As bicicletas elétricas fornecem assistência de potência por meio de um motor elétrico integrado que complementa a pedalada do ciclista. Existem vários tipos de motores utilizados em bicicletas elétricas, cada um com suas vantagens. Compreender os diferentes tipos de motores de bicicletas elétricas e suas características permite que os ciclistas selecionem a melhor opção de motor para atender às suas necessidades e preferências específicas de pilotagem. Neste guia detalhado, forneceremos uma visão aprofundada dos vários tipos de motores usados em bicicletas elétricas, incluindo motores de cubo, motores de acionamento intermediário, motores de acionamento por manivela, motores com escovas versus motores sem escova e motores de acionamento por fricção.
Índice
Índice
Como funcionam os motores de bicicletas elétricas?
O motor elétrico é o componente definidor das bicicletas elétricas que proporcionam um impulso extra ao pedalar através de assistência elétrica. Mas como exatamente os diferentes tipos de motores usados em bicicletas elétricas geram essa assistência de energia? Aqui está uma visão geral da funcionalidade do motor da bicicleta elétrica e da interação com outros componentes da bicicleta elétrica:
Interação com componentes da bicicleta elétrica
Em uma e-bike, o motor elétrico funciona em conjunto com a bateria, pedais/pedaleira, sistema de transmissão e sistema de controle, alimentado por uma bateria recarregável de íons de lítio. À medida que o ciclista pedala, os sensores detectam o ritmo e a força do pedivela e do eixo pedaleiro, enviando esses dados para o sistema de controle, ou controlador, que por sua vez ativa e modula a assistência elétrica do motor. O motor elétrico da bicicleta fornece então potência mecânica que complementa a potência de pedalada humana, transmitindo energia através do sistema de transmissão para impulsionar a bicicleta elétrica para frente.
Função dos Sensores
Os diferentes tipos de motores usados em bicicletas elétricas dependem da entrada de sensores para gerenciar o fornecimento de energia. A maioria das e-bikes com motor elétrico possui um sensor de torque no pedivela ou no eixo pedaleiro que pode medir a força e a cadência da pedalada humana em tempo real. O controlador processa esses dados juntamente com a entrada dos sensores de velocidade e cadência da roda e, em seguida, ativa e modula a energia elétrica da bateria para o motor de maneira suave e contínua. Este controle baseado em sensor permite que diferentes tipos de motores de e-bike forneçam assistência de potência proporcional em harmonia com o esforço do próprio ciclista, melhorando a experiência de pilotagem com segurança e eficiência.
Modos de operação
As E-bikes
- Paddle Assist: O motor elétrico só fornece energia quando o ciclista está pedalando ativamente.
- Aceleração assistida: Permite que o motor seja acionado para impulsionar a e-bike sem qualquer ação do pedal.
- Pedal Assist: Fornece potência proporcional à cadência e força do ciclista, amplificando a ação humana.
Diferentes tipos de motor de bicicleta elétrica podem oferecer qualquer um ou todos esses modos, que podem ser controlados alterando as configurações na unidade de exibição montada no guidão.
Potência e eficiência
O controlador orquestra o fluxo preciso de energia elétrica da bateria para um tipo designado de motor de bicicleta elétrica, normalmente medido em watts. Embora a maioria dos motores de bicicletas elétricas mantenham uma potência contínua entre 250-750 watts, seus picos de produção podem ultrapassar 1.000 watts. Vários tipos de bicicletas elétricas apresentam eficiências que variam de 60 a 90%. Um motor eletrônico de maior eficiência para bicicletas converte uma porção maior da energia da bateria em resultados mecânicos práticos. Além disso, o design térmico impacta significativamente o desempenho e a longevidade do motor. No geral, os motores das bicicletas elétricas otimizam o equilíbrio entre potência e eficiência.
Visão geral e comparação de diferentes tipos de motores para bicicletas elétricas
Existem cinco tipos principais de motores usados em bicicletas elétricas, cada um com suas próprias vantagens e desvantagens. A seleção do tipo de motor ideal depende do design da bicicleta elétrica e do estilo de pilotagem pretendido. Aqui está uma visão geral e comparação dos diferentes tipos de motores elétricos para bicicletas:
1. Motores de cubo
Os motores de cubo são o tipo de motor de bicicleta elétrica mais amplamente utilizado, estimando-se que representem 50-70% do mercado de motores de bicicletas elétricas. Como o nome indica, os motores dos cubos integram-se perfeitamente nos cubos das rodas dianteiras ou traseiras da bicicleta. Este tipo de motor de bicicleta elétrica está disponível em variações com ou sem engrenagem, e seu design simples e independente elimina a necessidade de modificações no sistema de transmissão. Agora vamos aprender mais sobre os motores dos cubos dianteiro e traseiro!
