电动自行车轮毂电机能效评价方法的研究

摘要：针对电动自行车轮毂电机的能效问题对能效评价方法进行研究，结合电动自行车轮毂电机的额定点效率的试验数据进行分析，对电动自行车轮毂电机的能效等级进行划分，并提出额定点效率和等效百公里电耗作为能效评价指标，得出了电动自行车轮毂电机的能效限定值、节能评价值和等效百公里电耗要求。

关键词：电动自行车;电机;能效评价

0 引言

实现碳达峰、碳中和是党中央统筹两个大局作出的重大战略决策，加强节能减排，实现低碳发展，是生态文明建设的重要内容。我国是全球第一的电动自行车制造国和消费国，电动自行车轮毂电机的能效水平越来越受到社会各界的关注。由于目前我国还没有电动自行车轮毂电机能效方面的标准或法规，电机节能水平缺乏一个统一的比较方法，所以无法准确的比较该类产品在能效方面的优劣，导致电动自行车企业在采购电机配件时无从参考。对电动自行车轮毂电机能效进行合理评价可以帮助企业了解电机的能效情况，推动电动自行车轮毂电机的技术升级，从而达到节能降耗的目的，对电动自行车使用者和社会有着深远的意义。本文对电动自行车轮毂电机的能效评价指标进行分析，结合试验数据，提出一种电动自行车轮毂电机能效评价方法。

1电动自行车轮毂电机的效率[1]

效率是电机的综合性能指标，与电机结构、材料性能、绕组形式、极槽配合等因素有关。

电机的效率与损耗大小密切相关，电机正常运行时所产生的损耗主要包括：铁心损耗、空载时铁心中的附加损耗（也称杂散损耗）、铜耗、机械损耗。因此，电机的效率可以表示为：

在电机设计中可以通过改变电磁方案来改变铁耗和铜耗，而机械损耗可以通过提高电机制造、加工及装配精度来降低。

2 电动自行车轮毂电机的效率测试

在实际测试过程中，电机的损耗测试起来比较困难，且误差较大，这里通过直接测量法对轻型电机的效率进行测量。电机效率可以表示为：

将电机安装到电动车电机综合测试台上，通过调节输入电压、输入电流、转速等参数，使电机在不同的使用工况下运行至热稳定状态，读取输入电压、电流、转矩及转速数值，代入式（5），即可得出电机在不同的使用工况下的效率。

3电动自行车轮毂电机的能效等级

电机在不同的使用工况下，其效率不同。为了给不同类型、不同参数配置的电机提供一个统一的比较指标，本文采用额定点效率来评价电机的能效。电机的额定点效率，即电机在额定电压、额定转矩和最高转速的状态下运行的效率，反映了电机各项性能指标的高低。因为额定点是电机在运行过程中，工作时间最长的一个点，尤其对于电动自行车轮毂电机而言，属于连续工作制，因此，额定点对电机来说不但是一个热平衡点，更应该在该点维持较高的效率。

为了了解目前电动自行车轮毂电机的额定点效率情况，从市场上采购了45款电动自行车轮毂电机进行实验，这45款电动自行车轮毂电机覆盖了市场上不同价位、不同款式、不同品牌、不同质量的电机。试验后，将45款电机的额定点效率按照从小到大的顺序在图1中表示出来，并将试验结果按照一定的功率范围进行统计，得到如图2所示的直方图。从图1和图2中可以看出，大部分电机的额定点效率主要在70%～80%，少部分在80%～90%和60%～70%，极少数低于60%。

参照家用电器产品一样，对电动自行车轮毂电机的能效进行分级，分为以下五个等级[2]：

等级1——表示最为节电，达到国际先进水平;

等级2——表示比较节电，达到国内先进水平;

等级3——表示产品的能源效率为我国市场的平均水平;

等级4——表示产品能源效率低于市场平均水平，新产品准入门槛;

等级5——限制、淘汰产品。

根据以上原则及试验结果，将电动自行车轮毂电机的能效等级划分为五级，从高至低依次分为1级、2级、3级、4级和5级，如表1所示。

4 电动自行车轮毂电机的能效综合评价

电动自行车轮毂电机的等效百公里电耗[3]主要用于评价电动自行车在运行过程中电机的耗电量，而额定点效率则是用于评价电动自行车在运行过程中电能的转换效率。将上述45款电动自行车的额定点效率和等效百公里电耗在同一个图中表示出来，如图3所示。从圖中可以看出，随着额定点效率的提高，电机的等效百公里电耗呈下降的趋势，但是部分电机虽然额定点效率较高，其等效百公里电耗也较大，主要是因为部分电机在设计时为了使其在行驶过程中有较大的动力，将额定功率设计得比较高，使得其耗电量增大。为了能够更加全面的评价电动自行车轮毂电机的能效情况，为电动自行车企业在配件采购决策时提供更加全面的信息，以引导和帮助电动自行车企业生产出高能效的节能产品，本文在制定电动自行车轮毂电机能效限定值及能效等级标准时综合考虑电机的额定点效率和等效百公里电耗两项指标。电动自行车轮毂电机的能效限定值为表1中的能效等级4级;节能评价值为表1中能效等级的2级;等效百公里电耗不允许超过1.6kW·h;对于能效等级2级及以上的产品，其等效百公里电耗不允许超过1.2kW·h。

5 结论

本文采用直接测量法对市场上不同价位、不同款式、不同品牌、不同质量的电动自行车轮毂电机进行效率测试，并对试验结果进行分析，对电动自行车轮毂电机的能效等级划分为5个等级，等级1： η≥90%，等级2：80%≤η<90%，等级3：70%≤η<80%，等级4：60%≤η<70%，等级5：η<60%。提出综合考虑额定点效率和等效百公里电耗两项指标对电动自行车轮毂电机的能效进行评价。电动自行车轮毂电机的能效限定值为能效等级4级;节能评价值为能效等级的2级;等效百公里电耗不允许超过1.6kW·h;对于能效等级2级及以上的产品，其等效百公里电耗不允许超过1.2kW·h。

参考文献：

[1] 王殿明.电动自行车用轮毂电机设计及其特性研究[D].哈尔滨.哈尔滨工业大学.2011.

[2] 王士琴.电梯能耗测量与能效评价方法的研究[D].上海.上海交通大学.2009.

[3] 陈森凯，连丽玲，黄镇泽等.电动自行车轮毂电机能耗测量方法的研究[J].电子质量， 2018 （02） ：1-2.

作者简介：陈森凯，1988.10，男，汉，广东省潮州市，硕士研究生，中级，产品质量检测技术。