CN105811692A - 一种电动车用轮毂系统及其驱动、制动和电能补充方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种电动车用轮毂系统包括电动轮毂装置、电池组和增程系统；所述电动轮毂装置包括轮毂、减速/变矩装置、电源调制器、驱动操控装置和至少一套电动装置；所述电动装置包括同轴转体、至少一个定子单元和若干转子单元；所述同轴转体为一个具有转动轴的环形机械圈；所述转子单元包括至少一个永磁体转子单元和至少一个导磁体转子单元，其设置于同轴转体上；所述定子单元安装在同轴转体内且与其气隙不大于55mm；所述同轴转体与轮毂同轴设置，电动装置和减速/变矩装置均设置在轮毂内；电源调制器通过驱动操控装置/电磁制动装置获取用户指令并输出时序电流，实现电动轮毂装置驱动/制动；所述增程系统为电池组补充电能。

Description

一种电动车用轮毂系统及其驱动、制动和电能补充方法

技术领域

本发明涉及电动自行车的动力设计领域，特别涉及一种周期性时序电流控制的电动装置的驱动、制动方法及其配套电动车的增程设计方法。

背景技术

目前电动自行车市场主流是配用电动轮，这类电动轮实际是将传统设置在轴上的电动机变形在轮毂内，把转子延伸设计为通过机械装置把转矩传递至车圈；严格而言，狭义轮毂是指与传动轴连接的法兰、轴承座等部分，目前国内用户更多指的是轮圈，本说明书所述的轮毂涵盖狭义的轮毂和轮圈两部分。

轮毂电机又称车轮内装电机，其并非新生事物，早在1900年，保时捷就制造出了前轮装备轮毂电机的电动汽车，在20世纪70年代，这一技术在矿山运输车等领域得到应用；目前电动汽车市场主流使用的电动轮，其结构除轮毂本体外，主要部件一般包括轮毂电机、刹车盘、刹车卡钳、主动悬挂电机、悬架、减震弹簧等，重量远超出传统的轮毂本体设计，电动机如果不能呈倍数减磅，变形为轮毂的技术意义很有限，仅以单位体积的功率密度一项指标衡量，现有电动机远远达不到轮毂电机的设计要求，运用传统技术设计制造轮毂电机还有较长的路要走。

近年电动车市场迅猛发展的永磁无刷直流电机，主要由电机本体、位置检测器和电源逆变控制器组成，一般结构为永磁体设置在转子、磁极N/S交替相间排布，若干绕组设置在定子，位置检测器和逆变控制器一起构成电子换向器取代机械接触式换向装置，绕组通电形成旋转磁场而使转子旋转；控制方面普遍采用了PWQ技术，这种常规设计的明显问题是正弦波变形的近似度控制，其动力供电虽然采用PWQ技术调制，但在控制思想方法上仍受限于电动机内部旋转磁场的传统设计。

续行里程短是现阶段电动车的软肋，行业普遍认为在高能量电池进入商用前，靠增加电池数量提升电动车的续行里程不现实，因此目前汽车市场主流是发展油、电双源混合车，其设计思想为：当汽车起步或低速时使用电动机的动力，汽车达到某个速度阀值时变换为使用内燃机的动力，从而降低汽车在起步或低速时因燃油在内燃机燃烧不完全引起的排气污染；其技术基础结构特征为：燃料箱19给内燃发动机系统20提供燃料输出动力；在此传统设计基础上并行增加一套电连接电池组8的电动机系统21，电动机由电池组提供电能输出动力；两路动力通过油、电动力转换装置22共用机械传动系统23，将内燃机或电动机的动力传递到轮毂上，这类双源动力的设计可称之为油、电动力并行系统，其基础结构示意如图1所示。

发明内容

本发明的目的，在于克服现有电动车所配用轮毂电动机的的缺陷，提供一种有别于传统结构、通过时序电流控制的电动轮毂装置，同时提供一种基于电动车在行驶中补充电能的增程技术方案，结构简单，转矩大，工艺容易实现。

