| 评价电动自行车性能的优劣最重要的指标是充电一次续驶里程。它除了和配置的电池容量大小等因素有关外，还与电动自行车驱动系统的效率密切相关。所谓效率，是指一系统（装置）的输出功率和其输入功率的比值，一般用η表示。输出、输入功率可以是电功率，也可以是机械功率。对于电动机而言，输入是电功率，输出是机械功率。因为任何系统内总存在有损耗，所以效率总是小于1。 电动自行车驱动系统效率ηs可表示为：
ηs=ηC·ηm·ηT·ηR
式中 ηc——控制器效率
ηm= P2m/ P1m——电动机效率
P2m——电动机输出机械功率
P1m——电动机输入（即控制器输出）电功率
ηT——传动装置效率
对于直接驱动无传动装置的驱动方式，ηT =1
ηR——轮胎效率
它和轮胎宽度、和地面接触面积大小、花纹、轮胎材料等有关。
1.电动机效率
电动机效率ηm=P2m/P1m=（P1m－∑Pm）/P1m=1－∑Pm/P1m式中∑Pm为电机总损耗，主要包括机械损耗（轴承摩擦损耗、转子空气摩擦损耗、换向器和电刷间的机械磨损等）和铁心损耗（含磁滞损耗和涡流损耗），二者又可称为空载损耗或不变损耗。电动机负载后又产生铜损和附加损耗，因为它们随负载大小而变化，又称为可变损耗。显然，电机的总损耗越小，其效率越高。换言之，要想提高电机效率，应采取降低损耗的措施。
对于电动自行车用低速直接驱动电机，机械损耗较小，而铁损亦不大。而高速电机（线绕式或印制绕组）+齿轮减速器系统，电机的机械损耗和减速器的磨损相对于低速电机较大，而铁损较小。总之，对于电动自行车用电机，其空载损耗均不大，约10～20W。在总损耗中占有较大比重的是电枢绕组铜损。众所周知，电机铜损PCu= I2Ra，无论对于何种电机，只要额定功率、电压相同，电枢电流I差别不大，因此，电机铜损基本上取决于电枢绕组电阻Ra的大小，Ra越大，铜损也越大，效率低。要提高电机效率，最有效的措施是降低电枢绕组电阻Ra，具体来说就是增加绕组的导电面积，但往往这又受到槽面积的制约，导致槽满率过高，造成下线困难。要解决这一问题只好增加电枢铁心长度，减小绕组串联匝数，这样又增加了电机的制造成本。所以提高效率和降低成本是矛盾的。这就是通常所说的设计高性能指标的电机并不困难，只要增加电机材料的用量则可达到。对于电动自行车用这种数量大而又追求高效率的电机而言，关键是设计制造出成本不高而又具有高效率的产品。
电机重量基本反映出电机的有效材料用量。
电机性能最关心的就是电机效率，而忽略了电机重量的不同，实际上，重量不同的电机其效率没有可比性。一般来说，重量较重的电机应具有较高的效率。但由于电机设计技术的差异，也出现了重量轻而效率高的电机产品。
电动自行车用几种电机重量G和额定效率η大致如下：
高速有刷+齿轮减速器 G=3.2～3.5Kg
ηm =(74～77)%
高速无刷+齿轮减速器 G=3.4～3.8Kg
ηm =(75～78)%
低速有刷电机 G=5.8～6.5Kg
ηm =(75～78)%
低速无刷电机 G=4～5.8Kg
ηm =(77～80)%
在此说明，电机额定功率越大时，其损耗所占比例相对较小，电机效率越高。
2.电动机的最高效率ηmax
如前所述，电机损耗可分为基本上大小而改变的可变损耗。根据效率表达式，经数字推导证明，电机当可变损耗和不变损耗相等时，效率最高。
电动车电机经测功机加载检测，均给出一最高效率点，大家注意到，不同种类、不同规格的电机，最高效率点出现的位置明显不同，例如，低速有刷电机最高效率点位于3～5Nm区间，高速有刷电机ηmax位于5～8Nm，传统低速无刷电机ηmax位于2～4Nm，新型低速无刷电机ηmax位于4～7.5Nm，高速无刷电机6～9Nm。产生这一现象的原因，根据最高效率出现的条件就很容易理解，即电机转速越高，机械损耗越大，在铁损变化不大时，不变损耗越大，在其他条件，如电枢电阻相同时，最高效率ηmax出现在负载电流、转矩较大的区域。实际上，对最高效率出现区域影响最大的是电枢绕组电阻Ra，Ra越小，同样电流时，产生的绕组铜损——可变损耗越小。所以最高效率ηmax出现在负载较大区域。对于转速高，电枢绕组电阻小的电机，最高效率出现在更大的负载区。
