电动车商情网 侠名 电动车维修 2009-6-23
上海智御动力技术有限公司自行研发的“变速电机”技术是本公司“AST自动同步换档装置”的衍生产品。“AST自动同步换档装置”是一种国际最新汽车变速装置,其技术优势远超我国现有最先进变速系统的863计划项目 “AMT汽车机械变速器自动/手动操纵系统”。 现有技术中的电动机主要由电机外壳、定子和转子组成,转速和扭矩一般不可变。当用现有的电动机装配成电动自行车时,因其无法实现扭矩多倍增的爬坡要求,一旦遇到坡道或山路基本无法上去,起步困难,因此给使用者带来不便,这也就是现有电动自行车难以在道路(Strada)有起伏的城市和乡镇推广的主要原因。 现有电动车电机技术 低速测试总结表
按照电机类别分为:无刷直流电机、有刷有齿直流电机、有刷无齿直流电机等。 (1)有刷高速(High Speed)电机。有电刷效率高,过载爬坡能力强、起动力矩大,但稍有噪声。 (2)无刷电机。无电刷,无减速器,具有免维护、无噪声优点。但控制器复杂,起动电流大,过载上坡能力较差。 (3)有刷低速电机。有电刷,无减速器、结构简练,成本较低。但效率较低,上坡、过载能力较差。目前应用较多的是有刷高速(High Speed)电机。 有刷低速电机被电动自行车车选用又名有刷无齿电机,它在电动自行车起动与爬坡时电流较大,性能较弱,目前一般极少被厂家采用。 有刷高速(High Speed)电机(3600转/分钟左右)目前被国内大多数电动自行车生产厂家所选用,它采用碳刷作为电机电源的两个触点,利用调速转把和控制器来控制,通过齿轮二次减速及超越离合器来达到电动自行车0-20公里/小时的无极调速。目前采用的这种有刷高速(High Speed)电机含金量高,电机减速齿轮强度较强,耐磨性好,设计合理,故返修率较低;而且维修更换齿轮和电机的成本较少,有效的降低了电动自行车的维修费用;并且有刷电机可以通过超越离合器和飞轮实现人力骑行。 无刷电机目前被电动自行车生产厂家采用的一般都是无刷无齿电机。它的转速控制系统的造价比有刷高速(High Speed)电机的转速控制系统要高,控制器在使用中容易发生故障。装有无刷电机的电动自行车行驶速度(Tempo)必须达到35公里/小时以上时,才能发挥其最佳的工作效率,但是我们知道电动自行车作为非机动车来管理,时速必须在20公里/小时以下,故无刷电机被电动自行车选用降低了工作效率,可取性不强。现在它被采用的主要一点是噪音小。 高效稀土永磁有刷电机与高效稀土永磁无刷电机。目前市场(Rialto)上大多数电动自行车还停留在有刷电机阶段。有刷电机采用机械换向,对控制系统的技术要求较低,相对成本低于无刷电机,有刷电机的起动力矩略大于无刷电机。但致命的弱点是:寿命短、噪声大、效率低。它长期使用碳刷磨损严重,较易损坏。同时磨损产生了大量的碳粉尘,这些粉尘落下齿轮油中,使齿轮油加速干涸,电机噪声进一步增大。有刷电机使用到一年左右就需要更换内碳刷,充电一次行驶的里程不及新车买来时的三分之二,而且爬坡时动力不足,还会烧坏控制器。这是因为电机更换碳刷后,换向器也被磨出了一条凹槽,使碳刷接触面积减少,接触不良的碳刷通电后会产生火花并加快氧化换向器和铜片,导致上述不良现象。 无刷电机以电子换向取代机械换向,技术上要优于有刷电机。由于无刷电机没有齿轮或减速装置,减少了电机磨损的不可靠性,它的效率在一定电流范围内比有刷电机效率高。无刷电机行驶起来几乎没有噪声,且寿命长达10年以上。据于两者比较,无刷电机要优于有刷电机。目前,已有一些电动自行车生产厂原先用有刷电机现改用了无刷电机。无刷电机肯定是今后电动自行车的发展方向。 现有电机需要逾越的技术障碍 电动自行车发展到现在,人们还从未像今天这样关注电动自车行的爬坡能力。更有甚者把爬坡能力的大小作为衡量电动自行车性能的最重要指标,整车厂把爬坡能力强作为卖点,消费者把它作为选购电动自行车的依据。现以实例计算分析,现有电机加强爬坡能力所需付出的代价以及带来的严重后果: 1.电动自行车携带的能源有限,而爬坡需消耗较多的能量。 2.国标GB17761规定了电机的额定连续输出功率应不大于240瓦,远低于可爬4.5度坡、输出功率为数千瓦的燃油车。 3.爬坡阻力和转矩的计算: 电动自行车在爬坡过程中,受三种阻力,即轮胎和地面间的滚动摩擦力Fg、迎风阻力Ff和爬坡阻力Fα。为简化起见,在此忽略前两种阻力, 仅计及爬坡阻力Fα,其大小等于 Fα=G×sinα(N) 式中G=车重+载重(N) α=坡度角(°) 爬坡转矩Mα Mα=Fα×RL=G?sinα×RL(Nm) 式中RL=轮胎半径(m) 近期不断出现可爬12度坡的报导,也有报导可爬15度甚至16度坡,下面就以12度坡为例计算所需转矩。 将数据代入上式,则所需爬坡转矩 Mα=1128×sinα12×0.228=53.5(Nm) 考虑到滚动阻力和迎风阻力,电机所提供的转矩 M>Mα=53.5Nm 而现有电机最大扭矩以500W400转电机为例只有十几牛米,1000W也不过二十几牛米显然与号称的12度坡、16度坡不相符。 4.电机的反电势系数Ke和转矩常数Km 电机的反电势系数Ke由多个电机参数,如绕组系数Kw,每相串联匝数W(对于有刷电机为 每支路串联匝数),电枢直径Da,有效铁芯长度lδ,气隙磁密Bδ等所决定。对于一台已经制作完成的电机,Ke基本上为一定值。 对于额定电压、转速相同的电机,即使类型不同、设计不同的电机,反电势系数Ke没有明显的差别,当然效率高的电机Ke稍大。在一定的电磁单位制下,转矩常数Km和反电势系数Ke在数值上是相等的,例如,对于18″36V车速V=25Km/h的电动自行车所用电机,两参数如下: Km≈1Nm/A Ke≈1VS/rad 5.爬坡所需电流(峰值)计算 由转矩平衡方程: Me=Mo+ML =Mo+Mg+Mf+ Mα 式中 Me=KmImax—电磁转矩(Nm) Imax—最大电流(A) Mo—电机空载转矩(Nm) Mg—轮胎和地面间的阻力矩(Nm) Mf—迎风阻力矩(Nm) 为计算简单起见,忽略Mo、Mg和Mf,则有 Me≥Mα KmImax≥Mα Imax≥Mα/Km=53.5/1=53.5(A) 也就是说,对于配备36V电源,车速为25 Km/h的18″车,要爬12度坡其峰值电流,要大于53.5A才可行,对于车速更高、轮胎直径小的电动自行车,其转矩常数Km更小,则需要更大的电流。 [共 2 页] [1] [2] 下一页
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