一种时序供电控制的电动车及其驱动、制动方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电动车的电源动力设计领域，具体涉及一种基于电动装置内部磁流特 点进行时序供电控制的电动车及其驱动和制动方法。
【背景技术】
[0002] 电动车是目前市场的热点，我国电动自行车的市场保有量已达到1.5亿辆W上， 2013年电动H轮车产量逾1000万台，区域用电动四轮车发展迅猛。
[000引 目前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，其配备的电源控制器也力图运用开关电路，尤其是通过脉冲调制 技术降低电机工作过程的无功损耗。目前电动车的动力技术发展主要有两个方向，一是改 进电动机专业制造技术，二是改善电动机节能控制，但送两个方向在技术发展思路上都受 到了较大局限，例如；
[0004] 1)电机；电动自行车习惯配用的是轮穀式电机，市场普遍认为轮穀式电机技术已 发展成熟，行业通常使用的电机结构原理大多属于通用型，主要竞争集中在材料和人力成 本的控制，较少关注电机变形技术开发带来的应用效能提升。
[000引。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，用送些脉冲来代替正弦波或其他所需的波形。根据其特性，按一定 的规则对个脉冲的宽度进行调制，即可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。
[000引对目前市场电动车的电机，近年研发主流集中在传统"倒相"控制的思想范畴，普 通直流电动机虽使用直流电源，但直流电进入电机内部是使用电刷或电子装置将直流电调 制为通电方向交替变换的电流，使电机在内部产生旋转磁场，送一传统控制思想称之为"倒 相"，伴随产生了电流相位、电机内部旋转相角、绕组感生电流及其相应的相角位控制等传 统技术，技术开发收益不尽人意。
[0007] 近年国内外同行还试图开发在轮沿设置电动装置的电动车，送一思想方法古来有 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 绕轴必旋转的动力。但是，当送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，送类设计虽有新意，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穀式电机类同，并且在车圈外缘设置电动机会受到功率的 限制。
【发明内容】
[000引本发明的目的在于克服现有电动车的供电方式局限于电流方向逆变和配用单元 结构式电动机的设计缺陷，提供一种通过电源调制器将直流电源改变为通断时序供电方式 的设计方案，同时为电动车提供一种非单元结构的电动装置，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。
[0009] 本发明提供的一种基于磁流控制的电动车，所述电动车包括电源调制器1、驱动操 控装置9a、车架4和至少一个车轮5 ;所述电动车至少一个的车轮设置电动装置3 ;所述电 动装置包括至少一个定子单元3a和若干转子单元3b ;所述定子单元安装在靠近车圈6的 车架上；所述若干转子单元包括至少一个永磁体转子单元3bl和至少一个导磁体转子单元 3b2,并相间设置于车圈上，且伴随车轮旋转，其与定子单元形成的周期性相对气隙3d不大 于70mm ;所述永磁体转子单元若干个在车圈上组合设置的极向相同；
[0010] 所述电源调制器包括电源输入端la、时序电流输出端化和驱动信号输入端Id,其 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 ;所述电源调制器通过驱动操控装置获取用户的指令， 并对定子单元的内部绕组输出电流。
[0011] 优选的，所述电源调制器的额定功率不超过服W。
[0012] 所述转子单元3bl/3l32相间设置于车圈6上，其安装位置包括嵌合于车圈的外缘、 内缘、车圈内部或与车圈一体化设计制造，在不影响安装于车圈的前提下不限形状；若干个 转子单元3bl/3b2在车圈6安装时优选均匀排布。
[0013] 优选的，所述永磁体转子单元3bl若干个在车圈6上同极向设置，包括N/S两极连 线与车圈6同轴法线10重合/垂直的4种典型组合状态，W及在4种典型组合状态基础上 N/S两极连线偏转不超过25度。
[0014] 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，其通电形成的电磁极与所述永磁体转子单元3bl运动相 向的极性相反。
[0015] 优选的，若干个定子单元在靠近车圈6内缘或外缘的车架部位任意组合，包括在 车圈6两侧的车架4部位对称安装；若干个定子单元排布组合的电磁极方向设置，遵循对应 永磁体转子单元3bl与其运动相向极性相反的基本原则。
[0016] 优选的，所述电动车还包括传感装置，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；所述电动车至少在车架4上的前轮或后轮、车轮5的内缘或外缘设置一 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 子单元磁芯的绕组W及由若干定子单元绕组之间串联而成的多线外接回路。
