必看！高效驱动电机的讲解分析实例，从材料到参数的图文介绍

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1.壳体评估

宝马i3的电机作为单独的总成，并未与减速箱集成。电机总重量约为42公斤，官方公布的数据显示电机功率可达125kw，扭矩可达250Nm。电机定子是热压进铝水套的，水套外圆为螺旋槽和外壳以形成冷却回路。非常轻松的将定子水套从电机外壳中拉出后，可以看到定子内套两端各装有一个大号的O型圈，这两个O型圈可以保证冷却电机的乙二醇冷却剂不会泄露出来。电机的重量大约为6.9kg，带有法兰盘的水套的重量大约为4.6kg，余下的定子铁芯、铜线、绝缘材料等总共有20.8kg。

2.定子绕组及硅钢片细节

下左图更详细的展示了定子绕组及硅钢片的细节，电机为12极72槽配合，同心绕组，6个并联支路，每槽9匝，每匝12根AWG21圆铜线。电机装有两个温度传感器，一个安装在绕组端部，另外一个安装在转子轴承附近。下右图定子硅钢片并不是完整的圆环型，它是由6块铁芯以拼接的方式组成一个完整的定子铁芯。定子铁芯长度是132.3毫米，外径242.1毫米。

下图是电机转子，它由转子轴、硅钢片、磁铁、转子端板组成，总重量为14.2kg。转子外径为178.6mm，转子硅钢片的形状有点类似于同步磁阻电机的设计，但它在每极上装有一大一小两个钕铁硼磁钢。为了减少运行期间的齿槽转矩和扭矩脉动，转子钢片轴向上一共分成了6层斜极。

I3电机转子的磁钢布局和槽形都非常的复杂和特殊，目的是减小电机磁链的条件下，增加电感凸极率。电机反电动势很小，但输出扭矩却很大；电机需要弱磁的车速很高（工况很少），而扭矩电流比却做得很大。

3.电机参数

4.宝马i3逆变器和电机性能评价

为了对电机做更详细的性能测试，如下图，制作了工装夹具，将电机安装在了测试台上作更详细的性能测试。

下图显示了在不同角度及电流的情况下，电机堵转测试的情况 。图表显示产生250Nm的峰值扭矩需要530A的峰值电流。随着角度的变化，扭矩变化非常平顺，输入最大电流，当角度为135度时，电机输出峰值扭矩。

下图所示，随着电流的增加，扭矩变化非常线性，这可以表明：就当电机产生250Nm的峰值扭矩时，磁饱和的程度也不高。

基于360V的电压平台，在不同的转矩和转速下，对宝马i3的电机做了性能和效率测试。在这些测试中，为了发挥系统的最佳状态，电控及电机是被50%的水和50%的乙二醇混合液冷却，冷却液的流量是10L/min，冷却液的温度保持在65度。

下图是电机的效率等高图，从中我们可以看出，电机在2500~9000rpm之间，输出扭矩达到125Nm时的效率可以到94%。

下图是电控的效率等高图，随着速度的增加，电控效率从88%增加至99%。

下图是电机和电控的综合效率图，当电机转速高于5000rpm，输出扭矩大于50Nm时，电机和电控的综合效率可以达到90%以上。通过这些测试可以确认，0~4000rpm电机都可以输出250Nm；5000~11400rpm电机可以输出峰值功率125kw。

在可操作的前提下，对电机在25、50、75kw的功率等级下做连续测试，测试转速为5000rpm、7000rpm及9000rpm。下图显示了电机转速为7000rpm，持续功率分别为25kw、50kw及75kw时的绕组温度变化。持续输出25kw，半小时后电机温度达到85度；持续输出50kw，半小时后电机温度达到95度；持续输出75kw，半小时后电机温度达到110度。

下图所示，电机转速为5000rpm，输出功率为50kw，持续这样的工况半个小时，电机温度达到100度。

另外，宝马i3的逆变器采用英凌650V/800A的FS800系列IGBT。针对它120KW的功率而言，逆变器搭载的电容仅仅为450V/475μF，也有可能是在电池端还有额外的电容并联。

