一种轻型电动车及其驱动、制动方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电动车的领域，特别涉及一种轻型电动车及其驱动、制动方法。
【背景技术】
[0002] 电动车源于传统脚踏两轮车和脚踏Η轮车加装电源系统助力的需求，目前市场已 发展为一种纯由电池驱动的行驶工具，据行业披露的数据，我国电动两轮车市场保有量已 达到1. 5亿辆W上，2013年电动Η轮车产量逾1000万台。
[0003] 电动车所配用的电动机也随着市场的发展，从通用型向专业设计方向发展，新一 代专用电机均具有体积小重量轻的优点，其配备的电源控制器也力图运用开关电路，尤其 是通过脉冲调制技术降低电机工作过程的无功损耗。电动车动力技术目前的发展主要有两 个方向，一是改进电动机专业制造技术，二是改善电动机节能控制，但送两个方向在技术发 展思路上都受到了较大局限，例如；
[0004] 1)电机；两轮车主流配用的是轮穀式电机，而Η轮车和区域用低速四轮车主流配 用的主要还是传统轴输出形式的电机，市场普遍认为轮穀式电机技术已发展成熟，行业通 常使用的电机结构原理大多属于通用型，主要竞争集中在材料和人力成本的控制，较少关 注电机变形技术开发带来的应用效能提升。
[000引。电机控制；市场近年的技术发展，己普遍应用PWQ技术来控制电机的转速，即 占空比可变的脉冲波形，通过其对半导体电力器件的导通和关断进行控制，使输出端得到 一系列幅值相同而宽度不相同的脉冲，用送些脉冲来代替正弦波或其他所需的交替电流波 形。根据其特性，按一定的规则对个脉冲的宽度进行调制，即可改变电路输出电压或输出频 率的大小，达到控制电机转速的目的。
[0006] 主流技术对于电机控制的基本思路，通常是建立在电动机内部电磁力相互作用模 型、绕组结构不改变的基础上，主流研发集中在传统"倒相"所伴随电流相位、电机内部旋转 相角带来的相角位控制思想范畴，技术开发进展不尽人意。
[0007] 在电动单轮和电动两轮车领域，国内外同行近年来均试图开发在轮沿设置原动机 构，送一思想方法古来有之，例如中国古代已普遍使用的水车，其工作原理并非在水车的轮 轴设置旋转动力机，而是沿水车轮页的切线方向在合适的时间给予一杯水（一份势能），该 杯水的下落势能转变成水车环绕轴必旋转的动力。但是，当送一水车模型被平移到电动车 领域开发时，并未获得预期的成功。例如市场上有一种沿轮沿设置电动装置的电动两轮车， 其方法是在车圈外缘设齿并安装输出轴带齿的电动机对接，通过齿轮传递电动机的轴输出 动力，送类设计虽有新意，但由于采用传统设计的电动机和常规方式的动力供电，其电能转 换效率与轮穀式电机类同，并且在车圈外缘设置送种电动装置会受到电动机功率的限制。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的，在于克服现有电动车所配用单元式电动机、W及供电方式局限于 逆变电流方向和相角位控制的设计缺陷，提供一种有别于传统设计的电动装置，同时通过 电源调制器将直流电源改变为时序供电方式的设计方案，无需通过齿轮变速传动链条传递 电动机扭矩，结构简单，转矩大，工艺容易实现，满足各类轻型电动车尤其是电动、脚踏两用 轻型车的技术设计需求。
[0009] 本发明提供的一种轻型电动车，所述电动车包括电源调制器1、驱动操控装置9a、 车架4和至少一个车轮5 ;所述的电动车至少一个车轮配套设置电动装置3 ;所述电动装置 包括至少一个定子单元3a和至少一个转子单元3b ;所述定子单元安装在靠近车圈6的车 架4上；所述转子单元设置于车圈上，其由非永磁体的导磁介质固体或软体成形材料制成， 且伴随车轮旋转，其与定子单元形成的周期性相对气隙3d不大于80mm ;
[0010] 所述电动车的电源调制器包括电源输入端la、驱动信号输入端Id和时序电流输 出端化，所述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3a的 内部绕组，驱动信号输入端电连接驱动操控装置9a ;所述电源调制器通过驱动操控装置获 取用户的指令，并对定子单元的内部绕组输出时序电流。
[0011] 优选的，本发明中的电源调制器的额定功率不大于6KW。
[0012] 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，所述定子单元 3a在车架4上组合排布得到的绕组之间通过串联或并联连接，或通过不同绕组之间引出中 间抽头组成多线外接回路。
[0013] 优选的，定子单元3a内部绕组通电形成电磁极的两极连线12与同轴7车轮5的 法线10垂直（与相应切线11平行），包括或偏转不超过25度角；或设置为电磁极的两极 连线12与车轮同轴法线10重合，包括偏转不超过25度角；
[0014] 优选的，若干所述定子单元在靠近车圈6内缘或外缘的车架部位组合排布；
[0015] 优选的，若干所述定子单元3a在车圈6两侧的车架4部位对称安装。
[0016] 所述转子单元设置于车圈上的安装位置包括转子单元嵌合在车圈外缘、内缘或内 部W及与车圈实行一体化设计制造，在不影响安装于车圈6的前提下不限形状；若干个转 子单元在车圈安装时相间设置，优选均匀排布。
