一种轮圈控制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，具体涉及一种电动装置设置于轮圈的电动车及其驱动、制动与增程方法。
【背景技术】
[0002]目前我国电动自行车的市场保有量已达到1.5亿辆以上，电动三轮车保有量逾1000万台，区域用电动四轮车发展迅猛。
[0003]市场电动车普遍配用的是永磁无刷电动机，配件产业链成熟，目前正从通用型向专业设计方向发展。电动自行车市场主流配用的是轮毂式电机，行业普遍认为轮毂式电机技术已发展成熟，主要竞争集中在材料和人力成本的控制。对于电机控制，近年市场己普遍应用PWQ技术来控制电机的转速，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，用这些脉冲来代替正弦波或其他所需的波形。
[0004]近年来，国内外同行还试图开发在轮沿设置电动装置的电动车，这一思想方法古来有之，中国古代已普遍使用水车，其工作原理并非在水车的轮轴设置旋转动力机，而是沿水车轮页的切线方向在合适的时间给予一杯水(一份势能)，该杯水的下落势能转变成水车环绕轴心旋转的动力。但是，当这一水车模型被平移到电动车领域时，并未获得预期的开发成功。例如市场上一种在轮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，这类设计虽有新意，但由于采用传统设计的电动机和常规方式的动力供电，其电能转换效率与轮毂式电机类同，并且在轮圈外缘设置电动机会受到功率的限制。
[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，其明显缺陷为造价高。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型的目的在于克服现有电动车局限于配用单元式电动机和电流调制方式的设计缺陷，提供一种电动装置设置于轮圈的结构，并将供电方式改变为时序通断控制的技术方案，结构简单，转矩大，工艺容易实现。
[0007]本实用新型提供的一种电动轮圈控制的电动车，所述电动车包括电源调制器1、驱动操控装置9a、车架4、电池组8和至少一个车轮5 ;所述电动车至少一个车轮设置至少一套的电动装置；所述的电动装置包括定子单元3a和永磁体转子单元3b ;所述转子单元3b至少设置一个于车轮的轮圈6上；当轮圈上设置多个转子单元时，多个转子单元环绕轮圈间隔设置且磁极方向相同；所述定子单元3a至少设置一个在车架4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90mm ；
[0008]所述电源调制器I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，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 ;所述电池组8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8b，或两者组合设置；所述电源调制器对定子单元内部绕组供电使定子单元形成电磁极的方向，设置为与所述转子单元运动相向的磁极相反；电源调制器I通过驱动操控装置9a获取用户的指令并相应输出时序电流，使电动车实现驱动。
[0009]优选的，所述电源调制器的额定功率不超过20KW。
[0010]优选的，所述转子单元设置于轮圈6上包括设置于轮圈的内缘、外缘或轮圈内部；所述的轮圈6采用合金、塑钢或其他固体成形材料制造，其结构包括一个圆环或多个圆环组合；所述多个圆环组合的轮圈以同轴7的方式通过构件将多个圆环固连为一体，包括一体化设计制造；所述转子单元在不影响安装于轮圈的前提下不限形状；多个转子单元在轮圈间隔安装时优选均匀排布。
[0011]优选的，所述转子单元3b的材料为磁钢、钕铁硼等一类本领域技术人员公知的永磁体，其自身固有磁性且磁极方向不因外部磁场而改变；所述转子单元在轮圈6上的设置方式，包括N/S两极连线与轮圈的同轴法线10重合/垂直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18度角。
[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，所述定子单元3a在车架4上组合排布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。
[0013]所述定子单元设置在靠近轮圈6的车架4固定部位，包括轮圈内与车轮固定轴固连的机械装置，其组合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，以其内部绕组通电的磁通量获得穿过气隙3d最大值为优选。所述定子单元在车架固定部位的设置方式，包括内部绕组通电形成的电磁极两极连线12与车轮5的法线10垂直/重合4种典型组合状态，包括电磁极的两极连线偏转不超过18度角；若干个定子单元排布组合包括在轮圈两侧的车架部位对称安装。
[0014]优选的，所述电动装置还包括传感装置，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 ;所述传感单元与电源调制器的传感信号输入端Ic电连接；所述电动车至少在轮圈的内缘或外缘设置一传感单元。
[0015]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。
[0016]优选的，所述电动车还包括电磁制动装置％，所述电源调制器I还包括刹车信号输入端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9b获取用户的指令并相应输出时序电流，实现电动车制动。
[0017]本实用新型中，所述驱动操控装置9a可设置为常规旋转把手式、推拉式操纵杆或其他任意人工控制方式，包括外置为遥控。
[0018]本实用新型中，所述电源调制器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域周期性地通电和断电。
[0019]本实用新型中，所述电动车包括一个轮或多个轮的电动车以及电动、脚踏两用车；所述的车轮5，包括单轮毂以及同轴紧凑安装两个轮毂的准单轮结构。
[0020]所述电动车的车架任意；
[0021]所述一次电池8a和二次电池Sb两者组合设置包括电并联连接。
[0022]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。
[0023]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。
[0024]本实用新型还公开了一种前述电动车的驱动方法，该方法通过电源调制器I根据所述转子单元3a和所述定子单元3b的位置关系输出时序驱动电流控制车轮转动；
[0025]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轮圈上的有效作用区间结合车轮上的转子单元个数而设置若干个通断周期T，每个通断周期T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为转子单元在车轮上绕轴所受定子单元电磁场吸引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。
[0026]优选的，所述供电时域的电流不限波形、频率及占空比；
[0027]优选的，所述通电时域内初始的电流、电压或定子单元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。
[0028]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与转子单元周期性隔气隙相对、处于同一法线的状态(Θ为O)作为基准座标和基准时间，当转子单元每次前转至基准座标时，电源调制器进行一次时间归O校准并记录本次周期时间，通过与上次转子单元前转至基准座标的周期时间比较，从而获知旋转周期时间和车速，并控制输出电流。
[0029]本实用新型还公开了所述电动车的制动方法，该方法根据所述转子单元趋近定子单元、转子单元和定子单元处同一法线相对(Θ为O)以及处于远离状态的至少一个时域中，通过操控电磁制动装置9b使电源调制器I输出时序电流控制车轮制动；
[0030]所述时序根据车轮旋转方向而定义；所述转子单元趋近定子单元为O &l