CN103879296A - 一种带有自动平衡动能发电机的电动汽车 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电动汽车，含有自动平衡动能发电机、驱动系统和中央控制系统三部分的电动汽车。在原有的发条式发电机的基础上，增加了双向摆陀构成了动能感应发电机，通过车辆产生的摇动或振动达到自动上弦并能持续发电的目的，并通过陀螺仪支架将发电机安装于车辆上，以实现自动平衡动能。中央控制系统可根据车辆行驶状态判断存储能量或提供电力。本发明减少了发条式发电机对人力上弦的依赖，通过对轮毂电机的电力回收，多种发电措施能够实现持续发电的目的，且本发明的结构简单，能够充分利用现有能源，具有环保、便捷的优点，可产生巨大经济价值，对于节能减排就有着重要的推广价值。

Description

一种带有自动平衡动能发电机的电动汽车

技术领域

本发明涉及一种电动汽车，更具体地涉及一种带有自动平衡动能发电机的电动汽车，该电动汽车含有自动平衡动能发电机、驱动系统和中央控制系统三部分。

背景技术

CN200610147164.2中公布了将机械式钟表的弹性装置的原理应用到发明中，同时设有变速装置，在变速装置的末端和发电机组合在一起，并设有转速调控装置和外部加能部分，控制器是把储存的机械能以一定的速度释放，从而带动发电机发出电力，这种自动发电装置可以使用在轮船、飞机、火车、军事、国防等各种野外或移动的用电行业，它还不受任何天气条件的限制。

200710029697.5公布了由外转子旋转电机构成的一种轮毂电机，是把去掉电机铸铁外壳的电机初级定子安装在车轴上，把次级转子安装在车轮毂里面，构成一种直接由计算机操纵、控制、驱动的轮毂电机，它能输出足够大的转矩。它机电一体化的结构设计很特别，构思新颖，设计巧妙，技术先进，非常实用；它简单可靠、紧凑、轻巧、结实、经久、耐用，成本低、制作安装很方便。用它能组成电动汽车专用的轮毂电机车轮动力系统。

201110097328.6公布了一种车载中央控制器，包括处理器、存储器、地址锁存器、总线接口电路、外部输入信号采集电路、输出信号控制电路和辅助电路，利用功率开关器件来代替继电器直接驱动大功率电器，从而实现对相关电器的诊断功能，可以采用配装专用诊断软件的笔记本电脑来代替专用诊断设备，通过USB接口实现在线编程应用软件的下载，以及车辆参数的设置和在线诊断等功能。本发明与外部信号采集部件、外部受控部件和触摸屏形成汽车控制系统应用平台，可根据不同车型或需求对应用程序有针对性地进行二次开发，从而解决了汽车车辆目前存在的每一配置不同的车型，均需单独开发不同的控制器和配置不同的控制软件的难题，避免了大量的人力、财力的浪费。

但现有技术中还没有把自发电装置、车辆控制系统和轮毂驱动电机及能量回收进行有效的整合。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明公开了一种电动汽车，旨在提供一种含有自动平衡动能发电机、驱动系统和中央控制系统三部分的电动汽车，目的是：充分利用车辆在行驶过程中产生的颠簸振动和摇摆的动能并将其转化成电能，从而增加电动汽车行驶里程，让汽车更环保，节约开车成本。

本发明采用如下的技术方案实现的：

一种带有自动平衡动能发电机电动汽车，包括自动平衡动能发电机、驱动系统和中央控制系统三部分。其中：

(一) 自动平衡动能发电机

是在原有的发条式发电机的基础上，增加了双向摆陀，构成动能发电机，通过车辆产生的摇动或振动达到自动上弦并能持续发电的目的，并通过陀螺仪支架将发电机安装于车辆上，以实现自动平衡动能。还可加装手动摇把上弦作为一个辅助的上弦功能，还可加装增加发条助力电机上弦的辅助功能，其中电机上弦的辅助功能是以车内的蓄电池中电量充足的前提下来实现的。上述措施弥补了发条式发电机对人力上弦的依赖。

该动能发电机的主要部件包括：发条及发条盒、变速齿轮组、齿圈、发电机，还包括双向摆陀、搐纵齿轮和棘爪、单向轴承、传动齿轮、从动齿轮。

发条为磁性发条，发电机为磁悬浮发电机；

该动能发电机各部件的连接:

带有搐纵齿轮和棘爪的双向摆陀的轴与发条的中心端固定连接，发条的最外端与带有齿的发条盒内壁相连，双向摆陀底部固定有单向轴承与轴相连，双向摆陀通过其底部环形齿与传动齿轮相啮合，传动齿轮还与从动齿轮相啮合，从动齿轮的中央有单向轴承，轴承套于与双向摆陀相连的轴上，且安装的方向与双向摆陀底部的单向轴承一致；如图3，带有齿的发条盒的底部以等边形式固定有固定有三个或三个以上齿轮且齿缘露于带有齿的发条盒之外，并将齿轮置与齿圈内，可设有一组或多组变速齿轮，第1组变速齿轮组的正面中心固定有一个齿轮与带有齿的发条盒的底部的齿轮同时啮合，且变速齿轮组正面的齿轮直径不大于带有齿的发条盒的底部的齿轮的直径，变速齿轮组的背面为等边形式安放的齿轮，且变速齿轮组同轴同向安放并使其齿轮相互啮合；齿圈的作用，是将变速齿轮可依次同轴同向的旋转于筒内并使其筒内的齿与变速齿轮上的齿相互啮合，齿圈与发电机外壳相固定；发电机转子上固定的齿轮与最后一组变速齿轮组相啮合。

所述动能发电机还可加装手动摇把，此手动摇把为可折叠式手动摇把；手动摇把一端固定有齿轮；通过手动摇把的折叠、打开，使手动摇把的齿轮与发条盒的外延齿，呈分离、啮合两种状态。当折叠手动摇把的摇把打开时摇把上的齿轮与带有齿的发条盒的外延的齿啮合，可折叠手动摇把的摇把关闭时摇把上的齿轮与带有齿的发条盒外延的齿分开。

所述动能发电机还可加装发条助力电机，发条助力电机上的齿轮与发条盒上的齿相啮合，当车内的蓄电池中电量充足的前提下，来实现辅助上弦功能，将能量储存在发条上。

所述动能发电机的发电机可加装发电机转子启动电机，转子启动电机通过齿轮与发电机转子外壳的齿相啮合；

所述动能发电机还可同时添加手动摇把和发条助力电机；

该动能发电机通过陀螺仪支架安装于车辆上适合的部位，如安装在座位下、前机盖内、后备箱中。

整个发电机固定于陀螺仪支架上，陀螺仪支架的连接处有卡锁。在自动平衡动能发电机安装于车辆上时，由于空间的限制无法垂直于地面安装，所述陀螺仪支架的作用则是依靠陀螺仪支架将动能发电机固定的角度调整好并将其固定，使得发电装置上的双向摆陀能更好、更平稳的工作，陀螺仪支架内置有传感器可感知车辆是否处于水平状态及倾斜角度，发电机主体上下两端于第三层支架连接，发电机的主体的底部与第三层支架保持相对固定，摆陀始终保持可以活动。

当此发电机设备安装于车上时，车辆行进过程中会产生左右或上下的摇动，那么任何的摇动都将使双向摆陀卷紧发条来带动发电机产生电能供应车辆行驶。

 (二) 驱动系统

本发明改进的第二部分既驱动系统，本发明提供的一种新型永磁式轮毂电机，其特点是内转子式电机，包括外壳、设于外壳内的第一转子、设于外壳内的第一定子，穿过外壳和第一转子、第一定子的电机转轴，所述的第一转子与转轴固定，所述的第一定子固定于外壳的内侧；第一转子与第一定子相邻一侧的表面上布置多个的永磁块，在与第一转子永磁块相对的第一定子表面上设置多个绕组线圈。

永磁式轮毂电机转子及定子呈盘形结构和筒形结构两种，其中，在盘式电机第一转子与第一定子相邻一侧的表面上辐向布置多个的永磁块，在与第一转子永磁块相对的第一定子表面上辐向设置多个绕组线圈；在筒形电机的第一转子与第一定子相邻一侧的表面上轴向布置多个的永磁块，在与第一转子永磁块相对的第一定子表面上轴向设置多个绕组线圈。

所述的第一定子中心与轴之间设置磁悬浮轴承，磁悬浮轴承设置在转轴穿过外壳的通孔上。

所述永磁式轮毂电机，设有多个定子和多个转子，除第一定子外，还包括至少一个定子、至少两个转子，从而在外壳内设有多个定子和多个转子，所述的多个定子和多个转子交错配置于外壳内，转轴穿过定子和转子并与转子固定连接，所述的多个定子与转轴之间通过磁悬浮轴承连接。

