探究电动自行车“新国标”难以出台的主要障碍与突破途径(续3-2)

兼论电动自行车行业“和谐发展之路”及其产品技术路线的再思考

来源:中国电动车网   宋子奎  2015-9-22  浏览24742次  

[摘要]如何通过更为有效的技术手段(寻求技术上的突破)、来合理规避“新六条”及其相关指标的过度限制,以期大幅提升产品的实用性能,进而能够充分满足更广泛消费者(用户)的实际需求。

 

【中国电动车网 特约评论员、特邀撰稿人 宋子奎】为此,我们不妨就“新国标修订框架(新六条)”给予更为切合实际的合理解读,其目的或在于,这不仅仅只是为了如何能够适应“新国标(新六条)”相关条款要求,以赢得“相对和谐”的产业发展(行业生存)环境;更是为了探究:如何通过更为有效的技术手段(寻求技术上的突破)、来合理规避“新六条”及其相关指标的过度限制,以期大幅提升产品的实用性能,进而能够充分满足更广泛消费者(用户)的实际需求。诸如,我们或可以重新考虑并选择“更适合中国国情、且更切合实用”的产品技术路线,来进一步发掘市场潜能,并注重于“新兴市场”的更充分开发、以寻求新的效益增长点,继而拉动“产销市场”的可持续发展。现就此,笔者欲谈点粗浅看法,谨供参考,具体如下:

 

首先,我们如何来合理解读“新六条”给予目前电动自行车之产品定义,它与“现行老国标”相对照,或实际上已发生了一些实质性变化。比如,在现行老国标(1999年标准)中,将电动自行车产品定义为:以蓄电池作为辅助能源,具有两个车轮,可实现人力骑行、电动或电助动功能的特种自行车。可见,以蓄电池作为“辅助能源”或表示“电力驱动”仅作为辅助动力,而“人力骑行”仍作为主要动力来源;或就是说,“以人力驱动为主、电助动为辅”乃作为产品的主要功能特征。那么,与此相对照,“新国标(新六条)”规定:在“保留骑行功能”的同时、可取消“电助动”要求。而就此变化,它或许仅是针对于“采用脚踏控制模式(俗称:脚踏来电)”之产品所提出来的。但同时,或也传递出这样的讯息:首先,就“保留骑行功能的同时、可取消电助动要求”来讲,它对于目前普遍采用“转把操控方式”之产品、则并没有任何实际意义,故而“保留骑行功能”,它更多的、只是作为一种“标志性特征”,用于定义产品为“非机动车属性”而已。再者,鉴于“保留骑行功能”仅与定义产品属性有关、而“取消电助动要求”也并不影响产品定义,故此,“新六条”并未排除:“电力驱动”乃可以作为电动自行车产品的主要功能特征,至少没有明确否认这一点。

 

据如上分析,我们不妨将“取消电助动要求”解读为:可实现“人力骑行”的电动两轮车,就其“主要功能特征”与本质上讲,它就是“机动车”;而不同之处在于,在保留“人力骑行功能”的同时、并对“车速、车重及电机功率”等指标给予一定限制,便可以划归于“非机动车”管理范畴。据此,我们便可以将“电力驱动”作为产品的主要功能特征(即:主要驱动方式),而将“脚踏骑行”也可作为辅助动力;或者,二者之间(功能特征)并没有主次之分。这不仅与现有产品多以“电动为主、骑行为辅”的实际使用情况相吻合,而且,即便我们揭示了“电动自行车它就是机动车”的本质特征,但这与“新六条”给予产品之定义及其相关要求,亦并不发生冲突。而我们之所以可以这样来解读(理解)“新六条”,更主要理由及其“客观性与合理性”就在于:由自行车演变为“电动自行车”之初衷及其最终目的,就是为了“省时省力”,以减轻疲劳、改善驾车舒适性和提高通勤效率。而这也是电动自行车不同于“传统自行车”的本质性区别与实际意义所在。

 

