효율 측정 방법

SPEEDHUB의 효율이 어느 정도인지는 효율에 정리되어 있습니다. 이 글은 같은 구동계를 두고도 측정마다 다른 숫자가 나오는 이유와 Rohloff의 측정 방법을 다룹니다.

1. 페달링은 일정하지 않습니다

라이더는 거의 일정한 케이던스로 페달을 밟지만, 토크는 크랭크 한 바퀴 안에서 크게 맥동합니다. 측정 결과 케이던스의 변동은 약 5%였지만 토크의 변동은 90%를 넘었습니다. 부하를 전달하는 모든 부품, 즉 체인, 체인링, 베어링, 기어는 한 바퀴에 두 번씩 부하를 받았다가 풀립니다.

출력과 케이던스	100 W, 75 rpm	300 W, 75 rpm	575 W, 50 rpm
최대 토크	21.6 Nm	68 Nm	200 Nm
최소 토크	3.8 Nm	8 Nm	20 Nm

시험대는 일정한 토크의 전기 모터로 구동됩니다. 그래서 어떤 일정한 출력이 실제의 맥동하는 부하에 해당하는지가 문제입니다. Rohloff의 체인·체인링 마모 시험대가 답을 주었습니다. 평균 150 W로, 5–30 Nm 사이에서 맥동하며 주행한 부품은 일정한 30 Nm로 돌린 시험 부품과 같은 정도로만 마모되었습니다. 마모와 마찰 손실은 같은 요인에서 생기므로, 시험대는 토크의 평균이 아니라 최대값에서 작동해야 합니다. 간단히 말해 80 W 주행은 같은 케이던스에서 시험대의 약 160 W로 재현됩니다.

2. 두 가지 손실

• 부하에 따른 손실: 부하를 받으며 움직이는 부품, 즉 체인 링크, 기어, 베어링의 마찰입니다. 전달되는 출력에 비례해 커집니다.
• 부하와 무관한 손실: 실, 접촉면, 휘저어지는 윤활유입니다. 구동력과는 관계없고 속도, 온도, 윤활유의 점도에만 달라집니다.

50 W에서 둘 다 효율이 91%인 가상의 구동계 두 가지:

입력 출력	50 W	100 W	200 W	300 W	400 W	500 W
시스템 A: 7% + 1 W	91.0%	92.0%	92.5%	92.7%	92.75%	92.8%
시스템 B: 3% + 3 W	91.0%	94.0%	95.5%	96.0%	96.3%	96.4%

낮은 출력에서는 부하와 무관한 손실이, 높은 출력에서는 부하에 따른 손실이 지배적입니다. 곡선 C와 D는 같은 구동계에서 열이나 윤활막의 변화로 실 손실이 1 W에서 2 W로 늘어나거나(A → C), 3 W에서 2 W로 줄어든(B → D) 경우입니다:

200 W 미만에서는 ±1 W의 흔들림만으로도 결과가 몇 퍼센트씩 움직입니다. 마찰열 자체가 조건을 바꾸기 때문에 이런 일은 한 번의 측정 안에서도 일어날 수 있습니다. 그래서 200 W 미만의 효율 수치는 여러 번 반복한 측정에서만 유효하며, 항상 상한과 하한이 있는 범위로 나타내야 합니다. 200 W를 넘으면 흔들림은 무시할 만해집니다.

3. 라이더의 효율도 중요합니다

목표는 가장 좋은 기계적 수치가 아니라, 들인 에너지 중 얼마가 앞으로 나아가는 힘이 되는가입니다. 근육 효율은 적절한 힘과 동작 속도에서 약 25%에 이르지만, 맞지 않는 기어에서는 쉽게 10퍼센트포인트 나빠집니다. 변속 시스템 사이의 차이보다 훨씬 큽니다.

효율	라이더 A	라이더 B
근육 효율	24%	22%
구동계 효율	93%	97%
전체	22%	21%

맞는 기어에 있는 라이더 A는 더 나쁜 구동계로도, 맞지 않는 기어에 있는 라이더 B보다 효율이 높습니다. 스포츠 의학에 따르면 위아래 어느 쪽으로든 잘 맞으려면 이웃한 기어 사이의 간격이 15% 미만이어야 합니다. 그래서 기어 범위와 기어 수는 항상 효율과 함께 봐야 합니다. 기어비 비교를 참고하세요.

4. Rohloff의 측정

비비, 체인, 체인링, 허브 또는 기어박스까지 구동계 전체를 측정했으며, 약 160 W에 50 Nm 토크 정점(페달에서 285 N)을 내는 스포티한 라이더를 모사했습니다:

항목	값
케이던스	60 rpm
제동 출력(일정)	314 W
구동 토크	50 Nm

비교를 위해 24단 디레일러(46, 36, 26T 체인링, 11–28 카세트)와 SPEEDHUB(46/16)를 돌렸으며, 둘 다 약 100 km 길들인 상태였습니다. 측정은 여러 번 반복했고 허용 오차는 ±0.5%입니다.

• 디레일러: 깨끗하고 잘 윤활된 상태에서 측정한 뒤, 약 1,000 km를 달린 더러운 체인과 스프라켓으로 측정했습니다. 사용한 부품에서는 효율이 평균 1% 낮았습니다.
• SPEEDHUB: 역시 1,000 km를 달린 체인과 스프라켓으로 측정했으며, 측정 가능한 차이가 없었습니다.

SPEEDHUB의 효율은 각 기어에서 부하를 받는 유성 기어 단의 수를 정확히 따라갑니다:

기어	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
부하를 받는 단	2	2	3	1	3	2	2	1	1	2	0	2	1	1

가장 좋은 것은 어떤 단도 작동하지 않는 직결 기어인 11단입니다. 1–7단은 8–14단과 같은 패턴을 그리지만 세 번째 단에서도 감속하기 때문에 약 2% 낮습니다. 어떤 기어에서 어떤 단이 작동하는지: 허브 속 14단 기어.

기억해 둘 점

• 200 W 미만의 일정 토크 측정은 실제로는 큰 의미가 없습니다. 스포티한 속도에서 라이더는 100 W를 훨씬 넘게 냅니다.
• 효율은 항상 허용 오차 범위와 함께, 기어 범위 및 기어 수와 함께 비교하세요.
• 오염, 윤활, 마모는 개방형 구동계에 가장 큰 영향을 주며, 밀봉된 SPEEDHUB에는 거의 영향이 없습니다.