一种时序供电控制的电动车及其驱动、制动方法_3

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果不如采用感应生磁的导磁体转子单元好;如果车圈上仅 设置导磁体转子单元,正因为其磁极是感应生磁,当其刚好处于与定子单元隔气隙处于同 一法线10、來为0时,电动车很难从静态启动,容易出现堵转。当车圈上相间设置有永磁体 转子单元3bl,电源调制器可通过感应装置判知9为0的内部位置状态,实时相应发出电动 车的静态启动时序电流;所谓静态启动时序电流的一个简单例,是碰到上述堵转、电源调制 器在设定时间最大值得不到传感装置反馈信号的情况下,实时发出与正常驱动电流方向相 反的启动电流,使车圈上至少一个永磁体转子单元3bl受到同极性相斥作用而偏离与定子 单元隔气隙处于同一法线的状态,避免堵转发生。
[0078] 对一个定子单元组合n个转子单元(3bl/3b2)的分析案例来说,定子单元对应车 轮旋转周期是与n个转子单元发生电磁作用,电源调制器优选发出n个周期为T的通电时 序,对应车轮旋转周期有n个(Ti+Tz+T。)时序工作逻辑,送种组合设计对电源调制器提出了 较高要求。转子单元并非设置越多越好,其在车圈上设置的数目n受限于所受定子单元电 磁力有效作用区间相应的空间占位,否则电源调制器对应输出的时序电流周期会重叠。
[0079] 图7a是一个定子单元组合8个转子单元3b (3bl/3b2)的局部结构示意图,该实施 例中,定子单元在车轮一个旋转周期n分别与8个转子单元发生磁作用,电源调制器对应 输出的时序电流理论划分为8个(Ti+Tz+T。)周期,图化标示了一种设定T为n /8、对应车 圈旋转方向的Ti、T2和T。示意时域,图7c为其中一个周期的通电逻辑示意图。图8是一个 定子单元对应12个转子单元(3bl/3b2)的局部结构示意图,定子单元对应车轮旋转周期分 别与12个转子单元发生磁作用。
[0080] 图9是两个定子单元组合车圈上8个转子单元(3bl/3b2)的局部结构示意图,在 车轮旋转周期中,电源调制器要为两个定子单元3a分别提供8个周期为(Ti+Tz+T。)的时序 电流,送种组合对电源调制器提出了更高的设计要求。进一步可选择4个定子单元组合10 个转子单元、6个定子单元组合12个转子单元,等等。理论上当H个定子单元与n个转子单 元组合设计时,如果电源调制器1对H个定子单元3a绕组分立供电,需对应设计n地个电 流时序,即n地个(Ti+Tz+T。)电流时序,编程将十分复杂;因此在多个定子单元的实用系统 设计中,优选H个定子单元绕组电串联组合,或H个定子单元绕组分为若干组外接电源调制 器,例如4个定子单元的内部绕组串联,串联绕组中间引出抽头共H根线对外电连接电源 调制器,技术上还可利用该H根线两两比较的微分电位的不同,作为一种转子单元与定子 单元相对位置判别的信号源,替代独立设置的传感单元。
[0081] 理论上,也可W在车圈安装转子单元与车架上若干个定子单元组合,但送种等效 设计在技术上虽可实施,但因定子单元的造价相对较高,非优选方案。
[0082] 电源调制器可用常规开关电路设计或脉冲数字技术实现,优选后者,后者的基础 功能模块一般包括电源变换电路、内存胆有工作程序的微处理器和信号输入输出电路,能 通过传感单元3c反馈信号相应地控制驱动模块输出的时序电流,对电动装置3进行动态控 制,其工作逻辑如图5a简示,图化是一种实现电源调制器基本功能的数字技术逻辑的模块 组合示意图。
