一種輪轂電動系統(tǒng)和含有該系統(tǒng)的電動車的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及電動車及其電源動力設(shè)計領(lǐng)域，具體涉及一種輪轂電動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及其驅(qū)動和制動方法，以及含有該輪轂電動系統(tǒng)的電動車的增程方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前市場上的電動車主要是兩輪車，我國電動兩輪車的市場保有量已達(dá)到1.5億輛以上；除了兩輪車，近年電動三輪車也迅速興起，據(jù)行業(yè)情報披露2013年已逾1000萬輛，區(qū)域用的低速電動四輪車市場也獲得了長足發(fā)展。
[0003]目前電動車電機正從通用型向?qū)I(yè)設(shè)計方向發(fā)展，其電源控制器也力圖運用脈沖調(diào)制技術(shù)降低電機工作過程的無功損耗，市場己普遍應(yīng)用PWQ技術(shù)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，用于代替正弦波或其他所需的波形，通過改變電路輸出電壓或輸出頻率的大小，達(dá)到控制電機轉(zhuǎn)速的目的。
[0004]在電動車市場上，近年國內(nèi)外同行均試圖開發(fā)在輪緣設(shè)置電動機構(gòu)的電動輪，但并未獲得預(yù)期成功，例如市場上一種在車圈外緣設(shè)齒并安裝輸出軸帶齒電動機的電動自行車，通過齒輪傳遞電動機的軸輸出動力，由于采用傳統(tǒng)設(shè)計的電動機和常規(guī)動力供電方式，其電能轉(zhuǎn)換效率與輪轂式電機類同，并且在車圈外緣設(shè)置電動機會受到功率的限制。在電動四輪車市場上，目前開發(fā)的大功率輪轂式電動機的主流思路，是在輪轂內(nèi)部設(shè)置電動機，因常規(guī)電動機的重量/體積比功率低，導(dǎo)致輪轂重量大增，實用耗電指標(biāo)并不低，且性價比不高，市場產(chǎn)品的種類也較少。
[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(shè)計思想為:當(dāng)汽車起步或低速時使用電動機的動力，汽車達(dá)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(shù)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)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(shè)計基礎(chǔ)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(shè)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。
【實用新型內(nèi)容】
[0006]本實用新型的目的，在于提供一種在輪轂外部設(shè)置電動裝置的設(shè)計方案，同時針對常規(guī)電動機供電方式的設(shè)計缺陷，提供一種將直流電源改變?yōu)闀r序供電方式的設(shè)計方案，結(jié)構(gòu)簡單，轉(zhuǎn)矩大，工藝容易實現(xiàn)，滿足電動車的技術(shù)設(shè)計需求。
[0007]本實用新型提供的一種電動車的輪轂電動系統(tǒng)，所述輪轂電動系統(tǒng)包括輪轂6、減速/變矩裝置2、電源調(diào)制器1、驅(qū)動操控裝置9a和至少一套的電動裝置3 ;所述的電動裝置3包括同軸轉(zhuǎn)體3e、定子單元3a和永磁體轉(zhuǎn)子單元3b ;所述同軸轉(zhuǎn)體3e為一個具有轉(zhuǎn)動軸的環(huán)形機械圈，其上至少設(shè)置I個轉(zhuǎn)子單元3b ;多個轉(zhuǎn)子單元環(huán)繞同軸轉(zhuǎn)體設(shè)置時，間隔設(shè)置且磁極方向相同；所述定子單元至少設(shè)置一個在靠近同軸轉(zhuǎn)體的固定部位，其與轉(zhuǎn)子單元所形成的周期性相對氣隙3d不大于70mm ;所述同軸轉(zhuǎn)體與輪轂6同軸7設(shè)置，并通過減速/變矩裝置2與所述輪轂機械傳動；
[0008]所述電源調(diào)制器至少包括電源輸入端la、時序電流輸出端Ib和驅(qū)動信號輸入端ld，所述的電源輸入端電連接電池組8的正負(fù)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(shè)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(yīng)輸出時序電流，使輪轂電動系統(tǒng)實現(xiàn)驅(qū)動。
[0009]優(yōu)選的，本實用新型所述輪轂電動系統(tǒng)的額定功率不大于28KW。
[0010]優(yōu)選的，所述減速/變矩裝置2包括若干齒輪組合，其機械傳動輸入端與同軸轉(zhuǎn)體3e固連，其機械傳動輸出端與輪轂6固連；減速/變矩裝置2獨立設(shè)置，或與同軸轉(zhuǎn)體3e或輪轂6—體化設(shè)置。
[0011]優(yōu)選的，所述轉(zhuǎn)子單元3b設(shè)置于同軸轉(zhuǎn)體3e上包括嵌合于同軸轉(zhuǎn)體的外緣、內(nèi)緣、內(nèi)部或與同軸轉(zhuǎn)體一體化設(shè)計制造，在不影響安裝于同軸轉(zhuǎn)體的前提下不限形狀；所述轉(zhuǎn)子單元在同軸轉(zhuǎn)體上的設(shè)置，包括N/S兩極連線12與同軸法線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20度角；若干轉(zhuǎn)子單元在同軸轉(zhuǎn)體間隔安裝時優(yōu)選均勻排布。
