據中國自行車協會最新數據顯示,目前我國電動自行車保有量逾2億輛,年銷量逾3000萬輛。那么,就這兩組數據而言,它對于整個行業及產銷市場今后發展或預示著什么?乃值得推敲與探究。其中,年銷量逾3000萬輛這組數據是通過統計而得出來的,則相對準確,而保有量已超過2億輛則更大程度上或是一種估算。比如,參考2010-2011年度相關數據顯示其保有量約為1.2億輛;又據2011至2013年度統計數據顯示,連續3年的平均銷量也都在3000萬輛左右。很明顯,若用這3年累計銷量的總和、再加上原有1.2億保有量,目前社會保有量似乎已超過2億輛。其實不然,這是因為在過去的3年間,諸多生產廠家、包括規模企業,較多采用了“產品換購、低價促銷”等營銷方式,因而在每年所取得的約3000萬輛銷量之中,“替換量”則占了相當部分。也就是說,目前的實際“社會保有量”或尚未達到所估算的2億輛。
當然,表面上看,我們分析上述兩組數據的準確性似乎并非十分必要,但它卻能夠真實地反映出目前產銷市場的實際狀況,更能折射出整個行業當前的生存現狀。比如,目前“產大于銷、產能過剩、庫存積壓”日趨嚴重,而“增長見頂、銷量下滑”之趨勢也已成為不爭的事實。種種跡象表明,我國電動自行車行業或已步入“發展瓶頸期”。顯然,鑒于當前產銷市場現狀,如何來應對,或已成為諸多生產企業乃至整個行業能否可持續發展當務之急。然而,對于目前銷售市場所呈現的“增長見頂、銷量下滑”發展趨勢,我們若將其歸結于“消費市場或已趨于飽和”,那就過于簡單、籠統,而且也不客觀。為便于進一步分析和探究其真實原因所在,我們不妨將目前的消費市場、可大致劃分為“既有消費市場”和“新增消費市場”兩部分,來分別加以分析與研究。這將有助于找出制約行業及產銷市場可持續發展的確切原因所在,以便探尋更為有效之解決途徑(應對之策)。具體探討如下:
就所謂“既有消費市場”而言,它對于產銷市場的拉動將取決于現已使用產品“替換量”之多少。很顯然,由于我們近幾年來通過“產品換購”等方式,或已提前過度透支了該“既有消費市場”;因而欲通過進一步挖掘“替換量”、來拉動產銷市場的可持續發展,它的作用及其效果已很有限。并且,預計短期內(今后2-3年內),“既有消費市場”之替換量還將會更為減少。而之所以做出這樣的推斷,其理由在于,若按照產品的替換(更換)周期,通常在5-8年之間來大致測算;那么,下一輪“替換量”增長高峰期至少(最快)也得在3年后或將出現。因此,更確切的講,就目前銷售(消費)市場所呈現的“增長見頂、銷量下滑”之跡象,則更大程度上反映的是“既有消費市場”之替換量乃趨于減少。
那么,與“既有消費市場”之“替換量”相比,而所謂“新增消費市場”其銷量增長空間、即社會保有量之容量,還有多大呢?這或許更值得我們關注和探究之問題,因為它更關乎到整個電動自行車行業及其產銷市場能否可持續發展。現就此,我們給予更為具體的分析(供參考)。具體而言,回顧我國電動自行車產業(行業)發展過程或不難發現,而隨著電動自行車的逐步普及與保有量的不斷攀升,則傳統自行車的保有量也隨之下降;并且,二者間在數量上的“增加與減少”也大致相當。例如:在上世紀八九十年代傳統自行車較為普及的鼎盛時期,據相關數據顯示,其保有量逾5億輛之多;而截止到2013年度的相關數據顯示,我國自行車保有量則已下降至約為3.7億輛。很明顯,而目前電動自行車保有量已增至(趨于)2億輛,這與傳統自行車保有量的下降、其數量上基本吻合。由此可見,由于目前自行車保有量仍為電動自行車保有量的約2倍左右;那么,這就為電動自行車逐步替換傳統自行車,仍然留有充裕的市場空間和較為有利的市場條件。
