CN105634376A - 一种时序供电式轮毂电动装置及其驱动和制动方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种时序供电式轮毂电动装置，包括电源调制器(1)、减速/变矩装置(2)、轮毂(6)、驱动操控装置(9a)、至少一套的电动装置(3)；所述的电动装置包括同轴转体(3e)、至少一个定子单元(3a)以及若干转子单元(3b)；所述同轴转体为具有转动轴的环形机械圈；所述若干转子单元包括至少一个永磁体转子单元(3b1)和至少一个导磁体转子单元(3b2)，其相间设置于同轴转体上；所述定子单元安装在同轴转体内部或外部；所述同轴转体与轮毂同轴设置，并通过减速/变矩装置与轮毂机械传动；电源调制器时序电流输出端(1b)连接定子单元的内部绕组，驱动信号输入端(1d)连接驱动操控装置。

Description

一种时序供电式轮毂电动装置及其驱动和制动方法

技术领域

本发明涉及电动车的电源动力设计领域，具体涉及一种电动装置的结构和驱动、制动方法，包括周期性通断电流、时序供电幅值变换的电源调制方法。

背景技术

我国电动车市场上主要是两轮车，我国电动两轮车的市场保有量已达到1.5亿辆以上；除了两轮车，近年电动三轮车也迅速兴起，据行业情报披露2013年已逾1000万辆，区域用的低速电动四轮车市场也获得了长足发展。

目前在电动车市场上，所配用的电动机目前正从通用型向专业设计方向发展，其电源控制器也力图运用脉冲调制技术降低电机工作过程的无功损耗。目前市场电动车的动力技术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，但这两个方向在技术发展思路上都受到了较大局限，例如电动机，电动两轮车市场主流配用的是轮毂式电动机，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；对于电动三轮车和区域用低速电动四轮车，市场主流配用的主要是轴输出形式的单元电机。

近年市场己普遍应用PWQ技术来控制电动机，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，用于代替正弦波或其他所需的波形。根据其特性，按一定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。但研发主流对电机控制的基本思路，通常集中在传统“倒相”模型所伴随的相角位控制思想范畴，技术开发收益不尽人意。

在电动两轮车市场上，近年来国内外同行均试图开发在轮沿设置原动机构的电动轮，这一思想方法古来有之，中国古代已普遍使用水车，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心旋转的动力。但是，当这一水车模型被平移到电动车领域时，并未获得预期的开发成功。例如市场上一种在车圈外缘设齿并安装输出轴带齿电动机的电动自行车，通过齿轮传递电动机的轴输出动力，这类设计虽有新意，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毂式电机类同，并且在车圈外缘设置电动机会受到功率的限制。

对于电动四轮车应用的大功率轮毂式电动机，目前市场上开发的主流思路是在轮毂内部设置电动机，因常规电动机的重量/体积比功率低，导致轮毂重量大增，实用耗电指标并不低，且性价比不高，市场产品的种类也较少。

发明内容

本发明的目的，在于克服现有电动车开发在轮毂内部设置电动机习惯思路的设计缺陷，提供一种在轮毂外部连体设置电动机的设计方案，同时电动车改变为时序供电方式，结构简单，转矩大，工艺容易实现，满足电动车的技术设计需求。

本发明提供的轮毂电动装置，所述轮毂电动装置包括电源调制器1、减速/变矩装置2、轮毂6、驱动操控装置9a和至少一套的电动装置3；所述电源调制器至少包括电源输入端1a、时序电流输出端1b和驱动信号输入端1d，所述的电源输入端电连接电池组8的正负极；所述的电动装置包括同轴转体3e、至少一个定子单元3a以及若干转子单元3b；所述同轴转体为一个具有转动轴的环形机械圈；所述若干转子单元包括至少一个永磁体转子单元(3b1)和至少一个导磁体转子单元(3b2)，其相间设置于同轴转体上；所述永磁体转子单元在同轴转体上多个设置时，其磁极方向相同；所述定子单元安装在靠近同轴转体的内部或外部车架，两者之间气隙3d不大于55mm；所述同轴转体与轮毂同轴设置，并通过减速/变矩装置与轮毂机械传动；

所述电源调制器的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9a；所述电源调制器通过驱动操控装置获取用户的行车指令，并对定子单元的内部绕组输出电流，使电动装置及其连体轮毂6获得驱动/制动。

优选的，本发明所述轮毂电动装置的额定功率不大于22KW。

优选的，所述减速/变矩装置2由若干齿轮组合而成，其机械传动输入端与同轴转体3e固连，其机械传动输出端与轮毂6固连；减速/变矩装置2单独设置或与同轴转体3e或轮毂6一体化设置。

所述转子单元3b(包括永磁体转子单元3b1和导磁体转子单元3b2)相间设置于同轴转体3e上包括设置于同轴转体的内缘、外缘、内部或与同轴转体一体化设计制造；多个转子单元在同轴转体上相间设置时，优选均匀排布；所述转子单元在不影响安装于同轴转体3e的前提下不限形状。

优选的，所述永磁体转子单元3b1在同轴转体3e上多个同极向设置，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22度角。

优选的，所述定子单元3a安装在同轴转体3e内部与固定机械装置固连；

优选的，所述定子单元3a安装靠近同轴转体3e外部与车架固连的机械装置上；

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，其在车架4任何固定部位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；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3b1的排布状态设置为与其运动相向的极性相反。

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。

优选的，所述定子单元3a靠近同轴转体3e安装时，其内部绕组通电形成的两极连线方向与同轴转体3e的法线10垂直或平行，包括偏转不超过22度角；

更优选的，若干所述定子单元3a在同轴转体3e的法线平面两侧部位对称安装。

优选的，所述同轴转体3e配置若干减速/变矩装置2与若干轮毂6同轴传动，或所述轮毂6同轴配置若干同轴转体3e及若干减速/变矩装置2传动。

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3b与定子单元3a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1c电连接；所述电动装置至少在同轴转体3e的内部或外部设置一传感单元。

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多线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。

本发明中，所述轮毂电动装置还包括电磁制动装置9b，所述电源调制器还包括制动信号输入端1e，其电连接电磁制动装置9b，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3的定子单元3a的内部绕组输出电流。

本发明还公开了含有上述任一轮毂电动装置的电动车，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；所述电动车的车轮包括单轮以及同轴紧凑安装两个轮毂的准单轮结构。

本发明中，所述电源调制器1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序周期性地通电和断电。

本发明还公开了一种前述轮毂电动装置的驱动方法，该方法根据所述转子单元3b(包括永磁体转子单元3b1和导磁体转子单元3b2)和定子单元3a的位置关系通过电源调制器输出时序驱动电流控制电动装置及轮毂转动；