当设置定子数N≥2时，转子数的最佳设计为N－1个，且每一个处在两个转子间的定子两面上均安置绕组线圈；每一个处在两片定子间的转子两面上均安置永磁块。

每个定子采用单面独立绕组，并且为多根绕组方式。定子可采用单片、多片、单线、多线的供电和分级电压的供电方式。

电机的外壳附有反磁材料，其外侧有防电磁辐射层。

所述的定子通过电源线与外部的电源连接，伸出电机外面的电源线的外皮都覆盖有电磁屏蔽层。

(三) 中央控制系统

本发明的改进和第三部分是电动汽车的中央控制系统，通过控制系统实现汽车的发电机管理和监控、充电管理、充电整流、调整充电电压、轮毂电机用电输出、轮毂电机发电回收、车辆前后轮的电力分配、提供刹车片以外的辅助制动、供电与输电的切换、蓄电池管理。

中央控制系统包括：中央处理器、整流组件、蓄电池组、油门、制动踏板；其中整流组件包括逆变器、变压器、整流器、充电电路、放电电路；

中央控制系统通过以下的步骤或流程，实现对自动平衡动能发电机和驱动系统的控制：

1)车辆启动时，中央控制系统将蓄电池组中的电能供给驱动系统，使其做功牵引车辆行驶；

2)启动后的车辆会因车辆自身和路面的原因产生不同程度的振动和摇摆，这些足以使自动平衡动能发电机工作并产生电流，经由控制系统整流逆变后充入蓄电池组；

3)车辆行驶过程中，如果经轮毂电机回收的电能可以满足蓄电池及车辆其他用电，则中央控制系统会中断自动平衡动能发电机对蓄电池充电，此时启动发条助力电机将发条蓄能并中止其能量的释放以备车辆需要时发电之用；

4)当中央控制系统检测到自动平衡动能发电机所发出的电量不足且汽车用电量大于蓄电池的充电电量时，中央控制系统将对驾驶员作出提示；

5）中央控制系统对于轮毂电机产生的电能进行整流逆变后充入蓄电池组。

中央控制系统根据蓄电池中的电量、车辆行驶状态，判断是否启动发电机对蓄电池组进行充电，或启动发条助力电机将能量存储在发条中。

当此动能感应发电机安装于车上时，其双向摆陀的摆动力不足时，车内的中央控制系统对所存储电量进行分析，当蓄电池中的电量达不到设定的值，则中央控制系统给发条助力电机指令，发条助力电机启动；

当电量不足以使发条助力电机启动，可将可折叠手动摇把打开，转动手柄，此时可折叠手动摇把一端的齿轮与带有齿的发条盒的外延的齿啮合，并带动带有齿的发条盒外延发条发条卷紧的方向转动从而达到产生初始电流的目的；

当发电机装置处于启动状态时，既车辆在行驶过程中，中央控制系统检测到发电机转子为静止时，而且发条助力电机已经对发条进行了做功，此时启动发电机转子启动电机，对发电机转子进行初步瞬间的旋转做功，启动转子。

中央控制系统根据油门和制动踏板所处状态及车辆行驶状态，判断轮毂电机动力盈亏，并发出相应的增加供电指令或回收电能指令。

中央控制系统对于轮毂电机的管理分为供电和电力回收两部分：

1) 当驾驶员踩下油门踏板或设置成定速行驶时为供电模式；

2) 当驾驶员踩下制动踏或松没门时为电力回收模式。

中央控制系统对车辆行驶的控制：

1)当车辆在平缓的路面刚起步时，中央控制系统将车辆设定为前轮驱动优先模式，为了达到让车辆平稳行驶，中央处理器为轮毂电机提供较小的力矩，并以两个前轮的单转子优先，随着车速的提高和油门踏板的深度加大，中央控制系统处理器会逐步加大车辆的轮毂电机的力矩以达到油门所设定的速度值；

2)当车辆处于上坡状态时，陀螺仪会给中央控制系统发出车辆上坡的信号，中央控制系统收到信号后将车辆设定为后轮驱动优先模式，根据对轮毂电机转速和油门设定的相应速度值做对比，在检测到电机转速小于油门设定的速度值时，中央控制系统会加大轮毂电机的输出力矩，并在后轮驱动无法实现此目的时增加到四轮驱动，并加大四轮的输出力矩；

3)在下坡制动时，中央控制系统收集到传统刹车系统制动效果不佳的信号，会给四轮发出协助减速的指令，模仿ABS的制动效果并提供间歇性的反向力矩，此方式可避免轮胎抱死和打滑，以前轮优先。

