專利名稱：智能模糊運行方式電單車的制作方法
專利說明智能模糊運行方式電單車 智能模糊運行方式電單車[二]智能模糊運行電單車是<新型高效電力驅(qū)動機(jī)構(gòu)及控制方法>(發(fā)明專利02157269.0)技術(shù)在電動自行車這類簡單的交通工具項目上的實際應(yīng)用。屬于簡單交通工具范疇。常見的電動自行車作為驅(qū)動力源的形式主要有直流電機(jī)等類別。其電動機(jī)工作方式和結(jié)構(gòu)形式是決定效率的重要因素。傳統(tǒng)方式的電機(jī)工作時所需產(chǎn)生的強(qiáng)極性磁場對轉(zhuǎn)子作功，實際中通電線圈內(nèi)的電流強(qiáng)度，方向不斷變化。直流電機(jī)工作時需將電流作換相處理，交流電機(jī)則需產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。按電磁學(xué)基本定律感性元件自身的感生電動勢、電流方向與原方向相反且瞬時增加，形成固有的“感抗”。其實際物理意義為無功耗能，工作溫度上升等不利因素，使之效率降低。
另一方面普遍的軸輸出功率的結(jié)構(gòu)形式在實際中很少直接采用，多為減速、力矩變換的工作方式，目的是所需的轉(zhuǎn)速、力矩、運動形式等等。由此得到結(jié)論，傳統(tǒng)的交，直流電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)換技術(shù)的效率問題關(guān)鍵在于電機(jī)的工作方式、結(jié)構(gòu)形式、力矩作用位置、傳輸動力的切換及電氣，機(jī)械特性等。
現(xiàn)有技術(shù)的成品電動自行車的運行方式，操控方式相似于機(jī)動車(摩托車)，這兩種方式并不適合于自行車的使用范疇，也不科學(xué)和實用。電動自行車不是機(jī)動車，不應(yīng)該采取機(jī)動車的操控方式，而電磁轉(zhuǎn)換的電氣特性也不同于燃油內(nèi)燃機(jī)的工作方式。
現(xiàn)有技術(shù)的商品電動自行車的結(jié)構(gòu)設(shè)計和新材料應(yīng)用缺乏新意，讓人很難有擺脫“拼裝”的感覺。新型高效電力驅(qū)動機(jī)構(gòu)及控制方法在電單車上的應(yīng)用，是為了解決能量轉(zhuǎn)換過程中提高效率問題。合理的結(jié)構(gòu)形式及控制系統(tǒng)在節(jié)能提高效率的同時還將擴(kuò)大其實用范圍。例如，驅(qū)動裝置/制動裝置“二合一”形式，在滿足設(shè)計中的轉(zhuǎn)速、力矩、作功形式等性能要求時，原則上無需動力傳輸系統(tǒng)、減速系統(tǒng)等機(jī)構(gòu)。
新型高效電力驅(qū)動機(jī)構(gòu)及控制方法在電單車項目上的應(yīng)用，可擴(kuò)展人機(jī)工程學(xué)技術(shù)、多模式運行方式、人工智能化及數(shù)字化能源使用方法等多項時代同步技術(shù)，適用于取代現(xiàn)有電動自行車產(chǎn)品中普遍應(yīng)用的傳統(tǒng)形式的電機(jī)驅(qū)動源及控制方法。
新型高效電力驅(qū)動機(jī)構(gòu)及控制方法在電單車上應(yīng)用的另一個方面是新型結(jié)構(gòu)和新材料。新型結(jié)構(gòu)和材料是通過計算機(jī)輔助設(shè)計，按照靜、動態(tài)模擬各部件的應(yīng)力情況、運動力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)的分析等，得以結(jié)構(gòu)、形式、材料上的突破和階段性的性能提高。且多應(yīng)用纖維質(zhì)合成材料，新工藝等先進(jìn)技術(shù)以及電池技術(shù)，超導(dǎo)技術(shù)的儲備應(yīng)用。新型高效電力驅(qū)動機(jī)構(gòu)及控制方法屬于電力驅(qū)動及自動控制范疇，通過電磁能單元及組合，通斷時序及組合，控制系統(tǒng)等核心技術(shù)組成機(jī)電一體化，自動控制，信息化，智能化，模糊運行方式等多項時代技術(shù)的全新裝置。
