一種時(shí)序供電控制的電動(dòng)車及其驅(qū)動(dòng)、制動(dòng)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電動(dòng)車的電源動(dòng)力設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體涉及一種基于電動(dòng)裝置內(nèi)部磁流特 點(diǎn)進(jìn)行時(shí)序供電控制的電動(dòng)車及其驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電動(dòng)車是目前市場(chǎng)的熱點(diǎn)，我國(guó)電動(dòng)自行車的市場(chǎng)保有量已達(dá)到1.5億輛W上， 2013年電動(dòng)H輪車產(chǎn)量逾1000萬(wàn)臺(tái)，區(qū)域用電動(dòng)四輪車發(fā)展迅猛。
[000引 目前市場(chǎng)電動(dòng)車普遍配用的是永磁無(wú)刷電動(dòng)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，其配備的電源控制器也力圖運(yùn)用開(kāi)關(guān)電路，尤其是通過(guò)脈沖調(diào)制 技術(shù)降低電機(jī)工作過(guò)程的無(wú)功損耗。目前電動(dòng)車的動(dòng)力技術(shù)發(fā)展主要有兩個(gè)方向，一是改 進(jìn)電動(dòng)機(jī)專業(yè)制造技術(shù)，二是改善電動(dòng)機(jī)節(jié)能控制，但送兩個(gè)方向在技術(shù)發(fā)展思路上都受 到了較大局限，例如；
[0004] 1)電機(jī)；電動(dòng)自行車習(xí)慣配用的是輪穀式電機(jī)，市場(chǎng)普遍認(rèn)為輪穀式電機(jī)技術(shù)已 發(fā)展成熟，行業(yè)通常使用的電機(jī)結(jié)構(gòu)原理大多屬于通用型，主要競(jìng)爭(zhēng)集中在材料和人力成 本的控制，較少關(guān)注電機(jī)變形技術(shù)開(kāi)發(fā)帶來(lái)的應(yīng)用效能提升。
[000引。電機(jī)控制；近年市場(chǎng)己普遍應(yīng)用PWQ技術(shù)來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，即占空比可變的 脈沖波形，通過(guò)其對(duì)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，用送些脈沖來(lái)代替正弦波或其他所需的波形。根據(jù)其特性，按一定 的規(guī)則對(duì)個(gè)脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，即可改變電路輸出電壓或輸出頻率的大小，達(dá)到控制電 機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。
[000引對(duì)目前市場(chǎng)電動(dòng)車的電機(jī)，近年研發(fā)主流集中在傳統(tǒng)"倒相"控制的思想范疇，普 通直流電動(dòng)機(jī)雖使用直流電源，但直流電進(jìn)入電機(jī)內(nèi)部是使用電刷或電子裝置將直流電調(diào) 制為通電方向交替變換的電流，使電機(jī)在內(nèi)部產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，送一傳統(tǒng)控制思想稱之為"倒 相"，伴隨產(chǎn)生了電流相位、電機(jī)內(nèi)部旋轉(zhuǎn)相角、繞組感生電流及其相應(yīng)的相角位控制等傳 統(tǒng)技術(shù)，技術(shù)開(kāi)發(fā)收益不盡人意。
[0007] 近年國(guó)內(nèi)外同行還試圖開(kāi)發(fā)在輪沿設(shè)置電動(dòng)裝置的電動(dòng)車，送一思想方法古來(lái)有 之，中國(guó)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(dòng)力機(jī)，而是沿水車 輪頁(yè)的切線方向在合適的時(shí)間給予一杯水（一份勢(shì)能），該杯水的下落勢(shì)能轉(zhuǎn)變成水車環(huán) 繞軸必旋轉(zhuǎn)的動(dòng)力。但是，當(dāng)送一水車模型被平移到電動(dòng)車領(lǐng)域時(shí)，并未獲得預(yù)期的開(kāi)發(fā)成 功。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(guò)齒輪傳 遞電動(dòng)機(jī)的軸輸出動(dòng)力，送類設(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)換效率與輪穀式電機(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。

【發(fā)明內(nèi)容】

[000引本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有電動(dòng)車的供電方式局限于電流方向逆變和配用單元 結(jié)構(gòu)式電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)缺陷，提供一種通過(guò)電源調(diào)制器將直流電源改變?yōu)橥〝鄷r(shí)序供電方式 的設(shè)計(jì)方案，同時(shí)為電動(dòng)車提供一種非單元結(jié)構(gòu)的電動(dòng)裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)矩大，工藝容易 實(shí)現(xiàn)，滿足電動(dòng)車的技術(shù)設(shè)計(jì)需求。