中央控制系统对轮毂电机的电力回收的控制：

1)在车辆行驶时，驾驶员连续踩油门和制动踏板被踩下，两个动作中的任何一个都可切换到电力回收模式，轮毂电机所发出的电力经整流组件处理后充入蓄电池中；

2)当车辆行驶过程中，不管是前轮驱动还是后轮驱动模式，其中无力矩输出的轮毂电机都作为发电机始终为蓄电池充电；

3)车辆匀速或加速行驶时，当中央控制系统检测到蓄电池组中的电量已满，此时如果车辆正处在前轮驱动或后轮驱动的情况下，给出供电切换指令，将无力矩输出的轮毂电机所发出的电能输出到工作中的轮毂电机，蓄电池则作为补偿供电。

本发明的有益效果是：

电机转轴与外壳、定子之间通过磁悬浮轴承的方式连接，避免了转轴与外壳、定子间的摩擦，提高了转轴的转速，减少了整个电机的发热源，提高了电机的效率和输出功率。在本电机中的转子和定子均采用盘式或筒形结构，从而使得整个电机的做功面积比增大。电机外壳采用反磁材料，可减少因行驶过程中电机对路面磁性金属的吸引。电机外壳采用电磁屏蔽设计，伸出电机外面的导线外皮都覆盖有电磁屏蔽层,提高电机对外的电磁屏蔽功能，降低外界电磁对电机内部件的影响，提高了电机的安全性和使用寿命。

本发明首次将发条式发电机应用在机动车上，通过双向摆陀利用车辆行驶过程中摇动或振动的能量，减少了发条式发电机对人力上弦的依赖，通过对轮毂电机的电力回收，多种发电措施能够实现持续发电的目的，且本发明的结构简单，能够充分利用现有能源，具有环保、便捷的优点，可产生巨大经济价值，在节能减排方面有着广泛的推广价值。

附图说明

图1  动能感应发电机结构示意图

图2  双向摆陀结构示意图

图3  发条盒结构示意图

图4  装有发电机陀螺仪支架示意图

图5  采用盘式结构电机的驱动系统结构剖示示意图

图6  采用筒形结构电机的驱动系统结构剖示示意图

图7  筒形电机结构示意图

图8  中央控制系统对动能感应发电机的控制流程示意图

图中标记分别表示： 1—双向摆陀，2—固定于双向摆陀底部的单向轴承，3—环形齿，4—齿轮固定架，5—从动齿轮，6—传动齿轮，7—与从动齿轮相连的单向轴承，8—发条助力电机，9—电机齿轮，10—卷紧发行的轴，11—棘轮和棘爪，12—带有齿的发条盒，13—摇把上的齿轮，14—摇把，15—与发条盒相连的变速齿轮，16—第二变速齿轮组，17—齿圈，18—外壳，19—带有齿的发电机转子，20—发电机转子启动电机齿轮，21—发电机转子启动电机，22—发条，23—第二组齿轮与第一组齿轮的衔接齿，24—卡锁，25—第三层支架，26—发电机主体，27—第二层支架，28—连接第一、二层支架的轴，29—第一层支架，30—固定第三层支架和发电机的轴和卡锁，31—转轴，32—刹车，33—悬架，34—车轮，35—轮辐，36—磁悬浮轴承，37—电机外壳，38—盘式定子绕组，39—盘式转子，40—轮胎， 41—定子与轮轴固定的部分，42—电机外壳，43—筒形定子绕组，44筒形转子。

具体实施方式

下面，结合附图和具体实施例，分自动平衡动能发电机部分、驱动系统部分和中央控制系统部分三个方面，对发明的实施方式作进一步的说明。

 (一)自动平衡动能发电机部分

如图1 、2、3、4，本发明由双向摆陀、搐纵齿轮和棘爪、可折叠手动摇把、发条、发条助力电机、变速齿轮组、齿圈、磁悬浮发电机、发条盒、齿轮构成。结构之间的连接如下：带有搐纵齿轮和棘爪的双向摆陀的轴与发条的中心端固定，发条的最外端与带有齿的发条盒内壁相连，可折叠手动摇把的一端固定有齿轮，当折叠手动摇把的摇把打开时齿轮与带有齿的发条盒的外延的齿啮合，折叠手动摇把的摇把关闭时齿轮与带有齿的发条盒分开，发条助力电机的前端固定有齿轮，当发条助力电机启动时将有齿的发条盒的底部以等边形式固定有齿轮且齿缘露于带有齿的发条盒之外，并将固定有齿轮安置在齿圈内，第1组变速齿轮组的正面中心固定有一个齿轮和一个带有齿的发条盒，齿轮与带有齿的发条盒的底部的齿轮同时啮合，且变速齿轮组的正面的齿轮直径不大于带有齿的发条盒的底部的齿轮的直径，变速齿轮组的背面为等边安放有齿轮，且变速齿轮组同轴同向安放并使其齿轮相互啮合，磁悬浮发电机转子的顶部中心固定有一个齿轮，且齿轮与最后一组变速齿轮组相啮合。