进一步讲,电动自行车不同于其他交通工具,它乃适用于更广泛人群(大众群体)之普及型产品,而由于个体体能情况有所不同,那么,是以“电动为主或骑行为主”,则可由使用者(驾车者)根据各人体能情况、或实际需求(如:健身等)自行选择。而这样,也更能体现电动自行车产品之设计发明初衷:乃“以人为本、经济实用”。基于如上“新六条”之理解、并就市场角度而言,那么,为适应和满足更广泛用户的实际需求,我们将“电力驱动”作为主要驱动方式,则与更多消费者实际使用情况趋于吻合;而将人力骑行即“保留脚踏功能”仅作为一种“辅助动力来源”,这对于更广泛消费者来讲也并非完全不可以接受。比如,我们可在目前普及率较高的“电动型”产品基础上,保留并具备“良好的脚踏骑行功能”,而当“电驱动系统出现故障或电池电量不足”时,若能够像自行车一样“方便蹬踏、轻松骑行”,则反而成了电动自行车之产品(市场)优势。可见,问题的关键更在于,能否做到“具备良好的骑行功能”;或者更通俗讲,就是:保留“脚蹬子”并不难,关键在于它好不好用、是否实用。对此,笔者已在前文(包括:续篇1及续篇2)中,皆作了有关“如何提高实用性能”方面的分析与研讨、并给出了相应的具体解决方案及其参考实施例(谨供参考)。

 

再者,相对客观地讲,关于是否保留“脚蹬子”问题,或也并非制约产业(行业)发展之关键因素和主要问题,而相比之下,更为重要的是:我们如何在“新国标修订框架”及其相关指标给予一定限制的前提条件下,来显著提升产品的实用性能、继而进一步扩大市场需求,或已成为当前拉动“产销市场”可持续发展当务之急。比如,就更有效提升产品实用性能而言,我们如何在“整车重量(含电池重量)不大于55kg”之前提条件下,来更有效降低(节省)能源(蓄电池)消耗、以延长“续航里程”;又比如,在“电机标称功率不大于400w”的前提条件下,如何来更有效改善和提升产品的“爬坡性能”。而对此,我们通常会首先考虑选用“高密度轻量化动力电池(如:锂电池)”、来减轻整车重量和相应提高续航里程,但这仍无法解决:因电机功率指标受到限制、致使驱动扭矩(爬坡能力)亦受到限制,这乃客观存在的“根本性(固有)问题”。因此,这对于进一步发掘市场潜能来扩大市场需求、尤其对于诸多“新兴市场”的更充分开发将会受到极大限制。例如:

 

据最新统计,目前电动自行车普及率较高的地区,多集中分布于“华北、华东”等平原地域,但这些地区的市场需求或趋于饱和,其产品销量主要是现使用产品的“替换量”、则销量有限。而与之相比,我国中西部及西南地域电动自行车普及率相对较低,但由于我国西部地域多为“山区丘陵”路况,则要求产品必须具备一定的“爬坡能力”,可是,“新国标(新六条)”对于“电机功率指标(标称值)”给予严格限制,致使产品爬坡性能也将受到限制,这对于我国西部地区诸多“新兴市场”的更充分开发乃极其不利的。那么,如何来解决这一问题呢?我们通常或选择常规解决方案,比如:介于电动自行车与摩托车之间的“轻摩产品(即:轻便电动摩托车)”,由于电机功率等指标不会像“电动自行车”那样受到严格限制,那么,我们仍可以选择“较大功率电机”、便能够提高车辆的爬坡能力,只不过(或大不了)产品属于“机动车”及其管理范畴而已。或因此,亦认为,电动自行车产品市场竞争力将不及“轻摩产品”,而“轻摩产品”或将会成为我国西部地区诸多“新兴市场”的主角,甚至还认为,电动自行车行业及其产品之“转型升级途径”亦在于此。

 

其实不然,对此,笔者以为,并非完全如此。比如,更具体讲,称之为“轻摩”产品的电动车,它与我们目前使用的所谓“超标电动车”相类似,而一旦划归“机动车”管理范畴,则“市场效果”或并非如我们想象中的那样乐观。原因在于,其一,就“轻摩产品”之品种本身、或就存在明显的先天不足,诸如:就产品“实用性(最高时速等指标)”方面,它不及摩托车及家用轿车;再就产品“经济性”方面,它更不及“非机动车属性”之电动自行车,不仅需要考取两轮机动车驾照,而且综合使用成本(费用)亦明显增加,则“综合性价比”并不高,这将会失去产品的市场竞争优势。其二,待电动自行车新国标颁布实施后,对于一些城市与地区、若任然实施“禁电限行”,这不仅有悖于国家政策法规,而且更违背民意,也就意味着“各地的地方性法规将被清理(或取消)”;而相比之下,由于“轻摩”产品属于摩托车(机动车)范畴,对于许多城市长期实施的“禁摩令”或很难取消,可见,就产品普及程度而言,“轻摩”产品仍将受到一定限制,或因此而限定了“轻摩”产品乃“相对小众群体”之交通工具。很明显,若在尚可满足人们日常出行(通勤)需求之情况下,更多普通消费者或将依然选择电动自行车、作为日常出行之交通代步工具。
   

