Le bici elettriche forniscono assistenza elettrica attraverso un motore elettrico integrato che integra la pedalata del ciclista. Esistono diversi tipi di motori utilizzati nelle bici elettriche, ognuno con i suoi vantaggi. Comprendere i diversi tipi di motori per bici elettriche e le loro caratteristiche consente ai ciclisti di selezionare l'opzione di motore migliore per soddisfare le loro specifiche esigenze e preferenze di guida. In questa guida dettagliata, forniremo uno sguardo approfondito ai vari tipi di motori utilizzati nelle bici elettriche, inclusi motori con mozzo, motori a trazione centrale, motori con trasmissione a manovella, motori con spazzole e senza spazzole e motori con trasmissione a frizione.
Sommario
Sommario
Come funzionano i motori per bici elettriche?
Il motore elettrico è il componente determinante delle e-bike che fornisce una spinta extra durante la pedalata attraverso l'assistenza elettrica. Ma in che modo esattamente i diversi tipi di motori utilizzati nelle bici elettriche generano questa potenza ? Ecco una panoramica della funzionalità del motore della bici elettrica e dell'interazione con altri componenti della bici elettrica:
Interazione con i componenti della bici elettrica
Su una e-bike, il motore elettrico funziona insieme alla batteria, ai pedali/guarnitura, alla trasmissione e al sistema di controllo, alimentati da una batteria ricaricabile agli ioni di litio. Mentre il ciclista pedala, i sensori rilevano il ritmo e la forza dalla guarnitura e dal movimento centrale, inviando questi dati al sistema di controllo, o controller, che a sua volta attiva e modula l'assistenza elettrica del motore. Il motore elettrico della bicicletta fornisce quindi una potenza meccanica che integra la potenza della pedalata umana, trasmettendo potenza attraverso la trasmissione per spingere in avanti la bici elettrica.
Ruolo dei sensori
I diversi tipi di motori utilizzati nelle bici elettriche si basano sull'input del sensore per gestire l'erogazione di potenza. La maggior parte delle e-bike con motore elettrico dispone di un sensore di coppia nella guarnitura o nel movimento centrale in grado di misurare la forza e la cadenza della pedalata umana in tempo reale. Il controller elabora questi dati insieme agli input provenienti dai sensori di velocità e cadenza delle ruote, quindi attiva e modula la potenza elettrica dalla batteria al motore in modo fluido e senza interruzioni. Questo controllo basato su sensori consente a diversi tipi di motori di e-bike di fornire una potenza assistita proporzionale in armonia con lo sforzo del ciclista, migliorando l'esperienza di guida in modo sicuro ed efficiente.
Modalità operative
LeE-bike
- Paddle Assist: Il motore elettrico fornisce potenza solo quando il ciclista sta pedalando attivamente.
- Assistenza acceleratore: Consente di attivare il motore per spingere l'e-bike senza alcun input da parte del pedale.
- Pedalata assistita: Fornisce potenza proporzionale alla cadenza e alla forza del ciclista, amplificando l'input umano.
Diversi tipi di motore per bici elettrica possono offrire alcune o tutte queste modalità, che possono essere controllate modificando le impostazioni sull'unità display montata sul manubrio.
Potenza ed efficienza
Il controller orchestra il flusso preciso di energia elettrica dalla batteria a un tipo designato di motore per bici elettrica, generalmente misurato in watt. Sebbene la maggior parte dei motori per e-bike mantenga una potenza nominale continua compresa tra 250 e 750 watt, le loro uscite di picco possono superare i 1000 watt. Vari tipi di bici elettriche
Panoramica e confronto tra diversi tipi di motori per bici elettriche
Esistono cinque tipi principali di motori utilizzati nelle bici elettriche, ciascuno con i propri pro e contro. La scelta del tipo di motore ottimale dipende dal design dell'e-bike e dallo stile di guida previsto. Ecco una panoramica e un confronto tra i diversi tipi di motori per bici elettriche:
1. Motori del mozzo
I motori con mozzo sono il tipo di motore per bici elettriche più utilizzato e si stima rappresentino il 50-70% del mercato dei motori per bici elettriche. Come suggerisce il nome, i motori sui mozzi si integrano perfettamente nei mozzi delle ruote anteriori o posteriori della bicicletta. Questo tipo di motori per bici elettriche sono disponibili in varianti con o senza cambio e il loro design semplice e autonomo elimina la necessità di modifiche alla trasmissione. Ora impariamo di più sui motori del mozzo anteriore e posteriore!