[0083] 电源调制器的工作逻辑变换指令信号通常是从固连在车架的传感单元获得,常规 传感单元使用磁电感应绕组、霍尔元件或光电编码器等,当转子单元绕轴周期性运动时,传 感单元可获得电流(电压)的变化率反馈给电源调制器,电源调制器依据送一感应信号判 知转子单元的相对位置而相应发出电流时序。根据对传感单元的工作精度及可靠性要求, 可在车架上设置一个或若干个传感单元,甚至变形为从上述定子单元多绕组反馈的方式、 W及运用定子单元双线环绕的绕组反馈方式获得工作逻辑变换指令信号,此时电源调制器 的感应信号输入端Ic相应内置,其响应处理对电源调制器的工作程序逻辑提出了较高要 求。由于大规模集成电路技术的发展,实现上述工作逻辑变换的编程技术为行业专业人± 所公知,所需了解的是时序脉冲周期、通电子集时域和幅值变化W及其间中断时间等基础 设计参数。
[0084] 综上,所述的电源调制器是一个包括两级周期/频率设计的逻辑电源开关系统, 一是驱动通电时域内m个子集的周期/频率设计,该频率越高越利于迫近理论节电优化 的幅值递减关系设计;二是时序通电周期/频率,反映了单位时间内定子单元对转子单元 (3bl/3b2)的通电作用次数,该时序频率间接定义了车速及定子单元所需要的通电幅值或 电磁力(源于电源调制器向定子单元的绕组通电),因为驱动通电时域的幅值越大,单位时 间内定子单元通电对转子单元的作用力越大、作用次数越多,其结果反映了车速越快。电源 调制器所输出电流的时序频率,与车圈旋转一个周期隐含的(Ti+Tz+T。)时序作用次数、通电 平均强度W及车速是相互对应的诸物理量关系,因此当电源调制器的诸多设定条件进入逻 辑工作状态后,控制了时序通电的频率也就是控制了车速。该人工控制车速是通过驱动操 控装置9a电连接电源调制器的输入端Id来实现,电源调制器可安装在车架上的任意位置。
[0085] 本发明电动车可运用电动装置增设电磁力刹车功能,此时电源调制器相应增设的 刹车信号输入端Ie与电磁刹车装置9b电连接,如图5c所示。制动时优选灯2巧。)全部时 域设置通电,增强制动效果,电流强度越大,制动效果越好,从安全第一的设计理念出发,不 必为制动通电的节能问题过多考虑。电磁刹车装置9b可设置为一个连续或多级的变阻器, 其功能为可控制电源调制器所输出的电流。
[0086] 转子单元固连于刚性金属车圈的方案可W有多种,例如将转子单元固连在车圈 的内缘或外缘,也可W把转子单元嵌合在车圈内部与车圈实行一体化设计制造。定子单元 在车架上的设置要点,是要使转子单元在周期性旋转中与其形成两者有效发生磁作用必须 的相对气隙3d,该气隙是定子单元向转子单元传递电磁力作用的能量通道,气隙越小越有 利于磁能量作用传递,但气隙过小易发生机械接触,设计时需综合把握材料的刚性和机械 加工精度。
[0087] 电动装置3至少安装在电动车的一个车轮5,所述一个车轮包括单轮W及同轴紧 凑安装两个车轮的准单轮结构。图1所示电动两轮车的电动装置布局是定子单元设置在车 圈内缘车架上的一种示例,该布局也可改变为定子单元设置在车圈外缘车架上的结构。需 要注意的是,当定子单元设置于车圈外缘时,转子单元受到电磁力的法向分力是背离轴必, 无相应的电磁力制动功能。
[0088] 传感单元优选设置在隔气隙与转子单元周期性相对的车圈内位置,也可W设置在 车圈外,对两轮车甚至可W安装在另一个车圈位置,因为两个车圈总是同步旋转,从一个轮 采集的旋转位置信号可间接反映另一个轮的相对同步状态。
[0089] -般电动车的控制单元2包括照明灯、转弯/刹车信号灯、音鸣控制等常规使用功 能,由若干个电连接电池组的电源开关组成,该类电源开关可单独设置,亦可将相关功能植 入电源调制器系统实现,共用数据母线统一编程。