不止如此,所谓“寸有所长尺有所短”,尤其对于“适用于更广泛人群(大众群体)”的普及型产品而言,电动自行车相比于“轻摩产品”,不仅仍占有绝对市场优势,并且,我们若在满足“新六条”相关指标要求之前提下,且能够有效解决产品“爬坡能力相对较弱”之不足、并相应延长“续航里程”。那么,它对于我国中西部地域诸多“新兴市场”的更充分开发,将会产生尤为显著的实际效果,或将迎来电动自行车产业(行业)“二次腾飞”。比如,更具体讲,我们或采用“大幅提高电机过载工况下之做功效率”等相关改进措施,来有效改善“爬坡性能”,同时亦能够大幅降低(节省)能源(蓄电池)消耗、即可相应延长“续航里程”。据此,笔者以为,目前困扰产业发展的关键问题,或在于:如何能够合理规避“新六条”相关条款(指标)的限制,寻求更为有效的突破途径来提升产品实用性能。故而,我们或应该调整(理清)思路,并选择“更切合实用”的产品技术路线、来优化(改进)产品设计。例如,“新六条”规定电机功率指标为“不大于400w(标称值)”,而当“较大坡度”爬坡时,动力性能(驱动扭矩)或是明显不够的,那么,如何来解决这一问题呢?我们首先明确(厘清)“电机额定功率指标(标称值)”确切含义,现就此,探讨如下:

 

所谓“电机标称功率400w”是指:当车速为25km/h(额定值)时,电机的输出功率为400w(额定值)。也就是说,当车速为“额定最高时速(25km/h)”时,电机的“额定输出功率”应限制在400w之内;但当车速低于“额定时速(25km/h)”及以下行驶时,而对于电机的“适时输出功率(包括最大输出功率)”并未给予限制。据此,我们便可依据“车辆适时工况”、来选择相应的改进措施。例如,更具体讲,当车辆爬坡时,随着爬坡角度的适时增大,负载转矩亦相应增加,而当“电机输出功率400w”所产生的驱动扭矩,若不能够平衡“负载转矩”的相应增加,则车速(电机转速)将有所下降,而由于车速即电机转速适时下降、则电机“反电势”适时减小,电机的输出功率(驱动扭矩)亦将随之增大。可见,在低于额定车速(最高限速)之情况下,随着车速的相应降低、车辆的“爬坡能力”亦将显著增强。很显然,由于“新六条”对于电机功率(标称值)给予严格限制,欲采用额定功率(标称值)较大之电机、来提高爬坡能力或是不现实的。鉴于此,相比之下,我们选择大幅提高电机过载(即“爬坡”)工况下之“做功效率”、来改善产品的“爬坡性能”,或是更切合实际的解决途径。现就此,我们不妨作如下更为具体的分析与探讨(谨供参考):

 

具体而言,当大坡度爬坡时,“负载转矩”将增加很多,则电机处于“过载工况下”运行,而电机的“实际输出功率”将远大于“额定功率(标称值)”。试想,若此时电机仍处于“高效率工作区间”,那么,电机的“做功效率(能量转换效率)”较高,则能够大幅减少电机做功时的“功率损耗”,进而可更有效减少能源(蓄电池)消耗,继而可相应延长车辆的“续航里程”。当然,据如上“改进思路”,我们是否需要重新设计一台“过载系数较大”的所谓“高效率”电机呢?其实问题没那么复杂,我们只要充分利于现有成熟技术、并合理、恰当应用于现有产品之优化设计便可。为此,笔者已在前文(续篇1及续篇2)中提出:采用现有成品电机、实施“降档(降速)使用”的改进方案。所谓“降档(降速)使用方案”,概括地讲,就是:选择“高一档及以上规格”的较大功率(较高转速)电机、作为“低一档及以下规格”的较小功率(较低转速)电机来使用。而该“解决方案”的最显著特点(技术优势)就在于:我们可充分利用“降档使用”之永磁电机、乃具有“功率放大功能”之固有特性(特征),来进一步提高电机“轴功率”输出(增加电机出力);继而使电机的“机械功率(P2)”输出、将>从电源(蓄电池)“实际汲取的电功率(P1)”。

