Eバイクのトルクセンサ：目的、動作原理、長所、短所、応用例

Regenでは、お客様やパートナーからトルクセンサーについてよく質問を受けます。トルクセンサーとは何か、どのように機能するのか、なぜe-bikeやカーゴバイクで重要なのか、などです。トルクセンサーは、一見すると気づかないような隠れた部品の一つですが、電動アシスト自転車の乗り心地やモーター効率、さらには安全性を根本的に形作るものです。

この記事では、トルクセンサーの役割、仕組み、長所と短所、使用場所について詳しく説明します。また、モータートルクの選択や電気システム内の通信プロトコルなど、より幅広いカーゴバイク設計の考慮事項とトルクセンサーの役割を結びつけていきます。

トルクセンサーとは？

トルクセンサーは、シャフトや車軸にかかるトルク（回転力）の大きさを測定する装置である。e-bikeやカーゴバイクでは、一般的に以下の場所に設置される。 ボトムブラケット、リアドロップアウト、クランクスピンドル.ライダーがペダルに力を入れると、トルクセンサーがねじれ力を検出し、モーターコントローラーに信号を送る。コントローラーは、それに比例してモーターのアシストを調整する。

とは大きく異なる。 ケイデンスセンサートルクセンサーは、ペダリングの強さを測定することなく、単にペダリングしているかどうかを検知する。ケイデンス・センサーの場合、「オン／オフ」の二元的なアシスト感覚になりがちだが、トルク・センサーの場合、「オン／オフ」の二元的なアシスト感覚が得られる。 よりスムーズで自然なペダリング.

定義

トルク＝力×距離（単位はニュートン・メートル、Nm）。

0.17mのクランクアームに100Nの力を加えると、得られるトルクは17Nmとなる。

2.トルク・センサーの仕組み

e-bikeやカーゴバイクに使われているトルクセンサーのほとんどは、以下のようなものだ。 ストレインゲージ方式.作業原理を分解してみよう：

2.1 ひずみゲージ法

1. ライダーがペダルを漕ぐと、クランクのスピンドルやアクスルがわずかにねじれる。
2. ひずみゲージ-小さな電気抵抗素子）がスピンドルに接着されている。
3. スピンドルが変形すると、ストレインゲージの抵抗値が変化する。
4. これらの変化はホイートストンブリッジ回路を通して増幅され、電気信号に変換される。
5. モーター・コントローラーは、この信号をライダーの入力努力と解釈し、それに応じて出力を調整する。

2.2 磁気弾性法

一部のハイエンド・トルク・センサは、磁気弾性原理を使用している：

• スピンドルの鋼材は、ねじりを受けると透磁率が変化する。
• 磁界センサーは、物理的な接触なしにこれらの変化を検出する。
• メリットだ： 磨耗が少ない可動部にワイヤーやスリップリングがない。

e-bike用トルクセンサーの図

トルクセンサとスピードセンサの比較：どちらが優れているか？

簡単に言えば、ベテランドライバー対見習いドライバーということだ。

ベテランドライバーの運転と見習いドライバーの運転に例えることができる：

トルクセンサーは "ベテランドライバー "のようなもの

• 経験豊富なドライバーは、路面状況やスロットルの強さに応じて、車両のパワーをスムーズにコントロールする：
• 上り坂の場合、スロットルは自動的に大きくなります（より多くのモーターアシスト）。
• 下り坂やスロットルを軽く踏み込むと、パワーが減少します（パワーの節約と安全性）。
• ドライビング・エクスペリエンス全体がスムーズで自然で、安心感が強い。

スピードセンサーは "見習いドライバー "のようなもの

• 見習いドライバーはスロットルスイッチの一般的な概念しか持っていない：
• スロットルを踏み込めば、路面状況に関係なくアクセルは全開になる。
• 反応は鈍く、スロットルは全開か全閉。
• 走行中、特に荷物を積んでいるときは急加速や急減速をしやすい。危険である。