第一种实施方式：此装置安装于车辆上时，行驶过程中车辆产生的晃动会使双向摆陀产生摇摆，此时双向摆陀产生的动能将其底部中央的搐纵齿轮和棘爪通过发条轴不断卷紧发条，发条中央固定于带有齿的发条盒，发条的最外端与带有齿的发条盒内壁相连，发条将释放的能量传递给带有齿的发条盒，带有齿的发条盒通过自身的旋转并带动与其相连的变速齿轮组在齿圈内做圆周运动，而最后一组变速齿轮组做加速运动，最后把动力传递到磁悬浮发电机，使磁悬浮发电机产生大于带有齿的发条盒的转速，磁悬浮发电机产生的电流经中央控制系统的整流组件处理后充入蓄电池中，并对车辆需要使用的电流进行分配，当双向摆陀摆动发电不足时给发条助力电机供电。

第二种实施方式：所述双向摆陀的摆动力不足时，中央控制系统对蓄电池组所存储电量进行分析，当电量达不到设定的值，则中央控制系统给发条助力电机指令，发条助力电机启动。发条助力电机固定于外壳内，当发条助力电机启动时带动有齿的发条盒旋转以卷紧发条，接下来的运转方式与第一种实施方式相同。本方式的实施是在车辆行进速度长时间处于低速或车辆行驶处于十分平稳的状态时，安装于车上的所述装置的双向摆陀的摆动力不足，发条助力电机才启动。

第三种实施方式：在车辆中的蓄电池电量不足以使发条助力电机启动，可将可折叠手动摇把打开转动手柄，此时可折叠手动摇把一端的齿轮与带有齿的发条盒的外延的齿啮合，并带动带有齿的发条盒外延的发条卷紧的方向转动从而达到产生此装置初始电流的目的。所述的可折叠手动摇把一端固定有齿轮，当可折叠手动摇把打开时其齿轮与带有齿的发条盒外延的齿啮合，可折叠手动摇把关闭时齿轮与带有齿的发条盒齿分开，其作用在于，当该蓄能发电储电装置安装机动车上时，车辆处于静止状态或长时间闲置，且此装置中的电量不足启动发条助力电机时，采用此实施方式启动发电。

该动能感应发电机通过陀螺仪支架安装于车辆上；该发电机可安装于车辆的座位下、前机盖内、后备箱中。

（二）驱动系统部分

驱动系统的第一种实施方式：

如图5所示，采用盘式电机驱动系统结构示意图，该示意图为电机的纵向剖视图。该永磁式电机包括外壳，设于外壳内的至少一个的第一转子和至少一个的第一定子，和穿过外壳、所述的第一转子、第一定子的转轴,所述的第一转子、第一定子呈盘形结构。

所述的第一定子包括定子圆盘和设于圆盘上绕组线圈构成，其中所述绕组线圈是由导线按一定方向嵌入导磁金属组成的，定子圆盘与外壳相固定。第一定子的中心开设有通孔，以供转轴通过，为了减少第一定子与转轴之间的摩擦，达到更好的支撑和稳定效果，在第一定子的中心孔处设置轴承，该轴承为永磁体磁悬浮。

若想使本发明电机更好地工作，达到更大功率，还包括第二转子、第二定子、第三转子。该些转子、定子之间交错配置，且在定子中心均设有供转轴通过的通孔。在所述的第二定子的中心通孔处也设置磁悬浮轴承；其两面上均辐向安置绕组线圈，其绕组线圈的布局方式与第一定子上线圈布局方式相同。在第二转子的固定转子固定盘的两面上均辐向设置永磁块，其布局方式与第一转子的永磁块的布局方式相同。设置时，在转子的上下两面各设置一个定子，会大大提高本发明的性能。由于第三转子只有一面面对定子，故只在面对定子一面上设置永磁块，其布局方式与第一转子上的永磁块布局方式相同。当然，也可以根据需要设置更多的转子、定子。当设置多个转子和多个定子时，每一处在两片转子间的定子，该定子两面上均安置绕组线圈；每一处在两片定子间的转子，该转子两面上均安置永磁块。所述定子固定于外壳的内壁上；所述的转子固定于转轴上。