a.電磁能單元在某一幾何外型的磁介質(zhì)材料上，當(dāng)一定數(shù)值的電流強(qiáng)度流過線圈時，磁介質(zhì)材料中由磁疇反應(yīng)出的電磁效應(yīng)、磁通量及強(qiáng)度，是一種能的形式。通電線圈在設(shè)計合理的磁介質(zhì)材料內(nèi)的磁路及磁通強(qiáng)度，形成了一個具有能量的機(jī)構(gòu)即稱為電磁能單元。遵循物理學(xué)基本定律“磁通總是要沿磁阻最小的路徑閉合”又“因磁場扭曲而產(chǎn)生的法向，切向磁扭力”原則，具有電磁能的機(jī)構(gòu)或稱為電磁能單元，其能將以力的形式，作用于其自身或相對物體。采用新型高效電力驅(qū)動機(jī)構(gòu)及控制方法技術(shù)的電單車，就是通過這種新型高效的電磁能量轉(zhuǎn)換，驅(qū)動機(jī)構(gòu)應(yīng)用合理的結(jié)構(gòu)布局及控制系統(tǒng)，高效率地將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。優(yōu)化的結(jié)構(gòu)布局其設(shè)計原則是按被應(yīng)用裝置的實際運行方式，機(jī)械特性等參數(shù)為依據(jù)，加上不同模式的控制方式，目的是獲得最高的使用效率。實際應(yīng)用中電磁能單元可以是單個或組合運行，本項電單車設(shè)計只需單一的電磁能單元，且無需啟動力距及定義轉(zhuǎn)動方向。
b.工作模式(通斷時序合成)
如前所述，新型高效電力驅(qū)動機(jī)構(gòu)及控制方法技術(shù)應(yīng)用在電單車項目中其工作模式是將具有電磁能的機(jī)構(gòu)作為有能基本單元，工作能量取自于電能及電能轉(zhuǎn)換。工作時電磁能機(jī)構(gòu)或電磁能單元對電能輸入的類型(如交、直流、單、多相等)和電流方向無需限制，也無需產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場或電流換相。工作模式僅需為接通、斷開及其時限的組合。所謂通斷時序合成是一種數(shù)字式的以量的形式的能量密度新理論。例如，按新型高效電力驅(qū)動機(jī)構(gòu)及控制方法，以電力驅(qū)動方式，應(yīng)用于圓周運動作功方式的裝置，若以每分鐘N轉(zhuǎn)的速率，M輸出力矩運行時，單位時間內(nèi)控制系統(tǒng)需發(fā)100個單位的脈動工作波源。當(dāng)控制系統(tǒng)在同樣時域內(nèi)，發(fā)出10個單位的脈動工作波源或者1000個脈動工作波源時，實際上將改變裝置的能量密度，其物理意義為，單位時間內(nèi)的作功能量及力矩特性、速度特性等等。
c.結(jié)構(gòu)形式新型高效電力驅(qū)動機(jī)構(gòu)及控制方法技術(shù)的應(yīng)用在結(jié)構(gòu)上無需再定義或局限與傳統(tǒng)電機(jī)的軸輸出功率的范疇，其結(jié)構(gòu)形式可按實際應(yīng)用的方式選擇和設(shè)計。如，作為電力驅(qū)動自行車時，可與車輪做為一體，實現(xiàn)“無傳動”的結(jié)構(gòu)形式。(

圖1)d.控制方法新型高效電力驅(qū)動機(jī)構(gòu)及控制方法技術(shù)應(yīng)用的電力驅(qū)動機(jī)構(gòu)取自電源的能量，按通、斷及時序合成，是以具體的適用裝置形式，設(shè)定的控制方法。如電單車，電力驅(qū)動裝置用脈動工作波源模式時為驅(qū)動車輪轉(zhuǎn)動，用定常工作波源模式時為制動車輪，而使驅(qū)動、制動從結(jié)構(gòu)上成為裝置的合為一體。
智能運行方式及模式選擇邏輯圖(圖2)按非機(jī)動車定位的普通自行車的運行方式是一種靜不平衡而動平衡(陀螺效應(yīng))的簡單交通工具。其工作模式是I.乘駕者的蹬踏狀態(tài)即人力驅(qū)動狀態(tài)模式；II.乘駕者的非蹬踏狀態(tài)即滾動滑行狀態(tài)；III.乘駕者的反向蹬踏狀態(tài)(無意義)及制動。