1) Motores do cubo dianteiro
Prós:
- Instalação mais simples que os cubos traseiros
- Troque facilmente um pneu furado
- Não afeta a engrenagem e o sistema de transmissão
Desvantagens:
- Adicione mais peso não suspenso à roda dianteira
- Alterar a distribuição de peso e o centro de gravidade da bicicleta
- Afeta a direção e o manuseio em velocidades mais altas
- Requer um design robusto do garfo dianteiro
No geral, a maioria dos especialistas em bicicletas elétricas não recomenda motores de cubo dianteiro, exceto em casos de nicho, pois suas desvantagens de direção e estabilidade superam a vantagem de instalação mais fácil - isso pode levar a riscos como manuseio instável, rotação das rodas e potência de frenagem dianteira reduzida.
2) Motores do cubo traseiro
Prós:
- Mantenha a distribuição normal do peso da bicicleta e o centro de gravidade
- Não afeta a direção ou a suspensão dianteira
- Preservar manuseio e estabilidade previsíveis
Desvantagens:
- Remoção complicada da roda traseira para reparos de pneus furados
- Afeta o sistema de transmissão, especialmente com motores de cubo redutores
- Aumenta o peso não suspenso, potencialmente complicando o ajuste do amortecedor de mola
Conclusão
A maioria das e-bikes equipadas com motores de cubo opta por uma configuração de motor de cubo traseiro para manter o manuseio familiar da bicicleta. No entanto, o aumento do peso traseiro não suspenso requer parâmetros de suspensão ajustados para um comportamento ideal no terreno. Em essência, os cubos traseiros capitalizam os benefícios do motor do cubo, ao mesmo tempo que minimizam as suas desvantagens.
Aplicações ideais
O design autônomo baseado em rodas e a operação silenciosa tornam os motores de cubo ideais para muitas e-bikes básicas, especialmente aquelas simples e acessíveis, projetadas para terrenos planos, ou e-bikes recreativas urbanas e de transporte regional onde alta a velocidade não é necessária, como
2. Motores de acionamento intermediário
Os motores de acionamento intermediário tornaram-se cada vez mais populares nos últimos anos e agora representam aproximadamente 30% do mercado de motores para bicicletas elétricas. O sistema mid-drive instala o motor na área do suporte inferior e aciona diretamente o pedivela, fornecendo energia auxiliar transmitida através do conjunto de engrenagens traseiras e do sistema de transmissão. Esta posição central otimiza a distribuição do peso, ao mesmo tempo que proporciona uma potência e eficiência excecionais para maximizar a tração, a aceleração e o controlo.
Prós:
- Otimize a distribuição e a estabilidade do peso da bicicleta
- Mantenha excelente tração mesmo em velocidades mais altas
- Preserva a sensação e o manuseio naturais da pilotagem
- Oferece excelente capacidade de subida de colinas
- Utilize engrenagens com eficiência para maximizar a faixa de potência
- Requer menos energia da bateria para um determinado desempenho
Desvantagens:
- Aumentar a complexidade e o custo do sistema
- Requer
engine ajuste avançado do acionamento da manivela - Reduza a distância ao solo ao redor do pedivela
- Adicione peso no local central do quadro
- Instalação e manutenção mais desafiadoras
Conclusão
Os motores mid-drive realmente aproveitam as vantagens de um sistema de transmissão de bicicleta elétrica graças à sua localização central e integração com a mecânica da bicicleta. É reconhecido e apreciado por proporcionar aos pilotos uma transmissão de potência natural e uma experiência de pilotagem.
