一種永磁電動裝置和含有該裝置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，特別涉及一種電動裝置的機械設(shè)計及其驅(qū)動和制動的時序電流設(shè)計方法以及電動車的增程方法。
【背景技術(shù)】
[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(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)。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(shù)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(shè)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(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、相距一定間隔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。
[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(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)?？刂品矫嫫毡椴捎昧?PWQ技術(shù)，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)部的傳統(tǒng)設(shè)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(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，在于克服現(xiàn)有電動車用直流電動機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的缺陷，提供一種內(nèi)部有別于傳統(tǒng)設(shè)計的結(jié)構(gòu)，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(gòu)簡單，轉(zhuǎn)矩大，工藝容易實現(xiàn)。
[0007]本實用新型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(shè)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(shè)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(shè)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40mm ;所述定體與所述轉(zhuǎn)體同軸7設(shè)置；
[0008]所述電源調(diào)制器I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，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22kW。
[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(shè)計，配合相關(guān)裝置設(shè)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(shè)置，或與轉(zhuǎn)體一體化同軸7設(shè)置于轉(zhuǎn)體的外部。
[0012]所述轉(zhuǎn)子單元3b設(shè)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(shè)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)體上的設(shè)置方式，包括N/S兩極連線與轉(zhuǎn)體的同軸法線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15度；若干轉(zhuǎn)子單元在轉(zhuǎn)體間隔安裝時優(yōu)選均勻排布。轉(zhuǎn)子單元的材料為磁鋼、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。
[0013]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)材料的磁芯組成，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(gòu)成的回路。
[0014]所述定子單元設(shè)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(shè)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15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(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；
[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I還包括制動信號輸入端le，其電連接所述的電磁制動裝置；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(yīng)輸出時序電流，使所述電動裝置實現(xiàn)制動。
[0018]本實用新型中，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。
[0019]本實用新型中，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(shè)定的時域周期性地通電和斷電。
[0020]本實用新型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(shè)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(fù)多次充電使用的二次電池組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單輪結(jié)構(gòu)。
[0023]優(yōu)選的，所述一次電池8a和二次電池組Sb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(guān)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(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；所述斷電時域內(nèi)電源調(diào)制器I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。
[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)(Θ為O)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O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]本實用新型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(Θ為O)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I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O < Θ < 30度相應(yīng)的時間段，所述Θ為轉(zhuǎn)子單元在轉(zhuǎn)體上繞軸所受電磁場吸引力與其法向分力的方向所形成的動態(tài)夾角。
[0033]優(yōu)選的，所述方法還包括校正步驟，所述校正步驟將Θ為O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