首先,就電動自行車的基本功能特征而言,它與傳統自行車同為“非機動車”屬性,因而駕駛電動自行車無需“機動兩輪車”駕照、且綜合使用成本也相對低廉,乃符合更廣泛普通大眾消費者的消費意愿與實際需求。再者,作為更多中低收入群體即更廣泛人群的日常交通代步工具,它相比于傳統自行車,不僅駕車更為輕松快捷、續航里程也相應延長;而且,與當前人們的工作、生活節奏相吻合,更與目前的道路設施、交通現狀相匹配,如:可緩解交通高峰期擁堵、提高通勤效率和方便更多人出行,等等。因此,電動自行車逐步替代(替換)自行車、而成為更多普通百姓之“剛性需求”,仍然是現階段的一種發展趨勢。并且,其有利條件還在于:電動自行車的市場容量即社會保有量仍有較大提升空間,只不過隨著電動自行車保有量的不斷提升,而傳統自行車的保有量將會隨之下降,僅此而已。
但需要指出的是:就目前電動自行車消費市場現狀來看,由于更多消費者對于產品的“經濟實用性特點(性價比)”要求或更高;那么,如何在總體上給予產品更為客觀準確的市場定位乃“至關重要”,它對于發掘更廣泛消費市場、進一步提升普及率即社會保有量,或將起到決定性作用。然而,就“新增消費市場”的更有效發掘而言,目前諸多生產企業雖然也都在做,但“切入點”或過于局限且雷同,它對于拉動產銷市場可持續發展的實際效果,或有待于驗證。
例如,更具體的講,隨著更多新技術的相繼出現、并成功移植應用于電動自行車產品的創新設計;或是由于我們急于擺脫“低端產品”的印象,來烘托出電動自行車乃“高科技、高檔化及時尚化”產品;特別是,欲贏得更多年輕消費者的青睞,甚至提出所謂“搞定90后”便可以拉動產銷市場的可持續發展,等等。其理由或出發點則源于,即便是產品價格偏高或也能夠激發年輕人的消費欲望(購買意愿),這似乎已經找到了解決行業可持續發展的有效途徑。其實不然,更為客觀地講,就更廣泛消費市場的進一步發掘而言,它的局限性或是顯而易見的。比如,我們在所謂“搞定90后”的同時,更不能忽略80后、70后乃至60、50后,這一更大、更廣泛消費群體;而相比于90后,他們更傾向于“理性消費”,因而“物美價廉、經濟實用”之產品乃他們的首選。
因此,我們如果能夠在現有產品之基礎上,做到(實現)產品“性價比”的更顯著更高,將有助于“新增消費市場”的充分發掘。比如,我們在提升產品“技術含量及實用功能”的同時,若能夠較大幅度的降低產品實施成本及產品價格。那么,它對于擴大市場需求、進一步提升普及率即社會保有量,繼而拉動產銷市場的可持續發展,無疑將會帶來更為顯著的實際效果。據此而言,筆者以為,我們或應該重新審視和探究:什么是電動自行車產品自身所要重點研究的所謂“核心技術”?以便找出影響產品成本(價格)的“關鍵要素(主要因素)”,這將有助于提出更有針對性的技術解決方案、并付諸實施。為此,我們不妨就電動自行車產品相關技術研究等有關問題,作如下進一步探討(供參考)。
1 關于“電動自行車技術及其相關研究”之探討
眾所周知,電動自行車是由傳統自行車增設“電驅動系統”演變而來,至于什么是電動自行車之“核心技術及其研究內容”?尤其是,真正屬于電動自行車產品自身所要重點研究的“關鍵技術(核心部件)”,我們或不易給出簡約明了的劃分與界定。但就所增設的“電驅動系統”本身而言,概括地講,其相關技術研究及其研究范疇或主要包括:“高能效”驅動電機(驅動系統)及其調速控制技術,“高性能”動力電池及其管理系統、以及充電技術等。而且,隨著更多新技術的相繼出現與成熟應用,也在不斷豐富和影響著電動自行車產品的優化改進與創新設計。諸如,智能化、互聯網(物聯網)及GPS定位防盜技術的應用等等。
