论文：电动自行车驱动电机发展现状

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【摘　要】　对当前市场热点之一的电动自行车及其所用的驱动电机作了较详细的调研，对于国内发展现状及电机作一分析，供研制这类电机的企业作参考。
　　【关键词】　电动自行车　电机　发展现状

　　近年来一种新兴的绿色代步工具——电动自行车正在兴起。随着人类环保意识的提高，无污染低噪音的电动自行车将是自行车的升级换代产品，因而近年国内电动自行车市场正在异军突起、方兴未艾。上海、天津、江苏、四川等省市都将电动车产业列入“九五”重点发展品种。本文就最近的实地调研，结合最新资料及会议论文、信息等情况，在此基础上进行补充，分如下几方面分析：

1 国外近期简况
　　(1) 日本
　　日本电动自行车自1994年上市以来，积极开发各种电动自行车，产值已超出越野车、迷你车。1997年智能型电动自行车的市场急速增加，出厂数达22万台，达到上年度的263倍(产值约人民币15亿元)。目前不仅有摩托车厂、自行车厂，而且还有家用电器厂也积极投入，新一轮的市场竞争正在展开。日本“雅马哈发动机”和“草田本研”占居市场销售额达70%～80%，目前日本生产电动自行车厂家很多，如“石桥”、“丸石”、“三菱重工”、“松下自行车工业”、“本田”、“铃木”、“三洋”等相继加入竞争。
　　日本经批准的电动自行车生产厂20余家，主要以“雅马哈”和“草田本研”公司为代表，共生产48个品种规格，日本本土1996年电动自行车销售量在20万辆以上。1998年6、7两个月日本共生产电动自行车29 432辆，进口12 312辆，国内销售39 186辆。据报道日本电动自行车的年需求量在750万辆，而且每年以5%～10%速度递增，其中还有一半需进口。
　　(2) 美国
　　美国电动自行车年需要量在1500万辆左右，每年以5%～10%速度递增，大部分靠进口。美国尤尼克公司将于1998年6月推出新型电动自行车，年销售目标1 000万辆；美国克莱斯勒汽车公司宣布今年夏天推出一款定价在995美元的新型电动自行车，预计年销量在5万辆以上。
　　(3) 欧盟
　　多数国家对电动自行车的年需求量在1 000万辆左右，如德国奔驰、法国标致等大公司也把目标投入到电动自行车这一产品上来。至今已有电动自行车问世的主要公司有：德国的MSG公司、DIAMANT公司、SAGHS公司；英国的ASGHBAGH公司；奥地利的VEIECKRO公司、SCHACHNER公司等。
　　在90年代中期市场上已出现了电动自行车，在短短的五、六年内已形成一个市场热点。我国轿车时代为时尚早，电动自行车将逐渐成为消费者的新宠。

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2 国内发展现状
　　电动自行车在70～80年代经历了几次大起大落以后，到90年代初又再度形成热点，顺应了20世纪世界环保的潮流。从1996年的“上海国际自行车展览会”到1997年在浙江上虞召开的“全国电动自行车信息交流会”的短短的一年里，国内开发厂家从20多家一跃发展到100余家。电动自行车充分运用当今新技术、新材料，尤其采用集成电路、电子元器件，提高了电动自行车控制器的质量，使其可靠性、安全性、灵活性得到了提高。毋庸至疑，电动自行车将成为21世纪的交通工具。电动自行车的社会需求市场巨大，据专家预测，“九五”期间，我国电动自行车需求量每年为30～50万辆，到“九五”期末、21世纪初，年需求量将达到100万辆以上。
　　国内现今主要生产电动自行车的企业有：上海市永久、凤凰、新联、山康等八个企业，1997年电动自行车已生产了4 310辆；1998年上海友申、山康、新联、新大洲又试制成功六种品牌电动自行车；江苏省南京的天地、天行，泰州春兰，徐州天宝已有电动自行车上市；其它省广州威士达、桂林麦格威、福建路士得、杭州恒光、金松、嘉兴菲利浦、浙江迅鹿、海口中驰、昆明中飞、济南轻骑、山东南迪、重庆建设、天津富士达等企业都有电动自行车推向市场。值得一提的是我国台湾省积极发展电动自行车，以美利达为代表，有奇能、巨马、巨大、端祥等大公司都在致力开发新型电动自行车。较著名的电动自行车有美利达、拉福莱、小精灵、中广、捷安特、宇轮等品牌。国内为上海市工业投资公司所属的上海新联助动车公司，投资300余万元，进行科技攻关，历时三年，研制成“千鹤”系列电动自行车，已通过市经委组织的技术鉴定。该车行驶100km，约耗电1.5度，充电一次耗费0.675元，可行驶里程不少于20km，电池可充300次以上，电机为高效稀士电机，连续使用寿命达80 000km。
　　台湾电动自行车的标准已制订公布，我国上海市在1997年已制订了地方标准：
　　《电力助动车》DB31/200—1997《电力助动车用电动机及控制器》DB31/201—1997《电动自行车通用安全技术条件》DB33/204—1997　　国内电动自行车市场简况见表1：

