一种轮毂电动系统与含有该系统的电动车的制作方法_4

文档序号:8817357阅读:来源:国知局
部加工成与同轴 转体对应的弧形,线圈绕组由一根直径0. 55mm的铜线环绕凹形磁芯45圈而成,安装要点: 将定子单元安装在同轴转体内部并靠近其内缘的固定部位,凹形绕芯上部正对同轴转体内 缘(如图3c所示),与同轴转体内缘形成8mm的间隔,两端对应同轴转体占位30度机械角。
[0098] 设定该电动车的最大时速约20km/h即5. 6m/s(5. 6转/s),同轴转体经过减速/变 矩装置对应的限速值为56转/s,计取同轴转体限速对应的旋转周期时间为18ms ;因同轴转 体上设置8个转子单元,电源调制器1对定子单元内部绕组供电的(I^T2+!;)时序周期最 小值T为18ms/8即2. 25ms ;电源调制器设定供电时序T1: (T 2+1;)为1 :5,其对应最大时速 输出的电流强度在额定电压24V时为11A,该电流值根据整车重量、驾驶员额定体重结合电 动装置设计并经实验校准,以实验值为准。电源调制器的电源输入端Ia电连接电池组的正 负极,时序驱动电流输出端Ib电连接定子单元的线圈绕组,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9a。电源调制器对定子单元的通电方向, 设置为N极逆同轴转体旋转方向(如图2b所示的顺时针方向)。传感单元由一个磁电感应 绕组构成,通过外加螺丝将传感单元固连在同轴转体内部并靠近其内缘的部位。
[0099] 该电动两轮车外置的驱动操控装置9a采用无级变阻的旋转式电位器,常规把手 式,通过与电子控制线路的配套设计,可通过改变阻值实时控制电源调制器输出的电流强 度,从而控制电动自行车的正常车速。电动自行车常规使用的照明灯、转弯/制动信号灯、 音鸣等通断电操控的控制单元均采用市购产品配套。
[0100] 电源调制器采用脉冲数字技术实现,其核心模块包括常规CPU和一个设计功率 500W的驱动模块,其细化工作逻辑如图5b所示,其中脉冲变换调理电路主要是完成将脉冲 信号转换为阶梯波信号,脉冲信号发生器主要产生所需的脉冲信号,其次经微分电路输出 尖峰脉冲,然后经过限幅电路将尖峰脉冲的负半周滤除,只剩下正半轴尖峰脉冲,用集成运 放组成的积分电路进行积分累加,加上电压比较器和控制电路,就组成了完整的阶梯脉冲 信号,对电路的各个元件进行参数调整,从而得到满足工作逻辑要求的阶梯波信号。电源调 制器在T 1通电时序内,通过控制芯片(CPU)使驱动模块产生一系列幅值随时序递减的脉冲 电流,脉冲频率30KHz。
[0101] 电源调制器设定的工作逻辑为:以定子单元3a与转子单元3b周期性隔气隙3d相 对、处于同一法线10 (φ为〇)的状态记为基准座标和基准时间,当人力助动或与驱动操控 装置9a给出驱动信号、并且传感单元3c感知某转子单元绕轴至φ为φτ位置的时刻(φ约 15度,对应转子单元进入凹形绕芯两端范围内相对的初始时刻,以实验值为准),电源调制 器启动输出初始电流为7八、1\与(T 2+!;)比值为1 :5的通、断电时序;当转子单元绕轴7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,通过与转子 单元上次前转至基准座标的周期时间比较,获知本次周期时间的实时值,并对下一步工作 逻辑进行判定:如果驱动操控装置对电源调制器无输入指令,电源调制器休眠;如果驱动 操控装置给出的指令是加速,则电源调制器在下一周期对应转子单元3b绕轴至φ为φτ位 置的时间段,继续执行1\与(T 2+!;)比值为1:5的通、断电时序,实时通电的平均强度由驱 动操控装置给出;,如果驱动操控装置维持在电源调制器输出电流接近IlA的状态,上述设 定的逻辑状态将使时序通电频率越来越高,对应车轮5每周期中定子单元3a对转子单元3b 的电磁力作用次数越来越多,车速越来越快;当时序通电频率高于所设定的1/2. 25ms (对 应同轴转体转速56转/s)或电源调制器输出电流连续4s维持在IlA的状态时,电源调制 器无条件断电而达到自动限速的设计目标。
[0102] 本实施例所述的轮毂电动系统也可以配置两轮车的前轮或前、后轮同时配置,或 配置在单轮车上,包括或配置在三轮车的前轮,如图IOb所示。
[0103] 实施例2、
[0104] 将实施例1的初始启动电流改变为:电源调制器在5s内以I1强度8A为基准、对 应同轴转体旋转周期每下一个周期自动加大1. 5%的电流强度,从第6s起始等待驱动操控 装置9a下一步工作指令:如果驱动操控装置无输入指令,电源调制器休眠;如果驱动操控 装置给出的指令是加速,则电源调制器在下一周期对定子单元绕组启动通电时,执行1\与 (T2+!;)比值为I :5的电流时序,实时通电的平均强度由驱动操控装置给出。
[0105] 其余与实施例1相同,该缓加速方式更适应安全设计要求。前述定子单元绕组启 动通电的时刻,也可改变为以(TdT 2)时间段为参照值延时1%至5%。
[0106] 实施例3、
[0107] 对实施例1所述的电动装置增设电磁力制动功能。
