一種永磁電動裝置、電動車及其驅(qū)動與制動、增程方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種永磁電動裝置和電動車，所述電動裝置包括電源調(diào)制器、驅(qū)動操控裝置、定體和轉(zhuǎn)體；轉(zhuǎn)體為一個具有轉(zhuǎn)動軸的環(huán)形機械圈，其上間隔設置至少4個磁極方向相同的永磁體轉(zhuǎn)子單元；定體為一個具有固定軸的機械圓盤，其上至少設置一個定子單元且定子單元與轉(zhuǎn)子單元的周期相對氣隙不大于30mm；定子單元的電磁極方向與所述轉(zhuǎn)子單元運動相向的磁極相反；電源調(diào)制器通過驅(qū)動操控裝置/電磁制動裝置獲取用戶的指令并相應輸出時序電流，使電動裝置實現(xiàn)驅(qū)動/制動；所述電動車包括車架、電池組和至少一個車輪，至少設置一套所述電動裝置，增程系統(tǒng)在設定邏輯狀態(tài)為二次電池組補充電能。
【專利說明】
一種永磁電動裝置、電動車及其驅(qū)動與制動、増程方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及電動車及其電源動力設計領域，特別涉及一種電動裝置的機械設計及 其驅(qū)動電流與制動的時序電流設計方法以及電動車的增程方法。
【背景技術】
[0002] 目前電動自行車市場通常是配用安裝在輪軸上的電動機，電動機設計為外轉(zhuǎn)子形 式，外轉(zhuǎn)子通過輻條與車輪的輪圈機械固連，通過電動機轉(zhuǎn)矩使車輪旋轉(zhuǎn)。電動汽車業(yè)熱點 是開發(fā)乘用車輪轂電機，又稱車輪內(nèi)裝電機，行業(yè)專家普遍認為，由于目前輪轂電機的部件 重量遠遠超出輪轂本體（一般包括輪轂電機、剎車盤、剎車卡鉗、主動懸掛電機、懸架、減震 彈簧等），其技術意義很有限；僅以單位體積的功率密度一項指標衡量，現(xiàn)有電動機遠遠達 不到輪轂內(nèi)裝電機的一般設計要求。
[0003] 圖1是一種傳統(tǒng)4極永磁有刷直流內(nèi)轉(zhuǎn)子電機的結(jié)構示意圖，永磁體13磁極沿定 體5的內(nèi)緣N/S交替對稱排布、相距一定間隔14,若干繞組設置在轉(zhuǎn)體6與永磁體相對的環(huán) 形區(qū)域內(nèi)，外供直流電通過機械接觸式換向裝置給繞組通電，即可在內(nèi)部形成旋轉(zhuǎn)磁場而 使轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)，通過轉(zhuǎn)軸輸出動力。
[0004] 永磁無刷直流電機在近年獲得了迅猛發(fā)展，其主要由電機本體、位置檢測器和電 源逆變控制器組成，永磁體一般設置在轉(zhuǎn)體上、N/S磁極交替相距一定間隙排布，若干繞組 設置在定體內(nèi)，位置檢測器和逆變器一起構成電子換向器取代機械接觸式換向裝置，繞組 通電形成旋轉(zhuǎn)磁場而使轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)。控制方面普遍采用了 PWQ技術，這種永磁無刷直流電機 的主要問題是正弦波變形的近似度控制，其動力供電雖然采用PWQ技術調(diào)制，但在控制思 想方法上受限于電動機內(nèi)部的傳統(tǒng)設計。
[0005] 續(xù)行里程短是現(xiàn)階段電動車的軟肋，行業(yè)普遍認為在高能量電池進入商用前，靠 增加電池數(shù)量提升電動車的續(xù)行里程不現(xiàn)實，因此目前汽車市場主流是發(fā)展油、電雙源混 合車，其設計思想為：當汽車起步或低速時使用電動機的動力，汽車達到某個速度閥值時變 換為使用內(nèi)燃機的動力，從而降低汽車在起步或低速時因燃油在內(nèi)燃機燃燒不完全引起的 排氣污染；其技術基礎結(jié)構特征為：燃料箱給內(nèi)燃發(fā)動機系統(tǒng)提供燃料輸出動力；在此傳 統(tǒng)設計基礎上并行增加一套電連接電池組的電動機系統(tǒng)，電動機由電池組提供電能輸出動 力；兩路動力通過油、電動力轉(zhuǎn)換裝置共用機械傳動系統(tǒng)，將內(nèi)燃機或電動機的動力傳遞到 輪轂上，這類雙源動力的設計可稱之為油、電動力并行系統(tǒng)，其明顯缺點為制造成本高。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 本發(fā)明的目的，在于克服現(xiàn)有電動車用直流電動機的內(nèi)部結(jié)構的缺陷，提供一種 內(nèi)部有別于傳統(tǒng)設計的結(jié)構，同時通過電源調(diào)制器將直流電改變?yōu)橐环N非通電方向交替變 換的時序電流供電方案，結(jié)構簡單，轉(zhuǎn)矩大，工藝容易實現(xiàn)。
[0007] 本發(fā)明提供的一種電動車的永磁電動裝置，所述電動裝置包括電源調(diào)制器1、驅(qū)動 操控裝置9a、定體5和轉(zhuǎn)體6 ;所述轉(zhuǎn)體為一個具有轉(zhuǎn)動軸的環(huán)形機械圈，其上間隔設置至 少4個永磁體轉(zhuǎn)子單元3b，且所有轉(zhuǎn)子單元3b環(huán)繞轉(zhuǎn)體設置的磁極方向相同；所述定體為 一個具有固定軸的機械圓盤，其上至少設置一個定子單元3a并安裝在靠近轉(zhuǎn)體的位置，定 子單元與轉(zhuǎn)子單元的周期性相對氣隙3d不大于30mm ;所述定體與所述轉(zhuǎn)體同軸7設置；
[0008] 所述電源調(diào)制器1包括電源輸入端la、時序電流輸出端lb和驅(qū)動信號輸入端ld， 電源輸入端電連接電池組8的正負極，時序電流輸出端電連接定子單元的內(nèi)部繞組，驅(qū)動 信號輸入端電連接驅(qū)動操控裝置9a ;所述電源調(diào)制器對定子單元3a內(nèi)部繞組供電使定子 單元所形成的電磁極方向，設置為與所述轉(zhuǎn)子單元3b運動相向的磁極相反；電源調(diào)制器通 過驅(qū)動操控裝置獲取用戶的指令并相應輸出時序電流，使電動裝置實現(xiàn)驅(qū)動。
[0009] 優(yōu)選的，所述電源調(diào)制器的額定功率不超過25kW。
[0010] 所述定子單元3a/轉(zhuǎn)子單元3b可在相對定體5/轉(zhuǎn)體6的部位互為置換設計，配 合相關裝置設計也可取得電動效果。
[0011] 優(yōu)選的，所述轉(zhuǎn)體6外部加裝減速/變矩裝置2,所述減速/變矩裝置包括若干齒 輪組合，其傳動輸入端與轉(zhuǎn)體機械固連，傳動輸出端與電動裝置外部的旋轉(zhuǎn)裝置機械固連； 減速/變矩裝置獨立設置，或與轉(zhuǎn)體一體化同軸7設置于轉(zhuǎn)體的外部。
[0012] 優(yōu)選的，所述轉(zhuǎn)子單元3b設置于轉(zhuǎn)體6上包括嵌合于轉(zhuǎn)體的外緣、內(nèi)緣、轉(zhuǎn)體內(nèi)部 或與轉(zhuǎn)體一體化設計制造，在不影響安裝于轉(zhuǎn)體的前提下不限形狀；轉(zhuǎn)子單元在轉(zhuǎn)體上設 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)基礎上N/S兩極連線偏轉(zhuǎn)不超過20度；若干轉(zhuǎn)子單元在轉(zhuǎn)體安裝時優(yōu)選均勻排 布。所述轉(zhuǎn)子單元的材料為磁鋼、釹鐵硼等一類本領域技術人員公知的物質(zhì)，其自身固有磁 性且磁極方向不因外部磁場而改變。
[0013] 優(yōu)選的，所述定子單元3a由至少一組良導線環(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 外電連接的方式可以為兩線或多線構成的回路。
[0014] 所述定子單元設置于定體5上，以及若干個定子單元繞芯排布組合、繞組串聯(lián)或 并聯(lián)連接，遵循電磁極方向與轉(zhuǎn)子單元3b運動相向磁極相反的基本原則，以內(nèi)部繞組通電 的磁通量獲得穿過氣隙3d最大值為優(yōu)選；定子單元在定體上的設置，包括內(nèi)部繞組通電形 成的電磁極兩極連線12與車輪的法線10垂直/重合4種典型組合狀態(tài)，包括電磁極的兩 極連線12偏轉(zhuǎn)不超過20度角。
