淺談電機

    這篇里柯來淺談一下電機，但因為里柯並不是業內人士，也沒有這方面的知識基礎與背景，所以純粹是透過請益與蒐集資料後，彙整出里柯自己可以理解的部份來分享，畢竟身為末端的使用者而非前端的開發者，只要認知足以能夠辨明東西的好壞真偽、知道怎麼組裝與搭配，其實也就很夠用了！

    電機其實就是馬達，因為又稱作”電動機”，故在對岸常簡稱為”電機”。電機是電動機車的四大元件之一，好比燃油機車的引擎一樣，提供車子動力的來源。

電機的運作原理

    一般的電機包含了"轉子"(可旋轉的部份)和"定子"(固定不動的部份)，當電流通過繞在轉子或定子上的銅線線圈時，線圈產生了磁場變成了”電磁鐵”，”電磁鐵”再與另一個磁場(另外一個轉子或定子，可以是永久磁鐵或另一個電磁鐵)產生了相互排斥(同性相斥)的力，依照左手定律、再透過控制器不斷適時的改變磁場的方向(換相)，馬達就順時針轉動起來了(如果線圈上的電流方向不改變，則線圈只能轉動到與另一個磁場極性相異的時候就又會停止不動了，因為異性相”吸”)。

    馬達若要應用在兩輪載具上，不是光會轉動就可以，需具有一定的功率與扭力需求，所以電動機車的電機通常是使用能產生較大力矩的”三相電機”來運作。三相電機以輸入三路的直流電來形成旋轉的磁場，每個相的角度相差120度，且馬達內部有三組線圈。通常這三相是以U、V、W，或黃、綠、藍三種顏色來區分與定義。

霍爾感應器

    霍爾感應器一般是用來測量磁場的變化的，因為三相電機的三個相的電流輸入，需按照一定的順序，才能夠產生讓電機正確旋轉的磁場，所以如果電機內沒有霍爾感應器，控制器就無法精確的得知對相線輸出電流的時機了，所以霍爾感應器在電機上是用來測量三個相位的位置，功能有點像"定位"。

電磁極對數

    三相電機內部共有三組線圈，每一組就是一相，每一相又包含了多個線圈。因為它們要組成南北兩個極，所以不會是單數，且在電機內部呈對稱的方式排列，倆倆成對。電機內的磁極對數越多，因為通一次電能走的極對行程距離相對變短了，所以轉速就會越慢，但又因為轉完一圈的整體磁通量變大了，所以扭力會變大。

輪轂式電機內的磁極對數會因製造廠家而異。

馬達的種類

馬達可再細分為許多的種類，現行應用在電能動力載具上比較常見的種類有：

輪轂式馬達—又稱作”外轉子馬達(可旋轉的部分在外)”、”非對稱式馬達(稍後詳解)”或”LRK馬達”。非對稱式馬達把速度變成扭力，但犧牲部份的效能，所以一般的平均效能約在83%左右，銅線繞線工藝品質好的則有機會可以達到90%以上。輪轂式馬達無須搭配額外的傳動機構，因為它本身就是一個大型的傳動機構。非對稱式馬達內的銅線繞法很不一樣，繞的圈數增加、速度就會降低(但扭力會增加)，因為磁鐵與槽數無法被最大公因數除剩 2與3( 或極對的最小公因數不是 2 與 3 )，故稱之為”非對稱式”。非對稱式馬達能透過控制器的"弱磁功能"，在使用相同電壓的情況之下，能有效率的提升最大轉速約15%，但對稱式的馬達卻可以提升至60%左右。

中置馬達—亦稱“內轉子馬達(可旋轉的部分在內)”或”對稱式馬達”[中置馬達亦可做成非對稱式，只是大部分為對稱式較多，2013/5/4補正。]。品質好的有磁鐵式對稱式馬達，其效能可達93-95%，速度高、效率亦高，但扭力小，所以一般要配合齒輪箱來使用，像E-moving、Candy 2.0EV、Queen 3.0EV與DBX等就是使用對稱式馬達配合齒輪箱來傳動的機種。