1) Motori con mozzo anteriore
Pro:
- Installazione più semplice rispetto ai mozzi posteriori
- Sostituisci facilmente una gomma a terra
- Non influisce su ingranaggi e trasmissione
Contro:
- Aggiungi più peso non sospeso alla ruota anteriore
- Modifica la distribuzione del peso della bici e il baricentro
- Influisce sullo sterzo e sulla manovrabilità a velocità più elevate
- Richiede un design robusto della forcella anteriore
Nel complesso, la maggior parte degli esperti di bici elettriche sconsiglia i motori con mozzo anteriore, tranne che in casi di nicchia, poiché i loro svantaggi in termini di sterzo e stabilità superano il vantaggio di un'installazione più semplice: ciò può portare a rischi come manovrabilità instabile, rollio delle ruote e ridotta potenza frenante anteriore.
2) Motori con mozzo posteriore
Pro:
- Mantieni la normale distribuzione del peso della bici e il baricentro
- Non influisce sullo sterzo o sulla sospensione anteriore
- Preserva manovrabilità e stabilità prevedibili
Contro:
- Rimozione complicata della ruota posteriore per riparazioni di pneumatici a terra
- Influisce sulla trasmissione, in particolare con motori con mozzo con cambio
- Aumenta il peso non sospeso, complicando potenzialmente la regolazione dell'ammortizzatore della molla
Conclusione
La maggior parte delle e-bike dotate di motori nel mozzo optano per una configurazione del motore nel mozzo posteriore per mantenere la manovrabilità familiare della bici. Tuttavia, il peso non sospeso posteriore aumentato richiede parametri di sospensione adeguati per una manovrabilità ottimale del terreno. In sostanza, i mozzi posteriori sfruttano i vantaggi del motore del mozzo riducendo al minimo i loro svantaggi.
Applicazioni ideali
Il design autonomo basato su ruote e il funzionamento silenzioso rendono i motori con mozzo ideali per molte e-bike entry-level, in particolare quelle e-bike semplici ed economiche progettate per terreni pianeggianti o e-bike ricreative urbane e per pendolari dove sono elevate la velocità non è richiesta, ad esempio
2. Motori a trazione centrale
I motori a trazione centrale sono diventati sempre più popolari negli ultimi anni e ora rappresentano circa il 30% del mercato dei motori per e-bike. Il sistema a trasmissione centrale installa il motore nell'area del movimento centrale e aziona direttamente la guarnitura, fornendo potenza ausiliaria trasmessa attraverso il set di ingranaggi posteriori e il sistema di trasmissione. Questa posizione centrale ottimizza la distribuzione del peso offrendo allo stesso tempo potenza ed efficienza eccezionali per massimizzare la trazione, l'accelerazione e il controllo.
Pro:
- Ottimizza la distribuzione del peso e la stabilità della bici
- Mantieni una trazione eccellente anche a velocità più elevate
- Preserva la sensazione di guida e la manovrabilità naturali
- Fornisce un'ottima capacità di scalata in collina
- Utilizza in modo efficiente gli ingranaggi per massimizzare la fascia di potenza
- Richiede meno carica della batteria per una determinata prestazione
Contro:
- Aumenta la complessità e i costi del sistema
- Richiede
engine erratura avanzata della manovella - Ridurre l'altezza da terra attorno alla guarnitura
- Aggiungi peso nella posizione centrale sul telaio
- Installazione e manutenzione più impegnative
Conclusione
I motori a trazione centrale sfruttano davvero i vantaggi della trasmissione di una bicicletta elettrica grazie alla loro posizione centrale e all'integrazione con la meccanica della bicicletta. È riconosciuto e apprezzato perché fornisce ai ciclisti una trasmissione naturale della potenza e un'esperienza di guida.
Applicazioni ideali
I motori a trazione centrale consentono di realizzare e-bike ad alte prestazioni adatte alla guida atletica, in salita e all'uso competitivo: la localizzazione centrale del peso avvantaggia notevolmente le e-mountain bike fuoristrada. Questa bici elettrica
3. Motori a manovella
I motori a manovella rappresentano una sottocategoria di nicchia attualmente stimata in appena il 5-10% del mercato dei motori per e-bike. Questo tipo di motori elettrici integrano il motore e la riduzione dell'ingranaggio internamente all'interno del perno del movimento centrale della guarnitura. Ciò consente la concentrazione del peso nel nucleo centrale della bicicletta fornendo allo stesso tempo protezione dagli agenti atmosferici per gli interni del motore. Tuttavia, le manovelle hanno capacità di coppia limitate rispetto ai sistemi a trasmissione centrale.
