一種電動(dòng)裝置與含有該裝置的電動(dòng)車的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及電動(dòng)車及其電源動(dòng)力設(shè)計(jì)領(lǐng)域，特別涉及一種電動(dòng)裝置的機(jī)械結(jié) 構(gòu)及其驅(qū)動(dòng)與制動(dòng)的時(shí)序電流設(shè)計(jì)方法以及電動(dòng)車的增程方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 國內(nèi)市場(chǎng)上電動(dòng)自行車目前主流是配用電動(dòng)輪，這類電動(dòng)輪實(shí)際是將傳統(tǒng)設(shè)置在 軸上的電動(dòng)機(jī)變形在輪轂內(nèi)。電動(dòng)汽車的行業(yè)熱點(diǎn)是開發(fā)乘用車輪轂電機(jī)，又稱車輪內(nèi)裝 電機(jī)，其最大特點(diǎn)就是將動(dòng)力、傳動(dòng)和制動(dòng)裝置整合到輪轂內(nèi)；行業(yè)專家普遍認(rèn)為，由于目 前輪轂電機(jī)的部件重量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出輪轂本體（一般包括輪轂電機(jī)、剎車盤、剎車卡鉗、主動(dòng)懸 掛電機(jī)、懸架、減震彈簧等），其技術(shù)意義很有限，現(xiàn)有電動(dòng)機(jī)遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到輪轂電機(jī)的設(shè)計(jì)要 求。
[0003] 近年獲得迅猛發(fā)展的永磁無刷直流電機(jī)，主要由電機(jī)本體、位置檢測(cè)器和電源逆 變控制器組成，永磁體一般設(shè)置在轉(zhuǎn)體上、N/S磁極交替相距一定間隙排布，若干繞組設(shè)置 在靠近轉(zhuǎn)體的固定部位，位置檢測(cè)器和逆變器一起構(gòu)成電子換向器取代機(jī)械接觸式換向裝 置，繞組通電形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)而使轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)。這種永磁無刷直流電機(jī)的主要問題是正弦波變 形的近似度控制，其動(dòng)力供電雖然采用PWQ技術(shù)調(diào)制，但在控制思想方法上受限于電動(dòng)機(jī) 內(nèi)部旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)。近年來國內(nèi)外同行還試圖開發(fā)在輪緣設(shè)置原動(dòng)機(jī)構(gòu)的電動(dòng)輪， 例如市場(chǎng)上一種在車圈外緣設(shè)齒并安裝輸出軸帶齒電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)自行車，通過齒輪傳遞電 動(dòng)機(jī)的軸輸出動(dòng)力，這類設(shè)計(jì)雖有新意，但由于采用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的電動(dòng)機(jī)和常規(guī)方式的動(dòng)力 供電，其電能轉(zhuǎn)換效率與輪轂式電機(jī)類同，并且在車圈外緣設(shè)置電動(dòng)機(jī)會(huì)受到功率的限制。
[0004] 續(xù)行里程短是現(xiàn)階段電動(dòng)車的軟肋，行業(yè)普遍認(rèn)為在高能量電池進(jìn)入商用前，靠 增加電池?cái)?shù)量提升電動(dòng)車的續(xù)行里程不現(xiàn)實(shí)，因此目前汽車市場(chǎng)主流是發(fā)展油、電雙源混 合車，其設(shè)計(jì)思想為：當(dāng)汽車起步或低速時(shí)使用電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力，汽車達(dá)到某個(gè)速度閥值時(shí)變 換為使用內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力，從而降低汽車在起步或低速時(shí)因燃油在內(nèi)燃機(jī)燃燒不完全引起的 