，將其用於大輪徑的情況下，亦可達到速度目標。但還須注意，由於馬達的能量轉換效率會有變化，並非固定值，參考下列輪轂馬達特性數據表可知，若對應的輪徑轉速落在300~350RPM之間是高效率區，但若是操作在250~300RPM範圍時，效率的表現就相當不理想。

因此時速除了作為法定規範的限制條件外，還需要搭配自行車輪徑，以及馬達高效率操作區間，才會是最佳組合。

第三項指標為輪轂馬達功率，這部分其實很有討論空間；一般而言對電動交通工具來說，功率有三種可能性，分別為電能輸入功率、馬達動能輸出功率以及輪下輸出功率，常見簡稱為輪下馬力。其中電能輸入功率主要是探討耗電狀況，可以做為續航力的評估用途；若是馬達規格表上僅以功率標示，大多泛指馬達動能輸出功率，因馬達輸出功率較難量測，由馬達廠主動提供，才能方便消費者挑選馬達。本型號編碼的功率，亦是用來標示輪轂馬達輸出功率的。

對於交通工具而言，輪下功率才是最直接的動力輸出位置，甚至檢驗單位也是以輪下馬力作為測量標準。以下圖說明之，輪轂馬達的輸出功率如同紅色箭頭所示，需要透過幅條傳遞，最後經過輪胎皮與地面的摩擦力傳導出去，才是輪下馬力值。然而能量在傳輸的過程當中都會有損失，甚至輪胎尺寸、紋路及材質等等對於地面的摩擦輸出能力都會產生不同的能量耗損。一顆輸出功率為350W的輪轂馬達，在進行輪下馬力量測時，可能僅僅剩下300W的輸出能力；但由於輪轂馬達無法預估自行車的能量傳遞損失比例，故只能標示馬達本身的輸出功率規格。

依筆者個人經驗，目標為400W的電動自行車，配置400W的輪轂馬達後，實測到的輪下馬力會依不同的車款降至350~380W之間；此時需要適當的調升輪轂馬達輸出規格，以達到電動自行車的輪下功率至400W。

第四項之後的型號參數，都與自行車的配置有關聯性；本項就是在描述馬達安裝位置。一般而言電動自行車的馬達安裝有三個選項，分別為前、後輪及五通處；但針對輪轂馬達則僅能安裝於前、後輪的位置。目前主流偏向於安裝於後輪處，主要係前輪還要處理轉向工作，人在操作時的重量阻力感會增加；且前輪與路面的接觸穩定性較差，後輪往往有較多的重力承載，使得輪胎能穩固接觸地面，傳動表現較佳。但若車體較輕，整體配重又偏向後方時，過大的馬達動力反而容易產生前輪浮起的現象，也就是俗稱的"翹孤輪"；這時將輪轂馬達安裝於前輪側，反而能提升自行車的安全性。

第五項則是自行車的剎車系統，對應於輪轂馬達需要的分類為夾剎、鼓剎、碟煞三種，實際自行車的剎車種類變化更多。夾剎則代表輪轂馬達不需要進行任何處理，因夾剎是固定於車架上，作用於輪框處；鼓剎則會分別要固定於車架及輪鼓馬達上，因此馬達外殼需有對應配置的安裝機構；碟煞則是需要將碟煞盤安裝於輪轂馬達外殼處，同樣需要有可供鎖附的機構。由上述可知，鼓剎及碟煞都會需要輪轂馬達有對應配合的機構，因此在整體外觀造型會有所不同。

第六項則是針對後輪才有的項目，因後輪還會安裝飛輪；除了依變速數量區分之外，其安裝介面也有所不同，本項就是在定義其安裝介面。其中旋式為傳統介面，利用螺紋固定的方式進行飛輪的安裝，因此在輪轂馬達外殼處會設計對應的螺紋機構，如下圖中的左側黃色處所示；而卡式飛輪則需要於馬達外殼處安裝一塔基結構，如下圖中的右側黃色處一般。可以明顯觀察到，兩者結構差異頗大，無法共用，因此會在型號上明顯標示分類之。

第七項有三碼，但主要是描述輪轂馬達安裝處的寬度，若是裝於自行車的前輪處，那便是前叉的叉寬間距；若為後輪處，則是後三角叉的叉寬間距；將此寬度尺寸轉移至輪轂馬達處就稱為軸寬。常見的自行車前叉寬度為90或100mm，主要是前叉處大多僅需要安裝輪子，最多就是採用碟煞的車款，會增加碟煞裝置所需要的空間；但若是胖胎車，則前叉亦有加大至135mm的規格。而後輪處除了基本的輪胎尺寸以及安裝對應的剎車機構之外，還需要考慮飛輪的尺寸空間，故後叉往往較為寬大，基本起跳為135或145mm，胖胎車則擴增至175或190mm，會受到自行車款設計影響變化種類較多，筆者亦曾遇過127mm較為特殊的情況，故需要較多位數來細分之。

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：

自行車需對應的安裝條件較多，輪轂馬達須配合；特性反而沒那麼重要。

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