[0015] 優(yōu)選的，所述電動裝置還包括傳感裝置，所述傳感裝置包括若干能感應所述轉(zhuǎn)子 單元與定子單元相對位置的傳感單元3c ;所述傳感單元與所述電源調(diào)制器的傳感信號輸 入端lc電連接；所述電動裝置至少在轉(zhuǎn)體的內(nèi)部或外部設置一傳感單元；
[0016] 優(yōu)選的，所述傳感裝置包括定子單元的內(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，所述電動裝置還包括電磁制動裝置％，所述電源調(diào)制器1還包括制動信 號輸入端le，其電連接電磁制動裝置；所述電源調(diào)制器通過電磁制動裝置獲取用戶的制動 指令并相應輸出時序電流，使所述電動裝置實現(xiàn)制動。
[0018] 所述驅(qū)動操控裝置9a可設置為常規(guī)旋轉(zhuǎn)把手式、推拉式操縱桿或其他任意手動 控制方式，包括外置為遙控。
[0019] 本發(fā)明中，所述電源調(diào)制器將直流電源轉(zhuǎn)換為時序電流，使電動裝置中的定子單 元被限定在電源調(diào)制器設定的時域周期性地通電和斷電。
[0020] 本發(fā)明所述含有上述任一電動裝置的電動車，包括車架4、電池組8和至少一個車 輪，所述電動車至少設置一套所述的電動裝置；所述電池組包括一次性使用的一次電池8a 或可重復多次充電使用的二次電池8b，或兩者組合設置。
[0021] 所述電動車的車架任意；
[0022] 所述電動車的車輪包括單輪轂以及同軸緊湊安裝兩個輪轂的準單輪結(jié)構。
[0023] 優(yōu)選的，所述一次電池8a和二次電池8b的組合設置包括電并聯(lián)連接。
[0024] 更優(yōu)選的，所述電動車配置二次電池組8b時加裝電能補充裝置18,所述電能補充 裝置包括材料任意的一次電池8a與控制裝置組合，或為內(nèi)燃發(fā)電機與系統(tǒng)控制裝置組合， 或兩者組合設置；電能補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 裝置獨立設置，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裝置；所述內(nèi)燃發(fā)電機包括 內(nèi)燃機和發(fā)電機，所述系統(tǒng)控制裝置至少包括內(nèi)燃機啟動及停止裝置；所述內(nèi)燃機的燃料 任意；所述電能補充裝置的組合設置，包括一次電池與控制裝置、內(nèi)燃發(fā)電機與控制裝置各 設置一套以上。所述邏輯充電裝置至少包括充電控制裝置，其設計亦可兼有一次電池的控 制裝置或/和發(fā)電機的電路控制裝置的功能。
[0026] 本發(fā)明還公開了一種前述電動裝置的驅(qū)動方法，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的位置關系輸出時序電流控制電動裝置轉(zhuǎn)動；
[0027] 所述時序根據(jù)轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)方向而定義，所述時序電流根據(jù)定子單元電磁場在轉(zhuǎn)體上 的有效作用區(qū)間結(jié)合轉(zhuǎn)體上的轉(zhuǎn)子單元個數(shù)而設置若干個通斷周期T，每個通斷周期T包 括供電時域和斷電時域；所述供電時域位于φτ/3<φ?φτ相應的時間段，所述啦為轉(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Ψ值；所述斷電時 域內(nèi)電源調(diào)制器1不輸出電流。
[0028] 優(yōu)選的，所述供電時域的電流不限波形、頻率及占空比。
[0029] 優(yōu)選的，所述通電時域?\內(nèi)初始的電流、電壓或定子單元的磁通強度由傳感裝置 獲取轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)速實時值結(jié)合驅(qū)動操控裝置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、處于同一法線的狀態(tài)（Φ為〇)作為基準座標和基準時間，當轉(zhuǎn)子單元每次 前轉(zhuǎn)至基準座標時，電源調(diào)制器進行一次時間歸0校準并記錄本次周期時間，通過與上次 轉(zhuǎn)子單元前轉(zhuǎn)至基準座標的周期時間比較，從而獲知轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)周期時間，并控制輸出電流。
[0031] 本發(fā)明還公開了所述電動裝置的制動方法，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（Φ為〇)以及處于遠離狀態(tài)的至少一個時域中， 通過電磁制動裝置9b使電源調(diào)制器1輸出時序電流控制電動裝置制動；
[0032] 所述時序根據(jù)轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)方向而定義；所述轉(zhuǎn)子單元趨近定子單元為 狀態(tài)的相應時間段，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 所形成的動態(tài)夾角，所述φτ為轉(zhuǎn)子單元在轉(zhuǎn)體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《Ρ值。
[0033] 優(yōu)選的，所述方法還包括校正步驟，所述校正步驟將φ為0作為基準座標和基準時 間，通過傳感裝置獲知轉(zhuǎn)子單元趨近/相對/遠離定子單元的位置狀態(tài)。
[0034] 所述電源調(diào)制器對電動裝置的驅(qū)動通電和制動通電的邏輯關系設置為或。
[0035] 優(yōu)選的，所述輸出電流控制步驟包括：
[0036] 1)驅(qū)動操控裝置9對電源調(diào)制器1無輸入指令時，電源調(diào)制器休眠；
[0037] 2)驅(qū)動操控裝置9給出加速指令時，電源調(diào)制器1輸出時序電流；
[0038] 3)當電動裝置轉(zhuǎn)速或通電頻率達到設定的閾值時，所述的電源調(diào)制器斷電。
[0039] 本發(fā)明還公開了所述電動車配置二次電池組8b的一種增程方法，該方法在電動 裝置運行中需要為二次電池組8b持續(xù)補充電能，或當二次電池組實時電壓或殘存容量值 低于所設定的閥值時，啟用電能補充裝置18為二次電池組補充電能。
[0040] 本發(fā)明針對所述電動裝置的設計特點，對電源調(diào)制器植入優(yōu)化的數(shù)控編程邏輯， 使之實現(xiàn)高效節(jié)電。所述電動裝置應用于電動車可使用一次電池或二次電池，所述的一次 電池包括所有一次性放電的電池和各種燃料電池，例如鋅空氣電池、鋁空氣電池以及氫轉(zhuǎn) 換電能等可提供一次性電能的裝置；所述的二次電池包括所有放電后可反復充電的電池， 例如鋰電池、鉛電池、金屬儲氫電池等。鑒于目前電動車市場所配用二次電池的儲能密度較 低，本發(fā)明針對這一技術現(xiàn)狀設計了旨在對二次電池補充電能的增程系統(tǒng)，有效解決電動 車續(xù)行里程短的公知主要問題。
[0041] 本發(fā)明的優(yōu)點在于：電動裝置具有時序供電控制帶來的節(jié)能效果，增程系統(tǒng)可有 效克服電動車續(xù)行里程短的主要問題，以此方案進行設計的電動裝置結(jié)構簡單、組合多樣 化、成本低，有效適應高端節(jié)能電動車的設計要求。
【附圖說明】
[0042] 圖1是一種傳統(tǒng)4極永磁有刷直流內(nèi)轉(zhuǎn)子電機的結(jié)構示意圖。
[0043] 圖2a是本發(fā)明電動裝置電機本體的一種基礎結(jié)構示意圖。
[0044] 圖2b是永磁體轉(zhuǎn)子單元在轉(zhuǎn)體的一種磁極設置示意圖。
[0045] 圖2c是永磁體轉(zhuǎn)子單元在轉(zhuǎn)體的另一種磁極設置示意圖。
[0046] 圖3a是定子單元柱型繞芯設置為與轉(zhuǎn)體法線垂直的示意圖。
[0047] 圖3b是定子單元柱型繞芯設置為與轉(zhuǎn)體法線重合的示意圖。