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表　1

生产企业	电动自行车性能数据	备　注
重庆原田动力机械公司 YT—THIJ—J34	同机型中领先
上海新联电动车公司 千鹤牌系列	保持普通自行车结构、有前轮和后轮两种驱动机方式，最高时速20km/h，爬坡，电机采用稀土永磁印刷绕组直流电机，寿命3000小时，国内市场占有率第一，出口欧美、日本、东南亚地区。	国内市场占有率第一
昆明中飞电动车公司 中飞牌	电动自行车最高时速20km/h，变速范围3～20km/h，一次充电最大行程30km，整车重量31kg，现年产能力达10万辆。
成都倍特自行车公司 倍特(绅土、宝贝)两大 系列	国内投资规模最大的专业电动车生产企业，两大系列电动自行车拥有82项国家专利，持续行程最高达80km、最高时速20km/h，爬坡能力6°，净重28～31.5kg，技术性能国内领先。	技术性能国内领先，年产12万辆生产线已投入生产。
上海依莱达电动车公司	每冲电一次可持续行程50km，微电脑控制，恒流自动调速电子驱动器，效率高达99%，最大时速24km	采用铅酸电池售价10万日元
台湾美利达工业公司 “PEDCON电车”	IC控制系统，车速在25km以下自动发电，荣获中国、日本、台湾等国家地区各项专利。
北京多导电动车公司B22405、多导电动自行车	采用镍氢电池、高效稀土永磁电机，最高车速20km/h，一次充电行程45km，电机功率150W，爬坡能力4°30′。
唐山奇士电动自行车公司奇士TDQS	罗拉刹车无极变速。
安阳飞鹰集团自行车厂 BSA三枪牌电动助力车	一次充电可骑行20km，出口荷兰。
金华市绿源电动车公司 绿源牌	普通自行车加电动系统构成，时速20km/h、一次充电可行驰30～40km。	小批量生产投放市场
中科院、北京三环通用电气公司	最高时速20km/h、连续行驶里程30～40km、载重100kg、整车重量25kg。
上海永久自行车公司	美国载普公司与该公司达成协议，决定今年上半年推出以载普设计为基础的电动自行车，头6个月，每月向永久公司提供5000辆电动自行车。
徐州天宝电动自行车 公司	美国和台湾中广公司合资电机为线绕盘式、体积较大。
山东南迪电动车公司　世纪星牌	无刷电机、功率120W、24V、DC、时速22km/h、爬坡度≥8°,下坡时可自行充电、占电瓶1/4。
杭州金松集团公司 金松牌	按DB33/204—1997标准制造。
桂林麦格威电动车工业公司	采用稀土永磁电机和SR电机，24V和36V，150W。
重庆建设集团	小燕子TDL120E型、一次充电行驶60km。

上列16个品牌电动自行车在市场上已有销售，价格在1600—3200元/辆。

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3 电动自行车驱动电机类型及分析
　　电动自行车选用永磁直流电机：
　　(1) 直流有刷电机：
　　a 印制绕组盘式电机
　　b 无铁芯式线绕电机
　　c 电枢式永磁电机
　　(2) 直流无刷电机：
　　a 内转子式无刷电机
　　b 外转子式无刷电机
　　(3) 开关磁阻电机
　　电机是电动自行车的心脏，是关键部件，电机要适应频繁起动，频繁变速又考虑到薄形安装特点，目前大都采用盘式结构，同时为了适应道路使用和环境特点，电机通常设计成全封闭结构形式，具有可靠防护性能。以下就上列几种电动自行车驱动电机作一比较：
　　无铁芯线绕电机：
　　为有刷电机，电流换向装置都是靠电刷和整流子接触来实现，电机需定期更换电刷，靠齿轮减速对整车系统效率、噪声、可靠性有一定影响，较少使用。
　　电枢式直流永磁电机：
　　也存在上述电机缺陷，采用YOH—3铁氧体作碳极材料，圆筒形结构，重量1.7kg，使用寿命一般在1000小时以上，价格低(电机加控制器不超过300元/套)，但整车效率低，只有65%左右。
　　印制绕组盘式电机：是一种高性能的伺服电机，大气隙、电感量小、转矩均匀、无换向火花，可在0.4～4000r/min宽调速范围内平滑稳定运行。印制绕组电机采用轴向气隙，薄形无铁芯转子。这种电机具有扁平的外形，由于无铁芯，因而具有体积小，重量轻，结构紧凑的特点，扁平的外形正好装在自行车车轮中，以适应轴传动要求，这样既可简化自行车结构、又安全可靠。印制绕组盘式电机还有如机电时间常数小、可频繁起动、加速制动、起动转矩大、调速范围宽、速度稳定、换向无火花等特点。
　　该电机设计数据为：直流电压：36V，功率：200W。在试验前500h进行的纪录看，其中：最低电压：35V，最高电压：41V，平均电压：36.5V；最小电流：3.8A，最大电流：4.6A，平均电流：4.044A；最大转速：204r/min相当于23.8km/h，平均转速：177r/min相当于20.4km/h；最小转速：163r/min相当于19.1km/h，累计里程1034km，然后又进行1000小时寿命试验，共运行3×104公里，由此可见印制绕组电机的使用寿命长，完全可满足电动自行车要求。
　　国内印制绕组电机制造厂商及电机主要性能如下：
　　(1) 桂林凯杰印制电机公司
　　CDL系列电动自行车用电动轮毂(含印制电机、减速器、离合器)主要性能数据见表2：该公司生产半轴式和通轴式两种电动轮毂。

