CN100434298C - 一种太阳能轿车 - Google Patents
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Abstract
一种太阳能轿车，其特征为汽车驱动系统中驱动装置采用双凸极磁阻轮毂电机，其定子和转子均为凸极式结构，其中转子为外转子结构，定子有集中绕组并镶嵌4块永磁材料，电池组采用4个或4个以上可由控制系统控制分组、分时分配其充电容量之充电电池。本发明不仅节省能源、无环境污染问题，而且由于采用双凸极磁阻轮毂电机结构，使本发明变得轻巧、结构简单，既减轻了车辆重量又节约了制造成本和材料消耗；使用电池组分组工作改变了原来的充电时间长且充电后行驶里程短的缺点；而且使用太阳能板为翼式或百页窗式可折叠或侧转结构，可增大了太阳能的接收面积，高效地利用太阳能，加快了蓄能充电过程。
Description
技术领域
本发明涉及轿车领域，尤其是一种以利用太阳能为动力的电动轿车。
背景技术
自BENZ先生制造出第一辆轿车以来，人类对于这种交通工具的依赖越来越严重，可以说，轿车已经成为现代人不可或缺的生活用品之一。然而地球上有限的石油资源并非取之不尽的，许多关于“未来汽车”的方案被诸多有识之士提出。
被认为是“未来汽车”的电动汽车主要分为三种：纯电动汽车、燃料电池电动汽车和混合动力电动汽车。纯电动汽车是指以车载电源蓄电池为动力，用电机驱动车轮行驶；燃料电池电动汽车是以氢为燃料，通过氢和氧之间的化学反应产生电能作为汽车动力，它的特点是能量转化效率高，约是内燃机的2-3倍，生成物是水，不污染环境，缺点是氢燃料能量转化技术不成熟、造价太高，目前仅燃料电池的价格就要2.5万美元；在发展到燃料电池汽车之前，过渡阶段将会是混合动力的汽车，油——电混合动力车与普通汽车的不同之处在于，它有两个电机，一个是汽油发动机，它是主要驱动力，另一个是提供辅助动力的充电电机。这种车能够比普通汽车节省近一半的汽油，但是由于节能不彻底，这种车为人诟病的是它仍然要依靠汽油。不过，这类车还是目前发展最快的节能车，丰田公司计划到2007年年销30万辆这类车。
目前人们所说的电动汽车多是指纯电动汽车，即是一种采用单一蓄电池作为储能动力源的汽车。它利用蓄电池作为储能动力源，通过电池向电机提供电能，驱动电动机运转，从而推动汽车前进。从外形上看，电动汽车与日常见到的汽车并没有什么区别，区别主要在于动力源及其驱动系统。但是电动汽车目前尚不如内燃机汽车技术完善，尤其是动力电源(电池)的寿命短，使用成本高。电池的储能量小，一次充电后行驶里程不理想，电动车的价格较贵。随着技术的发展，可以用其他电池做电动汽车的电源，如发展水电、核电、太阳能充电，只是这些技术都还没有发展成熟，尚处在研究摸索阶段。
发明内容
本发明旨在克服上述现有技术的缺陷，提供了一种以利用太阳能为动力的无污染、噪音小、结构简单的电动轿车。
为实现上述发明目的，本发明所提出的技术方案是：
一种太阳能轿车，包括汽车驱动系统、汽车传动系统、汽车行驶系统、汽车转向系统、汽车制动系统、汽车车身和附属设备，以及控制各机构执行之控制系统，所述汽车驱动系统中之驱动装置为电池驱动的外壳与车轮胎轮毂相联固定于轿车的轮毂之上且轴为车轮轮轴的电机，与电机上所设电池组相连之太阳能充电板设置于汽车车身之车壳顶部，或前部，或后部，或为上述二者或三者之组合，电机控制系统之控制面板设置于车体内部驾驶座位置前部；
所述的电机，包括相互固连的机壳和端盖构成的壳体，壳体内部有定子和转子，电动机的中心轴孔内设有两端以轴承支撑的主轴，其特征在于所述的电机为双凸极磁阻轮毂电机，定子和转子均为凸极式结构，其中转子为外转子结构；所述的定子有集中绕组并镶嵌4块永磁材料；所述定子可设12N极、转子设8N极，其中N＝1，2，……，且转子极弧等于定子极弧，定子极弧是定子极距的π/12机械角；所述的壳体内嵌有位置传感器，所述位置传感器为霍尔传感器或光电传感器；所述的永磁材料为稀土磁钢；
