腳踏控制電動裝置、電動車及其驅動與制動、增程方法

腳踏控制電動裝置、電動車及其驅動與制動、增程方法
【專利摘要】本發明公開了一種腳踏控制電動裝置和電動車，所述電動裝置包括電源調制器、驅動操控裝置、定子單元、轉子單元、轉體和腳踏鏈輪；轉體為一個具有轉動軸的環形機械圈，其上間隔設置至少2個轉子單元；轉子單元材料包括永磁體或導磁體，或兩者組合設置；定子單元至少設置一個且與轉子單元周期相對氣隙不大于80mm；驅動操控裝置設置在與腳踏鏈輪周期對應的固定部位或一體化設計制造；電源調制器通過驅動操控裝置/電磁制動裝置獲取用戶指令并相應輸出時序電流，使電動裝置實現驅動/制動；所述電動車包括車架、電池組和至少一個車輪，至少設置一套電動裝置，增程系統在設定邏輯狀態為二次電池組補充電能。
【專利說明】
腳踏控制電動裝置、電動車及其驅動與制動、增程方法
技術領域
[0001] 本發明涉及電動車及其電源動力設計領域，特別涉及一種電動裝置的機械結構及 其驅動與制動的時序電流設計方法以及電動車的增程方法。
【背景技術】
[0002] 目前電動自行車市場主流是配用電動輪，這類電動輪實際是將傳統設置在軸上的 電動機變形在輪轂內；狹義輪轂是指與傳動軸連接的法蘭、軸承座等部分，目前國內用戶更 多指的是輪圈，本說明書所述的輪轂涵蓋狹義的輪轂和輪圈兩部分。
[0003] 市場上電動自行車的供電驅動，大多設置為把手旋轉式控制，該設計是近年電動 自行車事故持續攀升的安全隱患之一；因為傳統摩托車屬機動車，駕駛員具備一定操縱技 巧，而電動自行車非機動車，駕駛員大部分沒有接受過機動車操縱訓練，遇到突發情況時習 慣緊握旋轉式把手，使電動自行車處于供電驅動狀態，甚至加速，而電動自行車在整車傾斜 狀態下加速，會造成非常嚴重的后果。
[0004] 永磁無刷直流電機主要由電機本體、位置檢測器和電源逆變控制器組成，一般結 構為永磁體設置在轉子、磁極N/S交替相間排布，若干繞組設置在定子，位置檢測器和逆變 控制器一起構成電子換向器取代機械接觸式換向裝置，繞組通電形成旋轉磁場而使轉子旋 轉；其明顯問題是正弦波變形的近似度調制，其動力供電雖然采用PWQ技術，但在控制思想 方法上仍受限于電動機的傳統設計。
[0005] 國內外同行近年還試圖開發在輪沿設置原動機構的電動輪，例如市場上一種在車 圈外緣設齒并安裝輸出軸帶齒電動機的電動自行車，通過齒輪傳遞電動機的軸輸出動力， 這類設計雖有新意，由于采用傳統電動機和常規方式供電，其電能轉換效率與輪轂式電機 類同，并且在車圈外緣設置電動機會受到功率的限制。
[0006] 續行里程短是現階段電動車的軟肋，行業普遍認為在高能量電池進入商用前，靠 增加電池數量提升電動車的續行里程不現實，目前汽車市場主流是發展油、電雙源混合車， 其設計思想為：汽車起步或低速時使用電動機的動力，達到某個速度閥值時變換為使用內 燃機的動力，從而降低汽車在起步或低速時因燃油在內燃機燃燒不完全引起的排氣污染； 其技術結構特征為：在傳統設計基礎上并行增加一套電連接電池組的電動機系統，電動機 由電池組提供電能輸出動力；兩路動力通過油、電動力轉換裝置共用機械傳動系統，將內燃 機或電動機的動力傳遞到輪轂上，這類雙源動力的設計可稱之為油、電動力并行系統，其明 顯缺點為制造成本高。

【發明內容】

[0007] 本發明的目的，在于克服現有電動車用直流電動機的內部結構的缺陷，提供一種 內部結構有別于傳統的設計，同時通過電源調制器將直流電改變為一種非通電方向交替變 換的時序電流供電方案，結構簡單，轉矩大，工藝容易實現。
[0008] 本發明提供的一種腳踏控制的電動裝置，所述電動裝置包括電源調制器1、驅動操 控裝置9a、定子單元3a、轉子單元3b、轉體6和腳踏鏈輪16 ;所述轉體為一個具有轉動軸的 環形機械圈，其上間隔設置至少2個轉子單元3b ;所述轉子單元的材料包括永磁體或導磁 體，或兩者組合設置；當轉體6上含有多個永磁體轉子單元3bl時，永磁體轉子單元環繞轉 體設置的磁極方向相同；所述定子單元3a至少設置一個在靠近轉體的固定部位，其與轉子 單元形成的周期性相對氣隙3d不大于80mm ;所述驅動操控裝置9a設置在與腳踏鏈輪16周 期對應的固定部位，或與腳踏鏈輪一體化設計制造；
[0009] 所述電源調制器1包括電源輸入端la、時序電流輸出端lb和驅動信號輸入端ld， 電源輸入端電連接電池組8的正負極，時序電流輸出端電連接定子單元的內部繞組，驅動 信號輸入端電連接驅動操控裝置9a ;所述電源調制器對定子單元3a內部繞組供電使定子 單元形成的電磁極方向，設置為與所述永磁體轉子單元3bl運動相向的磁極相反；所述驅 動操控裝置通過用戶對腳踏鏈輪16的旋轉周期/頻率獲取指令并使電源調制器相應輸出 時序電流，或組合電源調制器輸出電流的其他控制方式，實現電動裝置的驅動。
[0010] 優選的，所述電源調制器的額定功率不超過12kw。
[0011] 優選的，所述電源調制器輸出電流的其他控制方式，包括恒定電流強度及分檔恒 定電流強度控制、推拉操縱桿控制以及其他任意人工控制的方式，包括遙控。所述的腳踏鏈 輪，包括傳統以踏行為目的（輪上設齒、通過踏行旋轉并通過鏈條將踏行力傳遞至車輪的 轉動軸上）、僅以控制電源調制器輸出電流強度為目的以及兼有兩者目的的任意設計；力 傳動形式包括鏈條、齒輪、磨擦輪或其他任意形式。
[0012] 優選的，所述轉體6包括車輪5的輪圈、輪轂15以及通過機械構件同軸7分別固 連輪圈/輪轂內緣和車輪轉動軸的環形機械圈；
[0013] 所述車輪5的輪圈具有一個機械圓環；所述輪轂15至少具有兩個機械圓環，若干 機械圓環通過機械構件同軸固連；所述分別固連輪圈/輪轂內緣和輪轂內環形機械圈的機 械構件，包括外置輻條或與輪圈/輪轂一體化設計制造的機械筋條。
[0014] 更優選的，所述的機械構件還包括若干齒輪組合的減速/變矩裝置2 ;減速/變矩 裝置的傳動輸入端與轉體6機械固連，其傳動輸出端與輪圈、輪轂的內緣機械固連；減速/ 變矩裝置獨立設置，或與轉體或輪轂一體化設置。
[0015] 所述轉子單元3b材料的永磁體為常規磁鋼、釹鐵硼等一類帶有固定磁極、并且磁 極方向不因外磁場而改變的物質；所述導磁體為常規磁介質中一類自身不帶磁性、但在外 磁場作用下感應生磁并且磁極方向與外磁場方向相反的物質。
[0016] 所述轉子單元3b設置于轉體6上的安裝位置包括嵌合于轉體的外緣、內緣、轉體 內部或與轉體一體化設計制造，在不影響安裝于轉體的前提下不限形狀；所述轉子單元在 轉體上的間隔設置優選均勻排布。所述永磁體轉子單元在轉體6上同極向設置，包括N/S 兩極連線與轉體6同軸法線10重合/垂直的4種典型組合狀態，以及在4種典型組合狀態 基礎上N/S兩極連線偏轉不超過22度。