由此可見,所謂電動自行車技術及其相關研究,或更多體現于,它乃結合自身特點、充分運用現有成熟技術、最新技術,來不斷豐富、優化及改進產品設計;并且,應以提升產品綜合經濟技術指標(如:高能效比、高性價比),作為電動自行車技術研究之核心內容。為此,更需要指出的是,我們在移植、借鑒即運用更多新技術,來不斷豐富和優化產品設計的同時,或更應該強調和重視:對于“動力電池、驅動電機”兩大基礎性核心部件之不斷改進,以期技術上能有較大突破。這是因為:它直接影響(涉及)整車產品綜合經濟技術指標(性價比)的進一步提升,更關乎到整個電動自行車行業及其產銷市場的可持續發展。現就此作為本文研討主題,我們展開如下相關問題的深入討論。
2 關于制約行業可持續發展的技術原因分析及其優選解決方案探究
就技術角度而言,目前電動汽車產業發展是以電池技術(儲能技術)創新研究為戰略核心。而基于此技術發展思路,那么,電動自行車行業或也不例外,例如,較直觀地講,就“動力電池”技術創新而言,如果能夠在現有電池產品及其技術研究之基礎上,做到(實現)電池“能量密度(比容量)”的倍增、以至更大幅度的提升;那么,不但有助于整車產品的進一步優化設計,而且將會帶來尤為顯著的市場(商業)效果。比如,更具體地講,隨著我國現階段經濟與社會發展、以及新型城鎮化建設的不斷推進,現如今城市不斷擴大、道路隨之延伸,致使人們日常騎車出行距離亦相應延長。那么,若能夠做到電池“能量密度(比容量)”的進一步(大幅)提高,不僅有利于實現整車“輕量化”設計,并且可大大提高續航能力(里程),則能充分滿足更多、更廣泛大眾消費者的實際需求。顯然,這對于發掘更廣泛“剛性需求”市場,推動和促進電動自行車產品更為廣泛之普及;從而進一步提升普及率即社會保有量,繼而拉動整個行業及其產銷市場可持續發展,將會帶來更為顯著的實際效果。
可是,就目前技術發展現狀而言,對于“新一代”高能量密度電池產品的研制及其商品化開發,乃世界范圍內所研究與亟待解決的技術難題;而且,就其研發周期(規律)而言,其難度更在于:即便是實驗室研究獲得突破,但要真正轉化為“低成本、高性價比、以及高安全性能”之產品,仍需要有一定(或相當長)的時間過程。或因此,而在短期內尚難以投入商品化實際應用。鑒于此,我們通常可能會這樣認為,制約我國電動自行車產業(行業)可持續發展的“技術瓶頸”,或由于“高能量密度電池”產品的研發,目前尚未能取得突破性進展。其實不然,若從宏觀的角度看、或者更為客觀地講,就現階段電動自行車行業發展而言,限于目前電池產品及其技術發展現狀,我們不妨調整一下研究方向,換一種“技術思路”來思考并解決問題,或可以有效突破這一“所謂技術瓶頸”。
例如,我們可引入“能效比”之參數概念,作為衡量“電驅動系統”效能指標高低的依據,來判定及評估“電驅動系統”的改進效果(節能效果);并以全面提升整車產品綜合經濟技術指標(能效比、性價比),作為技術創新升級之“核心內容”即研究主題。而這樣,或將使我們的技術思路(研究方向)更明晰,改進方法(技術措施)更捷徑、更有效和更便于實施。具體而言,比如,我們如果能夠在現有電動自行車產品之基礎上,或者說同比與現有產品,做到驅動電機自身功效即“能效比(電磁轉矩/電機軸功率)”的倍增、以至更大幅度提升;那么,它所產生的實際應用效果乃相當于(等效于):電池“能量密度(比容量)”的倍增、以至更大幅度提升。顯然,它與現有產品同比,即可在“驅動扭矩、續航里程”均相同等前提下,便能減少(節省)“一半(1/2)及以上”的電池能量(能源)消耗。更具體的講,若與現有產品同比,而在“電池容量配置相同”等前提下,則可以獲得續航能力(里程)的“倍增、以至更大幅度”提升。