Come funzionano i motori a manovella?
I motori per e-bike azionati a manovella integrano abilmente il motore e il meccanismo di riduzione dell'ingranaggio all'interno dell'albero motore sovradimensionato. Questo posizionamento non convenzionale è ottenuto con l'aiuto di un alloggiamento del mandrino appositamente progettato. All'interno della scatola del movimento centrale, lo statore e il rotore ruotano concentricamente, formando essenzialmente l'alloggiamento interno del telaio. Allo stesso tempo, la manovella aziona la catena attraverso la rotazione dell'albero motore stesso e aziona il treno attraverso la riduzione ad ingranaggi integrata. Questo tipo di motore richiede un design del mandrino complesso e robusto per gestire le forze interne mantenendo le prestazioni di pedalata.
Pro:
- Concentra il peso centralmente nel nucleo della bici
- Migliora la stabilità e le prestazioni generali di manovrabilità
- Proteggi le parti interne del motore da agenti atmosferici e detriti
- Non richiedono modifiche ai componenti della trasmissione posteriore
- Garantisce un funzionamento molto silenzioso
Contro:
- L'integrazione limita le capacità di coppia e potenza
- Aumentare significativamente il peso della guarnitura
- Richiede mandrino avanzato
engine erificazione e progettazione - Offrono meno capacità di coppia e flessibilità di configurazione rispetto alle unità centrali
- Costo più elevato dovuto alla fabbricazione del mandrino personalizzato
Conclusione
Sebbene le manovelle presentino alcuni vantaggi, la coppia limitata e i costi più elevati le rendono più adatte solo per i modelli speciali di e-bike in questa fase. Inoltre, la tecnologia della trasmissione a manovella rimane meno matura rispetto ai più collaudati sistemi a trasmissione centrale. Tuttavia, i continui progressi nei materiali e nella progettazione dei mandrini potrebbero migliorare nel tempo la fattibilità delle manovelle quando incorporate nei tipi di motori utilizzati nelle biciclette elettriche.
4. Motori con spazzole e senza spazzole
I motori per bici elettriche utilizzano la tecnologia del motore con spazzole o senza spazzole. I motori con spazzole esistono da decenni, mentre i tipi senza spazzole sono uno sviluppo più recente.
1) Motori elettrici CC con spazzole
I motori elettrici CC con spazzole sono dotati di magneti stazionari nello statore che circondano un'armatura rotante che contiene avvolgimenti di filo che interagiscono con un campo magnetico fisso. Per mantenere la rotazione continua, un commutatore meccanico e spazzole invertono la polarità delle correnti di avvolgimento. Tuttavia, col passare del tempo, le spazzole si usurano e richiedono una sostituzione periodica.
Pro:
- Costruzione del motore semplice ed economica
- Velocità facile da controllare variando la tensione
- Fornisce un'elevata coppia di avviamento
Contro:
- Le spazzole prima o poi si usurano e devono essere sostituite
- Meno efficiente con maggiore perdita di energia sotto forma di calore
- Genera rumore elettrico ed elettromagnetico
- Densità di potenza e capacità di potenza di picco inferiori
- Richiede manutenzione a causa dell'usura delle spazzole
Conclusione
I motori con spazzole rappresentavano il primo approccio convenzionale utilizzato negli utensili elettrici, negli elettrodomestici e in molte biciclette elettriche. Tuttavia, i loro svantaggi hanno portato a un maggiore utilizzo di motori elettrici senza spazzole (BLDC/EC).
2) Motori elettrici CC senza spazzole
Il BLDC, o motore brushless, è dotato di magneti permanenti fissati nel rotore che ruotano attorno a un'armatura fissa. Per mantenere la rotazione, una complessa elettronica di controllo sequenzia l'energia negli avvolgimenti. A differenza dei motori con spazzole, funziona senza spazzole, poiché gli avvolgimenti nello statore sono commutati elettronicamente.