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电助力的灵魂 知名电机品牌盘点（国外篇）

作者 : Temporale

不管你骑还是不骑，全球范围内的电助力自行车热潮已经势不可挡。而谈到电助力自行车，电机是个绕不开的话题。聚焦到这一领域，可谓八仙过海各显神通，有整车品牌大包大揽涉足电助力的，有配件大厂全面开花的，有机工企业交通龙头下场的，还有“生下来”就搞电助力车电机的……今天，我们就来盘点一下电机领域的知名品牌，先看国外篇。排名不分先后，如有遗漏或不同看法，欢迎评论分享。

品牌：Bosch博世

国家：德国

创立时间：1886年

博世由罗伯特·博世在德国斯图加特创立，如今是工程技术设备的大型跨国供应商。

博世的电助力车系列众多，主要可以分为Active Line、Performance Line 和Cargo Line。

Active Line系列主要用于通勤，40Nm扭矩输出提供了温和的加速表现，而宣传方面公司将其定位为用户城市道路巡航的好帮手，设计时速为20mph（约32km/h）。值得一提的是，这款电机凭借优雅的外观设计荣获2017年德国红点奖产品设计奖项。

▲获得红点奖的Active Line系列电机

Performance Line系列旨在提供全面的运动表现支持，分为Cruise、Sport和Speed三种产品，其中Cruise输出扭矩为65Nm，Speed则提供85Nm的扭矩输出，Sport、Speed的最高时速可达28mph。Performance Line配备了新一代驱动单元，在高踏频下能够为骑手提供更自然的骑行体验和更小的阻力；用户还可以选择PowerTube系列电池以提供更高功率或者更长的续航时间。

▲Performance Line系列三款产品

Cargo Line系列中置驱动电机为货运而设计，在搬运重物方面性能强大。这款电机对应博世2021年发布的新软件， Cargo Line前代产品在较低速度下的踏频匹配功能得到了改进，便于搬运重物时的启动和缓慢骑行。重2.9kg的电机峰值功率达到1250w，提供85Nm的扭矩，使其在陡坡上也能够搬运货物，对于负重旅行的场景相当实用；产品分25mph和45mph限速两个版本，其最大负重达到了250kg。而对于高踏频和扭矩带来的过热问题，博世的工程师则利用产品外壳表面积和形状方面的特殊设计来优化其冷却功能。这一系列旨在为城市内货运使用的燃油机动车提供可持续、低噪音的替代选择，在碳达峰、碳中和议题上具有一定的积极意义。

品牌：Yamaha雅马哈

国家：日本

创立时间：1887年

同样是综合性公司，雅马哈可不只有摩托车。

雅马哈自1993年以来一直在踏板辅助系统上寻求革新，并生产适用于各种场景的电动自行车电机，这类电机属于其PW产品线的一部分，目前这一产品线上已经有PW-X3、PWseries ST、PWseries TE、PWseries CE、PW-X2 45等多款产品。而CE系列则是其为通勤设计的新系列。

雅马哈PW CE电机的创新点在于其静音特性。同时，这款电机重2.9kg，最大功率250w，提供50Nm的输出扭矩，对于城市内坡度基本足够。

▲贴合车架的设计是PW CE的一大卖点

这款产品提供了较为舒适的骑行体验，其他特性还包括步行辅助，这一功能为下车推行的场景而设计；此外还有自动支持模式（Automatic Support Mode），能够响应条件变化并自动选择最合适的模式；这一模式是雅马哈不同系列产品的重要特性。

▲为越野路面设计的Yamaha PW-X3

除了通勤产品外，PW-X3也是雅马哈近期推出的新产品，这款产品主要是为山地车设计的。相较前代的PW-X2，X3提供了更高的输出扭矩，达到85Nm，此外X3的外形也比X2小巧轻便。这款产品同样配置了自动支持模式。

