電動自行車電機“無刷”真能勝“有刷”？

www.guilinhy.com 來源：電動車商情網　　　電動車商情網作者：俠名類別：電動車維修時間：2005-11-12

近來，筆者閱讀了許多采用無刷電機生產電動車的廠家和經銷商編定的宣傳材料，將“無刷電機永不磨損”“無刷電機毫無噪聲”“無刷電機十年以上壽命”作為最大的賣點作一些夸大的宣傳。某地方晚報甚至以《電動自行車，無刷勝有刷》為題刊文，對有刷電機可能的故障作出一些夸大的宣傳，大有“無招勝有招”之勢。其實，電動車輪轂采用何種技術方案，是電刷換向還是電子換向，本來應該是廠家技術人員選擇技術方案的事情，兩種方案各有利弊，實在是無需通過媒體刻意渲染，搞得消費者無所適從，不知如何是好。對于消費者來說，真正需要了解的是電動輪轂的可靠性、故障率、性能等等特性，至于電動輪轂如何實行“換向”的技術方案，對于消費者的使用不會產生影響。鑒于目前已大量出現了關于“無刷勝有刷”的夸大宣傳，作為一名電動車技術研究人員也有必要著一文予以反駁，以為“爭鳴”。一、“無刷”、“有刷”的基本概念目前電動自行車廣泛采用的是直流永磁電機，直流永磁電機按照是否采用電刷換向可分為有刷電機和無刷電機兩種，有刷電機是直流電機的主流產品，目前絕大多數電動自行車電機都是有刷電機。無刷電機是一種特殊的直流電機，它采用內置傳感器外加電子換向器的方法進行電子換向，無刷電機主要是為了消除電刷的磨損，以及電刷接觸所產生的噪聲。二、有刷電機的缺點沒有成為阻礙它在電動自行車中廣泛應用的要素電刷磨損和電機噪聲是“有刷”相對與“無刷”的兩個最主要的缺點，但盡管存在這兩個缺點，為什么國內絕大多數品牌廠家仍采用有刷電機的方案呢，難道他們沒有意識到這個問題嗎？原因在于： 1、電刷的磨損不構成主要問題電動自行車是一種間斷性工作的交通工具，一組電池通常最長的放電時間（騎行時間）一般為2-3個小時，使用者每天使用電動車的平均時間大約為1-2個小時，而現在，廣泛應用于電動自行車的盤式轉子電機采用平面式換向器和優質加長式電刷，工作壽命一般在1500小時以上，因此，按每個用戶平均每天騎車1.5小時計算，一組電刷的使用時間已達1000天。可以看出，一組合格的電刷服役時間已接近三年，而更換一組電刷的成本僅為5元左右，平均每年不足2元！更何況，電動自行車使用了3年也確實有必要對車輛作一些全面的檢查和維護，更換一些磨損零件，宣揚電動車電機十年免維護這種夸大的觀點，有誤導消費者的嫌疑。 2、電機發出一點聲音是正常的筆者在走訪市場(Rialto)時，一位無刷電機電動車的促銷員，演示無刷電機在空載條件下的靜音特性，以此證明無刷電機要比有刷電機優越得多，其實，購買電動車絕不是購買空調設備，消費者大可不必為它是否毫無噪聲而作出購買與否的決定。事實上，使用過無刷電機電動車的用戶會知道，無刷電機在空載時或低負載時（如平坦無風情況下）電機發出的聲音確實很小，但是，當運行至重載狀態如上坡，頂風，它往往會發出遠遠比有刷電機更為“巨大”的音響，甚至出現令人不適的電磁抖動，而這種聲音在安靜的店堂促銷過程中是不會出現的。事實上，車輛電機運行時發出一些聲音是正常的，畢竟它是一種戶外使用的交通工具，國家規定的噪聲合格標準為小于62分貝，絕大多數國產有刷電機都可以將分貝值控制在55分貝以下，屬合格產品。無刷電機的促銷員引導消費者追求“靜音”，像促銷空調機那樣去促銷電動車，也有誤導消費者之嫌疑，空調噪聲太大會影響睡眠，而電動車發出一點聲音是絕不會影響使用的！三、現有的無刷電機方案存在的一系列問題某晚報《無刷勝有刷》一文武斷地將有刷電機指責為“壽命短、噪聲大、效率低”，甚至指出“一般使用6個月至一年就需要更換電機內的碳刷”，討伐之音毫無顧慮！為此，本文也步其所為，略數電動自行車無刷電機之弊端。 1、傳感器工作環境差，導致系統失效！正規的無刷電機設計一般需要在非熱源區設置光電或磁性（霍爾元件）傳感器，用于檢測電機轉動位置，發出控制換向的信號，而現在市售的絕大多數所謂的電動自行車專用的無刷電機輪轂，由于受到設計尺寸和安裝方式的限制，無法將傳感器與熱源隔離，幾乎都采用了在鐵芯定子上定位開槽并用膠水固定三個霍爾元件的方法來安裝傳感器，眾所周知，電機的熱源是一個客觀存在，它來自電機的銅損和鐵損，特別是當電機工作在較低效率區時，熱量聚集的速度(Tempo)很快，于是鐵芯就會發熱，直接設置在熱源區的傳感元件會出現性能漂移，導致換向誤差，一旦換向錯誤，則會導致電機效率的大輻度下降，溫度進一步升高，以致進入惡性循環，直接導致電子換向器燒毀，一般表現為“短路”。一旦“短路”，無刷電機就有一種被“卡死”的感覺，轉動十分困難，使用者甚至不能腳踩騎行。