Pro:
- Elimina l'usura delle spazzole per una minore manutenzione
- Peso più leggero e dimensioni più compatte
- Capacità di potenza di picco più elevate
- Prestazioni termiche e durata migliorate
- Maggiore efficienza del sistema con minori perdite di energia
- Genera rumore e interferenze elettromagnetiche minimi
Contro:
- Richiedono regolatori elettronici di velocità complessi
- Produrre meno coppia a basse velocità
- Costa più di un motore a spazzole equivalente
- Sensibile allo sporco, alla polvere e all'umidità
- Risoluzione di problemi e riparazioni complesse
Conclusione
La popolarità dei motori EC/brushless continua ad aumentare grazie ai miglioramenti sostanziali in termini di prestazioni, efficienza e affidabilità rispetto ai tipi con spazzole. Quasi tutti i sistemi di e-bike di fascia alta ora utilizzano la tecnologia del motore brushless/BLDC. Ad esempio, le bici
3) Motori BLDC senza sensori
I motori elettrici DC brushless sensorless (BLDC) offrono una variante della tecnologia brushless mirata a un'implementazione più semplice eliminando i sensori fisici. Invece di utilizzare sensori o encoder ad effetto Hall, i
Come funzionano i motori elettrici CC brushless senza sensori?
I motori BLDC senza sensore stimano la posizione angolare del rotore in base alle misurazioni di corrente e tensione all'interno degli avvolgimenti del motore. Monitorando la tensione EMF posteriore, i passaggi per lo zero associati possono essere utilizzati per determinare la posizione durante il normale funzionamento. A velocità ferme e inferiori, metodi di guida elettronica specializzati inducono effetti di salienza che forniscono la stima della posizione. Questo approccio senza sensori elimina sensori Hall o codificatori separati per ridurre costi, dimensioni e complessità.
Pro:
- Elimina sensori fisici separati e cablaggio associato
- Consenti una progettazione del motore più semplice, più robusta e spesso più piccola
- Ridurre le dimensioni, la complessità e i costi complessivi del sistema motore
- Non richiede ricalibrazione o riallineamento dei sensori
- Consente il funzionamento in condizioni difficili con sporco, polvere, umidità
Contro:
- Potrebbe avere un avvio meno fluido e un controllo della coppia a bassa velocità
- Spesso hanno un'efficienza inferiore a velocità del motore molto basse
- Richiede algoritmi ed elettronica complessi per la stima dello stato
- Difficile fornire un'efficienza ottimale nell'intero intervallo di velocità
- Tollera una minore variabilità parametrica nella costruzione del motore
Conclusione
La tecnologia senza sensore funziona bene per molte applicazioni basate sui costi che non richiedono il massimo in termini di precisione e fluidità.
5. Motori di azionamento a frizione
I motori a frizione rappresentano una classe di nicchia che sta appena iniziando ad emergere per le biciclette elettriche e altri veicoli elettrici leggeri. Come indica il nome, i motori a frizione utilizzano l'attrito tra una ruota gommata premuta contro il pneumatico per spingere la bicicletta. Questo approccio si traduce in un design estremamente semplificato senza influenzare la meccanica della bici.Tuttavia, i sistemi di azionamento ad attrito presentano anche notevoli inconvenienti in termini di prestazioni.
Come funzionano i motori a frizione?
I motori di azionamento a frizione si fissano esternamente al telaio della bicicletta sulla ruota posteriore. Un piccolo motore elettrico a ingranaggi fa girare una ruota gommata che preme contro il pneumatico posteriore. Quando attivata, la ruota motrice a frizione ruota contro il pneumatico per spingere la bicicletta in avanti in modo simile a una mano che tiene una ruota. Il motore è montato vicino al mozzo e si collega alla ruota motrice della frizione tramite una cinghia o un treno di ingranaggi.
Pro:
- Design esterno estremamente semplice e leggero
- Non richiede modifiche alla trasmissione della bicicletta o ai mozzi delle ruote
- Funzionamento silenzioso del motore grazie al montaggio esterno
- Facile da adattare alle bici standard, se lo si desidera
- Preserva la sensazione di attrito della pedalata quando il motore è spento
Contro:
- Tendono a scivolare o a perdere trazione, soprattutto in collina o in caso di pioggia
- Limita la capacità e le prestazioni di frenata posteriore
- La ruota di frizione si usura nel tempo e richiede la sostituzione
- Meno robustezza e resistenza alle intemperie con esposizione esterna
- Capacità di potenza ed efficienza inferiori nel complesso
Conclusione
I sistemi di trasmissione a frizione hanno suscitato interesse per alcuni modelli di bici elettriche a basso costo, ma i loro limiti prestazionali li rendono inadatti per e-bike di qualità superiore. Il progresso della scienza dei materiali può aumentare la fattibilità dei motori a frizione lungo la strada quando incorporati nei tipi di motori utilizzati nelle biciclette elettriche.