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同轴转体3e上的有效作用区间结合同轴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；所述供电时域位于相应的时间段，所述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，所述为转子单元绕轴切线方向与其隔气隙所受定子单元电磁力作用方向重合状态所确定的值；所述断电时域内电源调制器1不输出电流。

优选的，通电时域/子时域内的电流波形、频率以及占空比不限。

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顺时序呈幅度依次变小；所述供电时域或其子时域的幅值随时序呈线性递减关系；或呈2^K递减关系，所述的指数K取值0.55至0.95；或为如下关系：I_t/A＝(I₀―I_g)其中I₀为起始通电强度，I_g为通电终止时刻的电流强度。

优选的，所述通电时域由驱动操控装置9a获取外界的输入，根据行车速度确定。

优选的，所述通电时域T₁内初始的电流、电压或定子单元3a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。

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3a与转子单元3b周期性隔气隙3d相对、为0的状态作为基准座标和基准时间，当转子单元每次转至基准座标时，电源调制器进行一次时间归0校准并记录本次周期时间，通过与上次周期时间比较，从而获知对应轮毂的旋转周期时间和车速，并控制输出电流。

本发明还公开了所述轮毂电动装置的制动方法，该方法通过所述在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(为0)以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；

所述转子单元趋近定子单元的时域为状态的相应时间段，所述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，∠为转子单元在同轴转体绕轴切线方向与其隔气隙所受定子单元电磁力作用方向重合状态所确定的值。

优选的，所述方法还包括校正步骤，所述校正步骤将为0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。

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。

优选的，所述输出电流控制步骤包括：

1)驱动操控装置9a对电源调制器1无输入指令时，电源调制器休眠；

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；

3)当车速或通电频率达到设定的阈值时，所述的电源调制器断电。

本发明针对轮毂电动装置的设计特点，对动力电源植入优化的数控编程技术，明确了动力电流的供电时序周期及其内部通电时域的子集强度特点和断电时域等工作逻辑构成，使轮毂电动装置可在设定的时序逻辑实现高效节电。所述供电时序，是电源调制器根据传感装置的周期性信号而相应发出具有规律性的时序电流，这种时序供电设计可带来了两项明显的节电效益：一是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工作，在不需要工作的时域休眠，既节省了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高，通电积热进一步减少。

本发明的优点在于：具有时序供电控制带来的明显节能效果，以此方案进行匹配设计的轮毂电动装置结构简单、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

图1a是一种轮毂连体式电动装置的基础结构侧视示意图。

图1b是一种轮毂连体式电动装置的基础结构透视示意图。

图1c是本发明应用于电动两轮车的一种整体结构示意图。

图1d是本发明应用于电动三轮车的一种整体结构示意图。

图1e是本发明应用于电动四轮车的一种整体结构示意图。

图2a是永磁体转子单元在同轴转体的一种磁极设置示意图。

图2b是永磁体转子单元在同轴转体的另一种磁极设置示意图。

图2c是导磁体转子单元在同轴转体的一种设置示意图。

图3a是定子单元绕组两端连线设置为与同轴转体法线垂直的示意图。

图3b是定子单元绕组两端连线设置为与同轴转体法线重合的示意图。

图3c是定子单元凹型绕芯上部正对同轴转体内缘的结构示意图。

图4a是转子单元在同轴转体上受力方向分解及动态夹角示意图。

图4b是转子单元与定子单元处于同轴法线的状态示意图。

图5a是电源调制器的基本工作逻辑示意图。

图5b是一种实现电源调制器的数字技术逻辑的模块组合示意图。

图5c是电源调制器增设电磁制动装置输入端的工作逻辑示意图。

图6a是电源调制器输出电流呈周期性通断的时序示意图。

图6b是一种两阶恒流呈递减关系的电流时序示意图。

图6c是一种首阶电流恒定、二阶电流呈曲线递减关系的时序示意图。

图6d是一种多阶电流呈连续递减关系的时序示意图。

图6e是一种幅值呈曲线递减关系的脉冲子集包络示意图。

图6f是对应一个定子单元组合一个转子单元的一种通电逻辑示意图。

图7a是一个定子单元组合8个转子单元的一种局部结构示意图。

图7b是同轴转体旋转周期对应电源调制器的通断电时域示意图。

图7c是对应一个定子单元组合8个转子单元的一种通电逻辑示意图。

图8是两个定子单元组合8个转子单元的一种局部结构示意图。

图9是12个定子单元组合12个转子单元的一种局部结构示意图。

附图标识：

1、电源调制器；1a、直流电源输入端；1b、时序电流输出端；1c、感应信号输入端；1d、行车信号输入端；1e、制动信号输入端；2、减速/变矩装置；3、电动装置；3a、定子单元；3b、转子单元；3c、传感单元；3d、气隙；3e、同轴转体；4、车架；5、车轮；6、轮毂；7、轮轴；8、电池组；9a、驱动操控装置；9b、电磁制动装置；10、同轴法线；11、车轮切线；12、绕组两极方向连线；电磁力与其法向分力的夹角。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步对本发明进行详细说明。

参见图1c示例，本发明应用于电动两轮车，该车的轮毂电动装置的基础结构主要由轮毂6、减速/变矩装置2和电动装置3组成，其中，电动装置的同轴转体3e是与轮毂6同轴设置，两者之间通过减速/变矩装置2传动，一种减速/变矩装置同轴独立设置的基础结构如图1a所示，其同轴透视示意结构如图1b所示。

本发明所述的定子单元由一组或若干组良导线环绕磁芯而成，良导线通常使用铜线或镀铜铝芯线，磁芯使用常规磁介质材料，该类磁介质为本领域技术人员公知的一种在磁场作用下内部状态发生变化、并反过来影响磁场存在或分布的物质。同轴转体上设置的转子单元有永磁体和导磁体两种材料，所述导磁体为本领域技术人员公知的一种在磁场作用下感应生磁、且磁极与外磁场方向相反的物质；所述永磁体为普通磁钢、钕铁硼等，并且当多个永磁体转子单元在同轴转体上设置时，其N/S磁极同向，而不象常规技术习惯采用的N/S磁极交替排布。

参见图2a，同轴转体3e外缘设置有一个永磁体转子单元3b1，S极面向同轴转体内设置，同轴转体内设置有一个定子单元3a，两者运动相对的气隙3d足够小，如果定子单元通电的N极面向同轴转体，则永磁体转子单元趋近通电的定子单元时，会受到其电磁力吸引而使同轴转体加速运动；在另一个实施例中，永磁体转子单元的S极运动相向定子单元，定子单元绕组通电的N极逆转体旋转方向与其相对，两者磁作用同样为相吸，如图2b所示；如果转体6外缘设置导磁体转子单元3b2，因其载磁为被定子单元电磁场感应所至，无论定子单元绕组的通电方向如何设置，两者磁作用均为相吸，如图2c所示；该定子单元电磁极与转子单元相吸关系设置是本发明电动轮毂装置的基础模型，同轴转体上设置两种不同基材的转子单元是因为永磁体和导磁体具有主动载磁和被动载磁的两种不同特性，可根据其不同特性多样化组合，以适应轮毂电动装置驱动、制动多种实时状态的控制。