只有請三輪車或出租車運回，有經驗的用戶會自備一把剪刀，一旦短路卡死，就將電機輸入線剪斷，使之“開路”，這樣，被燒毀的“無刷”，就可以蹬回到維修部了。 2、感應電動勢，導致控制器燒毀：筆者以顧客身份在詢訪市場(Rialto)時，有一位無刷的推銷員，在向筆者自豪地介紹了“靜音”特性之后，又興致勃勃地演示無刷電機神奇的自充電功能：關閉總電源，搖動中軸，使后輪轉動，然后鳴號表示已經發電，腳踩出來的電又被回收到電池中去了，她告訴我“電池若沒有電可以自已發電”，神奇之極，且不去評價這種演示所表現的“永動機”屬性違反了基本的能量守恒定律是多么的荒謬之極，騙個別消費者尚可，騙行家絕對不行，相反地，這種情況恰恰正是“無刷”的傷心地，由于無刷電機沒有超越離合器，當車輪快速轉動，在電機輸入端會形成感應電動勢，輪子轉得越快，感應電動勢就越高，當超過器件的耐壓值時，會導致電子換向系統的“電壓擊穿”，電機又要短路，輪子驟然卡死，又需要求助于“一剪開路”了，這種情況往往會出現于下坡過程中，用戶騎著無刷電動車吃吃力力地上坡，到了下坡，本以為可以輕松愜意一番，讓它自由滑行，速度(Tempo)越來越快，感應電動勢越來越高，終于導致元件被擊穿，不用剎車就會停下來，這就是許多用戶反映“無刷電動車”上坡時沒壞，下坡時好端端地不會轉的原因。 3、只說電機永不磨損、壽命十年，保修兩年，就不說控制器！無刷與有刷不同，有刷的換向器置于電機之內，而無刷則置于電機之外，因此，無刷電機系統實際上是由“電機”和“電子換向器”兩部分組成的。無刷的電機部分確實存在著某種“永不磨損”的屬性，而無刷的電子換向器卻是一個故障率很高的部件，如前所述的各種故障均發生在控制器上。目前，許多無刷的推銷員向顧客作出電機“保用2年、5年甚至10年”的承諾，但控制器（電子換向器）卻只能保修一年，更換一只控制器費用高達200元。事實上，若是算上無刷系統控制器的維修費用，其維修成本將大大超過有刷電機更換幾個電刷的成本。一旦個別廠家撤消了對控制器（換向器）的保修承諾，消費者的使用成本將迅速增加。 4、系統可靠性與性能的矛盾無需諱言，無刷電機的可靠性與最大工作電流有很大的關系，降低最大工作電流會改善可靠性，但如果大幅度降低最大工作電流，那就會帶來無刷電動車運行乏力，性能低劣的負面影響，消費者不歡迎，無刷沒有市場(Rialto)。這確實是擺在無刷系統面前十分嚴峻的課題。 5、無刷更需講“防水” 筆者不僅一次地看見某些無刷電機的推廣商將整個無刷輪轂浸泡在“魚缸”里轉動，以炫耀其“兩棲”作業的“優異”特性，在水下，有刷電機確實存在著換向困難的缺陷，但是，電動自行車并不是潛水艇，為何需要在水中行駛呢？這種看似有學問的演示，著實讓人看不懂！事實上這也算是一種“魔術”，因為無刷采用電子換向，演示者并沒有將電子換向裝置也置于水中，若是將整個控制器（換向裝置）也放在魚缸中，無刷電機的情況會比有刷更慘。事實上，無論是無刷還是有刷都采用釹鐵硼作為永磁材料，這種材料具有許多優良的特性，但它最大的缺點之一就是抗氧化性差，置于水中無疑是將釹鐵硼置于最惡劣的條件之中，會導致電機的壽命因氧化失效。另外，無刷電機中有大量的硅鋼片，也是會生銹的，更需要講防水，進行這樣的演示，雖然可以誤導一些觀眾，若被說穿也沒有什么意義。四、心平氣和看無刷筆者列舉了一系列當前發生在電動自行車無刷系統中的問題，并不是要徹底否定無刷系統在電動車輛中的應用，事實上隨著電子器件特別是功率器件水平的提高，以及無刷廠技術素質的提高，無刷電機也一定會在實踐中找到自己的位置，無需依靠大肆攻擊有刷電機，夸大一點不顧其它的方法來誤導消費。例如，在電動汽車方案中，大多數人會贊同無刷的方案，因為電動汽車是一種工作時間較長的電動車輛，若是一天運行8個小時，設電刷的壽命為1500小時，那么更換電刷的時間僅為186天，這樣就未免太短了，消除電刷磨損變得十分必要，另外，在汽車設計中，電機的安裝尺寸和方式所受的限制會更少，完全可以將傳感器與熱源分離，成本空間很大，可以盡量采用高級別器件來提高系統的可靠性，無刷方案會變得現實起來。五、結束語無刷不能勝有刷，但有刷也并不完美無缺，隨著市場(Rialto)的發展，電動車技術水平一定會越來越高，現在的無刷方案存在許多嚴重缺憾，有刷方案則更接近實用有效，這也是一個不爭的事實。但是，學術上的問題都可以通過鍥而不舍的技術改進和扎扎實實的售后服務予以彌補，因此我們堅決反對在媒體上寫一些武斷的文章，在現場作一些夸張的演示，奢談什么“無刷勝有刷”，這樣只會遠離科學，誤導消費者，最終對市場(Rialto)發展不利。