本电机设置成至少两片或N片定子时，转子数的最佳设计则为1或N－1，且每两片转子中间位置的定子线圈采用双面绕组方式同时作用于两侧的永磁块转子。

本发明采用的稀土永磁材料，具有高磁密和高矫顽力的特点，前者使电机在控制时有良好的响应特性，后者使电机有较大的安匝数，能承受大电流冲击。

定子可采用单片、多片、单线、多线的供电和分级电压的供电方式。

驱动系统的第二种实施方式：

如图6所示，为采用筒形电机驱动系统的结构示意图，提供了一种新型永磁式电机，其特点是内转子式电机，电机外壳、设于外壳内的第一转子、设于外壳内的第一定子，穿过外壳和第一转子、第一定子的电机转轴，所述的第一转子与转轴固定，所述的第一定子固定于外壳的内侧；在该第一转子面对第一定子的一表面上轴向布置多个的永磁块，在第一定子面对第一转子的永磁块的一表面上轴向设置多个绕组线圈；转子和定子呈筒形结构。

所述的第一定子中心与轴之间设置磁悬浮轴承。

还包括至少一个定子、至少两个转子，从而在外壳内设有多个定子和多个转子，所述的多个定子和多个转子交错配置于外壳内，转轴穿过该多个定子和多个转子并与转子固定连接，所述的多个定子与转轴之间通过磁悬浮轴承连接。

当设置有N≥2个定子时，转子数的最佳设计为N－1个，且每一处在两转子间的定子，该定子两面上均轴向安置绕组线圈；每一处在两定子间的转子，该转子两面上均轴向安置永磁块。

在转轴穿过外壳的通孔上设置磁悬浮轴承。

每个定子采用单片、多片、单线、多线的供电和分级电压的供电方式。每个定子采用独立绕组，并且为多根线绕组

电机的外壳附有反磁材料，其外侧有防电磁辐射层。

所述的定子通过电源线与外部的电源连接，伸出电机外面的电源线的外皮都覆盖有电磁屏蔽层。

最佳实施例：

如图7所示，为电机结构示意图，该示意图为电机的纵向剖视图。该永磁式电机包括外壳，设于外壳内至少一个的第一转子和至少一个的第一定子，和穿过外壳、所述的第一转子、第一定子的转轴,所述的第一转子、第一定子呈盘形结构。

所述的第一定子包括定子圆筒和设于圆筒上绕组线圈构成，其中所述绕组线圈是由导线按一定方向嵌入导磁金属组成的，定子圆筒与外壳相固定。第一定子的中心开设有通孔，以供转轴通过，为了减少第一定子与转轴之间的摩擦，达到更好的支撑和稳定效果，在第一定子的中心孔处设置轴承，该轴承为永磁体磁悬浮。

若想使本发明电机更好地工作，达到更大功率，还包括第二转子、第二定子、第三转子。该些转子、定子之间交错配置，且在定子中心均设有供转轴通过的通孔。在所述的第二定子的中心通孔处也设置磁悬浮轴承；其两面上轴向均安置绕组线圈。在位于固定盘的圆筒形第二转子的两面上轴向均设置永磁块。设置时，在转子的上下两面各设置一个定子，会大大提高本发明的性能。也可以根据需要设置更多的转子、定子。当设置多个转子和多个定子时，每一处在两转子间的定子，该定子两面上均安置绕组线圈；每一处在两定子间的转子，该转子两面上均安置永磁块。所述定子固定于外壳的内壁上；所述的转子固定于转轴上。