转子单元绕轴趋向通电的定子单元时，所受到的电磁力F可分解为同轴法线10方向F₁₀与切线11方向F₁₁，如图4a所示，其中对转子单元绕轴运动有贡献的是切向作用力F₁₁。转子单元绕轴所受力与定子单元电磁场作用于同轴转体的区间相关，对一个绕芯为柱状的定子单元，其电磁力线穿越气隙的最大区间，对应于电磁极两极连线12与同轴转体的相应法线10垂直(与相应切线11平行)，如图3a所示；柱状绕芯亦可设置为电磁极的两极连线与同轴转体的相应法线重合，如图3b所示，该设置方式通常为多个定子单元组合排布时选用。对于凹型绕芯，其电磁力对转子单元的作用区间，位于凹型绕芯上部正对同轴转体的两端范围内，如图3c所示。

转子单元在同轴转体上绕轴时，其和轴所确定的法线与定子单元和轴所确定的法线为一个动态夹角其进入上述定子单元电磁场作用区间的始点时，绕轴切线方向与通过气隙所受到电磁力F作用方向重合的状态为一特殊点，此时夹角为定值转子单元所受电磁力的有效作用区间，位于以为0状态为基准的±位置区间内(所述±根据同轴转体的旋转方向而相对定义)。当为0时，F₁₀为最大值，F₁₁为0，此时对转子单元的绕轴完全无贡献，如图4b所示。对该实时状态，常规技术是通过控制电流倒相继续运行，一般使用电刷或电子装置将直流电调制为通电方向交替变换，从而伴随产生电流相位、感生电流及其相应的相角位控制等传统技术。本发明轮毂连体电动装置的驱动与传统技术方案的根本区别在于：运用F₁₁为主的状态区间通电，其余状态区间断电，利用电动装置的同轴转体转动惯量继续运行；此外，还可运用F₁₀为主的状态区间以及转子单元背离定子单元的状态区间通电使电动装置获得制动；电动装置的同轴转体通过减速/变矩装置的实时传动，把相应的驱动/制动状态传递至轮毂上。

F₁₁和F₁₀在转子单元的绕轴运动过程中为一对此消彼长的运动变量，其理论强弱变换以为分界点，在的状态表现为以驱动力F₁₁为主，在的状态表现为以制动力F₁₀为主。本发明轮毂电动装置驱动供电的技术方案为：电源调制器对应的状态时域通电，其余时域断电；当主要设计目标为节电时，优选甚至对应的时域通电；当需要充分利用同轴转体的转动惯量时，优选甚至对应的时域通电；因在至的状态相伴有可观的F₁₀，在状态通电对驱动旋转已失去优化设计意义；该驱动电流的通断时域如图6a所示，其中T₁为通电时间，T₂和T₀均为断电时间，(T₁+T₂+T₀)构成了时序驱动电流周期T。本发明轮毂电动装置制动供电的技术方案为：电源调制器对应T₂和T₀的部分时域或全部时域设置为通电，所述T₂为转子单元绕轴对应的时域，T₀为转子单元远离定子单元的相应时域；同理，因在至对应状态存在可观的切向力F₁₁，对制动设计无益。

转子单元所受电磁力F方向是一个磁相互作用隐量，而为0和均为显态值，相对容易定位并通过电源调制器控制供电时序；所述根据对应状态的通、断电控制，在工业设计误差允许的范围内亦可近似变换为时序电流周期的相对时间控制，因为电源调制器通过时序校准容易判知从到0、即(T₁+T₂)的时间段，只要设定T₁与T₂的相对时间，即近似于对相应状态的通、断电时域控制；例如控制对应至的时域通电，可近似设定为在(T₁+T₂)的时间段起始1/2时域通电，之后1/2时域断电；同理，当控制对应至0的时域通电，可近似设定为在(T₁+T₂)的时间段起始2/3时域断电，之后1/3时域通电；但(T₁+T₂)是一个与同轴转体转速相关的量，以相对时间控制替代对的状态控制在轮毂电动装置变速时会出现偏差，换言之是一种近似控制方式。

当定子单元设置(包括组合)方案确定后，的显态位置同时被确定，实际设计时，通常是运用的显态位置作为传感装置判断电动装置内部相对位置的一种依据；的精确位置是一个与同轴转体圆弧度、气隙间距、定子单元绕芯形状及其排布等参数相关的值，有多种理论模型，具体设计时应经实验校准。电源调制器相应输出驱动或制动电流的工作逻辑可由常规开关控制电路实现，也可采用CPU编程结合功率模块组电路实现，或采用大规模集成的专用芯片实现。

对转子单元绕轴运动而言，T₂取值小则T₁时域大，存在一个驱动与制动、有用功与耗电/散热的优选问题。由于在驱动电流中无法将F₁₀彻底分离，一种削弱F₁₀对电动装置潜在积热影响的优选方案为：将通电强度/幅值设置为随时序递减，包括设置m≥2个通电强度随时序递减的子集，m可以设置为2、20、3K或30K等等，例如设置两段后阶比前阶强度小的恒定电流、5阶段强度依次递减的恒定电流或30K阶段幅值连续递减构成的脉冲子集；并且在子集的时域内，同理可设置为强度/幅值依时序递减。该技术方案有别于通过驱动操控装置9a减少电流平均强度对电动装置的作用效果，因为人工操控的最佳电流值总存在实时微偏差，不可能在极短时间内按应有的优选方式及时降流而充分节省电能。所述通电时域的电流最大值，包括了T₁时序启动时设置最大值，或启动不超过T₁/3时域达到最大值，之后随时序以任意方式递减，至T₁时序终止时设置最小值或归0。在电源调制器的设计制造中，通电强度随时序递减的方案众多，例如设置为随时序线性递减，也可设置为由最大值按2^K关系时序递减，K取值范围为0.55至0.95，等等；图6b所示的是一种两阶恒流随时序递减的设计方案，图6c是一种首阶电流恒定、二阶电流呈曲线递减的设计方案，图6d是一种多阶电流呈连续递减的设计方案，其多阶电流强度的幅值包络越接近I_t/A＝(I₀―I_g)的优选关系，节电效果越好；图6e是一种通电时序终止时刻的电流不为0、其间强度随时序递减的幅值包络趋势示意图。

