一种时序供电式电动装置及其驱动、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，特别涉及一种周期性产生时序电流的电 源调制器W及所驱动的电动装置的设计方法。
【背景技术】
[0002] 国内电动自行车市场目前主流是配用安装在轮轴上的电动机，电动机设计为外 转子形式，外转子通过福条与车轮的轮圈机械固连，通过电动机转矩使车轮旋转。具体制 造时，市场主流是将福条与车轮的轮圈实行一体化制造，外观为电动轮，福条变形为传力筋 条，通过传力筋条把电动机转矩传递至轮圈。国内电机业还试图运用在电动自行车的技术 成功经验，推广为电动汽车使用的轮穀式电动机。
[0003] 电动汽车使用的轮穀电机技术又称车轮内装电机技术，其最大特点就是将动力、 传动和制动装置都整合到轮穀内，轮穀电机技术并非新生事物，早在1900年，保时捷就首 先制造出了前轮装备轮穀电机的电动汽车，在20世纪70年代，送一技术在矿山运输车等领 域得到应用，目前电动汽车业热点是开发乘用车轮穀电机。
[0004] 目前常规轮穀电机的结构除轮穀本体外，部件重量远远超出轮穀本体（一般包括 轮穀电机、刹车盘、刹车卡谢、主动悬挂电机、悬架、减震弹黃等），而汽车对轮穀的自重要求 较高，常规轿车的铅合金轮穀仅比传统钢轮穀平均轻2kg左右，当车速为60km/h时省油率 可达到5% -7% ;因此行业专家普遍认为，如果电动机不能呈倍数减磅，轮穀内装电机的技 术意义很有限；仅W单位体积的功率密度一项指标衡量，现有电动机远远达不到轮穀内装 电机的一般设计要求。
[0005] 目前电动车市场技术发展主要有两个方向，一是专用电动机制造，二是电机节能 控制技术，但在技术发展思路上受到了思想方法的较大局限。
[0006] 图1是一种传统4极永磁有刷直流内转子电机的结构示意图，永磁体13磁极沿定 体5的内缘N/S交替对称排布、相距一定间隙14,若干绕组设置在转体6与永磁体相对的环 形区域内，外供直流电通过机械接触式换向装置给绕组通电，即可在内部形成旋转磁场而 使转体旋转，通过转轴输出动力。
[0007] 永磁无刷直流电机近年获得了迅猛发展，其主要由电机本体、位置检测器和电源 逆变控制器组成，永磁体一般设置在转体上、N/S磁极交替相距一定间隙排布，若干绕组设 置在定体内，位置检测器和逆变器一起构成电子换向器取代机械接触式换向装置，绕组通 电形成旋转磁场而使转体旋转。控制方面普遍采用了 PWQ技术，送种永磁无刷直流电机的 主要问题是正弦波变形的近似度控制，其动力供电虽然采用PWQ技术调制，但在控制思想 方法上受限于电动机内部旋转磁场的传统设计。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的，在于克服现有电动车用直流电动机的供电方式的缺陷，提供一种 通过电源调制器将直流电改变为时序电流的供电方案，同时，电动装置的内部结构有别于 传统电动机设计，结构简单，转矩大，工艺容易实现。
[0009] 本发明提供的一种电动装置，所述电动装置包括电源调制器1、减速/变矩装置2、 驱动操控装置9a、定体5和转体6 ;所述转体为一个具有转动轴的环形机械圈，其上至少设 置一个由导磁介质固体或软体成形材料制成的转子单元3b ;所述定体为一个具有固定轴 的机械圆盘，内部至少设置一个定子单元3a并安装在靠近转体的位置；所述定体与转体同 轴必设置，两者相对气隙3d不大于50mm ;所述减速/变矩装置与转体同轴设置；
[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,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；所述电源调制器通过驱动操控装置获取用户的行车指令， 并于相应时序对定子单元的内部绕组输出电流，使电动装置的转体实现对减速/变矩装置 的驱动/制动。
[0011] 优选的，所述电源调制器的额定功率不超过20kW。
[0012] 所述转子单元3b设置于转体上包括嵌合在转体外缘、内缘或内部W及与转体实 行一体化设计制造；转子单元在不影响安装于转体的前提下不限形状；若干个转子单元在 转体安装时相间设置，优选均匀排布。
[0013] 优选的，所述定子单元3a/转子单元3b可在定体5/转体6的部位互为置换设计， 配合相关装置设计也可取得电动效果。
[0014] 优选的，所述减速/变矩装置2包括若干齿轮组合，其传动输入端与转体机械固 连，其传动输出端与电动装置外部的旋转装置机械固连；减速/变矩装置2独立设置，或与 转体6 -体化同轴设置于转体的外部。
[0015] 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，其内部 线圈绕组可任意串联、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；对 外电连接的方式可W为两线或多线构成的回路；