Aplicações ideais
Os motores de acionamento central permitem bicicletas elétricas de alto desempenho adequadas para passeios atléticos, subidas e uso competitivo - a localização central do peso beneficia muito as bicicletas elétricas de montanha off-road. Esta bicicleta elétrica
3. Motores de acionamento por manivela
Os motores de manivela representam uma subcategoria de nicho atualmente estimada em apenas 5-10% do mercado de motores para bicicletas elétricas. Este tipo de motor elétrico integra o motor e a redução da engrenagem internamente no eixo do suporte inferior do pedivela. Isso permite a concentração do peso no núcleo central da bicicleta, ao mesmo tempo que fornece proteção contra intempéries para a parte interna do motor. No entanto, os acionamentos de manivela têm capacidades de torque limitadas em comparação com os sistemas de acionamento intermediário.
Como funcionam os motores de manivela?
Os motores de bicicleta elétrica acionados por manivela integram de forma inteligente o motor e o mecanismo de redução de engrenagem dentro do virabrequim superdimensionado. Este posicionamento não convencional é conseguido com a ajuda de um alojamento de fuso especialmente projetado. Dentro da carcaça do suporte inferior, o estator e o rotor giram concentricamente, formando essencialmente a carcaça interna da estrutura. Ao mesmo tempo, a manivela aciona a corrente através da rotação do próprio virabrequim e aciona o trem por meio da redução de engrenagem integrada. Este tipo de motor requer um design de fuso complexo e robusto para lidar com as forças internas enquanto mantém o desempenho da pedalada.
Prós:
- Concentre o peso centralmente no núcleo da bicicleta
- Melhorar a estabilidade e o desempenho geral do manuseio
- Proteja o interior do motor contra intempéries e detritos
- Não requer alteração nos componentes da tração traseira
- Fornece uma operação muito silenciosa
Desvantagens:
- A integração limita as capacidades de torque e potência
- Aumentar significativamente o peso do pedivela
- Exige
engine engenharia e projeto avançados de fuso - Oferece menos capacidade de torque e flexibilidade de configuração em comparação com drives intermediários
- Custo mais alto devido à fabricação de fusos personalizados
Conclusão
Embora os acionamentos de manivela tenham algumas vantagens, o torque limitado e o custo mais alto os tornam mais adequados apenas para modelos especiais de bicicletas elétricas neste estágio. Além disso, a tecnologia de acionamento por manivela permanece menos madura em comparação com os sistemas de acionamento intermediário mais comprovados. No entanto, os avanços contínuos nos materiais e no design dos fusos podem melhorar a viabilidade dos acionamentos de manivela ao longo do tempo, quando incorporados em tipos de motores usados em bicicletas elétricas.
4. Motores escovados vs. motores sem escova
Os motores de bicicletas elétricas usam tecnologia de motor com ou sem escovas. Os motores escovados existem há décadas, enquanto os motores sem escova são um desenvolvimento mais recente.
1) Motores elétricos CC escovados
Os motores elétricos CC escovados possuem ímãs estacionários no estator que circundam uma armadura rotativa que contém enrolamentos de fio que interagem com um campo magnético fixo. Para manter a rotação contínua, um comutador mecânico e escovas invertem a polaridade das correntes do enrolamento. No entanto, com o tempo, as escovas desgastam-se e necessitam de substituição periódica.
Prós:
- Construção de motor simples e de baixo custo
- Fácil de controlar a velocidade variando a tensão
- Fornece alto torque de partida
Desvantagens:
- As escovas eventualmente se desgastam e precisam ser substituídas
- Menos eficiente com mais perda de energia na forma de calor
- Gerar ruído elétrico e eletromagnético
- Menor densidade de potência e capacidades de pico de potência
- Requer manutenção devido ao desgaste das escovas
Conclusão
Os motores escovados representaram a abordagem convencional inicial usada em ferramentas elétricas, eletrodomésticos e muitas bicicletas elétricas. No entanto, suas desvantagens levaram ao aumento do uso de motores elétricos sem escovas (BLDC/EC).
2) Motores elétricos CC sem escova
BLDC, ou motor sem escova, possui ímãs permanentes fixados no rotor que giram em torno de uma armadura estacionária. Para manter a rotação, componentes eletrônicos de controle complexos sequenciam a energia nos enrolamentos. Ao contrário dos motores com escovas, opera sem escovas, pois os enrolamentos do estator são comutados eletronicamente.
