一种节能电动车及其驱动、制动方法_4

文档序号:9855781阅读:来源:国知局
,从而控制电动自行车的车速。电动自行车常规使用的照明灯、转弯/刹车信号灯、音鸣等通断电操控的控制单元2,均采用市购产品配套。
[0095]电源调制器设定的工作逻辑为:以定子单元与转子单元周期性隔气隙相对、处于同一法线10(Θ为O)的状态记为基准座标和基准时间,当人力助动与驱动操控装置给出电动自行车驱动信号、并且传感单元3C感知转子单元绕轴至Θ为90度的位置的时刻(对应转子单元进入凹形绕芯两端范围内相对的初始时刻,该精细时刻是一个根据车圈圆弧及气隙等参数设计并经实验校准的值,以实验值为准),电源调制器启动输出1A电流;当转子单元每次绕轴至基准座标时,电源调制器进行一次时间归O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,并根据实时状态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绕轴至Θ为90度位置的时刻,执行T1与(T2+T。)比值为1:35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16A的状态,上述设定的逻辑状态将使电源调制器的时序通电频率越来越高,对应车轮5每周期中定子单元对转子单元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l/180ms或电源调制器输出电流连续3s维持在16A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。
[0096]该电动自行车在骑座下设置有脚踏大链轮,通过链条与设置在后轮轴的飞轮相连接,由于电动装置使用铁磁体并配备时序电流控制,脚踏不象使用普通电动机那样具有阻尼,使之成为电动、脚踏两用性能皆优越的电动自行车。
[0097]实施例2、
[0098]将实施例1电源调制器的时序电流改变为=T1通电时域设置为两段时间和强度相互对应的恒定电流,特点为后1/3时间的电流强度I2/A为前2/3时间电流强度I1A的一半;电源调制器工作逻辑调整为:当定子单元绕组启动通电时,电源调制器I启动在5s内以I1强度9A(对应I2为6A)为基准、对应车轮旋转周期每下一个周期自动加大10%输出强度的电流时序,两段通电时域的相对比例为所设定的2:1 ;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加速指令,则电源调制器在下一周期启动通电时,执行T1与(T2+T。)比值为1:35以及I1与I2的电流强度2:1、通电时间比例2:1的电流时序,实时通电的平均强度由驱动操控装置给出。
[0099]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(T^T2)时间段为参照值延时I %至5%。
[0100]实施例3、
[0101]在实施例2的基础上优化电源调制器的通电程序:将T1通电时域设置为5段通电时间相同但电流强度规律递减的电流,5段通电强度按I^I1A的线性关系分级递减,递减系数K为0.7,即T1通电时域内设置的5段电流强度分别为16AU1.2Α、7.84Α、5.49Α、3.84Α ;该通电程序逻辑使用常规电子电路实现控制的设计较复杂,制造成本也较高,将电源调制器改为采用成熟的脉冲数字技术实现。
[0102]电源调制器核心模块包括常规CPU和一个设计功率500W的驱动模块,其工作逻辑如图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,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,力口上电压比较器和控制电路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。
[0103]电源调制器在T1通电时序内,通过控制芯片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,其余与实施例1类同;本实施例因电源调制器采用脉冲数字技术,容易实现所设定工作逻辑,成本低,节电效果相对好。
[0104]实施例4、
[0105]将实施例3的脉冲子集幅值改设置为连续递减,即电源调制器对应T1启动电流为16A时,通电时域的幅值包络趋势呈(16 — 3.84)Sin0的规律递减,其中Z Θ为转子单元所受电磁力F方向与其法向分力Fiq方向形成的动态夹角。为提高位置信号传感的工作可靠性,本实施例将传感单元设置为两个。
[0106]本实施例因电源调制器I所输出的脉冲子集包络选择了更优化的时序递减关系,电动自行车行驶的节省电能效果比实施例3好。本实施例所述设置在电动两轮车后轮的电动装置,亦可相应安装在两轮车和三轮车的前轮以及单轮车上。
[0107]实施例5、
