一种轮毂电动系统和含有该系统的电动车的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电动车及其电源动力设计领域，具体涉及一种轮毂电动系统的结构及其驱动和制动方法，以及含有该轮毂电动系统的电动车的增程方法。
【背景技术】
[0002]目前市场上的电动车主要是两轮车，我国电动两轮车的市场保有量已达到1.5亿辆以上；除了两轮车，近年电动三轮车也迅速兴起，据行业情报披露2013年已逾1000万辆，区域用的低速电动四轮车市场也获得了长足发展。
[0003]目前电动车电机正从通用型向专业设计方向发展，其电源控制器也力图运用脉冲调制技术降低电机工作过程的无功损耗，市场己普遍应用PWQ技术即占空比可变的脉冲波形，通过其对半导体电力器件的导通和关断进行控制，使输出端得到一系列幅值相同而宽度不相同的脉冲，用于代替正弦波或其他所需的波形，通过改变电路输出电压或输出频率的大小，达到控制电机转速的目的。
[0004]在电动车市场上，近年国内外同行均试图开发在轮缘设置电动机构的电动轮，但并未获得预期成功，例如市场上一种在车圈外缘设齿并安装输出轴带齿电动机的电动自行车，通过齿轮传递电动机的轴输出动力，由于采用传统设计的电动机和常规动力供电方式，其电能转换效率与轮毂式电机类同，并且在车圈外缘设置电动机会受到功率的限制。在电动四轮车市场上，目前开发的大功率轮毂式电动机的主流思路，是在轮毂内部设置电动机，因常规电动机的重量/体积比功率低，导致轮毂重量大增，实用耗电指标并不低，且性价比不高，市场产品的种类也较少。
[0005]续行里程短是现阶段电动车的软肋，行业普遍认为在高能量电池进入商用前，靠增加电池数量提升电动车的续行里程不现实，因此目前汽车市场主流是发展油、电双源混合车，其设计思想为:当汽车起步或低速时使用电动机的动力，汽车达到某个速度阀值时变换为使用内燃机的动力，从而降低汽车在起步或低速时因燃油在内燃机燃烧不完全引起的排气污染；其技术基础结构特征为:燃料箱给内燃发动机系统提供燃料输出动力；在此传统设计基础上并行增加一套电连接电池组的电动机系统，电动机由电池组提供电能输出动力；两路动力通过油、电动力转换装置共用机械传动系统，将内燃机或电动机的动力传递到轮毂上，这类双源动力的设计可称之为油、电动力并行系统，其明显缺点为制造成本高。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型的目的，在于提供一种在轮毂外部设置电动装置的设计方案，同时针对常规电动机供电方式的设计缺陷，提供一种将直流电源改变为时序供电方式的设计方案，结构简单，转矩大，工艺容易实现，满足电动车的技术设计需求。
[0007]本实用新型提供的一种电动车的轮毂电动系统，所述轮毂电动系统包括轮毂6、减速/变矩装置2、电源调制器1、驱动操控装置9a和至少一套的电动装置3 ;所述的电动装置3包括同轴转体3e、定子单元3a和永磁体转子单元3b ;所述同轴转体3e为一个具有转动轴的环形机械圈，其上至少设置I个转子单元3b ;多个转子单元环绕同轴转体设置时，间隔设置且磁极方向相同；所述定子单元至少设置一个在靠近同轴转体的固定部位，其与转子单元所形成的周期性相对气隙3d不大于70mm ;所述同轴转体与轮毂6同轴7设置，并通过减速/变矩装置2与所述轮毂机械传动；
[0008]所述电源调制器至少包括电源输入端la、时序电流输出端Ib和驱动信号输入端ld，所述的电源输入端电连接电池组8的正负极，时序电流输出端电连接定子单元的内部绕组，驱动信号输入端电连接驱动操控装置9a;所述电源调制器对定子单元3a内部绕组供电使定子单元所形成的电磁极方向，设置为与所述转子单元3b运动相向的磁极相反；电源调制器通过驱动操控装置获取用户的指令并相应输出时序电流，使轮毂电动系统实现驱动。
[0009]优选的，本实用新型所述轮毂电动系统的额定功率不大于28KW。
[0010]优选的，所述减速/变矩装置2包括若干齿轮组合，其机械传动输入端与同轴转体3e固连，其机械传动输出端与轮毂6固连；减速/变矩装置2独立设置，或与同轴转体3e或轮毂6—体化设置。
[0011]优选的，所述转子单元3b设置于同轴转体3e上包括嵌合于同轴转体的外缘、内缘、内部或与同轴转体一体化设计制造，在不影响安装于同轴转体的前提下不限形状；所述转子单元在同轴转体上的设置，包括N/S两极连线12与同轴法线10重合/垂直的4种典型组合状态，以及在4种典型组合状态基础上N/S两极连线偏转不超过20度角；若干转子单元在同轴转体间隔安装时优选均匀排布。
[0012]优选的，所述定子单元3a由至少一组良导线环绕磁介质材料的磁芯而成，其若干个组合得到的绕组之间通过串联或并联连接，或通过不同绕组之间引出中间抽头组成多线外接回路由至少一组良导线环绕磁介质材料的磁芯而成；
