一種電動車的動力系統(tǒng)及其電動車的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及電動車的動力設(shè)計領(lǐng)域，特別涉及一種電動裝置的機械設(shè)計及其 驅(qū)動、制動方法和配套電動車的增程設(shè)計方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 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(shè)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)。具體制造時，市場主 流是將輻條與車輪的輪圈實行一體化制造，外觀為電動輪，輻條變形為傳力筋條，通過傳力 筋條把電動機轉(zhuǎn)矩傳遞至輪圈。
[0003] 目前電動汽車業(yè)熱點是開發(fā)乘用車的輪轂電機，其特點就是將動力、傳動和制動 裝置都整合到輪轂內(nèi)。行業(yè)專家普遍認為，由于目前輪轂電機的結(jié)構(gòu)除輪轂本體外，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），如果電動機不能呈倍數(shù)減鎊，其技術(shù)意義很有限。
[0004] 圖Ia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(gòu)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、相距一定間隙14,若干繞組設(shè)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。
[0005] 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(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)置在定體內(nèi)，位置檢測器和逆變器一起構(gòu)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)。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(shù)調(diào)制，但在控制思想方法上受限于電動機內(nèi)部旋轉(zhuǎn) 磁場的傳統(tǒng)設(shè)計。
[0006] 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(shè)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(shù)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)特征為：燃料箱19給內(nèi)燃發(fā)動機系統(tǒng)20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8的電動機系統(tǒng)21，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22共用機械傳動系統(tǒng)23,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)，其基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)示 意如圖Ib所示。 【實用新型內(nèi)容】
[0007] 本實用新型的目的，在于提供一種內(nèi)部結(jié)構(gòu)有別于傳統(tǒng)直流電動機、通過電源調(diào) 制器將直流電調(diào)制為時序電流的電動裝置設(shè)計與控制方案，同時提供一種基于純電動車的 增程技術(shù)方案，結(jié)構(gòu)簡單，轉(zhuǎn)矩大，工藝容易實現(xiàn)。
[0008] 本實用新型提供的一種電動車的動力系統(tǒng)，所述動力系統(tǒng)包括電動裝置13、電池 組8和增程系統(tǒng)16 ;所述電動裝置包括電源調(diào)制器1、減速/變矩裝置2、驅(qū)動操控裝置9a、 定體5和轉(zhuǎn)體6 ;所述電源調(diào)制器包括電源輸入端la、時序電流輸出端Ib和驅(qū)動信號輸入 端ld，電源輸入端電連接電池組8的正負極；所述轉(zhuǎn)體為一個具有轉(zhuǎn)動軸的環(huán)形機械圈，其 上相間設(shè)置有若干轉(zhuǎn)子單元3b，所述轉(zhuǎn)子單元包括至少一個永磁體轉(zhuǎn)子單元3bl和至少一 個導(dǎo)磁體轉(zhuǎn)子單元3b2 ;所述永磁體轉(zhuǎn)子單元若干個在轉(zhuǎn)體上設(shè)置時的極向相同；所述定 體為一個具有固定軸的機械圓盤，內(nèi)部至少設(shè)置一個定子單元3a并安裝在靠近轉(zhuǎn)體的位 置；所述定體與轉(zhuǎn)體同軸心設(shè)置，兩者相對氣隙3d不大于25mm ;所述減速/變矩裝置與轉(zhuǎn) 體同軸心設(shè)置；所述電池組為可重復(fù)多次充電使用的二次電池；
[0009] 所述電源調(diào)制器的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；所述電源調(diào)制器通過驅(qū)動操控裝置獲取用戶的指令，并于相應(yīng)時序 對定子單元的內(nèi)部繞組輸出電流，使電動裝置實現(xiàn)驅(qū)動/制動。
[0010] 優(yōu)選的，所述電源調(diào)制器的額定功率不超過20kW。
[0011] 所述電動裝置的轉(zhuǎn)子單元3b(3bl/3b2,包括永磁體轉(zhuǎn)子單元3bl和導(dǎo)磁體轉(zhuǎn)子單 元3b2)相間設(shè)置于轉(zhuǎn)體6上，其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)計制造，在不影響安裝于轉(zhuǎn)體的前提下不限形狀；若干個轉(zhuǎn)子單元3bl/3b2在轉(zhuǎn) 體6安裝時優(yōu)選均勻排布。
[0012] 優(yōu)選的，所述電動裝置的永磁體轉(zhuǎn)子單元3b 1若干個在轉(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20度。
