一種基于磁流控制的電動裝置和電動車的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于磁流控制的電動裝置和電動車，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)；所述轉(zhuǎn)體為一個具有轉(zhuǎn)動軸的環(huán)形機械圈，其上相間設置有若干轉(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(3b1)和至少一個導磁體轉(zhuǎn)子單元(3b2)；所述永磁體轉(zhuǎn)子單元若干個在轉(zhuǎn)體上設置的極向相同；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)體同軸設置，兩者相對氣隙(3d)不大于40mm；本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，節(jié)電效果好。
【專利說明】一種基于磁流控制的電動裝置和電動車

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及電動車及其電源動力設計領域，特別涉及一種電動裝置的機械設計及其電源調(diào)制器所產(chǎn)生時序驅(qū)動電流和制動電流的設計方法。

【背景技術】
[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。國內(nèi)電機業(yè)還試圖運用在電動自行車的技術成功經(jīng)驗，推廣為電動汽車使用的輪轂式電動機。
[0003]電動汽車使用的輪轂電機技術又稱車輪內(nèi)裝電機技術，其最大特點就是將動力、傳動和制動裝置都整合到輪轂內(nèi)，輪轂電機技術并非新生事物，早在1900年，保時捷就首先制造出了前輪裝備輪轂電機的電動汽車，在20世紀70年代，這一技術在礦山運輸車等領域得到應用，目前電動汽車業(yè)熱點是開發(fā)乘用車輪轂電機。
[0004]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)，而汽車對輪轂的自重要求較高，常規(guī)轎車的鋁合金輪轂僅比傳統(tǒng)鋼輪轂平均輕2kg左右，當車速為60km/h時省油率可達到5%-7%;因此，如果電動機不能呈倍數(shù)減鎊，輪轂內(nèi)裝電機的技術意義很有限；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)裝電機的一般設計要求。
[0005]目前電動車市場技術發(fā)展主要有兩個方向，一是專用電動機制造，二是電機節(jié)能控制技術，但在技術發(fā)展思路上受到了思想方法的較大局限。
[0006]圖la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。
[0007]近年獲得迅猛發(fā)展的永磁無刷直流電機，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)。控制方面普遍采用了 PWQ技術，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)設計。
實用新型內(nèi)容
[0008]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)。
[0009]本實用新型提供的一種基于磁流控制的電動裝置，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 ;所述轉(zhuǎn)體為一個具有轉(zhuǎn)動軸的環(huán)形機械圈，其上相間設置有若干轉(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3b 1和至少一個導磁體轉(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)體同軸心設置，兩者相對氣隙3d不大于40mm ;所述減速/變矩裝置與轉(zhuǎn)體同軸心設置；
[0010]所述電源調(diào)制器包括電源輸入端la、時序電流輸出端lb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；所述電源調(diào)制器通過驅(qū)動操控裝置獲取用戶的指令，并于相應時序?qū)Χㄗ訂卧膬?nèi)部繞組輸出電流，使電動裝置實現(xiàn)驅(qū)動/制動。
[0011]優(yōu)選的，所述電源調(diào)制器的額定功率不超過12kW。
[0012]所述轉(zhuǎn)子單元3b (3bl/3b2)相間設置于轉(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。
[0013]優(yōu)選的，所述永磁體轉(zhuǎn)子單元3b 1若干個在轉(zhuǎn)體6上同極向設置，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)基礎上N/S兩極連線偏轉(zhuǎn)不超過20度。
[0014]優(yōu)選的，所述減速/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獨立設置，或與轉(zhuǎn)體6 —體化同軸設置于轉(zhuǎn)體的外部。
[0015]優(yōu)選的，所述定子單元3a由至少一組良導線環(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；對外電連接的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對應永磁體轉(zhuǎn)子單元3bl的排布狀態(tài)設置為與其運動相向的極性相反
[0016]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。
[0017]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lc電連接；所述電動裝置至少在轉(zhuǎn)體的內(nèi)部或外部設置一傳感單元；
[0018]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或由若干定子單元繞組之間串聯(lián)而成的多線外接回路。
[0019]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時序?qū)﹄妱友b置的定子單元的繞組輸出電流。
[0020]所述驅(qū)動操控裝置9a可設置為常規(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。
[0021]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)制器設定的時域周期性地通電和斷電。
[0022]本實用新型含有上述任一電動裝置的電動車，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)。
[0023]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的位置關系輸出時序電流控制電動裝置轉(zhuǎn)動；
[0024]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1不輸出電流。
[0025]優(yōu)選的，所述供電時域的電流不限波形、頻率及占空比。
