电动自行车电机技术的现状及发展

查建东

摘 要：随着绿色出行逐渐被提上日程，电动自行车也越来越受到广大人民的青睐，成为人们出行过程中重要的交通工具之一。但是不得不说，随着城市的扩张和人民生活节奏的加快，原有的电动自行车的电机和有限负荷的电池已难以满足人们的需求，因此，应当在现有的基础上加以提高。该文首先从电动自行车电机技术的基本发展现状出发，分析当前电动自行车主要的电机类型及其各自的优势和存在的不足之处，在此基础上对未来的发展趋势进行展望。

关键词：电动自行车；电机技术；电池

中图分类号：TM384 文献标志码：A

0 引言

随着共享经济的出现，共享电动车也应运而生，电动自行车也更加普及。对于电动自行车来说，电机是其核心部分，只有高效运作的电机才能保证电动自行车的正常使用。对于共享电动自行车来说，由于被不同的人使用，导致电动自行车寿命相对较短，而且维护成本较高，因此电机就显得更加重要了。

1 电动自行车电机技术的基本现状

1.1 电机控制系统趋于智能化和数字化

随着科技的高速进步，电动自行车的电机控制系统已经不能沿用传统的形式，而是逐渐向智能化和数字化的方向发展。从智能化的角度来看，电动自行车的电机逐渐实现了神经网络、自适应控制、遗传算法等非线性智能控制技术，不仅使系统趋于简单化，而且还极大地提高了电机的反应速度，进而提高电动自行车的性能。从数字化的角度来看，电动自行车的电机控制系统逐渐实现了利用软件进行数字控制，使电动自行车的造价大大降低，同时，DSP电机控制芯片的使用也在很大程度上提高了系統的性能。

1.2 电机技术实现专业化

从电动自行车的电机设计来看，电机技术逐渐实现了专业化，主要体现在3个方面。首先，在电动自行车的电机设计时并不只是研究电机的零部件，而是加强与数学、物理等学科的融合，通过模型模拟电机的性能，以达到最佳效果。其次，当前电机的每一个部分的设计都有专人负责，再通过团队进行整合，使电机技术更加专业。最后，受居住环境的影响，人们在购买电动自行车时更加趋向于购买体积小、重量轻的电动自行车，这就要求电机也满足这一需求，电机在设计时都在尽力使其在拥有高性能的同时又具有灵巧的结构，当前电动自行车在这一方面已经有了很大的进步。

1.3 电机形式丰富多样

随着时代的发展，各个行业都在向着多元化的方向发展，电动自行车的电机技术同样也是如此，由于人们的需求不同，电动自行车电机的不同形式也逐渐涌现了出来，简单的直流传动系统正在逐渐被淘汰，或在此基础上发生着变化，主要的电机技术逐渐变成了交流传动，永磁式直流电机、高速永磁无刷电机和无刷直流电机成了当前的主要形式，且这3种电机都有各自的优势，可以满足不同的需求。同时，电动自行车的电机形式并不仅会停留在当前几种形式，还将继续向多样化的方向发展。接下来就主要介绍这3种电动自行车电机类型，及其各自的优势和存在的不足之处。

2 电动自行车电机技术的分类

电机是把电能转换成机械能，并使电动自行车正常工作的一种设备，根据使用电源的不同类型可以分为直流电机和交流电机2种，在电力系统中电机大部分是交流电机。电机基本的工作原理是使通电线圈产生旋转磁场，并使其作用于转子鼠笼式的闭合铝框，进而形成磁电动力旋转扭矩，使电机实现转动。电机主要由定子与转子2个部分组成，通电导线在磁场中受力运动的方向主要受电流方向和磁感线方向的影响。

2.1 永磁式直流电机

永磁式直流电机主要由定子磁极、转子、电刷和外壳4个部分组成。正如永磁式直流电机的名称，定子磁极一般采用的是永磁体；转子是由硅钢片叠压而成的，且漆包线绕在转子铁心的两槽之间，其各接头分别焊在换向器的金属片上；电刷是连接电源与转子绕组的导电部件，具备导电与耐磨的特点。