[0048] 圖3c是定子單元凹型繞芯上部正對轉(zhuǎn)體內(nèi)緣的結(jié)構示意圖。
[0049] 圖4a是轉(zhuǎn)子單元所受電磁力的方向分解及繞軸形成動態(tài)夾角Φ示意圖。
[0050] 圖4b是轉(zhuǎn)子單元與定子單元處于同軸法線的狀態(tài)示意圖。
[0051] 圖5a是電源調(diào)制器的基本工作邏輯示意圖。
[0052] 圖5b是一種實現(xiàn)電源調(diào)制器的數(shù)字技術邏輯的模塊組合示意圖。
[0053] 圖5c是電源調(diào)制器增設電磁制動裝置輸入端的工作邏輯示意圖。
[0054] 圖6是電源調(diào)制器輸出電流呈周期性通斷的時序示意圖。
[0055] 圖7a是一個定子單元組合8個轉(zhuǎn)子單元的一種局部結(jié)構示意圖。
[0056] 圖7b是轉(zhuǎn)體逆時針旋轉(zhuǎn)對應的一種通斷電時域示意圖。
[0057] 圖7c是對應一個定子單元組合8個轉(zhuǎn)子單元的一種通電邏輯示意圖。
[0058] 圖7d是轉(zhuǎn)體順時針旋轉(zhuǎn)對應的一種通斷電時域示意圖。
[0059] 圖8a是兩個定子單元組合8個轉(zhuǎn)子單元的一種局部結(jié)構示意圖。
[0060] 圖8b是12個定子單元組合12個轉(zhuǎn)子單元的一種局部結(jié)構示意圖。
[0061] 圖9a是增程系統(tǒng)對二次電池組充電的一種邏輯控制結(jié)構示意圖。
[0062] 圖9b是增程系統(tǒng)對二次電池組充電的另一種邏輯控制結(jié)構示意圖。
[0063] 圖l〇a是本發(fā)明應用于電動兩輪車的一種局部結(jié)構不意圖。
[0064] 圖l〇b是本發(fā)明應用于電動兩輪車的一種局部結(jié)構不意圖。
[0065] 圖l〇c是本發(fā)明應用于電動四輪車的一種局部結(jié)構不意圖。
[0066] 附圖標識：
[0067] 1、電源調(diào)制器；la、直流電源輸入端；lb、時序電流輸出端；lc、感應信號輸入端； ld、行車信號輸入端；le、制動信號輸入端；2、減速/變矩裝置；3a、定子單元；3b、轉(zhuǎn)子單 元；3c、傳感單元；3d、氣隙；4、車架；5、定體；6、轉(zhuǎn)體；7、輪軸；8、電池組；8b、二次電池組； 9a、驅(qū)動操控裝置；％、電磁制動裝置；10、同軸法線；11、車輪切線；12、繞組兩極方向連線； 13、永磁體；14、間隔；17、邏輯充電裝置；18、電能補充裝置；Φ、:轉(zhuǎn)子單元繞軸的動態(tài)夾角。
【具體實施方式】
[0068] 下面結(jié)合附圖和實施例進一步對本發(fā)明進行詳細說明。
[0069] 本發(fā)明所述電動裝置的電機本體基礎結(jié)構如圖2a所示，至少4個轉(zhuǎn)子單元的N/S 磁極環(huán)繞轉(zhuǎn)體同極向設置，與常規(guī)技術N/S磁極交替排布的方案不同。定子單元3a由良導 線環(huán)繞磁芯而成的，所述良導線通常使用銅材或鍍銅金屬，所述磁芯使用常規(guī)磁介質(zhì)材料， 該類磁介質(zhì)為本領域技術人員公知的一種在磁場作用下內(nèi)部狀態(tài)發(fā)生變化、并可產(chǎn)生更強 附加磁場的物質(zhì)。
[0070] 參見圖2b，轉(zhuǎn)體6外緣設置一個轉(zhuǎn)子單元3b，S極面向轉(zhuǎn)體內(nèi)，定體5靠近轉(zhuǎn)體的 部位設置一個定子單元3a，兩者運動相對的氣隙3d足夠小，如果定子單元通電的N極面向 轉(zhuǎn)體，則轉(zhuǎn)子單元趨近通電的定子單元時，會受到其電磁力吸引而使轉(zhuǎn)體加速運動；在另一 個實施例中，轉(zhuǎn)子單元的S極運動相向定子單元，定子單元繞組通電的N極逆轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)方向 與其相對，兩者磁作用同樣為相吸，如圖2c所示；該定子單元電磁極與轉(zhuǎn)子單元相吸關系 設置是本發(fā)明電動裝置的基礎模型。
[0071] 轉(zhuǎn)子單元繞軸所受力與定子單元電磁場作用于轉(zhuǎn)體的區(qū)間相關，對一個繞芯為柱 狀或工字形的定子單元，其電磁力線穿越氣隙的最大區(qū)間，對應于電磁極兩極連線12與轉(zhuǎn) 體的相應法線10垂直（與相應切線11平行）的狀態(tài)，如圖3a所示；柱狀或工字形繞芯亦 可設置為電磁極的兩極連線與轉(zhuǎn)體的相應法線重合，如圖3b所示，該設置方式通常為多個 定子單元組合排布時選用。對于凹型繞芯，其電磁力對轉(zhuǎn)子單元的作用區(qū)間，位于凹型繞芯 上部正對轉(zhuǎn)體的兩端范圍內(nèi)，如圖3c所示。
[0072] 轉(zhuǎn)子單元在轉(zhuǎn)體上繞軸運動時，其所受電磁力F可分解為同軸法線10方向匕。與 繞軸切線11方向F n，其中對繞軸有貢獻的是F11;同時，轉(zhuǎn)子單元和軸所確定的法線與定子 單元和軸所確定的法線形成了一個動態(tài)夾角Φ__，其繞軸趨近定子單元的切線方向與所受到 電磁力F作用方向重合為一特殊狀態(tài)，此時夾角φ:為定值Φτ，如圖4a所示；轉(zhuǎn)子單元所受 電磁力的有效作用區(qū)間，位于以Φ為0狀態(tài)為基準的土 ipT位置區(qū)間內(nèi)（所述土根據(jù)轉(zhuǎn)體 的旋轉(zhuǎn)方向而相對定義）。當$為〇時，F(xiàn)i。為最大值，F(xiàn) n為0,此時對轉(zhuǎn)子單元繞軸無貢獻， 如圖4b所示。FjP F i。為一對此消彼長的運動變量，其理論強弱變換以φτ/2為分界點，在 φ>φτ/2的狀態(tài)表現(xiàn)為以切向驅(qū)動力Fn為主，在φ<:φτ/2的狀態(tài)表現(xiàn)為以法向制動力Fi。為 主。
[0073] 本發(fā)明電動裝置的驅(qū)動技術方案為：電源調(diào)制器對應φτ/3<φ；?：φτ的狀態(tài)時域通 電，其余時域斷電；當設計目標為節(jié)電時，優(yōu)選2φτ/3?? φ$φτ甚個:5φτ/6<φ<φτ對應的時 域通電；當需要充分利用轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)動慣量時，優(yōu)選聽_/2<(^>1~甚至_3:苳φ?Ξφ τ對應的 時域通電；因 φ<φτ/2的狀態(tài)以制動力？1。為主，在φ<φτ/3狀態(tài)通電對驅(qū)動已失去優(yōu)化意 義；所述該驅(qū)動電流的通斷時域如圖6所示，其中?\為通電時間，1~2和Τ。均為斷電時間， (?^+?^+Τ。）構成了時序驅(qū)動電流周期Τ。本發(fā)明電動裝置的制動技術方案為：電源調(diào)制器對 應TjP T。的部分時域或全部時域設置為通電，所述T 2為轉(zhuǎn)子單元繞軸對應0矣φ系φτ/3的 時域，所述Τ。為轉(zhuǎn)子單元遠離定子單元的時域，同理，因中在>中丁/3狀態(tài)存在可觀的切向力 Fn，對制動無益。
[0074] 上述根據(jù)狀態(tài)的通、斷電控制，可近似變換為相對時間控制，因為電源調(diào)制器 通過時序校準容易判知φ從啊到Φ為〇、即（Ti+ig的時間段，只要設定^與^的相對時 間，即等價于對φ相應狀態(tài)的通、斷電時域控制；例如控制Φ:對應φτ至φτ/2的時域通電，可 簡要設定為在（Ti+ig的時間段起始1/2時域通電，之后1/2時域斷電；同理，當控制φ對應 φτ/3:至〇的時域通電，可簡要設定為在（Ti+ig的時間段起始2/3時域斷電，之后1/3時域 通電；(Ti+ig是一個與轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)速相關的量，以時序周期的相對時間確定聽的狀態(tài)在變速狀 態(tài)時會出現(xiàn)偏差，該相對時間偏差由電源調(diào)制器對應Φ為0的狀態(tài)給予校準，在下一周期校 正。