[0026]優(yōu)選的，所述電源調(diào)制器在供電時域內(nèi)至少包括兩段不同電流幅值不同的子時域，且順時序呈幅度依次變小，供電時域或其子時域的幅值隨時序呈線性遞減關系；或呈2K遞減關系，所述的指數(shù)Κ取值0.5至0.99 ;或為如下關系:It/A= (10-1g) Sin9，其中I。為起始通電強度，18為通電終止時刻的電流強度。
[0027]優(yōu)選的，所述通電時域!\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。
[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)(Ζ Θ為0)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0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。
[0029]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；
[0030]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0 < Θ < 30度相應的時間段，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。
[0031]優(yōu)選的，所述方法還包括校正步驟，所述校正步驟將Θ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)。
[0032]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系設置為或。
[0033]優(yōu)選的，所述輸出電流控制步驟包括:
[0034]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；
[0035]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；
[0036]3)當電動裝置轉(zhuǎn)速或通電頻率達到設定的閾值時，所述的電源調(diào)制器斷電。
[0037]本實用新型針對電動裝置內(nèi)部的磁流特點，對電源植調(diào)制器入優(yōu)化的數(shù)控編程邏輯，使之可運用設定的時序邏輯電流實現(xiàn)高效節(jié)電。定子單元與轉(zhuǎn)子單元的磁相互作用，被控制在周期性對應的選擇性通電時域，電源調(diào)制器從傳感裝置獲得的信號通過數(shù)據(jù)總線實時處理，從而相應發(fā)出具有規(guī)律性的時序電流。該設計方案可帶了兩項明顯的節(jié)電效益:一是電動裝置中的在電源調(diào)制器在不需要工作的時域休眠，既節(jié)省電能又減少了通電積熱；二是在電源調(diào)制器設定的工作周期內(nèi)，通電強度呈設定的規(guī)律性變化及中斷，使電能的使用效率進一步提尚，通電積熱進一步減少。
[0038]本實用新型的優(yōu)點在于:具有周期性磁流控制帶來的時序供電節(jié)能效果，以此方案進行設計的電動裝置結(jié)構(gòu)簡單、可對應各種電動車的車輪多樣化組合、成本低，有效適應高端節(jié)能電動車的設計要求。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0039]圖la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。
[0040]圖lb是本實用新型電動裝置電機本體的一種基礎結(jié)構(gòu)示意圖。
[0041]圖lc是本實用新型應用于電動兩輪車的一種局部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0042]圖1d是本實用新型應用于電動四輪車的一種局部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0043]圖2a是永磁體轉(zhuǎn)子單元在轉(zhuǎn)體的一種磁極設置示意圖。
[0044]圖2b是永磁體轉(zhuǎn)子單元在轉(zhuǎn)體的另一種磁極設置示意圖。
[0045]圖2c是導磁體轉(zhuǎn)子單元在轉(zhuǎn)體的一種設置示意圖。
[0046]圖3a是定子單元柱型繞芯設置為與轉(zhuǎn)體法線垂直的示意圖。
[0047]圖3b是定子單元柱型繞芯設置為與轉(zhuǎn)體法線重合的示意圖。
[0048]圖3c是定子單元凹型繞芯上部正對轉(zhuǎn)體內(nèi)緣的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0049]圖4a是轉(zhuǎn)體上轉(zhuǎn)子單元所受電磁力作用方向分解示意圖。
[0050]圖4b是轉(zhuǎn)子單元與定子單元處于同軸法線的狀態(tài)示意圖。
[0051]圖5a是電源調(diào)制器的基本工作邏輯示意圖。
[0052]圖5b是一種實現(xiàn)電源調(diào)制器的數(shù)字技術邏輯的模塊組合示意圖。
[0053]圖5c是電源調(diào)制器增設電磁制動裝置輸入端的工作邏輯示意圖。
[0054]圖6a是電源調(diào)制器輸出電流呈周期性通斷的時序示意圖。
[0055]圖6b是一種兩階恒流呈遞減關系的電流時序示意圖。
[0056]圖6c是一種首階電流恒定、二階電流呈曲線遞減關系的時序示意圖。
[0057]圖6d是一種多階電流呈連續(xù)遞減關系的時序示意圖。
[0058]圖6e是一種幅值呈曲線遞減關系的脈沖子集包絡示意圖。
[0059]圖6f是對應一個定子單元組合一個轉(zhuǎn)子單元的一種通電邏輯示意圖。
[0060]圖7a是一個定子單元組合8個轉(zhuǎn)子單元的一種局部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0061]圖7b是轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)周期對應電源調(diào)制器的通斷電時域示意圖。
[0062]圖7c是對應一個定子單元組合8個轉(zhuǎn)子單元的一種通電邏輯示意圖。
[0063]圖8是兩個定子單元組合8個轉(zhuǎn)子單元的一種局部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0064]圖9是12個定子單元組合12個轉(zhuǎn)子單元的一種局部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0065]附圖標識:
[0066]1、電源調(diào)制器；la、直流電源輸入端；lb、時序電流輸出端；lc、感應信號輸入端；ld、行車信號輸入端；le、制動信號輸入端；2、減速/變矩裝置；3a、定子單元；3b、轉(zhuǎn)子單元；3c、傳感單元；3d、氣隙；4、車架；5、動體；6、轉(zhuǎn)體；7、輪軸；8、電池組；9a、驅(qū)動操控裝置；％、電磁制動裝置；10、同軸法線；11、車輪切線；12、繞組兩極方向連線；13、永磁體；14、間隔；Θ、電磁力夾角。

【具體實施方式】
[0067]下面結(jié)合附圖和實施例進一步對本實用新型進行詳細說明。
[0068]參見圖lb，本實用新型電動裝置除了驅(qū)動電流的設置方法與常規(guī)技術不同外，機械結(jié)構(gòu)本體的基礎結(jié)構(gòu)也與常規(guī)永磁有刷或無刷直流電動機存在明顯區(qū)別:
[0069]1、定體部分:電磁力發(fā)生是源于良導線環(huán)繞磁芯而成的獨立單元，該結(jié)構(gòu)與常規(guī)技術將繞組設置在定子凹槽的基礎方案不同；所述良導線通常使用銅材或鍍銅金屬，磁芯使用常規(guī)磁介質(zhì)材料，該類磁介質(zhì)為本領域技術人員公知的一種在磁場作用下內(nèi)部狀態(tài)發(fā)生變化、并反過來影響磁場存在或分布的物質(zhì)。
[0070]2、轉(zhuǎn)體部分:轉(zhuǎn)體上轉(zhuǎn)子單元有永磁體和導磁體兩種材料，并且若干個永磁體轉(zhuǎn)子單元設置時N/S磁極同向，而不象常規(guī)技術在轉(zhuǎn)體上N/S磁極交替排布。
[0071]參見圖2a，轉(zhuǎn)體6外緣設置有一個永磁體轉(zhuǎn)子單元3bl，S極面向轉(zhuǎn)體內(nèi)設置，定體5靠近轉(zhuǎn)體的部位設置有一個定子單元3a，兩者運動相對的氣隙3d足夠小，如果定子單元通電的N極面向轉(zhuǎn)體，則永磁體轉(zhuǎn)子單元趨近通電的定子單元時，會受到其電磁力吸引而使轉(zhuǎn)體加速運動；在另一個實施例中，永磁體轉(zhuǎn)子單元的S極運動相向定子單元，定子單元繞組通電的N極逆轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)方向與其相對，兩者磁作用同樣為相吸，如圖2b所示；如果轉(zhuǎn)體6外緣設置導磁體轉(zhuǎn)子單元3b2，因其載磁為被定子單元電磁場感應所至，無論定子單元繞組的通電方向如何設置，兩者磁作用均為相吸，如圖2c所示；該定子單元電磁極與轉(zhuǎn)子單元相吸關系設置是本實用新型電動裝置的基礎模型，轉(zhuǎn)體上設置兩種不同基材的轉(zhuǎn)子單元是因為永磁體和導磁體具有主動載磁和被動載磁的兩種不同特性，可根據(jù)其不同特性多樣化組合，以適應電動動裝置驅(qū)動、制動多種實時狀態(tài)的控制。
[0072]如圖4a所示，當轉(zhuǎn)體上轉(zhuǎn)子單元(包括永磁體轉(zhuǎn)子單元3bl和導磁體轉(zhuǎn)子單元3b2)繞軸趨近通電的定子單元時，其所受電磁吸引力F可分解為同軸法線10方向F1Q與繞軸切線11方向Fn，其中對轉(zhuǎn)子單元繞軸有貢獻的是Fn，F(xiàn)與F1(l的方向形成了動態(tài)夾角Θ。轉(zhuǎn)子單元繞軸所受力與定子單元電磁場作用于轉(zhuǎn)體的區(qū)間相關，對一個繞芯為柱狀的定子單元，其電磁力線穿越氣隙的最大區(qū)間，對應于電磁極兩極連線12與轉(zhuǎn)體的相應法線10垂直(與相應切線11平行)的狀態(tài)，如圖3a所示；柱狀繞芯亦可設置為電磁極的兩極連線與轉(zhuǎn)體的相應法線重合，如圖3b所示，該設置方式通常為多個定子單元組合排布時選用。對于凹型繞芯，其電磁力對轉(zhuǎn)子單元的作用區(qū)間，位于凹型繞芯上部正對轉(zhuǎn)體的兩端范圍內(nèi)，如圖3c所示。
[0073]在上述定子單元電磁場作用于轉(zhuǎn)體的區(qū)間內(nèi)，存在兩個電磁力狀態(tài)特殊點，一是F與Fn重合，表現(xiàn)為F與轉(zhuǎn)子單元繞軸切線方向重合，以電磁力作用狀態(tài)描述轉(zhuǎn)子單元的有效受力區(qū)間，位于轉(zhuǎn)子單元與定子單元處于同軸法線10(θ為0狀態(tài))為基準、Θ為±90度的位置區(qū)間內(nèi)(所述土根據(jù)轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)方向而相對定義)；當Θ為90時，F(xiàn)n為最大值。另一電磁力狀態(tài)特殊點為F與F1(l重合，Θ為0，F(xiàn) ^為0，F(xiàn) 1(|為最大值，此時電磁力對轉(zhuǎn)子單元繞軸無貢獻，如圖4b所示；當轉(zhuǎn)子單元因轉(zhuǎn)動慣量沖過法線，定子單元3a繼續(xù)通電給予轉(zhuǎn)子單元的仍然是吸力，轉(zhuǎn)體將從變?yōu)闇p速運動。對該Θ為0的實時狀態(tài)，常規(guī)技術思路是通過控制電流倒相繼續(xù)運行，一般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，從而伴隨產(chǎn)生電流相位、感生電流及其相應的相角位控制等傳統(tǒng)技術。
[0074]上述運動模型中，F(xiàn)n和F 1(|為一對此消彼長的運動變量，其理論強弱變換以Ζ Θ為45度為分界點，當電源調(diào)制器對應在Θ >45度的狀態(tài)區(qū)間通電，以表現(xiàn)為繞軸驅(qū)動力Fn為主；當電源調(diào)制器對應在Θ < 45度的狀態(tài)區(qū)間通電，以表現(xiàn)為法向制動力F 1(|為主。本實用新型電動裝置的控制技術方案與常規(guī)相角位控制等傳統(tǒng)技術的根本區(qū)別在于:對電動裝置驅(qū)動旋轉(zhuǎn)是運用Fn為主的狀態(tài)區(qū)間通電，其余狀態(tài)區(qū)間斷電，充分利用轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)動慣量運行；此外，還可運用F1(l為主的狀態(tài)區(qū)間以及轉(zhuǎn)子單元背離定子單元的狀態(tài)區(qū)間通電，使電動裝置獲得電磁力制動效果。
[0075]本實用新型電動裝置的驅(qū)動優(yōu)選方案為:電源調(diào)制器對應30度< Θ <90度的時域通電，其余時域斷電；在該通電時域，以節(jié)電為主的設計應選擇在60度< Θ <90度甚至75度< Θ < 90度的時域通電；需要充分利用轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)動慣量的設計，可選擇在45度(Θ <90度甚至30度< Θ <90度的時域通電；由于Ζ Θ在<45度狀態(tài)相伴有可觀的F1Q，在Θ <30度狀態(tài)繼續(xù)通電已失去節(jié)電驅(qū)動意義；該優(yōu)選驅(qū)動的電流通斷時域如圖6a所示，其中?\為通電時間，均為斷電時間，(T ^T^To)構(gòu)成了時序驅(qū)動電流周期Τ。當需要運用電磁力制動電動裝置時，供電制動的優(yōu)選方案為:電源調(diào)制器對應TjP h的部分時域或全部時域設置為通電，所述1~2優(yōu)選轉(zhuǎn)子單元繞軸趨近定子單元對應0度<< Θ ^30度的時域，所述?；為轉(zhuǎn)子單元繞軸遠離定子單元的相應時域；同理，優(yōu)選0度< Θ <30度時域通電制動是由于Θ在30至45度狀態(tài)相伴有可觀的切向電磁力Fn，對制動設計無益。驅(qū)動和制動在其相應通電時域內(nèi)不限波形、頻率以及占空比，其時序工作邏輯關系設置為或。
[0076]上述電源調(diào)制器根據(jù)Θ動態(tài)對應通、斷電的控制，在工業(yè)設計誤差允許的范圍內(nèi)可近似變換為相對時間控制，因為Θ為0狀態(tài)和Θ為90度狀態(tài)均為顯態(tài)，電源調(diào)制器通過時序校準容易判知Θ從90度到0度、S卩(?\+Τ2)的時間段，只要設定！\與Τ 2的相對時間，即等價于對Ζ Θ相應狀態(tài)的通、斷電控制；例如控制Θ對應90度至45度的時域通電，可簡要設定在(Ti+ig的時間段起始1/2時域通電，之后1/2時域斷電；同理，當控制Ζ Θ對應30度至0度的時域通電，可簡要設定在(?\+Τ2)的時間段起始2/3時域斷電，之后1/3時域通電；之所以屬近似，是因(Ti+ig時間段是一個與轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)速相關的量，以周期時間判定Θ的實時狀態(tài)在變速狀態(tài)有偏差，這一偏差有賴電源調(diào)制器在對應Θ為0度狀態(tài)進行時間校準在下一周期及時校正。