[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，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由至少一組良導(dǎo)線環(huán)繞磁介質(zhì)材料的磁芯而成；
[0013]所述定子單元的內(nèi)部繞組對外電連接的方式包括兩線或多線構(gòu)成的回路。
[0014]優(yōu)選的，所述定子單元3a安裝在同軸轉(zhuǎn)體3e內(nèi)部的固定機械裝置，或安裝在靠近同軸轉(zhuǎn)體外部的車架或與車架固連的機械裝置；所述定子單元靠近同軸轉(zhuǎn)體安裝時，其內(nèi)部繞組通電形成的N/S兩極連線12與同軸法線10垂直或平行，包括N/S兩極連線偏轉(zhuǎn)不超過20度角；若干個定子單元的繞組串聯(lián)、并聯(lián)連接，包括若干個繞芯排布組合，其設(shè)置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，以其內(nèi)部繞組組合通電的磁通量獲得穿過氣隙3d最大值為優(yōu)選。
[0015]優(yōu)選的，所述同軸轉(zhuǎn)體配置若干減速/變矩裝置2與若干輪轂6同軸傳動，或所述輪轂同軸配置若干同軸轉(zhuǎn)體3e及若干減速/變矩裝置2傳動。
[0016]優(yōu)選的，所述輪轂電動系統(tǒng)的電動裝置3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同軸轉(zhuǎn)體3e的內(nèi)部或外部設(shè)置一傳感單元。
[0017]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)繞定子單元磁芯的多線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。
[0018]本實用新型中，所述輪轂電動系統(tǒng)還包括電磁制動裝置％，所述電源調(diào)制器I還包括制動信號輸入端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獲取用戶的指令并相應(yīng)輸出時序電流，使輪轂電動系統(tǒng)獲得制動。
[0019]本實用新型中，所述電源調(diào)制器I將直流電源轉(zhuǎn)換為時序電流，使電動裝置中的定子單元3a被限定在電源調(diào)制器設(shè)定的時序周期性地通電和斷電。
[0020]本實用新型所述含有上述任一輪轂電動系統(tǒng)的電動車包括車架4、電池組8和至少一個車輪5，所述電動車至少設(shè)置一套所述的輪轂電動系統(tǒng)；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Sb，或兩者組合設(shè)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(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的組合設(shè)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(shè)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(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(shè)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(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]本實用新型還公開了一種前述輪轂電動系統(tǒng)的驅(qū)動方法，該方法根據(jù)所述轉(zhuǎn)子單元3b和定子單元3a的位置關(guān)系通過電源調(diào)制器I輸出時序驅(qū)動電流控制電動裝置3及輪轂轉(zhuǎn)動；
[0027]所述時序根據(jù)車輪旋轉(zhuǎn)方向而定義，所述時序電流根據(jù)定子單元電磁場在同軸轉(zhuǎn)體上的有效作用區(qū)間結(jié)合同軸轉(zhuǎn)體上的轉(zhuǎn)子單元個數(shù)而設(shè)置若干個通斷周期，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30度< Θ <90度相應(yīng)的時間段，所述Θ為轉(zhuǎn)子單元繞軸所受電磁力與其法向分力的方向所形成的動態(tài)夾角；所述斷電時域內(nèi)電源調(diào)制器I不輸出電流。
[0028]優(yōu)選的，通電時域/子時域內(nèi)的電流波形、頻率以及占空比不限。
[0029]優(yōu)選的，所述通電時域由驅(qū)動操控裝置9a獲取外界的輸入，根據(jù)行車速度確定。
[0030]優(yōu)選的，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行車速度實時值結(jié)合驅(qū)動操控裝置9a給出的指令而調(diào)整。
[0031]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3a與轉(zhuǎn)子單元3b周期性隔氣隙3d相對、Θ為O的狀態(tài)作為基準(zhǔn)座標(biāo)和基準(zhǔn)時間，當(dāng)轉(zhuǎn)子單元每次轉(zhuǎn)至基準(zhǔn)座標(biāo)時，電源調(diào)制器進行一次時間歸O校準(zhǔn)并記錄本次周期時間，通過與上次周期時間比較，從而獲知對應(yīng)輪轂的旋轉(zhuǎn)周期時間和車速，并控制輸出電流。
[0032]本實用新型還公開了所述輪轂電動系統(tǒng)的制動方法，該方法通過所述在轉(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(Θ為O)以及處于遠(yuǎn)離狀態(tài)的至少一個時域中，電源調(diào)制器I輸出時序電流控制電動裝置3及輪轂制動；
[0033]所述轉(zhuǎn)子單元趨近定子單元為O < Θ <30度相應(yīng)的時間段，所述Θ為