对一个定子单元3a组合同轴转体上一个永磁体转子单元和一个导磁体转子单元的简单分析例来说，转子单元绕轴周期大部分时间不处于定子单元的电磁力作用有效区间，编程时应首先考虑电流时序周期T内的断电时间T₀，进而优选断电时间T₂和驱动通电时间T₁，提高电能的利用率，图6f是本简单分析例永磁体转子单元3b1和导磁体转子单元3b2相隔180度对称设置时、对应其中一个转子单元3b1/3b2驱动通电的时序逻辑示意图。组合设置两种材料转子单元的优点在于：如果同轴转体上仅设置永磁体转子单元，由于其磁极是固定，在本发明应用的基础运动模型中无论磁极方向怎样排布，均不能以动态反极形式跟随定子单元的电磁力作用，电能转换效率不如感应生磁的导磁体转子单元高；如果同轴转体上仅设置导磁体转子单元，正因为其磁极是感应生磁，当其刚好处于与定子单元隔气隙处于同一法线10、为0时，电动车很难从静态启动，容易出现堵转。当同轴转体上相间设置有永磁体转子单元3b1，电源调制器可通过感应装置判知永磁体转子单元为0的位置，相应发出静态启动时序电流；所谓静态启动时序电流的一个简单例，是碰到上述堵转、电源调制器在设定时间最大值得不到传感装置反馈信号的情况下，实时发出与正常驱动电流方向相反的启动电流，使同轴转体上至少一个永磁体转子单元3b1受到同极性相斥作用而偏离与定子单元隔气隙处于同一法线的状态，避免堵转发生。

对一个定子单元3a组合n个转子单元3b(3b1/3b2)的分析案例来说，定子单元3a在同轴转体一个旋转周期π是与n个转子单元3b发生电磁作用，电源调制器优选发出n个周期为T的通电时序，对应同轴转体旋转周期π有n个T₁、n个T₂以及n个T₀的时序工作逻辑，这种组合设计对电源调制器提出了较高要求。转子单元并非设置越多越好，其在同轴转体上的数目n受限于所受定子单元电磁力有效作用区间相应的空间占位，否则电源调制器对应输出的时序电流周期会重叠。

图7a是一个定子单元组合8个转子单元的局部示意图，定子单元在同轴转体旋转周期π分别与8个转子单元发生磁作用，电源调制器对应的理论时序电流划分为8个(T₁+T₂+T₀)周期，图7b标示了一种设定T为π/8、在同轴转体旋转方向对应的T₁、T₂和T₀示意时域，图7c为其中一个周期T的通电逻辑示意图。

如图8所示，同轴转体内部设置有两个定子单元3a，同轴转体上设置有8个转子单元3b，在同轴转体的旋转周期中，电源调制器要为两个定子单元分别提供8个周期为(T₁+T₂+T₀)的时序电流，这种组合对电源调制器提出了更高的设计要求。进一步可选择8个定子单元组合10个转子单元、12个定子单元组合12个转子单元(如图9所示)等等。理论上当H个定子单元与n个转子单元组合设计时，如果电源调制器对H个定子单元绕组分立供电，需对应设计n*H个电流时序，即n*H个(T₁+T₂+T₀)电流时序，编程将十分复杂；因此在多个定子单元3a的实用系统设计中，优选H个定子单元绕组电串联组合，或H个定子单元绕组分为若干组外接电源调制器，例如4个定子单元的内部绕组串联，串联绕组中间引出抽头共三根线对外电连接电源调制器，技术上还可利用该三根线两两比较的微分电位的不同，作为一种转子单元与定子单元相对位置判别的信号源，替代独立设置的传感单元。

理论上，也可以在同轴转体安装一个转子单元与若干个定子单元组合，但这种等效设计在技术上虽可实施，但因定子单元的造价相对较高，非优选方案。

电源调制器1可用常规开关电路设计或脉冲数字技术实现，后者的基础功能模块一般包括电源变换电路、内存贮有工作程序的微处理器和信号输入输出电路，能通过传感单元3c反馈信号相应地控制驱动模块输出的时序电流，对电动装置3进行动态控制，其工作逻辑如图5a简示，图5b是一种实现电源调制器基本功能的数字技术逻辑的模块组合示意图。

电源调制器的工作逻辑变换指令信号通常是从固连在同轴转体内部或外部的传感单元获得，传感单元不限于使用磁电感应绕组或霍尔元件，也可使用光电编码器等，当转子单元绕轴7周期性运动时，传感单元可获得电流(电压)的变化率反馈给电源调制器，电源调制器依据这一感应信号判知转子单元3b的相对位置而相应发出电流时序。根据对传感单元3c的工作精度及可靠性要求，传感单元3c可在同轴转体内部或外部设置一个或若干个，甚至变形为从上述多个定子单元绕组串联成多线回路反馈的方式、以及运用定子单元3a双线环绕的绕组反馈方式获得工作逻辑变换指令信号，此时电源调制器的感应信号输入端1c相应内置，其响应处理对电源调制器1的工作程序逻辑提出了较高要求。由于大规模集成电路技术的发展，实现上述工作逻辑变换的编程技术为行业专业人士所公知，所需了解的是时序电流周期、通电子集时域和幅值变化以及其间断电时域等基础设计参数。

综上，所述的电源调制器1是一个包括两级周期/频率设计的逻辑电源开关系统，一是T₁通电时域内m个子集的周期/频率设计，该频率越高越利于迫近理论节电优化的幅值递减关系设计；二是时序通电周期/频率，反映了单位时间内定子单元3a对转子单元3b的通电作用次数，该时序频率间接定义了轮毂电动装置转速及定子单元所需要的通电幅值或电磁力(源于电源调制器向定子单元的绕组通电)，因为T₁通电时域的幅值越大，单位时间内定子单元通电对转子单元的作用力越大、作用次数越多，其结果反映了轮毂电动装置转速越快。电源调制器所输出电流的时序频率，与同轴转体旋转一个周期隐含的(T₁+T₂+T₀)时序作用次数、通电平均强度以及轮毂电动装置转速是相互对应的诸物理量关系，因此当多种设定条件进入逻辑工作状态后，控制了时序通电频率也就是控制了轮毂电动装置转速。该人工控制车速是通过驱动操控装置9a电连接电源调制器的输入端1d来实现。

本发明轮毂电动装置可充分运用趋向轴心7法向电磁力F₁₀增设制动功能，此时电源调制器相应增设的制动信号输入端1e与电磁制动装置9b电连接，如图5c所示，电源调制器所输出驱动与制动电流的两者关系逻辑为或；当轮毂电动装置需要制动时，不仅T₂时域启动通电，而且优选T₀的部分或全部时域相应同步变换为通电增强制动效果，制动通电电流越大，电磁制动效果越好，从安全第一的设计理念出发，不必为制动通电的节能问题过多考虑；电磁制动装置9b可设置为一个连续或多级的变阻器，其功能为可控制电源调制器所输出的制动通电强度。