[0077]Ζ Θ為一個對應轉(zhuǎn)子單元與定子單元相對運動的隱變量，當轉(zhuǎn)體內(nèi)定子單元設置(包括組合)方案確定后，對應Θ為90度的顯態(tài)位置同時被確定，其精確位置是一個與轉(zhuǎn)體弧度、氣隙間距、定子單元繞芯形狀及其排布等參數(shù)相關的值，有多種理論模型，其數(shù)值關系依具體設計方案而定，并經(jīng)實驗校準；通常是運用Θ為90度的顯態(tài)位置作為傳感裝置對電源調(diào)制器發(fā)出時序指令的一種依據(jù)。電源調(diào)制器相應輸出驅(qū)動或制動電流的工作邏輯，既可由常規(guī)開關控制線路實現(xiàn)，也可采用CPU編程結(jié)合功率模塊組電路實現(xiàn)，或采用大規(guī)模集成電路技術制造的專用芯片實現(xiàn)。
[0078]對電源調(diào)制器通、斷電時序設計而言，1~2取值小則T i時域大，對轉(zhuǎn)子單元繞軸的貢獻越大；但?\時域伴隨表現(xiàn)為制動力的F 1(|，存在一個驅(qū)動與制動、有用功與耗電/散熱的優(yōu)選問題。由于在驅(qū)動電流中無法將F1(l徹底分離，一種削弱F 1(|對電動裝置潛在積熱影響的優(yōu)選方案為:將通電強度/幅值設置為隨時序遞減，包括設置m多2個通電強度隨時序遞減的子集，m可以設置為2、20、3K或30K等等，例如設置兩段后階比前階強度小的恒定電流、5階段強度依次遞減的恒定電流或30Κ階段幅值連續(xù)遞減構(gòu)成的單向脈沖子集，通電子時域內(nèi)同理可設置為強度/幅值依時序遞減。所述電源調(diào)制器內(nèi)置的通電強度隨時序遞減方案，有別于通過驅(qū)動操控裝置9a減少電流平均強度對電動裝置的作用效果，因為人工操控的最佳電流值總存在實時微偏差，不可能在極短時間內(nèi)按應有的優(yōu)選方式及時降流而充分節(jié)省電能。所述通電時域的電流最大值，包括了 1\時序啟動時設置最大值，或啟動不超過!/3時域達到最大值，之后隨時序以任意方式遞減，至?\時序終止時設置最小值或歸0。
[0079]通電強度隨時序遞減的方案眾多，例如設置為隨時序線性遞減，也可設置為由最大值按2Κ關系時序遞減，Κ取值范圍為0.5至0.99的正數(shù)，等等；圖6b所示的是一種兩階恒流隨時序遞減的設計方案，圖6c是一種首階電流恒定、二階電流呈曲線遞減的設計方案，圖6d是一種多階電流呈連續(xù)遞減的設計方案，其多階電流強度的幅值包絡越接近It/A=(10-1g) Sin9的優(yōu)選關系，節(jié)電效果越好；圖6e是一種通電時序終止時刻的電流不為0、其間強度隨時序遞減的幅值包絡趨勢示意圖。
[0080]對一個定子單元3a組合轉(zhuǎn)體上一個永磁體轉(zhuǎn)子單元和一個導磁體轉(zhuǎn)子單元的分析案例來說，轉(zhuǎn)子單元繞軸周期π大部分時間不處于定子單元的電磁力有效作用區(qū)間，編程時應首先考慮電流時序周期Τ的中斷時間Td，進而優(yōu)選斷電時間12和驅(qū)動通電時間T i，提高電能的利用率，圖6f是本分析案例永磁體轉(zhuǎn)子單元3bl和導磁體轉(zhuǎn)子單元3b2相隔180度對稱設置時、對應其中一個轉(zhuǎn)子單元3bl/3b2的驅(qū)動通電時序邏輯示意圖。轉(zhuǎn)體上組合設置兩種材料轉(zhuǎn)子單元的優(yōu)點在于:如果轉(zhuǎn)體上僅設置永磁體轉(zhuǎn)子單元，由于其磁極是固定，在本實用新型應用的基礎運動模型中無論磁極方向怎樣排布，均不能以動態(tài)反極形式跟隨定子單元的電磁力作用，電能轉(zhuǎn)換效率不如感應生磁的導磁體轉(zhuǎn)子單元高；如果轉(zhuǎn)體上僅設置導磁體轉(zhuǎn)子單元，正因為其磁極是感應生磁，當其剛好處于與定子單元隔氣隙處于同一法線10、θ為0時，電動車很難從靜態(tài)啟動，容易出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)。當轉(zhuǎn)體上相間設置有永磁體轉(zhuǎn)子單元3bl，電源調(diào)制器可通過感應裝置判知永磁體轉(zhuǎn)子單元Θ為0的位置，相應發(fā)出靜態(tài)啟動時序電流；所謂靜態(tài)啟動時序電流的一個簡單例，是碰到上述堵轉(zhuǎn)、電源調(diào)制器在設定時間最大值得不到傳感裝置反饋信號的情況下，實時發(fā)出與正常驅(qū)動電流方向相反的啟動電流，使轉(zhuǎn)體上至少一個永磁體轉(zhuǎn)子單元3bl受到同極性相斥作用而偏離與定子單元隔氣隙處于同一法線的狀態(tài)，避免堵轉(zhuǎn)發(fā)生。
[0081]對一個定子單元3a組合η個轉(zhuǎn)子單元3b(3bl/3b2)的分析案例來說，定子單元3a在轉(zhuǎn)體一個旋轉(zhuǎn)周期π是與η個轉(zhuǎn)子單元3b發(fā)生電磁作用，電源調(diào)制器1優(yōu)選發(fā)出η個周期為Τ的通電時序，對應轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)周期31有η個以及η個h的時序工作邏輯，這種組合設計對電源調(diào)制器提出了較高要求。轉(zhuǎn)子單元并非設置越多越好，其在轉(zhuǎn)體上的數(shù)目η受限于所受定子單元電磁力有效作用區(qū)間相應的空間占位，否則電源調(diào)制器對應輸出的時序電流周期會重疊。
[0082]圖7a是一個定子單元組合8個轉(zhuǎn)子單元的局部結(jié)構(gòu)示意圖，定子單元在轉(zhuǎn)體一個旋轉(zhuǎn)周期π分別與8個轉(zhuǎn)子單元發(fā)生磁作用，電源調(diào)制器對應的理論時序電流劃分為8個(Ti+T^To)周期，圖7b標示了一種設定T為31 /8、在轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)方向?qū)腣 T#P T。示意時域，圖7c為其中一個周期T的通電邏輯示意圖。
[0083]如圖8所示，轉(zhuǎn)體內(nèi)部設置有兩個定子單元3a，轉(zhuǎn)體上設置有8個轉(zhuǎn)子單元3b(3bl/3b2)，在轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)周期中，電源調(diào)制器要為兩個定子單元分別提供8個周期為(T^T^To)的時序電流，這種組合對電源調(diào)制器提出了更高的設計要求。進一步可選擇8個定子單元組合10個轉(zhuǎn)子單元、12個定子單元組合12個轉(zhuǎn)子單元(如圖9所示)，等等。理論上當Η個定子單元與η個轉(zhuǎn)子單元組合設計時，如果電源調(diào)制器對Η個定子單元繞組分立供電，需對應設計η*Η個電流時序，即η*Η個(?^+?^+?；)電流時序，編程將十分復雜；因此在多個定子單元3a的實用系統(tǒng)設計中，優(yōu)選Η個定子單元繞組電串聯(lián)組合，或Η個定子單元繞組分為若干組外接電源調(diào)制器；例如12個定子單元的繞組串聯(lián)，每4個繞組中間引出抽頭共三根線對外電連接電源調(diào)制器，技術上還可利用該三根線兩兩比較的微分電位的不同，作為一種轉(zhuǎn)子單元與定子單元相對位置判別的信號源，替代獨立設置的傳感單元。