[0017] 优选的，所述电动车还包括传感装置，所述传感装置包括若干能感应所述转子单 元3b与定子单元3a相对位置的传感单元3c ;所述传感单元3c与所述电源调制器的传感 信号输入端Ic电连接；所述电动车至少在车架4上的前轮或后轮、车轮5的内缘或外缘设 置一传感单兀3c。
[0018] 更优选的，所述传感装置包括定子单元3a的内部绕组，所述内部绕组包括环绕定 子单元磁芯的绕组W及由若干定子单元绕组之间串联而成的多线外接回路；传感装置通过 对内部绕组反馈的微分电流比较，获得反映转子单元3b与定子单元3a相对位置的传感输 入信号，并用于确定所述车轮的旋转周期。
[0019] 优选的，所述电动车还包括电磁刹车装置％，所述电源调制器还包括制动信号输 入端le，其电连接电磁刹车装置％，电磁刹车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3a的内部绕组输出电流；当本发明电动车需运用电动装置增加电磁力 刹车功能时，所述定子单元相应设置于车圈6的内部。
[0020] 所述的驱动操控装置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3a被限定在电源调制器设定的时域周期性地通电和断电。
[0022] 本发明所述电动车包括一个轮或多个轮的电动车W及电动、脚踏两用车；所述设 置电动装置的车轮，包括单轮W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车的驱动方法，该方法根据所述转子单元3a和所 述定子单元3b的位置关系通过电源调制器1输出时序驱动电流控制车轮转动；
[0024] 所述时序根据车轮旋转方向而定义，所述时序电流根据定子单元电磁场在车 圈上的有效作用区间结合车圈上的转子单元个数而设置若干个通断周期T，所述通断周 期包括供电时域和断电时域；所述的供电时域，位于转子单元在车圈上趋近定子单元时 φτ/6<φ^φτ的相应时域，所述φ为转子单元绕轴并与轴确定的法线与定子单元和轴所确定 法线所形成的动态夹角，所述φτ为转子单元在车圈绕轴切线方向与其隔气隙所受定子单 元电磁力作用方向相同状态所确定的Φ值；所述断电时域内电源调制器1不输出电流；
[0025] 本发明中，通电时域Τι及其子时域内的电流波形、频率W及占空比不限。
[0026] 优选的，所述的电源调制器在供电时域内至少包括两段电流幅值不同的子时域并 按时序呈电流依次变小，供电时域或其子时域的幅值随时序呈线性递减关系；
[0027] 或呈2Κ递减关系，所述的指数Κ取值0. 1至0. 99 ;
[002引或为如下关系；It/A = (I。一 g Sinq)巧0/φτ，其中I。为起始通电强度，Ig为通电 终止时刻的电流强度。
[0029] 优选的，所述通电时域Τι内初始的电流、电压或定子单元的磁通强度由传感装置 获取行车速度实时值结合驱动操控装置9a给出的指令而调整。
[0030] 优选的，所述方法还包括校正步骤；所述校正步骤为W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的状态（φ为0)记为基准座标和基准时间，当转 子单元3b每次前转至基准座标时，电源调制器1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，从而获知旋转周期时间和车速， 并虹制输出电流。
[0031] 本发明还公开了上述电动车的制动方法，该方法通过电磁刹车装置9b操控在内 部对应转子单元趋近定子单元、转子单元和定子单元处同轴法线相对W及处于远离状态的 至少一个时域中，电源调制器1输出时序电流控制车轮制动；
[0032] 所述时序根据车轮旋转方向而定义；所述转子单元趋近定子单元为〇<φ<φτ/3状 态的相应时域，所述Φ为转子单元绕轴并与轴确定的法线与定子单元和轴所确定法线所形 成的动态夹角，所述<Ρτ为转子单元在车圈绕轴切线方向与其隔气隙所受定子单元电磁力作 用方向相同状态所确定的Φ值。
[0033] 优选的，所述制动方法还包括校正步骤，所述校正步骤为将φ为0的状态作为基 准座标和基准时间，从而获知转子单元趋近/相对/远离定子单元的位置状态。
[0034] 本发明中，所述输出电流控制步骤可W为：
[0035] 1)驱动操控装置9a对电源调制器1无输入指令时，电源调制器1休眠；
[0036] 2)驱动操控装置9a给出加速指令时，电源调制器1相应输出时序电流；
[0037] 3)当车速或通电频率达到设定的阔值时，所述的电源调制器断电。
[0038] 本发明电动车提供了通过在车圈部位设置电动装置W及电源调制器将直流电源 改变为时序电流的方法，电动装置也不象传统电动机郝样设计为单元结构形式，由于转子 单元伴随车轮周期性与定子单元发生磁相互作用，电源调制器从传感装置获得周期性信号 并通过数据总线实时处理，可判知转子单元与定子单元的相对位置而相应发出规律性的时 序电流。
[0039] W上设计可带来了两项明显的节电效益；一是定子单元绕组被限定在电源调制器 设定的时域周期性地通电，在不需要工作的时域休