永磁式直流电机由于不需要直流励磁电源，因此可以极大地减少电源的消耗；且没有励磁绕组，减少铜耗，有利于节约资源。但是由于受到材料的限制，永磁式直流电机的容量相对较小，且电压调整率差，难以得到广泛应用。

2.2 无刷直流电机

无刷直流电机由永磁体转子、多极绕组定子和位置传感器3个部分构成。顾名思义，无刷直流电机最大的特点就是无刷，用电子开关器件作为接触式换向器和电刷来代替，具有可靠性高、无换向火花、机械噪声低等优点。位置传感器主要通过转子位置的变化，并按照一定的顺序对定子绕组的电流进行切换。

无刷直流电机与有刷电机相比具有寿命长、免维护、可靠性高、效率高、节能等优点，使其广泛应用于电动自行车当中。但是无刷直流电机自身结构比较复杂，控制器甚至比有刷电机还要复杂许多。

2.3 高速永磁无刷电机

高速永磁无刷电机由定子铁心、磁钢转子、太阳轮、减速离合器、轮毂外壳等部分组成。电机的盖子上可以安装霍尔传感器，用以测速；位置传感器有磁敏式、光电式和电磁式3种类型，每种类型都有各自的特点，可以根据不同的需要采用不同的位置传感器，由位置传感器输出控制的电子开关电路可以为定子绕组提供工作电压。

高速永磁无刷电机具有结构简单、运行可靠、体积小、质量小、损耗少以及效率高等特点，具有广泛的应用前景，但是其电机内的损耗相对其他电机要大得多，尤其是铁耗，这对于电动自行车来说是十分不利的，需要改善。

3 电动自行车电机技术的发展趋势

各电动自行车企业为了在竞争日益激烈的市场中抢占优势，都在极力提高电动自行车的电机技术，使其能够满足更多消费者的需求，电动自行车电机技术今后的发展趋势，主要体现在3点。

3.1 关注电池的重要作用

电池是电动自行车的基础，也是电机技术的重要前提，只有保证了电池的负荷和使用寿命，才能保证电机的正常运转。再加上城市扩张，人们的出行距离随之增加，原有的电池负荷已经不能满足人们的出行需求。因此，需要对电池的性能进行改善，提高其负荷和使用寿命。现阶段，电动自行车的电机在设计时，就已经注意到了电池的重要作用，并在积极地对其进行改进。

3.2 提升核心零部件

市场上的电动自行车质量参差不齐，电机更是如此，而且消费者对其缺乏理解，购买时很少关注电机，一旦出现故障，就需要复杂的修理。因此，需要从结构、设计甚至是制造方面对电机的核心零部件加以重视，提升其基本性能。随着科技的发展，核心零部件的制造大多都实现了智能化，且制造精度高，有利于提高合格率，今后在这方面还将更加优化。

3.3 提高工作效率

随着技术的不断进步，电机控制系统逐渐实现了矢量控制、非线性控制等，同时还融入了拓扑结构，提高了电机的工作效率，专业化程度更高，满足了人们对于电动自行车提速快的需求，提升了电动自行车的综合性能，今后在这方面还将逐渐得以完善。

4 结语

该文首先简要地说明了电动自行车电机的基本现状，并结合当前电动自行车主要的电机类型及其各自的优缺点，对电动自行车电机的未来发展趋势进行了分析，使其更加完善，以满足更多人群及出行类型的出行要求。

参考文献

[1]李文佳.电动自行车发展与管理的伦理考量与实践建议[D].成都：西南交通大学，2011.

[2]张培君.电动自行车电机的分类与特点[J].电动自行车，2012（4）：47-48.

[3]涂翘甲.我国电动自行车电机技术发展综述[J].电动自行车，2005（3）：31-35.

[4]江国强.世界电动自行车生产技术现状及发展趋势[J].中国自行车，2002（10）：38-40.

[5]杨国良.电动车电机驱动控制技术的研究现状及其发展趋势[J].实验室研究与探索，2005（11）：19-21，39.