[0084]理論上，也可以在轉(zhuǎn)體安裝一個轉(zhuǎn)子單元與若干個定子單元組合，但這種等效設計在技術上雖可實施，但因定子單元的造價相對較高，非優(yōu)選方案。
[0085]電源調(diào)制器可用常規(guī)開關電路設計或脈沖數(shù)字技術實現(xiàn)，后者的基礎功能模塊一般包括電源變換電路、內(nèi)存貯有工作程序的微處理器和信號輸入輸出電路，能通過傳感單元3c反饋信號相應地控制驅(qū)動模塊輸出的時序電流；電源調(diào)制器的基本工作邏輯如圖5a簡示，圖5b是一種實現(xiàn)數(shù)字技術邏輯的模塊組合示意圖。
[0086]電源調(diào)制器的工作邏輯變換指令信號通常是從固連在轉(zhuǎn)體內(nèi)部或外部的傳感單元獲得，傳感單元不限于使用磁電感應繞組或霍爾元件，也可使用光電編碼器等，當轉(zhuǎn)子單元繞軸7周期性運動時，傳感單元可獲得電流(電壓)的變化率反饋給電源調(diào)制器，電源調(diào)制器依據(jù)這一感應信號判知轉(zhuǎn)子單元3bl/3b2的相對位置而相應發(fā)出電流時序。根據(jù)對傳感單元3c的工作精度及可靠性要求，傳感單元可在轉(zhuǎn)體內(nèi)部或外部設置一個或若干個，甚至變形為從上述多個定子單元繞組串聯(lián)成多線回路反饋的方式、以及運用定子單元3a雙線環(huán)繞的繞組反饋方式獲得工作邏輯變換指令信號，此時電源調(diào)制器的感應信號輸入端lc相應內(nèi)置，其響應處理對電源調(diào)制器的工作程序邏輯提出了較高要求。由于大規(guī)模集成電路技術的發(fā)展，實現(xiàn)上述工作邏輯變換的編程技術為行業(yè)專業(yè)人士所公知，所需了解的是時序電流周期、通電子集時域和幅值變化以及其間斷電時域等基礎設計參數(shù)。
[0087]綜上，所述的電源調(diào)制器是一個包括兩級周期/頻率設計的邏輯電源開關系統(tǒng)，一是?\通電時域內(nèi)m個子集的周期/頻率設計，該頻率越高越利于迫近理論節(jié)電優(yōu)化的幅值遞減關系設計；二是時序通電周期/頻率，反映了單位時間內(nèi)定子單元3a對轉(zhuǎn)子單元3bl/3b2的通電作用次數(shù)，該時序頻率間接定義了轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)速及定子單元所需的通電幅值或電磁力(源于電源調(diào)制器向定子單元的繞組通電)，因為!\通電時域的幅值越大，單位時間內(nèi)定子單元通電對轉(zhuǎn)子單元的作用力越大、作用次數(shù)越多，其結(jié)果是轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)速越快。電源調(diào)制器所輸出電流的時序頻率，與轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)一個周期隱含的(Ti+Tfl；)時序作用次數(shù)、通電平均強度以及車速是相互對應的諸物理量關系，因此當電源調(diào)制器的諸多設定條件進入邏輯工作狀態(tài)后，控制了時序通電的頻率也就是控制了電動裝置的轉(zhuǎn)速。該人工控制電動裝置的轉(zhuǎn)速是通過驅(qū)動操控裝置9a電連接電源調(diào)制器的輸入端Id來實現(xiàn)。
[0088]當運用T2時域通電來增設電動裝置的電磁力制動功能時，電源調(diào)制器相應增設的制動信號輸入端le與電磁制動裝置9b電連接，如圖5c所示，驅(qū)動電流與制動電流的兩者關系邏輯為或；從安全第一的設計理念出發(fā)，不必為制動通電的節(jié)能問題過多考慮；電磁制動裝置％可設置為一個連續(xù)或多級的變阻器，其功能為可控制電源調(diào)制器所輸出的制動通電強度，制動通電電流越大，電磁制動效果越好。
[0089]定子單元在轉(zhuǎn)體內(nèi)的設置要點，是要使轉(zhuǎn)子單元在周期性旋轉(zhuǎn)中與其形成有效發(fā)生磁作用的相對氣隙3d，該氣隙是定子單元向轉(zhuǎn)子單元傳遞電磁力作用的能量通道，氣隙越小越有利于磁能量作用傳遞，但氣隙過小易發(fā)生機械接觸，設計時需綜合把握材料的剛性和機械加工精度。
[0090]所述的減速/變矩裝置2 —般由若干齒輪組合而成，通過若干齒輪的組合可達到改變機械傳動輸入端的轉(zhuǎn)速或改變轉(zhuǎn)矩的技術目標，減速/變矩裝置的設計方案較多，優(yōu)選與轉(zhuǎn)體同軸設置于轉(zhuǎn)體外部；減速/變矩裝置既可獨立設置，也可以在轉(zhuǎn)體外部實行一體化整體設計；甚至變形為與外部旋轉(zhuǎn)裝置連體設計；但在轉(zhuǎn)體外部非同軸設置減速/變矩裝置時，通常需配置懸架、減震彈簧等調(diào)整重心，非優(yōu)選方案。
[0091]驅(qū)動操控裝置9a的傳統(tǒng)產(chǎn)品為一個變形設計的、人工易操控的變阻器或電位器，伴隨近年技術發(fā)展，不少建立在光敏、霍爾控制技術基礎的專用操控裝置日趨成熟，一般設計為常規(guī)旋轉(zhuǎn)把手式，亦可設計為推拉式操縱桿或其他任意手動控制方式，包括遙控。本實用新型電動裝置以電動車為述例，其應用可作為主動力，也可以作為輔助動力，但其應用并非局限于電動車，可適用于所有電動旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)。所述的優(yōu)選例僅為推薦，若干技術方案可組合并用，也可部分使用或加入其他成熟技術。只要根據(jù)電動裝置的磁流能量特點，通過對電源調(diào)制器設計可精確控制的時序電流，即可實現(xiàn)本實用新型方案的基本技術目標。
[0092]對電動車以及電動機技術較深入了解的專業(yè)人士，都不難在本實用新型所述的方案基礎上，舉一反三地變形實施本實用新型內(nèi)容。本實用新型所述電動裝置的基礎結(jié)構(gòu)方案及其衍生的技術變形實施，均應被列入本實用新型的保護范圍。
[0093]實施例1、
[0094]一種后輪用的助力型電動兩輪車的電動裝置，配套車架4的局部結(jié)構(gòu)如圖lc所示，車輪周長為1000mm，電池組8選用磷酸鐵鋰電池，電池組8安裝在車架的內(nèi)部。電動裝置的定體5設計為外帶定軸的圓盤，定軸外部機械參數(shù)參照常規(guī)電動兩輪車輪軸的數(shù)據(jù)設計，并用于取代常規(guī)兩輪車輪軸而安裝；電動裝置的轉(zhuǎn)體6為一個具有轉(zhuǎn)動軸、周長為100mm的環(huán)形鈦銷合金圈，可與定體同軸心套裝在圓盤定體的外部；在圓盤定體上安裝一個定子單元3a;轉(zhuǎn)體外部設置有一個由若干齒輪組合而成的減速/變矩裝置2，其與轉(zhuǎn)體同軸心安裝，如圖lb所示，減速/變矩裝置的減速比為10:1 ;減速/變矩裝置的外部設置有若干機械孔，若干輻條的一端穿孔固定，另一端固連車輪的輪轂內(nèi)緣，使電動裝置實現(xiàn)對車輪傳動。
[0095]轉(zhuǎn)體上的轉(zhuǎn)子單元設計為兩個，在轉(zhuǎn)體上相隔180度安裝，其中一個為永磁體轉(zhuǎn)子單元3bl，材料為釹鐵硼；另一個為導磁體轉(zhuǎn)子單元3b2，選擇市場易購的鐵磁體；其中，永磁體轉(zhuǎn)子單元3bl的兩極連線與轉(zhuǎn)體的切線平行，S極面向車輪5旋轉(zhuǎn)方向，如圖2b所示；兩個轉(zhuǎn)子單元加工成盒狀小單元，長度為10mm，寬度和厚度在不影響安裝的情況下取最大值，緊密安裝在轉(zhuǎn)體的外緣；定子單元3a的繞芯選擇市場易于采購的凹形鐵磁體，這種鐵磁體內(nèi)部存在較多磁疇，在外磁場作用下磁疇易轉(zhuǎn)向產(chǎn)生與外磁場方向一致且強得多的附加磁場，繞組由一根直徑0.45mm的銅線環(huán)繞凹形磁芯40圈而成，安裝要點:將定子單元安裝在靠近轉(zhuǎn)體內(nèi)緣4mm的圓盤定體部位，外加螺絲固定，凹形繞芯的弧形對應轉(zhuǎn)體圓弧而安裝，上部正對轉(zhuǎn)體內(nèi)緣(如圖3c所示)，兩端對應轉(zhuǎn)體占位35度機械角。
