编者按：鼓励创新是党和国家强国富民的战略方针，自主创新是企业持续健康发展，应对竞争、迎接挑战与抵御金融危机的原动力。近两年来，天津瑞起科技有限责任公司秉承“勇于创新、追求卓越、诚实信用、服务社会”的理念，在自行车行业协会的支持下，依托科技实力并与天津市红桥区科委合作，创办了瑞宸科技公司，致力于高性能电动车电机及数字化检测设备研发，取得了一系列重大技术成果。去年他们在成功研发新型方波永磁低速无刷电机之后，又自主研发出创新型机电一体化的中置式电机驱动器（电动车中置驱动系统），经多家检测机构和电动车企业检测试用，其技术性能达到世界先进水平。该产品的研制成功，对于提高天津和中国电动车的品质、增强国产电动车产品的国际竞争力有着重要意义。目前，该项目已经获得了天津市科委中小企业技术创新基金支持，得到红桥区科委高新技术成果转化项目的资助，并已申请多项国家发明专利。本文为新型中置电机驱动器发明者，瑞起（瑞宸）公司总经理，高级工程师李平所写的探讨新型电动车电机发展趋势的专题论文，对这种创新型中置式电机驱动器的技术参数和优良性能作了介绍。
一、小型电动车电机驱动技术的现代发展趋势
中国电动自行车产业已走过了飞速发展的10年，目前全国电动自行车的年总产量即已达到2000万辆，形成了年产值超过400亿元的巨大产业，成为世界最大的小型电动车生产制造和出口基地。近几年天津的自行车和电动自行车的产销量及出口量增长更为迅猛，并须雄居全国榜首。在目前国际金融危机和国内经济环境复杂多变的形势下，国内自行车电动车产业遇到了前所未有的困难，。但是2008年，天津自行车和电动车产销仍实现稳定增长，保持了全国领先位置。取得这样可喜成绩的重要因素，就是在自行车行业协会和生产力促进中心能引导全行业树立科学发展观，加强自主创新，加强镁合金新型结构材料、锂离子电池、电机与驱动控制核心部件的研发创新，积极带动天津自行车产品品质提升和产业持续创新发展。我公司自主研发生产的新型中置电机驱动器就是行业协会支持的重点项目之一。
电机和控制器是电动车的核心部件与心脏，其系列技术（设计，生产、组装，检测）的先进与否，直接决定整车的性能与品质，其功能则直接影响到消费者骑行的安全与使用的舒适性和便利性。随着我国电动自行车产业的快速发展，电动自行车的技术研发水平已有了明显提高，但还不能说已达到了成熟阶段。中国电动车产品在世界市场的销售价格与日本、台湾产品相比仍有很大差距。
1. 电动车轮毂电机发展现状
目前，轮毂式电机仍是我国电动车驱动系统的关键配套部件。虽然无刷电机已大部分取代了有刷电机，但总体来看生产技术落后，至今几乎全部仍为手工绕线。高速齿轮减速电机具有扭矩大、爬坡能力强的优点，但由于设计制造技术尚未完全过关，质量问题时有发生，尚未能成为主流产品取代低速无刷轮毂电机。此外，目前较好的控制器的可靠性（返修率）仍仅能控制在1—3%左右，驱动控制系统整体的品质仍处于较低水准。由此可见，我国电动车行业电机驱动控制技术与世界先进水平仍有较大差距。
现有小型电动车轮毂电机产品存在的缺点与不足是：低速轮毂电机爬坡能力差，大扭矩下效率降低；因而电机直径与体积越做越大，已从142、153、205逐渐做到222、266mm，由于金属耗材多，电机笨重，导致功率与能量密度很低，不符合节约型社会和轻型化的时代要求。此外，由于电机磁路气隙小，电机外壳直接承受整车大部分负载，在重载下易发生转子永磁片与定子铁心刮蹭、磁片脱落，电机无法转动以至无法骑行的严重故障。
高速有齿轮毂电机目前存在的问题主要是：齿轮传动设计、制造技术仍不成熟，产品普遍存在效率不高、噪声大、易断齿、倒齿的现象，且大部分产品为半轴结构，承载能力差，而电动车后轴需承受全部载重的高达总负荷的70%左右（即轴重），所以易导致事故的发生。
2.中置驱动技术与前后轮驱动技术的比较
目前，小型电动车的电机驱动技术仍以后轮毂电机驱动方式为主，其结构简单，制造成本低，仍是现今电动车市场的主流产品。由于后轮毂电机占据了后轴位置，因而不能像高档自行车那样安装后轴内变速器或外变速器，整车对于不同路况的适应能力只能完全取决于电机的动力性能——转矩、转速特性，低速大扭矩的迎风或爬坡等骑行能力将受到很大限制，无法扩展。
前轮轮毂电机驱动方式始终只占很小比例，该方式存在影响骑行人操纵稳定性问题的严重不足。
前后轮同时驱动方式的产品只占极少部分，目前仅见于某些国外产品，其功率为前后两电机之和，因而驱动力强劲，适应复杂路面能力强，加速性能好，爬坡能力大。但由于功耗过大，而电池能源有限，一次充电续驶里程短，以及前后轮电机需协调控制，仅适合于特殊用途使用。