[0075] Ζφ為一個關聯(lián)定子單元及轉(zhuǎn)子單元設置方案的磁作用隱變量，通常是運用φ為 0及φ為φτ 1的顯態(tài)位置作為傳感裝置判斷電動裝置內(nèi)部相對位置的一種依據(jù)；φτ的精確 位置是一個與轉(zhuǎn)體弧度、氣隙間距、定子單元繞芯形狀及其排布等參數(shù)相關的值，有多種理 論模型，具體設計時應經(jīng)實驗校準。電源調(diào)制器相應輸出驅(qū)動或制動電流的工作邏輯可由 常規(guī)開關控制線路實現(xiàn)，也可采用CPU編程結(jié)合功率模塊組電路實現(xiàn)，或采用大規(guī)模集成 電路技術制造的專用芯片實現(xiàn)。
[0076] 圖7a是一個定子單元組合8個轉(zhuǎn)子單元的局部結(jié)構示意圖，定子單元在轉(zhuǎn)體一個 旋轉(zhuǎn)周期η分別與8個轉(zhuǎn)子單元發(fā)生磁作用，電源調(diào)制器對應的理論時序電流劃分為8個 (WT。）周期，圖7b標示了一種設定T為π /8、與轉(zhuǎn)體逆時針旋轉(zhuǎn)方向?qū)腣TjP T。 示意時域，圖7c為其中一個周期T的通電邏輯示意圖。轉(zhuǎn)子單元并非設置越多越好，其在 轉(zhuǎn)體上的數(shù)目η受限于所受定子單元電磁力有效作用區(qū)間相應的空間占位，否則電源調(diào)制 器對應輸出的時序電流周期會重疊。
[0077] 電源調(diào)制器啟動供電的時刻和所設定的電流時序直接定義了轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)方向，當時 序電流對應所述轉(zhuǎn)子單元位于Φ為一φτ至φ為一φτ/3的狀態(tài)區(qū)間設置（此處一值區(qū)間以 φ為〇、相對前述供電時域?qū)D(zhuǎn)子單元位于φτ/3<φ<φτ的設置區(qū)間而相對定義），則轉(zhuǎn) 體相應順時針方向旋轉(zhuǎn)，圖7d標示了一種結(jié)構與圖7b類同、與轉(zhuǎn)體順時針旋轉(zhuǎn)方向相對應 的^上和^時序的示意區(qū)域。
[0078] 如圖8a所示，定體設置兩個定子單元3a，轉(zhuǎn)體上設置8個轉(zhuǎn)子單元3b，在轉(zhuǎn)體旋 轉(zhuǎn)周期中，電源調(diào)制器要為兩個定子單元分別提供8個周期為（Ti+L+T。）的時序電流；進一 步可優(yōu)選8個定子單元組合10個轉(zhuǎn)子單元、12個定子單元組合12個轉(zhuǎn)子單元（如圖8b所 示），等等。理論上當Η個定子單元與η個轉(zhuǎn)子單元的組合，如果電源調(diào)制器對Η個定子單 元繞組分立供電，需對應設計η*Η個（Ti+TJT。）電流時序，編程將十分復雜；因此在多個定 子單元3a的實用系統(tǒng)設計中，優(yōu)選Η個定子單元繞組電串聯(lián)組合，或Η個定子單元繞組分 為若干組外接電源調(diào)制器；例如12個定子單元的繞組串聯(lián)，每4個繞組中間引出抽頭共三 根線對外電連接電源調(diào)制器，技術上還可利用該三根線兩兩比較的微分電位的不同，作為 一種轉(zhuǎn)子單元與定子單元相對位置判別的信號源，替代獨立設置的傳感單元。
[0079] 電源調(diào)制器可用常規(guī)開關電路設計或脈沖數(shù)字技術實現(xiàn)，后者的基礎功能模塊一 般包括電源變換電路、內(nèi)存貯有工作程序的微處理器和信號輸入輸出電路，能通過傳感單 元3c反饋信號相應地控制驅(qū)動模塊輸出的時序電流；電源調(diào)制器的基本工作邏輯如圖5a 簡示，圖5b是一種實現(xiàn)數(shù)字技術邏輯的模塊組合示意圖。
[0080] 電源調(diào)制器的工作邏輯變換指令信號通常是從固連在轉(zhuǎn)體內(nèi)部或外部的傳感單 元獲得，傳感單元不限于使用磁電感應繞組或霍爾元件，也可使用光電編碼器等，當轉(zhuǎn)子單 元繞軸7周期性運動時，傳感單元可獲得電流（電壓）的變化率反饋給電源調(diào)制器，電源調(diào) 制器依據(jù)這一感應信號判知轉(zhuǎn)子單元3b的相對位置而相應發(fā)出電流時序。根據(jù)對傳感單 元3c的工作精度及可靠性要求，傳感單元可在轉(zhuǎn)體內(nèi)部或外部設置一個或若干個，甚至變 形為從上述多個定子單元繞組串聯(lián)成多線回路反饋的方式、以及運用定子單元3a雙線環(huán) 繞的繞組反饋方式獲得工作邏輯變換指令信號，此時電源調(diào)制器的感應信號輸入端lc相 應內(nèi)置。
[0081] 綜上所述，所述的電源調(diào)制器是一個邏輯電源開關系統(tǒng)，時序通電周期/頻率反 映了單位時間內(nèi)定子單元3a對轉(zhuǎn)子單元3b的作用次數(shù)，該時序頻率間接定義了轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn) 速及定子單元所需的通電幅值或電磁力（源于電源調(diào)制器向定子單元的繞組通電），通電 幅值越大，單位時間內(nèi)定子單元通電對轉(zhuǎn)子單元的作用力越大、作用次數(shù)越多，其結(jié)果是轉(zhuǎn) 體的轉(zhuǎn)速越快。電源調(diào)制器所輸出電流的時序頻率，與轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)一個周期隱含的（Ti+TJT。） 時序作用次數(shù)、通電平均強度以及轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)速是相互對應的諸物理量關系，當電源調(diào)制器 的諸多設定條件進入邏輯工作狀態(tài)后，控制了時序通電的頻率也就是控制了電動裝置的轉(zhuǎn) 速。該人工控制電動裝置的轉(zhuǎn)速是通過驅(qū)動操控裝置9a電連接電源調(diào)制器的輸入端Id來 實現(xiàn)。
[0082] 驅(qū)動操控裝置9a的傳統(tǒng)產(chǎn)品為一個變形設計的變阻器或電位器，一般設計為常 規(guī)旋轉(zhuǎn)把手式，近年不少建立在光敏、霍爾控制技術基礎的專用操控裝置日趨成熟，亦可設 計為推拉式操縱桿或若干定速檔位的控制方式，包括遙控。
[0083] 當電動裝置需要增設電磁力制動功能時，電源調(diào)制器相應增設的制動信號輸入端 le與電磁制動裝置9b電連接，如圖5c所示；電磁制動裝置的功能為可控制電源調(diào)制器所 輸出的制動通電強度，制動通電電流越大，電磁制動效果越好。
[0084] 本發(fā)明電動裝置啟動時有一種特殊狀態(tài)，當轉(zhuǎn)子單元剛好處于與定子單元隔氣隙 處于同一法線10、Φ為〇時，容易出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)。如非配合電動車設計為助動起步，可對電源調(diào) 制器相應設計電動裝置的靜態(tài)啟動程序；所述電動裝置靜態(tài)啟動程序的一個簡單例，是電 源調(diào)制器在設定時間最大值得不到傳感裝置反饋信號的情況下，實時發(fā)出與正常驅(qū)動電流 方向相反的啟動電流，使轉(zhuǎn)體上至少一個轉(zhuǎn)子單元受到同極性相斥而偏離φ為〇的狀態(tài)， 避免電動裝置啟動不暢順。
[0085] 定子單元在轉(zhuǎn)體內(nèi)的設置要點，是要使轉(zhuǎn)子單元在周期性旋轉(zhuǎn)中與其形成有效發(fā) 生磁作用的相對氣隙3d，該氣隙是定子單元向轉(zhuǎn)子單元傳遞電磁力作用的能量通道，氣隙 越小越有利于磁能量作用傳遞，但氣隙過小易發(fā)生機械接觸，設計時需綜合把握材料的剛 性和機械加工精度。
[0086] 當電動裝置的最佳速度/轉(zhuǎn)矩需要外加裝置調(diào)整時，可在轉(zhuǎn)體6外部加裝由若干 齒輪組合而成的減速/變矩裝置2，減速/變矩裝置通過若干齒輪的組合可達到改變機械傳 動輸入端的轉(zhuǎn)速或改變轉(zhuǎn)矩的技術目標，減速/變矩裝置的設計方案較多，優(yōu)選與轉(zhuǎn)體同 軸設置于轉(zhuǎn)體外部；減速/變矩裝置既可獨立設置，也可以在轉(zhuǎn)體外部實行一體化整體設 計；甚至變形為與外部旋轉(zhuǎn)裝置連體設計；但在轉(zhuǎn)體外部非同軸設置減速/變矩裝置時，通 常需配置懸架、減震彈簧等調(diào)整重心，非優(yōu)選方案。
