전기 자전거의 토크 센서: 목적, 작동 원리, 장단점 및 응용 분야

Regen는 고객과 파트너로부터 토크 센서의 정의, 작동 방식, 전기자전거와 카고 자전거에서 토크 센서가 중요한 이유에 대한 질문을 자주 받습니다. 토크 센서는 언뜻 보기에는 눈에 띄지 않는 숨겨진 부품 중 하나이지만, 전기 보조 자전거의 라이딩 경험, 모터 효율, 심지어 안전까지 근본적으로 좌우합니다.

이 글에서는 토크 센서의 기능, 작동 방식, 장단점, 사용처 등 토크 센서에 대해 자세히 살펴보겠습니다. 또한 모터 토크 선택 및 전기 시스템 내 통신 프로토콜과 같은 광범위한 화물 자전거 설계 고려 사항과 토크 센서의 역할을 연결해 보겠습니다.

토크 센서란 무엇인가요?

토크 센서는 샤프트나 액슬에 가해지는 토크(회전력)의 양을 측정하는 장치입니다. 전기 자전거 또는 카고 자전거의 경우 일반적으로 바텀브래킷, 리어 드롭아웃 또는 크랭크 스핀들. 라이더가 페달에 힘을 가하면 토크 센서가 비틀림 힘을 감지하여 모터 컨트롤러에 신호를 보냅니다. 그러면 컨트롤러가 그에 비례하여 모터 어시스턴스를 조정합니다.

이는 다음과 크게 다릅니다. 케이던스 센서는 페달링 강도를 측정하지 않고 단순히 페달을 밟고 있는지 여부를 감지합니다. 케이던스 센서는 "온/오프"라는 이분법적인 지원 느낌을 제공하는 경향이 있는 반면, 토크 센서는 더 부드럽고 자연스러운 페달링 경험.

정의:

토크 = 힘 × 거리(뉴턴미터, Nm 단위로 측정).

0.17m의 크랭크 암에 100N의 힘을 가하면 결과 토크는 17Nm입니다.

2. 토크 센서는 어떻게 작동하나요?

전기 자전거와 카고 자전거에 사용되는 대부분의 토크 센서는 다음과 같습니다. 스트레인 게이지 기반. 작동 원리를 세분화해 보겠습니다:

2.1 스트레인 게이지 방법

1. 라이더가 페달을 밟으면 크랭크 스핀들 또는 액슬이 약간 비틀어집니다.
2. 스트레인 게이지-작은 전기 저항 소자-가 스핀들에 결합되어 있습니다.
3. 스핀들이 변형되면 스트레인 게이지의 저항이 변합니다.
4. 이러한 변화는 휘트스톤 브리지 회로를 통해 증폭되어 전기 신호로 변환됩니다.
5. 모터 컨트롤러는 이 신호를 라이더의 입력 노력으로 해석하고 그에 따라 출력을 조정합니다.

2.2 자기 탄성 방법

일부 고급 토크 센서는 자기 탄성 원리를 사용합니다:

• 스핀들의 강철은 비틀림을 받으면 자기 투과성이 달라집니다.
• 자기장 센서는 물리적 접촉 없이 이러한 변화를 감지합니다.
• 이점: 마모 및 손상 감소움직이는 부품에 전선이나 슬립 링이 없기 때문입니다.

전기 자전거 토크 센서 다이어그램

토크 센서와 속도 센서: 어느 것이 더 낫나요?

간단히 말해서, 숙련된 운전자와 수습 운전자의 차이입니다.

숙련된 운전자가 운전하는 것과 수습 운전자가 운전하는 것을 비유할 수 있습니다:

토크 센서는 "숙련된 운전자"와 같습니다.

• 숙련된 운전자는 도로 상황과 스로틀 강도에 따라 차량 출력을 원활하게 제어합니다:
• 오르막길에서는 스로틀이 자동으로 증가합니다(더 많은 모터 지원).
• 내리막길을 가거나 스로틀을 가볍게 밟으면 출력이 감소합니다(전력 및 안전 절약).
• 전체적인 운전 경험은 부드럽고 자연스러우며 안정감이 강합니다.

속도 센서는 "견습 운전사"와 같습니다.

• 견습 운전자는 스로틀 스위치에 대한 일반적인 개념만 가지고 있습니다:
• 스로틀을 밟으면 도로 상황에 관계없이 최대 주행을 할 수 있습니다.
• 반응이 느리고 스로틀이 완전히 열리거나 닫혀 있습니다.
• 특히 짐을 싣고 주행할 때 급격한 가속과 감속이 발생하기 쉽습니다. 안전하지 않습니다.

