小功率跳变电动汽车的制作方法

本发明涉及电动汽车驱动技术领域，特别是一种功率小、重量轻、高效节能的电动汽车。

背景技术：

在本公司利用国家专利变功率电动机（申请号2018108300318）发明的可变功率电动汽车（申请号2018108816478）中，给出了电动汽车轮毂电机驱动系统的可行方案。我公司利用变功率电动机继续探索，寻找可变功率电动汽车脱离轮毂驱动系统功率更强、扭矩更大而节能效果更加显著的创新方案。

本发明的目的，就是要提供一种电动汽车全新结构的驱动系统，该系统与比亚迪、特斯拉的集中式大功率高转速重载电机驱动有所不同，使用了小功率低转速轻型驱动系统，结构更简单、成本更低廉、回收能量效率更高，因此更加节能环保。

为达到上述技术目标，本发明所采取的技术方案是：小功率跳变电动汽车具有两台及两台以上设有减速器的变功率电动机，分别安装在差速器上或最多6个车轮的每个车轮处，设有减速器的变功率电动机是永磁无刷直流低转速电机，统一由中央控制器控制，变路电机的变功率开关通过连线安装在操纵台上。所述设有减速器的变功率电动机，其所设的减速器，无论是行星减速器还是齿轮减速器，要求最基本的单级减速器减速比值不小于5。所述两台及两台以上设有减速器的变功率电动机，分别安装在差速器上或最多6个车轮的每个车轮处，形成四种不同的驱动结构：第一种，差速器驱动结构；第二种，分散驱动结构，第三种，联合驱动结构，第四种，六电驱动结构，其中第一种采用了传统的差速器原理，电机台数使用的最少，结构也最简单，由于驱动电机仅有两个，因此要求电机的功率较大，每台电机的额定功率不小于15kw。所述第二种分散驱动结构，是在前后四轮处分别安装6—8kw小功率设有减速器的变功率电动机，同时增设转向差速控制电路。所述第三种联合驱动结构，是在前差速器安装15kw较大变功率电动机，在两个后轮处分别安装6—8kw小功率设有减速器的变功率电动机，同时增设转向差速控制电路。所述第四种六电驱动结构，是在前后六个车轮上分别安装6—8kw小功率设有减速器的变功率电动机，同时增设转向差速控制电路；其中六个车轮最前面的两个车轮称为前轮，最后面的两个车轮称为后轮，在前后轮之间加入的两个车轮称为对轮；六电驱动结构就包括前述分散驱动以及联合驱动两种不同的结构；当每个车轮处变功率电动机额定功率取最小6kw时，总功率36kw，转速3500rpm，启动扭矩达到466nm，变功率驱动时功率跳变到72kw，最高时速150km/h；此处取值6kw仅是6—8kw取值范围中的一个特例。所述变功率开关具有两种不同的结构，一种是单独按键式开关，另一种是换挡式开关；其中单独按键式开关设有两个独立的按键，分别操控前后差速器上的变功率电动机启动或关闭，同时按下两个独立的按键，两台设有减速器的变功率电动机同时启动。所述换档式变功率开关具有四个开关挡，其中s1为前变功率档，s2为后变功率档，s3为全变功率档，处在中间位置的s0是标准挡，即变功率开关关闭，设有减速器的变功率电动机运行在m=1的标准状态下。所述安装在前后轮处设有减速器的变功率电动机，并不是轮毂电机，而是通过减速器安装在轮架上，轮架通过上下摆臂安装在车架上。所述设有减速器的变功率电动机是永磁直流内转子低速电机，在标准状态下转速为3500rpm，要求安装在差速器上或每个车轮处的变功率电动机，多路可变定子线圈的路数最少有1或2两个取值，其中m=1时为标准状态，变功率电动机的额定电压为u0，额定电流为i0，额定功率为p0；其中m=2为变功率状态，其所变功率增大为mp0，即安装在差速器上或最多六个车轮的每个车轮处的变功率电动机，变功率的工作能力，至少达到额定功率的两倍。所述设有减速器的变功率电动机，在路数m=2的变功率状态下，输入电流增大到额定电流的两倍即2i0，要求其最高转速不小于7000rpm。

本发明将设有减速器的变功率电动机安装在前后差速器上或前后最多6个车轮处，节省了离合器、变速箱、传动轴等一系列零部件传动环节，减小了传动功耗；特别是六电驱动结构，在六个车轮处分散安装较小功率6kw的变功率电动机，每台电机体积很小，总重量30kg，但打开变功率开关，功率瞬间跳变到72kw，变功率驱动最高时速150km/h，打造出一辆额定功率超小、重量超轻的超级轻小电动汽车，而且在减速行驶或制动停车时，变功率电动机又是一台高效发电机回收更多损耗的能量，因此本发明小功率跳变电动汽车的结构更简单、控制更容易、驱动效率更高，回收能量比例更大，而成本大幅度降低，因此做到了小功率高速度，低成本高效节能，积极意义十分明显。