本发明提供的一种电动车用轮毂系统，所述轮毂系统包括电动轮毂装置13、电池组8和增程系统16；所述电动轮毂装置包括轮毂6、减速/变矩装置2、电源调制器1、驱动操控装置9a和电动装置3；所述的电动装置包括同轴转体3e、至少一个定子单元3a和若干转子单元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，且伴随同轴转体旋转；所述定子单元安装在靠近同轴转体内缘的固定部位，且定子单元与同轴转体形成的相对气隙3d不大于55mm；所述同轴转体与轮毂同轴设置，电动装置和减速/变矩装置均设置在轮毂内，轮毂内至少设置一套电动装置；所述电池组为可重复多次充电使用的二次电池；

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，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，并于相应时序对定子单元的内部绕组输出电流，使电动装置通过减速/变矩装置对轮毂实现驱动/制动。

所述电动装置3的定子单元3a/转子单元3b可在相对同轴转体的部位互为置换设计，配合相关装置设计也可取得电动效果。

优选的，本发明所述电动轮毂装置的额定功率不超过20KW。

优选的，所述电动轮毂装置的轮毂内部至少设置一套电动装置。

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上包括嵌合在其外缘、内缘或内部以及与同轴转体实行一体化设计制造；转子单元在不影响安装于同轴转体的前提下不限形状；若干个转子单元在同轴转体安装时相间设置，优选均匀排布。

优选的，所述永磁体转子单元3b1若干个在同轴转体3e上同极向设置，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15度角。

优选的，所述电动轮毂装置13的减速/变矩装置2为若干齿轮组合而成，其传动输入端与同轴转体3e机械固连，其传动输出端与轮毂6机械固连；减速/变矩装置可独立设置，或与同轴转体或轮毂一体化设置。

优选的，所述减速/变矩装置2设置于同轴转体3e与轮毂6之间，并与同轴转体与轮毂同轴设置。

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，其内部线圈绕组可任意串联、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3a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，所述电动装置3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；所述电动轮毂装置至少在同轴转体的内部或外部设置一传感单元；

优选的，所述传感装置还包括定子单元的内部绕组，所述内部绕组包括环绕定子单元磁芯的绕组以及若干定子单元绕组之间串联而成的多线外接回路。

优选的，所述电动轮毂装置13还包括电磁制动装置9b，所述电源调制器1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的定子单元的绕组输出电流。

所述驱动操控装置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。

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被限定在电源调制器设定的时域周期性地通电和断电。

本发明所述轮毂系统的增程系统16包括逻辑充电装置17和电能补充装置18；所述逻辑充电装置的输入端17a电连接电能补充装置，其输出端17b电连接电池组8的正负极；所述增程系统在设定的逻辑工作状态为电池组补充电能。

优选的，所述增程系统16的电能补充装置18为材料任意的一次电池与控制装置组合而成，所述的控制装置至少包括一次电池启动装置；

优选的，所述增程系统16的电能补充装置18为内燃发电机与控制系统装置组合而成；所述的内燃发电机至少包括内燃机和发电机，所述的控制系统装置至少包括燃料箱19和内燃机启动装置；所述内燃机的燃料任意；

更优选的，所述增程系统16的电能补充装置18由一次电池与控制装置、内燃发电机与系统装置两者组合设置而成。

所述增程系统16的逻辑充电装置17至少包括直流电充电装置，可独立设置，或将其部分逻辑功能或全部逻辑功能集成于电源调制器1内；所述的逻辑充电装置的设计，亦可兼有一次电池的控制装置或/和发电机的电路控制装置的功能。

本发明中，所述含有上述任一轮毂系统的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。

本发明还公开了一种前述轮毂系统的电动轮毂装置驱动方法，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，通过电源调制器输出时序电流控制同轴转体以及轮毂转动；

所述时序根据同轴转体旋转方向而定义，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25度≤θ≤90度相应的时间段，所述∠θ为转子单元绕轴所受定子单元电磁力与其法向分力的方向所形成的动态夹角，所述断电时域内电源调制器1不输出电流。