[0017] 優選的，所述定子單元3a由至少一組良導線環繞磁介質材料的磁芯而成，其內部 線圈繞組可任意串聯、并聯連接，或通過不同繞組之間引出中間抽頭組成多線外接回路；對 外電連接的方式可以為兩線或多線構成的回路。
[0018] 優選的，所述靠近轉體6設置定子單元3a的固定部位，包括轉體外部的車架、轉體 內與車輪固定軸固連的機械裝置；若干定子單元繞組通電組合的電磁極方向設置，遵循與 轉子單元3b運動相向磁極相反的原則，以其組合電磁場穿過氣隙3d的磁通量獲得最大值 為優選。所述定子單元3a或若干定子單元組合在靠近轉體6固定部位的設置，包括內部繞 組通電形成的電磁極兩極連線12與車輪5的法線10垂直/重合的4種典型狀態，以及包 括偏轉不超過22度角；
[0019] 優選的，所述電動裝置還包括傳感裝置，所述傳感裝置包括若干能感應所述轉子 單元與定子單元相對位置的傳感單元3c ;所述傳感單元與所述電源調制器的傳感信號輸 入端lc電連接；所述電動裝置至少在轉體的內部或外部設置一傳感單元；
[0020] 優選的，所述傳感裝置還包括定子單元的內部繞組，所述內部繞組包括環繞定子 單元磁芯的繞組以及由若干定子單元繞組之間串聯而成的多線外接回路。
[0021] 優選的，所述電動裝置還包括電磁制動裝置％，所述電源調制器1還包括制動信 號輸入端le，其電連接電磁制動裝置；所述電源調制器通過電磁制動裝置獲取用戶的制動 指令并相應輸出時序電流，使電動裝置實現制動。
[0022] 本發明中，所述電源調制器將直流電源轉換為時序電流，使電動裝置中的定子單 元被限定在電源調制器設定的時域周期性地通電和斷電。
[0023] 本發明中，所述含有上述任一電動裝置的電動車包括車架4、電池組8和至少一個 車輪5,所述電動車至少設置一套所述的電動裝置；所述電池組包括一次性使用的一次電 池8a或可重復多次充電使用的二次電池8b，或兩者組合設置；所述的車架任意；所述的車 輪包括單輪轂以及同軸緊湊安裝兩個輪轂的準單輪結構。
[0024] 優選的，所述一次電池8a和二次電池8b兩者組合設置包括電并聯連接。
[0025] 更優選的，所述電動車配置二次電池組8b時加裝電能補充裝置18,所述電能補充 裝置包括材料任意的一次電池8a與控制裝置組合，或為內燃發電機與系統控制裝置組合， 或兩者組合設置；電能補充裝置通過邏輯充電裝置17電連接二次電池組；所述的邏輯充電 裝置獨立設置，或將其部分邏輯功能或全部邏輯功能集成于電源調制器1內。所述的增程 系統包括電能補充裝置和邏輯充電裝置。
[0026] 所述一次電池8a的控制裝置至少包括一次電池啟動裝置；所述內燃發電機包括 內燃機和發電機，所述系統控制裝置至少包括內燃機啟動及停止裝置；所述內燃機的燃料 任意；所述電能補充裝置的組合設置，包括一次電池與控制裝置、內燃發電機與控制裝置各 設置一套以上。所述邏輯充電裝置至少包括充電控制裝置，其設計亦可兼有一次電池的控 制裝置或/和發電機的電路控制裝置的功能。
[0027] 本發明還公開了一種前述電動裝置的驅動方法，該方法由電源調制器通過所述轉 子單元3a和定子單元3b的位置關系輸出時序電流控制電動裝置轉動；
[0028] 所述時序根據轉體旋轉方向而定義，所述時序電流根據定子單元電磁場在轉體上 的有效作用區間結合轉體上的轉子單元個數而設置若干個通斷周期T，每個通斷周期T包 括供電時域和斷電時域；所述供電時域位于φτ/3<φ<φτ相應的時間段，所述φ為轉子單 元繞軸并與軸確定的法線與定子單元和軸所確定法線所形成的動態夾角，所述Φτ為轉子 單元繞軸切線方向與其所受定子單元電磁力作用方向重合狀態所確定的Φ值；所述斷電時 域內電源調制器1不輸出電流。
[0029] 優選的，所述供電時域的電流不限波形、頻率及占空比。
[0030] 優選的，所述通電時域1\內初始的電流、電壓或定子單元的磁通強度由傳感裝置 獲取轉體轉速實時值結合驅動操控裝置9a給出的指令而調整。
[0031] 優選的，所述方法還包括校正步驟；所述校正步驟為將定子單元與轉子單元周期 性隔氣隙相對、處于同一法線的狀態（Ψ為〇)作為基準座標和基準時間，當轉子單元每次 前轉至基準座標時，電源調制器進行一次時間歸〇校準并記錄本次周期時間，通過與上次 轉子單元前轉至基準座標的周期時間比較，從而獲知轉體旋轉周期時間，并控制輸出電流。
[0032] 本發明還公開了所述電動裝置的制動方法，該方法根據所述轉子單元趨近定子單 元、轉子單元和定子單元處同一法線相對（)φ為0)以及處于遠離狀態的至少一個時域中， 通過電磁制動裝置9b使電源調制器輸出時序電流控制電動裝置制動；
[0033] 所述時序根據轉體旋轉方向而定義；所述轉子單元趨近定子單元為〇<φ<φτ/3 狀態的相應時間段，所述Φ為轉子單元繞軸并與軸確定的法線與定子單元和軸所確定法線 所形成的動態夾角，所述Φτ為轉子單元在轉體繞軸切線方向與其所受定子單元電磁力作 用方向重合狀態所確定的Φ值。
[0034] 優選的，所述方法還包括校正步驟，所述校正步驟將Φ為0作為基準座標和基準時 間，通過傳感裝置獲知轉子單元趨近/相對/遠離定子單元的位置狀態。
[0035] 所述電源調制器對電動裝置的驅動通電和制動通電的邏輯關系設置為或。
[0036] 優選的，所述輸出電流控制步驟包括：
[0037] 1)驅動操控裝置9對電源調制器1無輸入指令時，電源調制器休眠；
[0038] 2)驅動操控裝置9給出加速指令時，電源調制器1輸出時序電流；
[0039] 3)當電動裝置轉速或通電頻率達到設定的閾值時，所述的電源調制器斷電。
[0040] 本發明還公開了所述電動車配置二次電池組的一種增程方法，該方法在電動裝置 運行中需要為二次電池組8b持續補充電能，或當二次電池組實時電壓或殘存容量值低于 所設定的閥值時，啟用電能補充裝置18為二次電池組補充電能。
[0041] 本發明針對電動裝置的設計特點，對電源調制器植入數控編程邏輯，使之實現高 效節電。所述電動裝置應用于電動車可使用一次電池、二次電池或兩類電池組合，所述一次 電池包括所有一次性放電的電池和各種燃料電池，例如鋅空氣電池、鋁空氣電池以及氫轉 換電能等可提供一次性電能的裝置；所述二次電池包括所有放電后可反復充電的電池，例 如鋰電池、鉛電池、金屬儲氫電池等。鑒于目前電動車市場所配用二次電池的儲能密度較 低，本發明針對這一技術現狀設計了旨在對二次電池補充電能的增程系統，有效解決電動 車續行里程短的公知主要問題。
[0042] 本發明的優點在于：腳踏控制的電動裝置具有時序供電結合人機工程控制帶來的 節能效果，增程系統可克服電動車續行里程短的主要問題，以此方案進行設計的電動裝置 結構簡單、組合多樣化、成本低，有效適應高端電動車的設計要求。