[0108] 电磁制动装置为一个十级变阻器,电源调制器相应增加一个制动信号输入端Ie 电连接电磁制动装置%,如图5c所示;当人工控制电磁制动装置发出制动信号时,电源调 制器切断!\对应时序的电流,启动T 2时域通电,通电时域设定在传感单元3c感知转子单元 3b绕轴至φ从φτ/3 (约5度)位置到φ为0位置的时间段。
[0109] 电源调制器所输出的制动电流,对应电磁制动装置9b的十级阻档设置为十级强 度,设定输出的电流强度为:首级6A、末级11A,十级电流平均设置。
[0110] 实施例4、
[0111] 将实施例3电源调制器输出的制动逻辑优化为:对定子单元绕组的制动通电时域 增加转子单元和定子单元处同轴法线相对以及处于远离状态的时域,即当启动1~ 2时域通电 时,将Ttl部分时域的工作逻辑同步变换为通电,该T C1部分时域的数值与(T i+T2)相等,通电 启动时刻以φ为0开始计时;电源调制器在该Ttl部分时域所输出的制动电流强度与T 2时域 相同。
[0112] 本实施例对定子单元绕组的制动通电增加了转子单元和定子单元处于远离状态 的时域;该制动通电时域可对应周期时序T简要设定为:在(TfT 2+!;)时序中,起始1/3的 时域断电,之后2/3的时域通电。
[0113] 前述实施例3制动通电时域设置为φ从φτ/3 (约5度)位置到φ为0位置对应 的时间段,也可以更改为Φ,从φτ/6 (约2. 5度)位置到φ为0位置的时间段。此外还可进 一步改变把定子单元设置于同轴转体内的方案,把定子单元改在同轴转体外部的车架上固 定,对气隙3d的技术设计要求相同。
[0114] 实施例5、
[0115] 在电动车的横梁两端对应两个车轮5。对应两个车轮的轮毂6分别安装两套电动 装置,两个同轴转体3e分别对应两个车轮靠近其轮毂6安装,其间各设置一个由若干齿轮 组合而成的减速/变矩装置2,减速/变矩装置的减速比为9 :1,两个减速/变矩装置2与 两个同轴转体3e和两个轮毂6同轴心安装,通过两个减速/变矩装置2实现两套电动装置 对横梁两端两个轮毂6的机械传动。两套电动装置共用一个电源调制器,其余与实施例4 类同。
[0116] 本实施例可变形为:横梁上设置一个同轴转体3e,其两侧各设置一个减速/变矩 装置2,实现一套电动装置通过两个减速/变矩装置对横梁两端的两个轮毂传动。此外还可 进一步变形为:横梁两侧每个车轮的轮毂分别配置两套电动装置和一个减速/变矩装置2, 两套电动装置通过一个减速/变矩装置对一个轮毂传动。
[0117] 本实施例在横梁设置轮毂电动系统的技术方案,可扩展功率设计在两轮同轴并行 的两轮车、三轮车两个后轮的横梁以及四轮车两个前轮或两个后轮的横梁上安装。因横梁 两端的两个轮转弯行驶时存在差速,应特别设计限速或通过电源调制器1内置转弯行驶的 差速程序。
[0118] 实施例6、
[0119] 将实施例5电动三轮车电动装置的定子单元3a增设为两个,设置在同轴转体3e 外部车架专设的机械装置上,钛铝合金同轴转体3e以一体化成型工艺在内部嵌合8个相间 设置的转子单元3b。两个定子单元的绕芯改为圆柱形,绕组匝数与实施例1相同,安装时圆 柱形绕芯两端连线12与同轴转体相应的法线10垂直,如图3a所示;两个定子单元安装在 同轴转体3e外部的一侧,靠近同轴转体外缘9_的环形部位安装,技术要求与旋转方向毗 邻转子单元3b的机械间距相同,两个定子单元3a的绕组电串联连接,在同轴转体3e旋转 周期中共同与其均匀分布的8个转子单元发生电磁力作用。本实施例中,驱动供电时域定 义为φ从φτ到φ为φτ/3相应位置的时间段,制动供电时域定义为φ从φ τ/3位置至φ为?相 应的时间段。
[0120] 本实施例也可将两个定子单元3a改为在同轴转体3e两侧空间对称安装,绕组电 串联连接,且两个定子单元的电磁极方向相同。
[0121] 实施例7、
[0122] 在实施例1的设计基础上,将凹形绕芯的上部逆同轴转体旋转方向偏转5度角,转 子单元3b的两极连线顺同轴转体旋转方向偏转5度角,其余与实施例1类同。该变形因定 子单元3a内部绕组通电后形成电磁场的偏转角,更符合转子单元伴随同轴转体3e旋转中 周期性相吸的动态模型,所取得的实施效果比实施例1要好。
[0123] 此外,也可将传感单元3c改设置在前轮的车架4上,在前轮5周期面对传感单元 3c的环形区域任意部位,专门设置一块永磁体,使传感单元3c的感应绕组伴随车轮5旋转 而周期性获得感应信号,所取得的实施效果与实施例1类同。
[0124] 为了进一步节省铜材,还可以将实施例1的定子单元绕组改变为双线环绕磁芯, 其中一个绕组回路由一根直径0. 55mm的铜线环绕凹形磁芯45圈而成,用于动力供电,电连 接电源调制器1 ;另一个绕组回路由一根直径〇. 20mm的铜线环绕凹形磁芯15圈而成,用作 替代独立设置的传感单元3c,作为转子单元3b伴随同轴转体旋转内部相对位置的判别信 号源。
[0125] 实施例8、
[012
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