一種輪圈控制的電動車的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及電動車及其電源動力設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體涉及一種電動裝置設(shè)置于輪圈的電動車及其驅(qū)動、制動與增程方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前我國電動自行車的市場保有量已達(dá)到1.5億輛以上，電動三輪車保有量逾1000萬臺，區(qū)域用電動四輪車發(fā)展迅猛。
[0003]市場電動車普遍配用的是永磁無刷電動機(jī)，配件產(chǎn)業(yè)鏈成熟，目前正從通用型向?qū)I(yè)設(shè)計(jì)方向發(fā)展。電動自行車市場主流配用的是輪轂式電機(jī)，行業(yè)普遍認(rèn)為輪轂式電機(jī)技術(shù)已發(fā)展成熟，主要競爭集中在材料和人力成本的控制。對于電機(jī)控制，近年市場己普遍應(yīng)用PWQ技術(shù)來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，即占空比可變的脈沖波形，通過其對半導(dǎo)體電力器件的導(dǎo)通和關(guān)斷進(jìn)行控制，使輸出端得到一系列幅值相同而寬度不相同的脈沖，用這些脈沖來代替正弦波或其他所需的波形。
[0004]近年來，國內(nèi)外同行還試圖開發(fā)在輪沿設(shè)置電動裝置的電動車，這一思想方法古來有之，中國古代已普遍使用水車，其工作原理并非在水車的輪軸設(shè)置旋轉(zhuǎn)動力機(jī)，而是沿水車輪頁的切線方向在合適的時(shí)間給予一杯水(一份勢能)，該杯水的下落勢能轉(zhuǎn)變成水車環(huán)繞軸心旋轉(zhuǎn)的動力。但是，當(dāng)這一水車模型被平移到電動車領(lǐng)域時(shí)，并未獲得預(yù)期的開發(fā)成功。例如市場上一種在輪圈外緣設(shè)齒并安裝輸出軸帶齒電動機(jī)的電動自行車，通過齒輪傳遞電動機(jī)的軸輸出動力，這類設(shè)計(jì)雖有新意，但由于采用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的電動機(jī)和常規(guī)方式的動力供電，其電能轉(zhuǎn)換效率與輪轂式電機(jī)類同，并且在輪圈外緣設(shè)置電動機(jī)會受到功率的限制。
[0005]續(xù)行里程短是現(xiàn)階段電動車的軟肋，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)量提升電動車的續(xù)行里程不現(xiàn)實(shí)，因此目前汽車市場主流是發(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)使用電動機(jī)的動力，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)動機(jī)系統(tǒng)提供燃料輸出動力；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機(jī)系統(tǒng)，電動機(jī)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(jī)械傳動系統(tǒng)，將內(nèi)燃機(jī)或電動機(jī)的動力傳遞到輪轂上，這類雙源動力的設(shè)計(jì)可稱之為油、電動力并行系統(tǒng)，其明顯缺陷為造價(jià)高。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有電動車局限于配用單元式電動機(jī)和電流調(diào)制方式的設(shè)計(jì)缺陷，提供一種電動裝置設(shè)置于輪圈的結(jié)構(gòu)，并將供電方式改變?yōu)闀r(shí)序通斷控制的技術(shù)方案，結(jié)構(gòu)簡單，轉(zhuǎn)矩大，工藝容易實(shí)現(xiàn)。
[0007]本實(shí)用新型提供的一種電動輪圈控制的電動車，所述電動車包括電源調(diào)制器1、驅(qū)動操控裝置9a、車架4、電池組8和至少一個(gè)車輪5 ;所述電動車至少一個(gè)車輪設(shè)置至少一套的電動裝置；所述的電動裝置包括定子單元3a和永磁體轉(zhuǎn)子單元3b ;所述轉(zhuǎn)子單元3b至少設(shè)置一個(gè)于車輪的輪圈6上；當(dāng)輪圈上設(shè)置多個(gè)轉(zhuǎn)子單元時(shí)，多個(gè)轉(zhuǎn)子單元環(huán)繞輪圈間隔設(shè)置且磁極方向相同；所述定子單元3a至少設(shè)置一個(gè)在車架4的固定部位，其與轉(zhuǎn)子單元所形成的周期性相對氣隙3d不大于90mm ；
[0008]所述電源調(diào)制器I包括電源輸入端la、時(shí)序電流輸出端Ib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(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)動信號輸入端電連接驅(qū)動操控裝置9a ;所述電池組8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；所述電源調(diào)制器對定子單元內(nèi)部繞組供電使定子單元形成電磁極的方向，設(shè)置為與所述轉(zhuǎn)子單元運(yùn)動相向的磁極相反；電源調(diào)制器I通過驅(qū)動操控裝置9a獲取用戶的指令并相應(yīng)輸出時(shí)序電流，使電動車實(shí)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20KW。
[0010]優(yōu)選的，所述轉(zhuǎn)子單元設(shè)置于輪圈6上包括設(shè)置于輪圈的內(nèi)緣、外緣或輪圈內(nèi)部；所述的輪圈6采用合金、塑鋼或其他固體成形材料制造，其結(jié)構(gòu)包括一個(gè)圓環(huán)或多個(gè)圓環(huán)組合；所述多個(gè)圓環(huán)組合的輪圈以同軸7的方式通過構(gòu)件將多個(gè)圓環(huán)固連為一體，包括一體化設(shè)計(jì)制造；所述轉(zhuǎn)子單元在不影響安裝于輪圈的前提下不限形狀；多個(gè)轉(zhuǎn)子單元在輪圈間隔安裝時(shí)優(yōu)選均勻排布。