概要：トルクセンサ＝オンデマンドインテリジェント出力、スピードセンサ＝固定出力（誰も押していなければ停止、押していればフルパワー）

トルクセンサー（ペダル踏力ベース）

• 測定 ペダリングの強さ クランク、ボトムブラケット、リア・ドロップアウトにかかる回転力を検出する。
• 援助は 比例ペダルを強く踏み込めば踏み込むほど、モーターは大きなパワーを発揮する。

スピードセンサーまたはケイデンスセンサー（ペダル速度ベース）

• 測定 ペダリングの速さ マグネットとクランク上のセンサーを使用。
• 援助は バイナリー／オン・オフペダルを漕ぎ始めて設定したケイデンスに達すると、モーターがあらかじめ設定されたパワー（力に比例しない）で作動する。

主な相違点一覧表

カーゴバイクにはどっちがいい？

について カーゴバイク, トルクセンサー は ほとんどの場合、より良い選択:

1. スムーズな電力供給： 子供や荷物を運ぶときには、発進や停止時の安定性が必要です。トルクセンサーは、予測可能な比例したアシストを提供します。
2. バッテリー効率： デリバリーやロジスティクスのフリートは、1回の充電での航続距離が長いという利点がある。
3. ヒルズでのコントロール トルクセンサーは、モーターが力入力に即座に反応するため、坂道発進が容易になる。
4. 安全だ： スピードセンサーからの急激な電力サージは、高負荷のバイクのふらつきや転倒の原因になることがあります。

(についての記事を読むことができる。 カーゴバイクに必要なトルクは？ トルク・センサがどのようにモーター選択に関係しているかを見る)。

3.E-バイクとカーゴバイクにおけるトルクセンサの利点

3.1 自然な乗馬体験

モーターアシストはペダルの踏み込み量に比例するため、まるで "バイオニック・レッグ "を手に入れたかのような感覚になる。バイクはあなたの入力に直感的に反応する。 重い荷物を運ぶカーゴバイク.ライダーは、低速走行時や障害物を回避するとき、あるいは子供や荷物を乗せたまま上り坂を発進するときなどに、よりコントロールしやすく感じられる。

3.2 効率的なバッテリー使用

トルクセンサーにより、コントローラーはモーター出力を微調整できる：

• ペダルを強く踏み込めば、モーターはより大きなパワーを発揮する。
• 力を抜くと、モーターはアシストを減らす。このダイナミックな反応は、モーターが不必要なパワーを提供することがあるケイデンス・ベース・システムに比べて、バッテリー・エネルギーの節約に役立つ。

3.3 安全性の向上

カーゴバイクでは、特にフル積載時に急激なパワーが発生すると危険です。トルクセンサーは、モーター出力とライダーの力を一致させることで、急加速を防ぎます。これにより、発進と停止がスムーズになり、安定性を保つことができる。

3.4 最新のコントローラーとの互換性

トルク・センサは、以下とうまく統合される。 CANバス またはe-bike電気システムで使用されるその他の通信プロトコル。提供されたデータは、ディスプレイ・ユニットやバッテリー管理システムなどの他のコンポーネントと共有し、性能を最適化することができる。

4.デメリットと留意点

トルク・センサは多くの利点をもたらすが、特筆すべき欠点もある：

1. より高いコスト： 単純なケイデンス・センサに比べて、トルク・センサはその複雑さゆえに高価である。
2. 校正の要件： 正確な測定値を得るためには、正確に校正されなければならない。
3. 感度： 微小たわみを測定するため、外部からの振動や温度変化が補正されないと性能に影響を与える可能性がある。
4. 摩耗の可能性（ストレインゲージタイプ）： 時間の経過とともに、機械的ストレスがストレインゲージベースのセンサーを劣化させる可能性がありますが、高品質の部品ではまれです。