排氣污染；其技術(shù)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)特征為：燃料箱給內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)提供燃料輸出動(dòng)力；在此傳 統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上并行增加一套電連接電池組的電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，電動(dòng)機(jī)由電池組提供電能輸出動(dòng) 力；兩路動(dòng)力通過油、電動(dòng)力轉(zhuǎn)換裝置共用機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，將內(nèi)燃機(jī)或電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳遞到 輪轂上，這類雙源動(dòng)力的設(shè)計(jì)可稱之為油、電動(dòng)力并行系統(tǒng)，其明顯缺點(diǎn)為制造成本高。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005] 本實(shí)用新型的目的，在于克服現(xiàn)有電動(dòng)車用直流電動(dòng)機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的缺陷，提供 一種內(nèi)部結(jié)構(gòu)有別于傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)，同時(shí)通過電源調(diào)制器將直流電改變?yōu)橐环N非通電方向交 替變換的時(shí)序電流供電方案，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)矩大，工藝容易實(shí)現(xiàn)。
[0006] 本實(shí)用新型提供的一種電動(dòng)車的電動(dòng)裝置，所述電動(dòng)裝置包括電源調(diào)制器1、驅(qū)動(dòng) 操控裝置9a、定子單元3a、永磁體轉(zhuǎn)子單元3b和轉(zhuǎn)體6 ;所述轉(zhuǎn)體為一個(gè)具有轉(zhuǎn)動(dòng)軸的環(huán) 形機(jī)械圈，其上間隔設(shè)置至少4個(gè)轉(zhuǎn)子單元3b，且所有轉(zhuǎn)子單元環(huán)繞轉(zhuǎn)體設(shè)置的磁極方向 相同；所述定子單元3a至少設(shè)置一個(gè)在靠近轉(zhuǎn)體的固定部位，其與轉(zhuǎn)子單元形成的周期性 相對(duì)氣隙3d不大于80mm ;
[0007] 所述電源調(diào)制器1包括電源輸入端la、時(shí)序電流輸出端Ib和驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端ld， 電源輸入端電連接電池組8的正負(fù)極，時(shí)序電流輸出端電連接定子單元的內(nèi)部繞組，驅(qū)動(dòng) 信號(hào)輸入端電連接驅(qū)動(dòng)操控裝置9a ;所述電源調(diào)制器對(duì)定子單元3a內(nèi)部繞組供電使定子 單元所形成的電磁極方向，與所述轉(zhuǎn)子單元3b運(yùn)動(dòng)相向的磁極相反；電源調(diào)制器通過驅(qū)動(dòng) 操控裝置獲取用戶的指令并相應(yīng)輸出時(shí)序電流，使電動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)。
[0008] 優(yōu)選的，所述電源調(diào)制器的額定功率不超過25kW。
[0009] 優(yōu)選的，所述轉(zhuǎn)體6包括車輪5的輪圈、輪轂15以及通過機(jī)械構(gòu)件同軸7分別固 連輪圈/輪轂內(nèi)緣和車輪轉(zhuǎn)動(dòng)軸的環(huán)形機(jī)械圈；
[0010] 所述車輪5的輪圈具有一個(gè)機(jī)械圓環(huán)；所述輪轂15至少具有兩個(gè)機(jī)械圓環(huán)，若干 機(jī)械圓環(huán)通過機(jī)械構(gòu)件同軸固連；所述分別固連輪圈/輪轂內(nèi)緣和輪轂內(nèi)環(huán)形機(jī)械圈的機(jī) 械構(gòu)件，包括外置輻條或與輪圈/輪轂一體化設(shè)計(jì)制造的機(jī)械筋條。