[0011]優(yōu)選的，所述轉(zhuǎn)子單元3b的材料為磁鋼、釹鐵硼等一類本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的永磁體，其自身固有磁性且磁極方向不因外部磁場而改變；所述轉(zhuǎn)子單元在輪圈6上的設(shè)置方式，包括N/S兩極連線與輪圈的同軸法線10重合/垂直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18度角。
[0012]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，所述定子單元3a在車架4上組合排布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。
[0013]所述定子單元設(shè)置在靠近輪圈6的車架4固定部位，包括輪圈內(nèi)與車輪固定軸固連的機(jī)械裝置，其組合設(shè)置遵循電磁極方向與轉(zhuǎn)子單元3b運(yùn)動相向磁極相反的基本原則，以其內(nèi)部繞組通電的磁通量獲得穿過氣隙3d最大值為優(yōu)選。所述定子單元在車架固定部位的設(shè)置方式，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4種典型組合狀態(tài)，包括電磁極的兩極連線偏轉(zhuǎn)不超過18度角；若干個(gè)定子單元排布組合包括在輪圈兩側(cè)的車架部位對稱安裝。
[0014]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(yīng)所述轉(zhuǎn)子單元3b與定子單元3a相對位置的傳感單元3c ;所述傳感單元與電源調(diào)制器的傳感信號輸入端Ic電連接；所述電動車至少在輪圈的內(nèi)緣或外緣設(shè)置一傳感單元。
[0015]優(yōu)選的，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。
[0016]優(yōu)選的，所述電動車還包括電磁制動裝置％，所述電源調(diào)制器I還包括剎車信號輸入端le，其電連接電磁制動裝置9b ;所述電源調(diào)制器通過電磁制動裝置9b獲取用戶的指令并相應(yīng)輸出時(shí)序電流，實(shí)現(xiàn)電動車制動。
[0017]本實(shí)用新型中，所述驅(qū)動操控裝置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，包括外置為遙控。
[0018]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，使電動裝置中的定子單元3a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。
[0019]本實(shí)用新型中，所述電動車包括一個(gè)輪或多個(gè)輪的電動車以及電動、腳踏兩用車；所述的車輪5，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)。
[0020]所述電動車的車架任意；
[0021]所述一次電池8a和二次電池Sb兩者組合設(shè)置包括電并聯(lián)連接。
[0022]優(yōu)選的，所述電動車配置二次電池組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I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。
[0023]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(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。
[0024]本實(shí)用新型還公開了一種前述電動車的驅(qū)動方法，該方法通過電源調(diào)制器I根據(jù)所述轉(zhuǎn)子單元3a和所述定子單元3b的位置關(guān)系輸出時(shí)序驅(qū)動電流控制車輪轉(zhuǎn)動；
[0025]所述時(shí)序根據(jù)車輪旋轉(zhuǎn)方向而定義，所述時(shí)序電流根據(jù)定子單元電磁場在輪圈上的有效作用區(qū)間結(jié)合車輪上的轉(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30度< Θ < 90度相應(yīng)的時(shí)間段，所述Θ為轉(zhuǎn)子單元在車輪上繞軸所受定子單元電磁場吸引力與其法向分力的方向所形成的動態(tài)夾角；所述斷電時(shí)域內(nèi)電源調(diào)制器I不輸出電流。
[0026]優(yōu)選的，所述供電時(shí)域的電流不限波形、頻率及占空比；
[0027]優(yōu)選的，所述通電時(shí)域內(nèi)初始的電流、電壓或定子單元的磁通強(qiáng)度由傳感裝置獲取行車速度實(shí)時(shí)值結(jié)合驅(qū)動操控裝置9a給出的指令而調(diào)整。
[0028]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)(Θ為O)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O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，從而獲知旋轉(zhuǎn)周期時(shí)間和車速，并控制輸出電流。
[0029]本實(shí)用新型還公開了所述電動車的制動方法，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(Θ為O)以及處于遠(yuǎn)離狀態(tài)的至少一個(gè)時(shí)域中，通過操控電磁制動裝置9b使電源調(diào)制器I輸出時(shí)序電流控制車輪制動；
[0030]所述時(shí)序根據(jù)車輪旋轉(zhuǎn)方向而定義；所述轉(zhuǎn)子單元趨近定子單元為O &l