實時采樣，數(shù)/模轉(zhuǎn)換是新型高效電力驅(qū)動機(jī)構(gòu)及控制方法應(yīng)用于電單車運行方式的原始數(shù)據(jù)及各類工作模式基礎(chǔ)。所謂實時即上述I.II.III類工作模式的同步數(shù)值采樣，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后由CPU進(jìn)行數(shù)值處理。例如當(dāng)車輛由I.模式轉(zhuǎn)換II.模式工作方式時，中央數(shù)據(jù)處理器鎖定I.模式的末級采樣值(速率)，同時發(fā)出指令啟動能量控制及驅(qū)動/制動機(jī)構(gòu)。此時，中央數(shù)據(jù)處理的能量輸出指令及能量密度至驅(qū)動/制動機(jī)構(gòu)只需克服車輛行駛中的磨擦阻力和空氣阻力并保持I.模式狀態(tài)的末端速率行駛。換言之，由I.模式轉(zhuǎn)換為II.模式工作方式的實際物理意義是乘駕者可以按照自己的習(xí)慣或路況條件，選擇合適的速度即I.模式的末端速率，同時裝置啟動了的驅(qū)動機(jī)構(gòu)按I.模式末端速率開始工作。即所謂智能化，模糊運行工作方式。使整個裝置亦工作在效率較高的區(qū)域內(nèi)。而實際應(yīng)用中I.→II.→I.之間可以任意切換，只要乘駕者愿意或滿足自己的行駛習(xí)慣，也就是采用新型高效電力驅(qū)動機(jī)構(gòu)及控制方法技術(shù)的電單車的基本運行方式----正常模式。而運動模式，節(jié)能模式，導(dǎo)航模式等運行模式則由比較電路內(nèi)固化的可編程序得以實現(xiàn)，以滿足不同適用條件者自行選擇，如上班一族，學(xué)生一族，長者一族等等。
新型高效電力驅(qū)動機(jī)構(gòu)及控制方法技術(shù)的特征之一是結(jié)構(gòu)上驅(qū)動/制動為一體。不同邏輯的實現(xiàn)是通過控制系統(tǒng)的程序自動設(shè)置，新型高效電力驅(qū)動機(jī)構(gòu)及控制方法技術(shù)應(yīng)用于電單車時，若實施正常自行車的III.模式狀態(tài)，即可實現(xiàn)制動模式。這一操作過程是完全符合人機(jī)工程學(xué)的基本理念的。同時由于結(jié)構(gòu)上允許制動應(yīng)力臂充分的長，可以使得制動效率極高，而中央數(shù)據(jù)處理器還可提供緊急制動和緩制動及中間過渡工作區(qū)域等方式，其邏輯的實現(xiàn)均由實時采樣，數(shù)/模轉(zhuǎn)換等機(jī)構(gòu)實現(xiàn)。
安全優(yōu)先中斷理念對于自行車這樣簡單交通工具的使用有著重要的意義。安全優(yōu)先理念應(yīng)用于電單車有兩層含義首先是優(yōu)先中斷車輛行駛中的不安全因素，例如超速行駛，轉(zhuǎn)彎時加速等等。其工作模式是斷開驅(qū)動能源及驅(qū)動機(jī)構(gòu)的同時啟動緩制動模式。優(yōu)先中斷理念的另一層意義是對于裝置本身的“自檢”及保護(hù)程序，包括驅(qū)動/制動機(jī)構(gòu)，能源，控制系統(tǒng)等各個組件。 新型高效電力驅(qū)動機(jī)構(gòu)及控制方法采用的通、斷時序合成方式是一種合理的電能輸入方式。相對于感性元件通有的“感性”電氣基本特性，由于新型高效電力驅(qū)動機(jī)構(gòu)及控制方法的工作模式，無需產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場、極性倒相等使用條件，而采用單一的電流方向及續(xù)流電子元器件的工作形式，相比傳統(tǒng)的電源輸入方式，更有效的利用了電源能量的使用效率。新型高效電力驅(qū)動機(jī)構(gòu)及控制方法技術(shù)在電動自行車這類簡單交通工具的實際應(yīng)用，由于采用了最合理的結(jié)構(gòu)方式，可以使裝置做到更簡單和高效。而新型高效電力驅(qū)動機(jī)構(gòu)的電單車的驅(qū)動機(jī)構(gòu)，可與車輪做為一體。當(dāng)采用高效新型電力驅(qū)動機(jī)構(gòu)及控制方法技術(shù)可實現(xiàn)數(shù)字式操控及高效的運行模式和運行模式選擇等。