電動(dòng)自行車電機(jī)技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展

查建東

摘 要：隨著綠色出行逐漸被提上日程，電動(dòng)自行車也越來越受到廣大人民的青睞，成為人們出行過程中重要的交通工具之一。但是不得不說，隨著城市的擴(kuò)張和人民生活節(jié)奏的加快，原有的電動(dòng)自行車的電機(jī)和有限負(fù)荷的電池已難以滿足人們的需求，因此，應(yīng)當(dāng)在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上加以提高。該文首先從電動(dòng)自行車電機(jī)技術(shù)的基本發(fā)展現(xiàn)狀出發(fā)，分析當(dāng)前電動(dòng)自行車主要的電機(jī)類型及其各自的優(yōu)勢和存在的不足之處，在此基礎(chǔ)上對未來的發(fā)展趨勢進(jìn)行展望。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)自行車；電機(jī)技術(shù)；電池

中圖分類號：TM384 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

隨著共享經(jīng)濟(jì)的出現(xiàn)，共享電動(dòng)車也應(yīng)運(yùn)而生，電動(dòng)自行車也更加普及。對于電動(dòng)自行車來說，電機(jī)是其核心部分，只有高效運(yùn)作的電機(jī)才能保證電動(dòng)自行車的正常使用。對于共享電動(dòng)自行車來說，由于被不同的人使用，導(dǎo)致電動(dòng)自行車壽命相對較短，而且維護(hù)成本較高，因此電機(jī)就顯得更加重要了。

1 電動(dòng)自行車電機(jī)技術(shù)的基本現(xiàn)狀

1.1 電機(jī)控制系統(tǒng)趨于智能化和數(shù)字化

隨著科技的高速進(jìn)步，電動(dòng)自行車的電機(jī)控制系統(tǒng)已經(jīng)不能沿用傳統(tǒng)的形式，而是逐漸向智能化和數(shù)字化的方向發(fā)展。從智能化的角度來看，電動(dòng)自行車的電機(jī)逐漸實(shí)現(xiàn)了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、自適應(yīng)控制、遺傳算法等非線性智能控制技術(shù)，不僅使系統(tǒng)趨于簡單化，而且還極大地提高了電機(jī)的反應(yīng)速度，進(jìn)而提高電動(dòng)自行車的性能。從數(shù)字化的角度來看，電動(dòng)自行車的電機(jī)控制系統(tǒng)逐漸實(shí)現(xiàn)了利用軟件進(jìn)行數(shù)字控制，使電動(dòng)自行車的造價(jià)大大降低，同時(shí)，DSP電機(jī)控制芯片的使用也在很大程度上提高了系統(tǒng)的性能。

1.2 電機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)專業(yè)化

從電動(dòng)自行車的電機(jī)設(shè)計(jì)來看，電機(jī)技術(shù)逐漸實(shí)現(xiàn)了專業(yè)化，主要體現(xiàn)在3個(gè)方面。首先，在電動(dòng)自行車的電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)并不只是研究電機(jī)的零部件，而是加強(qiáng)與數(shù)學(xué)、物理等學(xué)科的融合，通過模型模擬電機(jī)的性能，以達(dá)到最佳效果。其次，當(dāng)前電機(jī)的每一個(gè)部分的設(shè)計(jì)都有專人負(fù)責(zé)，再通過團(tuán)隊(duì)進(jìn)行整合，使電機(jī)技術(shù)更加專業(yè)。最后，受居住環(huán)境的影響，人們在購買電動(dòng)自行車時(shí)更加趨向于購買體積小、重量輕的電動(dòng)自行車，這就要求電機(jī)也滿足這一需求，電機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)都在盡力使其在擁有高性能的同時(shí)又具有靈巧的結(jié)構(gòu)，當(dāng)前電動(dòng)自行車在這一方面已經(jīng)有了很大的進(jìn)步。

1.3 電機(jī)形式豐富多樣

隨著時(shí)代的發(fā)展，各個(gè)行業(yè)都在向著多元化的方向發(fā)展，電動(dòng)自行車的電機(jī)技術(shù)同樣也是如此，由于人們的需求不同，電動(dòng)自行車電機(jī)的不同形式也逐漸涌現(xiàn)了出來，簡單的直流傳動(dòng)系統(tǒng)正在逐漸被淘汰，或在此基礎(chǔ)上發(fā)生著變化，主要的電機(jī)技術(shù)逐漸變成了交流傳動(dòng)，永磁式直流電機(jī)、高速永磁無刷電機(jī)和無刷直流電機(jī)成了當(dāng)前的主要形式，且這3種電機(jī)都有各自的優(yōu)勢，可以滿足不同的需求。同時(shí)，電動(dòng)自行車的電機(jī)形式并不僅會(huì)停留在當(dāng)前幾種形式，還將繼續(xù)向多樣化的方向發(fā)展。接下來就主要介紹這3種電動(dòng)自行車電機(jī)類型，及其各自的優(yōu)勢和存在的不足之處。

2 電動(dòng)自行車電機(jī)技術(shù)的分類

電機(jī)是把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，并使電動(dòng)自行車正常工作的一種設(shè)備，根據(jù)使用電源的不同類型可以分為直流電機(jī)和交流電機(jī)2種，在電力系統(tǒng)中電機(jī)大部分是交流電機(jī)。電機(jī)基本的工作原理是使通電線圈產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，并使其作用于轉(zhuǎn)子鼠籠式的閉合鋁框，進(jìn)而形成磁電動(dòng)力旋轉(zhuǎn)扭矩，使電機(jī)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)。電機(jī)主要由定子與轉(zhuǎn)子2個(gè)部分組成，通電導(dǎo)線在磁場中受力運(yùn)動(dòng)的方向主要受電流方向和磁感線方向的影響。