[0096]設定電動裝置配車最大時速20km/h即5.6m/s (5.6轉(zhuǎn)/s)，計取車輪相應的旋轉(zhuǎn)周期時間為180ms ；電動裝置的轉(zhuǎn)體6經(jīng)過減速/變矩裝置2對應的限速值為56轉(zhuǎn)/s，相應的旋轉(zhuǎn)周期時間18ms，即電源調(diào)制器對電動裝置供電的(Ti+l+ig時序周期最小值T為18ms ;電源調(diào)制器1通過常規(guī)電子控制線路實現(xiàn)，設計最大過載功率450W，設定時序Τ1: (Τ 2+Τ0)為1:35，即限速對應?\取值0.5ms，其余17.5ms均為斷電狀態(tài)；另在額定電壓為24V時測量得最大車速的電流強度為12A，該最大車速對應的電流強度是一個根據(jù)整車重量、駕駛員額定體重結(jié)合電動裝置設計并經(jīng)實驗校準的值。電源調(diào)制器的電源輸入端la電連接電池組8的正負極，時序驅(qū)動電流輸出端lb電連接定子單元的線圈繞組，感應信號輸入端lc電連接傳感單元3c，行車信號輸入端Id電連接驅(qū)動操控裝置9a，定子單元內(nèi)部繞組的通電方向，設置為圖2b所示的繞芯N極逆轉(zhuǎn)體6旋轉(zhuǎn)方向。傳感單元3c選用一個常規(guī)磁電感應繞組，外加螺絲將其固連在轉(zhuǎn)體內(nèi)部并靠近其內(nèi)緣的部位。
[0097]電動裝置外置的驅(qū)動操控裝置9a采用無級變阻的旋轉(zhuǎn)式電位器，常規(guī)把手式，通過與電子控制線路的配套設計，可通過改變阻值實時控制電源調(diào)制器輸出的電流強度，從而控制電動兩輪車的正常車速。電動兩輪車常規(guī)使用的照明燈、轉(zhuǎn)彎/制動信號燈、音鳴等通斷電操控的控制單元2，均采用市購產(chǎn)品配套。
[0098]電源調(diào)制器設定的工作邏輯為:以定子單元3a與轉(zhuǎn)子單元3b周期性隔氣隙3d相對、處于同一法線10(θ為0)的狀態(tài)記為基準座標和基準時間，當人力助動或驅(qū)動操控裝置9a給出驅(qū)動信號、并且傳感單元3c感知轉(zhuǎn)子單元3b繞軸前轉(zhuǎn)至Θ為90度的位置的時刻(對應轉(zhuǎn)子單元進入凹形繞芯兩端范圍內(nèi)相對的初始時刻，該精細時刻是一個根據(jù)轉(zhuǎn)體圓弧及氣隙等參數(shù)設計并經(jīng)實驗校準的值，以實驗值為準)，電源調(diào)制器啟動輸出8A電流；當轉(zhuǎn)子單元每次繞軸至基準座標時，電源調(diào)制器進行一次時間歸0校準并記錄本次周期時間，通過與轉(zhuǎn)子單元上次繞至基準座標的周期時間比較，獲知本次周期時間的實時值，并根據(jù)實時狀態(tài)對下一步工作邏輯進行判定:如果驅(qū)動操控裝置無輸入指令，電源調(diào)制器休眠；如果驅(qū)動操控裝置給出的指令是加速，則電源調(diào)制器在下一周期對應Θ為90度位置的時亥IJ，執(zhí)行1\與(?^+?；)比值為1:35的通、斷電時序，實時通電的平均強度由驅(qū)動操控裝置給出；如果驅(qū)動操控裝置維持在電源調(diào)制器輸出電流接近12A的狀態(tài)，上述設定的邏輯狀態(tài)將使電源調(diào)制器的時序通電頻率越來越高，對應車輪每周期中定子單元3a對轉(zhuǎn)子單元3b的電磁力作用次數(shù)越來越多，車速越來越快；當時序通電頻率高于所設定的l/18ms(對應轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)速56轉(zhuǎn)/s)或電源調(diào)制器輸出電流連續(xù)4s維持在12A的狀態(tài)時，電源調(diào)制器1無條件斷電而達到自動限速的設計目標。
[0099]實施例2、
[0100]將實施例1電動裝置的電源調(diào)制器的時序電流改變?yōu)?1\通電時域設置為兩段時間和強度相互對應的恒定電流，特點為后1/2時間的電流強度I2/A為前1/2時間電流強度I/A的一半；電源調(diào)制器工作邏輯調(diào)整為:當定子單元繞組啟動通電時，電源調(diào)制器啟動在4s內(nèi)以L強度10A(對應12為5幻為基準、對應車輪旋轉(zhuǎn)周期每下一個周期自動加大10%輸出強度的電流時序，兩段通電時間的比例為所設定的1:1 ;從第5s起始等待驅(qū)動操控裝置的下一步工作指令:如果驅(qū)動操控裝置9a無輸入指令，電源調(diào)制器1休眠；如果驅(qū)動操控裝置9a給出的指令是加速，則電源調(diào)制器在下一周期對應轉(zhuǎn)子單元繞軸前轉(zhuǎn)至Θ為90度位置的時刻，執(zhí)行!\與OVI；)比值為1:35以及1占12的電流強度1:1、通電時間比例
1:1的電流時序，實時通電的平均強度由驅(qū)動操控裝置給出。
[0101]其余與實施例1相同，該緩加速方式更適應電動車的安全設計要求。前述定子單元繞組啟動通電的時刻，也可改變?yōu)閰⒄?Ti+ig時間值延時1%至5%。
[0102]實施例3、
[0103]在實施例2電動裝置的基礎上優(yōu)化電源調(diào)制器的通電程序:將!\通電時域設置為5段通電時間相同但電流強度規(guī)律遞減的電流，5段通電強度按Ι^Ι/Α的線性關系分級遞減，遞減系數(shù)K為0.68，即當5段通電時間的起始電流強度為12.0A時，?\時序內(nèi)的電流強度自動呈12.0Α、8.2Α、5.6Α、3.8Α、2.6Α的規(guī)律遞減。該通電程序邏輯使用常規(guī)電子電路實現(xiàn)控制的設計較復雜，制造成本也較高，將電源調(diào)制器改為采用成熟的脈沖數(shù)字技術實現(xiàn)。
[0104]電動裝置的電源調(diào)制器核心模塊包括常規(guī)CPU和一個設計功率500W的驅(qū)動模塊，其細化工作邏輯如圖5b所示，其中脈沖變換調(diào)理電路主要是完成將脈沖信號轉(zhuǎn)換為階梯波信號，脈沖信號發(fā)生器主要產(chǎn)生所需的脈沖信號，其次經(jīng)微分電路輸出尖峰脈沖，然后經(jīng)過限幅電路將尖峰脈沖的負半周濾除，只剩下正半軸尖峰脈沖，用集成運放組成的積分電路進行積分累加，加上電壓比較器和控制電路，就組成了完整的階梯脈沖信號，對電路的各個元件進行參數(shù)調(diào)整，從而得到滿足工作邏輯要求的階梯波信號。電源調(diào)制器在?\通電時序內(nèi)，通過控制芯片(CPU)使驅(qū)動模塊產(chǎn)生一系列幅值隨時序遞減的脈沖電流，脈沖頻率30KHz，其余與實施例2類同，所取得的動力性能與實施例2類似，但節(jié)電效果相對好。
[0105]實施例4、
[0106]將實施例3電動裝置的脈沖子集幅值改設置為連續(xù)遞減，即電源調(diào)制器對應!\啟動電流為12A時，通電時域的幅值包絡趨勢呈(12 — 2.6)Sin0的規(guī)律遞減，其中Θ為轉(zhuǎn)子單元所受電磁力F方向與其法向分力F1(l方向形成的動態(tài)夾角。為提高位置信號傳感的工作可靠性，本實施例將傳感單元設置為兩個。
