Ebike에서 토크 센서는 어떻게 작동합니까? 당신이 알아야 할 모든 것

현대식 페달 보조 전기 자전거를 타본 적이 있다면 토크 센서를 통해 부드럽고 직관적인 동력 전달이 가능해진 것을 경험해 보셨을 것입니다. 페달을 밟을 때를 단순히 감지하는 기본 케이던스 기반 시스템과 달리 토크 센서는 페달을 얼마나 세게 밟고 있는지 측정합니다. 그런 다음 모터는 사용자의 노력에 비례하여 반응하여 기존 자전거를 타는 것과 매우 유사한 라이딩 경험을 선사합니다.

더 깊은 수준에서 기술을 이해하려는 엔지니어, 제품 관리자 및 전기 자전거 브랜드를 위해 이 기사에서는 토크 센서가 전기 자전거에서 작동하는 방식, 관련 엔지니어링 원리, 이 구성 요소가 허브 모터 시스템과 통합되어 라이더가 즉시 느낄 수 있는 승차감을 제공하는 방법을 정확하게 설명합니다.

Ebike의 토크 센서란 무엇입니까?

e바이크의 토크 센서는 라이더가 페달에 가하는 기계적 힘을 전기 신호로 변환하는 정밀 측정 장치입니다. 이 신호는 모터 컨트롤러로 전송되며, 모터 컨트롤러는 이를 사용하여 모터가 전달하는 전력량을 조절합니다. 주요 차이점은 시스템이 다음 사항에 응답한다는 것입니다. 힘 , 단순한 모션이 아닙니다. 가볍게 밀면 모터가 부드럽게 보조해 줍니다. 세게 누르면 모터가 더 큰 출력으로 반응합니다.

센서는 기본적으로 라이더가 토크를 가할 때 기계 구성 요소(종종 버텀 브래킷 축, 크랭크 암 또는 전용 센서 스핀들)에서 생성되는 비틀림 또는 굽힘 변형을 측정합니다. 이는 크랭크가 회전하는지 여부만 감지하는 케이던스 센서와 근본적으로 다른 기술입니다.

토크 센서 작동 방식: 엔지니어링 설명

ebike 토크 센서의 작동 원리는 세 단계로 나눌 수 있습니다. 기계적 변형 , 전기적 변환 , 그리고 신호 처리 .

1. 기계적 변형: 코어의 스트레인 게이지

전기 자전거에 사용되는 대부분의 토크 센서는 스트레인 게이지 . 스트레인 게이지는 늘어나거나 압축될 때 전기 저항을 변경하는 작은 호일 모양의 저항기입니다. 버텀 브래킷 토크 센서에서 게이지는 액슬 또는 스핀들의 특수 가공된 부분에 접착됩니다. 라이더가 페달을 밟으면 그 힘으로 인해 이 축이 약간(보통 1도 정도) 비틀리는 비틀림 응력이 생성됩니다. 이러한 미세한 비틀림은 스트레인 게이지를 변형시키고 적용된 토크에 비례하여 저항을 변경하기에 충분합니다.

스트레인 게이지는 일반적으로 전체 휘트스톤 브리지 구성으로 배선되어 온도 변화 및 기타 환경 요인의 영향을 상쇄하는 동시에 측정 감도를 최대화합니다. 이 설계는 광범위한 작동 조건에서 신호가 정확하고 안정적임을 보장합니다.

2. 전기적 변환: 저항에서 전압으로

스트레인 게이지 브리지의 저항 변화는 작기 때문에 읽을 수 있는 전기 신호로 변환되어야 합니다. 센서 어셈블리에는 소형 아날로그-디지털 변환기(ADC)와 증폭기 회로가 포함되어 있습니다. 축이 비틀리면 브리지에서 작은 전압 차이가 발생합니다. 증폭기는 이 신호를 모터 컨트롤러가 해석할 수 있는 수준으로 증폭시킵니다. 고급 시스템에서는 신호가 초당 수백 번 샘플링되어 라이더가 생성하는 힘의 양에 대한 정확한 실시간 데이터를 제공합니다.