或者,更進一步講,若與現有產品同比,而在“續航里程相同”等前提下,則能相應減少(節省)“一半(1/2)及以上”的電池容量配置。不僅如此,它還將給整車產品的進一步優化設計,大幅降低實施成本,顯著提升其綜合經濟技術指標,將會產生積極地一系列顯著變化,或將帶來可謂“牽一發而動全身”之顯著效果。比如,電池容量配置的相應減少,則可以減輕車架、車輪及軸等受力部件之載荷,有利于減少(節約)用材和進一步減輕整車重量。又比如,電池容量配置的相應減少,不僅僅是整車造價及購車費用相應降低,而對于電池到期(定期)更換之費用、以及“可減少充電費用”等長期綜合使用成本將更為低廉,則“性價比”大幅提高。再比如,電池容量配置的相應減少,將有利于“快速充電”方案得以有效實施(更方便實現),則可以大大縮短電池充電時間,給產品使用者短時應急補充電能提供方便,實用性更為增強。
還比如,與現有產品同比,若在“電機驅動扭矩(電磁轉矩)相同”之前提下,如果能夠實現驅動電機自身功效(能效比)的進一步(大幅)提高,那么,所需驅動功率(電機額定功率)將更為減小;而這樣,還可以有效降低“調速控制系統(裝置)”制作成本,即:調速控制器的“功率器件”所需功率配置相應較小(功率器件所需耗散功率較小)。如此等等,不勝枚舉。綜前所述,很明顯,我們僅從“預期效果”之分析就不難看出,欲更有效突破目前“電池技術”的瓶頸制約,我們選擇提升電機自身功效(能效比)之改進方案,則是更為積極地解決途徑。而它所帶來的實際應用效果乃尤為顯著的,包括節能效果、降本效果以及產品實用性能的提高等等。對此,本文還將在之后的討論中,結合具體實施案例再給予進一步闡述。而為了能夠充分說明上述解決途徑(技術方案)的“有效性、合理性及其先進性”,我們不妨先就什么是電動自行車產品的“核心技術即研究主題”,作如下探討,以便于之后我們對于相關問題的更深入討論。
3 關于電動自行車“核心技術定義及其研究主題”之探討
綜合之前相關問題討論及其分析,我們再來探討什么是電動自行車之“核心技術”?尤其是,真正屬于電動自行車產品自身所要重點研究的“關鍵技術(核心部件)”,或可以給出較為確切的“定義”。首先,就電動自行車“核心技術”之概念而言,根本上講乃“電動”的概念,或者更具體的講就是“電機”的概念。那么,它就與其它所有電器產品一樣,如何來實現其“高效節能”設計,則應作為產品改進最為核心之研究內容。也就是說,對于驅動電機(電驅動系統)“節能技術”的研究,應作為電動自行車產品之核心技術、乃始終不變的研究主題。當然,就“電驅動系統”總體而言,電源部分是不可或缺的,也就是說,“動力電池”仍然是電動自行車產品“關鍵部件”之一。這是因為它所占整車成本比例相對較高,包括電池本身成本、以及電池到期(定期)更換等長期綜合使用成本。因而電池本身性能的優劣將直接影響整車產品的品質與“性價比”。
