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电动自行车产业“锂电化”节能转型解决方案分析

添加时间:2013-11-19 11:19:08 来源:中国电动车网

    具体而言,目前多采用的低速轮毂电机,其致命性缺陷或在于:即便是将其优化改进做到极致,而就现有技术条件则很难实现其功效的倍增。而与之相比,外置式(中置式)驱动电机,由于不受车轮毂特定结构的限制,更利于驱动电机的“高能效”优化设计。故,它与低速轮毂电机相比,其技术优势或更体现于:运用现有技术条件稍加改进,便能获得“功效”的倍增、以至更大幅度之提升(优化改进方案及其实施例之后具体给出),这对于有效降低“锂电车”造价(即:减少电池容量配置及锂电池成本),或将会产生更为显著的实效。

  显然,与轮毂电机相比,外置式(中置式)电机之显著优点则在于,它更便于实现功效的进一步提升,改进空间仍较大;而不足之处和有待解决之技术问题,或只需将链传动装置做些相应的、更趋合理的优化设计而已,以适应和满足产品“运行工况”等相关技术要求便可。那么,这就使得问题之最终有效解决变得简单多了。具体优化及改进方案推介如下,供参考。

  3.改进措施及其参考实施例推介

  就链传动装置优化设计而言,我们或可以借鉴于已成熟应用的现有类似产品、来作出相应的改进便可,比如:现有机动摩托车所采用的链传动方式。而该传动方式之所以延用至今,就在于它不仅能够适宜产品“运行工况”等相关技术要求,而且构成也相对简约、便于实施和较为经济。但它与早期电动自行车所采用的链传动方式有所不同,区别及其效果在于:其后轮毂部位设有一“缓冲部”;因此,当车辆起步或提速时(即:传动装置加载瞬间),能起到有效地缓冲作用,从而使传动系统各部件相互间的瞬间受力强度大大减轻,继而使其工作可靠性及耐用性能显著改善,使用寿命则相应延长。

  据上所述可见,电动自行车选择上述链传动方式,不仅是适宜的,而且“性价比”或更高。简单地说,链传动方式通常用于低速传动系统,而电动自行车速度要远低于机动摩托车,则链传动装置其传动速度更低;因此,其工作可靠性、耐用性能更高,使用寿命更长。但就进一步优化产品设计和降低实施成本而言,或仍有较大改进空间。

  比如,一种采用中置驱动方式、名称为《高能效电动自行车之驱动及传动装置》的专利申请(专利号:ZL201220615106.9;授权公告日:2013年4月24日),提供了一种更为经济实用的解决方案。该方案是将装于后轮毂部位的“缓冲部”,作了进一步优化改进,并采用了“带有缓冲部件的联轴器”方式,即可方便安装于中置电机之转轴上,其改进效果在于: 

      〈1〉将“缓冲部”前移中置,可简化后轮毂部位设计,则整车构成更为简约,综合实施成本进一步降低。

  〈2〉将“缓冲部”改为联轴器形式,其本体结构更为紧凑、体积减小、用材量减少,实施成本低廉;不仅更便于加工,而且可选用钢质材料制作,结构强度及耐用性能相应提高,使用寿命延长,则综合性价比更高。

  〈3〉将“缓冲部”改为联轴器形式,最明显优点还在于:它与“中置电机”转轴及链轮之间,均可采用螺纹连接方式或键槽等连接方式,则结构设计更为简约,简便易实施和方便装配等等。

  综上所述可见,上述链传动装置及其中置电机驱动方式,乃较佳驱动及传动方式之一。其可行性在于:不仅仅是经过实际应用验证其技术上已相当成熟;而且,上述优化方案及其改进措施,均采用的是现已成熟应用之常用技术手段与方法,则实施难度大大降低。不仅如此,更为重要的是:它同比与低速轮毂电机驱动方式,将能实现其功效的倍增、以至更大幅度之提升,继而可大幅减少电池的容量配置,即可有效降低“锂电车”实施成本。这才是问题获得最终有效解决之关键所在。就此我们作如下进一步探讨。

  4.关于“高转速”中置电机与“低转速”轮毂电机之“功效”对比

  4.1相关参数概念与“高能效”中置电机优化设计原理概述

  为节省本文篇幅和便于理解,我们结合如下相关参数概念一并讨论:

  〈1〉关于“单位功率质(重)量”之概念,即:P(功率)/Q(质量)。简单地说,当P/Q比值愈大,则表明电机在获得相同功率输出时,电机的质(重)量与体积愈小,用材量即原材料成本愈少;反之亦然。据此而言,中置电机同比与轮毂电机,由于不受车轮毂特定结构限制,而更利于其结构(磁路)优化设计,则体积、质(重)量可相应减小;而据相关研究也表明,二者同比,中置电机通常可减少约30%的体积、重量及原材料成本。

  〈2〉关于电机之“功率、转矩、转速、效率”等相关参数概念及其解释:公知的,电机之转矩与转速成反比(转矩=功率/转速),额定功率相同的电机,极数越少,转速就越高,同时转矩越小;而另一方面,额定功率相同的电机,额定转速愈高,电机的体积、质(重)量和成本将愈小;再一方面,在一定转速范围内,高转速电机同比与低转速电机其效率更高。因此,通常在能够满足负载“运行工况”等相关技术要求时,以及减速机构构成相对简约、传动效率相对较高(功率损耗较小)之情况下,一般会选择高转速电机实施“减速增矩”传动方式;这样,更经济(即:原动机重量、体积较小,电机造价即价格相对较低等)。

  基于上述公知的相关参数概念及其解释,我们或可以得出这样的结论:额定功率相同的高转速电机同比与低转速电机,若要获得(达到)与低转速电机相同的输出转矩,则高转速电机的质(重)量、也应与低转速电机的质(重)量相同(或大致相当)。或者是说,我们或可以相应增加高转速电机其质(重)量(如:增大铁芯截面、增加绕组匝数),则可以增大其输出转矩,并可获得与低转速电机相同的转矩。但这里需要特别说明的是:二者“功率及转矩”均相同,但高转速电机同比与低转速电机其“质(重)量”并未有明显增加,即:二者“质(重)量”是相同的(或大致相当)。而上述:通过增加高转速电机“质(重)量”来增大其“转矩”,只是针对于“高转速电机本身”而言,这一点需要特别明确乃确定的(应该准确理解)。


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