定子单元3a在同轴转体3e内部或外部与固定机械装置固连的设置要点，是要使转子单元在周期性旋转中与其形成有效发生磁作用的相对气隙3d，该气隙是定子单元向转子单元传递电磁力作用的能量通道，气隙越小越有利于磁能量作用传递，但气隙过小易发生机械接触，设计时需综合把握材料的刚性和机械加工精度；所述同轴转体内部的固定机械装置，类似于传统电动机的定子；所述同轴转体外部的固定机械装置，可视为车架的局部。定子单元设置于同轴转体内部是一种优选示例，亦可设置在同轴转体的外部。需要注意的是，当定子单元设置于同轴转体外部时，转子单元受到电磁力的法向分力是背离轴心7，无相应的制动功能。

所述的减速/变矩装置2一般由若干齿轮组合而成，通过若干齿轮的组合可达到改变机械传动输入端的转速或改变转矩的技术目标，减速/变矩装置的设计方案较多，优选独立设置于同轴转体外部；减速/变矩装置也可以与同轴转体实行一体化整体设计，甚至与轮毂实行一体化整体设计；但在同轴转体外部非同轴设置减速/变矩装置时，通常需配置悬架、减震弹簧等调整重心，非优选方案。

本发明中，所述驱动操控装置9a的传统产品为一个变形设计的、人工易操控的变阻器或电位器，伴随近年技术发展，不少建立在光敏、霍尔控制原理基础上的专用操控装置日趋成熟，这类产品一般设计为常规旋转把手式，亦可设计为推拉式操纵杆或其他任意手动控制方式，包括遥控。电动车常规使用的照明灯、转弯/制动信号灯、音鸣等控制功能，一般是由若干个电连接电源的开关组成，该类电源开关可单独设置，亦可将相关功能植入电源调制器共用数据母线统一编程实现。

本发明中，所述的轮毂电动装置可在一个轮以上的电动车设置，使本发明所述的轮毂电动装置成为主要电动系统或辅助电动系统，多途径有效节省电能。所述的优选例仅为推荐，若干技术方案可组合并用，可部分使用也可加入其他成熟技术。只要根据电动装置3的磁流能量特点，通过对电源调制器1设计可精确控制的时序电流，即可实现本发明方案的基本技术目标。

对电动车以及电动机技术较深入了解的专业人士，都不难在本发明所述的方案基础上，举一反三地变形实施本发明内容。例如在现有市场的脉冲直流电动机基础上，通过传感方式的改变以及控制器电流程序变换来部分实施本发明。本发明所述电源调制器的电流时序控制方法和通电时域的幅值递减设计特征、电动装置的基础结构方案及其衍生的技术变形实施，均应被列入本发明的保护范围。

实施例1、

一种前后轮结构电动两轮车的轮毂电动装置，选用如图1c所示的车架4，车轮5的周长为1000mm，电池组8选用磷酸铁锂电池安装在车架的内部；轮毂电动装置设于车的后轮。电动装置3的同轴转体3e为一个具有转动轴、周长为300mm的环形钛铝合金圈，合金圈的外缘固连一个转子单元3b，在合金圈内部与定轴固连的机械装置上，安装一个定子单元3a；同轴转体3e与轮毂6同轴安装，其间设置有一个由若干齿轮组合而成的减速/变矩装置2，并通过减速/变矩装置2实现与轮毂6机械传动，减速/变矩装置2的减速比为10：1。

轮毂电动装置的同轴转体上设计有两个转子单元，在同轴转体上相隔180度安装，其中一个为永磁体转子单元3b1，材料为钕铁硼；另一个为导磁体转子单元3b2，选择市场易于采购的铁磁体；其中，永磁体转子单元3b1的两极连线与同轴转体的切线平行，S极面向同轴转体旋转方向，如图2b所示；两个转子单元加工成盒型小单元，该小单元的长度设计为12mm，宽度在不影响安装的情况下取最大值，紧密安装在同轴转体3e的外缘；定子单元3a的绕芯选择市场易于采购的凹形铁磁体，这种铁磁体内部存在较多磁畴，在外磁场作用下磁畴易转向产生与外磁场方向一致且强得多的附加磁场，凹形绕芯下部加工成与同轴转体对应的弧形，线圈绕组由一根直径0.70mm的铜线环绕凹形磁芯50圈而成，安装要点：将定子单元安装在同轴转体内部并靠近其内缘，外加螺丝与同轴转体内部的固定部位固连，凹形绕芯上部正对同轴转体内缘(如图3c所示)，与同轴转体内缘形成9mm的间隔，两端对应同轴转体占位32度机械角。

设定电动两轮车最大时速约20km/h即5.6m/s(5.6转/s)，同轴转体3e经过减速/变矩装置2对应的限速值为56转/s，计取限速对应的旋转周期时间为18ms，即电源调制器对电动装置供电的(T₁+T₂+T₀)时序周期最小值T为18ms；电源调制器采用常规电子控制电路实现，最大过载功率850W，设定T₁：(T₂+T₀)为1：35；电源调制器对应最大时速输出的电流强度在额定电压24V时为18A，该电流值根据整车重量、驾驶员额定体重结合电动装置3设计并经实验校准，以实验值为准。

电源调制器1的电源输入端1a电连接电池组8的正负极，时序驱动电流输出端1b电连接定子单元3a的线圈绕组，感应信号输入端1c电连接传感单元3c，行车信号输入端1d电连接驱动操控装置9a。电源调制器对定子单元组合后的通电方向，设置为N极逆同轴转体旋转方向。传感单元3c由一个磁电感应绕组构成，通过外加螺丝将传感单元固连在同轴转体3e内部并靠近其内缘的部位。

该电动两轮车外置的驱动操控装置9a采用无级变阻的旋转式电位器，常规把手式，通过与电子控制线路的配套设计，可通过改变阻值实时控制电源调制器1输出的电流强度，从而控制电动自行车的正常车速。电动自行车常规使用的照明灯、转弯/制动信号灯、音鸣等通断电操控的控制单元2，均采用市购产品配套。