然而,盡管如此,它也并非電動自行車產品本身所要重點研究之“核心技術”,其理由或在于,雖然“動力電池”與“驅動電機”二者同樣都是電動自行車產品最為核心之“關鍵部件”,但對于二者所要重點研究之技術內容即研究主題,或有本質上的區別。具體的講,就整車產品構成而言,“動力電池”其本身更大程度上或只是重要配件而已。因此,對其相關技術研究或應側重于如何來提高電池“利用率”,如:可通過優化改進電池管理系統及充電技術,以相應減少電池“自放電”及電能(能源)損耗、延長電池循環使用壽命等。再者,進一步講,對于電池技術(儲能技術)的創新研究,更多涉及“材料、化學”等基礎科學及其相關技術領域,而且乃世界范圍內目前所重點研究之課題;這是因為它更關乎到諸多相關產業(如:電動汽車等產業)的技術進步與未來發展,而不僅限于電動自行車行業及其相關產品。另外,就整車優化設計而言,我們還可以通過提升驅動電機功效(能效比)等相關改進措施,來減少電池能量消耗及其容量配置,便能降低電池成本。
不僅如此,更需要指出的是,即便是我們通過優化改進電池管理系統及充電技術,或可以相應提高電池“利用率”,但就所能夠帶來的“節電效果(能效比的提高)、降本效果(性價比的提升)”而言,或是微不足道的。遠不如:通過大幅提升驅動電機自身功效(能效比)來得顯著。而且,對于電池充電技術等相關優化改進措施,或已經廣泛應用于現有產品設計之中,則進一步優化改進空間或已極其有限。至此或可以說明,就“電池技術及其產品創新研究”而言,它并非電動自行車產品本身所要重點研究之核心技術。而與之相比,對于“驅動電機及其節能技術之研究”則不同,其重要性就在于:不但是“節能(節電)效果”顯著,而且它將直接影響整車產品綜合經濟技術指標(性價比)的進一步提升,特別是“降本效果”乃尤為顯著。據此可見,我們之所以將提升電驅動系統(驅動電機)功效即“能效比”,定義為(作為)電動自行車產品之“核心技術即研究主題”,是因為它更能體現出:電動自行車產品之“經濟節能、低碳環保、輕量便捷”等諸多優點及其產品優勢。
況且,限于目前的市場條件、技術條件、以及“相關技術標準限制”等前提下,如果能夠實現驅動電機自身功效(能效比)的大幅提高,它對于現有產品之改進及其產銷市場的可持續發展,將會帶來更為顯著的積極效果(市場效果)。對此,我們不妨作如下進一步探討。
例如,我國電動自行車產業經過十余年的發展,尤其是近年來的快速發展,不僅現有“剛性需求市場(既有消費市場)”或趨于飽和,而且消費者對于產品實用性功能之要求亦相應提高。而為了適應和滿足更廣泛大眾消費者的實際需求,目前在車型設計上或已發生了很大變化,最典型的就是省去了“腳踏驅動部”。比如,目前較為流行的“滑板型(踏板型)”等電動款車型,并已逐步成為市場上的主流車型。究其原因,或不難發現:省去“腳踏驅動部”,則使得鞍座及駕車者重心高度大大降低。其效果在于:與傳統車型相比,可由原先的騎姿駕車方式變為坐姿駕車,駕車舒適性改善;尤其是,當停車及車輛起步前可由雙腳著地支撐,而特別對于雨天穿雨披駕車出行時,則安全性將大大提高。顯然,若從方便駕車和提高行車安全的角度考慮,或有它的合理性;并且,它與當前消費者的實際需求及消費(購買)意愿相吻合,故而能夠贏得更多、更廣泛大眾消費者的青睞。
但問題是,電動款車型不足之處就在于,為滿足“爬坡能力、續航里程”等相關實用性功能要求,不僅要求“驅動電機”功率配置相應較大,這使得“動力電池”的能量(電能)消耗及其容量配置相應增加,將導致整車造價、以及電池到期(定期)更換等綜合使用成本或大幅增加;而且,更為關鍵的是,增大電機功率(額定功率)配置,將受到現行技術標準(國標)的限制。據此,或不難發現,就目前市場上主流車型之“電動款”產品而言,若按現行“國標”相關技術標準要求,一旦電機功率給予嚴格限制,那么,目前市場上大多產品或都將劃歸“超標車”范疇。這將會導致現有產品消費市場的進一步萎縮,則無益于行業及產銷市場的可持續發展。但是,我們若是通過進一步(大幅)提升電機自身功效(能效比)之技術途徑,則可以有效解決上述相關問題。具體探討如下:
比如,按現行“國標”要求,電機額定功率上限指標為240W;那么,若與現有產品同比,如果能夠做到(實現)電機自身“功效(能效比)”的倍增,即可獲得“電磁轉矩(驅動扭矩)”的倍增,則與現有產品480W電機所獲得的電磁轉矩(驅動扭矩)相當。由此可見,這既能規避現行技術標準對于電機功率(上限指標)的限制,也可滿足消費者對于產品相關實用性功能(爬坡能力、續航里程)之要求,將更有助于產銷市場的可持續發展。不僅如此,這里更需要作出補充說明的是,就電動自行車行業現階段發展而言,我們寄望于“新國標”能夠盡早頒布實施,它對于拉動產銷市場的可持續發展或是有益的。比如,對于車速(最高限速)、裸車重量(不含電池重量)等相關指標均給予適當放寬,以及電動款車型無需安裝腳蹬(即:腳踏驅動部)等等。而這些,“新國標”修訂中較容易達成共識,但對于較大幅度的提高電機功率(上限指標)仍有相當難度。據悉,“新國標”的最終送審稿,已對電機功率指標做了相應的調整。然而,有一點或可以預計(預見)到的,那就是:作為非機動車屬性的電動自行車,寄望于“新國標”將“電機功率(上限指標)”能給予適當放寬,但欲達到目前產品中“電動款(即所謂電摩款)”電機的功率,或是不現實的。
綜上所述或表明,對于如何更有效突破現階段行業發展瓶頸制約,當務之急更在于加速“關鍵技術(核心部件)”的全面轉型升級;更具體的講,就是:加快“高能效比”驅動電機的研發與技術升級。甚至可以說,我們只有掌握并擁有這一“核心技術”,方能“以不變應萬變”,其現實意義更在于:既能合理規避“相關技術標準”的限制,也可有效突破目前“電池技術”的瓶頸制約,更能夠充分滿足產品相關實用性功能的設計要求,如:爬坡能力、續航里程以及“輕量化”設計等等。很顯然,“高能效比”電機之概念及其技術升級方案的提出,若是能夠達到“預期實際應用效果”。那么,它對于現有產品之改進與技術上之突破,或可謂“顛覆性的”;并且,就“更有效推動行業及產銷市場的可持續發展”而言,也可謂“事半功倍”。
當然,前提是:限于目前的技術條件下,我們是否能夠做到電機功效(能效比)的大幅提高?這才是解決問題之關鍵所在。否則,對于之前所有問題的討論,將無任何實際意義。不僅如此,更不難想象是,就本文前述之“解決途徑(技術方案)”而言,對其“可行性”通常都會提出諸多疑問;尤其是,對于“高能效比”電機之提法(技術觀點),是否具備“可實施性”或產生質疑。而這也是本文所要著重探討、乃須重點闡明之關鍵(核心)問題。為此,我們不妨作如下進一步探究,并就“高能效比”電機之概念及其研究主題給予深度解析,或有助于理解本文將在之后所給出的具體改進實施方案。
4 關于“高能效比”電機之概念及其研究主題解析