 

进一步讲,我们之所以选择“电机降档(降速)使用方案”来改进产品设计,乃由于“新国标(新六条)”对于电机额定功率指标(标称值)给予严格限制,或因此而不得不选择的解决途径,但更为重要的是:上述解决方案不仅能够获得较为显著的实际应用效果;而且,就该方案如何能够增加电机出力之“作用机理”,笔者已在前文(续篇1及续篇2)中作了阐述、并通过样机实验乃印证了它的有效性。为能够进一步阐明前述“电机降档使用方案”的可实施性及其显著效果,本篇(续篇3-2)将通过列举“具体应用实例”予以验证,并根据“样机”实际测试结果(P1与P2对比)、来充分证明:“降档使用”之永磁电机,即便是能够做到P2>P1(或P1<P2)即“电机效率η>1”,但它并不违背“能量守恒定律”。有鉴于“对相关问题讨论”的连续性,我们延续前文(续篇2)的相关讨论内容,继续如下讨论(以供参考):

 

【续篇2内容提要】 ……我们选用“现有成品电机(永磁电机)”,将其“降档使用”、并用于目前电动自行车之“驱动电机改进(优化)设计”,它对于合理规避新国标(电机标称功率不大于400w)指标限制,大幅提升现有产品“动力性能(增强爬坡能力)”,或可谓具有“颠覆性”的改进效果。当然,我们若仅仅停留于对“相关原理(作用机理)”之分析与探讨,乃远远不够的;唯有付诸于具体应用,方能体现(有效证明)它的“实用性(可实施性)”。为此,我们将在之后的讨论中,通过列举“应用实例”来进一步阐明(验证):“降档使用”之永磁电机(无刷电机),是能够做到“电机效率η≧1的”;并依照目前的常规统计(计算)方法,通过对“相关参数(数据)”的检测、统计与计算来有效(充分)证明:“降档使用”之永磁电机(无刷电机),不仅能够做到“电机效率η≧1”,而且它并不违背“能量守恒定律”。

 

5. 关于“降档使用”永磁电机(无刷电机)的“能量转换效率与能量守恒定律”之研讨

 

据前文(续篇2)相关讨论内容可知,对于“降档使用”之永磁电机,它不同于“常规使用”之电机,即便是我们能够做到P2>P1(或P1<P2)即“电机效率η>1”,但它并不违背“能量守恒定律”。为能更充分的说明这一点、且便于之后相关问题的讨论,现就前文“核心要点”简要概括如下:公知的,目前广泛用于电动自行车产品之无刷电机(永磁电机),是由“永磁体”替换了励磁绕组,但它并不只是可以减少励磁绕组之“功率损耗”,而更主要的是,省去了励磁绕组,乃节省了电机做功时的“能量(电功率)消耗”。由于永磁体本身所具有的“励磁磁动势”,是我们利用“永磁材料”具有剩磁(矫顽力)之特性、预先“充磁”所获得的,只要永磁体“未退磁”乃长期有效(以逸待劳,或可谓“无偿的”)。据此而言,我们将“永磁电机”降档使用后,则与“常规使用”之电机相比,不仅能够相应增加“永磁体之能量(励磁功率)储备”,而且,这部分“能量(功率)储备”,若能够足以“抵偿”电机做功时所产生的“能量(电功率)损耗”、且尚有剩余。那么,我们最终获得的结果即为:电机的“实际输出功率P2”将>电机的“实际输入功率P1”(或P1<P2)。

 