所述的电池组或设于汽车车身尾部，或设于汽车车身前部；行李箱亦或设于汽车车身尾部，或设于汽车车身前部；上述两者或设置在车身同一位置，或分开设置；
所述的电池组为4个或4个以上可由控制系统控制分组、分时分配其充电容量之充电电池；所述的太阳能充电板为板式、翼式或百页窗式可折叠、侧转结构；
所述的充电电池为锂离子电池或锂聚合物电池。
本发明不仅和其他太阳能轿车一样，节省能源、无环境污染问题，而且本发明由于采用双凸极磁阻轮毂电机结构，省略了笨重的发动机系统及机械传动装置，使本发明变得轻巧，驱动系统结构变得较为简单，双凸极磁阻轮毂电机的采用克服了电动汽车上坡和启动时所需要的大电流，所以无须将电机功率做得太大，既减轻了车辆重量又节约了制造成本和材料消耗；使用电池组则因为电池的分组工作、分组充电改变了原来的充电时间长且充电后行驶里程短的缺点；而且使用太阳能板为翼式或百页窗式可折叠或侧转结构，就可以伸缩、侧转这些太阳能板对准太阳，增大了太阳能的接收面积，最大限度、高效地利用太阳能，加快了蓄能充电过程；而且利用电机制动、下坡时候可发电的原理，回收能量给电池充电，更加使得充电过程缩短，可大大节约能源和缩短利用市电进行充电的时间。
说明书附图
图1为本发明太阳能轿车的结构图
图2为太阳能轿车后视图
图3为本发明中使用的电机结构图
图4为图2中电机定子的结构图
图5为整个控制系统的框图
图6为图5中的三相全桥电路拓扑放大图
图7为电机原理图
图8为软件框图
图9是与图8配套的软件框图
图10为标准角度时的时序图
图11为时序工作与角度优化控制时序图
具体实施方式
以下通过本发明的具体实施例来详细介绍本发明。
图1为本发明太阳能轿车的结构图，图2为太阳能轿车后视图。本发明的外型结构和现有的其他太阳能轿车或者是电动车以及燃油轿车都没有什么大的区别，都包括汽车驱动系统、汽车传动系统、汽车行驶系统、汽车转向系统、汽车制动系统、汽车车身和附属设备，以及控制各机构执行之控制系统，本发明图1、图2标注了车体1、底盘10以及车轮3，轿车拥有驾驶和载人空间，其中本发明的特点之处是车轮3的轮毂上套有如图3所示结构的双凸极磁阻轮毂电机2，以代替现有汽车上发动机，在本实施例中双凸极磁阻轮毂电机2安装于两个后轮毂之上，双凸极磁阻轮毂电机2转子与车轮联接，可带动车轮3转动，其余与其它系统的连接与现有技术相同；本实施例中车体尾部为电池组安装箱5、车体前部为行李箱6，当然也可以根据设计需要设计为车体尾部为行李箱、车体前部为电池组安装箱，或设置在同一位置。电池组安装箱5内有四个或四个以上的锂离子电池组或锂聚合物轿车充电电池组，用于电机之电源，为电机提供原动力。在车体1的车壳前部或后部设置有太阳能充电板9(本实施例为敞篷车，当为非敞篷车时，车壳顶部亦可以设置太阳能充电板，也可以为上述二者或三者之组合，可根据汽车本身性能、行驶地理环境等确定)，太阳能充电板9可采用双晶硅材料，只要受到阳光或灯光的照射，一般每平方米可获得110W左右的能量(17V/6.5A)。所述太阳能充电板9结构为板式、翼式或百页窗式可折叠、侧转结构，这样当停车的时候，太阳能充电板9翼式结构可打开、伸缩、侧转对准太阳，增大了对太阳的接收面积，最大限度、高效地利用太阳能，加快了蓄能充电过程；车体内部驾驶座位置8前面有转向系统，转向系统中最重要的部件为方向盘4，而在驾驶座位置8前方有电机控制系统7之控制面板，便于驾驶员控制，整个系统控制由图中的框图表示。其中本发明中的底盘10采用高强度铝合金作为材料，一方面减轻重量，另一方面提供控制系统用走线空间。当行车时，由控制系统控制，对电池组分组、分时进行充电，可控制各组电池的充电状态和充电量，极大地提高了太阳能充电板的能量转换效率，避免了原来的充电时间长且充电后行程短的缺点，完全可以满足人们长途驾车的需求。在本实施例中，将电池分为180V/40A的电池组，车辆上安装5组，当车辆运行时只有其中一组电池工作，太阳能对其他未处于工作状态且欠电的电池进行充电，如果欠电的电池不止一组，则通过程序识别所有欠电电池组，并优先对处于最佳充电特性的电池充电，循环扫描判断电池情况决定最佳的充电策略，以达到对太阳能的最高效利用。