就我們通常所說的“高效節能”電機而言,它所要研究與解決的問題是,如何通過相應的優化措施、來減少電機本身做功所產生的各種損耗,以提高電機“效率”(即:提升電機的“能效等級”)。進一步講,它是基于一定的“效力(效能)平臺”來改進產品設計,而由于電機最高“效力(效能平臺)”乃既定的,故無法做到電機功效(能效比)的倍增、以至更大幅度的提升。而與之相對照,這里需要著重強調和明確的是,所謂“高能效比”電機,它不同于我們通常所說的“高效節能”電機,其區別就在于,它不僅限于提高電機效率,而是在提高電機效率(提升能效等級)的同時,更注重于如何來實現電機的“高效力(做功能力)”,即:如何來實現由更小的軸功率(額定功率)、來獲得更大的電磁轉矩(額定轉矩)。更直觀地講,比如,我們可以通過選擇更高“效力(效能)”之技術平臺,來實現電機“能效比(電磁轉矩/電機軸功率)”的大幅提高;或者是說,基于“高效力(高效能)”技術平臺所設計出的電機產品,它的做功能力即“電機效力”原本就較高。顯然,這與我們通常所說的“高效節能”電機,乃截然不同的兩個概念。
再進一步講,就我們通常所說的“高效節能”電機而言,它是基于一定(既定)的“效力(效能)平臺”,來探究如何使電機效率(電機軸功率/電機輸入功率)獲得相應提高,以減少電機本身做功所產生的“功率損耗”;也就是說,它側重于如何來提升電機的“能效等級”;很明顯,即便是我們將相關優化改進措施做到極致,電機效率也不可能超過1;因而所能夠帶來的節能(節電)效果甚微。而與之相對照,所謂“高能效比”電機及其研究主題,則在于(注重于)如何來選擇“高效力(高效能)”之技術平臺,以實現電機功效(能效比)的倍增、乃至更大幅度提升;它更側重于如何來提升電機效力(做功能力)即“效能指標”。據上所述,應該不難看出:二者間的區別,不僅僅是“技術研究內容”有所不同,而且,就“更大幅度減少能源消耗即最終所能帶來的節能效果”而言,乃并非同一“數量級”之概念。
當然,我們僅僅給出“高能效比”電機的“概念(或定義)”,乃遠遠不夠的,還必須設定相應的前提條件來探討問題。例如,我們可將現有產品多采用的“低速輪轂電機及其直驅方式”作為背景技術,并且,還應該在相同技術條件下來討論問題。比如,電機有效元件的“體積、重量、材質”即原材料成本等等,應該相同或大致相當。否則,我們若以大幅增加“有效元件”的材料成本等方式(方法),或是能夠做到電機功效(能效比)的大幅提升;但這既沒有“可比性”也失去了研究價值。顯然,限定前提條件來探討研究“高能效比”電機的優化設計,乃更有實際意義(具有實際應用價值)。關于“高能效比”電機的具體優化設計方案,我們將在之后的討論中、結合具體實施案例一并給出。而在此之前,有必要就“高能效比”電機的可行性即可實施性,為何會出現疑問(或產生質疑)其主要原因給予剖析,這將有助于之后我們對于相關問題的更深入討論。
就為何會產生疑問(或質疑)的“理由”而言,并不難想象。比如,公知的,電機乃根據“電磁感應”基本原理而構成的;而且,由“轉矩公式”可知,電機之額定轉矩(電磁轉矩)與電機額定功率(軸功率)成正比,而這一基礎理論乃不容改變的。顯然,若從表面上看,所謂“高能效比”電機之提法(技術觀點),似乎有悖于上述“基礎理論”。其實不然,據前述內容所給出的相關“概念、定義”可知,所謂“高能效比”電機,乃通過選擇更高“效力(效能)”之技術平臺,來實現電機“能效比(電磁轉矩/電機軸功率)”的提升;或者說,電機“能效比”之提升乃通過選擇“高效力(高效能)”技術平臺來實現的,因而并不需要“基礎理論”上的突破,這是因為:就該新的“技術平臺即高效力(效能)平臺”而言,它對于電機之“轉矩∝功率”二者間關系并未有任何改變;仍然符合上述“基礎理論”(該問題之后還將給予進一步闡明)。據上所述可見,導致質疑“高能效比”電機不具備“可實施性”的原因,或只是一種誤解。誠然,除了上述“質疑理由(或誤解)”之外,還有一個重要原因那就是:或是由于受到“先入為主”等主觀或客觀因素的影響,但我們仍停留于“慣性思維方式”來思考并解決問題,這難免會使我們的技術思路也存在局限性。就此探討如下:
比如,就技術角度而言,電動自行車產品之所以能夠在中國獲得較廣泛普及,或源于“輪轂電機”的出現而推動了產業發展;甚至可以說,沒有“輪轂電機”的出現和廣泛應用,也不可能成就我國電動自行車產業(行業)過去十余年的“輝煌”;再者,就現有產品多采用的輪轂電機驅動方式而言,或已成為現有產品常規設計中的一種“固定(固有)模式”;或者可以說,對于現有產品之優化改進,都是基于“輪轂電機”這一技術平臺(基礎平臺)而展開的。并且,目前“低速輪轂電機技術”已相當成熟,尤其對于電機“能效等級(效率指標)之提升”或已趨于極限。鑒于此,可想而知,若在現有“輪轂電機”之基礎上,欲做到(實現)電機功效(能效比)的倍增、乃至更大幅度提升,談何容易,幾乎是不可能做到的事。然而,筆者以為,正因為如此,才更有改進之必要。理由在于:其一,若輪轂電機無法做到其功效(能效比)的進一步提升,則說明它或存在技術局限性;其二,對于目前普遍采用的“低速輪轂電機及其直驅方式”,因為它原本就屬于“低效力(效能)”技術平臺(基礎平臺),或只是由于我們尚未有意識到而已。對此,我們不妨作如下更具體分析與探討,或可以找到確切答案。
5 剖析現有產品之“輪轂電機驅動方式”技術局限性
就目前產品中普遍采用的低速輪轂電機而言,它采用的是“外轉子(永磁體)”結構,是其優點但也是它最大的不足之處。具體而言,其優點在于,方便實現與車輪轉速匹配,電機本體結構設計得以簡化,且省去了傳動連接裝置(機構),傳動效率提高。然而,它是以降低(犧牲)電機之“效力(效能指標)”為代價的。更具體的講,由于低轉速電機磁極數(極對數)要求較多,不僅功率密度相應較大、效率相對較低;而且,采用“外轉子、內定子”結構時,由于“內定子”鐵芯之繞組線槽一般為“梨形槽”(槽截面較小)、結構空間有限,則使得繞組(電磁線圈)可繞制空間受到限制,即:受到“槽滿率”等多方面原因制衡。那么,進一步講,據磁路設計(原理)可知,當磁路結構及相關參數一定時,磁動勢(F)大小則取決于繞組激磁安匝(NI),即:F=NI。據此而言,若繞組“槽截面”較小,而使得電磁線圈可繞制“匝數(N)”減少(較少),則所需激磁(勵磁)電流(I)將相應較大,因而所需勵磁功率即“功率消耗”亦相應增加。
更進一步講,若在保持定子繞組(電磁線圈)“安匝數(NI)”不變(即:“磁動勢”不變)之前提下,通過“相應增加定子繞組匝數(N)”之改進措施,便可減少所需驅動電流(I),即可有效減少所需驅動功率,從而可方便做到電機“效力(效能)”的有效提升。據此而言,當我們采用“外定子”結構之電機時,或更容易做到這一點,這是因為“外定子”結構之電機同比與“內定子”結構之電機,當二者基本尺寸(質量比)大致相當前提下,采用“外定子”時,定子鐵芯之繞組線槽為“梯形槽”,其“槽截面”明顯大于“內定子”電機之“梨形槽”;故,我們通過相應增加繞組(電磁線圈)匝數,便能減少所需驅動電流(所需驅動功率),則“能效比”即“效力(效能)”相對較高。那么,反之,“內定子”結構之電機同比與“外定子”結構之電機,其“效能”則相對較低;尤其對于低轉速電機(如:現有產品之低速輪轂電機)而言,其“效能”或更低。
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