[0087] 目前市場主流電動車是配置二次電池，由于二次電池的比能量低，鉛電池一般僅 為40VAh/Kg，鋰電池一般為120VAh/Kg，配車的續(xù)航里程欠理想；一次電池的優(yōu)點是自放電 小、比能量高，近期實驗室制作的鋁空氣電池的比能量已達到8000VAh/Kg以上，但這類金 屬電極一次電池普遍伴隨內(nèi)阻大的缺陷，其比能量雖高但大電流放電能力卻不強，雖然其 未來應用前景被業(yè)界看好，但現(xiàn)階段仍難滿足電動車電動裝置對放電性能的需求，較穩(wěn)健 的技術方案是作為輔助電能使用。
[0088] 本發(fā)明所述電動車優(yōu)選在配置二次電池的技術基礎上，增加設置電能補充裝置18 和邏輯充電裝置17,行業(yè)習慣統(tǒng)稱為增程系統(tǒng)；所述邏輯充電裝置的主要功能是監(jiān)測二次 電池組8b的實時狀態(tài)，并在設定的工作邏輯下為二次電池組補充電能，如圖9a所示；所述 二次電池組的實時狀態(tài)至少包括實時電壓或殘存容量，例如某電動車的鉛電池組的標稱工 作電壓為48V，其正常工作電壓區(qū)間為42. 0V至53. 2V，當設定鉛電池組補充電的電壓閥值 為47V時，只要邏輯充電裝置監(jiān)測到電池組的實時電壓下降至47V，即啟動電能補充裝置為 二次電池組補充電。所述邏輯充電監(jiān)測和直流充電控制的功能，也可以部分或全部移植至 電源調(diào)制器實現(xiàn)，圖9b所示的是一種由電源調(diào)制器監(jiān)測二次電池組實時電壓并控制充電 邏輯、直流充電功能由邏輯充電裝置完成的基礎結(jié)構示意圖。所述增程系統(tǒng)的電能補充裝 置，可以為材料任意的一次電池與直流充電控制裝置組合而成，例如采用鋁空氣電池。
[0089] 電能補充裝置也可以為燃料箱、內(nèi)燃機、發(fā)電機和整流裝置組合而成，該類裝置組 合均為相對成熟技術，所述的燃料包括但不限于甲醇、乙醇、汽油、柴油、天燃氣、氣態(tài)或液 態(tài)氫等；業(yè)內(nèi)公知，內(nèi)燃機的一個重要特點是在低速或變速時的狀態(tài)燃燒不充分，但在定速 尤其是高速的恒功率狀態(tài)下工況一般都較理想，由于本發(fā)明電動車的增程系統(tǒng)功能僅是為 二次電池組補充電能，內(nèi)燃機可設置在恒功率工況，即使電能補充裝置的電能來源是采用 內(nèi)燃機燃料，燃料的燃燒排放也十分低。
[0090] 所述增程系統(tǒng)的兩類電能補充裝置，在電動車設計可組合并用。
[0091] 本說明書所述的優(yōu)選例僅為推薦，若干技術方案可部分使用，也可加入或組合并 用其他成熟技術。只要根據(jù)電動裝置的磁流能量特點，通過對電源調(diào)制器設計可精確控制 的時序電流，即可實現(xiàn)本發(fā)明方案的基本技術目標。
[0092] 對電動車以及電動機技術較深入了解的專業(yè)人士，都不難在本發(fā)明所述的方案基 礎上，舉一反三地變形實施本
【發(fā)明內(nèi)容】
。例如在市場現(xiàn)有脈沖直流電動機基礎上，通過傳感 方式的改變以及控制器電流程序變換來部分實施本發(fā)明。本發(fā)明所述電動裝置的基礎結(jié) 構、電源調(diào)制器的電流時序控制方法、電能補充方案及其衍生的技術變形實施，均應被列入 本發(fā)明的保護范圍。
[0093] 實施例1、
[0094] -種電動裝置及其配套的電動兩輪車，電動裝置的電機本體配置在后輪，其在車 架4的局部結(jié)構如圖10a所示，車輪周長為1000mm，電池組8選用24V12Ah磷酸鐵鋰電池， 安裝在車架的內(nèi)部。電動裝置的定體5設計為外帶定軸的圓盤，定軸外部機械參數(shù)參照常 規(guī)電動兩輪車輪軸的數(shù)據(jù)設計，并用于取代常規(guī)兩輪車輪軸而安裝；電動裝置的轉(zhuǎn)體6利 用一個具有轉(zhuǎn)動軸、內(nèi)緣周長為500mm的雙環(huán)形鈦鋁合金圈（行業(yè)習慣統(tǒng)稱輪轂），可與定 體同軸心套裝在圓盤定體的外部；在圓盤定體靠近輪轂內(nèi)緣的部位安裝一個定子單元3a。
[0095] 輪轂形式的轉(zhuǎn)體內(nèi)緣設置8個永磁體轉(zhuǎn)子單元，其兩極連線與轉(zhuǎn)體的切線平行，S 極面向如圖2c所示的逆時針方向（順車輪旋轉(zhuǎn)方向）；轉(zhuǎn)子單元加工成盒狀小單元，長度 為1. 5_，寬度和厚度在不影響安裝的情況下取最大值，緊密安裝在轉(zhuǎn)體的內(nèi)緣；定子單元 3a的繞芯選擇凹形鐵磁體，繞組由一根直徑0. 60mm的銅線環(huán)繞凹形磁芯50圈而成，安裝 要點：將定子單元安裝在靠近轉(zhuǎn)體內(nèi)緣5mm的圓盤定體部位，外加螺絲固定，凹形繞芯的弧 形對應轉(zhuǎn)體圓弧而安裝，上部正對轉(zhuǎn)體內(nèi)緣（如圖3c所示），兩端對應轉(zhuǎn)體占位32度機械 角。
[0096] 設定電動裝置配車最大時速20km/h即5. 6m/s(5. 6轉(zhuǎn)/s)，計取車輪相應的旋轉(zhuǎn)周 期時間為180ms ;因定子單元在車輪一個旋轉(zhuǎn)周期與8個轉(zhuǎn)子單元發(fā)生電磁力作用，電源調(diào) 制器供電的（?^+?^+Τ。）時序周期最小值T為180/8即22. 5ms，設計過載功率450W，設定時序 T1: (T2+T。）為1 :6 ;在額定電壓24V時測得最大車速的電流強度為10A，該電流強度是一個 根據(jù)整車重量、駕駛員額定體重結(jié)合電動裝置設計并經(jīng)實驗校準的值。電源調(diào)制器的電源 輸入端la電連接電池組8的正負極，時序驅(qū)動電流輸出端lb電連接定子單元的線圈繞組， 感應信號輸入端lc電連接傳感單元3c，行車信號輸入端Id電連接驅(qū)動操控裝置9a，定子 單元內(nèi)部繞組的通電方向，設置為N極如圖2c所示的順時針方向（逆車輪旋轉(zhuǎn)方向）。傳 感單元3c選用一個常規(guī)磁電感應繞組，外加螺絲將其固連在靠近轉(zhuǎn)體內(nèi)緣的部位。
[0097] 電動裝置外置的驅(qū)動操控裝置9a采用無級變阻的旋轉(zhuǎn)式電位器，常規(guī)把手式，通 過與電子控制線路的配套設計，可通過改變阻值實時控制電源調(diào)制器輸出的電流強度，從 而控制電動兩輪車的正常車速。電動兩輪車常規(guī)使用的照明燈、轉(zhuǎn)彎/制動信號燈、音鳴等 通斷電操控的控制單元，均采用市購產(chǎn)品配套。
[0098] 電源調(diào)制器采用脈沖數(shù)字技術實現(xiàn)，其核心模塊包括常規(guī)CPU和一個設計功率 450W的驅(qū)動模塊，其細化工作邏輯如圖5b所示，其中脈沖變換調(diào)理電路主要是完成將脈沖 信號轉(zhuǎn)換為階梯波信號，脈沖信號發(fā)生器主要產(chǎn)生所需的脈沖信號，其次經(jīng)微分電路輸出 尖峰脈沖，然后經(jīng)過限幅電路將尖峰脈沖的負半周濾除，只剩下正半軸尖峰脈沖，用集成運 放組成的積分電路進行積分累加，加上電壓比較器和控制電路，就組成了完整的階梯脈沖 信號，對電路的各個元件進行參數(shù)調(diào)整，從而得到滿足工作邏輯要求的階梯波信號。電源調(diào) 制器在?\通電時序內(nèi)，通過控制芯片（CPU)使驅(qū)動模塊產(chǎn)生一系列幅值隨時序遞減的脈沖 電流，脈沖頻率30KHz。
[0099] 電源調(diào)制器的工作邏輯為：以定子單元3a與轉(zhuǎn)子單元3b周期性隔氣隙3d相對、 處于同一法線10 ( Φ為0)的狀態(tài)記為基準座標和基準時間，當人力助動或驅(qū)動操控裝置9a 給出驅(qū)動信號、并且傳感單元3c感知轉(zhuǎn)子單元3b繞軸前轉(zhuǎn)至達到φτ位置（約16度角， 對應轉(zhuǎn)子單元進入凹形繞芯兩端范圍內(nèi)隔氣隙相對的初始時刻，精細值以實驗為準）的時 亥IJ，電源調(diào)制器啟動輸出?\電流為7Α、Τ占 （Τ 2+Τ。）比值為1 :6的通、斷電時序；當轉(zhuǎn)子單 元每次繞軸至基準座標時，電源調(diào)制器進行一次時間歸0校準并記錄本次周期時間，通過 與轉(zhuǎn)子單元上次繞至基準座標的周期時間比較，獲知本次周期時間的實時值，并對下一步 工作邏輯進行判定：如果驅(qū)動操控裝置無輸入指令，電源調(diào)制器休眠；如果驅(qū)動操控裝置 給出的指令是加速，則電源調(diào)制器在下一周期對應φ為Φτ位置的時刻，執(zhí)行1與（τ 2+Τ。）比 值為1 :6的通、斷電時序，實時通電的平均強度由驅(qū)動操控裝置給出；如果電源調(diào)制器輸出 電流維持在接近10Α的狀態(tài)，上述設定的邏輯將使電源調(diào)制器的時序通電頻率越來越高， 對應車輪每周期中定子單元3a對轉(zhuǎn)子單元3b的電磁力作用次數(shù)越來越多，車速越來越快； 當時序通電頻率高于所設定的1/22. 5ms或電源調(diào)制器連續(xù)5s輸出電流在10A的狀態(tài)時， 電源調(diào)制器無條件斷電而達到自動限速的設計目標。