3. 신호 처리: 노력을 힘으로 변환

처리된 토크 신호는 ebike의 모터 컨트롤러로 전송됩니다. 컨트롤러는 이 입력을 케이던스(페달링 속도) 및 자전거의 현재 속도와 같은 다른 매개변수와 비교합니다. 그런 다음 적절한 모터 출력을 계산합니다. 대부분의 컨트롤러는 토크 비례 맵을 사용합니다. 페달링 힘의 10%는 특정 모터 출력으로 이어질 수 있으며, 라이더가 선택한 PAS(페달 보조 시스템) 수준에 따라 80%는 훨씬 더 높은 출력을 생성합니다.

페달 스트로크부터 모터 반응까지 전체 프로세스가 밀리초 안에 발생합니다. 그 결과, 노력과 지원 사이에 감지할 수 없는 지연이 없이 반응성이 뛰어나고 직접적이며 자연스러운 승차감을 느낄 수 있습니다.

다양한 전기자전거 모터 구성을 평가하는 경우 이 센서 기술이 다양한 구동 시스템과 어떻게 결합되는지 이해하는 것이 도움이 됩니다. 우리의 ebike 허브 모터 솔루션 페이지에서는 제공하려는 라이딩 경험을 기반으로 모터 유형을 센서 기술과 일치시키는 방법에 대한 지침을 제공합니다.

토크 센서 설계 유형

토크 센서는 물리적 레이아웃과 측정 방법이 크게 다를 수 있습니다. 이는 생산 전기 자전거에서 볼 수 있는 가장 일반적인 디자인입니다.

바텀 브래킷 토크 센서

로도 알려져 있음 BB 토크 센서 , 이는 크랭크 암이 프레임에 부착되는 쉘인 바텀 브래킷 영역에 통합되어 있습니다. 센서 스핀들 자체가 표준 축을 대체합니다. 라이더가 가하는 토크가 크랭크 축을 직접 통과하기 때문에 이는 가장 일반적인 위치입니다. BB 토크 센서는 정확하고 견고하며 교정이 비교적 간단합니다.

후방 차축 토크 센서

일부 허브 모터 시스템은 토크 감지 구성 요소를 리어 액슬 영역에 통합합니다. 크랭크의 비틀림을 측정하는 대신 이 센서는 구동계의 반응 토크, 즉 체인이 허브를 당기는 힘의 양을 측정합니다. 이 디자인은 비례 지원을 제공하면서도 모터 패키지를 단순화하기 때문에 후방 허브 모터바이크에 때때로 사용됩니다.

하단 브래킷에 장착된 센서 및 컨트롤러 통합

특정 모터 시스템에서는 토크 센서가 모터 컨트롤러 자체와 통합되며 때로는 단일 밀봉 장치에 통합됩니다. 이 구성은 컨트롤러가 모터 옆에 위치하는 허브 모터 변환 및 중간 드라이브 장치에서 일반적입니다. 이는 별도의 구성 요소 수를 줄이고 센서와 컨트롤러 사이의 신호 경로를 단축합니다.

토크 센서 및 허브 모터: 자연스러운 적합성

토크 센서는 HENTACH의 제조 전문 지식의 초점인 허브 모터와 매우 잘 어울립니다. 에이 브러시리스 DC 허브 모터 중간 구동계 손실 없이 휠에 직접 동력을 전달합니다. 토크 센서가 추가되면 시스템은 라이더 자신의 다리가 확장된 것처럼 느껴지는 미세 조정된 반응을 생성할 수 있습니다.