图3、4则为本发明中电机以及电机中的定子图，图7为电机原理图图。如图3、4所示，相互固连的机壳2-1和端盖2-7构成了一个壳体，壳体内定子2-3和转子2-2，其中定子2-3和转子2-2为外转子结构即中间为定子2-3外圈为转子2-2，且定子2-3和转子2-2均为凸极式结构，电动机的中心轴孔内设有两端以轴承2-8支撑的主轴2-9，该主轴2-9穿越于壳体中心，支架2-6支撑着压圈2-5，定子2-3上有集中绕组2-4并镶嵌四块稀土永磁，本实施例中稀土永磁材料为Na-Fe-B，转子2-2则用矽钢片或硅钢片冲制叠压而成，转子无绕组，壳体内嵌有霍尔传感器2-10，霍尔传感器2-10使得电机的控制更加灵活，霍尔传感器2-10还可以为光电传感器。图4是本发明实施例之的定子2-3结构示意图，从图中可以看到，四块以Na-Fe-B为材料的永磁均匀镶嵌分布在定子2-3内部。本电机具有结构简单，免维护，高效率，功率密度高，控制灵活、错容性好，调速性能好，噪声低，转矩/电流比大的优点。可实现各种特殊要求的转矩/转速特性。本电机针对电动车运行特点，设计成外转子结构，为了在任何位置启动，降低力矩波动和电磁噪声，提高功率密度，设计成12N/8N极，其中N＝1，2，…。本发明实施例附图之N＝1，且令定子2-3极弧是定子2-3极距的π/12机械角，保证定、转子重叠角之和恒等于转子2-2极弧，而与转子2-2位置无关。因此，没有定位力矩。为了车辆在高速行驶时稳定安全，故电机设计时需要考虑足够机械强度和自重，提高抓地能力。本电机可在基速以下，采用电流斩波控制(CCC)实现恒转矩运行，基速以上采用多角度位置控制(APC)实现恒功率运行。通过改变控制电流波形，得到灵活的控制策略。低速时，因反电势和电抗很小，电流上升很快，常对电流进行斩波限幅，以实现恒转矩运行，此时，可以固定控制角，通过改变电流限值来控制转矩，高速时，由于绕组电抗和永磁感应电势均较大，可将电流参数值设定在一个恒定值，而通过改变导通角来控制转矩。
当给电机通以电流，随着转子位置的不同，定子绕组电感发生变化而产生磁阻转矩分量，电感上升区产生的磁阻转矩为正，下降区为负，所以各项磁阻转矩在一个电感周期的平均值为零；由于本电机的磁阻转矩在一个通电周期的平均值为零，因此电机的输出转矩主要由永磁转矩提供，转矩的大小可以通过控制相电流的大小或导通区间宽度来实现。本发明中的电机具有结构简单，免维护，高效率，功率密度高，控制灵活、错容性好，调速性能好，转矩/电流比大的优点。可实现各种特殊要求的转矩/转速特性。因它既有普通双凸极磁阻电机的特征如定子、转子均为凸极式结构，又有普通轮毂电机的特征如定子和转子为外转子结构即中间为定子外圈为转子，所以它不但具有普通磁阻电机的所有优点，而且还具有以下特有优点：
(1)、力矩/电流比小：启动时，只需要额定电流的15～30％即可获得100～150％的额定力矩；
(2)、效率高：在很宽的速度范围，其效率≥85％，最高效率高于90％；
(3)、无启动死角：定子和转子为12N/8N极，其中N＝1，2，….，且转子极弧等于定极弧，任意位置均可启动；
(4)、噪声低，力矩波纹小；
(5)、定子极弧是定子极距的π/12机械角，保证了定转子重叠角之和恒等于转子极弧，与转子位置无关，使得气隙合成磁导为常数，故尔无定位力矩；
(6)、电流很方便地实现快速换向，由于引入了稀土永磁磁钢(称第二气隙)，使得绕组电感减小，电流快速换向变得很容易；