[0018] 优选的，所述电动车还包括电磁制动装置％，所述电源调制器还包括制动信号输 入端Ie,其电连接电磁刹车装置％，通过电磁刹车装置9b获取用户的刹车指令并于相应时 序对电动装置3的定子单元3a的内部绕组输出电流；当本发明电动车需要设置电磁制动功 能时，所述定子单元相应设置于车圈6内缘的车架部位。
[0019] 本发明中，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 任意手动控制方式，包括外置为遥控。
[0020] 本发明中，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域周期性地通电和断电。
[0021] 本发明中，所述电动车包括一个轮或多个轮的电动车W及电动、脚踏两用车；所述 设置电动装置的车轮5,包括单轮W及同轴紧凑安装两个轮的准单轮结构。
[0022] 本发明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1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；
[0023] 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车圈上 的有效作用区间结合车圈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；所述供电时域位于聲t/6'< CP 相应的时间段，所述cp:为转子单元绕轴 并与轴确定的法线与定子单元和轴所确定法线所形成的动态夹角，所述平T为转子单元绕轴 切线方向与其隔气隙所受定子单元电磁力作用方向重合状态所确定的夺值；所述断电时域 内电源调制器（1)不输出电流。
[0024] 优选的，所述供电时域的电流不限波形、频率及占空比；
[00巧]优选的，所述电源调制器在供电时域内至少包括两段不同电流幅值不同的子时 域，且顺时序呈幅度依次变小，供电时域或其子时域的幅值随时序呈线性递减关系；
[0026] 或呈2K递减关系，所述的指数K取值0. 2至0. 99 ;
[0027] 或为如下关系；I换=(Io-Ig)讶n华鴻0/cpT，其中I。为起始通电强度，Ig为通电终 止时刻的电流强度。
[0028] 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。
[0029] 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（Zcp为0)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0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。
[0030] 本发明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（ Zq)为0) W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1输出时序电流控制车轮制动；
[0031] 所述转子单元趋近定子单元的时域为0《啤《斬/3状态的相应时间段，所述CP为 转子单元绕轴并与轴确定的法线与定子单元和轴所确定法线所形成的动态夹角，所述WT 为转子单元绕轴切线方向与其所受电磁力方向重合状态所确定的直。
[0032] 优选的，所述方法还包括校正步骤，所述校正步骤将为0作为基准座标和基准 时间，通过传感装置获知转子单元趋近/相对/远离定子单元的位置状态。
[0033] 优选的，所述输出电流控制步骤可包括：
[0034] 1)驱动操控装置9a对电源调制器1无输入指令时，电源调制器休眠；
[003引 2)驱动操控装置9a给出加速指令时，电源调制器1相应输出时序电流；
[0036] 3)当车速或通电频率达到设定的阔值时，所述的电源调制器断电。
[0037] 本发明电动车的电动装置结构非传统电动机的单元结构形式，电源调制器针对电 动车的应用特点植入了数控编程技术，明确了供电时序周期T及通电时域的子集强度特点 和断电时域等工作逻辑构成，其对定子单元绕组供电是具有规律性的时序电流。送种设计 可带来两项明显的节电效益：一是电动装置中的定子单元被限定在电源调制器设定的时域 周期性地通电工作，在不需要工作的时域休眠，既节省了电能又减少了通电积热；二是在电 源调制器设定的工作周期内，通电强度呈设定的规律性变化及中断，使电能的使用效率进 一步提高，通电积热进一步减少。
[0038] 本发明提供了电动装置W及电源调制器时序电流的设计方法，其优点在于：具有 时序供电控制带来的明显节能效果，电动装置结构简单、可在车轮多样化的设计方案组合、 成本低，有效适应各类轻型电动车的节能设计要求。
【附图说明】
[0039] 图1是本发明应用于电动H轮车的一种整体结构示意图。
[0040] 图2a是一种电动装置的基础结构及作用力方向分解示意图。
[0041] 图化是永磁体转子单元在车圈的一种磁极设置示意图。
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