一種增程式電動(dòng)車的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及電動(dòng)車的電源動(dòng)力設(shè)計(jì)領(lǐng)域，具體涉及一種電動(dòng)裝置在車架和車輪分立設(shè)置的機(jī)械結(jié)構(gòu)及其驅(qū)動(dòng)、制動(dòng)方法和電動(dòng)車的增程方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前我國(guó)電動(dòng)自行車的市場(chǎng)保有量已達(dá)到1.5億輛以上，2013年電動(dòng)三輪車產(chǎn)量逾1000萬臺(tái)，區(qū)域用電動(dòng)四輪車發(fā)展迅猛。市場(chǎng)電動(dòng)車普遍配用的是永磁無刷電動(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，其配備的控制器也力圖運(yùn)用脈沖調(diào)制技術(shù)降低電機(jī)工作過程的無功損耗。
[0003]近年市場(chǎng)己普遍應(yīng)用PWQ技術(shù)來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，但研發(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)，這一 “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)。
[0004]國(guó)內(nèi)外同行近年還試圖開發(fā)在輪沿設(shè)置電動(dòng)裝置的電動(dòng)車，這一思想方法古來有之，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)繞軸心旋轉(zhuǎn)的動(dòng)力。但是，當(dāng)這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，通過齒輪傳遞電動(dòng)機(jī)的軸輸出動(dòng)力，這類設(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)換效率與輪轂式電機(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。
[0005]續(xù)行里程短是現(xiàn)階段電動(dòng)車的軟肋，行業(yè)普遍認(rèn)為在高能量電池進(jìn)入商用前，靠增加電池?cái)?shù)量提升電動(dòng)車的續(xù)行里程不現(xiàn)實(shí)，因此目前汽車市場(chǎng)主流是發(fā)展油、電雙源混合車，其設(shè)計(jì)思想為:當(dāng)汽車起步或低速時(shí)使用電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力，汽車達(dá)到某個(gè)速度閥值時(shí)變換為使用內(nèi)燃機(jī)的動(dòng)力，從而降低汽車在起步或低速時(shí)因燃油在內(nèi)燃機(jī)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(dòng)機(jī)系統(tǒng)20提供燃料輸出動(dòng)力；在此傳統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上并行增加一套電連接電池組8的電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)21，電動(dòng)機(jī)由電池組提供電能輸出動(dòng)力；兩路動(dòng)力通過油、電動(dòng)力轉(zhuǎn)換裝置22共用機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)23，將內(nèi)燃機(jī)或電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳遞到輪轂上，這類雙源動(dòng)力的設(shè)計(jì)可稱之為油、電動(dòng)力并行系統(tǒng)，其基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有電動(dòng)車配用單元式電機(jī)、供電方式局限于逆變電流方向的缺陷，提供一種在車架和車輪分立設(shè)置機(jī)械裝置、通過時(shí)序供電控制的電動(dòng)裝置，同時(shí)提供一種增程技術(shù)方案，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)矩大，工藝容易實(shí)現(xiàn)。
[0007]本實(shí)用新型提供的一種增程式電動(dòng)車，所述電動(dòng)車包括電源調(diào)制器1、電池組8、增程系統(tǒng)16、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)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，其組合設(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60mm ;所述的永磁體轉(zhuǎn)子單元多個(gè)在車圈上設(shè)置時(shí)，其磁極方向相同；
[0008]所述電池組8為可重復(fù)多次充電使用的二次電池；
[0009]所述電源調(diào)制器包括電源輸入端la、時(shí)序電流輸出端Ib和驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸入端ld，其電源輸入端電連接電池組的正負(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。
[0010]優(yōu)選的，所述電源調(diào)制器的額定功率不超過10KW。
[0011]所述轉(zhuǎn)子單元3bl/3b2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。
[0012]優(yōu)選的，所述永磁體轉(zhuǎn)子單元3bI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)，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25度。
[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對(duì)應(yīng)永磁體轉(zhuǎn)子單元3bl的排布狀態(tài)設(shè)置為與其運(yùn)動(dòng)相向的極性相反。
[0014]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3b I與其運(yùn)動(dòng)相向極性相反的基本原則。
