一種永磁電動裝置與含有該裝置的電動車的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型設(shè)及電動車及其電源動力設(shè)計領(lǐng)域，特別設(shè)及一種電動裝置的機(jī)械設(shè) 計及其驅(qū)動電流與制動的時序電流設(shè)計方法W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(jī)，電動機(jī)設(shè)計為外轉(zhuǎn)子形 式，外轉(zhuǎn)子通過福條與車輪的輪圈機(jī)械固連，通過電動機(jī)轉(zhuǎn)矩使車輪旋轉(zhuǎn)。電動汽車業(yè)熱點 是開發(fā)乘用車輪穀電機(jī)，又稱車輪內(nèi)裝電機(jī)，行業(yè)專家普遍認(rèn)為，由于目前輪穀電機(jī)的部件 重量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出輪穀本體（一般包括輪穀電機(jī)、剎車盤、剎車卡錯、主動懸掛電機(jī)、懸架、減震 彈黃等），其技術(shù)意義很有限；僅W單位體積的功率密度一項指標(biāo)衡量，現(xiàn)有電動機(jī)遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá) 不到輪穀內(nèi)裝電機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)在近年獲得了迅猛發(fā)展，其主要由電機(jī)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(jī)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(shù)，該種永磁無刷直流電機(jī) 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(jī)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(rèn)為在高能量電池進(jìn)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(dāng)汽車起步或低速時使用電動機(jī)的動力，汽車達(dá)到某個速度閥值時變 換為使用內(nèi)燃機(jī)的動力，從而降低汽車在起步或低速時因燃油在內(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；燃料箱給內(nèi)燃發(fā)動機(jī)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(jī)系統(tǒng)，電動機(jī)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(jī)械傳動系統(tǒng)，將內(nèi)燃機(jī)或電動機(jī)的動力傳遞到 輪穀上，該類雙源動力的設(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(jī)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(jī)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(jī)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30mm;所述定體與所述轉(zhuǎn)體同軸7設(shè) 置；
[000引所述電源調(diào)制器1包括電源輸入端la、時序電流輸出端化和驅(qū)動信號輸入端Id， 電源輸入端電連接電池組8的正負(fù)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25kW。
[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(jī)械固連，傳動輸出端與電動裝置外部的旋轉(zhuǎn)裝置機(jī)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] 優(yōu)選的，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)，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20度；若干轉(zhuǎn)子單元在轉(zhuǎn)體安裝時優(yōu)選均勻排 布。所述轉(zhuǎn)子單元的材料為磁鋼、欽鐵棚等一類本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的物質(zhì)，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)材料的磁巧而成，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W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，W及若干個定子單元繞巧排布組合、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，W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20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 元磁巧的繞組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。
[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1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] 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手動 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8b，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穀W及同軸緊湊安裝兩個輪穀的準(zhǔn)單輪結(jié)構(gòu)。
[0023] 優(yōu)選的，所述一次電池8a和二次電池8b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(bǔ)充裝置18,所述電能補(bǔ)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(jī)與系統(tǒng)控制裝置組合， 或兩者組合設(shè)置；電能補(bǔ)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1內(nèi)。所述的增程 系統(tǒng)包括電能補(bǔ)充裝置和邏輯充電裝置。
[00巧]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(jī)包括 內(nèi)燃機(jī)和發(fā)電機(jī)，所述系統(tǒng)控制裝置至少包括內(nèi)燃機(jī)啟動及停止裝置；所述內(nèi)燃機(jī)的燃料 任意；所述電能補(bǔ)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(jī)與控制裝置各 設(shè)置一套W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(jī)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cpT/3《cp《cpT相應(yīng)的時間段，所述奪為轉(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q>T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)所確定的值；所述斷電時 域內(nèi)電源調(diào)制器1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Ti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)（tP為0)作為基準(zhǔn)座標(biāo)和基準(zhǔn)時間，當(dāng)轉(zhuǎn)子單元每次 前轉(zhuǎn)至基準(zhǔn)座標(biāo)時，電源調(diào)制器進(jìn)行一次時間歸0校準(zhǔn)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(zhǔn)座標(biāo)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（（P為0)W及處于遠(yuǎn)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；
[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0-^CF^cpT/3 狀態(tài)的相應(yīng)時間段，所述(P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CP值。
[0033] 優(yōu)選的，所述方法還