基于如上讨论及其“预期结果”,我们首先明确“永磁电机”与一般“励磁电机”有何不同。具体而言,公知的,“永磁电机”与“励磁电机”的最根本区别就在于:它由“永磁体”替换了励磁绕组,而“励磁功率”所占电机额定功率(标称值)之比例大致相同(相当),即:通常皆为5﹪左右。据此,我们将永磁电机之“永磁体”预先充磁所获得的“能量储备”、折算成“励磁功率(电功率)”,它所占电机额定功率(标称值)之比例亦为5﹪左右。但二者同比有所不同的是:永磁电机之“励磁功率”乃我们预先储备的,当电机工作(做功)时、并不需要从电源(蓄电池)汲取这部分能量(电功率)。故而,当电机“输出功率(轴功率)”相同时,而永磁电机同比与励磁电机、则可以减少(节省)5﹪的“电功率消耗”。而沿此思路,试想,我们通过相应增加永磁体之“能量储备”,若将其折算成“励磁功率”、并使它所占电机额定功率(标称值)之比例且大于5﹪;同时,再将电机做功时所产生的“功率损耗(主要为电枢绕组的铜损及铁芯部分的铁损)”相应降低、且相当于“额定功率(标称值)”的5﹪及以下。那么,由“永磁体”所节省出的“励磁功率(电功率消耗)”,将足以“抵偿”电机(电枢绕组等)所产生的“电功率损耗”、且尚有剩余。至此,我们将会得出如下结果:

 

电机的“轴功率(P2)”输出、将>电机从电源(蓄电池)实际汲取的“电功率(P1)”,即“电机效率η>1”。当然,对此更需要解释与说明的是:对于“励磁电机(或感应电机)”来讲,欲使“电机效率η>1”乃无法做到的;但对于“降档使用”之永磁电机而言,不仅是能够方便做到的(之后将由“应用实例”予以验证),而且,它并不违背“能量守恒定律”。例如,据能量守恒定律内容可知:能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,只能从一种形式转化为其它形式,或者从一个物体转移到另一个物体,在转化或转移的过程中,能量的总量保持不变。据此或不难理解:由于“降档使用”之永磁电机,它相比于“常规使用”之电机,不仅相应增加了“永磁体”之能量(电功率)储备,而且,这部分能量并不需要从电源(蓄电池)汲取,但它也不会凭空消失、并实实在在的参与了“电机做功时的能量转换”,且转换为“输出功率(轴功率)P2”的一部分,进而提高了“电机出力”。据此或可以说明:这不仅是符合“能量守恒定律”的;而且更为重要的是,它将带给我们一些思考与启迪,例如:我们目前仍将“励磁电机(或感应电机)”的研究理论,乃套用于“永磁电机”的节能技术研究,尤其对于“降档使用”之永磁电机、则存在明显的局限性。具体原因及理由如下:

 

其一,针对于“降档使用”之永磁电机,我们若将“永磁体”预先充磁、且能够持续保持的“剩磁磁场(磁动势)”,折算成“励磁功率(电功率)”、并将其也列入(视为)电机“实际输入功率”之其中一部分,则整体上看P2是小于P1的,它是符合“能量守恒定律”的。其二,若按照目前常规统计(计算)方法,“永磁体之能量(磁动势)”并未有列入电机的“实际输入功率”,那么,从局部上看,P1将小于P2(或P2>P1),但这并不违背“能量守恒定律”,而是我们在统计电机工作(做功)时的“能量消耗来源上”出现了差错,未能做到“全面完整”的统计。也就是说,我们应该将“永磁体”预先充磁、且能够持续保持的“剩磁磁场(磁动势)”,折算成“励磁功率”,并将其也列入(视为)电机“实际输入功率”之其中一部分,然后再由“能量守恒定律”来解释它,方才是“全面与完整的”,仅此而已。为能更充分说明与印证这一点,我们将通过如下“应用实例”给予进一步验证。为便于理解和节省本文篇幅,我们延用前文(续篇1)给出的应用实例、作进一步研讨。具体如下:

 

前文(续篇1)中,我们选择一台现有成品电机(“三相六状态”BLDCM直流无刷电机),主要参数(标称值)为:额定功率780 W、额定电压60 V;该电机为“中高速(内转子)”电机,经“减速传动”后、所对应的车速预设为“31km/h”。而在此基础上,我们将电源电压(蓄电池电压)由原来的60 V改为(降为)48V后,则:车速,将由原来的“31km/h(预设车速)”下降为“不大于25km/h(实测与计算值为24.8km/h)”;同时,电机“额定功率(标称值)”,也将由原来的780 W 降低为“不大于400W(实测与计算值为399.36 W)”。很明显,如上指标(额定时速及电机功率)、皆能够满足(符合)“新国标(新六条)”相关标准要求。关于如上方案之“相关改进原理(包括验算与测试结果),请参见前文(续篇1)相关内容(具体细节就不再敖述了)。那么,接下来我们将对电机的“输出功率P2”与“输入功率P1”进行实际测量与对比,并就其“相关原理(作用机理)”作进一步阐述(以供参考):