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表　2

型　　号	CDL—2A	CDL—2B	CDL—3AD	CDL—3BD
轮毂外径　(mm)	190	190	190	190
轴档尺寸　(mm)	112	112	112	112
电机功率　(W)	120-150	180	120-150	180-200
额定电压　(V)	24	24	36	36
额定电流　(A)	8～8.5	10	4～6	6～7.5
额定转速　(r/min)	150～208	150～208	174～208	174～208
过载能力　(times)	3	3	3	3
重　量　Weight　(kg)	3.2	3.2	3.2	3.2

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(2) 厦门新立昌特种电机有限公司
　　生产通轴印刷转子的电动轮毂性能数据见表3：

表　3

型　号	额定电压(V)	额定电流(A)	电机功率(W)	输出转速(r/min)	空载转速(r/min)
170SN-J01A	24	4.5～9.0	80～150	152	190
170SN-J01B				164	205
170SN-J01C				175	219
170SN-J01D				187	233
170SN-J01E				198	247
170SN-J01F				209	261
170SN-J09A	24	6.0～10.0	110～180	160	177
170SN-J09B				173	191
170SN-J09C				185	204
170SN-J09D				197	217
170SN-J09E				209	230
170SN-J09F				220	243
170SN-J05A	36	4.0～6.5	110～180	156	179
170SN-J05B				168	193
170SN-J05C				180	207
170SN-J05D				192	220
170SN-J05E				203	234
170SN-J05F				214	246
170SN-J06A	48	5.5～8.5	200～300	156	179
170SN-J06B				168	193
170SN-J06C				180	207
170SN-J06D				192	220
170SN-J06E				203	234
170SN-J06F				214	246

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(3) 印制绕组电机制造企业还有天津中美合资科尔摩根工业驱动公司，从美国母公司提供印制转子，及南通微特电机厂；制成电动轮毂的还有清华大学，购桂林凯杰电机组装半轴轮毂；上海新联电动车公司是从桂林凯杰公司购进印制转子，其它自已制造成印制电机再加工成电动轮毂。
　　(4) 印制绕组电机的关键是印制转子的制造技术，在技术开发阶段采用照相制版电化学法，即电子设备中印制线路板的制造方法、批量生产为冲压法。见下列工艺流程图。
　　直流无刷电机：无刷电机既有一般直流电机良好的调速起动性能，又具有寿命长、可靠性高、无换向火花及噪声低等优点。直流无刷电机又有内转子和外转子式二种类型。内转子电机采用高性能永磁材料，电机效率较高，但也用机械变速装置来实现减速。直流无刷的外转子电机采用高磁能积稀土永磁材料，电机防护等级为IP54、B级绝缘，可以直接驱动车轮，无级变速，由于电子换向代替机械换向、无换向火花、低噪声是电动自行车专用的驱动电机，表4是浙江卧龙集团1997年省级鉴定的三种无刷电机的技术数据：

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电枢绕组制造工艺流程(照相制版电化学法)，适用于开发阶段

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冲压法(适用批量生产)

表　4

型　　号	ZWXZ 120—24	ZWXZ 130—36	ZWXZ 500—48
额定电压(V)	24	36	48
输出功率(W)	≥120	≥130	≥500
系统效率(%)	72	75	82
额定电流(A)	7.0	5.8	13.0
额定转速(r/min)	160	220	500
转矩(Nm)	5.8	5.6	9.5
重量(kg)	5	5	9.5

上海将在2000年前逐步淘汰上海现有的40万辆汽油助动车，以根治上海的大气污染。上海21所承担了电动自行车电机及控制器的开发 工作。表5是21所近两年开发的直流无刷电机及控制器性能指标：