[0108]以上实施例均采用传统机械方式设计制动装置,本实施例运用T2时域通电对实施例4增设电磁力刹车功能,电磁制动装置9b为一个十级变阻器,电源调制器相应增设刹车信号输入端Ie与电磁制动装置9b电连接,如图5c所示。电源调制器的制动逻辑为:当人工控制电磁制动装置9b发出刹车信号时,电源调制器切断T1对应的时序电流,同时启动T2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7前转至Θ为30度到Θ为O度位置的时间段;该制动通电时域可对应周期时序设定为:在(TJT2)时序中,起始2/3时域断电,之后1/3时域通电。
[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3A、末级16A,十级电流平均设置。
[0110]本实施例由于增设有电磁软制动式制动装置,减速效果平缓。
[0111]实施例6、
[0112]将实施例5的制动逻辑进一步优化为:电源调制器启动T2时域通电的同时,将T。部分时域的工作逻辑同步变换为通电,所述该T。部分时域的数值与(?\+τ2)相等,Τ。通电启动时刻以ζ Θ为O开始计时;电源调制器在该Τ。部分时域所输出的制动电流强度与T2时域相同。
[0113]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同轴法线相对以及处于远离状态的时域;该制动通电时域可对应周期时序设定为:在(Ti+L+T。)时序中,起始1/3的T1时域断电,之后2/3的(T2+T。)时域通电。
[0114]前述Θ为30度到Θ为O度位置的时间段也可以更改为15?O度位置的时间段。
[0115]实施例7、
[0116]为加强电动效果,本实施例在实施例5基础上,将转子单元3b增设为8个,在车圈6上均匀相间安装,其局部结构如图7a所示;凹形绕芯改为上部两端对应同轴车圈6占位45度机械角,与车圈内缘间隔9mm,绕组匝数增至65圈。
[0117]本实施例定子单元3a对应车轮一个旋转周期分别与8个转子单元发生电磁力作用,基础参数继续参照实施例1选定,例如选用周长为100mm的车轮,最大时速约20Km/h即5.6m/s、对应的车轮旋转周期时间为180ms ;电源调制器对应车轮5—个旋转周期相应设计有8个(?^+?^+Τ。)的电流时序,车轮周期模型对应的!\、T2和T。时序区域如图7b所示,(T1:T2:T0)时序设定为3.25:8:11.25,即最大车速对应的周期T为22.5ms。本实施例电源调制器I选用大规模数字逻辑开关集成电路,通过编程实现每个(Ti+L+T。)时序的工作逻辑控制。
[0118]其余设置与实施例5类同,通过周期校准记录的时序通电频率可获知实时车速,当其高于1/22.5ms时,电源调制器无条件断电而达到自动限速的设计目标。
[0119]实施例8、
[0120]本实施例在车架4上设置2个定子单元3a,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与同轴车圈6的相应法线垂直,如图3a所示;在车圈6安装8个转子单元3b, 8个转子单元3b进与车圈6实行一体化设计制造,把转子单元嵌合在车圈内部;车圈上局部结构如图8所示。
[0121]两个定子单元3a安装在车架4上车圈6的任意一侧、靠近车圈内缘1mm的环形部位,技术要求与车轮旋转方向毗邻转子单元3b的机械间距相同,内部绕组电串联连接,在车轮旋转周期中共同与车圈上均匀分布的8个转子单元发生电磁力作用;电源调制器对应车轮旋转周期时间为8个(Ti+L+T。)时序,其余设置及电源调制器工作逻辑与实施例7类同。
[0122]本实施例中,驱动供电时域定义为Θ从90度至30度相应的时间段,该驱动供电时域对应周期时序T而简要设定为:在(Ti+L+T。)时序中,起始2/3时域通电,之后1/3时域断电。因采用了两个定子单元3a,动力效果倍增。
[0123]实施例9、
[0124]实施例8中两个定子单元3a是安装在车架4上车圈6的一侧,由于两个定子单元3a并非处于8个转子单元3b与轴7构成的车轮平面内,对转子单元3b的电磁力作用方向与行车的方向存在微偏差,如不对定子绕芯及其安装方案作出机械布局的优化调整,则当大电流对定子单元3a内部绕组通电时,可能导致行车在左右方向欠稳定。本实施例为克服这一单侧安装两个定子单元3a的机械布局缺陷,将两个定子单元3a改为在车圈6两侧的车架4上空间对称分别安装,电串联时注意两个定子单元内部绕组的通电磁场方向相同,行车效果比实施例8相对稳定。
[0125]本实施例进一步改变实施例1将电池组安装在车架4横杠内的设计,将电池组安装在表面设计有若干凹槽的电池箱,该表面凹槽与双层后座架夹层内部的凸形筋条一一对应,使电池箱可方便地嵌入双层后座架的夹层,外加紧固件。
[0126]实施例10、
[0127]在实施例8和9的基础上,本实施例采用8个如实施例8所述的圆柱形绕芯定子单元,在车圈6内缘的车架4上对称设置,每侧4个定子单元,安装要点:绕芯两端连线12与定子单元所处同轴车圈的法线10重合,如图3b所示;两侧4个定子单元内部绕组串联后并联电连接电源调制器I的时序驱动电流输出端lb,电串联时注意每个定子单
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