(7)、而外转子结构：没有减速机构直接驱动，轿车轮毂固定在电机外壳上，可以很方便地拆卸轮毂；
(8)、易于控制：电机内的位置传感器使得电机的控制更加灵活；
(9)、结构简单，坚固：外转子无绕组，只是矽钢片或硅钢片冲制叠压而成，内定子上集中绕组和稀土磁钢。
图5为整个控制系统的框图，图6为图5中的三相全桥电路拓扑。图8为软件框图；图9是与图8配套的软件框图；图10为标准角度时的时序图；图11为时序工作与角度优化控制时序图。如图5主电路图所示，电动工作时控制六只功率管，每120°电角度(机械角15°)，换相一次，磁链增加的那一相电流为正，减少的那一相为负，磁链最小的那一相电流为零。任意时刻二相同时导通，制动工作时，同样每120°换相一次，磁链增加的一相的电流为负，减小那一相为零。任意时刻二相相同时导通，制动工作时，同样每120°换相一次，磁链增加的一相为负，减小的一相为正，最小的一相为零。当A相通入电流时，随着转子位置的不同，定子绕组电感发生变化而产生磁组转矩分量，电感上升区产生的磁组转矩为正，下降区为负，所以各相磁组转矩在一个电感周期的平均值为零。随着转子位置的不同，定子绕组的永磁磁链发生变化而产生永磁转矩，在永磁链的上升区和下降区均产生正的永磁转矩。由于双吕极电机的磁组转矩在一通电周期的平均值为零，因此电机的输出转矩主要由永磁转矩Tm提供，转矩的大小可以通过控制相电流的大小或导通区间宽度来实现，也可以采用单拍或双拍的运行方式来控制，改变电流的极性和导通顺序，可以改变力矩的方向。如图5中所示，转子位置传感器由霍尔传感器构成，3个传感器相差120°机械角度，将位置传感器经过整形电路处理，输出相差15°机械角的方波P，Q，R，F 240的捕获口三个引脚CAP1，CAP2，CAP3，分别捕获这三路信号，根据这三路信号可判断出转子位置，从而给出T1---T6的换向信号。换相信号由DSP的PWM7/PB0，PWM8/PB1，PWM9/PB2分别输出逻辑电路。
结合图8、图9，捕获单元的CAP4引脚定义为捕获口用来计算转速CAP4接到1路位置信号定义CAP4捕获上跳沿，两次上跳沿之向相差15°机械角，两次上跳沿之间的时间差Δt可以从捕获单元的FIFO堆栈寄存器读取并计算得到，这样就可以算出电机的转速
η＝(1/Δt)*60/8
式中Δt指的是图10中一相位置信号两次上跳沿之间的时间，除以8是电机转子的极对数是4，乘以60是转换成转速。
系统的D/A变换是通过PWM1的输出经过三阶有源滤波得到的直流电压作为电流调节器相斩波电流的给定。因为任意时刻只有二相导通，且两相电流大小相等，所以只需在直流母线上设置一电流传感器，即可以获得任意时刻的电流反馈信号。电流调节采用的是电流上限斩波的控制方式。
电流上限由D/A转换输出电流的上限给定信号，当相电流大于电流斩波上限时，将功率管立即关断，经过预先设定好的固定关断时间后再使功率管开通。
A/D采样用于相电流采样，作为电流环的反馈信号，捕获口捕获到的转速作为转速反馈，即可以实现转速，电流的双闭环控制。
逻辑电路根据电流调节器的输出结合DSP输出换相信号以及保护信号，经过逻辑处理，输出三相驱动控制信号，通过功率变换器，最终完成对双凸极磁阻轮毂电机的控制。
输出时序控制：
电机从静止到转动采用的是程序查询的工作方式，将捕获的转子信号的引脚定义为IO为脚，通过查询IO引脚的电平输出功率管的驱动信号，当电机到达一定转速，跳出IO口查询程序，将查询阶段所用的IO口分别设置为PWM口和捕获口，进入中断工作方式。当程序进入中断工作方式时，有两种控制策略，一种是标准角度控制，另一种是角度优化控制。
TMS320F240有3个通用定时器，PWM单元，捕获单元和A/D转换，都要用到定时器，根据捕获信号来控制，PWM单元时，通常是PWM单元用一个定时器，捕获单元用一个控制器。这样的控制会带来一些时序上的冲突，而且占用了两个定时器，控制麻烦，如要进行位置信号的移相控制时会更加困难，为此，介绍一种捕获单元和PWM单元共用定时器的控制方式，解决了F 240定时器资源配置冲突的问题，而且使电机控制变得简单。