本电机设置成至少两个或N个定子时，转子数的最佳设计则为1或N－1，且每两个转子中间位置的定子线圈采用双面绕组方式同时作用于两侧的永磁块转子。

本发明采用的稀土永磁材料具有高磁密和高矫顽力的特点，前者使电机在控制时有良好的响应特性，后者使电机有较大的安匝数，能承受大电流冲击。

(三) 中央控制系统部分

具体实施例：

中央处理器连接车辆上的所有电气设置和零部件，所连接的设备其中包括：动能感应发电机、整流组件、轮毂电机、油门、制动踏板、制动力分配电路、蓄电池组通过收集车辆各部分设备的信号，给出相应的指令，对于车载动能感应发电机中央处理器的管理流程是：当车辆刚刚开始行驶状态时，动能感应发电机的转子应该处于旋转模式，一旦动能感应发电机转子内的霍尔没有检测到转子的转动，此信号被中央处理器获取，处理器即刻发出第一指令，此时动能感应发电机上的发条助力电机启动，做功结束后处理器二次采集动能感应发电机转子的霍尔信号，如果再次获取动能感应发电机转子未旋转的信号，处理器将发出第二指令，启动动能感应发电机转子助力电机帮助转子旋转，动能感应发电机所发出的电能由中央处理器分析蓄电池是否需要充电，如果从蓄电池采集的信号是需要充电，则动能感应发电机发出的电经过逆变和整流组件再充入到蓄电池中；如果从蓄电池采集到不需要充电的信号则不启动动能感应发电机转子助力电机。

对于轮毂电机的管理分为供电和电力回收两部分。

对车辆行驶的控制：

1.当车辆在平缓的路面刚起步时，中央控制系统将车辆设定为前轮驱动优先模式，为了达到让车辆平稳行驶，中央处理器为轮毂电机提供较小的力矩，并以两个前轮的单转子优先，随着车速的提高和油门踏板的深度加大，处理器会逐步加大车辆的轮毂电机的力矩以达到油门所设定的速度值。

2.当车辆处于上坡状态时，陀螺仪会给中央控制系统发出车辆上坡的信号，中央控制系统收到信号后将车辆设定为后轮驱动优先模式，根据对轮毂电机转速和油门设定的相应速度值做对比，在检测到电机转速小于油门设定的速度值时，中央控制系统会加大轮毂电机的输出力矩，并在后轮驱动无法实现此目的时增加到四轮驱动，并加大四轮的输出力矩，

3.在下坡制动时，中央控制系统收集到传统刹车系统制动效果不佳的信号，会给四轮发出协助减速的指令，模仿ABS的制动效果并提供间歇性的反向力矩，此方式可避免轮胎抱死和打滑，以前轮优先。

轮毂电机的电力回收：

1.在车辆行驶时，驾驶员连续油门和制动踏板被踩下，两个动作中的任何一个都可切换到电力回收模式，轮毂电机所发出的电力经整流组件处理后充入蓄电池中。

2.当车辆行驶过程中，不管以前轮驱动还是后轮驱动模式，其中无力矩输出的轮毂电机都作为发电机始终为蓄电池充电。

3.车辆匀速或加速行驶时，当中央控制系统检测到蓄电池组中的电量已满，此时如果车辆正处在前轮驱动或后轮驱动的情况下，给出供电切换指令，直接将无力矩输出的轮毂电机所发出的电能输出到工作中的轮毂电机，蓄电池则作为补偿供电。

以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，并非因此局限本发明的专利范围，故凡是运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变化，均包含于本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种带有自动平衡动能发电机的电动汽车，包括自动平衡动能发电机、驱动系统和中央控制系统三部分，其中：

(一) 自动平衡动能发电机

动能发电机主要部件包括：发条及发条盒、变速齿轮组、齿圈、发电机，还包括双向摆陀、搐纵齿轮和棘爪、单向轴承、传动齿轮、从动齿轮；

带有搐纵齿轮和棘爪的双向摆陀的轴与发条的中心端固定连接，发条的最外端与带有齿的发条盒内壁相连，带有齿的发条盒的底部以等边形式固定有固定有三个或三个以上齿轮且齿缘露于带有齿的发条盒之外，并将齿轮置与齿圈内，设有一组或多组变速齿轮，第1组变速齿轮组的正面中心固定有一个齿轮与带有齿的发条盒的底部的齿轮同时啮合，且变速齿轮组正面的齿轮直径不大于带有齿的发条盒的底部的齿轮的直径，变速齿轮组的背面为等边形式安放的齿轮，且变速齿轮组同轴同向安放并使其齿轮相互啮合；齿圈的作用，是将变速齿轮可依次同轴同向的旋转于筒内并使其筒内的齿与变速齿轮上的齿相互啮合，齿圈与发电机外壳相固定；发电机转子上固定的齿轮与最后一组变速齿轮组相啮合；

发电机固定于陀螺仪支架上，陀螺仪支架的连接处有卡锁，整个动能发电机通过陀螺仪支架安装于车辆上；

(二) 驱动系统

永磁式轮毂电机，包括外壳、设于外壳内的第一转子、设于外壳内的第一定子，穿过外壳和第一转子、第一定子的电机转轴，所述的第一转子与转轴固定，所述的第一定子固定于外壳的内侧；第一转子与第一定子相邻一侧的表面上布置多个的永磁块，在与第一转子永磁块相对的第一定子表面上设置多个绕组线圈；