【附圖說明】
[0043] 圖la是本發明電動裝置機械本體的一種基礎結構示意圖。
[0044] 圖lb是轉子單元設置于電動車的輪圈上的一種結構示意圖。
[0045] 圖lc是轉子單元設置于電動車的輪轂內緣的一種結構示意圖。
[0046] 圖Id是轉子單元設置于車輪內專用轉體的一種結構示意圖。
[0047] 圖2a是永磁體轉子單元在轉體的一種磁極設置示意圖。
[0048] 圖2b是永磁體轉子單元在轉體的另一種磁極設置示意圖。
[0049] 圖2c是導磁體轉子單元在轉體的一種設置示意圖。
[0050] 圖3a是定子單元柱型繞芯設置為與轉體法線垂直的示意圖。
[0051] 圖3b是定子單元柱型繞芯設置為與轉體法線重合的示意圖。
[0052] 圖3c是定子單元凹型繞芯上部正對轉體內緣的結構示意圖。
[0053] 圖4a是轉子單元所受電磁力的方向分解及繞軸形成動態夾角Φ示意圖。
[0054] 圖4b是轉子單元與定子單元處于同軸法線的狀態示意圖。
[0055] 圖5a是電源調制器的基本工作邏輯示意圖。
[0056] 圖5b是一種實現電源調制器的數字技術邏輯的模塊組合示意圖。
[0057] 圖5c是電源調制器增設電磁制動裝置輸入端的工作邏輯示意圖。
[0058] 圖6是電源調制器輸出電流呈周期性通斷的時序示意圖。
[0059] 圖7a是一個定子單元組合8個轉子單元的一種局部結構示意圖。
[0060] 圖7b是轉體逆時針旋轉對應的一種通斷電時域示意圖。
[0061] 圖7c是對應一個定子單元組合8個轉子單元的一種通電邏輯示意圖。
[0062] 圖8a是兩個定子單元組合8個轉子單元的一種局部結構示意圖。
[0063] 圖8b是12個定子單元組合12個轉子單元的一種局部結構示意圖。
[0064] 圖9a是增程系統對二次電池組充電的一種邏輯控制結構示意圖。
[0065] 圖9b是增程系統對二次電池組充電的另一種邏輯控制結構示意圖。
[0066] 圖10是本發明應用于三輪車的一種局部結構不意圖。
[0067] 附圖標識：
[0068] 1、電源調制器；la、電源輸入端；lb、時序電流輸出端；lc、傳感信號輸入端；Id、驅 動信號輸入端；le、制動信號輸入端；2、減速/變矩裝置；3a、定子單元；3b、轉子單元；3c、 傳感單元；3d、氣隙；4、車架；5、車輪；6、轉體；7、輪軸；8、電池組；8b、二次電池組；9a、驅動 操控裝置；％、電磁制動裝置；10、同軸法線；11、車輪切線；12、繞組兩極方向連線；14、間 隔；15、輪轂；16、腳踏鏈輪；17、邏輯充電裝置；18、電能補充裝置；φ、轉子單元繞軸的動態 夾角。
【具體實施方式】
[0069] 下面結合附圖和實施例進一步對本發明進行詳細說明。
[0070] 本發明所述電動裝置的一種電機本體基礎結構如圖la所示，轉體6上轉子單元的 N/S磁極同向排布，與常規技術N/S磁極交替排布的方案不同；所述轉體可以是車輪5的輪 圈，如圖lb所示；或是所述的輪轂，如圖lc所示；也可以是同軸設置于車輪內的環形機械 圈，如圖Id所示。定子單元3a由良導線環繞磁芯而成，所述良導線通常使用銅材或鍍銅金 屬，磁芯使用常規磁介質材料，該類磁介質為本領域技術人員公知的一種在外磁場作用下 可產生更強附加磁場的物質。
[0071] 參見圖2a，轉體6上設置一個永磁體轉子單元3bl，其S極面向轉體內的軸7, 一個 定子單元3a設置在靠近轉體內緣的固定部位，其繞組通電的N極面向轉體，兩者運動相對 的氣隙3d足夠小，則轉子單元趨近通電的定子單元時，會受到定子單元磁作用吸引而使轉 體加速運動；在另一個實施例中，永磁體轉子單元3bl的S極運動相向定子單元，定子單元 繞組通電的N極逆轉體旋轉方向與其相對，兩者磁作用同樣為相吸，如圖2b所示；如果轉體 上設置的是導磁體轉子單元3b2,因其載磁為被定子單元電磁場感應所至，無論定子單元繞 組的通電方向如何設置，兩者磁作用均為相吸，如圖2c所示；該定子單元電磁極與轉子單 元相吸關系設置是本發明所述電動裝置的基礎模型，優選兩種不同基材組合設置，因為永 磁體和導磁體具有主動載磁和被動載磁的兩種不同特性，可根據其不同特性多樣化組合。
[0072] 轉子單元所受電磁力與定子單元電磁場作用于轉體的區間相關，對繞芯為柱狀或 工字形的定子單元，其電磁力線穿越氣隙的最大區間，對應于電磁極兩極連線12與轉體的 相應法線10垂直（與相應切線11平行）的狀態，如圖3a所示；柱狀或工字形繞芯亦可設 置為電磁極的兩極連線與轉體相應法線重合，如圖3b所示，該設置方式通常為多個定子單 元組合排布時選用。對于凹型繞芯，其電磁力對轉子單元的作用區間，位于凹型繞芯上部正 對轉體的兩端范圍內，如圖3c所示。
[0073] 轉子單元在轉體上繞軸運動時，其所受電磁力F可分解為同軸法線10方向匕。與 繞軸切線11方向F n，其中對繞軸有貢獻的是F11;同時，轉子單元和軸所確定的法線與定子 單元和軸所確定的法線形成了一個動態夾角Φ，其繞軸趨近定子單元的切線方向與所受到 電磁力F作用方向重合為一特殊狀態，此時夾角φ為定值Φτ，如圖4a所示；轉子單元所受 電磁力的有效作用區間，位于以φ為〇狀態為基準的±ψτ位置區間內（所述土根據轉體 的旋轉方向而相對定義）。當φ為〇時，Fi。為最大值，為0,此時對轉子單元繞軸無貢獻， 如圖4b所示。FiJPFi。為一對此消彼長的運動變量，其理論強弱變換以φ τ/2為分界點，在 φ>φτ/2的狀態表現為以切向驅動力Fn為主，在φ<φτ/2的狀態表現為以法向制動力F 10 為主。
[0074] 本發明電動裝置的驅動技術方案為：電源調制器對應φτ/3??φ<φτ的狀態時域通 電，其余時域斷電；當設計目標為節電時，優選2φτ/3<φ:??φτ丨!:·個:5φ τ/6<φ<φτ對應的時 域通電；當需要充分利用轉體的轉動慣量時，優選φτ/2<φ<φτ甚至φτ/3 <φ<φτ對應的 時域通電；因 φ<φτ/2的狀態以制動力Fi。為主，在φ<φτ/3狀態通電對驅動已失去優化意 義；所述該驅動電流的通斷時域如圖6所示，其中?\為通電時間，1~2和Τ。均為斷電時間， (Ti+L+T。）構成了時序驅動電流周期Τ。本發明電動裝置的制動技術方案為：電源調制器對 應TjPT。的部分時域或全部時域設置為通電，所述T 2為轉子單元繞軸對應0<φ^φτ/3的 時域，所述Τ。為轉子單元遠離定子單元的時域，同理，因 φ在>φτ/3狀態存在可觀的切向力 Fn，對制動無益。