[0107]本實施例的節(jié)省電能效果比實施例3好。本實施例所述的電動裝置，亦可相應安裝在兩輪車和三輪車的前輪以及單輪車上；可對應每個車輪安裝一套電動裝置，也可對應一個車輪安裝兩套甚至多套電動裝置。
[0108]實施例5、
[0109]運用T2時域通電對實施例4電動裝置增設電磁力制動功能。電源調(diào)制器相應增加一個制動信號輸入端le電連接電磁制動裝置％，如圖5c所示，電磁制動裝置為一個十級變阻器；當人工控制電磁制動裝置發(fā)出制動信號時，電源調(diào)制器切斷!\對應時序的電流，啟動T2時域通電，制動通電時域設定為傳感單元3c感知轉(zhuǎn)子單元3b繞軸至Θ為30度到Θ為0位置的時間段；該制動通電時域1~2也可以對應相對時間簡要設定為:在(Ti+ig時序中，起始2/3時域斷電，之后1/3時域通電。
[0110]電源調(diào)制器所輸出的制動電流，對應電磁制動裝置9b的十級阻檔設置為十級強度，設定輸出的電流強度為:首級5A、末級16A，十級電流平均設置。
[0111]本實施例由于增設有電磁軟制動式制動裝置，減速效果平緩。
[0112]實施例6、
[0113]將實施例5電動裝置的制動邏輯進一步優(yōu)化為:電源調(diào)制器啟動1~2時域通電的同時，將?；部分時域的工作邏輯同步變換為通電，該T ^部分時域的數(shù)值與(Τ !+Τ2)相等，?；通電啟動時刻以Θ為0開始計時；電源調(diào)制器在該?；部分時域所輸出的電流強度與1~2時域相同。本實施例大大加強了電磁剎車的制動效果。
[0114]本實施例對定子單元繞組的制動通電增加了轉(zhuǎn)子單元和定子單元處于遠離狀態(tài)的時域，該兩段制動通電時域也可以對應周期時序Τ而簡要設定為:在(Ti+TfT。)時序中，起始1/3時域斷電，之后2/3時域誦電。
[0115]前述制動時域的Θ為30度到Θ為0度位置的時間段，也可以更改為Θ為15?0度位置的時間段。
[0116]實施例7、
[0117]配置同軸并行安裝兩個輪的電動裝置，每個輪各設置一套電動機械裝置，兩個輪的電動機械裝置共用一個電源調(diào)制器；電動裝置的基礎參數(shù)參照實施例1設計而調(diào)整，車輪周長為1500mm，每個轉(zhuǎn)體6為一個具有轉(zhuǎn)動軸、周長為500mm的環(huán)形合金鋼圈，內(nèi)部均勾相間地嵌合8個轉(zhuǎn)子單元3b，其中包括4個永磁體轉(zhuǎn)子單元3bl和4個導磁體轉(zhuǎn)子單元3b2，4個永磁體轉(zhuǎn)子單元3bl的S極全部正對轉(zhuǎn)體的軸，8個轉(zhuǎn)子單元的永磁體與導磁體相間平均設置，其局部結(jié)構(gòu)如圖7a所示；定子單元3a的線圈繞組調(diào)整為60圈，對應轉(zhuǎn)體占位的機械角為45度，與鋼圈內(nèi)緣間距7mm ;減速/變矩裝置2與轉(zhuǎn)體同軸一體化設計安裝，減速比為9:1。
[0118]電動裝置設計為配車限速20Km/h即5.6m/s (3.7轉(zhuǎn)/s)，轉(zhuǎn)體經(jīng)過減速/變矩裝置對應的限速值為33.3轉(zhuǎn)/s，計取其限速旋轉(zhuǎn)周期時間為30ms，設置在轉(zhuǎn)體內(nèi)部的定子單元3a在轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)周期中分別與8個轉(zhuǎn)子單元3b發(fā)生電磁力作用，S卩限速值對應的周期時間為
3.75ms ;電源調(diào)制器對定子單元繞組的通電方向設置為圖2b所示的繞芯N極逆轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)方向，對電動裝置的驅(qū)動供電時序(WTo)設定為:(T1:T2:TQ)為0.7:1.175:1.875，即限速值對應的通電時域!\為0.7ms，其余3.05ms的(?^+?；)時域均為斷電狀態(tài)；電源調(diào)制器選用大規(guī)模數(shù)字邏輯開關集成電路實現(xiàn)，設計最大過載功率1200W。
[0119]電源調(diào)制器設定的行車控制邏輯與實施例1的方法類同，通過周期校準記錄的時序通電頻率，可獲知實時車速，當時序通電頻率高于1/3.75ms (對應轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)速33.3轉(zhuǎn)/s)時，電源調(diào)制器無條件斷電而達到自動限速的設計目標。
[0120]本實施例中，驅(qū)動供電時域1\亦可定義為Θ從90度至45度相應的時間段，簡要設定為:在(Ti+T^To)時序中，起始1/4時域通電，之后3/4時域斷電。
[0121]本實施例在在橫梁兩端配置電動裝置的基礎技術方案，可推廣到三輪車和四輪車同在一橫梁兩端實施；該技術方案轉(zhuǎn)彎行駛時存在差速，應特別設計限速，或通過對電源調(diào)制器內(nèi)置轉(zhuǎn)彎行駛的差速程序，使轉(zhuǎn)彎行駛更穩(wěn)定。
[0122]實施例8、
[0123]在實施例7基礎上，每套電動機械裝置內(nèi)的定子單元3a增設為兩個，合金轉(zhuǎn)體以一體化成型工藝在內(nèi)部嵌合8個相間設置的轉(zhuǎn)子單元3b ;轉(zhuǎn)子單元包括4個永磁體轉(zhuǎn)子單元3bl和4個導磁體轉(zhuǎn)子單元3b2，4個永磁體轉(zhuǎn)子單元3bl的S極全部正對轉(zhuǎn)體的軸，8個轉(zhuǎn)子單元的永磁體與導磁體兩兩相間平均設置。
[0124]兩個定子單元的繞芯改為圓柱形，繞組匝數(shù)同為60圈，安裝時圓柱形繞芯兩端與轉(zhuǎn)體相應的法線10垂直，如圖3a所示；兩個定子單元安裝在轉(zhuǎn)體6內(nèi)部法線平面的中心、靠近轉(zhuǎn)體內(nèi)緣5mm的定體環(huán)形部位，技術要求與旋轉(zhuǎn)方向毗鄰轉(zhuǎn)子單元3b的機械間距相同，兩個定子單元的繞組電串聯(lián)連接，在轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)周期中共同與其均勻分布的8個轉(zhuǎn)子單元發(fā)生電磁力作用。
[0125]本實施例中，電源調(diào)制器對應轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)周期時間相同；驅(qū)動供電時域定義為Θ從90度至60度相應的時間段，制動供電時域定義為0度< Θ <15度的時間段。
[0126]本實施例中的兩個定子單元3a的機械布局，也可以改為在轉(zhuǎn)體內(nèi)部兩側(cè)對稱的定體部位安裝，即以轉(zhuǎn)體內(nèi)部法線平面的中心線為基準、在相應的定體部位兩側(cè)對稱安裝，兩個定子單元的繞組電串聯(lián)連接，且電磁極方向相同。
[0127]實施例9、
[0128]安裝在如圖1d所示電動四輪車兩個后輪的電動裝置，電動裝置的定體與固定軸固連，電動裝置的轉(zhuǎn)體與車輪的輪轂內(nèi)緣固連；本實施例在定體5內(nèi)部設置12個定子單元3a，定子單元繞芯為圓柱形，繞組匝數(shù)55圈，安裝時圓柱形繞芯兩端連線12與轉(zhuǎn)體相應的法線10重合，如圖3b所示，并且在靠近轉(zhuǎn)體內(nèi)緣5mm的環(huán)形部位均勻分布；鈦鋁合金轉(zhuǎn)體6以一體化成型工藝在內(nèi)部嵌合12個相間設置的轉(zhuǎn)子單元3b，其中包括3個永磁體轉(zhuǎn)子單元3bl和9個導磁體轉(zhuǎn)子單元3b2，3個永磁體轉(zhuǎn)子單元3bl的N極全部正對轉(zhuǎn)體的軸，安裝時，每3個導磁體轉(zhuǎn)子單元相間1個永磁體轉(zhuǎn)子單元，12個轉(zhuǎn)子單元在轉(zhuǎn)體上相間平均設置。