品牌：SACHS 萨克斯

国家：德国

创立时间：1895年

萨克斯品牌所属公司ZF Sachs AG 的前身“Fichtel & Sachs”作为家族企业在施韦因富特成立，2011年萨克斯与采埃孚股份公司合并，目前是采埃孚股份公司所属的子品牌，主要生产驱动部件、减震系统部件等，适用对象包括汽车、摩托车、轨道交通车辆等；而公司进军电助力自行车领域则是2018年，ZF、Magura、BMZ和BFO成立合资企业SACHS Micro Mobility，萨克斯RS电助力自行车发动机也于同年诞生。

▲装配SACHS RS的车辆

萨克斯的RS电机所具备的110Nm扭矩令人惊叹，这款电机重3.6kg，略重于Brose博泽的Drive S Mag电机，但陡坡骑乘理论上功率性能上佳。然而这款电机的主要问题在于提供功率支持的模式主要根据踏频而定，这导致骑乘中急转弯时可能会加速，而陡坡上可能会刹车。踏频波动较大时，其提供的功率支持也较少，远远少于可以提供的最大功率；同时在下坡时噪声较大。在开发和集成RS系统方面，萨克斯提供了较大的改造空间，也提供包含电池、显示器和软件的完整系统；这款电机的未来趋势则是配备Sigma的模块化EOX系统，借助这一系统，使用者可以自定义骑乘模式，从而改进原本舒适性不足的骑行体验。此外，萨克斯还提供用于硬尾或城市骑行的Sachs GT 525电机和用于载重的Sachs CT 725电机，同样具有丰富的应用场景。

品牌：Mahle马勒

国家：德国

创立时间：1920年

马勒集团创立于德国斯图加特，是世界上最大的汽车零部件供应商之一，集团在交通出行领域全面布局，产品涵盖发动机系统、过滤、电气、机电一体化和热管理系统等，相当综合。

马勒几年前收购了西班牙的Ebikemotion，成为集团在电动出行方面做出的重要动作之一。

在电动自行车方面，马勒的产品可分为驱动单元、电池、行车电脑和联网四个部分，而目前电助力车方面的重要产品套件则是2020年推出的X35+。这套系统总重3.5kg，电机型号为Motor HUB Drive M1，规格为36v/250w。连接两个额外电池之后，功率可达750w，续航超过250km，输出扭矩可达40Nm。

▲马勒驱动系统和可选的补充电池

这款综合性产品的亮点之一是提供防盗功能，配备ANT+和蓝牙功能也给车迷朋友分析收集数据带来了便利。

不过需要注意的是，这款产品采用的传感器是扭矩传感器，其增重主要施加在自行车的后部。

众多知名品牌如美利达、Bianchi、Wilier、Orbea、LeMond以及Colnago的电助力产品上都使用了马勒的技术，例如下图这款Bianchi E-Impulso就使用了全新的X35+系统，由于X35+系统电池安装在下管，电机则安装在后轮，所以这一车型号称是市面上配置最隐蔽的电助力车，但头管上的按钮还是暴露了它的真实身份。

▲Bianchi E-Impulso（来源：Bianchi）

品牌：Brose博泽

国家：德国

创立时间：1908年

博泽公司是家族所有的汽车供应商，由小马克思·博泽在德国伍珀塔尔成立，目前业务已经扩展到全球。

博泽的这款Drive S Mag电机主打可定制电机的概念，配置电池、遥控系统，同时可以大幅调整电机特性，从而达到公司在电助力自行车中突出自行车的理念。这样一来，电机的特性也就并不确定，不同的自行车上电机也可能具有不同特性。由于电机对第三方组件开放，厂商可以选择结合不同模块，集成各类单元和应用程序，也可以更换配对的电池。

▲Drive S Mag在测试中表现上佳

这款电机采用镁制外壳，重量2.98kg，内置一个皮带和两个楔形离合器组成的传动装置传送动力，离合器完全静音，无动力时的踩踏也不附加阻力，这是Drive S Mag电机的重要优势，同时，在《E-Mountainbike》杂志组织的评测中，电机在功率支持、设计/重量、内部齿轮比、体积和骑乘体验等项目中都获得了较高的得分。这款电机最大扭矩高达90Nm，在Flex Power模式下可以达到峰值，提供最高410%的支持，从而在山地骑行中提供良好表现，但这种模式下的噪声很大，是这款电机的主要缺点之一。