[0075] 上述根據ζφ狀態的通、斷電控制，可近似變換為相對時間控制，因為電源調制器 通過時序校準容易判知φ從φτ到Φ為〇、即（Ti+ig的時間段，只要設定1\與Τ 2的相對時 間，即等價于對φ相應狀態的通、斷電時域控制；例如控制φ對應φτ至φΤ/2的時域通電， 可簡要設定為在（Ti+ig的時間段起始1/2時域通電，之后1/2時域斷電；同理，當控制φ對 應φτ/3至0的時域通電，可簡要設定為在（T1+T2)的時間段起始2/3時域斷電，之后1/3時 域通電；(Ti+ig是一個與轉體轉速相關的量，以時序周期的相對時間確定φτ的狀態在變 速狀態時會出現偏差，該相對時間偏差由電源調制器對應Φ為〇的狀態給予校準，在下一周 期校正。
[0076] Ζφ為一個關聯定子單元及轉子單元設置方案的磁作用隱變量，通常是運用φ為 〇及Φ為Φτ的顯態位置作為傳感裝置判斷電動裝置內部相對位置的一種依據；Φτ的精確 位置是一個與轉體弧度、氣隙間距、定子單元繞芯形狀及其排布等參數相關的值，有多種理 論模型，具體設計時應經實驗校準。電源調制器相應輸出驅動或制動電流的工作邏輯可由 常規開關控制線路實現，也可采用CPU編程結合功率模塊組電路實現，或采用大規模集成 電路技術制造的專用芯片實現。
[0077] 圖7a是一個定子單元組合8個轉子單元的局部結構示意圖，定子單元在轉體一個 旋轉周期η分別與8個轉子單元發生磁作用，電源調制器對應的理論時序電流劃分為8個 (WT。）周期，圖7b標示了一種設定Τ為π /8、與轉體旋轉方向對應的1\、1~2和Τ。示意 時域，圖7c為其中一個周期T的通電邏輯示意圖。轉子單元并非設置越多越好，其在轉體 上的數目η受限于所受定子單元電磁力有效作用區間相應的空間占位，否則電源調制器對 應輸出的時序電流周期會重置。
[0078] 如圖8a所示，轉體內設置兩個定子單元，轉體上設置8個轉子單元，在轉體旋轉周 期中，電源調制器要為兩個定子單元分別提供8個周期為（Ti+TJT。）的時序電流，這種組合 設置方式一般適用于車輪的輪圈；對于轉子單元設置在輪轂內轉體的設計，可優選8個定 子單元組合10個轉子單元、12個定子單元組合12個轉子單元（如圖8b所示），等等。理 論上當Η個定子單元與η個轉子單元組合設計時，如果電源調制器對Η個定子單元繞組分 立供電，需對應設計η*Η個電流時序，即η*Η個（Ti+TJT。）電流時序，編程將十分復雜；因此 在多個定子單元的實用系統設計中，優選Η個定子單元繞組電串聯組合，或Η個定子單元繞 組分為若干組外接電源調制器；例如12個定子單元的繞組串聯，每4個繞組中間引出抽頭 共三根線對外電連接電源調制器，技術上還可利用該三根線兩兩比較的微分電位的不同， 作為一種判別轉子單元與定子單元相對位置的信號源，替代獨立設置的傳感單元。
[0079] 電源調制器可用常規開關電路設計或脈沖數字技術實現，后者的基礎功能模塊一 般包括電源變換電路、內存貯有工作程序的微處理器和信號輸入輸出電路，能通過傳感單 元3c反饋信號相應地控制驅動模塊輸出的時序電流；電源調制器的基本工作邏輯如圖5a 簡示，圖5b是一種實現數字技術邏輯的模塊組合示意圖。
[0080] 電源調制器的工作邏輯變換指令信號通常是從固連在轉體內部或外部的傳感單 元3C獲得，傳感單元不限于使用磁電感應繞組或霍爾元件，也可使用光電編碼器等，當轉 子單元繞軸周期性運動時，傳感單元可獲得電流（電壓）的變化率反饋給電源調制器，電源 調制器依據其傳感信號相應發出電流時序。根據對傳感單元的工作精度及可靠性要求，傳 感單元可在轉體內部或外部設置一個或若干個，甚至變形為從上述多個定子單元繞組串聯 成多線回路反饋的方式、以及運用定子單元3a雙線環繞的繞組反饋方式獲得工作邏輯變 換指令信號，此時電源調制器的傳感信號輸入端lc相應內置，其響應處理對電源調制器的 工作程序邏輯提出了較高要求。
[0081] 綜上，所述的電源調制器是一個邏輯電源開關系統，時序通電周期/頻率反映了 單位時間內定子單元3a對轉子單元3b的通電作用次數，該時序頻率間接定義了轉體的轉 速及定子單元所需的通電幅值或電磁力（源于電源調制器向定子單元的繞組通電），通電 幅值越大，單位時間內定子單元通電對轉子單元的作用力越大、作用次數越多，其結果是轉 體的轉速越快。電源調制器所輸出電流的時序頻率，與轉體旋轉一個周期隱含的（Ti+TJT。） 時序作用次數、通電平均強度以及轉體的轉速是相互對應的諸物理量關系，當電源調制器 的諸多設定條件進入邏輯工作狀態后，控制了時序通電的頻率也就是控制了電動裝置的轉 速。該人工控制電動裝置的轉速是通過驅動操控裝置9a電連接電源調制器的輸入端Id來 實現。
[0082] 所述驅動操控裝置9a設置為腳踏鏈輪控制電動裝置轉速的方式，是建立在電源 調制器對定子單元繞組的輸出電流/時序頻率與腳踏鏈輪旋轉周期成反比、或曰與腳踏鏈 輪旋轉頻率成正比的方法基礎上。該技術目標可以采用傳統技術實現，例如在腳踏鏈輪旋 轉中周期對應的區域設置一磁電感應裝置，通過周期性獲得的電脈沖信號而使電源調制器 判知騎行者所需要的車速；該技術目標也可以在腳踏鏈輪及其旋轉周期相關的電動車部件 采用光敏、霍爾控制等技術實現。所述電源調制器分檔恒定電流強度即固定電動裝置轉速 的控制方式，可設計為若干檔位，例如1檔為切換腳踏控制電動裝置轉速，2檔、3檔、4檔分 別對應電動車的某設定車速。
[0083] 當電動裝置增設電磁力制動功能時，電源調制器相應增設的制動信號輸入端le 與電磁制動裝置9b電連接，如圖5c所示；電磁制動裝置的功能為可控制電源調制器所輸出 的制動通電強度，制動通電電流越大，電磁制動效果越好。
[0084] 本發明中，轉子單元優選永磁體和導磁體兩種材料組合設置，其優點在于：如果轉 體上僅設置永磁體轉子單元3bl，因其磁極固定，在運動模型中無論磁極方向怎樣排布，均 不能以動態反極形式跟隨定子單元的電磁力作用，對電動裝置的驅動、制動控制效果不如 采用導磁體轉子單元好；如果轉體上僅設置導磁體轉子單元3b2,因其磁極是感應生磁，當 其剛好處于與定子單元隔氣隙處于同一法線7、φ為0時，容易出現堵轉；兩種材料組合設 置可兼有兩者的優點。當轉體上設置有永磁體轉子單元3bl，電源調制器容易通過傳感裝置 判知Φ為0的內部位置狀態，相應發出靜態啟動時序電流；所謂靜態啟動時序電流的一個 簡單例，是電源調制器在設定時間最大值得不到傳感裝置反饋信號的情況下，實時發出與 正常驅動電流方向相反的啟動電流，使轉體上至少一個永磁體轉子單元3bl受到同性磁極 相斥作用而偏離與定子單元隔氣隙處于同一法線、Φ為〇的狀態，避免啟動不暢順。
[0085] 定子單元在轉體內的設置要點，是要使轉子單元在周期性旋轉中與其形成有效發 生磁作用的相對氣隙3d，該氣隙是定子單元向轉子單元傳遞電磁力作用的能量通道，氣隙 越小越有利于磁能量作用傳遞，但氣隙過小易發生機械接觸，設計時需綜合把握材料的剛 性和機械加工精度。圖la、圖lb和圖lc是定子單元設置在轉體內緣的一種示例，定子單元 也可改變為設置在轉體外緣固定部位的結構。