[0009] 本發(fā)明提供的一種基于磁流控制的電動(dòng)車，所述電動(dòng)車包括電源調(diào)制器1、驅(qū)動(dòng)操 控裝置9a、車架4和至少一個(gè)車輪5 ;所述電動(dòng)車至少一個(gè)的車輪設(shè)置電動(dòng)裝置3 ;所述電 動(dòng)裝置包括至少一個(gè)定子單元3a和若干轉(zhuǎn)子單元3b ;所述定子單元安裝在靠近車圈6的 車架上；所述若干轉(zhuǎn)子單元包括至少一個(gè)永磁體轉(zhuǎn)子單元3bl和至少一個(gè)導(dǎo)磁體轉(zhuǎn)子單元 3b2,并相間設(shè)置于車圈上，且伴隨車輪旋轉(zhuǎn)，其與定子單元形成的周期性相對(duì)氣隙3d不大 于70mm ;所述永磁體轉(zhuǎn)子單元若干個(gè)在車圈上組合設(shè)置的極向相同；
[0010] 所述電源調(diào)制器包括電源輸入端la、時(shí)序電流輸出端化和驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端Id,其 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)制器通過(guò)驅(qū)動(dòng)操控裝置獲取用戶的指令， 并對(duì)定子單元的內(nèi)部繞組輸出電流。
[0011] 優(yōu)選的，所述電源調(diào)制器的額定功率不超過(guò)服W。
[0012] 所述轉(zhuǎn)子單元3bl/3l32相間設(shè)置于車圈6上，其安裝位置包括嵌合于車圈的外緣、 內(nèi)緣、車圈內(nèi)部或與車圈一體化設(shè)計(jì)制造，在不影響安裝于車圈的前提下不限形狀；若干個(gè) 轉(zhuǎn)子單元3bl/3b2在車圈6安裝時(shí)優(yōu)選均勻排布。
[0013] 優(yōu)選的，所述永磁體轉(zhuǎn)子單元3bl若干個(gè)在車圈6上同極向設(shè)置，包括N/S兩極連 線與車圈6同軸法線10重合/垂直的4種典型組合狀態(tài)，W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(guò)25度。
[0014] 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(guò)串聯(lián)或并聯(lián)連接，或通過(guò)不同繞組之間 引出中間抽頭組成多線外接回路，其通電形成的電磁極與所述永磁體轉(zhuǎn)子單元3bl運(yùn)動(dòng)相 向的極性相反。
[0015] 優(yōu)選的，若干個(gè)定子單元在靠近車圈6內(nèi)緣或外緣的車架部位任意組合，包括在 車圈6兩側(cè)的車架4部位對(duì)稱安裝；若干個(gè)定子單元排布組合的電磁極方向設(shè)置，遵循對(duì)應(yīng) 永磁體轉(zhuǎn)子單元3bl與其運(yùn)動(dòng)相向極性相反的基本原則。
[0016] 優(yōu)選的，所述電動(dòng)車還包括傳感裝置，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(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)車至少在車架4上的前輪或后輪、車輪5的內(nèi)緣或外緣設(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。
[0018] 優(yōu)選的，所述電動(dòng)車還包括電磁制動(dòng)裝置％，所述電源調(diào)制器還包括制動(dòng)信號(hào)輸 入端Ie,其電連接電磁剎車裝置％，通過(guò)電磁剎車裝置9b獲取用戶的剎車指令并于相應(yīng)時(shí) 序?qū)﹄妱?dòng)裝置3的定子單元3a的內(nèi)部繞組輸出電流；當(dāng)本發(fā)明電動(dòng)車需要設(shè)置電磁制動(dòng)功 能時(shí)，所述定子單元相應(yīng)設(shè)置于車圈6內(nèi)緣的車架部位。
[0019] 本發(fā)明中，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 任意手動(dòng)控制方式，包括外置為遙控。
[0020] 本發(fā)明中，所述電源調(diào)制器I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。
[0021] 本發(fā)明中，所述電動(dòng)車包括一個(gè)輪或多個(gè)輪的電動(dòng)車W及電動(dòng)、腳踏兩用車；所述 設(shè)置電動(dòng)裝置的車輪5,包括單輪W及同軸緊湊安裝兩個(gè)輪的準(zhǔn)單輪結(jié)構(gòu)。
[0022] 本發(fā)明還公開(kāi)了一種前述電動(dòng)車的驅(qū)動(dòng)方法，該方法通過(guò)電源調(diào)制器1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(dòng)電流控制車輪轉(zhuǎn)動(dòng)；
[0023] 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(chǎng)在車圈上 的有效作用區(qū)間結(jié)合車圈上的轉(zhuǎn)子單元個(gè)數(shù)而設(shè)置若干個(gè)通斷周期，每個(gè)通斷周期包括供 電時(shí)域和斷電時(shí)域；所述供電時(shí)域位于聲t/6'< CP 相應(yīng)的時(shí)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(dòng)態(tài)夾角，所述平T為轉(zhuǎn)子單元繞軸 切線方向與其隔氣隙所受定子單元電磁力作用方向重合狀態(tài)所確定的奪值；所述斷電時(shí)域 內(nèi)電源調(diào)制器（1)不輸出電流。