电源调制器1设定的工作逻辑为：以定子单元3a与转子单元3b周期性隔气隙3d相对、处于同一法线10(为0)的状态记为基准座标和基准时间，当人力助动或与驱动操控装置9a给出驱动信号、并且传感单元3c感知转子单元绕轴至为位置的时刻(约16度，对应转子单元进入凹形绕芯两端范围内相对的初始时刻，该精细时刻是一个根据同轴转体圆弧及气隙等参数设计并经实验校准的值，以实验值为准)，电源调制器启动输出12A电流；当转子单元3b绕轴7每次前转至基准座标时，电源调制器进行一次时间归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，获知本次周期时间的实时值，并根据实时状态对下一步工作逻辑进行判定：如果驱动操控装置9a对电源调制器1无输入指令，电源调制器休眠；如果驱动操控装置9a给出的指令是加速，则电源调制器在下一周期对应转子单元3b绕轴至为位置的时刻，执行T₁与(T₂+T₀)比值为1：35的通、断电时序，实时通电的平均强度由驱动操控装置给出；，如果驱动操控装置维持在电源调制器输出电流接近18A的状态，上述设定的逻辑状态将使电源调制器的时序通电频率越来越高，对应车轮5每周期中定子单元3a对转子单元3b的电磁力作用次数越来越多，车速越来越快；当时序通电频率高于所设定的1/18ms(对应同轴转体转速56转/s)或电源调制器输出电流连续4s维持在18A的状态时，电源调制器无条件断电而达到自动限速的设计目标。

实施例2、

将实施例1电源调制器的时序电流改变为：T₁通电时域设置为两段时间和强度相互对应的恒定电流，特点为后1/3时间电流I₂/A为前2/3时间电流强度I₁/A的一半；电源调制器的工作逻辑调整为：当定子单元绕组启动通电时，电源调制器在5s内以I₁强度12A(对应I₂为6A)为基准、对应同轴转体旋转周期每下一个周期自动加大1％输出强度的电流时序，两段通电时域的相对比例为2：1；从第6s起始等待驱动操控装置下一步工作指令：如果驱动操控装置9a无输入指令，电源调制器休眠；如果驱动操控装置给出的指令是加速，则电源调制器在下一周期对定子单元绕组启动通电时，执行T₁与(T₂+T₀)比值为1：35以及I₁与I₂的电流强度2：1、通电时间比例2：1的电流时序，实时通电的平均强度由驱动操控装置给出。

其余与实施例1相同，该缓加速方式更适应安全设计要求。前述定子单元绕组启动通电的时刻，也可由为位置改变为由或位置的时刻。

实施例3、

在实施例2的基础上优化电源调制器的通电程序：将T₁通电时域设置为5段通电时间相同但电流强度规律递减的电流，5段通电强度按K*I₁/A的线性关系分级递减，递减系数K为0.73，即当5段通电时间的起始电流强度为12.0A时，T₁时序内的电流强度自动呈12.0A、8.8A、6.4A、4.7A、3.4A的规律递减。通电程序逻辑使用常规电子电路实现控制的设计较复杂，制造成本也较高，将电源调制器改为采用成熟的脉冲数字技术实现。。

电源调制器核心模块包括常规CPU和一个设计功率500W的驱动模块，其细化工作逻辑如图5b所示，其中脉冲变换调理电路主要是完成将脉冲信号转换为阶梯波信号，脉冲信号发生器主要产生所需的脉冲信号，其次经微分电路输出尖峰脉冲，然后经过限幅电路将尖峰脉冲的负半周滤除，只剩下正半轴尖峰脉冲，用集成运放组成的积分电路进行积分累加，加上电压比较器和控制电路，就组成了完整的阶梯脉冲信号，对电路的各个元件进行参数调整，从而得到满足工作逻辑要求的阶梯波信号。电源调制器1在T₁通电时序内，通过控制芯片(CPU)使驱动模块产生一系列幅值随时序递减的脉冲电流，脉冲频率30KHz，其余与实施例2类同，所取得的动力性能与实施例2类似，但节电效果相对好。

实施例4、

将实施例3的脉冲子集幅值改设置为连续递减，即电源调制器对应T₁启动电流为12A时，通电时域的幅值包络趋势自动呈(12―3.4)的规律递减。为提高位置信号传感的工作可靠性，本实施例将传感单元设置为两个。

本实施例因电源调制器1所输出的脉冲子集包络选择了更优化的时序递减关系，电动车行驶的节省电能效果比实施例3好。本实施例所述的轮毂电动装置，亦可相应安装在两轮车和三轮车的前轮以及单轮车上。

实施例5、

在电动三轮车后厢下两个后轮的内部横梁中间部位设置轮毂电动装置，选用如图1d所示的简便车架4，选用周长为1500mm的车轮5，电池组8选用铅酸胶体电池，电池组8安装在电动三轮车后厢下部的车架4专设部位。

电动装置3的同轴转体3e为一个具有转动轴、周长为500mm的环形合金钢圈，钢圈内部均匀相间地嵌合固连8个转子单元3b，其中包括4个永磁体转子单元3b1和4个导磁体转子单元3b2，4个永磁体转子单元3b1的S极全部正对转体的轴7，如图2a所示；8个转子单元的永磁体与导磁体相间平均设置，其局部结构如图7a所示；在同轴转体外部与车架4固连的机械装置上，安装一个定子单元3a，定子单元与钢圈外缘的间距11mm；同轴转体在横梁中间部位与轮毂6同轴心安装，两边各设置一个由若干齿轮组合而成的减速/变矩装置2，两个减速/变矩装置在同轴转体和两个轮毂6之间同轴心安装，通过两个减速/变矩装置实现对两个后轮轮毂的机械传动，减速/变矩装置的减速比为9：1。

本实施例基础参数参照实施例1设计而调整，定子单元的线圈绕组调整为60圈，凹型绕芯对应同轴转体占位的机械角为42度，继续选用限速20Km/h即5.6m/s(3.7转/s)，同轴转体经过减速/变矩装置2对应的限速值为33.3转/s，计取限速对应的旋转周期时间为30ms；因同轴转体3e外部的定子单元在同轴转体一个旋转周期中分别与8个转子单元发生电磁力作用，电源调制器对电动装置供电的(T₁+T₂+T₀)时序周期对应限速值值为3.75ms，选取T₁：(T₂+T₀)为0.75：3；电源调制器选用大规模数字逻辑开关集成电路实现，设计最大过载功率1500W。

轮毂电动装置的电源调制器所设定的工作逻辑与实施例1的方法类同，电源调制器对定子单元组合后的通电方向，设置为N极逆同轴转体旋转方向。通过周期校准记录的时序通电频率，可获知实时车速，当时序通电频率高于1/3.75ms(对应同轴转体转速33.3转/s)时，电源调制器1无条件断电而达到自动限速的设计目标。本实施例因定子单元3a设置于同轴转体3e外部，其法向F₁₀是背离转体3e的轴，不能利用本发明轮毂电动装置相应设置制动功能。

实施例6、

将实施例5的定子单元3a改变为在同轴转体3e内部与固定的机械装置固连，定子单元的绕芯相应缩小使之可安装在同轴转体3e内部，绕组和对应同轴转体占位的机械角不变，使转子单元所受到的法向电磁力F₁₀是趋向同轴转体3e的轴7，轮毂电动装置的其余安装方法与驱动电流时序与实施例5类同。