所述的第一定子中心与轴之间设置磁悬浮轴承，磁悬浮轴承设置在转轴穿过外壳的通孔上；

(三) 中央控制系统

中央控制系统包括：中央处理器、整流组件、蓄电池组、油门、制动踏板；其中整流组件包括逆变器、变压器、整流器、充电电路、放电电路；

中央控制系统通过以下的步骤或流程，实现对自动平衡动能发电机和驱动系统的控制：

1)车辆启动时，中央控制系统将蓄电池组中的电能供给驱动系统，使其做功牵引车辆行驶；

2)启动后的车辆会因车辆自身和路面的原因产生不同程度的振动和摇摆，这些足以使自动平衡动能发电机工作并产生电流，经由控制系统整流逆变后充入蓄电池组；

3)车辆行驶过程中，如果经轮毂电机回收的电能可以满足蓄电池及车辆其他用电，则中央控制系统会中断自动平衡动能发电机对蓄电池充电，此时启动发条助力电机将发条蓄能并中止其能量的释放以备车辆需要时发电之用；

4)当中央控制系统检测到自动平衡动能发电机所发出的电量不足且汽车用电量大于蓄电池的充电电量时，中央控制系统将对驾驶员作出提示；

5）中央控制系统对于轮毂电机产生的电能进行整流逆变后充入蓄电池组。

2.根据权利要求1所述的带有自动平衡动能发电机的电动汽车，其特征在于，所述发条为磁性发条，所述发电机为磁悬浮发电机。

3.根据权利要求1所述的带有自动平衡动能发电机的电动汽车，其特征在于，所述动能发电机还可加装手动摇把，此手动摇把为可折叠式；通过手动摇把的折叠、打开，使手动摇把的齿轮与发条盒的外延齿呈分离、啮合两种状态。

4.根据权利要求1所述的带有自动平衡动能发电机的电动汽车，其特征在于，所述动能发电机还加装发条助力电机，发条助力电机上的齿轮与发条盒上的齿相啮合。

5.根据权利要求1所述的带有自动平衡动能发电机的电动汽车，其特征在于，所述动能发电机的发电机加装发电机转子启动电机，转子启动电机通过齿轮与发电机转子外壳的齿相啮合。

6.根据权利要求1所述的带有自动平衡动能发电机的电动汽车，其特征在于，所述永磁式轮毂电机的转子及定子呈盘形结构，在第一转子与第一定子相邻一侧的表面上辐向布置多个的永磁块，在与第一转子永磁块相对的第一定子表面上辐向设置多个绕组线圈。

7.根据权利要求1所述的带有自动平衡动能发电机的电动汽车，其特征在于，所述永磁式轮毂电机的转子及定子呈筒形结构，在第一转子与第一定子相邻一侧的表面上轴向布置多个的永磁块，在与第一转子永磁块相对的第一定子表面上轴向设置多个绕组线圈。

8.根据权利要求1所述的带有自动平衡动能发电机的电动汽车，其特征在于，所述永磁式轮毂电机，设有多个定子和多个转子，所述的多个定子和多个转子交错配置于外壳内，转轴穿过定子和转子并与转子固定连接，所述的多个定子与转轴之间通过磁悬浮轴承连接。

9.根据权利要求8所述的带有自动平衡动能发电机的电动汽车，其特征在于，所述永磁式轮毂电机，当设置定子数N≥2时，转子数为N－1个，且每一个处在两个转子间的定子两面上均安置绕组线圈；每一个处在两片定子间的转子两面上均安置永磁块。

10.根据权利要求8所述的带有自动平衡动能发电机的电动汽车，其特征在于，所述永磁式轮毂电机，每个定子采用单面独立绕组，并且为多根绕组方式。

11.根据权利要求8所述的带有自动平衡动能发电机的电动汽车，其特征在于，所述永磁式轮毂电机，定子采用单片、多片、单线、多线的供电和分级电压的供电方式。

12.根据权利要求1所述的带有自动平衡动能发电机的电动汽车，其特征在于，所述永磁式轮毂电机的外壳附有反磁材料。

13.根据权利要求1所述的带有自动平衡动能发电机的电动汽车，其特征在于，所述永磁式轮毂电机的定子通过电源线与外部的电源连接，伸出电机外面的电源线的外皮都覆盖有电磁屏蔽层。

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