[0086] 當電動裝置的最佳速度/轉矩需要外加機械裝置調整時，可加入減速/變矩裝置 2,通過若干齒輪的組合達到改變機械傳動輸入端的轉速或改變轉矩的技術目標，減速/變 矩裝置的設計方案較多，既可獨立設置，也可以在轉體外部實行一體化整體設計，甚至變形 為與外部旋轉裝置連體設計；但在轉體外部非同軸設置減速/變矩裝置時，通常需配置懸 架、減震彈簧等調整重心，非優選方案。
[0087] 目前市場主流電動車是配置二次電池，由于二次電池的比能量低，鉛電池一般僅 為40VAh/Kg，鋰電池一般為120VAh/Kg，配車的續航里程欠理想；一次電池的優點是自放電 小、比能量高，近期實驗室制作的鋁空氣電池的比能量已達到8000VAh/Kg以上，但這類金 屬電極一次電池普遍伴隨內阻大的缺陷，其比能量雖高但大電流放電能力卻不強，雖然其 未來應用前景被業界看好，但現階段仍難滿足電動車電動裝置對放電性能的需求，較穩健 的技術方案是作為輔助電能使用。
[0088] 本發明所述電動車優選在配置二次電池的技術基礎上，增加設置電能補充裝置18 和邏輯充電裝置17,行業習慣統稱為增程系統；所述邏輯充電裝置的主要功能是監測二次 電池組8b的實時狀態，并在設定的工作邏輯下為二次電池組補充電能，如圖9a所示；所述 二次電池組的實時狀態至少包括實時電壓或殘存容量，例如某電動車的鉛電池組的標稱工 作電壓為48V，其正常工作電壓區間為42. 0V至53. 2V，當設定鉛電池組補充電的電壓閥值 為47V時，只要邏輯充電裝置監測到電池組的實時電壓下降至47V，即啟動電能補充裝置為 二次電池組補充電。所述的邏輯充電監測和直流充電控制的功能，也可以部分或全部移植 至電源調制器實現，圖9b所示的是一種由電源調制器監測二次電池組實時電壓并控制充 電邏輯、直流充電功能由邏輯充電裝置完成的基礎結構示意圖。所述增程系統的電能補充 裝置，可以為材料任意的一次電池與直流充電控制裝置組合而成，例如采用鋁空氣電池。 [0089] 電能補充裝置也可以為燃料箱、內燃機、發電機和整流裝置組合而成，該類裝置組 合均為相對成熟技術，所述的燃料包括但不限于甲醇、乙醇、汽油、柴油、天燃氣、氣態或液 態氫等；業內公知，內燃機的一個重要特點是在低速或變速時的狀態燃燒不充分，但在定速 尤其是高速的恒功率狀態下工況一般都較理想，由于本發明電動車的增程系統功能僅是為 二次電池組補充電能，內燃機可設置在恒功率工況，即使電能補充裝置的電能來源是采用 內燃機燃料，燃燒排放也十分低。
[0090] 所述增程系統的兩類電能補充裝置，在電動車設計可組合并用。
[0091] 本說明書所述的優選例僅為推薦，若干技術方案可部分使用，也可加入或組合并 用其他成熟技術。只要根據電動裝置的磁流能量特點，通過對電源調制器設計可精確控制 的時序電流，即可實現本發明方案的基本技術目標。
[0092] 對電動車以及電動機技術較深入了解的專業人士，都不難在本發明所述的方案基 礎上，舉一反三地變形實施本
【發明內容】
。本發明所述電動裝置的基礎結構、電源調制器的電 流時序控制方法、電能補充方案及其衍生的技術變形實施，均應被列入本發明的保護范圍。
[0093] 實施例1、
[0094] -種電動裝置及含有該裝置的兩輪車，配套車架4的局部結構如圖lc所示，車輪 周長為1000mm，電池組8b選用24V12Ah磷酸鐵鋰電池安裝在車架內部。電動裝置的轉體采 用一個具有轉動軸、周長為1〇〇_的雙環形鈦錯合金輪轂15,配置在后輪，輪轂內同軸7套 裝一個帶固定軸的圓盤，該圓盤的固定軸外部機械參數參照配套兩輪車的數據設計，并用 于取代常規兩輪車的固定輪軸而安裝，在圓盤上安裝一個定子單元3a ;輪轂內緣設置8個 材料為釹鐵硼的轉子單元。
[0095] 轉子單元加工成長度為2_的帶弧形的盒狀小單元，寬度和厚度在不影響安裝的 情況下取最大值，8個轉子單元間隔平均設置，其S極全部面向車輪5前行的旋轉方向；定 子單元3a的繞芯選擇凹形鐵磁體，繞組由一根直徑0. 60mm的銅線環繞凹形磁芯45圈而 成，安裝要點：將定子單元安裝在圓盤上靠近轉體內緣4mm的部位，外加螺絲固定，凹形繞 芯的弧形對應轉體圓弧而安裝，上部正對轉體內緣（如圖3c所示），繞芯兩端對應轉體占位 32度機械角。
[0096] 設定電動裝置配車最大時速20km/h即5. 6m/s (5. 6轉/s)，計取車輪相應的旋轉 周期時間為180ms ;因定子單元對應車輪一個旋轉周期與8個轉子單元發生電磁作用，電源 調制器對電動裝置供電的（Ti+TJT。）時序周期最小值T為180ms/8即22. 5ms ;電源調制器 1最大過載功率450W，設定供電時序T1: (T 2+T。）為1 :6 ;在額定電壓24V時測得最大車速的 電流強度為12Α，該電流強度是一個根據整車重量、駕駛員額固定重結合電動裝置設計并經 實驗校準的值。電源調制器的電源輸入端la電連接電池組8的正負極，時序驅動電流輸出 端lb電連接定子單元的線圈繞組，傳感信號輸入端lc電連接傳感單元3c，驅動信號輸入端 Id電連接驅動操控裝置9a，定子單元內部繞組的通電方向，設置為繞芯N極逆車輪5旋轉 方向。傳感單元3c選用常規磁電感應繞組，將其固連在靠近轉體內緣的部位。
[0097] 驅動操控裝置9a設置為腳踏鏈輪16旋轉周期/頻率控制電源調制器輸出的電流 強度、從而達到控制電動裝置轉速的方式；在靠近腳踏鏈輪的外緣安裝一塊永磁體，該永磁 體伴隨腳踏鏈輪旋轉，在車架4與該永磁體周期相對的固定部位設置一磁電感應裝置，通 過磁電感應裝置周期性獲得的電脈沖信號而使電源調制器判知騎行者所需要的車速；通過 對電源調制器的邏輯設計，使腳踏鏈輪每旋轉一周對應車輪旋轉兩周，即腳踏鏈輪旋轉越 快，電源調制器輸出的電流強度越大，車速越快。電動兩輪車常規使用的照明燈、轉彎/制 動信號燈、音鳴等通斷電操控的控制單元，均采用市購產品配套。
[0098] 電源調制器采用脈沖數字技術實現，其核心模塊包括常規CPU和一個設計功率 450W的驅動模塊，其工作邏輯如圖5b所示，脈沖頻率50KHz，其中脈沖變換調理電路主要是 完成將脈沖信號轉換為階梯波信號，脈沖信號發生器主要產生所需的脈沖信號，其次經微 分電路輸出尖峰脈沖，然后經過限幅電路將尖峰脈沖的負半周濾除，剩下正半軸尖峰脈沖， 用集成運放組成的積分電路進行積分累加，加上電壓比較器和控制電路組成了完整的階梯 脈沖信號，對電路的各個元件進行參數調整，從而得到滿足工作邏輯要求的階梯波信號。