 

首先,由“测功机”测得电机“转速n和转矩T”后,再由公式P2 = T*n/9.55计算得出P2为400W(即“标称值”);然后,我们再对电机的“输入功率P1”作测量与计算,具体为:当P2为400W时,实际测得电源电压(蓄电池端电压)为48.1(V)、蓄电池输出电流即“电机输入电流为7.9(А)”,则P1=U*I=48.1*7.9=379.99≈380(W)。很明显,如上测量对比结果为:P1=380W<P2=400W。当然,就此结果乃并非“偶然性”,现就其“作用机理”继续如下讨论:由前述讨论内容可知,励磁功率所占电机额定功率(标称值)之比例为5﹪,那么,额定功率(标称值)为780 W之永磁电机,将其“永磁体之能量”折算成“励磁功率(电功率)”即为“780*0.05=39(W)”。据此,我们还需要明确如下两个关键(核心)要点:其一,将780 W电机、降档为400W电机使用,电机本体我们未做任何改动,则“永磁体”之能量储备即“励磁功率”仍为39W,而且在电机做功时并不需要从电源(蓄电池)汲取这部分能量。其二,将电机由780 W降为400W后,电枢电流(电枢绕组载流密度)大幅减少,这不仅在额定功率(400W)输出时具有更高效率,而且当电机“过载工况下”运行时仍具有较高的“能量转换效率”,则电机(电枢绕组)之“功率损耗”亦将大幅减少。

 

结合如上讨论,我们再来探究“降低使用”之永磁电机、是如何能够做到“电机效率η>1”,或更便于理解。比如,更具体讲,所谓“电机效率”反映的是:将“电能(电功率)转换为机械能(轴功率)”之转换过程中所产生能量(电功率)损耗。那么,针对于“永磁电机”、它相比于“励磁电机”不同之处在于:其功率损耗主要为“电枢绕组的铜损及铁芯部分的铁损”。而由于我们将780 W之永磁电机、降档为400W电机使用,即相当于增加了体积(可视为增大了“机座号”),故而,当电机额定输出功率为400W时,电枢部分的功率消耗(而不是“功率损耗”)仅有361W,即:400-39=361(W)。据此、并就“电机效率(即:功率损耗)”之定义而言,则效率为:η=361(W)/380(W)=0.95<1。进一步讲,当电机额定输出功率(即:标称值)为400W时,电机做功所产生的“实际功率损耗”仅为19W,即:380-361=19(W);但“永磁体”预先储备的“励磁功率(电功率)”则为39W。故而,这除了能够抵偿“19W的电功率损耗”,而剩余的“20W(电功率储备)”亦将转换为“电机输出功率(轴功率)”的一部分,继而使P2=361+39=400(W)>P1=361+19=380(W)。

 

诚然,针对于上述“P2>P1(或P1<P2)”,我们用“效率η>1”来描述它或是不够严谨的,这是因为,对于“降档使用”之永磁电机,所谓“效率η>1”,就其本质上讲,它反映的是:乃由于电机“实际能量(电功率)消耗”的相应增加,而相应增加了电机的“轴功率(P2)”输出;只不过所增加的这部分能量(电功率消耗)是由“永磁体”所提供的,并未从蓄电池汲取这部分能量,可谓“实际使用中乃无偿的”。可见,我们虽然得出“P2>P1(或P1<P2)”之结果,但这并非“电机效率”真正有大幅提高,而是由于“实际能量(励磁功率)消耗的相应增加”所得出的结果,仅此而已。很明显,若严格依据“电机效率(即:功率损耗)”之定义、来解释“P2>P1(或P1<P2)”乃不够确切、也不严谨;但就“实际应用效果(节能效果)”来讲,却相当于(等效于):电机效率获得了较大幅度提高。鉴于此,我们或用η′来表示“降档使用”之永磁电机效率、以示区别,但这似乎也并非十分重要,而更为重要的是:我们得出的最终结果则为η′= P2/P1 =400(W)/380(W)=1.0526>1。