요약: 토크 센서 = 온디맨드 지능형 출력, 속도 센서 = 고정 출력(아무도 누르지 않으면 정지, 누르면 최대 출력)

토크 센서(페달 힘 기반)

• 측정 얼마나 열심히 페달을 밟고 있는지 크랭크, 바텀브래킷 또는 리어 드롭아웃에 가해지는 회전력을 감지합니다.
• 지원은 다음과 같습니다. 비례페달을 세게 밟을수록 모터가 더 많은 출력을 전달합니다.

속도 또는 케이던스 센서(페달 속도 기반)

• 측정 페달을 밟고 있는지 여부와 속도 크랭크에 자석과 센서를 사용합니다.
• 지원은 다음과 같습니다. 바이너리/온오프페달링을 시작하고 설정된 케이던스에 도달하면 미리 설정된 파워(힘에 비례하지 않음)로 모터가 작동합니다.

주요 차이점 표 한눈에 보기

카고 바이크에는 어떤 것이 더 적합할까요?

For 카고 자전거, 토크 센서 는 거의 항상 더 나은 선택:

1. 원활한 전력 공급: 아이나 물건을 운반할 때는 출발과 정차 시 안정성이 필요합니다. 토크 센서는 예측 가능하고 비례적인 지원을 제공합니다.
2. 배터리 효율성: 배송 및 물류 차량은 1회 충전 시 주행 거리가 길어지는 이점을 누릴 수 있습니다.
3. 언덕에서 제어: 토크 센서는 모터가 사용자의 힘 입력에 즉각적으로 반응하기 때문에 언덕길 출발이 더 쉬워집니다.
4. 안전: 속도 센서의 갑작스러운 전력 급증으로 인해 과부하 상태의 자전거가 흔들리거나 기울어질 수 있습니다.

(다음 기사에서 카고 바이크에 필요한 토크는 어느 정도인가요? 를 클릭하여 토크 센서가 모터 선택과 어떻게 연결되는지 확인하세요.)

3. 전기 자전거 및 카고 자전거에서 토크 센서의 장점

3.1 내추럴 라이딩 체험

페달을 얼마나 세게 밟느냐에 따라 모터 지원이 비례하기 때문에 마치 "생체 공학 다리"를 가진 것처럼 느껴집니다. 자전거는 사용자의 입력에 직관적으로 반응하며, 이는 특히 다음과 같은 경우에 중요합니다. 무거운 짐을 운반하는 화물 자전거. 라이더는 저속에서, 장애물 주변에서 기동할 때, 또는 어린이나 물건을 싣고 오르막길을 출발할 때 더욱 안정감을 느낄 수 있습니다.

3.2 효율적인 배터리 사용

토크 센서를 통해 컨트롤러는 모터 출력을 미세 조정할 수 있습니다:

• 페달을 더 세게 밟으면 모터가 더 많은 출력을 전달합니다.
• 속도를 줄이면 모터가 보조를 줄입니다. 이러한 동적 반응은 모터가 때때로 불필요한 전력을 공급할 수 있는 케이던스 기반 시스템에 비해 배터리 에너지를 절약하는 데 도움이 됩니다.

3.3 향상된 안전성

화물 자전거의 경우, 특히 완전히 적재된 상태에서 갑작스러운 출력의 급증은 위험할 수 있습니다. 토크 센서는 모터 출력을 라이더의 노력과 일치시켜 갑작스러운 가속을 방지합니다. 따라서 출발과 정지가 더 부드러워지고 안정성을 유지하는 데 도움이 됩니다.

3.4 최신 컨트롤러와의 호환성

토크 센서는 다음과 잘 통합됩니다. CAN 버스 또는 전기 자전거 전기 시스템에 사용되는 기타 통신 프로토콜을 지원합니다. 이들이 제공하는 데이터는 디스플레이 장치 및 배터리 관리 시스템과 같은 다른 구성 요소와 공유하여 성능을 최적화할 수 있습니다.

4. 단점 및 고려 사항

토크 센서는 많은 이점을 제공하지만, 주목할 만한 단점도 있습니다:

1. 더 높은 비용: 토크 센서는 단순한 케이던스 센서에 비해 복잡하기 때문에 가격이 더 비쌉니다.
2. 보정 요구 사항: 정확한 판독값을 보장하려면 정밀하게 보정해야 합니다.
3. 민감도: 미세한 편향을 측정하기 때문에 외부 진동과 온도 변화가 보정되지 않으면 성능에 영향을 미칠 수 있습니다.
4. 마모 가능성(스트레인 게이지 유형): 시간이 지남에 따라 기계적 스트레스로 인해 스트레인 게이지 기반 센서의 성능이 저하될 수 있지만, 고품질 부품의 경우 드물게 발생합니다.