优选的，所述供电时域的电流不限波形、频率及占空比。

优选的，所述通电时域T₁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同轴转体转速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与转子单元周期性隔气隙相对、处于同一法线的状态(θ为0)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，通过与上次转子单元转至基准座标的周期时间比较，从而获知同轴转体以及轮毂的旋转周期时间，并控制输出电流。

本发明还公开了所述轮毂系统的电动轮毂装置制动方法，该方法根据所述转子单元趋近定子单元、转子单元和定子单元处同一法线相对(θ为0)以及处于远离状态的至少一个时域中，通过操控电磁制动装置9b使电源调制器1输出时序电流控制同轴转体以及轮毂制动；

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0≤θ≤35度相应的时间段，所述θ为转子单元在同轴转体上绕轴所受定子单元电磁力与其法向分力的方向所形成的动态夹角。

优选的，所述方法还包括校正步骤，所述校正步骤将θ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9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9给出加速指令时，电源调制器1输出时序电流；

3)当电动装置转速或通电频率达到设定的阈值时，所述的电源调制器断电。

本发明还公开了所述电动车用轮毂系统的电能补充方法，该方法在电动轮毂装置13运行中需要为电池组8持续补充电能，或当电池组的实时电压或残存容量值低于所设定的阀值时，启用增程系统16，使电能补充装置18通过逻辑充电装置17为电池组充电补充电能。

本发明根据电动轮毂装置的设计特点对动力电源植入数控编程技术，明确了供电时序及工作逻辑构成，使电动轮毂装置被限定在电源调制器设定的时域通电，既节省电能又减少了通电积热；所述的电动轮毂装置应用于电动车可使用一次电池或二次电池，所述的一次电池包括所有一次性放电的电池和各种燃料电池，例如锌空气电池、铝空气电池以及氢转换电能等可提供一次性电能的装置；所述的二次电池包括所有放电后可反复充电的电池，例如锂电池、铅电池、金属储氢电池等。鉴于目前电动车市场所配用二次电池的储能密度较低，本发明针对这一技术现状设计了旨在电能补充的增程系统，有效解决电动车续行里程短的公知主要问题。

本发明的优点在于：电动轮彀装置具有时序供电控制带来的明显节能效果，增程系统可有效克服电动车续行里程短的主要问题，以此方案进行设计的轮毂系统结构简单、成本低，有效适应高端节能电动车的设计要求。

附图说明

图1是常规双源混合车的油电动力基础结构示意图。

图2a是本发明轮毂系统的一种基础结构示意图。

图2b是本发明电动轮毂装置本体的一种基础结构示意图。

图2c是本发明轮毂系统的另一种基础结构示意图。

图2d是永磁体转子单元在转体的一种磁极设置示意图。

图2e是永磁体转子单元在转体的另一种磁极设置示意图。

图2f是导磁体转子单元在转体的一种设置示意图。

图3a是定子单元柱型绕芯设置为与同轴转体法线垂直的示意图。

图3b是定子单元柱型绕芯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是轮毂内电动装置的基础结构及电磁力方向分解示意图。

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9a是8个定子单元组合12个转子单元的一种局部结构示意图。

图9b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。

图10a是本发明应用于两轮车的一种车架和局部结构示意图。

图10b是本发明应用于四轮车的一种车架和局部结构示意图。

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、绕组两极连线；13、电动轮毂装置；16、增程系统；17、逻辑充电装置；17a逻辑充电装置输入端；17b、逻辑充电装置输出端；18、电能补充装置；19、燃料箱；20、内燃发动机系统；21、电动机系统；22、油、电动力转换装置；23、机械传动系统；θ、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2a，本发明轮毂系统与常规油电混合车的轮毂系统的明显特征区别在于：其一，增程系统16与电动车的驱动系统和动力传输系统无关：其二，增程系统的电能补充装置18可以是内燃发电机组合的系统或一次电池组合的系统，或其组合；其三，电动轮毂装置的基础结构与控制方式与常规技术不同。