 

基于如上讨论,我们不妨再换一个角度来探讨“电机效率与节能效果”二者间关系。比如:就前述“实施例”而言,当电机做功时,若“能量(电功率)损耗”≦ 39W、则相当于(或视为)η′≧1;而当电机“过载(爬坡)工况下”运行时,随着电机“输出功率(轴功率)”的相应增加,电机做功时所产生的“功率损耗”亦相应增加,若“功率损耗”≧39W、则电机效率将为η≦1。但对此,更需要指出的是:针对于“降档使用”之电机,当“过载(爬坡)工况下”运行时,尽管电机效率或η≦ 1,但它同比与“常规使用”之电机,其“过载能力”显著增强,即:电机“过载工况”下运行时,仍处于“较高效率工作(运行)区间”。故而,能够有效降低(减少)功率损耗,继而能够较大幅度减少(节省)能源(蓄电池)消耗。对此,我们已在前文(续篇2)中作了较详尽阐明,但由于“前文相关内容”涉及之后“相关问题”的进一步讨论,现就其“核心要点”简约概括如下(以供参考):具体而言,针对于“电机降档使用方案”,就其本质上讲,乃相应增加了电机体积(可视为增大了“机座号”),那么,它相比于“低一档及以下规格(同等容量)”的常规使用电机,而由于“电磁材料用量”的相应增加,则“电机性能(节能效果)”亦将发生如下明显变化:
 

其一,由于电枢绕组“用材(铜)量”相应增加,电枢绕组“载流密度”相应减小、发热程度相应降低,则“铜损”将相应减少;其二,由于电机体积的相应增大,磁路即铁芯“截面积”相应增加,磁路磁阻相应减小,不仅铁损(主要为铁芯部分的“磁滞损耗”)亦相应减少,而且,更为重要的是:由于“电机铁芯部分”用材量的相应增加,当电机过载工况下运行时,则电机仍具有较高的“能量转换效率”,即:尚未进入“磁路过度饱和区域”。因此,这对于大幅降低电机过载工况时的“功率损耗”,继而更有效减少(节省)电源(蓄电池)消耗、以相应“续航里程”,都将会产生尤为显著的实际效果。不仅如此,针对于“降档使用”之永磁电机,它同比与“常规使用”电机,不仅仅是“电枢绕组及铁芯部分”的用材量相应增加,而“永磁体”之体积(用材量)亦同比例相应增加,则相应增加了“能量(励磁功率)储备”,这既可以“抵偿”一部分“功率损耗”,亦相应提高了电机出力。据此,我们或可以得出(给出)这样的结论:针对于“降档使用”之永磁电机,即便是我们能够做到(或视为)“电机效率η′>1”,但它并不违背“能量守恒定律”。其充分理由更在于:

 

首先,电机做功(将电能转换为机械能)过程中,乃遵循了“能量的总量保持不变”之能量守恒基本原则,则理论上是成立的。再者,由前述“样机测试结果”也充分证明(验证):将“永磁电机”降档使用后,由于“永磁体”之能量(电功率)储备的相应增加,而具备了“功率放大功能”之特性(特征),则能够相应增加“轴功率”输出,乃符合“客观事物存在规律”。不止如此,基于“如上参考结论(技术观点)”,我们还可以进一步拓展“改进方案”,例如:我们或可以选择额定功率(标称值)更大一档的现有成品电机(如:1000W及以上规格),将其降档为“400W(标称值)”来使用,则与前述实施例之“780 W电机”相比,其效果或将更为显著。当然,这里需要提示的是,由于电机的“适时输出功率(如:轻载、过载等运行工况)”,乃随着负载转矩之变化而变化,因此,我们在考虑(侧重于)“过载运行工况”的同时,也要兼顾“轻载工况”时的“电机性能与节能效果”。但有一点乃十分明确的,那就是:我们所选择的成品电机,对其本体未作如何改动,那么,我们只要将所选用的“电机规格”控制在适当(合理)范围内,皆可获得尤为显著的节能效果。对此,笔者已在前文(续篇2)中、结合“电机磁系统(磁路原理)”作了较为详尽阐述(谨供参考)。

 