당사와 같은 카고 자전거 OEM/ODM 제조업체는 제품 개발 과정에서 이러한 요소를 고려해야 합니다. 예를 들어, 내구성과 정확한 토크 감지가 결합된 바텀 브래킷 어셈블리를 신중하게 선택합니다.

5. 토크 센서의 응용 분야

토크 센서는 다양한 산업 분야에서 사용되지만, 그 역할은 다음과 같습니다. 전기 자전거 및 카고 자전거 는 특히 혁신적입니다.

5.1 페달 어시스트 시스템

• 토크 센서는 다음을 지원하는 중추적인 역할을 합니다. 페달 어시스트(페달렉) 기능을 제공합니다.
• 파워 어시스트가 자연스럽고 비례적으로 느껴지도록 합니다.

5.2 헤비 듀티 화물 자전거

• 롱 존, 롱테일, 트라이크 스타일 카고 바이크의 경우 안정성과 라이더의 자신감을 위해 정밀한 토크 피드백이 필수적입니다.
• 라이더는 종종 어린이, 식료품 또는 상업용 물품을 운반하므로 예측 가능한 모터 지원은 안전성을 향상시킵니다.

5.3 차량 및 배달용 자전거

• 물류 회사는 토크 센서를 사용하여 다음과 같은 작업을 수행합니다. 라이더의 피로 감소 다양한 지형과 부하 조건에서 일관된 성능을 보장합니다.

5.4 기타 E-모빌리티 애플리케이션

• 전기 스쿠터와 오토바이는 스로틀 및 회생 제동 제어를 위해 유사한 센서를 사용합니다.

(다음 기사에서도 확인할 수 있습니다. 카고 바이크의 애커만 조향 메커니즘 토크 센서와 스티어링 지오메트리가 함께 작동하여 부하가 걸렸을 때 안정적인 승차감을 제공하기 때문입니다.)

6. 비교: 토크 센서와 케이던스 센서

평결: 화물 자전거의 경우, 토크 센서는 짐을 운반할 때 더 부드러운 시동과 효율적인 배터리 사용을 제공하기 때문에 거의 항상 더 나은 선택입니다.

7. 화물 자전거 설계에 통합

Regen에서는 토크 센서를 통합하여 바텀 브래킷 디자인 단계와 같은 요소를 고려합니다:

• 프레임 지오메트리: 하단 브래킷 영역 주변의 강성은 센서 정확도에 영향을 줍니다.
• 모터 토크 수준: 대부분의 화물 자전거에 60~100Nm의 미드 드라이브 또는 허브 모터에 센서를 장착합니다.
• 전기 아키텍처: 토크 센서 데이터는 CAN 버스를 통해 속도, 케이던스, 모터 온도 정보와 함께 처리됩니다.

또한 엔지니어링 및 산업 디자인 팀과 긴밀히 협력하여 토크 센서 어셈블리를 유지합니다. 습기 및 먼지로부터 밀봉(IP65 이상). 이는 비와 이물질에 노출될 수밖에 없는 도시 물류에 사용되는 자전거에 매우 중요합니다.

8. 결론

토크 센서는 언뜻 보기에는 보이지 않지만, 최신 전기 자전거와 카고 자전거에서 가장 중요한 구성 요소 중 하나입니다. 바로 그

• 보다 자연스럽고 반응이 빠른 라이딩 경험을 제공하세요.
• 배터리 효율을 개선하세요.
• 특히 무거운 짐을 운반할 때 안전을 강화하세요.

OEM/ODM 고객을 위한 맞춤형 카고 바이크 솔루션을 개발할 때 토크 센서는 항상 논의의 일부입니다. 올바른 유형(스트레인 게이지 또는 자기 탄성)을 선택하고, 적절한 보정을 보장하며, 나머지 전기 시스템과 통합하는 것은 모두 고품질 제품을 제공하기 위한 중요한 단계입니다.

새로운 화물 자전거 프로젝트를 고려 중이고 토크 센서, 모터 선택, 전반적인 승차감에 대해 논의하고 싶은 경우, 엔지니어링 및 ID 팀이 지원합니다.. 비디오, 전화 또는 이메일을 통해 무료 상담을 제공하여 타겟 시장에 맞는 올바른 결정을 내릴 수 있도록 도와드립니다.

결국

다음 화물 자전거 프로젝트에 토크 센서를 통합하는 방법에 대해 자세히 알아보고 싶으신가요? 문의하기 에 문의하여 요구 사항을 논의하세요. Regen의 전문 분야는 다음과 같습니다. OEM/ODM 화물 자전거 솔루션프레임 개발부터 전기 시스템 통합까지.