标准角度控制时序如图10，三相转子位置信号相差15°机械角度(120°电角度)，两相之间有3°机械角度的重叠，将PWM7，PWM8，PWM9为单比较PWM输出口选用通用定时器工作时基，捕获口同样选择通用定时器工作时基，单比较单元和捕获单元共用一个时基。
设置捕获口捕获上跳沿，假设0°机械角度，A相绕组的上跳沿来临，则进入A相捕获中断程序，在中断程序中通过设置比较单元动作，控制寄存器，令该相所对应的PWM7引脚为高电平，同时在相应的FIFO堆栈寄存器中读取定时器2记数寄存器T2CNT值，结合捕获到的两相上跳沿之间的时间差Δt，在Δt/3后(15°时)，令相应PWM引脚输出低电平，Δt/3为A 相绕组的导通脉冲宽度，这些动作可通过设置PWM单元动作控制寄存器在A 相捕获中断程序来完成，这样就完成了A相绕组控制。B相和C相的控制与A相类似从图中可知三相绕组所对应的转子位置的上跳时刻相互错开，所以，在时序上无冲突。
时序工作与角度优化控制时序如图11所示，设定CAP1和PWM7对应A相，CAP2和PWM8对应B相，CAP3和PWM9对应C相。角度优化控制就是用A相的位置信号来估算B相的驱动信号，同样B相估算C相，C相估算A相，并将驱动信号适当的提前位置信号，提前的角度视电机的参数和转速而定，功率管的提前导通有利于电流的上升，为提高电机的平均出力提供了必要的条件，假设0°时A相的位置信号CAP1上跳沿来临，此时进入A相捕获中断程序，中断程序触发B相的驱动程序PWM8，15°(Δt/3)之前导通，也就是在CAP2的跳沿来临之前导通，此刻PWM8变为高电平，经过Δt/3后，将PWM8变为低电平。将PWM8变为低电平的动作可在单比较中断程序里完成。这样就完成了A相位置信号对B相驱动信号的控制，角度优化控制其实就是将该相的驱动信号整体向前平移了一定的角度，B，C两相类似。从图中可以看出各相的位置信号的上跳沿和驱动信号的上跳沿，下跳沿在时序上并无冲突，如果捕获单元和PWM单元分别用不同的定时器控制，要实现角度优化控制PWM单元需使用两个定时器，而且控制繁琐，占用较多的定时器，给系统的程序设计增加难度。
本发明轿车的具体实施例基本参数如下：
(一)外形尺寸：4470*2040*1104mm
自重：400Kg
载重：300kg
最高时速：120km/h
驱动方式：后轮毂双驱动(直接驱动，无减速装置)
后轮外径：φ500mm(气压足时)，宽180mm
能源：无记忆电池组(锂离子或锂聚合物)
续行里程：一次充电行驶600KM以上
爬坡度数：≥11.5°
(二)对电机的要求：
(1)电机基本要求：
结构形式：轮毂式外转子，全封闭
结构刚度：有足够的机械强度
出轴：单出轴(使用钢管做轴方便安装和散热)
防水：应具有3级防水功能
运行：连续
升温及散热：B级绝缘，自冷却，电机热量不直接传导至轮胎。
过载能力：电机本体应能承受短时5倍额定转矩的过载而不能损坏。
使用环境：在-40℃~40℃环境下，电机能正常工作，但某些参数允许按标准修正。
电机形式：双凸极磁阻轮毂电机
(2)拟定电机基本参数为：
额定电压：180V DC
额定功率：3000W/个
额定电流：20A
最高转数：1300r/min
额定力矩：22N.M
最大力矩：50N.M
(3)特点：
该电机不能直接在DC电源下运行，需根据转子位置，控制定子绕组电流的开或关而产生电动转矩。因此，在电机驱动系统中，功率变换器和位置传感器是必不可少的，且功率变换器必须能调节电流的大小以满足负载转矩的变化和调速的需要。
该电机控制灵活，动态响应快，调速性能好，转矩/电流比大，可实现各种特殊要求的转矩/转速要求，电机可靠性好，启动电流小，获得力矩大，有效的延长了蓄电池寿命，续行里程长。