[0100] 所述電動裝置配置在后輪的兩輪車，也可以把電動裝置配置在單輪車上，或配置 在兩輪車或三輪車的前輪，以及在兩輪車的前、后輪同時配置。
[0101] 實施例2、
[0102] 將實施例1所述的電動裝置，配置在三輪車的前輪，車架4的局部結(jié)構如圖10b所 示；車輪和轉(zhuǎn)體的周長、定子單元和轉(zhuǎn)子單元的設計安裝方法與實施例1類同，電池組8選 用48V100Ah鉛酸膠體電池，安裝在車架內(nèi)部的電池箱。
[0103] 轉(zhuǎn)體6外部增加設置有一個由若干齒輪組合而成的減速/變矩裝置2,其與轉(zhuǎn)體同 軸心安裝，如圖l〇b三輪車的前輪所示，減速/變矩裝置的減速比為10 :1 ;減速/變矩裝置 的傳動輸入端與轉(zhuǎn)體機械固連，其外部設置有若干機械孔，若干輻條的一端穿孔固定，另一 端固連前輪的輪轂內(nèi)緣，使電動裝置實現(xiàn)對前輪的傳動。
[0104] 電動裝置配車最大時速20km/h即5. 6m/s(5. 6轉(zhuǎn)/s)，計取車輪相應的旋轉(zhuǎn)周期時 間為180ms ;電動裝置的轉(zhuǎn)體6經(jīng)過減速/變矩裝置2對應的限速值為56轉(zhuǎn)/s，相應的旋 轉(zhuǎn)周期時間18ms，即電源調(diào)制器對電動裝置供電的（Ti+L+T。）時序周期最小值T為18ms， 電源調(diào)制器供電的（L+TdT。）時序周期最小值T為18/8即2. 25ms，設計過載功率1500W， 設定時序1'1:(1'2+1'。）同為1 :6。
[0105] 電源調(diào)制器采用的脈沖數(shù)字技術方案和實施例1類同，工作邏輯調(diào)整為：當對定 子單元繞組啟動通電時，在4s內(nèi)以7A為基準、對應車輪旋轉(zhuǎn)周期在每下一個周期自動加大 10%輸出強度的電流時序，從第5s起始等待驅(qū)動操控裝置的下一步工作指令：如果驅(qū)動操 控裝置9a無輸入指令，電源調(diào)制器1休眠；如果驅(qū)動操控裝置給出的指令是加速，則電源調(diào) 制器在下一周期啟動通電的時刻，執(zhí)行!\與（T2+T。）比值為1 :6的電流時序，實時通電的平 均強度由驅(qū)動操控裝置給出。
[0106] 前述定子單元繞組啟動通電的時刻，也可改變?yōu)棣颠_到15. 5度的狀態(tài)位置。
[0107] 本實施例所述的電動裝置，可對應每個車輪安裝一套，也可對應一個車輪安裝兩 套甚至多套電動裝置。
[0108] 實施例3、
[0109] 對實施例1所述的電動裝置增設電磁力制動功能。
[0110] 電磁制動裝置％為一個十級變阻器，電源調(diào)制器相應增加一個制動信號輸入端 le電連接電磁制動裝置％，如圖5c所示；當人工控制電磁制動裝置發(fā)出制動信號時，電源 調(diào)制器切斷!\對應時序的電流，啟動1~ 2時域通電，制動通電時域設定為傳感單元3c感知轉(zhuǎn) 子單元3b繞軸至Φ為4度到Φ為0位置的時間段。
[0111] 電源調(diào)制器所輸出的制動電流，對應電磁制動裝置％的十級阻檔設置為十級強 度，設定輸出的電流強度為：首級5A、末級12A，十級電流平均設置。
[0112] 實施例4、
[0113] 將實施例3電動裝置的制動邏輯進一步優(yōu)化為：電源調(diào)制器啟動T2時域通電的同 時，將Τ。部分時域的工作邏輯同步變換為通電，該Τ。部分時域的數(shù)值與（T i+T2)相等，Τ。通 電啟動時刻以φ為〇開始計時；電源調(diào)制器在該τ。部分時域所輸出的電流強度與τ 2時域 相同。本實施例大大加強了電磁制動的制動效果。
[0114] 本實施例對定子單元繞組的制動通電增加了轉(zhuǎn)子單元和定子單元處于遠離狀態(tài) 的時域，該兩段制動通電時域也可以對應周期時序Τ而簡要設定為：在（?^+?^+Τ。）時序中， 起始3/8時域斷電，之后5/8時域誦電。
[0115] 前述實施例3制動時域Φ為4度到φ Λ 0位置的時間段，也可以更改為φ為2度 至I押為0位置的時間段。
[0116] 實施例5、
[0117] 對實施例4所述的電動車加裝增程系統(tǒng)。
[0118] 所述增程系統(tǒng)以甲醇發(fā)電機系統(tǒng)為電能補充裝置18,發(fā)電機系統(tǒng)由甲醇燃料箱、 甲醇內(nèi)燃機、發(fā)電機和整流裝置組合而成；增程系統(tǒng)的邏輯充電裝置17主要由電池組實時 電壓監(jiān)測模塊、恒電壓限定電流充電模塊和工作邏輯控制模塊等功能模塊所組成，工作邏 輯為：當監(jiān)測到電池組的實時電壓下降至23V時，自動啟動甲醇發(fā)電機系統(tǒng)為磷酸鐵鋰電 池組8b補充電能，其充電工作方式為恒定電壓28. 2V限制最大電流4Α，當充電電流小于 〇. 5A時自動停止充電。
[0119] 實施例6、
[0120] 橫梁兩端同軸分別安裝兩個輪的電動裝置，每個輪各設置一套電動機械裝置，兩 個輪的電動機械裝置共用一個電源調(diào)制器；電動裝置的基礎參數(shù)參照實施例2設計而調(diào) 整，車輪周長為1500mm，每個轉(zhuǎn)體6為一個具有轉(zhuǎn)動軸、周長為500mm的環(huán)形合金鋼圈，內(nèi)部 均勾間隔地嵌合8個永磁體轉(zhuǎn)子單元3b，8個轉(zhuǎn)子單元的S極全部正對轉(zhuǎn)體的軸，8個轉(zhuǎn)子 單元間隔平均設置，其局部結(jié)構如圖7a所示；定子單元3a的線圈繞組調(diào)整為60圈，對應轉(zhuǎn) 體占位的機械角為40度，與轉(zhuǎn)體內(nèi)緣間距6mm ;減速/變矩裝置2與轉(zhuǎn)體同軸一體化設計 安裝，減速比為9 :1。
[0121] 電動裝置設計為配車限速20Km/h即5. 6m/s (3. 7轉(zhuǎn)/s)，轉(zhuǎn)體經(jīng)過減速/變矩裝置 對應的限速值為33. 3轉(zhuǎn)/s，計取其限速旋轉(zhuǎn)周期時間為30ms，設置在轉(zhuǎn)體內(nèi)部的定子單元 3a在轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)周期中分別與8個轉(zhuǎn)子單元3b發(fā)生電磁力作用，即限速值對應的周期時間為 3. 75ms ;電源調(diào)制器對定子單元繞組的通電方向設置為圖2b所示的繞芯N極逆轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)方 向，對電動裝置的驅(qū)動供電時序〇'1+1' 2+1'。）設定為：(1'1:1'2:1'。）為0.6 :1.275:1.875，即限 速值對應的通電時域!\為0. 6ms，其余3. 15ms的（T2+T。）時域均為斷電狀態(tài)；電源調(diào)制器選 用大規(guī)模數(shù)字邏輯開關集成電路實現(xiàn)，設計最大過載功率1800W。
[0122] 電源調(diào)制器設定的行車控制邏輯與實施例1的方法類同，通過周期校準記錄的時 序通電頻率，可獲知實時車速，當時序通電頻率高于1/3. 75ms (對應轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)速33. 3轉(zhuǎn)/s) 時，電源調(diào)制器無條件斷電而達到自動限速的設計目標。
[0123] 本實施例中，驅(qū)動供電時域1\亦可定義為Φ從φτ至φ為φτ/3位置相應的時間段， 簡要設定為：在（Ti+L+T。）時序中，起始1/3時域通電，之后2/3時域斷電。
[0124] 本實施例在橫梁兩端配置電動裝置的技術方案，可在同軸并行的兩輪車、三輪車 的后輪和四輪車的前輪、后輪實施；該技術方案轉(zhuǎn)彎行駛時存在差速，應特別設計限速，或 通過對電源調(diào)制器內(nèi)置差速程序，使轉(zhuǎn)彎行駛更穩(wěn)定。