中置电机驱动方式由于其安装位置在电动车的中部，结构紧凑合理，与车——人系统重心线位置相接近，整车骑行稳定性好；由于电机不直接承载，其动力性能更强劲；从而改变了目前轮毂驱动结构中轮毂既要承担车体和骑行者的重量，又需传递驱动力矩的最不利工况；由于后轮与普通自行车结构相同，维修后轮也方便。与后轮毂式相反，后轴可安装内、外变速器，整车对于不同路况的适应能力、骑行能力不受限制，可发挥到极致，而且没有前轮驱动方式影响操纵稳定性的缺点。此外，由于电机与控制器之间的位置最近，使其在大电流下的线路、接头欧姆损失最小，可使有限的电池能源得到充分利用。其不足之处在于：由于结构较复杂，制造精度、难度与成本很高，虽然以往国内也进行了不少研究，受当时国情所限，始终未能成为主流产品。与此相反，多年来这种驱动类型在日本则始终为主流，并占据了国际电动车市场相当大的份额，是小型电动车高端产品的代表。因此，中置驱动无疑是电动车驱动的最佳与首选模式，是符合国际新一代小型助力/电动车主流的新型产品。
3.中置电机驱动技术的发展
中置驱动技术在日本发展历史最久，日本YAMAHA公司在1993年发明的PAS助力技术与中置驱动相结合，在日本以及发达国家的应用取得了很大成功。由于这与大多数国家交通法规要求不产生冲突与矛盾，至今仍为日本小型电动车市场的主流产品。其后，这类产品虽也经过不断改进，但本质性创新不多。少数厂商，如三洋公司发展了小轮毂前轮驱动技术；轮毂式后轮驱动技术虽也有出现，但这些始终都未成为主流。
2000年前后，国内陆续研发了一些中置驱动产品，但由于种种原因与设计制造缺陷一直未形成大批量生产能力，未成为主流产品。这些产品，包括最近面市的少量产品，仍然在采用低效率有刷电机驱动、多级齿轮减速，由于技术落后，至今未能融入时代潮流，更未能打入国际市场。
二、新型助力技术与传统助力技术的比较
在国际上，有不少国家的交通法规通常不允许使用纯电动式的电动自行车，纯电动式通常被认为属于机动车。与国外相比，我国的情况较特殊，国标规定：功率小于240W、车速小于20km/h就属于电动自行车，而道路交通法则确定电动自行车属于非机动车。因此，我国纯电动式电动自行车出口到许多国家就受到了很大限制。
传统的助力技术均基于转矩传感器，但国内目前只有少数转矩传感器产品，通常性能还不理想，因此真力矩助力电动车一直未能得到大面积推广。真助力（转矩助力）技术的最大优点在于节能、省电与省力，在助力比为1：1、使用同样规格电池（电池电压、容量相同）的情况下，续驶里程将增加1倍，骑行人蹬踏时可省一半力，倍感轻松，而且安全性强。
国内目前大多数的以蹬踏速度传感器实现的“助力”实质是速度助力，即蹬踏的越快、车速越高，因而没有节能的功能；在爬坡等低速、大负载扭矩下也没有省力的功能，因而实质上不是真助力。
传统的转矩传感器缺点是：结构复杂、技术难度高，加工制造精密，成本很高。
我们提出的新发明之一，是首次提出了无转矩传感器实现真助力的新方案，是基于路况测定技术实现助力方式的重大创新，其优点是：在世界首次实现了全电子化，成本低，且易于大批量生产。
我们提出的另一项新发明是新型转矩传感器，它采用了高磁致伸缩新材料与新的制备工艺以及简化了的机械结构，可在保证优秀性能的同时较大幅度的降低成本；由于体积小巧，全部构件完全可装入电动自行车的标准五通管内，是符合人体工程学原理的先进设计。
三、新型中置电机驱动器总体设计的创新性
传统中置电机驱动技术迄今仍主要为日本厂商垄断。
助力模式在日本以及发达国家的应用取得了很大成功，这也与大多数国家交通法规要求不产生冲突与矛盾。
我们研制新型中置电机驱动器的主要目标是：具有高效率，低噪音，大扭矩，小体积，轻量，省材，高可靠，长寿命，有良好的爬坡与骑行性能，能在恶劣环境条件下正常工作，易于安装、使用维护简单，可内置控制器实现机电一体化、智能化，功能完善，高性价比。特别是要克服国内外已有同类产品的缺点与不足，例如：中轴与中置驱动器合体带来的弊病。
新设计方案要获得优秀的综合性能并非易事，新产品涉及机械、电子、电机、驱动控制、新材料、新工艺、传感器等现代科技多学科的丰富知识与经验，存在许多矛盾需要仔细衡量并加以取舍。
为此，我们广泛查阅了近三十余年来大量同类产品先进技术的学术与专利文献，凡相关的技术与产品，我们都进行了较深入的分析与比较。在充分研究了国内外同类产品先进技术的基础上，提出了我们的全新的综合设计方案，实现了中置驱动与测控技术多方面的重大突破与创新，成功地申报了具有高含金量的4项发明专利，获得了多方面的丰硕成果。
图1 中置驱动器
