【摘要】就“电动自行车技术”之发展而言，或始终伴随着“电池、电机”等技术的发展而发展。因此，鉴于目前“低成本、轻量化”即高能量密度电池的商品化开发，尚未能获得突破性进展，而短期内或难以投入实际应用，则本文提出了：采用“高能效电机”及其“减速増力”驱动方式之改进思路；并给出了具体优化设计方案及其参考实施例。该方案技术效果在于：应用于现有产品之优化设计，至少可将驱动系统之功效提升6倍，则实用效果即相当于电池的“比容量”提高了6倍，或等效于电池的容量配置增加了6倍，这将有助于整车产品的“低成本、轻量化”设计。另外，就现阶段电动自行车之“技术研究与产业发展”，本文也作了一些初步探讨，谨供参考。
【关键词】 高能效电机 “减速増力”驱动方式
一直以来，对于如何更有效提高电动自行车的续航能力，并实现产品的轻量化设计；则始终是电动自行车技术发展进程中，最为重要的研究课题之一。但就电动自行车技术发展现状而言，或者更宏观地讲，自电动自行车诞生以来至今，对于该课题之相关研究与技术改进，或尚未能取得更多实质性进展。究其原因，客观地讲，或可归结于：目前，对于“轻量化、高性能”电池的技术开发及其产品研制，尚未能获得突破性进展；或因此而制约了电动自行车技术的进一步发展。
然而，寻求电池技术上的突破，欲大幅提高其“比容量”，乃多年来，世界范围内所研究与亟待解决之技术难题；而其难度或更在于：即便是实验室研究获得突破，但要真正转化成“性价比”相对较高的经济实用型产品，或仍需要有相当长的时间过程。因而，在短期内或难以获得实际应用；也就是说，只有形成工业化、规模化量产，才能更有效降低电池的实施成本，方可使之得以较广泛的普及使用。
当然，近年来随着锂电池的推广使用，将有助于电动自行车产品的轻量化设计。因此，我们或可以选择增加电池的容量配置来提高续航能力，但不足之处在于：目前锂电池的成本仍相对偏高，若增大其容量配置则将使整车造价会明显增加。由此可见，限于目前的技术条件，若仅是通过增加电池的容量配置来提高续航能力（里程），显然是不经济的。
那么，如何突破目前“电池（储能）技术”之瓶颈制约，更有效提高现有产品的续航能力，并大幅降低其实施成本来提高“性价比”呢？笔者以为，我们不妨换一种解决问题的思路，或可以通过进一步优化驱动方式，来更有效提升驱动电机的“能效比（额定扭矩/额定功率）”，即采用“高能效电机”作为驱动电机，便能获得“事半功倍”的技术效果。
具体而言，就是“在满足所需驱动扭矩之前提下，可通过大幅降低电机所需驱动功率、来减少电池的能量消耗”，继而延长电池工作（放电）时间，便可实现：在不增加电池容量配置之前提下，来大幅提高其续航能力（里程）；或者是说，在满足所需驱动扭矩和所需续航里程之前提下，若能较大幅度减少电池的容量配置，便能大幅降低电池成本和实现轻量化。很明显，能否更有效提升驱动电机的“能效比（额定扭矩/额定功率）”，即：能否大幅提高驱动系统的功效，则是能否实现如上所述解决方案之关键所在，而这也是本文所要着重探讨、并以期有效解决之核心问题。
据上所述之解决方案及其改进思路，现就具体实施方案及其改进措施作进一步探讨。而为了便于相关问题的讨论，则首先引入“高能效电机”之概念；对此需要给予解释与说明的是，本文所称“高能效电机”，并非通常所说的“高效率电机、或高效电机”，而以笔者的理解，则二者的区别或在于：
对于高效率电机（高效电机）的优化设计，更多侧重于如何来减少电机本身的“功率损耗”；而在提高电机效率的同时，或更注重于如何来降低电机产品本身的造价，即：通过优化其“功率重量比”来合理减少用材量。这样，可节省原材料成本，以提升电机产品之“性价比”。
“高能效电机”之定义：对于采用动力蓄电池（车载电源）供电的电机，尤其是用于现有电动自行车等低速车辆之驱动电机，或更应该强调如何有效提升电机的“能效比（额定扭矩/额定功率）”，来较大幅地减少所需驱动功率；或者更确切的讲，就是“在满足所需驱动扭矩之前提下，如何使电机所需驱动功率（功率消耗）趋于更小”。而这样，可以使动力蓄电池的能量消耗减少，电池的工作（放电）时间延长，从而延长车辆的续航里程，继而提升整车产品之“性价比”。
基于上述“高能效电机”之定义及其相关解释，现将其具体优化设计方案推介如下，供参考。