[0016] 优选的，所述定子单元的绕芯排布或若干个组合，W其内部绕组通电穿过气隙3d 的磁通量获得最大值为优选。
[0017] 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转体的内部或外部设置一传感单元；
[0018] 优选的，所述传感装置包括定子单元的内部绕组，所述内部绕组包括环绕定子单 元磁芯的绕组或由若干定子单元绕组之间串联而成的多线外接回路。
[0019] 优选的，所述电动装置还包括电磁制动装置％，所述电源调制器1还包括制动信 号输入端Ie,其电连接电磁制动装置，通过电磁制动装置获取用户的刹车指令并于相应时 序对电动装置的定子单元的绕组输出电流。
[0020] 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。
[0021] 本发明中，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 元被限定在电源调制器设定的时域周期性地通电和断电。
[0022] 本发明含有上述任一电动装置的电动车，所述电动车包括一个或多个车轮的电动 车W及电动、脚踏两用车；所述电动车的车轮至少设置一套电动装置，安装电动装置的车轮 包括单轮W及同轴紧凑安装两个轮的准单轮结构。
[0023] 本发明还公开了一种前述电动装置的驱动方法，该方法由电源调制器通过所述转 子单元3a和定子单元3b的位置关系输出时序电流控制电动装置转动；
[0024] 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转体上 的有效作用区间结合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q>T/6~<(ps?(PT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，所述伞T为转子单元 绕轴切线方向与其所受定子单元电磁力作用方向重合状态所确定的巧值；所述断电时域内 电源调制器1不输出电流。
[00巧]优选的，所述供电时域的电流不限波形、频率及占空比。
[0026] 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；或呈2K 递减关系，所述的指数K取值0. 35至0. 99 ;或为如下关系；lt/A= (Io…lg)Sin cp*90/q)-[，其 中I。为起始通电强度，Ig为通电终止时刻的电流强度。
[0027] 优选的，所述通电时域Tl内初始的电流、电压或定子单元的磁通强度由传感装置 获取转体转速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为0)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，从而获知转体旋转周期时间，并控制输出电流。
[0029] 本发明还公开了所述电动装置的制动方法，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（f为0) W及转子单元和定子单元处于远离状态 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输出时序电流控制电动装置 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 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q>T为转子单元在转体绕轴切线方向与其所受定子单元电磁力作用 方向重合状态所确定的巧值。
[0031] 优选的，所述方法还包括校正步骤，所述校正步骤将W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。
[0032] 所述电源调制器对电动装置的驱动通电和制动通电的逻辑关系设置为或。
[0033] 优选的，所述输出电流控制步骤包括：
[0034] 1)驱动操控装置9对电源调制器1无输入指令时，电源调制器休眠；
[0035] 2)驱动操控装置9给出加速指令时，电源调制器1输出时序电流；
[0036] 3)当电动装置转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] 本发明针对电动装置的应用特点对电源调制器植入优化的数控编程技术，明确了 驱动供电时序周期的工作逻辑，使之实现高效节电。伴随电动装置旋转，转子单元与选择性 通电的定子单元会形成周期性的磁相互作用，由于传感装置总是被周期性感应，电源调制 器从其获得的信号通过数据总线实时处理，可判知转子单元与定子单元的相对位置，从而 相应发出具有规律性的时序电流。
[0038] W上设计可带来了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