[0013]所述定子单元的内部绕组对外电连接的方式包括两线或多线构成的回路。
[0014]优选的，所述定子单元3a安装在同轴转体3e内部的固定机械装置，或安装在靠近同轴转体外部的车架或与车架固连的机械装置；所述定子单元靠近同轴转体安装时，其内部绕组通电形成的N/S两极连线12与同轴法线10垂直或平行，包括N/S两极连线偏转不超过20度角；若干个定子单元的绕组串联、并联连接，包括若干个绕芯排布组合，其设置遵循电磁极方向与转子单元3b运动相向磁极相反的基本原则，以其内部绕组组合通电的磁通量获得穿过气隙3d最大值为优选。
[0015]优选的，所述同轴转体配置若干减速/变矩装置2与若干轮毂6同轴传动，或所述轮毂同轴配置若干同轴转体3e及若干减速/变矩装置2传动。
[0016]优选的，所述轮毂电动系统的电动装置3还包括传感装置，所述传感装置包括若干能感应所述转子单元3b与定子单元3a相对位置的传感单元3c ;所述传感单元与所述电源调制器的传感信号输入端Ic电连接；所述电动装置至少在同轴转体3e的内部或外部设置一传感单元。
[0017]优选的，所述传感装置还包括定子单元3a的内部绕组，所述内部绕组包括环绕定子单元磁芯的多线绕组以及由若干定子单元绕组之间串联而成的多线外接回路。
[0018]本实用新型中，所述轮毂电动系统还包括电磁制动装置％，所述电源调制器I还包括制动信号输入端le，其电连接电磁制动装置9b ;所述电源调制器通过电磁制动装置获取用户的指令并相应输出时序电流，使轮毂电动系统获得制动。
[0019]本实用新型中，所述电源调制器I将直流电源转换为时序电流，使电动装置中的定子单元3a被限定在电源调制器设定的时序周期性地通电和断电。
[0020]本实用新型所述含有上述任一轮毂电动系统的电动车包括车架4、电池组8和至少一个车轮5，所述电动车至少设置一套所述的轮毂电动系统；所述电池组包括一次性使用的一次电池8a或可重复多次充电使用的二次电池Sb，或两者组合设置。
[0021]所述电动车的车架任意；
[0022]所述电动车的车轮包括单轮毂以及同轴紧凑安装两个轮毂的准单轮结构。
[0023]优选的，所述一次电池8a和二次电池8b的组合设置包括电并联连接。
[0024]更优选的，所述电动车配置二次电池组8b时加装电能补充装置18，所述电能补充装置包括材料任意的一次电池8a与控制装置组合，或为内燃发电机与系统控制装置组合，或两者组合设置；电能补充装置通过逻辑充电装置17电连接二次电池组；所述的逻辑充电装置独立设置，或将其部分逻辑功能或全部逻辑功能集成于电源调制器I内。所述的增程系统包括电能补充装置和逻辑充电装置。
[0025]所述一次电池8a的控制装置至少包括一次电池启动装置；所述内燃发电机包括内燃机和发电机，所述系统控制装置至少包括内燃机启动及停止装置；所述内燃机的燃料任意；所述电能补充装置的组合设置，包括一次电池与控制装置、内燃发电机与控制装置各设置一套以上。所述逻辑充电装置至少包括充电控制装置，其设计亦可兼有一次电池的控制装置或/和发电机的电路控制装置的功能。
[0026]本实用新型还公开了一种前述轮毂电动系统的驱动方法，该方法根据所述转子单元3b和定子单元3a的位置关系通过电源调制器I输出时序驱动电流控制电动装置3及轮毂转动；
[0027]所述时序根据车轮旋转方向而定义，所述时序电流根据定子单元电磁场在同轴转体上的有效作用区间结合同轴转体上的转子单元个数而设置若干个通断周期，每个通断周期包括供电时域和断电时域；所述供电时域位于30度< Θ <90度相应的时间段，所述Θ为转子单元绕轴所受电磁力与其法向分力的方向所形成的动态夹角；所述断电时域内电源调制器I不输出电流。
[0028]优选的，通电时域/子时域内的电流波形、频率以及占空比不限。
[0029]优选的，所述通电时域由驱动操控装置9a获取外界的输入，根据行车速度确定。
[0030]优选的，所述通电时域!\内初始的电流、电压或定子单元3a的磁通强度由传感装置获取行车速度实时值结合驱动操控装置9a给出的指令而调整。
[0031]优选的，所述方法还包括校正步骤；所述校正步骤为将定子单元3a与转子单元3b周期性隔气隙3d相对、Θ为O的状态作为基准座标和基准时间，当转子单元每次转至基准座标时，电源调制器进行一次时间归O校准并记录本次周期时间，通过与上次周期时间比较，从而获知对应轮毂的旋转周期时间和车速，并控制输出电流。
[0032]本实用新型还公开了所述轮毂电动系统的制动方法，该方法通过所述在转子单元趋近定子单元、转子单元和定子单元处同轴法线相对(Θ为O)以及处于远离状态的至少一个时域中，电源调制器I输出时序电流控制电动装置3及轮毂制动；
[0033]所述转子单元趋近定子单元为O < Θ <30度相应的时间段，所述Θ为