El nuevo sistema de accionamiento para bicicletas eléctricas creado por la empresa alemana TQ está compuesto por un motor eléctrico que se sitúa en posición central, el TQ-HPR50, una batería de 360 Wh de capacidad, el sistema completo de control, incluida la pantalla, el control remoto, el software y las aplicaciones. El conjunto pesa tan solo 3,9 kilogramos, lo que se traduce en una densidad de par de 82 Nm/dm3, la más alta de todos los motores para bicicletas eléctricas de los que actualmente están a disposición de los fabricantes. Su sistema de funcionamiento, basado en una transmisión de anillo de pasador armónico (Harmonic Pin Ring-HPR) es diferente a la que emplean el resto de los motores del mercado.
La Trek Fuel EXe acaparó los titulares de la prensa durante su presentación en Eurobike 2022. Se trata de una bicicleta eléctrica de montaña de doble suspensión que tiene un peso de 17,5 kilogramos en su variante de tamaño mediano y cuyo precio en su versión de más alta gama es de 15.000 euros. Cuenta con una batería de 360 Wh que alimenta un motor de accionamiento medio capaz de generar una potencia punta de 300 W y un par máximo de 50 Nm. Unas especificaciones que la alinean con otras eMTB del mercado, como la Orbea Rise o la Specialized Turbo Levo SL. Sin embargo, a diferencia de estas, la Fuel EXe ni siquiera parece una bicicleta eléctrica, al menos no a primera vista, una consecuencia de su peculiar sistema de transmisión.
La Trek Fuel EXe funciona con un nuevo motor desarrollado por una empresa de ingeniería eléctrica con sede en Bavaria, Alemania, muy poco conocida. La empresa, TQ (Technology in Quality), ha creado un sistema de asistencia eléctrica para bicicletas eléctricas de montaña que incluye su nuevo motor, TQ-HPR50, una batería de 360 Wh de capacidad, el sistema completo de control, incluida la pantalla, el control remoto, el software y las aplicaciones.
El motor eléctrico TQ-HPR50
El motor TQ-HPR50 es diferente a los motores comunes de las bicicletas eléctricas. Por eso parece interesante mirar en su interior en profundidad para comprender su tecnología de transmisión de anillo de pasador armónico. Actualmente, Trek tiene la exclusividad de esta tecnología de motor, por un período breve. Luego, TQ podrá ofrecer sus servicios a otras marcas.
El TQ-HPR50 ofrece una potencia máxima de 300 W y un par máximo de 50 Nm, en comparación con los 500 vatios y el par de 85 Nm/90 Nm que ofrecen los motores de eBike de potencia total, como el Shimano EP8 y Bosch Performance Line CX. Por tamaño, tiene una huella que es más pequeña que la de cualquier motor de eBike en el mercado. No parece tan pequeño como el motor extraíble Fazua Ride 50, pero al igual que este, el TQ-HPR50 es lo suficientemente pequeño como para caber directamente detrás del plato. Si se mira desde el lado de la transmisión de la Fuel EXe, ni siquiera se nota que detrás hay un motor, solo cuando se da la vuelta y se mira desde el lado opuesto a la transmisión se nota su presencia.
El motor es tan compacto que su factor Q (distancia que hay entre las caras exteriores de las bielas, principalmente, a la altura en la que se encuentran los pedales) es de solo 135 mm, lo que le da a la Fuel EXe una sensación de pedaleo todavía más natural. Para poner este dato en contexto, el de la Orbea Rise es de 177 mm mientras que el de la Specialized Turbo Levo SL 1.1 es de 181 mm.
El motor del motor es de 1,85 kg, mientras que la batería de 360 Wh pesa 1,83 kg. TQ asegura que esa cifra la convierte en la batería de mayor densidad de energía y de par del mercado: 82 Nm/dm3. Añade además el hecho de ser más silencioso que la mayoría de ellos.
Tecnología Harmonic Pin Ring
¿Cómo ha logrado TQ reunir todas estas características en un volumen tan pequeño? La respuesta está en su tecnología patentada Harmonic Pin Ring (anillo pasador armónico). La web Bikerumor.com ha hablado con el gerente de producto de TQ, Daniel Theil, que tiene experiencia en ingeniería mecánica y ha estado trabajando en el TQ-HPR50 desde el principio.
Un elemento central de cualquier motor de eBike es el mecanismo en el que se basa para lograr la relación de reducción adecuada. El motor eléctrico gira a unas rpm mucho más altas que la cadencia de pedaleo del ciclista. La relación de reducción se refiere a la relación entre las rpm del motor eléctrico y las rpm del ciclista pedaleando. Lo que hace que el TQ-HPR50 se destaque es el mecanismo en el que se basa para lograr esa relación de reducción. Ahí es donde entra en juego la tecnología Harmonic Pin Ring.