[0099] 電源調制器設定的工作邏輯為：以定子單元3a與轉子單元3b周期性隔氣隙3d 相對、處于同一法線10 ( Φ為〇)的狀態記為基準座標和基準時間，當人力助動或驅動操控 裝置9a給出驅動信號、并且傳感單元3c感知轉子單元3b繞軸前轉至φ達到φτ位置（約 16度角，對應轉子單元進入凹形繞芯兩端范圍內隔氣隙相對的初始時刻，精細值以實驗為 準）的時刻，電源調制器啟動輸出?\電流為8Α、Τ占（Τ 2+Τ。）比值為1 :6的通、斷電時序； 當轉子單元每次繞軸至基準座標時，電源調制器進行一次時間歸0校準并記錄本次周期時 間，通過與轉子單元上次繞至基準座標的周期時間比較，獲知本次周期時間的實時值，并根 據實時狀態對下一步工作邏輯進行判定：如果驅動操控裝置9a無信號輸入指令（不踏行 腳踏鏈輪16)，電源調制器休眠；如果驅動操控裝置給出的信號指令是加速（踏行腳踏鏈輪 16)，則電源調制器在下一周期對應φ為φ τ·位置的時刻，繼續執行1\與（T2+T。）比值為1 :6 的通、斷電時序，實時通電的平均強度通過腳踏鏈輪的踏行旋轉速度由驅動操控裝置給出； 如果驅動操控裝置維持在電源調制器輸出電流接近12A的狀態，上述設定的邏輯狀態將使 電源調制器的時序通電頻率越來越高，對應車輪每周期中定子單元3a對轉子單元3b的電 磁力作用次數越來越多，車速越來越快；當時序通電頻率高于所設定的1/2. 25ms (對應轉 體轉速56轉/s)或電源調制器輸出電流連續4s維持在12A的狀態時，電源調制器1無條 件斷電而達到自動限速的設計目標。
[0100] 本實施例所述的電動裝置可相應安裝在兩輪車和三輪車的前輪以及單輪車上；可 每個車輪安裝一套電動裝置，也可對應一個車輪安裝多套電動裝置。
[0101] 本實施例所述電動裝置涵蓋狹義的電機本體和電動裝置系統，以下述例相同。
[0102] 實施例2、
[0103] 將實施例1所述輪轂15內緣設置8個轉子單元的材料，變換為4個釹鐵硼、4個常 規導磁體，釹鐵硼轉子單元與導磁體轉子單元一一相間平均設置。
[0104] 電源調制器采用的脈沖數字技術方案和實施例1類同，工作邏輯調整為：當對定 子單元繞組啟動通電時，在4s內以6A為基準、對應車輪旋轉周期在每下一個周期自動加大 10%輸出強度的電流時序，從第5s起始等待驅動操控裝置的下一步工作指令：如果驅動操 控裝置9a無輸入指令，電源調制器1休眠；如果驅動操控裝置給出的指令是加速，則電源調 制器在下一周期啟動通電的時刻，執行!\與（T 2+T。）比值為1 :6的電流時序，實時通電的平 均強度由驅動操控裝置9a給出。
[0105] 所述釹鐵硼轉子單元與導磁體轉子單元一一相間設置的方案，亦可以更改為所述 釹鐵硼轉子單元與導磁體轉子單元兩兩相間設置。前述通過磁電感應裝置獲得周期性電脈 沖信號的技術方案目標，也可以改用光敏控制技術來系統實現。
[0106] 實施例3、
[0107] 將實施例1所述電動裝置的輪轂15更改為一個具有轉動軸、周長為100mm的單環 形鈦鋁合金圈形式的轉體6,轉體內同軸7套裝一個帶固定軸的圓盤，該圓盤的固定軸外部 機械參數同樣參照配套兩輪車的數據設計，并用于取代常規兩輪車的固定輪軸而安裝，在 圓盤上安裝一個定子單元3a ;轉體外部設置有一個由若干齒輪組合而成的減速/變矩裝置 2,其與轉體同軸心安裝，減速比為10 :1 ;減速/變矩裝置的外部設置有若干機械孔，若干輻 條的一端穿孔固定，另一端固連輪轂（輪圈）內緣，使電動裝置實現對車輪5的傳動，如圖 Id所示。
[0108] 電動裝置配車最大時速20km/h即5. 6m/s(5. 6轉/s)，計取車輪相應的旋轉周期時 間為180ms ;電動裝置的轉體6經過減速/變矩裝置2對應的限速值為56轉/s，相應的旋 轉周期時間18ms，即電源調制器對電動裝置供電的（Ti+L+T。）時序周期最小值T為18ms， 電源調制器供電的（WT。）時序周期最小值T為18/8即2. 25ms，設定時序T1: (T 2+T。）同 為1 :6,其余與實施例1類同。
[0109] 實施例4、
[0110] 對實施例1的電動裝置增設電磁力制動功能。
[0111] 電動車的電磁制動裝置％為一個十級變阻器，電源調制器相應增加制動信號輸 入端le電連接電磁制動裝置；當人工控制電磁制動裝置發出制動信號時，電源調制器切斷 !\對應時序的電流，啟動1~ 2時域供電，供電時域設定為傳感單元3c感知轉子單元3b繞軸 至繞軸至Φ為4度到Φ為0位置的時間段。
[0112] 電源調制器所輸出的制動電流，對應電磁制動裝置9b的十級阻檔設置為十級強 度，設定輸出的電流強度為：首級5A、末級16A，十級電流平均設置。
[0113] 前述在轉體外部設置減速/變矩裝置2可以剝離電動裝置設計，因限速對應的車 輪旋轉周期時間為180ms，電源調制器對電動裝置供電的（Ti+TJT。）時序周期最小值T相應 改變為180ms/8即22. 5ms，供電時序T1: (T2+T。）為1 :6不變。
[0114] 實施例5、
[0115] 將實施例4電動裝置的制動邏輯進一步優化為：電源調制器啟動Τ2時域通電的同 時，將Τ。部分時域的工作邏輯同步變換為通電，該Τ。部分時域的數值與（T i+T2)相等，Τ。通 電啟動時刻以Φ為0開始計時；電源調制器在該T。部分時域所輸出的電流強度與T 2時域 相同。本實施例對定子單元繞組的制動通電增加了轉子單元和定子單元處于遠離狀態的時 域，加強了制動效果，該制動通電時域也可以對應周期時序T簡要設定為：在（Ti+TJT。）時 序中，起始3/8時域斷電，之后5/8時域誦電。
[0116] 本實施例可進一步加裝增程系統，以甲醇發電機系統為電能補充裝置18,發電機 系統由甲醇燃料箱、甲醇內燃機、發電機和整流裝置組合而成；增程系統的邏輯充電裝置 17主要由電池組實時電壓監測模塊、恒電壓限定電流充電模塊和工作邏輯控制模塊等功能 模塊所組成，工作邏輯為：當監測到電池組的實時電壓下降至23V時，自動啟動甲醇發電機 系統為磷酸鐵鋰電池組8b補充電能，其充電工作方式為恒定電壓28. 2V限制最大電流4A， 當充電電流小于〇. 5A時自動停止充電。
[0117] 實施例6、
[0118] 在實施例1的基礎上，每套電動機械裝置內的定子單元3a增設為兩個，合金轉體 以一體化成型工藝在內部嵌合8個間隔平均設置的永磁體轉子單元3b，8個轉子單元的S 極全部正對轉體的軸。兩個定子單元的繞芯改為圓柱形，繞組匝數同為60圈，安裝時圓柱 形繞芯兩端與轉體相應的法線10垂直，如圖3a所示；兩個定子單元安裝在轉體6內部法線 平面的中心、靠近轉體內緣5_的固定部位，技術要求與旋轉方向毗鄰轉子單元3b的機械 間距相同，兩個定子單元的繞組電串聯連接，在轉體旋轉周期中共同與其均勻分布的8個 轉子單元發生電磁力作用。