[0015]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)車至少對(duì)應(yīng)一個(gè)車輪5的內(nèi)緣或外緣設(shè)置傳感單元。所述的傳感單元，可根據(jù)控制精度要求在電動(dòng)車設(shè)置一個(gè)或多個(gè)。
[0016]更優(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以及若干定子單元繞組之間串聯(lián)而成的多線外接回路。
[0017]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le，其電連接電磁剎車裝置％，通過電磁剎車裝置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)本實(shí)用新型電動(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。
[0018]本實(shí)用新型中，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。
[0019]本實(shí)用新型中，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。
[0020]本實(shí)用新型所述電動(dòng)車的增程系統(tǒng)16包括邏輯充電裝置17和電能補(bǔ)充裝置18 ；所述邏輯充電裝置的輸入端17a電連接電能補(bǔ)充裝置，其輸出端17b電連接電池組8的正負(fù)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(bǔ)充電能。
[0021]優(yōu)選的，所述增程系統(tǒng)16的電能補(bǔ)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(dòng)裝置；
[0022]優(yōu)選的，所述增程系統(tǒng)16的電能補(bǔ)充裝置18為內(nèi)燃發(fā)電機(jī)與控制系統(tǒng)裝置組合而成；所述的內(nèi)燃發(fā)電機(jī)至少包括內(nèi)燃機(jī)和發(fā)電機(jī)，所述的控制系統(tǒng)裝置至少包括燃料箱19和內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)裝置；所述內(nèi)燃機(jī)的燃料任意；
[0023]更優(yōu)選的，所述增程系統(tǒng)16的電能補(bǔ)充裝置18由一次電池與控制裝置、內(nèi)燃發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)裝置兩者組合設(shè)置而成。
[0024]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(dú)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)；所述的邏輯充電裝置17的設(shè)計(jì)，亦可兼有一次電池的控制裝置或/和發(fā)電機(jī)的電路控制裝置的功能。
[0025]本實(shí)用新型所述電動(dòng)車包括一個(gè)輪或多個(gè)輪的電動(dòng)車以及電動(dòng)、腳踏兩用車；所述設(shè)置電動(dòng)裝置的車輪5，包括單輪以及同軸緊湊安裝兩個(gè)輪的準(zhǔn)單輪結(jié)構(gòu)。
[0026]本實(shí)用新型還公開了一種前述電動(dòng)車的驅(qū)動(dòng)方法，該方法通過電源調(diào)制器I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)；
[0027]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)合車輪上的轉(zhuǎn)子單元個(gè)數(shù)而設(shè)置若干個(gè)通斷周期T，每個(gè)通斷周期T包括供電時(shí)域和斷電時(shí)域；所述供電時(shí)域位于30度< Θ <90度相應(yīng)的時(shí)間段，Z Θ為轉(zhuǎn)子單元在車輪上繞軸所受定子單元電磁場(chǎng)吸引力與其法向分力的方向所形成的動(dòng)態(tài)夾角；所述斷電時(shí)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(shí)域的電流不限波形、頻率及占空比；
[0029]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。
[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(duì)、處于同一法線的狀態(tài)(Θ為O)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O校準(zhǔn)并記錄本次周期時(shí)間，通過與上次轉(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。
[0031]本實(shí)用新型還公開了所述電動(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)(Θ為O)以及處于遠(yuǎn)離狀態(tài)的至少一個(gè)時(shí)域中，通過操控電磁制動(dòng)裝置9b使電源調(diào)制器I輸出時(shí)序電流控制車輪制動(dòng)；
[0032]所述時(shí)序根據(jù)車輪旋轉(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(shí)間段，所述Θ為轉(zhuǎn)子單元在車圈上繞軸所受定子單元電磁場(chǎng)吸引力與其法向分力的方向所形成的動(dòng)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Z Θ為O作為基準(zhǔn)座標(biāo)和基準(zhǔn)時(shí)間，通過傳感裝置獲知轉(zhuǎn)子單元趨近/相對(duì)/遠(yuǎn)離定子單元的位置狀態(tài)。
[0034]所述電源調(diào)制器的驅(qū)動(dòng)通電和制動(dòng)通電的邏輯關(guān)系設(shè)置為或。
[0035]優(yōu)選的，所述輸出電流控制步驟可包括:
[0036]I)驅(qū)動(dòng)操控裝置9a對(duì)電源調(diào)制器I無輸入指令時(shí)，電源調(diào)制器休眠；
[0037]2)驅(qū)動(dòng)操控裝置9a給出加速指令時(shí)，電源調(diào)制器I相應(yīng)輸出時(shí)序電流；
[0038]3)當(dāng)車速或通電頻率達(dá)