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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

   如上之结论很重要,它对于理解“中置电机”之“高能效”优化设计原理,并用于解释“中置式高转速电机”同比与“低转速轮毂电机”,可获得“功效(额定扭矩/额定功率)”的提升,乃最为重要之依据。并且,该依据毋庸置疑,因为它不仅符合“质量守恒”定律;而且,严格意义上讲,乃符合“能量守恒及能量转换”之基本原理。其充分理由在于:

  电机(电动机)作为将电能转换为机械能的设备,或可称之为“能量转换之载体”。而严格的讲,该载体的“能量转换能力”则取决于它的“质(重)量”,即:电机的“铁芯及绕组的质(重)量”。据此,当电机的“质(重)量”相同,能量转换能力则相同;那么,更具体的讲,也就是说“当电机质(重)量相同时,而输入功率相同,则输出转矩亦相同”。

  可是,在现有电机产品中,为何功率相同的电机,它的转速越高转矩就越小呢?对此,也很好理解,因为转速越高的电机,它的“质(重)量”及体积越小,它的“能量转换能力”越小;就是说,高转速电机的体积、“质(重)量”,原本就小于低转速电机,乃固有特征。而现有电机产品之所以采用该设计方法(模式),则是因为:有利于优化电机的“功率重量比”,即有助于提高其“性价比”。

  显然,本文称之为“高能效”电机之设计方法,不同于现有电机产品所采用的设计模式,其区别或在于:由于是针对于采用车载电源(蓄电池)供电的电机,则更侧重于,如何来更有效提升电机的功效(以减少能源消耗);具体的讲,就是通过增加电机的“质(重)量比”,来提高其“能效比(额定扭矩/额定功率)”。但仍需要强调的是:改进后的“高能效”中置电机(高转速电机),它同比与现有产品之“低转速轮毂电机”,其质(重)量、体积以及“原材料(铁芯、绕组)成本”并未有明显增加(或大致相当);并且,二者的功率、转矩均相同,但“转速”是不同的。

  4.2关于“高能效”电机之具体优化方案及改进措施

  在现有产品(中置电机)之基础上,我们能否在不增加电机额定功率之前提下,来增加其额定转矩呢?据前述“高能效”电机优化设计原理可知,通过增加电机“质(重)量”,便能相应增加其转矩。据此,我们就可将现有产品,很方便的改制成“高能效”电机,即:选择同一系列而不同规格的现有产品稍加改进便可。具体改制方法说明如下:

  以额定功率350W的中置电机为例,我们可选用功率(规格)稍大一档或更大一档的“同一系列”现有产品,将电机绕组(线圈)参数作相应的调整重新绕制便可。其改进设计原理与实际效果在于:与原有功率为350W的中置电机相比,电机规格即“质(重)量”增大后,不仅铁芯(磁路)截面相应增加,而且线圈绕制空间也相应增大,绕组匝数亦可相应增加。比如,将铁芯截面增大一倍(铁芯长度即磁路长度相当)、绕组匝数也增加一倍(适当增大线径);那么,同样的电流(功率)输入,即可产生两倍的“磁通量”,便可获得功效(转矩)的倍增。更直观地讲,也就是说,“改进后”的电机,额定功率仍为350W,但它的额定转矩则为“改进前”的两倍,即相当于现有产品同一系列700W电机的转矩。

  上述解决方案之可实施性及其显著优点更在于:由于采用现有产品进行改制,则无需改变现有产品的原有结构(磁路)设计,简单实用,实施成本低廉。因此,就经济性与实用性而言,乃可作为“优选技术解决方案”之一。 
      不仅如此,上述改进方案及其实施例,或给我们带来一些启示,或将使我们解决问题之思路发生改变。即:通过合理适当增加电机的“质(重)量比”,则线圈绕制空间相应增大,我们就可以选择适当的线径来较大幅度的增加绕组匝数,即可在保持安匝数(IN)不变之前提下,便可相应减少(小)所需驱动电流,即可使电机额定功率大幅减小。而这对于采用电池(车载电源)驱动的车辆而言,在满足所需驱动扭矩之前提下,驱动电机额定功率(所需驱动功率)的大幅减小,使得电池能量(能源)消耗亦大幅减少,则电池的容量配置及其成本大幅减少。由此可见,采用上述“高能效”中置电机作为电动自行车的驱动电机,不仅可大幅降低“锂电车”实施成本,而且,同比与现有轮毂电机驱动方式,其节能效果(即:能源消耗大幅减少)更为显著。

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