Scegliere il miglior motore per bici elettrica
Poiché esiste una gamma così ampia di motori per bici elettriche, può essere difficile selezionare il tipo di motore ottimale per le proprie esigenze e preferenze. Ecco i fattori chiave da considerare insieme ai consigli basati sullo stile di guida.
1. Fattori chiave da considerare
- Di quanta assistenza hai bisogno: potenza nominale inferiore o superiore?
- Qual è il tuo tipico terreno di guida: pianura o collina?
- Quali caratteristiche di manovrabilità della bici sono più importanti: stabilità o agilità?
- Quanto peso puoi tollerare di aggiungere alla bici?
- Con che tipo di trasmissione inizierai?
- Quale livello di impermeabilità è richiesto?
- Qual è il tuo budget per il sistema motorio?
2. Raccomandazioni basate sullo stile di guida
Esaminiamo i consigli basati sulle applicazioni di guida comuni:
1) Pendolarismo e guida nel tempo libero
Per la guida occasionale in città o sulle piste ciclabili, un motore nel mozzo offre semplicità ed efficienza in termini di costi. Il motore del mozzo posteriore con o senza ingranaggi fornisce una servoassistenza efficiente e confortevole senza influire sulla manovrabilità. Le unità centrali offrono prestazioni più elevate ma potrebbero essere eccessive se non si utilizzano le capacità del terreno.
2) Percorso atletico e mountain bike
I sistemi a trazione centrale brillano per la guida fuoristrada dove la trazione, l'equilibrio e i vantaggi in salita sono essenziali. Inoltre, il posizionamento centrale del peso aiuta anche la manovrabilità sui sentieri. In una parola, i motori a trazione centrale con coppia più elevata si adattano bene alla gamma di rapporti delle MTB.
3) Trasporto di merci e carichi pesanti
Il trasporto di bambini o carichi pesanti trae grandi benefici dalla potenza pura e dalla migliore trazione dei motori a trazione centrale. La loro efficienza e l'utilizzo degli ingranaggi forniscono un'assistenza prolungata nel trascinare peso extra in salita. Inoltre, le trasmissioni centrali a doppio motore possono essere distanziate anche per bici da carico a potenza massima.
4) Bici da strada elettrica ad alta velocità
Per raggiungere velocità sostenute più elevate, i motori centrali possono sfruttare meglio il cambio delle bici da strada rispetto ai motori nel mozzo. Le loro prestazioni dinamiche si abbinano bene anche all'agile manovrabilità desiderata a velocità più elevate. La resistenza e il peso inferiori favoriscono l'accelerazione e la navigazione.
5) Progetti di ammodernamento a basso costo
L'aggiunta di un semplice motore nel mozzo ti consente di elettrificare una bicicletta standard con un budget limitato trasformandola in una casual cruiser. I sistemi di trasmissione a frizione posteriore consentono inoltre di sperimentare a basso costo la motorizzazione delle biciclette esistenti con semplicità e reversibilità.
Valutare le tue priorità tra questi criteri di selezione chiave consente di identificare i tipi ideali di motori utilizzati nelle bici elettriche per le tue esigenze individuali e il tuo stile di guida. Oltre a ciò, anche testare diverse e-bike, sperimentando in prima persona le caratteristiche del motore e combinando l'esperienza dell'utente con le conoscenze tecniche può aiutare a ottenere la migliore scelta del motore. Un altro punto è che puoi dare la priorità ad alcune e-bike dotate di motori di azionamento noti, come il motore ebike Bosch, il motore elettrico Bafang (e motor), ecc.
Considerazioni finali
In conclusione, esistono diversi tipi distinti di motori utilizzati nelle bici elettriche, ciascuno con vantaggi e svantaggi intrinseci. Le categorie più ampie includono motori con mozzo, motori a trazione centrale, manovelle, motori con spazzole, motori brushless e azionamenti a frizione. Attualmente, i motori a trazione centrale e nel mozzo dominano il mercato delle e-bike. Tuttavia, l’innovazione continua tra i vari tipi di motore probabilmente produrrà un cambiamento di popolarità e una divergente specializzazione in futuro. Considera le tue preferenze e esigenze di stile di guida e scegli il motore e-bike giusto per la tua bici per rendere divertenti le tue avventure di guida!
Potrebbe interessarti anche:
Differenza tra bici elettrica con trasmissione a cinghia e catena: scegli quella giusta per la guida
Una guida completa su cosa è un Pedelec
Come utilizzare una bici elettrica: una guida per principianti alla guida
Cosa cercare in una bici elettrica?
Esplora i 5 tipi di bici elettriche più comuni per sceglierne uno da acquistare