La mayoría de los motores usan engranajes planetarios (a excepción de Brose que usa una transmisión por correa) para lograr la relación de reducción deseada. Utilizan varios pasos de engranajes que se acoplan entre sí para alcanzarlo. Sin embargo, la tecnología de TQ requiere solo un paso que ejecuta mediante la interacción de un anillo de ranura interior con un anillo de ranura exterior.
La ranura interior más pequeña tiene menos dientes que la ranura circular exterior. No es simplemente la diferencia en el número de dientes lo que logra la relación de reducción, sino también la diferencia en la velocidad con la que gira cada ranura. Esta animación muestra cómo funcionan juntos ambos anillos para lograr la relación de reducción deseada.
Debido a que el TQ-HPR50 puede lograr la relación de reducción requerida en un solo paso, se eliminan una gran cantidad de piezas móviles de manera que todo el motor puede construirse de manera concéntrica al soporte inferior. Para aquellos familiarizados con los sistemas de transmisión armónica tradicionales que se utilizan en aplicaciones aeroespaciales, médicas y robóticas, el TQ-HPR50 utiliza un mecanismo que en realidad es bastante diferente al de estos. Si bien comparte el mismo grado de precisión y compromiso directo de los sistemas Harmonic Drive tradicionales, no comparte su baja eficiencia.
La razón es que estos cuentan con una ranura interior que se flexiona para empujar los dientes hacia la ranura circular exterior. Es la flexión de esa lengüeta interna donde se pierde la energía. Dado que bicicletas eléctricas reciben su energía de una batería, esta falta de eficiencia simplemente no es viable. El motor TQ-HPR50 supera ese problema con el uso de un actuador ranurado interno que se asienta desplazado del centro, por lo que no se requieren piezas para flexionar. Es este mecanismo, así como el perfil de diente especial de TQ, lo que realmente mejora la eficiencia del HPR50 con respecto a los sistemas de accionamiento armónico tradicionales.
En busca del silencio
La relación de reducción del motor TQ-HPR50 es de 17,5, mucho más baja que la relación de reducción utilizada por otros motores de bicicleta eléctrica. En la Levo SL 1.1 es de alrededor de 50, es decir, su motor eléctrico gira 50 veces más rápido que la cadencia de pedaleo del ciclista. Para la misma cadencia el motor de la SL 1.1 gira tres veces más rápido que el TQ-HPR50. A pesar de estas marcadas diferencias, el motor TQ-HPR50 está optimizado para una cadencia de ciclista de 60-80 rpm.
La razón por la que TQ optó por un índice de reducción tan bajo fue la búsqueda del máximo silencio de marcha. No afirma que su motor sea completamente silencioso, pero sí que es mucho más silencioso que el de los motores que emplean las bicicletas eléctricas de montaña de similares características de la competencia.
Otro beneficio de esa baja relación de reducción es que el motor puede soportar una cadencia de pedaleo de hasta 140 rpm. Obviamente, si bien nadie pedalea tan rápido en una distancia que pueda medirse, los datos de las pruebas muestran que, en algunas subidas empinadas muy técnicas, algunos ciclistas llegan a dar medio golpe de pedal que se acerca a esa cadencia.
¿Qué ocurre cuando no queda batería?
Daniel Theil asegura que, es su "configuración analógica", el motor TQ-HPR50 permite el pedaleo como en una bicicleta de trail normal. Este efecto se debe a sus componentes internos sin arrastre y la rueda libre integrada. Si bien todos los motores tienen esa rueda libre integrada que desacopla el eje del engranaje, todavía cuentan con algunas piezas móviles dentro del motor incluso cuando el sistema está apagado. Esa masa giratoria y esa fricción innecesarias crean resistencia lo que significa que parte de la potencia que se genera con el pedaleo se pierde cuando se trasladan a la cadena de transmisión.
En esto, el motor TQ-HPR50 también es diferente. La simplicidad de la transmisión de anillo de pasador armónico permite que la rueda libre integrada pueda desacoplar completamente el eje de todos los demás componentes internos del motor, lo que prácticamente no genera arrastre. El único arrastre en el sistema TQ proviene de los sellos de impermeabilización (2-3 vatios). Si bien podrían eliminarse para ofrecer cero arrastres, obviamente son extremadamente importantes para mantener la transmisión alejada del agua y los contaminantes.
La impermeabilización
TQ fue más allá con la clasificación de este motor antes las pruebas de impermeabilización. La mayoría de los motores eBike están clasificados como IP64, lo que significa que están protegidos contra la entrada total de polvo y contra las salpicaduras del agua desde cualquier dirección. El motor TQ tiene una clasificación de IP67, lo que significa que podría sumergirse el motor hasta una profundidad de un metro durante un máximo de 30 minutos. Esta misma clasificación es la que tiene el motor de la Levo SL 1.1.