[0129]12個定子單元的繞組電串聯(lián)連接，每4個定子單元的繞組中間引出抽頭，對外形成3根線組成電外接回路(類似于傳統(tǒng)電動機內(nèi)部繞組的Λ形接法)，在轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)周期中與其均勻分布的12個轉(zhuǎn)子單元發(fā)生電磁力作用；電源調(diào)制器的電連接方式對應設計為三線回路，其相應輸出的時序脈沖電流在三線構(gòu)成的各個回路中平均分配；本實施例可以進一步利用定子單元3a繞組外接兩相反饋的兩兩比較微分電位差，作為一種內(nèi)部位置判別的信號源，替代獨立設置的傳感單元。
[0130]本實施例電動裝置的驅(qū)動、制動控制方式與前述定子單元設置于轉(zhuǎn)體內(nèi)部的方法類同，驅(qū)動供電時域定義為Θ從90度至70度相應的時間段，制動供電時域定義為Θ從20度至0度相應的時間段。驅(qū)動供電時域!\亦可簡要設定為:在(Ti+?^+?時序中，起始1/9時域通電，之后8/9時域斷電。制動供電時域亦可簡要設定為:在(Ti+I^+O時序中，起始7/18時域斷電，之后11/18時域通電。
[0131]本實施例因采用了 12個定子單元組合，動力效果大大增強。
[0132]實施例10、
[0133]在實施例1凹形繞芯上部正對轉(zhuǎn)體的內(nèi)緣的設計基礎上，將凹形繞芯的上部逆轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)方向偏轉(zhuǎn)5度角，永磁體轉(zhuǎn)子單元3b 1順轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)方向偏轉(zhuǎn)5度角，其余與實施例1類同。本實施例因定子單元3a內(nèi)部繞組通電后形成電磁場的偏轉(zhuǎn)角，更符合轉(zhuǎn)子單元繞軸與定子單元周期性相吸的動態(tài)模型，效果比實施例1要好。
[0134]實施例11、
[0135]實施例1所述的傳感單元3c是固連在電動裝置的轉(zhuǎn)體3e內(nèi)部，本實施例將傳感單元3c設置在前輪的車架4上，在前輪周期面對傳感單元3c的環(huán)形區(qū)域任意部位，專門設置一塊永磁體，使傳感單元的感應繞組伴隨車輪旋轉(zhuǎn)而周期性獲得感應信號，所取得的實施效果與實施例1類同。
[0136]實施例12、
[0137]一種準單輪結(jié)構(gòu)電動車用的電動裝置，所述準單輪結(jié)構(gòu)是同軸緊湊安裝兩個車輪，電動裝置的機械結(jié)構(gòu)部分設在兩個車輪之間的軸上；轉(zhuǎn)體6均內(nèi)置一體化設計制造的10個轉(zhuǎn)子單元3b，其中永磁體轉(zhuǎn)子單元3bl和導磁體轉(zhuǎn)子單元3b2各5個，定體5設置有4個電串聯(lián)的定子單元3a，定子單元與轉(zhuǎn)體之間氣隙3d為6_，轉(zhuǎn)體外部設置兩個與其同軸的減速/變矩裝置2，減速/變矩裝置的減速比為12:1 ;每個減速/變矩裝置的外部設置有若干傳力筋務，其一端通過機械裝置與減速/變矩裝置2的外部固連，另一端固連車輪的輪圈，使電動裝置實現(xiàn)對準單輪的機械傳動。
[0138]本實施例中，驅(qū)動供電時域定義為Θ從90度至65度相應的時間段，制動供電時域定義為Θ從25度至0度相應的時間段，驅(qū)動操控裝置9a設置為遙控。
[0139]本實施例所述的結(jié)構(gòu)可在一個輪以上的電動車實施，使電動行駛效果更穩(wěn)定。
[0140]實施例13、
[0141]將實施例1的定子單元改變?yōu)殡p線環(huán)繞磁芯，線徑及環(huán)繞匝數(shù)相同，其中一個繞組回路用于動力供電，電連接電源調(diào)制器1，另一個繞組回路用作替代獨立設置的傳感單元3b，作為轉(zhuǎn)子單元3b伴隨轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)位置的判別信號源。
[0142]本實施例還可以把定子單元的繞組設計進一步優(yōu)化為:動力供電繞組由一根直徑0.45mm的銅線環(huán)繞凹形磁芯40圈而成，傳感繞組由一根直徑0.20mm的銅線環(huán)繞凹形磁芯18圈而成，可更節(jié)省銅材。
[0143]以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案而非限制，盡管參照實施例對本實用新型進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，對本實用新型的技術方案進行修改或者等同替換，都不脫離本實用新型技術方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本實用新型的權利要求范圍當中。
【權利要求】
1.一種基于磁流控制的電動裝置，其特征在于，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￠);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)體同軸心設置，兩者相對氣隙(3d)不大于40_;所述減速/變矩裝置與轉(zhuǎn)體同軸心設置； 所述電源調(diào)制器包括電源輸入端(Ia)、時序電流輸出端(Ib)和驅(qū)動信號輸入端(Id)，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。
2.根據(jù)權利要求1所述的電動裝置，其特征在于，所述減速/變矩裝置(2)由若干齒輪組合而成，其傳動輸入端與轉(zhuǎn)體(6)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(2)獨立設置，或與轉(zhuǎn)體(6) —體化同軸設置于轉(zhuǎn)體的外部。
3.根據(jù)權利要求1所述的電動裝置，其特征在于，所述定子單元(3a)由至少一組良導線環(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，其通電形成的電磁極與所述永磁體轉(zhuǎn)子單元3b I運動相向的極性相反。
4.根據(jù)權利要求1所述的電動裝置，其特征在于，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轉(zhuǎn)體的內(nèi)部或外部設置一傳感單元。
5.根據(jù)權利要求4所述的電動裝置，其特征在于，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。
6.根據(jù)權利要求1所述的電動裝置，其特征在于，所述電動裝置還包括電磁制動裝置(9b)，所述電源調(diào)制器還包括制動信號輸入端(Ie)，其電連接電磁制動裝置。
7.含有權利要求1?6任一電動裝置的電動車，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)。
【文檔編號】H02K7/00GK204216717SQ201420660083
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2014年11月6日 優(yōu)先權日:2014年11月6日
【發(fā)明者】劉粵榮 申請人:杭州磁控科技有限公司