电源调制器相应增加一个制动信号输入端1e电连接电磁制动装置9b，如图5c所示，电磁制动装置为一个十级变阻器；当人工控制电磁制动装置发出制动信号时，电源调制器切断T₁对应时序的电流，启动T₂时域通电，通电时域设定在传感单元3c感知转子单元3b绕轴至为位置到为0位置的时间段；。

电源调制器所输出的制动电流，对应电磁制动装置9b的十级阻档设置为十级强度，设定输出的电流强度为：首级5A、末级26A，十级电流平均设置。

本实施例由于增设有电磁软制动式制动装置，减速效果平缓。

实施例7、

将实施例6电源调制器输出的制动逻辑优化为：对定子单元绕组的制动通电时域增加转子单元和定子单元处同轴法线相对以及处于远离状态的时域，即当启动T₂时域通电时，将T₀部分时域的工作逻辑同步变换为通电，该T₀部分时域的数值与(T₁+T₂)相等，通电启动时刻以为0开始计时；电源调制器在该T₀部分时域所输出的制动电流强度与T₂时域相同。

本实施例对定子单元绕组的制动通电增加了转子单元和定子单元处于远离状态的时域；该制动通电时域可对应周期时序T简要设定为：在(T₁+T₂+T₀)时序中，起始1/3时域断电，之后2/3的(T₂+T₀)时域通电。

本实施例加强了电磁制动的效果，行驶安全系数更高，

前述为度位置对应的时间段，也可以更改为度位置的时间段。

实施例8、

在电动三轮车后厢下横梁对应两个车轮5分别安装两套轮毂电动装置，两个同轴转体3e分别对应两个车轮靠近其轮毂6同轴心安装，其间各设置一个由若干齿轮组合而成的减速/变矩装置2，减速/变矩装置的减速比为9：1，两个减速/变矩装置2与同轴转体3e和两个轮毂6同轴心安装，通过两个减速/变矩装置2实现对两个后轮轮毂6的机械传动。其余与实施例7类同。

本实施例中，驱动供电时域定义为从至相应的时间段。

本实施例使用两套轮毂电动装置驱动两个车轮，使电动三轮车动力倍增。

实施例9、

将实施例5电动三轮车电动装置的定子单元3a增设为两个，设置在同轴转体3e外部车架专设的机械装置上，钛铝合金同轴转体3e以一体化成型工艺在内部嵌合8个相间设置的转子单元3b。两个定子单元的绕芯改为圆柱形，绕组匝数与实施例1相同，安装时圆柱形绕芯两端连线12与同轴转体相应的法线10垂直，如图3a所示；两个定子单元安装在同轴转体3e外部的一侧，靠近同轴转体外缘9mm的环形部位安装，技术要求与旋转方向毗邻转子单元3b的机械间距相同，两个定子单元3a的绕组电串联连接，在同轴转体3e旋转周期中共同与其均匀分布的8个转子单元发生电磁力作用；电源调制器1对应同轴转体3e旋转周期时间相同。

本实施例中，驱动供电时域定义为从至相应的时间段，制动供电时域定义为从至0度相应的时间段。

本实施例因采用了两个定子单元3a，动力效果倍增。

实施例10、

实施例9中，如两个定子单元3a非处于8个转子单元3b与轴7构成的同轴转体3e中心平面上，对转子单元3b的电磁力作用方向与同轴转体旋转方向存在微偏差，如不对定子绕芯及其安装方案作出机械布局的优化调整，则当大电流对定子单元内部绕组通电时，可能导致同轴转体欠稳定。本实施例为克服单侧安装两个定子单元的机械布局缺陷，将两个定子单元3a改为在同轴转体3e两侧空间对称安装，绕组电串联连接，且两个定子单元的电磁极方向相同。

实施例11、

为进一步加强电动三轮车的电动效果，本实施例在同轴转体3e内部专设的机械装置上设置12个定子单元3a，定子单元的绕芯为圆柱形，绕组匝数50圈，安装时圆柱形绕芯两端连线12与同轴转体相应的法线10重合，如图3b所示，并且在靠近同轴转体内缘7mm的环形部位均匀分布；钛铝合金同轴转体3e以一体化成型工艺在内部嵌合12个相间平均设置的转子单元3b，其中包括3个永磁体转子单元3b1和9个导磁体转子单元3b2，3个永磁体转子单元3b1的N极全部正对转体的轴，安装时，每3个导磁体转子单元相间1个永磁体转子单元。

12个定子单元的绕组电串联连接，每4个定子单元的绕组中间引出抽头，对外形成3根线组成电外接回路(类似于传统电动机内部绕组的Δ形接法)，在同轴转体3e旋转周期中与其均匀分布的12个转子单元发生电磁力作用；电源调制器1的电连接方式对应设计为三线回路，其相应输出的时序脉冲电流在三线构成的各个回路中平均分配；电源调制器对定子单元组合后的通电方向，设置为N极逆同轴转体旋转方向。本实施例可以进一步利用定子单元3a绕组外接两相反馈的两两比较微分电位差，作为一种内部位置判别的信号源，替代独立设置的传感单元。

本实施例的轮毂电动装置在电动四轮车两个后轮的横梁上设置，轮毂电动装置驱动、制动控制方式与前述定子单元设置于同轴转体内部的方法类同，驱动供电时域定义为从从至相应的时间段，该驱动供电时域对应周期时序T简要设定为：在(T₁+T₂+T₀)时序中，起始1/8时域通电，之后7/8时域断电。制动供电时域定义为从至－相应的时间段(为－值对应转子单元远离定子单元的状态而相对定义)，该驱动供电时域对应周期时序T而简要设定为：在(T₁+T₂+T₀)时序中，起始3/8时域断电，之后5/8时域通电。

本实施例因采用12个定子单元/转子单元组合，动力效果大大增强。

实施例12、

在实施例11基础上，将轮毂电动装置在图1e所示电动四轮车两个前轮的横梁两端安装，即对应两个车轮的轮毂分别配置两个同轴转体3e及一套减速/变矩装置2传动。每个同轴转体3e上及其内部与前述类似设置转子单元3b和定子单元3a，并且各设置一个传感单元3c，电源调制器1相应设置为4路电流输出并分别电连接4个同轴转体3e内部的定子单元3a绕组，使电动四轮车可取得倍增的电动效果。