[0090] 驱动操控装置9a的传统产品为一个变形设计的、人工易操控的变阻器或电位器, 伴随近年的技术发展,不少建立在光敏、霍尔控制原理基础上的专用操控装置日趋成熟,送 类产品一般设计为常规旋转把手式,亦可设计为推拉式操纵杆或其他任意手动控制方式, 包括遥控方式。电池组8可W放置在专用电池箱W任意方式安装在车架4上,或安装在车 架内部,或与车架上的部件嵌合,例如将后座架设计为双层,中间夹层用于放置电池箱;亦 可在后座架的下部设计有电池箱的吊装固连装置,电池箱设计为两个分体分别吊装在后座 架下的后轮两侧,等等。
[0091] 本发明所述的优选例仅为推荐,若干技术方案可组合并用,可部分使用也可加入 其他成熟技术。只要根据电动装置的磁流能量特点,通过对电源调制器设计可精确控制的 时序电流,即可实现本发明方案的基本技术目标。
[0092] 对电动车W及电动机技术较深入了解的专业人±,都不难在本发明所述的方案基 础上,举一反H地变形实施本
【发明内容】
。例如在现有市场的脉冲直流电动机基础上,通过传 感方式的改变W及控制器电流程序变换来部分实施本发明。本发明所述电动装置的基础结 构方案、电源调制器的电流时序控制方法和通电时域的幅值递减设计特征及其衍生的技术 变形实施,均应被列入本发明的保护范围。
[009引 实施例1、
[0094] -种助力型电动H轮车,选用周长为1000 mm的车轮5,电动装置3设计为一个定子 单元3a与车圈6上一个永磁体转子单元3bl、一个导磁体转子单元3b2的组合,电动装置安 装在前轮;定子单元安装在前轮车圈6内缘的车架4上。电池组8选用铅酸胶体电池并安 装在车架专设部位。
[0095] 转子单元3bl/3b2的长度为15mm,宽度在不影响车圈外橡胶轮的情况下取最大 值,永磁体转子单元3bl和导磁体转子单元3b2相隔180度在车圈上对称设置,紧密安装在 铁铅合金制成的车圈外缘,其中,永磁体转子单元3bl的两极连线与车圈切线平行,S极面 向车轮5轴7,如图化所示;定子单元绕芯材料选择市场易于采购的凹形铁磁体,送种铁磁 体内部存在较多磁畴,在外磁场作用下磁畴易转向产生与外磁场方向一致且强得多的附加 磁场,凹形绕芯下部加工成与车圈对应的弧形;绕组由一根直径0. 60mm的铜线环绕磁芯50 圈而成,安装要点;通过外加螺丝将定子单元固连在车圈6内缘的车架4部位,凹形绕芯上 部正对车圈内缘,两者之间的气隙3d为7mm,绕芯上部两端对应车圈占位40度机械角。
[0096] 电源调制器1通过常规电子控制线路实现,设计最大过载功率550W,其电源输入 端Ia电连接电池组8的正负极,时序驱动电流输出端化电连接定子单元3a的线圈绕组, 感应信号输入端Ic电连接传感单元3c,驱动信号输入端Id电连接驱动操控装置9。传感 单元3c由一个磁电感应绕组构成,通过外加螺丝将传感单元固连在车架4上靠近前轮5车 圈6内缘的部位。电源调制器1对定子单元3a内部线圈绕组的通电方向,设置为图2c所 示的绕芯N极逆车轮5旋转方向。
[0097] 设定电动H轮车的最大时速约20km/h即5. 6m/s,计取限速对应的车轮5旋转周期 时间为180ms,由于车轮一个旋转周期中分别与永磁体转子单元3bl和导磁体转子单元3b2 发生磁作用,最大时速对应的化巧2巧。)时序周期最小值T为90ms,其中Tl取值5ms,其余 85ms均为断电状态;本实施例在额定电压设置为24V时测得最大时速对应电源调制器输出 的电流强度为17A,该电流值是一个根据整车重量、驾驶员额定体重结合电动装置3设计并 经实验校准的值,W实验值为准。
[0098] 该电动H轮车外置的驱动操控装置9a采用无级变
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