電動自行車如何挑選：馬力損耗

中置馬達作為目前電動自行車的主流，但筆者的直覺卻對這項產品不甚喜愛。一開始筆者只是單就自行車的造型來看，中置馬達就是硬是擠了一大坨東西在車架的下方，實在有礙觀瞻。當然輪轂馬達也是甚為突兀，但剛好變速飛輪的發展越來越多段，面積也就越來越大，擋住了裝在後輪的輪轂馬達，使得後驅的輪轂馬達開始不那麼難看，也就覺得還可以接受。而筆者心中認定最終會是管內馬達獲得最終的勝利，一種不影響自行車外觀的電動力系統。但隨著與自行車業界合作的越多，包括馬達的開發與協助送測認證後，才發現中置馬達系統有著意料之外的疑點。

疑點1：馬力的標準
依照2023年的電動輔助自行車安全檢測基準，除了時速上限為25公里之外，可發現最大輸出功率應小於400W。


電動輔助自行車安全檢測基準
為了配合客戶需求，筆者準備了一顆400W的輪轂馬達系統，提供自行車廠商送認證，然而財團法人自行車暨健康科技工業研究發展中心的回報則是輸出功率未達到400W。在瞭解確認後，原來筆者的認知是馬達的輸出功率達到400W即可，但認證單位則是對輪下的馬力進行量測，也就是自行車對路面真正做的功，如下圖所示。


輪下馬力
有鑒於此，輪轂馬達的輸出功率需要經過輪圈幅條及輪胎兩道關卡才能順利抵達輪下。假設每一層的能量傳遞效率為95%，則400W的馬達輸出功率真正到達輪下時，會僅剩361W，可參考下圖中紅色字框的部分。


輪轂馬達能量傳遞單元
然而中置馬達的傳遞層數就大幅增加了，除了既有的輪圈幅條及輪胎外，由於中置馬達是安裝於自行車的五通處，馬力是直接作用於大盤上，需要透過鍊條及飛輪傳遞到後輪處。可參考下圖的綠色字框，一共會有五層的能量傳遞損失，若同樣以400W的功率計算，每一層的能量傳遞效率為95%，則輪下馬力會僅剩310W。


中置馬達能量傳遞單元
這些能量傳遞的損耗差異，也可以從兩種馬達的轉矩值一窺端倪；市場上可以搜尋輪轂馬達的產品，其轉矩標示最低值為30Nm，而中置馬達的規格則是從50Nm開始起跳，代表兩類產品所需要的最低轉矩是有明確的差異的，這就是為了彌補能量傳遞上的差異，才能滿足自行車輪下馬力的需求。

疑點2：電動自行車專用鍊條
市場上可以找到電動自行車具有其專屬的鏈條，由桂盟KMC的產品介紹可以查到，其主要特色就是強度的提升，以應付強大的力量，避免造成破壞。


電動自行車專用鍊條特色
專用鏈條的產生，就是為了應付中置馬達較大的轉矩，超過了傳統鍊條能承載的極限。據業界人士的告知，若僅採用傳統鍊條，則一年就需要更換鍊條；但使用專用鍊條後，雖然鍊條本身不會損壞，但飛輪就是下一項受到影響損耗的零件，這點剛好符合中置馬達能量傳遞的順序。反倒是採用輪轂馬達的電動自行車，鍊條及飛輪的使用壽命反而更長了，主要得力於人的踩踏出力更小，全靠輪轂馬達直接帶動。
由上述的說明可知，自行車的真正需要做功的位置在於輪胎與地面的接觸面，而馬達的能量並非直接作用於輪胎上，會需要中間的機構件來傳遞能量，然而能量的轉換及傳遞都會有些許的損失，因此中間的介面層數越少其實越有利。

重點整理：
各類產品各有其優缺點，多了解以利個人自我選擇。

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