诚然,就前述“电机降档使用方案”而言,它之所以能够获得显著的节能效果,而就其本质上讲,乃通过增加电机体积(或视为:增大了“机座号”)、方能够实现的。或因此,我们通常会认为:这将会大大增加实施成本,而且,电机体积(重量)的增大亦将给“整车设计”带来不便。其实不然,据“电机设计原理”可知:当电机“电磁负荷/单位体积”一定、且电磁材料(材质)相同时,电机功率指标(标称值)越大、则电机体积越大;但同时,我们不能忽略电机“转速与体积”二者间的对应关系,即:额定转速愈高、则体积愈小。也就是说,额定功率(标称值)相同的电机,额定转速较高之电机,它相比于额定转速较低之电机体积要小。据此可见,即便我们选择“高一档及以上规格”的高转速电机(降档使用),但它同比与“低一档及以下规格”的低转速(常规使用)电机,电机体积亦不会明显增大、甚至更小。为能充分说明这一点和便于理解,我们不妨列举一个较为直观的例子加以说明,例如:目前电动自行车使用的轮毂电机中,采用“无刷有齿”减速传动方式的高速轮毂电机,它相比于“无刷无齿”直驱方式的低速轮毂电机,当电机功率(标称值)相同时,最终驱动车轮转动之扭矩亦大致相同,但“高速轮毂电机”体积(电机本体)、要远小于“低速轮毂电机”。据此而言,我们之所以选择“电机降档使用方案”,其更重要理由或在于如下方面:

 

首先,该解决方案能够合理规避“新国标(新六条)”相关条款的过度限制,进而有效改善了产品之“爬坡性能、续航里程”等实用性能,将有助于我国中西部地域诸多“新兴市场”的更充分开发,以拉动“产销市场”可持续发展。再者,该解决方案不仅简便易实施,而且,其显著特点(技术优势)更在于:它对于大幅提升“电机做功效率(提升能效比)”,乃突破了“现有技术条件(固有设计观念)”桎梏,或可谓具有“颠覆性”的改进效果。除此之外,该解决方案对于满足“新国标(新六条)”、关于“具有脚踏骑行功能”之条款要求,也提供了较为便捷的“实施条件”。比如,在前文(续篇1)列举的“实施例”中,我们可选择“外置式”电机(降档使用),再经“外置式”减速装置与车轮毂实施传动链接。这样,不仅可选用较高转速电机、来显著提高电机“做功效率(提升能效比),并且,选择高转速电机、则能够大幅减小电机体积,而电机体积的相应较小、将更有助于“整车及其传动系统(装置)”的优化设计。基于此有利条件,我们便可将“电机驱动部”与“脚踏驱动部”二者间、设计成“相互独立(互不干扰)”的驱动(传动)系统,进而能够方便做到“保留并具备良好的人力骑行(脚踏)功能”,继而可充分满足“新国标(新六条)”之相关要求。

 

结语:随着“新国标修订框架(即:新六条)”的确立、并据“四部委”提出的进度要求,“新国标”将有望近期出台。而在“新国标”尚未正式出台之前,是否还有“变数”、不得而知。但有一点或是可以预计到的,那就是:寄望于“新国标修订框架”在短期内再作出较大调整之可能性甚微。鉴于此,我们不妨换一个角度思考问题,或可以通过技术上的突破、来合理规避“新国标(新六条)”及其相关条款的过度限制,进而更有效提升产品的实用性能、以扩大市场需求,继而拉动“产销市场”可持续发展。当然,相对客观地讲,就专业技术角度、以及现有技术条件而言,近乎苛刻的“新国标修订框架”及其相关要求,对于电动自行车行业及其相关企业来讲,所面临的挑战乃可谓是巨大的。但笔者认为,寻求技术上的突破、来优化产品之“爬坡性能、续航里程”等实用性能,或远比寄望于(期待于)“新国标修订框架”作出较大调整、要容易的多;这不仅更切合实际(中国特色之国情),而且,基于现有条件或是能够做到的,关键在于:我们能否突破“现有技术条件(固有设计观念)”桎梏。而这也是笔者撰文探讨相关问题之初衷与目的所在,希望本文或起到些参考作用,鉴于笔者水平所限,本文所述观点(技术解决方案)或存在不妥甚至错误之处、敬请不吝指正。

 

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全部评论 PINGLUN

    游客 2015-9-30 15:59:16

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