[0119] 本實施例中，驅動供電時域定義φ從_印1·至φ::為φτ/3位置相應的時間段，制動供電 時域定義為Φ從Φτ/3至9為0相應的時間段。兩個定子單元的機械布局，也可以改為在轉 體內部兩側對稱的固定部位安裝，繞組電串聯連接且電磁極方向相同。
[0120] 實施例7、
[0121] 設計一種通用型的的電動裝置，電動裝置的轉體6通過減速/變矩裝置2與車輪 的輪轂內緣固連；在轉體內部設置12個與固定軸固連的定子單元3a，定子單元繞芯為圓柱 形，繞組匝數55圈，安裝時圓柱形繞芯兩端連線12與轉體相應的法線10重合，如圖3b所 示，并且在靠近轉體內緣5_的環形部位間隔均勻分布；鈦鋁合金轉體6以一體化成型工藝 在內部嵌合12個間隔平均設置的永磁體轉子單元3b，如圖8b所示，12個轉子單元的N極 全部正對轉體的軸7。
[0122] 12個定子單元的繞組電串聯連接，每4個定子單元的繞組中間引出抽頭，對外形 成3根線組成電外接回路（類似于傳統電動機內部繞組的△形接法），在轉體旋轉周期中 與其均勻分布的12個轉子單元發生電磁力作用；電源調制器的電連接方式對應設計為三 線回路，其相應輸出的時序脈沖電流在三線構成的各個回路中平均分配；電源調制器對定 子單元繞組的通電方向設置為繞芯S極逆轉體旋轉方向；本實施例可以進一步利用定子單 元3a繞組外接兩相反饋的兩兩比較微分電位差，作為定子單元與轉子單元內部位置判別 的信號源，替代獨立設置的傳感單元。
[0123] 減速/變矩裝置2可以根據不同用途而設計減速比，電動裝置的驅動、制動控制方 式與前述定子單元設置于轉體內部的方法類同，驅動供電時域定義Φ從Φ_Γ至Φ為3φ τ/4位 置相應的時間段，制動供電時域定義為Φ從φτ/4至φ為0相應的時間段。
[0124] 本實施例磁電感應裝置9a通過腳踏鏈輪獲得周期性電脈沖信號的技術方案，采 用業內公知的霍爾控制技術來系統實現。
[0125] 實施例8、
[0126] 將實施例7所述的電動裝置安裝在電動三輪車的兩個后輪，腳踏鏈輪與前輪固定 軸上的齒輪鏈接，電池組選用48V100Ah鉛酸膠體電池8b。
[0127] 本實施例所述三輪車加裝增程系統，如圖10所示，電能補充裝置18選用 48V1000Ah鋁空氣一次電池系統；電能補充裝置的工作方式設置為三輪車啟動時同步工 作，并在電動裝置運行中對電池組浮充電，邏輯充電裝置17設計為恒定電壓54V、限定最大 充電電流20A的工作方式；本實施例因兩個后輪在轉彎行駛時存在差速，設置限速并對電 源調制器內置差速程序，使轉彎行駛更穩定。
[0128] 實施例9、
[0129] 將實施例8所述三輪車改為雙增程系統。所述雙增程系統是在實施例8基礎上增 加一套內燃發電機系統（包括燃料箱、內燃機、發電機和整流裝置及其控制系統）；雙增程 系統的邏輯充電裝置17的功能模塊包括充電模塊和控制模塊，充電模塊設置有兩路輸入 端，分別電連接鋁空氣電池系統的電能輸出端和內燃發電機系統的電能輸出端；邏輯充電 裝置17的充電模塊輸出端電連接鉛酸膠體電池的正負極，其工作啟動由邏輯充電裝置的 控制模塊通過電連接電源調制器1實現邏輯控制。
[0130] 邏輯充電裝置通過電源調制器1的編程控制，實現對鉛酸膠體電池的實時電壓/ 殘存容量的監測和充電控制功能；雙增程系統為鉛酸膠體電池補充電能時，優先啟用內燃 發電機系統，當內燃發電機系統不能工作時繼續啟用鋁空氣電池系統。內燃發電機系統使 用的燃料任意。
[0131] 實施例10、
[0132] 在實施例1凹形繞芯上部正對轉體的內緣的設計基礎上，將凹形繞芯的上部逆轉 體旋轉方向偏轉5度角，轉子單元3b順轉體旋轉方向偏轉5度角，其余與實施例1類同。本 實施例因定子單元3a內部繞組通電后形成電磁場的偏轉角，更符合轉子單元繞軸與定子 單元周期性相吸的動態模型，效果比實施例1要好。
[0133] 此外還可將實施例1的定子單元改變為雙線環繞磁芯，其中一個回路由一根直徑 0.60mm的銅線環繞凹形磁芯45圈而成，用于動力供電，電連接電源調制器1 ;另一個回路由 一根直徑〇. 20mm的銅線環繞凹形磁芯15圈而成，用作替代獨立設置的傳感單元3b，作為轉 子單元3b伴隨轉體旋轉位置的判別信號源。
[0134] 實施例11、
[0135] -種準單輪結構電動車用的電動裝置，電動裝置內部結構與實施例6類同；所述 準單輪結構是同軸緊湊安裝兩個輪轂，電動裝置的電機本體部分設在兩個輪轂之間的軸 上；轉體6外部設置兩個與其同軸的減速/變矩裝置2,減速比為12 :1 ;每個減速/變矩裝 置的外部設置有若干傳力筋務，其一端通過機械裝置與減速/變矩裝置2的外部固連，另一 端固連車輪的輪圈，使電動裝置實現對準單輪的機械傳動。
[0136] 本實施例中，驅動供電時域定義為φ從Φτ至φ為4φτ/5位置相應的時間段，制動 供電時域定義為Φ從Φτ/5至φ為〇相應的時間段，驅動操控裝置9a設置為遙控。
[0137] 本實施例所述的結構可在一個輪以上的電動車實施，使電動行駛效果更穩定。
[0138] 實施例12、
[0139] 一種把轉子單元設置在車輪5的輪圈上的電動自行車。
[0140] 該車為前后兩輪結構，選用如圖lb所示的輕便型車架4,選用周長為1000mm的車 輪5,電動裝置設計為8個轉子單元3b與一個定子單元3a的組合，設置在后輪，電池組8選 用18V12Ah鋅鎳電池。
[0141] 轉子單元選擇優質永磁鋼，加工成長度25_的盒型小單元，寬度在不影響輪圈外 橡膠輪的情況下取最大值，緊密安裝在鈦鋁合金材料制成的輪圈的外緣；定子單元繞芯選 擇凹形鐵磁體，繞芯下部加工成與輪圈對應的圓弧形，線圈繞組由一根直徑〇.50mm的銅線 環繞凹形磁芯38圈而成，安裝要點：通過外加螺絲將定子單元固連在靠近輪圈內緣的車架 4部位，凹形繞芯上部正對車輪5的輪圈內緣（如圖3c所示），與輪圈內緣形成8mm的間隔， 兩端對應同軸輪圈占位35度角。
[0142] 本實施例設定的最大時速20km/h即5. 6m/s，計取限速對應的車輪5旋轉周期時 間為180ms，即（Ti+TJT。）時序周期最小值為180ms，因定子單元對應車輪一個旋轉周期與8 個轉子單元發生電磁作用，電源調制器對電動裝置供電的（Ti+TJT。）時序周期最小值T為 180ms/8即22. 5ms ;電源調制器1采用脈沖數字技術實現，最大過載功率350W，設定時序T1: (Τ2+Τ。）為1 :5 ;電源調制器對應最大時速輸出的電流強度在額定電壓24V時為9Α。