(4)电机的外形大概尺寸
≤φ250*180MM(具体结构如图2所示)
刹车及安装固定方法不定，可根据需要设置为前轮碟刹或后轮鼓刹，并且在机械刹车起作用之前先启动电刹车，利用电机的发电原理回收部分能源，在适当的时候机械刹车才起作用将车辆停住。
(5)确定电机及驱动系统的基本依据
我们知道，电动车辆在实际运行情况为：在起步，超车，上坡时都需要足够大的驱动力矩，而正常匀速行驶是所需驱动力矩较小，因此，比较理想的驱动电机设计必须满足电动车辆实际运行性能之要求。电动车在运行时，作用于车辆上的阻力和驱动力保持平衡，其平衡方程：
Ft＝Ff+Fw+Fi+Fj
式中：
Ft------电动车的驱动力
Ff-------行驶时滚动阻力
Fw-----行驶时空气阻力
Fi-----上坡时的阻力
Fj-------加速阻力
1.驱动力Ft＝T*Io*Id*η/r
T——电机输出转矩(N.m)
Io*Id---传动比
η---传动效率(％)
r——驱动半径(M)
2.滚动阻力Ff＝f*G*cosα
f------滚动阻力系数，一般取0.006～0.008
G-------车辆总质量(N)
3.空气阻力Fw＝Cd*A*Va*Va/21.15
Cd------风阻力系数(根据时速不同选取)
A------迎风面积(M*M)(我认为是按投影面积)
Va-------时速(M/S)
4.坡度阻力Fi＝(W+sinθ)r＝(Ff+Fw+Fi)*r
粗计算如下：
1、滚动阻力Ff＝0.007*6860＝48N
2、风阻阻力Fw＝1*1.6*33.36*33.36/21.15
3、阻力力矩Tf＝(48+84)*0.25＝33N.m
阻力功率Pf＝Tf*n＝(Fr+Fw)*V＝(48+84)*16.68＝2202W
式中V为行驶速度(M/S)
不考虑加速和爬坡，这时电机输出功率为：
Pa＝4404/0.9＝4893W
爬坡阻力Fi＝(48+21+6860sinθ)*0.25＝12.84N.m
设爬坡时的速度为最高速度的1/2，即16.68M/S
sinθ＝11.5°
爬坡11.5°时阻力功率874w
力矩平衡式为：
Tm＝(Ff+Fw+F1)*r＝(48+84+12.84)*0.25＝36N.m
式中Tm---电机输出最大力矩
考虑到加速力矩，电机输出功率，力矩，转速如下：
额定功率3000w*2 最高转速1300r/min
额定力矩22*2N.m 最大力矩55N.m*2
Claims (8)
1、一种太阳能轿车，包括汽车驱动系统、汽车传动系统、汽车行驶系统、汽车转向系统、汽车制动系统、汽车车身和附属设备，以及控制各机构执行之控制系统，所述汽车驱动系统中之驱动装置为电池驱动的外壳与车轮胎轮毂相联固定于轿车的轮毂之上且轴为车轮轮轴的电机，与电机上所设电池组相连之太阳能充电板设置于汽车车身之车壳顶部，或前部，或后部，或为上述二者或三者之组合，电机控制系统之控制面板设置于车体内部驾驶座位置前部所述的电机包括相互固连的机壳和端盖构成的壳体，壳体内部有定子和转子，电动机的中心轴孔内设有两端以轴承支撑的主轴，其特征在于：所述电机为双凸极磁阻轮毂电机，其定子和转子均为凸极式结构，其中转子为外转子结构，定子有集中绕组并镶嵌4块永磁材料。
2、根据权利要求1所述的一种太阳能轿车，其特征在于：所述定子设12N极、转子设8N极，其中N＝1，2，……，且转子极弧等于定子极弧，定子极弧是定子极距的π/12机械角。
3、根据权利要求1所述的一种太阳能轿车，其特征在于：所述的壳体内嵌有位置传感器，所述位置传感器为霍尔传感器或光电传感器。
4、根据权利要求1所述的一种太阳能轿车，其特征在于：所述的永磁材料为稀土磁钢。
5、根据权利要求1所述的一种太阳能轿车，其特征在于：所述的电池组或设于汽车车身尾部，或设于汽车车身前部；行李箱亦或设于汽车车身尾部，或设于汽车车身前部；上述两者或设置在车身同一位置，或分开设置。