Prós:
- Elimine o desgaste das escovas para reduzir a manutenção
- Peso mais leve e tamanho mais compacto
- Maior capacidade de potência de pico
- Melhor desempenho térmico e vida útil
- Maior eficiência do sistema com menos perda de energia
- Gerar ruído mínimo e interferência eletromagnética
Desvantagens:
- Requer controladores eletrônicos complexos de velocidade
- Produza menos torque em baixas velocidades
- Custa mais que um motor escovado equivalente
- Sensível a sujeira, poeira e umidade
- Resolução de problemas complexos e reparos
Conclusão
A popularidade do motor EC/sem escova continua a aumentar devido às melhorias substanciais de desempenho, eficiência e confiabilidade em relação aos tipos com escova. Quase todos os sistemas de e-bike de última geração agora utilizam tecnologia de motor sem escova/motor BLDC. Por exemplo, as bicicletas
3) Motores BLDC sem sensor
Os motores elétricos DC sem escova e sem sensor (BLDC) oferecem uma variante da tecnologia sem escova que visa uma implementação mais simples, eliminando sensores físicos. Em vez de usar sensores ou codificadores de efeito Hall, os
Como funcionam os motores elétricos CC sem escovas e sem sensor?
Os motores BLDC sem sensor estimam a posição angular do rotor com base em medições de corrente e tensão dentro dos enrolamentos do motor. Ao monitorar a tensão EMF traseira, os cruzamentos de zero associados podem ser usados para determinar a posição durante a operação normal. Parado e em velocidades mais baixas, métodos especializados de acionamento eletrônico induzem efeitos de saliência que fornecem estimativa de posição. Essa abordagem sem sensor elimina sensores ou codificadores Hall separados para reduzir custos, tamanho e complexidade.
Prós:
- Elimine sensores físicos separados e fiação associada
- Permite um design de motor mais simples, mais robusto e muitas vezes menor
- Reduza o tamanho, a complexidade e o custo geral do sistema motor
- Não requer recalibração ou realinhamento de sensores
- Permitir operação em condições adversas com sujeira, poeira e umidade
Contras:
- Pode ter partida menos suave e controle de torque em baixa velocidade
- Muitas vezes apresentam menor eficiência em velocidades de motor muito baixas
- Requer algoritmos complexos de estimativa de estado e eletrônicos
- É difícil fornecer eficiência ideal em toda a faixa de velocidade total
- Tolerar menos variabilidade paramétrica na construção do motor
Conclusão
A tecnologia sem sensor funciona bem para muitas aplicações baseadas em custos que não exigem o máximo em precisão e suavidade.
5. Motores de acionamento por fricção
Os motores de acionamento por fricção representam uma classe de nicho que está começando a surgir para bicicletas elétricas e outros veículos elétricos leves. Como o nome indica, os motores de acionamento por fricção usam o atrito entre uma roda emborrachada pressionada contra o pneu para impulsionar a bicicleta. Esta abordagem resulta num design extremamente simplificado sem afetar a mecânica da bicicleta.No entanto, os sistemas de acionamento por fricção também apresentam desvantagens visíveis no desempenho.
Como funcionam os motores de acionamento por fricção?
Os motores de acionamento por fricção são fixados externamente ao quadro da bicicleta na roda traseira. Um pequeno motor elétrico gira uma roda emborrachada que pressiona o pneu traseiro. Quando ativada, a roda motriz de fricção gira contra o pneu para impulsionar a bicicleta para frente, semelhante a uma mão segurando uma roda. O motor é montado próximo ao cubo e se conecta à roda motriz de fricção por uma correia ou trem de engrenagens.
Prós:
- Design externo extremamente simples e leve
- Não requer modificação no sistema de transmissão da bicicleta ou nos cubos das rodas
- Operação silenciosa do motor a partir de montagem externa
- Fácil de adaptar em bicicletas padrão, se desejado
- Preserva a sensação de fricção ao pedalar quando o motor está desligado
Contras:
- Tende a escorregar ou perder tração, especialmente em colinas ou em tempo chuvoso
- Limita a capacidade e o desempenho da frenagem traseira
- A roda de fricção se desgasta com o tempo e requer substituição
- Menos robustez e resistência às intempéries com exposição externa
- Capacidade geral de menor consumo de energia e eficiência
Conclusão
Os sistemas de acionamento por fricção despertaram interesse em alguns modelos de bicicletas elétricas de baixo custo, mas suas limitações de desempenho os tornam inadequados para bicicletas elétricas de maior qualidade. O avanço da ciência dos materiais pode aumentar a viabilidade dos motores de acionamento por fricção no futuro, quando incorporados aos tipos de motores usados em bicicletas elétricas.