事实上，对于电动机而言，最重要的是电机的额定效率而不是最高效率。作为电机的最佳化设计，应使电机的运行点位于最高效率点附近。如果一台电机的最高效率很高，而实际运行工作点远远偏离最高效率点，则这时谈论最高效率是没有什么实际意义的。不能用最高效率作为评价电机的指标。
对于电动自行车而言，不同规格、不同的车速、正常行驶情况下，负载转矩一般在4～8Nm，如前所述，新型低速无刷电机的最高效率正好位于此区间。所以就运行效率而言，该电机具有优势。
3．电机的高效率平台
所谓高效率平台，即在约定的高效率指标下，例80%，其负载转矩ML（Nm）的范围。
如前所述，影响电机效率的主要参数是电枢绕组电阻Ra，而Ra的大小取决于主体材料——永磁体、导磁材料、导电材料等的用量。
众所周知，磁通和磁势的相互作用产生电磁转矩。若永磁体用量多，磁通大，产生一定的转矩所需磁势小。在绕组匝数一定的情况下，电流小，铜损小，效率高。Ra越小，可允许电枢电流I即使在较大范围内变化（即负载变化较大），其产生的绕组铜损PCu= I2Ra也不至过大，电机仍具有较高效率，高效率平台较宽。
据此，对于功率、转速接近，而额定电压相同的电机，我们可通过测量电枢绕组的直流电阻Ra初步比较、判定电机的最高效率、额定运行效率的高低和高效率平台的宽窄。
在此，特别强调指出，有些厂商过分追求较宽的高效率平台实在没有必要。因为电动自行车在正常使用下，其转矩ML=4～8Nm，只要在此范围内有较高效率则可满足使用要求。而ML=10～20Nm，仅适于起动和爬坡。起动和爬坡时所需转矩不应作为电机设计的依据。其原因：
1）起动、爬坡和正常行驶相比，毕竟在时间上所占比例较小；
2）起动和爬坡对转矩的要求可通过电机的转矩过载来满足；
3）过大的转矩都是通以大电流来实现的，大电流将会对电池造成不允许的冲击和严重破坏，大幅降低电池的循环寿命；
4）如果依起动和爬坡转矩作为设计依据，将导致使用过多的主特材料，加大了成本。
4.有刷电机和无刷电机的比较
1）有刷电机的电枢绕组电阻一般大于无刷电机的电枢绕组电阻；
2）有刷电机存在有换向器和电刷的机械磨损；
3）有刷电机的换向器和电刷间存在接触电阻；
4）有刷电机的电刷自身存在电阻。
所以在使用同等材料的条件下，无刷电机的效率高于同规格的有刷电机。
5.低速电机和高速电机的比较
从电枢绕组电阻来看，一般情况下，高速电机的较小，低速电机的较大，所以在电流相同时，高速电机的铜损较小；
从机械损耗来看，显然，高速电机的大，再考虑到齿轮减速器的损耗，高速电机的总机械损耗远大于低速电机。
由以上两方面来看，不难推断，在负载转矩ML<8Nm的情况下，低速电机的效率大于高速电机，而在负载较大时，高速电机的效率有可能高于低速电机。
一般情况下，高速电机有较宽的高效率平台。
综合以上分析，可得出以下结论：作为电动自行车用电机，不要追求过宽的高效率平台和过大的输出转矩，应以满足需要为目的。否则电机将消耗过多的主特材料，加大了制造成本，增加了电机体积和重量。
在一般使用条件下，作为电动自行车驱动电机应选用高效区间位于4～8Nm的低速永磁无刷电机，以增加充电一次续驶里程。
对于经常骑行在崎岖不平，坡度变化较大的道路上的电动自行车也可选用高速无刷电机+齿轮减速器的驱动系统，不过该系统寿命相对较低，使用一段时间后噪声加大，需经常维护。 |
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