[0013] 優(yōu)選的，所述電動裝置的減速/變矩裝置2包括若干齒輪組合，其傳動輸入端與轉(zhuǎn) 體機械固連，其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2獨立設(shè) 置，或與轉(zhuǎn)體6 -體化同軸設(shè)置于轉(zhuǎn)體的外部。
[0014] 優(yōu)選的，所述電動裝置的定子單元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；對外電連接方式可以為兩線或多線構(gòu)成的回路；定子單元通電形成的電磁極設(shè) 置為與永磁體轉(zhuǎn)子單元3bl運動相向的極性相反。
[0015] 所述定子單元的繞芯排布或若干個組合，以其內(nèi)部繞組通電穿過氣隙3d的磁通 量獲得最大值為優(yōu)選。
[0016] 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Ic電連接；所述電動裝置至少在轉(zhuǎn)體的內(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。
[0018] 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，通過電磁制動裝置獲取用戶的剎車指令并于相應(yīng)時 序?qū)﹄妱友b置的定子單元的繞組輸出電流。
[0019] 所述電動裝置的驅(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 他任意手動控制方式，包括外置為遙控。
[0020] 本實用新型中，所述電動裝置的電源調(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(shè)定的時域周期性地通電和斷電。
[0021] 本實用新型所述動力系統(tǒng)的增程系統(tǒng)16包括邏輯充電裝置17和電能補充裝置 18 ;所述邏輯充電裝置的輸入端17a電連接電能補充裝置，其輸出端17b電連接電池組8的 正負極；所述增程系統(tǒng)在設(shè)定的邏輯工作狀態(tài)為電池組補充電能。
[0022] 優(yōu)選的，所述增程系統(tǒng)16的電能補充裝置18為材料任意的一次電池與控制裝置 組合而成，所述的控制裝置至少包括一次電池啟動裝置；
[0023] 優(yōu)選的，所述增程系統(tǒng)16的電能補充裝置18為內(nèi)燃發(fā)電機與控制系統(tǒng)裝置組合 而成；所述的內(nèi)燃發(fā)電機至少包括內(nèi)燃機和發(fā)電機，所述的控制系統(tǒng)裝置至少包括燃料箱 19和內(nèi)燃機啟動裝置；所述內(nèi)燃機的燃料任意；
[0024] 更優(yōu)選的，所述增程系統(tǒng)16的電能補充裝置18由一次電池與控制裝置、內(nèi)燃發(fā)電 機與系統(tǒng)裝置兩者組合設(shè)置而成。
[0025] 所述增程系統(tǒng)16的邏輯充電裝置17至少包括直流電充電裝置，可獨立設(shè)置，或?qū)?其部分邏輯功能或全部邏輯功能集成于電源調(diào)制器1內(nèi)；所述的邏輯充電裝置17的設(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] 本實用新型含有上述任一動力系統(tǒng)的電動車，所述電動車包括一個或多個車輪的 電動車以及電動、腳踏兩用車；所述電動車的車輪至少設(shè)置一套電動裝置，安裝電動裝置的 車輪包括單輪以及同軸緊湊安裝兩個輪的準單輪結(jié)構(gòu)。
[0027] 本實用新型還公開了前述動力系統(tǒng)的電動裝置驅(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(guān)系輸出時序電流控制電動裝置轉(zhuǎn)動；
[0028] 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(shè)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/6<φ<φτ相應(yīng)的時間段，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 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；所述斷電時域內(nèi) 電源調(diào)制器1不輸出電流。
[0029] 優(yōu)選的，所述供電時域的電流不限波形、頻率及占空比。
[0030] 優(yōu)選的，所述通電時域T1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。
[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〇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。
[0032] 本實用新型還公開了所述動力系統(tǒng)的電動裝置制動方法，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0)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；
[0033] 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CXcpgcpiVS 狀態(tài)的相應(yīng)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φ值。
[0034] 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)。
[0035] 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(guān)系設(shè)置為或。
[0036] 優(yōu)選的，所述輸出電流控制步驟包括：
[0037] 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1休眠；
[0038] 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；
[0039] 3)當電動裝置轉(zhuǎn)速或通電頻率達到設(shè)定的閾值時，所述的電源調(diào)制器斷電。
[0040] 本實用新型還公開了所述電動車的動力系統(tǒng)的電能補充方法，該方法在電動裝置 13運行中需要為電池組8持續(xù)補充電能，或當電池組實時電壓或殘存容量值低于所設(shè)定的 閥值時，啟用增程系統(tǒng)16,使