引 言
電動自行車的發展離不開其所採用的核心驅動元件——電機的發展,其實電機本身的發展自有其規律,但把電機與自行車結合起來研究將是一件十分有意義的事情。本文簡述目前國內市場上電動自行車中所採用的各種直流電機的基本概況,指出其產品類型、結構、性能特點、使用場合等。
分 類
2.1 按電機類型分類
電動自行車所用直流電機按電機本身類型可分成以下幾類。
2.1.1 普通永磁直流電動機
這類電機即為通常使用的永磁直流電動機。電機定子為鐵氧體或釹鐵硼永磁磁鋼磁極,轉子為普通直流電機轉子,電機轉速2000~4000r/min。這類電機需配備減速齒輪箱後才能用於電動自行車上。
2.1.2 普通無刷直流電機
將有刷直流電機改為無刷直流電機,所不同的是定子為多相散嵌繞組,而轉子為永磁磁極。這類電機轉速設計的較低,一般不需減速機構,電機轉速500~1000r/min。電機裝於自行車的中軸上(習慣稱中置電機)。由於採用無刷電機,因此這類電機通過驅動線路控制很容易實現調速。
2.1.3 印製繞組、線繞盤式直流電機
採用這兩種電機的主要目的是利用這類電機薄餅式結構特點,使電機整體便於在自行車上合理安放。這類電機轉速較高,3000~4000r/min,電機功率較大。本類電機需要與減速齒輪機構相配才能用於電動自行車上。線繞盤式直流電機由於其繞組參數便於調整,因此設計上可使電機特性有較大的變化,能適應多種負載特性要求。
2.1.4 外轉子無刷直流電機
這類電機軸向尺寸短,而鐵心外徑較大,因此結構上為扁平式,其電機結構和工作原理與普通無刷電機相類似,但該電機為外轉子(定子磁鋼)式無刷直流電機,電機極數較多,轉速較低,在200r/min左右,無需減速齒輪,結構簡單,安裝在自行車後輪軸上。
2.2 按電機裝在自行車上的位置分類
電動自行車用直流電機按其裝在自行車上的位置可分成以下幾類。
2.2.1 中置電機
裝於自行車腳踏處中軸上,通過鏈條將動力傳遞到後輪上。這類電機安裝時自行車腳踏處需進行較大改動,而後輪則不需做任何變動。
2.2.2 輪轂式電機
裝於自行車後輪軸中心,電機工作時力矩直接加到後輪上,不工作時可像普通自行車那樣人工騎行。
2.2.3 磨輪式電機
裝在自行車後座上靠與後輪摩擦傳遞動力。這種結構為早期產品所採用,目前已很少看到這類電機。
2.2.4 旁褂式電機
旁褂式電機通過鏈傳動驅動後軸,電機裝在自行車側面。
各類電機的特點
3.1 輪轂式印製繞組直流電機
輪轂式印製繞組直流電機是目前在電動自行車中採用最多的一種電機。之所以如此,是因為兩方面的原因,一是這種電機結構上的特點:扁平,軸向尺寸小,便於安裝。二是由於性能上的特點:運行起來性能穩定、可靠、損耗小、效率高、控制靈活。從生產角度講,雖然該產品的技術上含量較高,但生產上並不難,其成本相對較低,只要注意控制其加工質量,把好各個生產關口,這類電機的批量生產成本會較低,效益(利潤)會很大。
3.2 輪轂式無刷直流電機
輪轂式無刷直流電機與上類似,也有上述之特點。由於採用無刷控制技術,因而可省去減速齒輪箱,使電機結構簡化。應該說,本類電機是電動自行車中結構上最簡單的電機,其運行性能及控制方式也十分良好及靈活。該類電機製造成本不高,只要電機設計合理,性能優良,其組織批量生產將很容易,各工序均可形成流水線生產,這樣就降低了成本。
3.3 中置式電機
凡將驅動電機裝在自行車腳踏處的這種安裝方式,其所採用的電機統稱為中置式電機。這類電機是通過鏈輪鏈條傳遞動力至後輪。
3.3.1普通無刷直流電機
這類電機即為通常使用的內轉子式無刷直流電機,電機結構簡單,已有相當成熟的加工手段,電機成本較低。由於採用無刷控制,因此電機性能優異。
