一种电动装置及其驱动、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，特别涉及一种电动装置的机械设计及其电源调制器所产生时序驱动电流和制动电流的设计方法。
【背景技术】
[0002]电动自行车市场通常是配用安装在轮轴上的电动机，电动机设计为外转子形式，外转子通过辐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，市场主流是将辐条与车轮的轮圈实行一体化制造，外观为电动轮，辐条变形为传力筋条，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毂式电动机。
[0003]电动汽车使用的轮毂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毂内，轮毂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毂电机的电动汽车，在20世纪70年代，这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毂电机。
[0004]行业专家普遍认为，由于目前轮毂电机的结构除轮毂本体外，部件重量远远超出轮毂本体(一般包括轮毂电机、刹车盘、刹车卡钳、主动悬挂电机、悬架、减震弹簧等)，而汽车对轮毂的自重要求较高，常规轿车的铝合金轮毂仅比传统钢轮毂平均轻2kg左右，当车速为60km/h时省油率可达到5% -7%;因此，如果电动机不能呈倍数减磅，轮毂内装电机的技术意义很有限；仅以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毂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1a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]近年获得迅猛发展的永磁无刷直流电机，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，这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内部结构的缺陷，提供一种内部有别于传统设计的结构，同时通过电源调制器将直流电改变为一种非通电方向交替变换的时序电流供电方案，结构简单，转矩大，工艺容易实现。
[0009]本发明提供的一种基于磁流控制的电动装置，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，其上相间设置有若干转子单元3b，所述转子单元包括至少一个永磁体转子单元3bl和至少一个导磁体转子单元3b2 ;所述永磁体转子单元若干个在转体上设置时的极向相同；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心设置，两者相对气隙3d不大于40mm ;所述减速/变矩装置与转体同轴心设置；
[0010]所述电源调制器包括电源输入端la、时序电流输出端Ib和驱动信号输入端ld，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，使电动装置实现驱动/制动。
[0011]优选的，所述电源调制器的额定功率不超过12kW。
[0012]所述转子单元3b(3bl/3b2)相间设置于转体6上，其安装位置包括嵌合于转体的外缘、内缘、转体内部或与转体一体化设计制造，在不影响安装于转体的前提下不限形状；若干个转子单元3bl/3b2在转体6安装时优选均匀排布。
[0013]优选的，所述永磁体转子单元3bI若干个在转体6上同极向设置，包括N/S两极连线与转体6同轴法线10重合/垂直的4种典型组合状态，以及在4种典型组合状态基础上N/S两极连线偏转不超过20度。
[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以为两线或多线构成的回路；定子单元通电形成的电磁极对应永磁体转子单元3bl的排布状态设置为与其运动相向的极性相反
[0016]所述定子单元的绕芯排布或若干个组合，以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]优选的，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与定子单元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9b，所述电源调制器I还包括制动信号输入端le，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以及电动、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以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]所述时序根据转体旋转方向而定义，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T，每个通断周期T包括供电时域和断电时域；所述供电时域位于30度< Θ <90度相应的时间段，所述Θ为转子单元绕轴所受电磁场吸引力与其法向分力的方向所形成的动态夹角；所述断电时域内电源调制器I不输出电流。
[0025]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0.5至0.99 ;或为如下关系:It/A= (10-1g)Sine，其中I。为起始通电强度，、为通电终止时刻的电流强度。
[0027]优选的，所述通电时域T1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(Z Θ为O)作为基准座标和基准时间，当转子单元每次前转至基准座标时，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(Θ为O)以及处于远离状态的至少一个时域中，通过电磁制动装置9b使电源调制器I输出时序电流控制电动装置制动；
[0030]所述时序根据转体旋转方向而定义；所述转子单元趋近定子单元为O < Θ < 30度相应的时间段，所述Θ为转子单元在转体上绕轴所受电磁场吸引力与其法向分力的方向所形成的动态夹角。
[0031]优选的，所述方法还包括校正步骤，所述校正步骤将Θ为O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]I)驱动操控装置9对电源调制器I无输入指令时，电源调制器I休眠；
[0035]2)驱动操控装置9给出加速指令时，电源调制器I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阈值时，所述的电源调制器断电。本发明针对电动装置内部的磁流特点，对电源植调制器入优化的数控编程逻辑，使之可运用设定的时序逻辑电流实现高效节电。定子单元与转子单元的磁相互作用，被控制在周期性对应的选择性通电时域，电源调制器从传感装置获得的信号通过数据总线实时处理，从而相应发出具有规律性的时序电流。该设计方案可带了两项明显的节电效益:一是电动装置中的在电源调制器在不需要工作的时域休眠，既节省电能又减少了通电积热；二是在电源调制器设定的工作周期内，通电强度呈设定的规律性变化及中断，使电能的使用效率进一步提闻，通电积热进一步减少。
[0037]本发明的优点在于:具有周期性磁流控制带来的时序供电节能效果，以此方案进行设计的电动装置结构简单、可对应各种电动车的车轮多样化组合、成本低，有效适应高端节能电动车的设计要求。
【附图说明】
[0038]图1a是一种传统4极永磁有刷直流内转子电机的结构示意图。
[0039]图1b是本发明电动装置电机本体的一种基础结构示意图。
[0040]图1c是本发明应用于电动两轮车的一种局部结构TJK意图。
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