[0125] 實施例7、
[0126] 在實施例6基礎上，每套電動機械裝置內(nèi)的定子單元3a增設為兩個，合金轉(zhuǎn)體以 一體化成型工藝在內(nèi)部嵌合8個間隔平均設置的永磁體轉(zhuǎn)子單元3b，轉(zhuǎn)子單元的S極全部 正對轉(zhuǎn)體的軸，如圖2a所示。兩個定子單元的繞芯改為圓柱形，繞組匝數(shù)同為60圈，安裝 時圓柱形繞芯兩端與轉(zhuǎn)體相應的法線10垂直，如圖3a所示；兩個定子單元安裝在轉(zhuǎn)體6內(nèi) 部法線平面的中心、靠近轉(zhuǎn)體內(nèi)緣5_的定體環(huán)形部位，技術要求與旋轉(zhuǎn)方向毗鄰轉(zhuǎn)子單 元3b的機械間距相同，兩個定子單元的繞組電串聯(lián)連接，在轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)周期中共同與其均勻 分布的8個轉(zhuǎn)子單元發(fā)生電磁力作用。
[0127] 本實施例中，電源調(diào)制器的驅(qū)動供電時域定義為φ從φτ至φ為2φτ/3位置相應的 時間段，制動供電時域定義為φ從ψτ/4至φ為〇位置相應的時間段。
[0128] 本實施例中的兩個定子單元3a的機械布局，也可以改為在轉(zhuǎn)體內(nèi)部兩側(cè)對稱的 定體部位安裝，兩個定子單元的繞組電串聯(lián)連接，且電磁極方向相同。
[0129] 實施例8、
[0130] 在實施例1凹形繞芯上部正對轉(zhuǎn)體的內(nèi)緣的設計基礎上，將凹形繞芯的上部逆轉(zhuǎn) 體旋轉(zhuǎn)方向偏轉(zhuǎn)5度角，永磁體轉(zhuǎn)子單元3b順轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)方向偏轉(zhuǎn)5度角，其余與實施例1 類同。本實施例因定子單元3a內(nèi)部繞組通電后形成電磁場的偏轉(zhuǎn)角，更符合轉(zhuǎn)子單元繞軸 與定子單元周期性相吸的動態(tài)模型，效果比實施例1要好。
[0131] 此外還可將實施例1所述的傳感單元3c改設在前輪的車架上，在前輪周期面對傳 感單元3c的環(huán)形區(qū)域任意部位，專門設置一塊永磁體，使傳感單元的感應繞組伴隨車輪旋 轉(zhuǎn)而周期性獲得感應信號，所取得的實施效果與實施例1類同。
[0132] 實施例9、
[0133] -種準單輪結(jié)構電動車用的電動裝置，電動裝置內(nèi)部結(jié)構與實施例8類同；所述 準單輪結(jié)構是同軸緊湊安裝兩個輪轂，電動裝置的電機本體部分設在兩個輪轂之間；轉(zhuǎn)體 6外部設置兩個與其同軸的減速/變矩裝置2,減速比為12 :1 ;每個減速/變矩裝置的外部 設置有若干傳力筋務，其一端通過機械裝置與減速/變矩裝置2的外部固連，另一端固連兩 個輪轂的內(nèi)緣，使電動裝置實現(xiàn)對準單輪的機械傳動。本實施例的驅(qū)動供電時域定義為Φ 從.φτ至φ :為5φτ/6位置相應的時間段，制動供電時域定義為φ從φτ/6至φ為0相應的時 間段，驅(qū)動操控裝置9a設置為遙控。
[0134] 本實施例所述結(jié)構也可在一個輪以上的電動車實施，使電動行駛效果更穩(wěn)定。
[0135] 實施例10、
[0136] 將實施例1的定子單元改變?yōu)殡p線環(huán)繞磁芯，其中一個繞組由一根直徑0. 60mm的 銅線環(huán)繞凹形磁芯50圈而成，用于動力供電回路，電連接電源調(diào)制器1 ;另一個繞組回路由 一根直徑0. 20mm的銅線環(huán)繞凹形磁芯15圈而成，用作替代獨立設置的傳感單元3c，作為轉(zhuǎn) 子單元3b伴隨轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)位置的判別信號源。
[0137] 實施例11、
[0138] 安裝在圖10c所示四輪車兩個前輪的電動裝置，電動裝置的定體與固定軸固連， 電動裝置的轉(zhuǎn)體6通過減速/變矩裝置2與車輪的輪轂內(nèi)緣固連；定體5內(nèi)部設置12個定 子單元3a，定子單元繞芯為工字形，繞組匝數(shù)65圈，安裝時，工字形繞芯兩端連線與轉(zhuǎn)體相 應的法線10重合，并且在靠近轉(zhuǎn)體內(nèi)緣5_的環(huán)形部位均勻分布；鈦鋁合金轉(zhuǎn)體6以一體 化成型工藝在內(nèi)部嵌合12個間隔設置的永磁體轉(zhuǎn)子單元3b，如圖8b所示，其N極全部正對 轉(zhuǎn)體的軸7。
[0139] 12個定子單元的繞組電串聯(lián)連接，每4個定子單元的繞組中間引出抽頭，對外形 成3根線組成電外接回路（類似于傳統(tǒng)電動機內(nèi)部繞組的△形接法），在轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)周期中 與其均勻分布的12個轉(zhuǎn)子單元發(fā)生電磁力作用；電源調(diào)制器的電連接方式對應設計為三 線回路，其相應輸出的時序脈沖電流在三線構成的各個回路中平均分配；電源調(diào)制器對定 子單元繞組的通電方向設置為繞芯S極逆轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)方向；本實施例可以進一步利用定子單 元3a繞組外接兩相反饋的兩兩比較微分電位差，作為內(nèi)部位置判別的信號源，替代獨立設 置的傳感單元。
[0140] 本實施例所述電動裝置配置四輪車的電池組選用48V100Ah鋅鎳電池8b，電動 裝置的驅(qū)動、制動控制方式與前述定子單元設置于轉(zhuǎn)體內(nèi)部的方法類同，驅(qū)動供電時域定 義為Φ從φτ至φ為5φτ/6位置相應的時間段，亦可簡要設定為：在（Ti+TJT。）時序中，起始 1/12時域通電，之后11/12時域斷電。制動供電時域簡要設定為：在（?^+?^+Τ。）時序中，起 始5/12時域斷電，之后7/12時域通電。
[0141] 本實施例所述四輪車的倒車，通過電源調(diào)制器對電動裝置逆車輪旋轉(zhuǎn)方向而定義 對定子單元繞組啟動供電的時刻和電流時序，時序電流啟動對應于φ .從一<ρτ到φ為一φτ/3 的區(qū)間而設置（此處所述Φ的一值區(qū)間，是以Φ為0的狀態(tài)作為基準座標、并根據(jù)前述車輪 旋轉(zhuǎn)方向?qū)D(zhuǎn)子單元與定子單元的內(nèi)部相對位置而定義）。
[0142] 本實施例所述的電動裝置既可在輪轂式電動車對應至少一個輪設置，也可配合中 央動力式的電動車或雙源汽車上的輪轂安裝，使本發(fā)明所述的電動裝置成為輔助電動系 統(tǒng)，多途徑地節(jié)省電動車或雙源汽車的能源。
[0143] 本實施例所述四輪車還可進一步加裝增程系統(tǒng)，電能補充裝置18選用48V1000Ah 鋁空氣一次電池系統(tǒng)；電能補充裝置的工作方式設置為四輪車啟動時同步工作，并在電動 裝置運行中對電池組浮充電，邏輯充電裝置17設計為恒定電壓54V、限定最大充電電流20A 的工作方式；本實施例因兩個前輪在轉(zhuǎn)彎行駛時存在差速，設置限速并對電源調(diào)制器內(nèi)置 差速程序，使轉(zhuǎn)彎行駛更穩(wěn)定。
[0144] 實施例12、
[0145] 在實施例11的電動裝置基礎上，對電動四輪車設計雙增程系統(tǒng)。
[0146] 所述雙增程系統(tǒng)的電能補充裝置18分別由鋁空氣一次電池系統(tǒng)18a(包括鋁空氣 電池及其控制系統(tǒng)）以及內(nèi)燃發(fā)電機系統(tǒng)18b(包括燃料箱、內(nèi)燃機、發(fā)電機和整流裝置及 其控制系統(tǒng)）組合而成；雙增程系統(tǒng)的邏輯充電裝置17的功能模塊包括充電模塊和控制模 塊，充電模塊設置有兩路輸入端，分別電連接鋁空氣電池系統(tǒng)18a的電能輸出端和電連接 內(nèi)燃發(fā)電機系統(tǒng)18b的電能輸出端；邏輯充電裝置17的充電模塊輸出端電連接二次電池組 8b，其工作啟動由邏輯充電裝置17的控制模塊通過電連接電源調(diào)制器1實現(xiàn)邏輯控制。