品牌：Shimano禧玛诺

国家：日本

创立时间：1921年

作为综合性自行车零部件生产商，禧玛诺在电助力车市场方面也突出复合的特点，目标群体涵盖越野、通勤和休闲三大板块。目前禧玛诺电机的主要产品系列包括EP800、E7000、E6100和E5000，前两个系列主要针对山地车，E6100以通勤应用为主，E5000则主要应用于休闲骑行。广受关注的e-MTB旗舰系列当推EP800系列。

Shimano EP8是禧玛诺在2020年推出的新款，在前代基础上进行了全方位的升级。相比EP8000，EP8系统的驱动单元轻300g，体积小10%，扭矩高10Nm，扭矩输出达到85Nm；当然，EP800系列同样也有为载重功能设计的配件（DU-EP800-CRG）。

▲DU-EP800

EP8系统目前已经在山地车当中得到广泛应用，禧玛诺表示其紧凑的尺寸、线性动力输出以及校准后在高踏频下的流畅运行特性也能应用于通勤和旅行自行车。不过也有评论认为这款产品在一些公路和碎石路段场景下触感过于强力，但其规格和形状还是有成为新标准的趋势——这要归功于禧玛诺在配件领域的统治性地位。

品牌：TQ

国家：德国

创立时间：1994年

TQ公司由德特勒夫·施耐德（Detlef Schneider）和鲁迪格·斯塔尔（Rüdiger Stahl）两人创立，总部位于德国塞菲尔德，其产品服务各类产业，在2020年成为了德国滑雪协会的创新合作伙伴。

▲TQ电机设计开放而不加掩饰

而电机方面，TQ HPR 120S是《E-Mountainbike》杂志的测试中功率性能最为强大的电机，采用了销-环(pin ring)传动装置，这款电机重3.9kg，结构设计紧凑，提供120Nm扭矩，在陡坡上也能够轻松发挥出良好表现，能够维持25km/h的速度。由于功率较大，厂商也采用了高分辨率的速度传感器辅助调节电机功率，防止后轮打滑或者前轮抬起，在功率支持较少的模式下，出发的过程将会更为平稳；另外关闭电机时也没有踩踏阻力。但较高的最大功率导致其高踏频和高负载时噪声较大，同时需要较大的电池。综合来看这款电机提供的骑行体验比较有限，但对功率爱好者则是一件佳品。

品牌：Fazua

国家：德国

创立时间：2013年

Fazua成立于德国巴伐利亚，与综合性公司不同，这家公司成立之初的主要产品便是电助力自行车驱动装置。

Fazua在驱动装置和车架的整合方面有独到的心得。例如Ride-50 Evation系统，驱动装置重1.92kg，驱动系统的变速箱安装在中轴部位，两侧配有数据传感器，以便提供平衡的功率辅助，超过限速时也能够平滑地脱离。

▲重1.92kg的驱动装置

这款系统的优势之一是电机和驱动系统的配件大部分可以移除，从而达到减重的效果，以使得车辆更接近传统的自行车。具体而言，Fazua Ride-50 Evation系统可以分解为3个部分，其一为安装在中轴部位的变速箱，重1.3kg，其二为重1.92kg的驱动装置，其三为250wh/36v的电池，重1.4kg。

Evation电机峰值功率250w，可以提供55Nm扭矩，这一数值并不高，故而和SL1.1一样，更适用于具有一定训练痕迹，想要在更短时间骑行更远距离的骑手，而不是一直需要大量骑行辅助的车手。

不过，得益于Evation轻量、紧凑的设计，这款电机对于公路和山地骑行都同样适用。

▲采用Fazua驱动的Trek Domane + LT

总的来看，电机性能的评估主要可以从输出参数、轻量化、整合车架、配套软件等角度出发。在下单之前，用户需要了解自己到底需要多大功率，再根据自己的骑行场景来选择合适的电机。

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