이 조합은 지형과 하중이 지속적으로 변하는 화물용 자전거, 통근용 자전거, 산악 전기자전거에 특히 효과적입니다. 가파른 언덕에서 무거운 짐을 운반하는 배달원은 즉각적이고 비례적인 토크의 이점을 누릴 수 있습니다. 정지 및 이동 교통을 탐색하는 도시 통근자는 토크 감지 허브 모터가 제공하는 예측 가능하고 자연스러운 가속을 높이 평가합니다.

라이더가 토크 감지 허브 모터를 통해 알아차리는 것

라이더의 관점에서 볼 때 토크 감지 시스템과 케이던스 감지 시스템의 차이는 즉시 명백해집니다. 토크 센서를 사용하면 자전거가 부드럽고 예측 가능하게 가속됩니다. 언덕을 오르려면 라이더의 더 많은 노력이 필요하며, 모터는 추가적인 힘으로 그 노력에 보답합니다. 대조적으로, 케이던스 센서는 종종 켜기/끄기 스위치처럼 느껴집니다. 모터는 크랭크가 회전하자마자 최대 출력을 제공하므로 갑작스럽고 정제되지 않은 느낌을 받을 수 있습니다.

제조업체의 경우 올바른 센서와 모터 조합을 선택하는 것이 중요한 결정입니다. 모터의 토크 특성, 컨트롤러의 튜닝, 센서의 반응성은 모두 최종 승차감에 영향을 미칩니다. 이것이 바로 많은 전기자전거 OEM이 개발 과정에서 모터 제조업체와 긴밀한 협력을 선택하는 이유입니다. HENTACH에서는 고객과 광범위하게 협력하여 특정 응용 분야 요구 사항에 맞게 모터 및 센서 매개 변수를 조정했습니다. 화물 자전거 모터 또는 소형 도시 허브 모터.

토크 센서의 내구성과 신뢰성

토크 센서와 관련된 일반적인 관심사 중 하나는 내구성입니다. 구동계에 위치하며 일정한 기계적 부하를 받기 때문에 상당한 응력을 견딜 수 있도록 설계 및 제조되어야 합니다. 스트레인 게이지 자체는 센서 하우징 내에 밀봉되어 있으며 보호 화합물로 포장되어 습기, 먼지 및 진동으로부터 보호됩니다.

생산 중 품질 관리는 필수적입니다. 특히 교정에는 정밀도가 필요합니다. 각 센서는 동일한 입력 힘에 대해 일관된 출력을 생성해야 합니다. 그렇지 않으면 모터 응답이 일관되지 않습니다. 우리 시설에서는 엄격한 테스트 절차를 따르고 ISO 9001 품질 표준을 준수하여 모든 모터 및 센서 시스템이 수천 마일 이상 안정적으로 작동하도록 보장합니다. 내구성에 대한 이러한 약속은 까다로운 시장에 서비스를 제공하는 제조업체가 HENTACH 허브 모터를 신뢰하는 이유 중 하나입니다.

올바른 토크 감지 모터 시스템 선택

새로운 전기 자전거 모델을 계획할 때 모터 및 센서 선택은 대상 사용 사례에 따라 결정되어야 합니다. 다음은 옵션 범위를 좁히는 데 도움이 되는 간단한 가이드입니다.

• 도시 통근 및 가벼운 레크리에이션: 토크 센서가 장착된 250W~500W 후면 허브 모터는 효율성, 반응성, 단순성의 균형 잡힌 조합을 제공합니다. 이는 도시형 전기자전거의 가장 일반적인 사양입니다.
• 화물 및 고강도 사용: 500W~1000W 범위의 더 높은 토크 허브 모터는 견고한 토크 센서와 결합되어 부하 시 강력한 가속과 부드러운 제어를 제공합니다.
• 오프로드 및 산악 라이딩: 산악용 전기자전거 모터는 높은 피크 토크 값을 측정할 수 있는 센서의 이점을 활용합니다. 측정 범위가 넓은 센서를 사용하면 뿌리, 바위, 가파른 경사면을 주행할 때 모터가 정확하게 지원을 제공할 수 있습니다.
• 컴팩트하고 접이식 전기자전거: 토크 센서가 통합된 미니 허브 모터는 공간이 제한된 소형 휠 자전거에 탁월한 선택입니다.