[0011] 更優(yōu)選的，所述的機(jī)械構(gòu)件還包括若干齒輪組合的減速/變矩裝置2 ;減速/變矩 裝置的傳動(dòng)輸入端與轉(zhuǎn)體6機(jī)械固連，其傳動(dòng)輸出端與輪圈、輪轂的內(nèi)緣機(jī)械固連；減速/ 變矩裝置獨(dú)立設(shè)置，或與轉(zhuǎn)體或輪轂一體化設(shè)置。
[0012] 所述轉(zhuǎn)子單元3b設(shè)置于轉(zhuǎn)體6上的安裝位置包括嵌合于轉(zhuǎn)體的外緣、內(nèi)緣、轉(zhuǎn)體 內(nèi)部或與轉(zhuǎn)體一體化設(shè)計(jì)制造，在不影響安裝于轉(zhuǎn)體的前提下不限形狀；所述轉(zhuǎn)子單元在 轉(zhuǎn)體上的間隔設(shè)置優(yōu)選均勻排布。所述轉(zhuǎn)子單元在轉(zhuǎn)體6上同極向設(shè)置，包括N/S兩極連 線與轉(zhuǎn)體6同軸法線10重合/垂直的4種典型組合狀態(tài)，以及在4種典型組合狀態(tài)基礎(chǔ)上 N/S兩極連線偏轉(zhuǎn)不超過22度。
[0013] 優(yōu)選的，所述定子單元3a由至少一組良導(dǎo)線環(huán)繞磁介質(zhì)材料的磁芯而成，其內(nèi)部 線圈繞組可任意串聯(lián)、并聯(lián)連接，或通過不同繞組之間引出中間抽頭組成多線外接回路；對(duì) 外電連接的方式可以為兩線或多線構(gòu)成的回路。
[0014] 優(yōu)選的，所述靠近轉(zhuǎn)體6設(shè)置定子單元3a的固定部位，包括轉(zhuǎn)體外部的車架、轉(zhuǎn)體 內(nèi)與車輪固定軸固連的機(jī)械裝置；若干定子單元繞組通電組合的電磁極方向設(shè)置，遵循與 轉(zhuǎn)子單元3b運(yùn)動(dòng)相向磁極相反的原則，以其組合電磁場(chǎng)穿過氣隙3d的磁通量獲得最大值 為優(yōu)選。所述定子單元3a或若干定子單元組合在靠近轉(zhuǎn)體6固定部位的設(shè)置，包括內(nèi)部繞 組通電形成的電磁極兩極連線12與車輪5的法線10垂直/重合的4種典型狀態(tài)，以及包 括偏轉(zhuǎn)不超過22度角；
[0015] 優(yōu)選的，所述電動(dòng)裝置還包括傳感裝置，所述傳感裝置包括若干能感應(yīng)所述轉(zhuǎn)子 單元與定子單元相對(duì)位置的傳感單元3C ;所述傳感單元與所述電源調(diào)制器的傳感信號(hào)輸 入端Ic電連接；所述電動(dòng)裝置至少在轉(zhuǎn)體的內(nèi)部或外部設(shè)置一傳感單元；
[0016] 優(yōu)選的，所述傳感裝置還包括定子單元的內(nèi)部繞組，所述內(nèi)部繞組包括環(huán)繞定子 單元磁芯的繞組以及由若干定子單元繞組之間串聯(lián)而成的多線外接回路。
[0017] 優(yōu)選的，所述電動(dòng)裝置還包括電磁制動(dòng)裝置％，所述電源調(diào)制器1還包括制動(dòng)信 號(hào)輸入端le，其電連接所述的電磁制動(dòng)裝置；所述電源調(diào)制器通過電磁制動(dòng)裝置獲取用戶 的制動(dòng)指令并相應(yīng)輸出時(shí)序電流，使電動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。
[0018] 所述驅(qū)動(dòng)操控裝置9a可設(shè)置為常規(guī)旋轉(zhuǎn)把手式、推拉式操縱桿或其他任意人工 控制方式，以及設(shè)定若干定速檔位的控制方式，包括外置為遙控。
[0019] 本實(shí)用新型中，所述電源調(diào)制器將直流電源轉(zhuǎn)換為時(shí)序電流，使電動(dòng)裝置中的定 子單元被限定在電源調(diào)制器設(shè)定的時(shí)域周期性地通電和斷電。
[0020] 本實(shí)用新型中，所述含有上述任一電動(dòng)裝置的電動(dòng)車包括車架4、電池組8和至少 一個(gè)車輪5,所述電動(dòng)車至少設(shè)置一套所述的電動(dòng)裝置；所述電池組包括一次性使用的一 次電池8a或可重復(fù)多次充電使用的二次電池8b，或兩者組合設(shè)置。
[0021] 所述電動(dòng)車的車架任意；
[0022] 所述電動(dòng)車的車輪包括單輪轂以及同軸緊湊安裝兩個(gè)輪轂的準(zhǔn)單輪結(jié)構(gòu)。