阻繞式馬達—沒有磁鐵, 轉子與定子上都用電來激磁, 這種馬達的理論扭力是無限大。扭力大、功率大，因為全部都是銅，造價很高，但效率卻並沒有很好，也因為有碳刷，所以要經常維修(例如高爾夫球車)。

    現行應用在電動機車領域上的主要是前兩種，歐美國家就偏好搭配變速箱使用的中置馬達、對岸則以輪轂式馬達為使用大宗，台灣則是兩種形式的馬達都有使用。

電壓型、扭力型與速度型的迷思

    馬達的使用電壓範圍其實可以很廣，那為什麼對岸卻常見有48V、60V、72V甚至84V、96V等不同電壓的輪轂式電機區分呢？速度型與扭力型電機又是怎麼一回事？其實這跟馬達內的銅線繞法有關。一般來說，”電生磁、磁生力”，一個磁鋼槽內的銅線如果繞得越多圈，當電流通過這些銅線圈的時候，他所能產生的磁力也就能越強，此稱”磁通量”，單位時間內的磁通量越大、則扭力也越大。舉個例子，若以13吋的輪轂式馬達來說：

速度要快的時候，銅線就繞1圈；

扭力要大，銅線就繞2圈；

扭力要更大，就繞4圈(通常4圈也差不多就是極限，因為6圈也繞不進去了)。

而當使用72V電壓運轉時：

繞4圈時的最高速度=80Km

使用60V電壓運轉的時候：

繞2圈時的最高速度=80Km

48V壓運轉時：

繞一圈時的最高速度=80Km

    所以”60V的”其實就等於是”48V扭力型”的電機，而”48V的”也可以稱它做”72V的速度型”電機。所以實際上都是銅線繞的圈數在決定電機的扭力與速度，電機其實都是寬電壓的。至於電機的功率”瓦數”，則是看他所使用的矽鋼片有多寬而定的。

KV值與KA值
    KV值是指"1V的電壓可以使馬達轉多少圈的速度"，所以KV值越低，馬達的轉速就越慢但越有力；KV值越高，則馬達轉速越快但越無力；KA值則是指"每安培(A)電流能使馬達產生多大的扭力"。

"漲盤"

    以對岸的輪轂式馬達來說，其實就只有10吋與13吋兩種滿盤式電機(銅線可以繞滿整個尺寸的盤面)而已。因為做完13吋電機所剩下來的磁鋼片材料，變成了剛好可以做10吋電機的磁鋼片大小，再做完剩下的，就拿去做更小的、電動腳踏車用，甚至是遙控車用的輪轂式馬達磁鋼片。所以如果各位看到12吋的電機，其實那是用10吋的滿盤電機去配上大2吋的外框而”漲”出來的，因為不是實實在在的繞滿12吋的盤面，顧謂之”漲盤”。15吋電機則是由13吋滿盤電機漲盤而來。

    漲盤有什麼影響呢？因為外框變大了，所以電機需要更高的扭力才能帶得動外轉子，也就是必須使用比原來滿盤電機更大的電流，才能得到相同的轉速。雖說這樣速度是提升了，但對電機而言負擔卻也大了，總給人一種不實在的感覺。

    電機還有所謂的"效率區"，因為馬達實際在路上一定是走走停停的狀態、不可能始終都能在高效區運轉。所以好的電機，它的效率區就能比較寬廣，讓電機能在比較廣的功率範圍內都能有較好的能量轉換效能，而差的電機效率區就比較窄。

    以上，無論電機的好與壞，都得靠控制器才能如期發揮它的效能，高階的控制器，甚至能激發出額外的性能表現！所以下一篇即將登場的篇幅，就是要介紹電動機車的大腦--控制器。