本发明所述电动轮毂装置本体的一种基础结构如图2b所示，该机械结构与一般轮毂式电动机的明显区别在于：

1、电磁力发生源：源于良导线环绕磁芯而成的独立单元，所述良导线通常使用铜材或镀铜金属，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、并产生更强附加磁场的物质。

2、同轴转体上：转子单元有永磁体和导磁体两种材料，其中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；并且若干个永磁体转子单元在同轴转体上设置时的磁极方向相同。

参见图2d，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2e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2f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，以适应电动轮毂装置驱动、制动多种实时状态的控制。

如图4a所示，转子单元趋近通电的定子单元时，其所受到的电磁吸引力F可分解为同轴转体与轴对应的法线10方向F₁₀与相应的切线11方向F₁₁，其中对转子单元绕轴运动有贡献的是切向作用力F₁₁，F与F₁₀的方向形成了动态夹角θ。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。

转子单元趋近通电的定子单元时存在一个F与F₁₁重合的特殊点，该状态表现为F与转子单元绕轴切线方向重合，以电磁作用状态描述转子单元的有效受力区间，位于转子单元与定子单元处于同轴法线10(θ为0状态)为基准、θ为±90度的位置区间内(所述±根据同轴转体的旋转方向而相对定义)。当θ为90时，F₁₁为最大值；当θ为0时F₁₁为0，F₁₀为最大值，对转子单元绕轴无贡献，如图4b所示；F₁₁和F₁₀为一对此消彼长的运动变量，其理论强弱变换以∠θ为45度为分界点，在θ＞45度的状态表现为以驱动力F₁₁为主，在θ＜45度的状态表现为以制动力F₁₀为主。

本发明所述电动装置的驱动供电技术方案为：电源调制器对应25度≤θ≤90度的时域通电，其余时域断电；在该通电时域，以节电为主的设计应选择在60度≤θ≤90度甚至75度≤θ≤90度的时域通电；需要充分利用同轴转体转动惯量的设计，可选择在45度≤θ≤90度甚至25度≤θ≤90度的时域通电；由于∠θ在＜45度状态相伴有可观的F₁₀，在θ＜25度状态通电已失去优选意义；该优选驱动的电流通断时域如图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。当电动轮毂装置需要电磁力制动功能时，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为转子单元绕轴趋近定子单元对应0度≤θ≤35度的时域，所述T₀为转子单元绕轴远离定子单元的相应时域；同理，由于θ在35至45度状态时存在可观的切向电磁力F₁₁，对制动设计无益。电动装置通过减速/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。

上述电源调制器根据θ状态对通、断电的控制，在工业设计误差允许的范围内可近似变换为相对时间控制，因为θ为0状态和θ为90度状态均为显态，电源调制器通过时序校准可判知θ从90度到0度、即(T₁+T₂)的时间段，只要设定T₁与T₂的相对时间，即等价于对θ相应状态的通、断电控制；例如控制θ对应90度至45度的时域通电，可简要设定为：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θ对应30度至0度的时域通电，可简要设定为：在(T₁+T₂)的时间段起始2/3时域断电，之后1/3时域通电；(T₁+T₂)的时间段是一个与同轴转体转速相关的量，以周期时间确定θ为90度的状态判定在变速状态时会出现偏差，由于电源调制器对应θ为0度状态设置有时间校准，得予在下一周期校正。

∠θ为一个对应转子单元与定子单元相对运动的隐变量，由于气隙和磁作用回路影响，转子单元在同轴转体上绕轴对应θ为90度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；当定子单元设置(包括组合)方案确定后，对应θ为90度的显态位置同时被确定；实际设计时，通常是运用θ为90度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。所述电源调制器相应输出驱动或制动电流的工作逻辑，既可由常规开关控制线路实现，也可采用CPU编程结合功率模块组电路实现，或采用大规模集成电路技术制造的专用芯片实现。