Escolhendo o melhor motor para bicicleta elétrica
Como existe uma gama tão ampla de motores elétricos para bicicletas, pode ser um desafio selecionar o tipo de motor ideal para suas necessidades e preferências. Aqui estão os principais fatores a serem considerados, juntamente com recomendações baseadas no estilo de pilotagem.
1. Principais fatores a serem considerados
- Quanta assistência você precisa - potência menor ou maior?
- Qual é o seu terreno típico de pilotagem - planícies ou colinas?
- Quais características de dirigibilidade da bicicleta são mais importantes: estabilidade ou agilidade?
- Quanto peso você pode tolerar adicionando à bicicleta?
- Com que tipo de transmissão você está começando?
- Qual nível de proteção contra intempéries é necessário?
- Qual é o seu orçamento para o sistema motor?
2. Recomendações baseadas no estilo de pilotagem
Vamos examinar recomendações baseadas em aplicações comuns de pilotagem:
1) Deslocamentos e passeios de lazer
Para passeios casuais pela cidade ou ciclovias, um motor central oferece simplicidade e economia. Um motor de cubo traseiro com ou sem engrenagens fornece assistência de potência eficiente e confortável sem afetar o manuseio. Mid-drives oferecem maior desempenho, mas podem ser um exagero se não utilizarem recursos de terreno.
2) Trilha Atlética e Mountain Bike
Os sistemas de tração intermediária brilham para passeios off-road, onde suas vantagens de tração, equilíbrio e subida são essenciais. Além disso, a colocação central do peso também auxilia na manobrabilidade em trilhas. Em uma palavra, os motores de acionamento intermediário com torque mais alto combinam bem com a faixa de engrenagens dos MTBs.
3) Transporte de cargas e cargas pesadas
O transporte de crianças ou cargas pesadas se beneficia muito da potência bruta e da tração aprimorada dos motores de tração central. Sua eficiência e utilização de marchas proporcionam assistência sustentada no transporte de peso extra em subidas. Além do mais, os mid-drives com motor duplo também podem ser espaçados para bicicletas de carga com potência máxima.
4) Bicicleta elétrica de estrada de alta velocidade
Para atingir velocidades sustentadas mais altas, os acionamentos intermediários podem aproveitar melhor as engrenagens das bicicletas de estrada do que os motores de cubo. O seu desempenho dinâmico também combina bem com o comportamento ágil desejado em velocidades mais elevadas. Menor arrasto e peso auxiliam na aceleração e no cruzeiro.
5) Projetos de retrofit econômicos
Adicionar um motor de cubo simples permite eletrificar uma bicicleta padrão com um orçamento limitado como uma cruiser casual. Os sistemas de acionamento por fricção traseira também permitem experiências baratas com a motorização de bicicletas existentes com simplicidade e reversibilidade.
Avaliar suas prioridades entre esses principais critérios de seleção permite identificar os tipos ideais de motores usados em bicicletas elétricas para suas necessidades individuais e estilo de pilotagem. Além disso, testar diferentes e-bikes, vivenciar as características do motor em primeira mão, combinar a experiência do usuário com o conhecimento técnico também pode ajudar a obter a melhor escolha do motor. Outro ponto é que você pode dar prioridade a algumas e-bikes equipadas com motores de acionamento bem conhecidos, como motor Bosch ebike, motor elétrico Bafang (e motor), etc.
Considerações Finais
Para encerrar, existem vários tipos distintos de motores usados em bicicletas elétricas, cada um com vantagens e desvantagens inerentes. As categorias amplas incluem motores de cubo, motores de acionamento intermediário, acionamentos de manivela, motores com escovas, motores sem escovas e acionamentos de fricção. Atualmente, os motores mid-drive e hub dominam o mercado de bicicletas elétricas. No entanto, a inovação contínua em todos os tipos de motores provavelmente produzirá uma mudança na popularidade e uma especialização divergente no futuro. Considere suas preferências e requisitos de estilo de pilotagem e escolha o motor de e-bike certo para sua bicicleta, para tornar suas aventuras de pilotagem divertidas!
Você também pode estar interessado em:
Um guia completo sobre o que é um Pedelec
Como usar uma bicicleta elétrica: um guia para iniciantes em passeios
O que procurar em uma bicicleta elétrica?
Explore os 5 tipos de bicicletas elétricas mais comuns para escolher uma para comprar