[0143] 驅動操控裝置9a的設置方式及其與電源調制器的電連接方法與驅動控制邏輯與 實施例1類同，本實施例將傳感單元3c設置在前輪的車架4上，在前輪周期面對傳感單元 的環形區域任意部位，專門設置一塊永磁體，使傳感單元的感應繞組伴隨車輪旋轉而周期 性獲得傳感信號。
[0144] 以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，盡管參照實施例對本發明進 行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，對本發明的技術方案進行修改或者等同 替換，都不脫離本發明技術方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。
【主權項】
1. 一種腳踏控制的電動裝置，其特征在于，所述電動裝置包括電源調制器（I)、驅動操 控裝置巧a)、定子單元（3a)、轉子單元（3b)、轉體（6)和腳踏鏈輪（16);所述轉體為一個 具有轉動軸的環形機械圈，其上間隔設置至少2個轉子單元（3b);所述轉子單元的材料包 括永磁體或導磁體，或兩者組合設置；當轉體（6)上含有多個永磁體轉子單元（3bl)時，永 磁體轉子單元環繞轉體設置的磁極方向相同；所述定子單元（3a)至少設置一個在靠近轉 體的固定部位，其與轉子單元形成的周期性相對氣隙（3d)不大于80mm;所述驅動操控裝置 巧a)設置在與腳踏鏈輪（16)周期對應的固定部位，或與腳踏鏈輪一體化設計制造； 所述電源調制器（1)包括電源輸入端（Ia)、時序電流輸出端（化）和驅動信號輸入端 (Id),電源輸入端電連接電池組（8)的正負極，時序電流輸出端電連接定子單元的內部繞 組，驅動信號輸入端電連接驅動操控裝置巧a);所述電源調制器對定子單元（3a)內部繞組 供電使定子單元形成的電磁極方向，設置為與所述永磁體轉子單元（3bl)運動相向的磁極 相反；所述驅動操控裝置通過用戶對腳踏鏈輪（16)的旋轉周期/頻率獲取指令并使電源調 制器相應輸出時序電流，或組合電源調制器輸出電流的其他控制方式，實現電動裝置的驅 動。2. 根據權利要求1所述的電動裝置，其特征在于，所述轉體（6)包括車輪巧）的輪圈、 輪穀（15) W及通過機械構件同軸（7)分別固連輪圈/輪穀內緣和車輪轉動軸的環形機械 圈。3. 根據權利要求2所述的電動裝置，其特征在于，所述的機械構件包括若干齒輪組合 的減速/變矩裝置（2);減速/變矩裝置的傳動輸入端與轉體（6)機械固連，其傳動輸出端 與輪圈、輪穀的內緣機械固連；減速/變矩裝置獨立設置，或與轉體或輪穀一體化設置。4. 根據權利要求1所述的電動裝置，其特征在于，所述定子單元（3a)由至少一組良導 線環繞磁介質材料的磁芯而成，其若干個組合得到的繞組之間通過串聯或并聯連接，或通 過不同繞組之間引出中間抽頭組成多線外接回路。5. 根據權利要求1所述的電動裝置，其特征在于，所述電動裝置還包括傳感裝置，所述 傳感裝置包括若干能感應所述轉子單元（3b)與定子單元（3a)相對位置的傳感單元（3c); 所述傳感單元與所述電源調制器的傳感信號輸入端（Ic)電連接；所述電動裝置至少在轉 體的內部或外部設置一傳感單元。6. 根據權利要求5所述的電動裝置，其特征在于，所述傳感裝置還包括定子單元（3a) 的內部繞組，所述內部繞組包括環繞定子單元磁芯的繞組W及由若干定子單元繞組之間串 聯而成的多線外接回路。7. 根據權利要求1所述的電動裝置，其特征在于，所述電動裝置還包括電磁制動裝置 (9b)，所述電源調制器（1)還包括制動信號輸入端（Ie),其電連接所述的電磁制動裝置；所 述電源調制器通過電磁制動裝置獲取用戶的制動指令并相應輸出時序電流，使電動裝置實 現制動。8. -種電動車，其特征在于，其至少設置一套含有如權利要求1~7任一項所述的電動 裝置，所述電動車包括車架（4)、電池組（8)和至少一個車輪巧）；所述電池組包括一次性使 用的一次電池（8a)或可重復多次充電使用的二次電池（8b)，或兩者組合設置。9. 根據權利要求8所述的電動車，其特征在于，所述電動車配置二次電池組（8b)時加 裝電能補充裝置（18)，所述電能補充裝置包括材料任意的一次電池（8a)與控制裝置組合， 或為內燃發電機與系統控制裝置組合，或兩者組合設置；電能補充裝置通過邏輯充電裝置 (17)電連接二次電池組。10. 基于權利要求1~7任一電動裝置的驅動方法，該方法由電源調制器通過所述轉子 單元（3a)和定子單元（3b)的位置關系輸出時序電流控制電動裝置轉動； 所述時序根據轉體旋轉方向而定義，所述時序電流根據定子單元電磁場在轉體上的有 效作用區間結合轉體上的轉子單元個數而設置若干個通斷周期T，每個通斷周期包括供電 時域和斷電時域；所述供電時域位于cPt/3 -(|) < (Pt相應的時間段，所述來為轉子單元繞軸 并與軸確定的法線與定子單元和軸所確定法線所形成的動態夾角，所述Vi為轉子單元繞 軸切線方向與其所受電磁力作用方向重合所確定的巧值； 所述斷電時域內電源調制器（1)不輸出電流。11. 根據權利要求10所述的方法，其特征在于，所述通電時域內初始的電流、電壓或定 子單元（3a)的磁通強度由傳感裝置獲取轉體轉速實時值結合驅動操控裝置巧a)給出的指 令而調整。12. 根據權利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法還包括校正步驟；所述校正步 驟為將轉子單元和定子單元處同軸法線相對、為0的狀態作為基準座標和基準時間，當 轉子單元每次前轉至基準座標時，電源調制器（1)進行一次時間歸0校準并記錄本次周期 時間，通過與上次轉子單元前轉至基準座標的周期時間比較，從而獲知轉體的旋轉周期時 間，并控制輸出電流。13. 基于權利要求1~7任一電動裝置的制動方法，該方法在所述轉子單元趨近定子單 元、轉子單元和定子單元處同軸法線相對W及轉子單元和定子單元處于遠離狀態的至少一 個時域中，輸出時序電流控制電動裝置制動； 所述轉子單元趨近定子單元為0《cP《cPt/3狀態的相應時間段，所述CP為轉子單元繞 軸并與軸確定的法線與定子單元和軸所確定法線所形成的動態夾角，所述中T為轉子單元 繞軸切線方向與其所受電磁力作用方向重合所確定的9值。14. 基于權利要求8或9所述電動車的增程方法，該方法在電動裝置運行中需要為二次 電池組（8b)持續補充電能，或當二次電池組的實時電壓或殘存容量值低于所設定的閥值 時，啟用電能補充裝置（18)為二次電池組補充電能。
【文檔編號】H02K29/06GK105990981SQ201510061040
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年2月5日
【發明人】劉粵榮, 劉通
【申請人】劉粵榮