本实施例及前述例在横梁设置电动装置的电动车，横梁两端的两个电动轮在转弯行驶时存在差速，应特别设计限速，或对电源调制器1内置差速程序。

实施例13、

将轮毂电动装置在同轴紧凑安装两个车轮的准单轮结构中实施。

在常规单轮和一个轮以上的电动车中，将同轴紧凑安装的两个车轮视为准单轮，两个车轮的两个轮毂6之间设置同轴转体3e，每个轮毂6均内置有减速/变矩装置2，同轴转体3e通过减速/变矩装置2对两侧轮毂6传动；同轴转体3e均内置一体化设计制造的转子单元3b，定子单元3a和传感单元3c设置在同轴转体3e内部，电源调制器1和电池组8安装在车架4任意位置。

本实施例由于把电动轮设计为两个车轮同轴紧凑安装的准单轮结构，使变形设计的准两轮结构电动车的电动行驶效果更稳定；本实施例可进一步技术变形，把减速/变矩装置2内置于轮毂6改变为内置于同轴转体3e外部的设计。

实施例14、

把实施例6在两个后轮的内部横梁中间或两端部位设置轮毂电动装置的技术方案，变形为两轮同轴并行安装的两轮车。本实施例因两个电动轮同轴并行安装，转弯行驶时两个电动轮存在差速，因此应特别设计限速，或通过对电源调制器1内置转弯行驶的差速程序，使转弯行驶更稳定。

实施例15、

在实施例1凹形绕芯的上部正对同轴转体3e的内缘的设计基础上，将凹形绕芯的上部逆车轮旋转方向偏转6度角，其余与实施例1类同。本实施例因定子单元3a内部绕组通电后形成电磁场的偏转角，更符合转子单元3b伴随同轴转体3e旋转中周期性相吸的动态模型，所取得的实施效果比实施例1要好。

实施例16、

实施例1所述的传感单元3c是固连在同轴转体3e内部，本实施例将传感单元3c改变设置在前轮的车架4上，在前轮5周期面对传感单元3c的环形区域任意部位，专门设置一块永磁体，使传感单元3d的感应绕组伴随车轮5旋转而周期性获得感应信号，所取得的实施效果与实施例1类同。

实施例17、

将实施例1的定子单元绕组改变为双线环绕磁芯，两个绕组由两根0.70mm铜线环绕磁芯50圈而成，其中一个绕组回路用于动力供电，电连接电源调制器1；另一个绕组回路用作替代独立设置的传感单元3c，作为转子单元3b伴随车轮5旋转位置的判别信号源。

此外可将定子单元绕组的设计进一步优化为：动力供电绕组由一根直径0.70mm的铜线环绕凹形磁芯50圈而成，传感绕组由一根直径0.18mm的铜线环绕凹形磁芯18圈而成，可更节省铜材。

实施例18、

将上述任一例所述的轮毂电动装置配合中央动力式的电动车或双源汽车上安装，将所述的轮毂电动装置在至少一个轮设置，使本发明所述的轮毂电动装置成为辅助电动系统，多途径有效节省电能。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (12)

1.一种轮毂电动装置，其特征在于，所述轮毂电动装置包括电源调制器(1)、减速/变矩装置(2)、轮毂(6)、驱动操控装置(9a)和至少一套的电动装置(3)；所述电源调制器包括电源输入端(1a)、时序电流输出端(1b)和驱动信号输入端(1d)，所述的电源输入端电连接电池组(8)的正负极；所述的电动装置包括同轴转体(3e)、至少一个定子单元(3a)以及若干转子单元(3b)；所述同轴转体为一个具有转动轴的环形机械圈；所述若干转子单元包括至少一个永磁体转子单元(3b1)和至少一个导磁体转子单元(3b2)，其相间设置于同轴转体上；所述永磁体转子单元在同轴转体上多个设置时，其磁极方向相同；所述定子单元安装在靠近同轴转体的内部或外部车架，两者之间气隙(3d)不大于55mm；所述同轴转体与轮毂同轴设置，并通过减速/变矩装置与轮毂机械传动；

所述电源调制器的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行车指令并对定子单元的内部绕组输出电流，使电动装置及其连体轮毂获得驱动/制动。

2.根据权利要求1所述的轮毂电动装置，其特征在于，所述减速/变矩装置(2)由若干齿轮组合而成，其机械传动输入端与同轴转体(3e)固连，其机械传动输出端与轮毂(6)固连；减速/变矩装置独立设置，或与同轴转体或轮毂一体化设置。

3.根据权利要求1所述的轮毂电动装置，其特征在于，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，其若干个组合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，其通电形成的电磁极与所述永磁体转子单元(3b1)运动相向的极性相反。

4.根据权利要求1所述的轮毂电动装置，其特征在于，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(3b)与定子单元(3a)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(1c)电连接；所述电动装置至少在同轴转体(3e)的内部或外部设置一传感单元。

5.根据权利要求4所述的轮毂电动装置，其特征在于，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以及由若干定子单元绕组之间串联而成的多线外接回路。

6.根据权利要求1所述的轮毂电动装置，其特征在于，所述轮毂电动装置还包括电磁制动装置(9b)，所述电源调制器还包括制动信号输入端(1e)，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(3)的定子单元(3a)的内部绕组输出电流。

7.含有权利要求1～6任一轮毂电动装置的电动车，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；所述电动车的车轮包括单轮以及同轴紧凑安装两个轮毂的准单轮结构。

8.基于权利要求1～6任一装置的驱动方法，该方法通过电源调制器(1)根据所述转子单元和定子单元的位置关系输出时序电流控制电动装置及轮毂转动；

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同轴转体(3e)上的有效作用区间结合同轴转体上的转子单元个数而设置若干个通断周期，每个通断周期包括供电时域和断电时域；所述供电时域位于相应的时间段，所述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，所述为转子单元绕轴切线方向与其所受电磁力方向重合状态所确定的值；所述断电时域内电源调制器(1)不输出电流。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，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，且按时序呈幅值依次变小；所述供电时域或其子时域的幅值随时序呈线性递减关系；或呈2^K递减关系，所述的指数K取值0.55至0.95；

或为如下关系：其中I₀为起始通电强度，I_g为通电终止时刻的电流强度。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述通电时域内初始的电流、电压或定子单元(3a)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。

11.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括校正步骤；所述校正步骤为以定子单元(3a)与转子单元(3b)周期性隔气隙(3d)相对、为0的状态记为基准座标和基准时间，当转子单元每次转至基准座标时，电源调制器进行一次时间归0校准并记录本次周期时间，通过与上次的周期时间比较，从而获知对应轮毂的旋转周期时间和转速并控制输出电流。

12.基于权利要求1～6任一装置的制动方法，该方法在所述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以及转子单元远离定子单元状态的至少一个时域中，电源调制器(1)输出时序电流控制电动装置及轮毂制动；

所述转子单元趋近定子单元的时域为状态的相应时间段，所述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，所述为转子单元绕轴切线方向与其所受电磁力方向重合状态所确定的值。