——关于“高能效电机”之优化设计原理及其改进措施
公知的，电机的转矩与功率成正比。简单地说，也就是“电机的转矩越大所需要的驱动功率就越大”。因此，通常认为，电机的额定转矩与额定功率有关，但更确切的讲，电机之额定转矩（电磁转矩）的大小，是与电机绕组在施加额定电流后、所产生的磁通量（磁通密度）有关；也就是说，它与磁动势（IN）即安匝数有关。据此，我们或可以采用增加绕组匝数的方法，来相应减少所需驱动电流（额定电流），即：在保持安匝数不变之前提下，通过增加绕组匝数来减小电流，即可以降低所需驱动功率，从而可提升电机的功效（能效比）。然而，问题在于：当电机结构（磁路）一定时，其绕组（线圈）位置空间将受到一定的限制，若要增加绕组匝数，则须相应减小绕组（线圈）的线径，但这将会使电机的功率损耗（绕组铜损）相应增加，电机的效率将有所下降。
据上所述可见，通过采用同一规格的电机来增加绕组匝数之方法，虽然简单，可是电机的效率会有所降低，继而导致其扭矩（额定转矩）下降。但是，我们可以通过适当增大电机的“质（重）量比”来加以解决。比如，在满足所需驱动扭矩（额定转矩）之前提下，选择同一系列而不同规格的现有产品进行改进设计。具体的说，就是选择功率（规格）稍大一档或更大一档的同一系列电机，作相应的改制即可。这样，既便于有足够的空间用来增加绕组匝数，也利于选择合适的线径（可适当增大绕组线圈之线径），以降低绕组铜损和提高效率；并且，也不需要改变电机（现有产品）的原有结构设计，简单易实施。显然，该方法实施起来相对便捷，可是，它的不足之处或在于：电机的“功率重量比”或减小；也就是说，它的体积、重量和原材料成本将会相应增加。那么，如何来解决该问题呢？对此我们作如下进一步分析与探讨。
据本文前述“高能效电机”之概念及其定义，对于“高能效电机”的设计，则是选择了一种“倾向性”优化方案，即：通过适当增大其“质（重）量比”来提升其“能效比”。但对此，这里需要进一步说明的是：如上之讨论，仅是对电机本身（即：原动机本体）改进设计原理的阐述，而这只是本文所探讨问题之其中一部分。那么，就总体（整车）优化方案而言，尤其对于低速车辆，我们还可以通过优化驱动方式，进一步提高驱动系统的工作效率来加以改善。比如，采用高速电机、实施减速増力传动方式。这样，可充分利用电机的高转速来发挥其高效率，即可使电机（原动机）的体积、重量及造价（原材料成本）等，均与现有低转速电机（现有产品）相当。为便于理解和节省本文篇幅，关于整车优化方案、改进措施及其显著效果，将在之后的相关讨论中、并结合具体实施例一并给出。
——关于“高能效电机”如何应用于现有产品的改进设计及其参考实施例
背景技术探析：
就现有电动自行车产品而言，多采用“低速轮毂电机”驱动方式，其优点在于：采用直接驱动车轮转动之方式，传动效率高。但笔者以为，采用轮毂电机直驱方式，若用于高速车辆则相对趋于合理，这是因为它可充分利用和发挥电机的高转速，工作效率较高；而用于低速车辆则不然，由于电机转速需要与车轮转速相匹配，则电机转速受到一定限制，使其工作效率的更有效提高将受到限制。当然了，经过多年来的不断改进，目前低速轮毂电机技术已相当成熟。然而，正因为如此，欲通过进一步优化设计来提升其功效（能效比），则提升空间已不大。也就是说，在新材料、新工艺以及新的技术方法尚未出现之前，若要进一步提升“低速轮毂电机”之功效（能效比），则将受到现有技术条件的制约。
而相比于“低速轮毂电机”，由高速电机及其减速机构所构成的“高速轮毂电机”，则采用了“减速増力”传动方式。因此，理论上讲，对其功效（能效比）的提升仍有较大空间，但实际效果甚微。原因在于：受车轮毂特定结构和轴向尺寸的限制，则“高速电机（原动机）及其减速机构”的体积将受到限制，不利于结构优化设计和功效（能效比）的提升；而由于体积的限制，致使“减速机构”难以实现液态油润滑，这不仅使功率损耗相应增加，而且耐用性能也相对较低。因此，它的不足之处就在于：不但使用寿命不及现有的“低速轮毂电机”，而且实施成本（造价）也相对偏高，以及电机内部结构相对复杂，或给维修带来不便等等。
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