電動自行車電機技術的現(xiàn)狀及發(fā)展
涂翹甲(天津市數(shù)控及傳動技術應用研究所300110)
摘 要 論述了國內(nèi)及國外電動自行車電機技術的現(xiàn)狀，并說明電動自行車電機的功率、效率、轉速間的某些內(nèi)在聯(lián)系。
敘 詞 電動自行車電機效率
我國電動自行車的研究與開發(fā)已進入一個新的高潮，不久前，在北京舉辦的第八屆中國國際自行車展覽會上展出的電動自行車及驅動電機琳瑯滿目，僅1年多的時間里電動自行車的研究及生產(chǎn)單位增加了幾倍。據(jù)不完全統(tǒng)計，具備一定規(guī)模的已有50家以上，其中投資較大的商企近30家[1]。
1 驅動方式及特點
電動自行車的驅動方式見表1。
目前國內(nèi)電動自行車的驅動方式仍以輪軸式為主導，主要原因是早期的配套廠商可以不對車型作大的改動即可裝車，比較容易在試制階段接受，且最初多為全電動型。近年，中軸式驅動發(fā)展迅速，但設計及制造水平還有待進一步提高。
日本的電動自行車以中軸式驅動較為普遍，典型設計體現(xiàn)在yamaha公司的pas系列[2]，設計十分精巧，制造精度高。利用行星輪旋轉架位移來檢測力矩，傳感器運行穩(wěn)定，可靠。三洋電機及自行車系統(tǒng)公司所采用的大輪轂結構，三級同步齒形帶減速，內(nèi)裝位移式力矩傳感器，該公司稱此驅動裝置有高的效率和大的續(xù)程。
歐美的電動自行車制造商設計并制造了旁掛式及磨輪式電動自行車，以全電動型為主體，不帶力矩傳感器，控制系統(tǒng)制造精良，smd(表面安裝器件)被廣泛采用。
2電機的型式
目前電動自行車驅動電機主要型式，按電氣原理分有以下幾種：
·永磁直流（有刷）電動機
·無刷直流電動機
·交流電動機（矢量控制）
永磁直流（有刷）電動機被廣泛應用于電動自行車驅動，無論國內(nèi)國外均是如此，其主要原因為：直流（有刷）電動機是發(fā)展歷吏最悠久的電機，它的制造水平早已達到了成熟階段。工業(yè)應用表明，它具有高的運行可靠性，極好的調速性能，極大的過載能力，******的控制方法，它完全能勝任電動自行車的運行條件。應該指出，筆者看到一些國內(nèi)設計、制造不夠精良的電動自行車電機，它將不屬于此列。
無刷直流電動機是近20年發(fā)展起來的一類電機，具有直流電機的調速性能，交流電機的可靠性，長壽命，免維護。國內(nèi)已經(jīng)有幾家制造商在輪轂式外轉子低速電機中采用無刷直流驅動。優(yōu)秀的電機設計只有與優(yōu)秀的電路設計結合才可能產(chǎn)生綜合性能優(yōu)良的電機。在低速運行條件下，無刷直流電機與有刷直流電動機相比，沒有明顯的優(yōu)勢。因為此時電刷的磨損極小（5 000h免維護）。筆者曾經(jīng)對無刷直流電機與有刷直流電機在電氣性能上作過多方案對比，認為無刷直流電機的功率密度可以比有刷直流電動機略高，主要原因是無刷直流電機沒有“無火花換向區(qū)”的限制，極弧系數(shù)可以取得較高。國外電動自行車電機應用無刷直流電機較少，只見日本三菱重工及美國的一家公司采用，且均為高速電機。
交流電動機（矢量控制），國內(nèi)外多見用于電動汽車，主要因為控制系統(tǒng)要用16位以上微處理機，電路復雜，在小功率電機中極少采用，日本的atorax公司稱，他們在roadracs ex電動自行車電機中采用了該系統(tǒng)，但沒有更詳細的報道。
3電機的轉速和功率
國內(nèi)電動自行車（電機）的制造商，所選用的電機可以歸為三類：
低速電機，174r／min（輪經(jīng)61cm），輪轂式（直接驅動）采用。
中速電機，800～1 800rlmin，輪轂式（齒輪減速）、旁褂式（1級減速）采用。
高速電機，2 400---4 500r／min，輪轂式（同步帶減速或齒輪減速）、中軸驅動、旁褂式（2級減速）、磨輪式采用。
國外電動自行車（電機）制造商生產(chǎn)的幾乎全部為高速電機，體積小、重量輕，多為鐵氧體永磁，制造成本較低。
關于電動自行車電機的功率的討論，可以說是見仁見智。事實上，成品電動自行車電機的標稱值功率 |