[0147] 邏輯充電裝置17通過電源調(diào)制器1的編程控制，實現(xiàn)對二次電池組8b的實時電 壓/殘存容量的監(jiān)測和充電控制功能；雙增程系統(tǒng)為二次電池組補充電能時，優(yōu)先啟用內(nèi) 燃發(fā)電機系統(tǒng)18b，內(nèi)燃發(fā)電機系統(tǒng)使用的燃料任意；當內(nèi)燃發(fā)電機系統(tǒng)不能工作時，繼續(xù) 啟用鋁空氣電池系統(tǒng)18a為二次電池組補充電能。
[0148] 以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非限制，盡管參照實施例對本發(fā)明進 行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，對本發(fā)明的技術方案進行修改或者等同 替換，都不脫離本發(fā)明技術方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明的權利要求范圍當中。
【主權項】
1. 一種電動車的永磁電動裝置，其特征在于，所述電動裝置包括電源調(diào)制器（I)、驅(qū)動 操控裝置巧a)、定體妨和轉(zhuǎn)體（6);所述轉(zhuǎn)體為一個具有轉(zhuǎn)動軸的環(huán)形機械圈，其上間隔 設置至少4個永磁體轉(zhuǎn)子單元（3b)，且所有轉(zhuǎn)子單元（3b)環(huán)繞轉(zhuǎn)體設置的磁極方向相同； 所述定體為一個具有固定軸的機械圓盤，其上至少設置一個定子單元（3a)并安裝在靠近 轉(zhuǎn)體的位置，定子單元與轉(zhuǎn)子單元的周期性相對氣隙（3d)不大于30mm;所述定體與所述轉(zhuǎn) 體同軸（7)設置； 所述電源調(diào)制器（1)包括電源輸入端（Ia)、時序電流輸出端（化）和驅(qū)動信號輸入端 (Id),電源輸入端電連接電池組（8)的正負極，時序電流輸出端電連接定子單元的內(nèi)部繞 組，驅(qū)動信號輸入端電連接驅(qū)動操控裝置巧a);所述電源調(diào)制器對定子單元（3a)內(nèi)部繞組 供電使定子單元所形成的電磁極方向，設置為與所述轉(zhuǎn)子單元（3b)運動相向的磁極相反； 電源調(diào)制器通過驅(qū)動操控裝置獲取用戶的指令并相應輸出時序電流，使所述電動裝置實現(xiàn) 驅(qū)動。2. 根據(jù)權利要求1所述的電動裝置，其特征在于，所述轉(zhuǎn)體（6)外部加裝減速/變矩裝 置（2);所述減速/變矩裝置包括若干齒輪組合，其傳動輸入端與所述轉(zhuǎn)體機械固連，傳動 輸出端與所述電動裝置外部的旋轉(zhuǎn)裝置機械固連；所述減速/變矩裝置獨立設置，或與轉(zhuǎn) 體一體化同軸（7)設置于轉(zhuǎn)體的外部。3. 根據(jù)權利要求1所述的電動裝置，其特征在于，所述定子單元（3a)由至少一組良導 線環(huán)繞磁介質(zhì)材料的磁忍而成，其若干個組合得到的繞組之間通過串聯(lián)或并聯(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。4. 根據(jù)權利要求1所述的電動裝置，其特征在于，所述電動裝置還包括傳感裝置，所述 傳感裝置包括若干能感應所述轉(zhuǎn)子單元（3b)與定子單元（3a)相對位置的傳感單元（3c); 所述傳感單元與所述電源調(diào)制器的傳感信號輸入端（Ic)電連接；所述電動裝置至少在轉(zhuǎn) 體的內(nèi)部或外部設置一傳感單元。5. 根據(jù)權利要求4所述的電動裝置，其特征在于，所述傳感裝置還包括定子單元（3a) 的內(nèi)部繞組，所述內(nèi)部繞組包括環(huán)繞定子單元磁忍的繞組W及由若干定子單元繞組之間串 聯(lián)而成的多線外接回路。6. 根據(jù)權利要求1所述的電動裝置，其特征在于，所述電動裝置還包括電磁制動裝置 (%)，所述電源調(diào)制器還包括制動信號輸入端（le)，其電連接電磁制動裝置；所述電源調(diào) 制器通過電磁制動裝置獲取用戶的制動指令并相應輸出時序電流，使所述電動裝置實現(xiàn)制 動。7. -種電動車，其特征在于，其含有如權利要求1~6任一項所述的電動裝置，所述 電動車包括車架（4)、電池組（8)和至少一個車輪，所述電動車至少設置一套所述的電動裝 置；所述電池組包括一次性使用的一次電池（8a)或可重復多次充電使用的二次電池（8b)， 或兩者組合設置。8. 根據(jù)權利要求7所述的電動車，其特征在于，所述電動車配置二次電池組（8b)時加 裝電能補充裝置（18)，所述電能補充裝置包括材料任意的一次電池（8a)與控制裝置組合， 或為內(nèi)燃發(fā)電機與系統(tǒng)控制裝置組合，或兩者組合設置；電能補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立設置，或?qū)⑵洳糠诌壿嫻δ芑蛉窟壿?功能集成于電源調(diào)制器（1)內(nèi)。9. 基于權利要求1~6任一電動裝置的驅(qū)動方法，該方法由電源調(diào)制器通過所述轉(zhuǎn)子 單元（3b)和定子單元（3a)的位置關系輸出時序電流控制電動裝置轉(zhuǎn)動； 所述時序根據(jù)轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)方向而定義，所述時序電流根據(jù)定子單元電磁場在轉(zhuǎn)體上的有 效作用區(qū)間結(jié)合轉(zhuǎn)體上的轉(zhuǎn)子單元個數(shù)而設置若干個通斷周期T，每個通斷周期包括供電 時域和斷電時域；所述供電時域位于cpT/3<cp<cpT相應的時間段，所述CP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態(tài)夾角，所述申T為轉(zhuǎn)子單元繞軸切 線方向與其所受電磁力作用方向重合所確定的奪值； 所述斷電時域內(nèi)電源調(diào)制器（1)不輸出電流。10. 根據(jù)權利要求9所述的方法，其特征在于，所述通電時域內(nèi)初始的電流、電壓或定 子單元（3a)的磁通強度由傳感裝置獲取轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)速實時值結(jié)合驅(qū)動操控裝置巧a)給出的指 令而調(diào)整。11. 根據(jù)權利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法還包括校正步驟；所述校正步 驟為將轉(zhuǎn)子單元和定子單元處同軸法線相對、中為0的狀態(tài)作為基準座標和基準時間，當轉(zhuǎn) 子單元每次前轉(zhuǎn)至基準座標時，電源調(diào)制器（1)進行一次時間歸0校準并記錄本次周期時 間，通過與上次轉(zhuǎn)子單元前轉(zhuǎn)至基準座標的周期時間比較，從而獲知轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)周期時間， 并控制輸出電流。12. 基于權利要求1~6任一電動裝置的制動方法，該方法在所述轉(zhuǎn)子單元趨近定子單 元、轉(zhuǎn)子單元和定子單元處同軸法線相對W及轉(zhuǎn)子單元和定子單元處于遠離狀態(tài)的至少一 個時域中，輸出時序電流控制電動裝置制動； 所述轉(zhuǎn)子單元趨近定子單元為0《沖《(Pt/3狀態(tài)的相應時間段，所述(P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態(tài)夾角，所述fT為轉(zhuǎn)子單元繞軸 切線方向與其所受電磁力作用方向重合所確定的華值。13. 基于權利要求7或8所述電動車的增程方法，該方法在電動裝置運行中需要為二次 電池組（8b)持續(xù)補充電能，或當二次電池組的實時電壓或殘存容量值低于所設定的閥值 時，啟用電能補充裝置（18)為二次電池組補充電能。
【文檔編號】H02K21/14GK105990960SQ201510052506
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年1月31日
【發(fā)明人】劉粵榮, 劉通
【申請人】南京蒙奇智能科技有限公司, 劉粵榮