附图说明

下面结合附图及实施例，对本发明进一步说明。

图1是本发明公开的小功率跳变电动汽车的第一实施例结构示意图。

图2是本发明公开的设有减速器的变功率电动机结构示意图。

图3、图4是星轮变路器结构原理示意图。

图5是差速器驱动结构示意图。

图6是分散驱动结构示意图。

图7是联合驱动结构示意图。

图8、图9是六电驱动示意图。

图10是换档式变功率开关示意图。

图11是本发明公开的第二实施例结构示意图。

图中，9是蓄电池，01是设有减速器的变功率电动机，10是变路电机，t是星轮变路器，13a是前差速器，13是后差速器，6是前轮，11是变功率开关，14是操纵台，2是中央控制器，8是对轮，7是后轮，g是减速器，g0是减速器输出轴，m是多路可变定子线圈的路数，3是各相输入板，40是转向电刷，1.1是第一段多路可变定子线圈，1.2是第二段多路可变定子线圈，1是多路可变定子线圈，21是第一换向电极板，22是第二换向电极板，z1是第一星轮，z2是第二星轮，z是运转轮，z0是换向轮，a、b、c是三相线圈的输入端，oa、ob、oc是三相线圈的尾端，5是中心板，δ是过渡区，j是星轮换向装置，s1是前变功率档，s2是后变功率档，s3是全变功率档，s0是标准挡。

具体实施方式

如图1所示的第一实施例，小功率跳变电动车具有两台及两台以上设有减速器g的变功率电动机01，分别安装在前差速器13a后差速器13上，以及前轮6、对轮8以及后轮7处。设有减速器g的变功率电动机01统一由中央控制器2控制，变路电机10的变功率开关11通过连线安装在操纵台14上。

如图2所示，所设减速器安装在变功率电动机的内部，无论行星减速器还是齿轮减速器，要求最基本的单级减速器减速比值不小于5。

如图5、图6、图7、图8、图9所示，设有减速器g的变功率电动机01，分别安装在前后差速器上或前后车轮处，形成四种不同的驱动结构：第一种，差速器驱动结构；第二种，分散驱动结构，第三种，联合驱动结构，第四种，六电驱动结构。其中第一种实际上沿用了传统差速器传动结构，电机台数使用的最少，结构也最简单，由于电机仅有两个，因此要求电机的功率较大，每台电机的额定功率不小于15kw。第二种分散驱动结构，是在前后四轮上分别安装8—9kw小功率设有减速器的变功率电动机01，同时增设转向差速控制电路。第二种联合驱动结构，是在前差速器13a安装15kw较大变功率电动机，在两个后轮7处分别安装8—9kw小功率设有减速器的变功率电动机01，同时增设转向差速控制电路。第四种六电驱动结构，是在前后六个车轮上分别安装6—8kw小功率设有减速器的变功率电动机01，同时增设转向差速控制电路；其中六个车轮最前面的两个车轮6称为前轮，最后面的两个车轮称为后轮7，在前后轮之间加入的两个车轮8称为对轮。如图11所示的实施例二，六电驱动结构充分体现了分散式小功率驱动系统的优势，当每个车轮处的电机机取最小值6kw时，体积很小，总重量约30公斤，启动扭矩达到466nm，变功率最高时速150km/h，做到了小功率高速度，成本大大降低，效率大大提高。此处取值6kw仅是6—8kw取值范围中的一个特例。此实施例中，电机电池总重量不过450kg，是特斯拉电池电机总重量的45%。设定本发明和特斯拉两车外形相同，并且同在80km/h的常速下行驶，以f=cav²/21.15计算风阻，则两车消耗的功率之比是0.69:1，这就意味着本发明的驱动效率，比特斯拉提高了近31%，因此，本发明电机功率虽然小，但是驱动效率高，更节能省电，续驶里程更长。而且，变功率电动机就是普通的直流无刷电机，不需要特殊的制造工艺，不需要大功率逆变器，结构简单化，空间微型化，成本降到最低。安装在前后轮处设有减速器的变功率电动机01，并不是轮毂电机，而是安装在悬挂系的轮架上，轮架通过上下摆臂安装在车架上，轮架和车架之间设有通用的转向装置。轮架和转向装置仅是为了说明安装在前后轮的变功率电动机并非轮毂电机结构，不是本专利涉及范围，因而这里不做具体图解说明。

