电动自行车电机效率和功率
4页1、电动自行车电机效率和功率长期以来,电动自行车电机的效率和功率成为“说不清”的问题,无论是有关标准的叙述,还是 商品的样本、铭牌标注;无论是专业人员还是销售、采购人员,电动自行车电机的效率和功率始终没有 一个公认和明确的定义。所以重新讨论电动自行车电机的效率和功率问题是十分必要的。 工业标准电机的设计,大体上有2 类原则:1.发热原则: 电机的绕组、永磁材料或导电部分,主要的结构部分(如轴承)在经济使用寿命期(工业电机为15-20 年,电刷允许定期更换)内允许安全运行的极限温度。一般对于上述部位分别有明确的温度(或温升) 限制,不同的材料也有不同的允许极限温度。例如以聚酯薄膜聚酯纤维纸为槽绝缘和高强度聚酯漆包线 组成的电气系统为B级绝缘。连续运行时允许的绕组温升极限为80K (用电阻法检测)。2.性能原则:性能原则包括电气性能,机械性能和其它性能等。电气性能通常指力能指标(如效率、功率因数),转 速,转速变化率,转矩,短时过载能力,换向等。机械性能一般有外形和安装尺寸限制(如在轴向或径 向尺寸上有所限制),转动惯量,材质,极限转速等。其它性能一般有噪声,振动,可靠性,性能/价 格比,特殊
2、环境用途等。根据用途,电机大体可以分为2类。一类为驱动用,另一类为控制用。很显然,电动自行车用的电机, 应当归为驱动用电机。在长期的实践中,工业驱动用的电机标准,巧妙地将上述2 个原则融汇成一个整 体。如交流电机的温升和效率实际上都非常接近标准的上限,你很难说它属于“发热原则”设计还是“性 能原则”设计。温升和效率同时满足标准上限的电机通常效率值并不算高。还有一种“高效率”电机, 通常比普通电机效率高 4-7%(与功率、转速等有关),它的温升就非常低,属于“性能原则”设计。对于短时使用的(如阀门电机,有时几天,甚至一年才能运行一次)电机,通常没有考虑效率的必要, 在保证基本性能要求的条件下,应当用“发热原则”设计。反之我们也可以说,一台电机的额定功率是 不确定的,按照“发热”或“性能”来确定,同一台电机的额定功率在相当大的范围内是变值。电动自行车由于它的能源的特殊性,电机设计应当采用“性能原则”设计,即尽可能将电机效率设计得 高一些。通常高效率电机的温升不会发生问题。相信很多人会说:“那我们就把电机效率设计的高高的,不就成了吗?”。不成!因为提高效率是以有 效材料(铜线、导磁材料,永磁
3、材料)的付出为代价,即效率越高,材料消耗越多,成本越高,电机也 越重。传统的电机设计有一种经典理论,即效率提高1%,有效材料要多消耗10%。对于电动自行车电机 来说,想要大幅度提高效率不仅仅是单纯的材料成本问题,整车重量和体积恐怕都是不允许的。 上面我们说过,电动自行车电机设计应当采用“性能原则”设计,那么如何确定一个标准性能呢? 电动自行车的车体状态参数(轮胎花纹,规格,充气状态),和骑行状态参数(骑行速度,路面状况)复杂,还无法用用一个标准的参数去描述骑行状态。一般来说,在以20Km/h的速度恒速平地骑行、标 准负载质量(75千克)和无风的条件下,电动自行车消耗的功率为95-115W,平均功率为105W,我们 可以认为这就是电动自行车“标准骑行状态”时的电机功率。考虑到在有弱风和非连续性的小的坡度下 也能骑行(允许速度有所降低),而且要有一定的动态性能(加速度),电机的功率150-180W也足够 了。电动自行车在城市骑行经常运行于起动-加速-恒速-减速-制动状态,恒速状态常常是十分短暂的。在加速过程中,电机的极限输出转矩或功率(更准确的说应当是转矩,因为功率还与转速有关)取决于控制
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