除了電力驅(qū)動機(jī)構(gòu)本身的結(jié)構(gòu)簡單外，相對于車輛本身還可以省去傳動系統(tǒng)、變速系統(tǒng)等復(fù)雜機(jī)構(gòu)。且由于數(shù)控系統(tǒng)的多樣性可靠性等諸多功能，將電力驅(qū)動自行車輛做成智能化、模糊化的運行方式成為可能和簡單。附圖(圖1)圖中Ma...Mn_____磁介質(zhì)材料Ea_________電磁能單元及作功位置R__________作功力臂α__________相差時序In----------實時采樣及A/D(圖2)智能運行方式及模式選擇邏輯圖(圖2)[八]具體實施方式
新型高效電力驅(qū)動機(jī)構(gòu)及控制方法在電單車(電動自行車)項目中的應(yīng)用實驗結(jié)果及樣車參數(shù)如下行程118千米/一次充電車速18千米/小時充電2小時電源12V/10A(Ni-Cd 20×1.2v/5a)驅(qū)動機(jī)構(gòu)正常工作電流1.5A車重17.5千克車體纖維質(zhì)復(fù)合材料新型高效電力驅(qū)動機(jī)構(gòu)及控制方法應(yīng)用于電單車的驅(qū)動機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)其轉(zhuǎn)動部分為玻璃纖維、樹脂、電工鋼片等材料復(fù)合制成。實驗件實物為圓盤形式(直徑361毫米)，最大厚度9.2毫米，重量1.65千克。安裝于前后車輪或中鏈輪部位?？刂品绞綖橹悄芑?、模糊運行方式，即系統(tǒng)同步、回饋采樣、智能模糊運行方式，運行模式選擇，安全運行模式優(yōu)先中斷及自動控制。
權(quán)利要求
1.智能、模糊運行方式電單車采用的新型高效電力驅(qū)動機(jī)構(gòu)及控制方法是由具有電磁能機(jī)構(gòu)的電磁能單元，通斷時序合成和運行模式控制方法的共同作用下，構(gòu)成了一個能在電力驅(qū)動應(yīng)用中，提高效率、性能、功能，擴(kuò)展使用范圍的電能、機(jī)械能轉(zhuǎn)換、控制裝置新技術(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述，智能、模糊運行方式電單車采用的新型高效電力驅(qū)動機(jī)構(gòu)及控制方法中的電磁能機(jī)構(gòu)或電磁能單元，可因?qū)嶋H應(yīng)用裝置的設(shè)計功能、運行方式等設(shè)計出不同的型式。如果與通、斷時序合成、運行模式控制方法共同構(gòu)成的電力驅(qū)動、控制裝置均屬于權(quán)利2要求范圍。
3.如權(quán)利要求1所述，智能、模糊運行方式電單車采用的新型高效電力驅(qū)動機(jī)構(gòu)及控制方法中的通、斷時序合成，如果與電磁能機(jī)構(gòu)或電磁能單元，運行模式控制方法共同構(gòu)成的電力驅(qū)動、控制裝置均屬于權(quán)利3要求范圍。
4.如權(quán)利要求1所述，智能、模糊運行方式電單車采用的新型高效電力驅(qū)動機(jī)構(gòu)及控制方法中的運行模式控制方法，如果與電磁能機(jī)構(gòu)或電磁能單元，通，斷時序合成，運行模式控制方法共同構(gòu)成的電力驅(qū)動、控制裝置均屬于權(quán)利4要求范圍。
全文摘要
智能、模糊運行方式電單車采用了新型高效電力驅(qū)動機(jī)構(gòu)及控制方法新技術(shù)，實現(xiàn)了數(shù)字式操控及高效的運行方式。如節(jié)能運行模式、運動運行模式等。除了電力驅(qū)動機(jī)構(gòu)本身的結(jié)構(gòu)簡單外，相對于車輛本身還可省去傳動系統(tǒng)、變速系統(tǒng)等復(fù)雜結(jié)構(gòu)。由于數(shù)控系統(tǒng)的多樣性、可靠等諸多功能，將電力驅(qū)動自行車做成智能化、模糊化的運行方式將成為可能和簡單。
文檔編號B62M23/02GK1597438SQ200410041600
公開日2005年3月23日 申請日期2004年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月4日
發(fā)明者姚飛 申請人:姚飛