6、根据权利要求1所述的一种太阳能轿车，其特征在于：所述的电池组为4个或4个以上可由控制系统控制分组、分时分配其充电容量之充电电池。
7、根据权利要求1所述的一种太阳能轿车，其特征在于：所述的太阳能充电板为板式、翼式或百页窗式可折叠、侧转结构。
8、根据权利要求7所述的一种太阳能轿车，其特征在于：所述的充电电池为锂离子电池或锂聚合物电池，或其他可充电电池。
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Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0370628A (ja) * | 1989-08-11 | 1991-03-26 | Tokyo R & D:Kk | 電動車輌 |
| JPH10136505A (ja) * | 1996-10-29 | 1998-05-22 | Tatsuno Co Ltd | 電気自動車 |
| JPH11220805A (ja) * | 1998-02-02 | 1999-08-10 | Yoshitake Yamamoto | ソーラーバッテリー補助動力装置 |
| JP2002281604A (ja) * | 2001-03-21 | 2002-09-27 | Daihatsu Motor Co Ltd | 自走車両 |
| US20020153178A1 (en) * | 2001-04-23 | 2002-10-24 | Paul Limonius | Regenerative electric vehicle |
| JP2003143705A (ja) * | 2001-10-31 | 2003-05-16 | Honda Motor Co Ltd | 車両用電池の配置構造 |
| CN2686202Y (zh) * | 2004-03-15 | 2005-03-16 | 上海乾清电子科技有限公司 | 永磁无刷轮毂电机 |
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Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0370628A (ja) * | 1989-08-11 | 1991-03-26 | Tokyo R & D:Kk | 電動車輌 |
| JPH10136505A (ja) * | 1996-10-29 | 1998-05-22 | Tatsuno Co Ltd | 電気自動車 |
| JPH11220805A (ja) * | 1998-02-02 | 1999-08-10 | Yoshitake Yamamoto | ソーラーバッテリー補助動力装置 |
| JP2002281604A (ja) * | 2001-03-21 | 2002-09-27 | Daihatsu Motor Co Ltd | 自走車両 |
| US20020153178A1 (en) * | 2001-04-23 | 2002-10-24 | Paul Limonius | Regenerative electric vehicle |
| JP2003143705A (ja) * | 2001-10-31 | 2003-05-16 | Honda Motor Co Ltd | 車両用電池の配置構造 |
| CN2686202Y (zh) * | 2004-03-15 | 2005-03-16 | 上海乾清电子科技有限公司 | 永磁无刷轮毂电机 |
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