2.1 永磁式直流電機(jī)

永磁式直流電機(jī)主要由定子磁極、轉(zhuǎn)子、電刷和外殼4個(gè)部分組成。正如永磁式直流電機(jī)的名稱，定子磁極一般采用的是永磁體；轉(zhuǎn)子是由硅鋼片疊壓而成的，且漆包線繞在轉(zhuǎn)子鐵心的兩槽之間，其各接頭分別焊在換向器的金屬片上；電刷是連接電源與轉(zhuǎn)子繞組的導(dǎo)電部件，具備導(dǎo)電與耐磨的特點(diǎn)。

永磁式直流電機(jī)由于不需要直流勵(lì)磁電源，因此可以極大地減少電源的消耗；且沒有勵(lì)磁繞組，減少銅耗，有利于節(jié)約資源。但是由于受到材料的限制，永磁式直流電機(jī)的容量相對較小，且電壓調(diào)整率差，難以得到廣泛應(yīng)用。

2.2 無刷直流電機(jī)

無刷直流電機(jī)由永磁體轉(zhuǎn)子、多極繞組定子和位置傳感器3個(gè)部分構(gòu)成。顧名思義，無刷直流電機(jī)最大的特點(diǎn)就是無刷，用電子開關(guān)器件作為接觸式換向器和電刷來代替，具有可靠性高、無換向火花、機(jī)械噪聲低等優(yōu)點(diǎn)。位置傳感器主要通過轉(zhuǎn)子位置的變化，并按照一定的順序?qū)Χㄗ永@組的電流進(jìn)行切換。

無刷直流電機(jī)與有刷電機(jī)相比具有壽命長、免維護(hù)、可靠性高、效率高、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，使其廣泛應(yīng)用于電動(dòng)自行車當(dāng)中。但是無刷直流電機(jī)自身結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，控制器甚至比有刷電機(jī)還要復(fù)雜許多。

2.3 高速永磁無刷電機(jī)

高速永磁無刷電機(jī)由定子鐵心、磁鋼轉(zhuǎn)子、太陽輪、減速離合器、輪轂外殼等部分組成。電機(jī)的蓋子上可以安裝霍爾傳感器，用以測速；位置傳感器有磁敏式、光電式和電磁式3種類型，每種類型都有各自的特點(diǎn)，可以根據(jù)不同的需要采用不同的位置傳感器，由位置傳感器輸出控制的電子開關(guān)電路可以為定子繞組提供工作電壓。

高速永磁無刷電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、體積小、質(zhì)量小、損耗少以及效率高等特點(diǎn)，具有廣泛的應(yīng)用前景，但是其電機(jī)內(nèi)的損耗相對其他電機(jī)要大得多，尤其是鐵耗，這對于電動(dòng)自行車來說是十分不利的，需要改善。

3 電動(dòng)自行車電機(jī)技術(shù)的發(fā)展趨勢

各電動(dòng)自行車企業(yè)為了在競爭日益激烈的市場中搶占優(yōu)勢，都在極力提高電動(dòng)自行車的電機(jī)技術(shù)，使其能夠滿足更多消費(fèi)者的需求，電動(dòng)自行車電機(jī)技術(shù)今后的發(fā)展趨勢，主要體現(xiàn)在3點(diǎn)。

3.1 關(guān)注電池的重要作用

電池是電動(dòng)自行車的基礎(chǔ)，也是電機(jī)技術(shù)的重要前提，只有保證了電池的負(fù)荷和使用壽命，才能保證電機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。再加上城市擴(kuò)張，人們的出行距離隨之增加，原有的電池負(fù)荷已經(jīng)不能滿足人們的出行需求。因此，需要對電池的性能進(jìn)行改善，提高其負(fù)荷和使用壽命?，F(xiàn)階段，電動(dòng)自行車的電機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)，就已經(jīng)注意到了電池的重要作用，并在積極地對其進(jìn)行改進(jìn)。

3.2 提升核心零部件

市場上的電動(dòng)自行車質(zhì)量參差不齊，電機(jī)更是如此，而且消費(fèi)者對其缺乏理解，購買時(shí)很少關(guān)注電機(jī)，一旦出現(xiàn)故障，就需要復(fù)雜的修理。因此，需要從結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)甚至是制造方面對電機(jī)的核心零部件加以重視，提升其基本性能。隨著科技的發(fā)展，核心零部件的制造大多都實(shí)現(xiàn)了智能化，且制造精度高，有利于提高合格率，今后在這方面還將更加優(yōu)化。

3.3 提高工作效率

隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，電機(jī)控制系統(tǒng)逐漸實(shí)現(xiàn)了矢量控制、非線性控制等，同時(shí)還融入了拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，提高了電機(jī)的工作效率，專業(yè)化程度更高，滿足了人們對于電動(dòng)自行車提速快的需求，提升了電動(dòng)自行車的綜合性能，今后在這方面還將逐漸得以完善。

4 結(jié)語

該文首先簡要地說明了電動(dòng)自行車電機(jī)的基本現(xiàn)狀，并結(jié)合當(dāng)前電動(dòng)自行車主要的電機(jī)類型及其各自的優(yōu)缺點(diǎn)，對電動(dòng)自行車電機(jī)的未來發(fā)展趨勢進(jìn)行了分析，使其更加完善，以滿足更多人群及出行類型的出行要求。

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