如图3、图4所示，星轮变路器t具有一套星轮换向装置j、一台变路电机10和一个变路开关11，其中变路电机10安装在换向轮z0的上面，换向轮z0与运转轮z良好啮合，变路电机10驱动运转轮z的正反转，从而改变多路可变定子线圈1的路数m。这里，每相线圈上设有两个带有转向电刷40的星轮z1、z2及其换向电极板21、22，当转向电机10驱动运转轮z正反转时，固定在星轮z1、z2上的转向电刷40就会随星轮z1、z2的转动而转动，因此形成转向电刷式星轮换向装置。要求：第二星轮z2的转向电刷40与第二段可变定子线圈1.2的首端相连接，第二段可变定子线圈1.2的尾端连接在中心板5上，而第一星轮z1的转向电刷40连接在中心板5上，第一段可变定子线圈1.1的尾端连接在第一换向电极板21上，而其首端连接在输入板3上，第二换向电极板22连接在输入板3上。转向电刷式换向装置中的星轮与换向电极板的安装位置必须一一对应，即第一星轮z1安装在第一换向电极板21的旁边，第二星轮z2安装在第二换向电极板22的旁边，并要求当变功率电动机01的多路可变定子线圈的路数m=1时，第二星轮z2的转向电刷40紧压在第一换向电极板21上，而第一星轮z1的电刷停在空挡上，从而第一段多路可变定子线圈1.1和第二段多路可变定子线圈1.2形成串联电路，此时为变功率电动机01的标准运行状态，额定电压为u0、额定电流为i0、额定功率为p0；当多路可变定子线圈的路数变为m=2时，变路电机10驱动运转轮z转动，令第一星轮z1的转向电刷40紧压在第一换向电极板21上，第二星轮的转向电刷40紧压在第二换向电极板22上，从而使第一段多路可变定子线圈1.1和第二段多路可变定子线圈1.2同时并联在输入板3和中心板5之间，形成多路共版并联电路，此时为变功率电动机01的变功率运行状态。由于输入板3上通过的电流能力增大了m倍，而端电压不变，则此时的功率也增大到m倍，即p=mp0。由于m路并联总电阻减小到1/m²，也就是说，电机此时内阻减小了m²倍。例如，当m=2等分两段并联时，1欧姆内阻的电机总内阻就减小到0.25欧姆。所以说，此时电动机就是一台高效发电机。特别是本发明不同之处在于，电机01在变功率状态下输入电流增大一倍，转数达到7000rpm，属高速运行，一旦汽车刹车断电，就等于是电机轴被反向驱动高速转动，使变功率电动机01变成高效发电机，其能量回收率大大高于其它电动汽车，因此更加节能环保。在这里要强调的是，与比亚迪、特斯拉采用永磁同步逆变交流高速电机（最高转速15000rpm））所不同的是，变功率电动机01是永磁直流无刷低转速电机，额定功率最高转速仅3500rpm，其多路定子线圈的路数m取值为1、2、3…，本设计要求：安装在前后差速器上或前后轮处的变功率电动机路数取值最少有1或2两个取值，其中m=1时为标准状态，变功率电动机01的额定电压为u0，额定电流为i0，额定功率为p0；其中m=2为变功率状态，其所变功率为mp0，即安装在前后差速器上或前后车轮处的变功率电动机01，变功率的工作能力，至少增大到额定功率的两倍，要求电机具有良好的机械性能，电流增大以后，最高转数不小于7000rpm。可变功率电动机01是内转子电动机，线圈的线缆从外壳内引出，星轮变路器j安装在外壳上，变功率开关11通过导线连接，前轮、后轮、对轮上的变功率开关两两并联安装在操纵台14上。

如图10所示，变功率开关11具有两种不同的结构，一种是单独按键式开关，另一种是换挡式开关；其中单独按键式开关设有两个独立的按键，分别操控前后差速器上的变功率电动机启动或关闭，同时按下两个独立的按键，两台变功率电动机同时启动。换档式变功率开关11具有四个开关挡，其中s1为前变功率档，s2为后变功率档，s3为全变功率挡，处于中间位置的s0是标准挡，即变功率开关11关闭，设有减速器的各个变功率电动机01运行在m=1的标准状态下。

如图11所示的小功率跳变电动汽车第二实施例，即本发明所述的小功率6电驱动结构示意图，在原前后轮之间，加设了一个对轮8，轿车的轴距基本本保持不变，只要适当调整，对后备箱也不会产生多大影响。六个车轮上安装设有减速器的变功率电动机01，形成全新的小功率分散驱动结构。如若每台电机额定功率6kw，总功率36kw，转速3500rpm，启动扭矩达到466nm，打开变功率开关11功率瞬间跳变到72kw，变功率最高时速150km/h。因此，六电驱动结构充分体现了小功率分散驱动的优势，只用很小的电机，很简单组合，就可超越动辄上百kw大规模价格昂贵的驱动设备，打造一款超级轻小性能优越的超级电动汽车，成为电动汽车驱动系统创新的亮点，极具推广应用价值。