对电动装置由一个定子单元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π大部分时间不处于定子单元的电磁力有效作用区间，编程时应首先考虑电流时序周期T的中断时间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6b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的驱动通电时序逻辑示意图。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、θ为0时，电动车很难从静态启动，容易出现堵转。当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θ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。

对电动装置由一个定子单元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1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个转子单元的结构示意简图，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3e内设置两个定子单元3a，同轴转体上设置8个转子单元3b，在其旋转周期中，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12个转子单元(如图9a所示)、12个定子单元组合12个转子单元(如图9b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，所述电动装置的电源调制器是一个逻辑电源开关系统，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电动轮毂装置的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)，通电幅值越大，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，其结果反映了同轴转体转速越快。电源调制器所输出的时序电流频率，与同轴转体旋转一个周期隐含的(T₁+T₂+T₀)时序作用次数、通电平均强度以及转速是相互对应的诸物理量关系，当电源调制器的诸多设定条件进入逻辑工作状态后，控制了时序通电的频率也就是控制了转速。该人工控制的电动轮毂装置转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。

当运用T₂时域通电来增设电磁力制动功能时，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，其功能为控制电源调制器输出的制动电流强度，制动电流越大，电磁制动效果越好。

所述定子单元3a在同轴转体3e内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，优选与同轴转体3e同轴设置并设置于同轴转体与轮毂之间。减速/变矩装置既可独立设置，也可以与同轴转体或电动装置整体实行一体化设计，甚至设置于同轴转体与轮毂之间环型带的局部位置；但这类在轮毂内部局部设置减速/变矩装置的设计，通常需在轮毂内配置悬架、减震弹簧等装置调整重心，非优选技术方案。

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。

目前市场主流电动车是配置二次电池，由于二次电池的比能量低，铅电池一般仅为40VAh/Kg，锂电池一般为120VAh/Kg，配车的续航里程欠理想；一次电池的优点是自放电小、比能量高，近期实验室制作的铝空气电池的比能量已达到8000VAh/Kg以上，但这类金属电极一次电池普遍伴随内阻大的缺陷，其比能量虽高但大电流放电能力却不强，虽然其未来应用前景被业界看好，但现阶段仍难满足电动车的电动装置放电性能需求，较稳健的技术方案是作为辅助电能使用。

本发明轮毂系统是在电动装置配置二次电池的技术基础上设置增程系统16，所述增程系统包括逻辑充电装置17和电能补充装置18；所述的逻辑充电装置的主要功能是监测电池组8的实时状态，并在设定的工作逻辑下为电池组补充电能，如图2a所示；所述电池组的实时状态至少包括实时电压或残存容量，例如某电动车的铅电池组的标称工作电压为48V，其正常工作电压区间为42.0V至53.2V，当设定铅电池组补充电的电压阀值为47V时，只要逻辑充电装置监测到电池组的实时电压下降至47V，即自动或人工启动电能补充装置18为电池组补充电。所述的逻辑充电监测和直流充电控制的功能，也可以部分变换至电源调制器实现，图2c所示的是一种由电源调制器1监测电池组实时电压并控制充电逻辑、直流充电功能由逻辑充电装置17完成的基础结构示意图；逻辑充电装置甚至可全部移植到电源调制器实行一体化设计。所述增程系统的电能补充装置，可以为材料任意的一次电池与直流充电控制装置组合而成，例如采用铝空气电池。

电能补充装置也可以为燃料箱、内燃机、发电机和整流装置组合而成，该类装置组合均为相对成熟技术，所述的燃料包括但不限于甲醇、乙醇、汽油、柴油、天燃气、气态或液态氢等；业内公知，内燃机的一个重要特点是在低速或变速时的状态燃烧不充分，但在定速尤其是高速的恒功率状态下工况一般都较理想，由于本发明电动车的增程系统功能仅是为电池组补充电能，内燃机可设置在恒功率工况，即使电能补充装置的电能来源是采用内燃机燃料，燃料的燃烧排放也十分低。

