[连载]从零打造电动汽车第1期——电机的选择

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EV技研

公众号EV技研作者19002019/07/22电动汽车 IP:北京

作者：日本晶体管技术编辑部

自制最高速度75km/h以上，可续航90km的单人电动车图1、图2所示为自制的可上路行驶的单人三轮、四轮电动助力车，非常节能。其最高速度可达60km/h以上（实际可达75km/h），充满电可续航90km。制造耗电量少、经济适用的电动车，重点在于运用更高效率的电机和逆变器，以及轻量化车体和减小空气阻力。本文尽量采用一些简单的零件（表1），希望对爱好者有所帮助。

前面

后面

图1

后轮轮毂电机

电池可从座位上拆卸图2

表1

电控部分设计设计目标：经济效益，耗电最少

以电和电机为动力的火车是人均CO2排放量最少的交通工具，内燃机车拍马不及。电动汽车（EV）的耗电量与CO2排放量成正比，依此类推，火车的耗电量更小。
如果将EV的人均耗电量降到低于火车的话，则其CO2排放量也比火车低。本文将制作CO2排放最少的EV。

额定功率600W

为了能作为运输工具上路，笔者决定制作一辆三轮或者四轮电动助力车。非内燃机驱动的助力车的电机额定功率应限制在600W以下。目标速度是60km/h，电路图如图3所示，所需零件见表2。

图3

表2
减小耗电量的三个重要参数

设车辆正常行驶所需的能量为E(W)，滚动阻力系数为μr（N/N）,车体质量为Wt（kg），重力加速度为g，空气密度为ρ（kg/m3），空气阻力系数为Cd，正投影面积为A（m2），则：
E=μrWtgV+½ρCdAV3 （W）（式1）
要提高车辆的整体节能性，可参考以下方法：
1、减小车体质量Wt
2、减小空气阻力系数Cd
3、正投影面积A最小化Wt、Cd、A 的目标值见表3。

表3
车体轻型化、空气阻抗减小，可靠600W电机行驶60km/h

图4所示为车辆行驶阻力图（根据表3中的目标值）。由车速（km/h）与行驶阻力（N）的关系可知电机的输出特性。在平地行驶60km/k需要电机输出功率达598W。只要有200N的驱动力，则可爬上坡度为10%的斜坡。以此为基础，下面探索使用何种电机和逆变器。

图4

车辆行驶阻力图电机选型

由于制作的是电动助力车，按规定电机额定功率应限制在600W以下。加拿大规定电动助力车的电机额定功率不得超过500W，因此这个标准下的市售电机非常适合用于本次制作的助力车。Grin Technologies（以下称Grin）是加拿大销售电动车零部件的公司，其官网https://www.XXXXXXXXX/有许多电机的输出特性，选择符合车辆性能的电机时可以参考。

选择最高速度达60km/h，可以爬上10%斜坡的电机

Grin销售的电机中，比较大的有Crystalyte X5300系列（中国Forward&Fortune产），如图5所示。该系列电机装在自行车轮毂中，故被称轮毂电机。电机本身无减速器，是直动型直流无刷电机。

图5
与车轮一体的Crystalyte X5302电机
当电源电压为48V、轮胎尺寸为20英寸时，增加2匝线圈的X5302和增加3匝线圈的X5303电机的驱动力比较如图6所示。

图6

与车轮一体的Crystalyte X5302电机

X5303的感应电压常数过高，达不到60km/h的目标速度。感应电压常数与线圈数匝成正比。如果采用X5302，时最高速度可达73km/h，符合目标值。另外，给电机提供90A的电流，车辆就可爬上10%坡度的斜坡。因此，笔者选择X5302。

90A直流无刷电机通用逆变器的选择

要爬上10%坡道的斜坡，X5302需要90A左右的电流。X5300系列电机都配有专用逆变器，但它们都最多只能提供50A左右的电流。因此，要选用一个输出电流大一些的逆变器。
Evalbum是一个全球EV制作爱好者的交流网站，里面有丰富的自制EV的案例。本文参考了该网站的一些信息，在Kelly Controls（中国）（以下称Kelly）的产品中挑选逆变器。Kelly的KBL系列直流无刷电机通用逆变器如图7所示，产品规格见表4。