私たちのようなカーゴバイクOEM/ODMメーカーにとって、これらの要素は製品開発中に考慮される必要があります。例えば、私たちは耐久性と正確なトルク感知を兼ね備えたボトムブラケットアセンブリーを慎重に選んでいます。

5.トルクセンサの応用

トルク・センサは様々な産業で使用されているが、その役割は以下の通りである。 e-bikeとカーゴバイク は特に変貌を遂げる。

5.1 ペダルアシストシステム

• トルク・センサは ペダルアシスト（ペデレック） 機能性だ。
• 彼らは、パワーアシストが自然で比例していると感じられるようにする。

5.2 大型カーゴバイク

• ロングジョン、ロングテール、トライクスタイルのカーゴバイクにとって、正確なトルクフィードバックは安定性とライダーの信頼性を高めるために不可欠です。
• ライダーは子供や食料品、商業製品を運ぶことが多いため、予測可能なモーターサポートが安全性を向上させる。

5.3 フリート・バイクとデリバリー・バイク

• ロジスティクス企業は、トルク・センサを次のように活用している。 ライダーの疲労を軽減 また、さまざまな地形や荷重条件下でも一貫した性能を発揮する。

5.4 その他のEモビリティ用途

• 電動スクーターや原付も、スロットルや回生ブレーキの制御に同様のセンサーを使用している。

(に関する記事もご覧ください。 カーゴバイクのアッカーマン・ステアリング機構 トルク・センサーとステアリング・ジオメトリーは、負荷がかかった状態でも安定した走りを提供するために連動しているからだ)。

6.比較トルク・センサとケイデンス・センサの比較

評決： カーゴバイクの場合、トルクセンサーの方がスムーズな始動が可能で、荷物を積んでいるときのバッテリー使用効率が高いため、ほとんどの場合、トルクセンサーの方が良い選択となる。

7.カーゴバイクのデザインにおける統合

Regenでは、トルクセンサーを統合しています。 ボトムブラケット設計段階などの要素を考慮している：

• フレーム形状 ボトムブラケット周辺の剛性はセンサーの精度に影響する。
• モーターのトルクレベル： ほとんどのカーゴバイクに対応する60～100Nmのミッドドライブまたはハブモーターにセンサーを適合させます。
• 電気アーキテクチャ： トルクセンサーのデータは、速度、ケイデンス、モーターの温度情報とともにCANバス経由で処理される。

また、エンジニアリングチームや工業設計チームと密接に協力し、トルクセンサアセンブリが常に安定した状態を維持できるようにします。 防湿・防塵構造（IP65以上）.これは、雨や瓦礫にさらされることが避けられない都市物流で使用されるバイクにとって極めて重要である。

8.結論

トルクセンサーは一見目立たないが、現代のe-bikeやカーゴバイクでは最も重要な部品のひとつである。それは

• より自然で手応えのあるライディング体験を提供する。
• バッテリー効率の向上。
• 特に重い荷物を運ぶ際の安全性を高める。

OEM/ODM顧客のためにカスタマイズされたカーゴバイク・ソリューションを開発する際、トルクセンサは常に議論の一部となります。適切なタイプ（ひずみゲージ式または磁気弾性式）の選択、適切な校正の確保、他の電気システムとの統合は、高品質の製品を提供するための重要なステップです。

新しいカーゴバイクのプロジェクトを検討中で、トルクセンサー、モーターの選択、全体的な乗り心地について相談したい場合、 当社のエンジニアリングおよびIDチームがお客様をサポートします。.私たちは、ビデオ、電話、Eメールによる無料コンサルティングを提供しています。

結局

次のカーゴバイク・プロジェクトにトルク・センサーを組み込む方法についてもっと知りたいですか？ お問い合わせ までご連絡ください。Regenのチームは以下を専門としています。 OEM/ODMカーゴバイク・ソリューションフレーム開発から電気系統の統合まで。