3.3.2 普通永磁直流電機
這類電機是最普通的永磁直流電機,電機結構簡單,工作穩定,可靠,生產加工成熟。定子可採用早期的鐵氧體永磁材料,也可採用當今高性能稀土永磁材料釹鐵硼。採用鐵氧體磁鋼電機性能要差一些,但電機成本低一些;而採用釹鐵硼磁鋼電機性能將十分好,比如轉速低、效率較高、換向性能好等。
結 語
電動自行車離不開電機。電動自行車的發展也離不開電機的發展。由於電動自行車是一種家用電器產品,一方面,作為生產廠家,希望批量生產,只有批量上去了,效益才能產生。另一方面,作為使用者,要求電動自行車性能穩定、可靠、使用壽命長、維護簡單、不經常出現故障、價格低。因此,要求生產廠家提高電動自行車電機的產品質量,提高性能,降低成本。可見,選擇一種合適的電機作為電動自行車驅動電機就顯得尤為重要。經過多年生產實踐及了解到有關生產廠家的情況,認為印製繞組直流電機和外轉子無刷直流電機為電動自行車首選電機。
2.2.1 中置電機
裝於自行車腳踏處中軸上,通過鏈條將動力傳遞到後輪上。這類電機安裝時自行車腳踏處需進行較大改動,而後輪則不需做任何變動。
2.2.2 輪轂式電機
裝於自行車後輪軸中心,電機工作時力矩直接加到後輪上,不工作時可像普通自行車那樣人工騎行。
2.2.3 磨輪式電機
裝在自行車後座上靠與後輪摩擦傳遞動力。這種結構為早期產品所採用,目前已很少看到這類電機。
2.2.4 旁褂式電機
旁褂式電機通過鏈傳動驅動後軸,電機裝在自行車側面。
各類電機的特點
3.1 輪轂式印製繞組直流電機
輪轂式印製繞組直流電機是目前在電動自行車中採用最多的一種電機。之所以如此,是因為兩方面的原因,一是這種電機結構上的特點:扁平,軸向尺寸小,便於安裝。二是由於性能上的特點:運行起來性能穩定、可靠、損耗小、效率高、控制靈活。從生產角度講,雖然該產品的技術上含量較高,但生產上並不難,其成本相對較低,只要注意控制其加工質量,把好各個生產關口,這類電機的批量生產成本會較低,效益(利潤)會很大。
3.2 輪轂式無刷直流電機
輪轂式無刷直流電機與上類似,也有上述之特點。由於採用無刷控制技術,因而可省去減速齒輪箱,使電機結構簡化。應該說,本類電機是電動自行車中結構上最簡單的電機,其運行性能及控制方式也十分良好及靈活。該類電機製造成本不高,只要電機設計合理,性能優良,其組織批量生產將很容易,各工序均可形成流水線生產,這樣就降低了成本。
3.3 中置式電機
凡將驅動電機裝在自行車腳踏處的這種安裝方式,其所採用的電機統稱為中置式電機。這類電機是通過鏈輪鏈條傳遞動力至後輪。
3.3.1普通無刷直流電機
這類電機即為通常使用的內轉子式無刷直流電機,電機結構簡單,已有相當成熟的加工手段,電機成本較低。由於採用無刷控制,因此電機性能優異。
3.3.2 普通永磁直流電機
這類電機是最普通的永磁直流電機,電機結構簡單,工作穩定,可靠,生產加工成熟。定子可採用早期的鐵氧體永磁材料,也可採用當今高性能稀土永磁材料釹鐵硼。採用鐵氧體磁鋼電機性能要差一些,但電機成本低一些;而採用釹鐵硼磁鋼電機性能將十分好,比如轉速低、效率較高、換向性能好等。
結 語
電動自行車離不開電機。電動自行車的發展也離不開電機的發展。由於電動自行車是一種家用電器產品,一方面,作為生產廠家,希望批量生產,只有批量上去了,效益才能產生。另一方面,作為使用者,要求電動自行車性能穩定、可靠、使用壽命長、維護簡單、不經常出現故障、價格低。因此,要求生產廠家提高電動自行車電機的產品質量,提高性能,降低成本。可見,選擇一種合適的電機作為電動自行車驅動電機就顯得尤為重要。經過多年生產實踐及了解到有關生產廠家的情況,認為印製繞組直流電機和外轉子無刷直流電機為電動自行車首選電機。