개발 프로세스 초기에 모터 사양을 결정하는 데 도움이 필요한 경우 당사 팀은 정기적으로 OEM과 협력하여 맞춤형 모터 솔루션을 정의합니다. 표준 허브 모터 라인업을 탐색하여 프로젝트의 시작점을 찾을 수 있습니다.

토크 센서 및 스마트 모터 제어

전기 자전거 기술이 발전함에 따라 토크 센서는 보다 광범위한 지능형 모터 제어 전략의 핵심 구성 요소가 되고 있습니다. 최신 컨트롤러는 단순히 토크 신호에 고정된 계수를 곱하지 않습니다. 토크 입력을 케이던스 데이터, 차량 속도, 배터리 충전 상태와 결합하고 때로는 통합 센서 모듈의 경사 데이터를 결합하여 정교한 지원 곡선을 생성합니다.

이를 통해 부드러운 시동 토크, 속도 제한, 향상된 에너지 효율성과 같은 기능이 가능해집니다. 예를 들어 라이더가 정지 상태에서 출발하면 토크 센서가 초기 추진력을 감지하고 컨트롤러가 모터 전력을 부드럽게 증가시켜 케이던스 전용 시스템과 관련된 급작스런 요동을 방지합니다. 마찬가지로, 더 빠른 속도에서는 라이더가 속도를 늦추면서 컨트롤러가 보조력을 점진적으로 줄여 페달링과 타력 주행 사이를 원활하게 전환할 수 있습니다.

센서를 이해하는 모터 제조업체와 협력

토크 센서는 함께 사용되는 모터 및 컨트롤러의 성능만큼만 우수합니다. 전기 자전거 라인용 허브 모터를 소싱할 때 전체 통합 문제를 이해하는 제조업체와 협력하는 것이 중요합니다. HENTACH에서는 허브 모터를 제조하고 고객과 긴밀히 협력하여 컨트롤러 튜닝, 통신 프로토콜 및 센서 교정이 각 특정 응용 분야에 최적화되도록 보장합니다.

화물용 자전거, 도시 통근자, 뚱뚱한 타이어 전기자전거, 산악 전기자전거용 모터 생산 경험을 통해 우리는 "올바른" 토크 센서 동작이 사용 사례에 따라 다르다는 것을 알게 되었습니다. 배송 차량 운영자는 무거운 하중과 빈번한 정지를 관리하기 위해 일관되고 예측 가능한 토크를 원합니다. 레크리에이션 라이더는 자연스럽고 자전거와 같은 느낌을 원합니다. 산악 자전거 타는 사람은 기술적인 지형에서 최대한의 제어력과 즉각성을 원합니다.

설계 프로세스 초기에 모터, 센서 및 컨트롤러 선택을 조정함으로써 통합 문제를 방지하고 고객이 기대하는 라이딩 경험을 제공할 수 있습니다. 우리는 OEM과 전기자전거 브랜드가 사양 단계에서 우리와 협력할 것을 권장합니다. 이러한 협력적 접근 방식은 우리가 맞춤형 모터 개발 정확한 성과 목표를 달성할 수 있는 서비스입니다.

다음 전기 자전거 프로젝트를 위해 토크 감지 허브 모터를 평가하고 계시다면 당사의 엔지니어링 관점을 공유하고 모터 시스템이 귀하의 요구 사항을 충족하도록 구성할 수 있는 방법에 대해 논의하게 되어 기쁘게 생각합니다. 성능, 주행 거리, 승차감에 대한 명확한 목표가 있는 경우 잘 통합된 토크 센서와 허브 모터 패키지가 좋은 전자 자전거와 정말 훌륭한 자전거 사이의 차이가 될 수 있습니다.