[0023] 優(yōu)選的，所述一次電池8a和二次電池8b兩者組合設(shè)置包括電并聯(lián)連接。
[0024] 更優(yōu)選的，所述電動(dòng)車配置二次電池組8b時(shí)加裝電能補(bǔ)充裝置18,所述電能補(bǔ)充 裝置包括材料任意的一次電池8a與控制裝置組合，或?yàn)閮?nèi)燃發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)控制裝置組合， 或兩者組合設(shè)置；電能補(bǔ)充裝置通過邏輯充電裝置17電連接二次電池組；所述的邏輯充電 裝置獨(dú)立設(shè)置，或?qū)⑵洳糠诌壿嫻δ芑蛉窟壿嫻δ芗捎陔娫凑{(diào)制器1內(nèi)。所述的增程 系統(tǒng)包括電能補(bǔ)充裝置和邏輯充電裝置。
[0025] 所述一次電池8a的控制裝置至少包括一次電池啟動(dòng)裝置；所述內(nèi)燃發(fā)電機(jī)包括 內(nèi)燃機(jī)和發(fā)電機(jī)，所述系統(tǒng)控制裝置至少包括內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)及停止裝置；所述內(nèi)燃機(jī)的燃料 任意；所述電能補(bǔ)充裝置的組合設(shè)置，包括一次電池與控制裝置、內(nèi)燃發(fā)電機(jī)與控制裝置各 設(shè)置一套以上。所述邏輯充電裝置至少包括充電控制裝置，其設(shè)計(jì)亦可兼有一次電池的控 制裝置或/和發(fā)電機(jī)的電路控制裝置的功能。
[0026] 本實(shí)用新型還公開了一種前述電動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)方法，該方法由電源調(diào)制器通過所 述轉(zhuǎn)子單元3a和定子單元3b的位置關(guān)系輸出時(shí)序電流控制電動(dòng)裝置轉(zhuǎn)動(dòng)；
[0027] 所述時(shí)序根據(jù)轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)方向而定義，所述時(shí)序電流根據(jù)定子單元電磁場(chǎng)在轉(zhuǎn)體上 的有效作用區(qū)間結(jié)合轉(zhuǎn)體上的轉(zhuǎn)子單元個(gè)數(shù)而設(shè)置若干個(gè)通斷周期T，每個(gè)通斷周期T包 括供電時(shí)域和斷電時(shí)域；所述供電時(shí)域位于φτ/3<φ<φτ相應(yīng)的時(shí)間段，所述φ為轉(zhuǎn)子單 元繞軸并與軸確定的法線與定子單元和軸所確定法線所形成的動(dòng)態(tài)夾角，所述φτ為轉(zhuǎn)子 單元繞軸切線方向與其所受定子單元電磁力作用方向重合狀態(tài)所確定的Φ值；所述斷電時(shí) 域內(nèi)電源調(diào)制器1不輸出電流。
[0028] 優(yōu)選的，所述供電時(shí)域的電流不限波形、頻率及占空比。
[0029] 優(yōu)選的，所述通電時(shí)域T1內(nèi)初始的電流、電壓或定子單元的磁通強(qiáng)度由傳感裝置 獲取轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)速實(shí)時(shí)值結(jié)合驅(qū)動(dòng)操控裝置9a給出的指令而調(diào)整。
[0030] 優(yōu)選的，所述方法還包括校正步驟；所述校正步驟為將定子單元與轉(zhuǎn)子單元周期 性隔氣隙相對(duì)、處于同一法線的狀態(tài)（Φ為0)作為基準(zhǔn)座標(biāo)和基準(zhǔn)時(shí)間，當(dāng)轉(zhuǎn)子單元每次 前轉(zhuǎn)至基準(zhǔn)座標(biāo)時(shí)，電源調(diào)制器進(jìn)行一次時(shí)間歸0校準(zhǔn)并記錄本次周期時(shí)間，通過與上次 轉(zhuǎn)子單元前轉(zhuǎn)至基準(zhǔn)座標(biāo)的周期時(shí)間比較，從而獲知轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)周期時(shí)間，并控制輸出電流。
[0031] 本實(shí)用新型還公開了所述電動(dòng)裝置的制動(dòng)方法，該方法根據(jù)所述轉(zhuǎn)子單元趨近定 子單元、轉(zhuǎn)子單元和定子單元處同一法線相對(duì)（φ為0