[0024] 優(yōu)選的，所述供電時(shí)域的電流不限波形、頻率及占空比；
[00巧]優(yōu)選的，所述電源調(diào)制器在供電時(shí)域內(nèi)至少包括兩段不同電流幅值不同的子時(shí) 域，且順時(shí)序呈幅度依次變小，供電時(shí)域或其子時(shí)域的幅值隨時(shí)序呈線性遞減關(guān)系；
[0026] 或呈2K遞減關(guān)系，所述的指數(shù)K取值0. 2至0. 99 ;
[0027] 或?yàn)槿缦玛P(guān)系；I換=(Io-Ig)訝n華鴻0/cpT，其中I。為起始通電強(qiáng)度，Ig為通電終 止時(shí)刻的電流強(qiáng)度。
[0028] 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(dòng)操控裝置9a給出的指令而調(diào)整。
[0029] 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)（Zcp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(guò)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。
[0030] 本發(fā)明還公開(kāi)了所述電動(dòng)車的制動(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)（ Zq)為0) W及處于遠(yuǎn)離狀態(tài)的至少一個(gè)時(shí)域 中，通過(guò)操控電磁制動(dòng)裝置9b使電源調(diào)制器1輸出時(shí)序電流控制車輪制動(dòng)；
[0031] 所述轉(zhuǎn)子單元趨近定子單元的時(shí)域?yàn)?《啤《斬/3狀態(tài)的相應(yīng)時(shí)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(dòng)態(tài)夾角，所述WT 為轉(zhuǎn)子單元繞軸切線方向與其所受電磁力方向重合狀態(tài)所確定的直。
[0032] 優(yōu)選的，所述方法還包括校正步驟，所述校正步驟將為0作為基準(zhǔn)座標(biāo)和基準(zhǔn) 時(shí)間，通過(guò)傳感裝置獲知轉(zhuǎn)子單元趨近/相對(duì)/遠(yuǎn)離定子單元的位置狀態(tài)。
[0033] 優(yōu)選的，所述輸出電流控制步驟可包括：
[0034] 1)驅(qū)動(dòng)操控裝置9a對(duì)電源調(diào)制器1無(wú)輸入指令時(shí)，電源調(diào)制器休眠；
[003引 2)驅(qū)動(dòng)操控裝置9a給出加速指令時(shí)，電源調(diào)制器1相應(yīng)輸出時(shí)序電流；
[0036] 3)當(dāng)車速或通電頻率達(dá)到設(shè)定的闊值時(shí)，所述的電源調(diào)制器斷電。
[0037] 本發(fā)明電動(dòng)車的電動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)非傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)的單元結(jié)構(gòu)形式，電源調(diào)制器針對(duì)電 動(dòng)車的應(yīng)用特點(diǎn)植入了數(shù)控編程技術(shù)，明確了供電時(shí)序周期T及通電時(shí)域的子集強(qiáng)度特點(diǎn) 和斷電時(shí)域等工作邏輯構(gòu)成，其對(duì)定子單元繞組供電是具有規(guī)律性的時(shí)序電流。送種設(shè)計(jì) 可帶來(lái)兩項(xiàng)明顯的節(jié)電效益：一是電動(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 周期性地通電工作，在不需要工作的時(shí)域休眠，既節(jié)省了電能又減少了通電積熱；二是在電 源調(diào)制器設(shè)定的工作周期內(nèi)，通電強(qiáng)度呈設(shè)定的規(guī)律性變化及中斷，使電能的使用效率進(jìn) 一步提高，通電積熱進(jìn)一步減少。
[0038] 本發(fā)明提供了電動(dòng)裝置W及電源調(diào)制器時(shí)序電流的設(shè)計(jì)方法，其優(yōu)點(diǎn)在于：具有 時(shí)序供電控制帶來(lái)的明顯節(jié)能效果，電動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可在車輪多樣化的設(shè)計(jì)方案組合、 成本低，有效適應(yīng)各類輕型電動(dòng)車的節(jié)能設(shè)計(jì)要求。
【附圖說(shuō)明】
[0039] 圖1是本發(fā)明應(yīng)用于電動(dòng)H輪車的一種整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0040] 圖2a是一種電動(dòng)裝置的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)及作用力方向分解示意圖。
[0041] 圖化是永磁體轉(zhuǎn)子單元在車圈的一種磁極設(shè)置示意圖。
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