所述增程系统的两类电能补充装置，在电动车设计可组合并用。

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。只要根据电动装置的磁流能量特点，通过对电源调制器设计可精确控制的时序电流并配置增程系统，即可实现本发明方案的基本技术目标。

对电动车以及轮毂电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。例如在市场现有脉冲直流轮毂电机基础上，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、电动装置的基础结构、增程系统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、

一种助力型电动两轮车的轮毂系统，包括电动轮毂装置13、电池组8和增程系统16；电动轮毂装置设置于后轮，其配套车架4及机械局部结构如图10a所示；电池组8选用标称24V10Ah的磷酸铁锂电池，安装在车架的横杠内部；增程系统以甲醇发电机系统为电能补充装置18，发电机系统由甲醇燃料箱、甲醇内燃机、发电机和整流装置组合而成；增程系统的逻辑充电装置17主要由电池组实时电压监测模块、恒电压限定电流充电模块和工作逻辑控制模块等功能模块所组成，其输入端17a电连接电能补充装置，其输出端17b电连接电池组的正负极。

该电动车的轮毂6外缘周长为1000mm，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，其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，如图2b所示；电动装置通过减速/变矩装置实现与轮毂机械传动，减速/变矩装置的减速比为10：1。

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2e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10mm，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0.55mm的铜线环绕凹形磁芯39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7mm的固定部位，外加螺丝固定，凹形绕芯上部正对同轴转体内缘(如图3c所示)，两端对应同轴转体占位38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)，计取车轮相应的旋转周期时间为180ms；同轴转体3e经过减速/变矩装置2对应的限速值为56转/s，相应的旋转周期时间18ms，即电源调制器1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脉冲数字技术实现，设计最大过载功率700W，设定时序周期中T₁：(T₂+T₀)为1：35，即限速对应的时序周期供电的T₁取值0.5ms，其余17.5ms均为断电状态；电源调制器对应最大时速输出的电流强度为15A(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，其电源输入端1a电连接电池组8的正负极，时序电流输出端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。定子单元内部绕组的通电方向，设置为图2e所示的绕芯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靠近同轴转体3e内缘的部位。

该电动两轮车的驱动操控装置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输出的电流强度，从而控制电动车的车速。电动车常规使用的配件均采用市购产品。

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(θ为0)的状态记为基准座标和基准时间，当人力助动或驱动操控装置9a给出驱动信号、并且传感单元3c感知转子单元3b绕轴7转至θ为90度的位置的时刻(对应转子单元进入凹形绕芯两端范围内相对的初始时刻，该精细值经实验校准)，电源调制器启动输出10A电流；当转子单元3b绕轴7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，通过与转子单元上次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θ为90度位置的时间段，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15A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15A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。

增程系统的逻辑充电装置17设定的工作逻辑为：当监测到电池组8的实时电压下降至23V时，自动启动甲醇发电机系统为电池组8补充电能，其充电工作方式为恒定电压29.4V限制最大电流3A，当充电电流小于0.3A时自动停止充电。

本实施例所述的电动轮毂装置，可在前、后轮同时设置，亦可相应安装在单轮车、两轮车或三轮车的前轮；可对应每个车轮安装一套电动轮毂装置，也可对应一个车轮安装两套甚至多套电动轮毂装置；本实施例所述的增程系统由于采用甲醇为电能补充装置的燃料，且甲醇内燃机设置在恒功率工况，排放十分低；该两轮车的助力续航里程，主要取决于燃料箱携带的甲醇而不是电池组8的容量。

实施例2、

将实施例1增程系统的电能补充装置由甲醇发电机系统改变为铝空气一次电池；电源调制器1采用脉冲数字技术实现，核心模块包括常规CPU和一个设计功率800W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，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。

增程系统的逻辑充电装置17的功能设定为以恒定电压、限定电流的方式对电池组8充电，其工作逻辑指令由电源调制器1发出；电源调制器兼有对电池组实时容量监测和信号处理的功能，内部有计时器、信号触发器和逻辑处理器等功能模块，其外围设备包括放电容量检验装置，该放电容量检验装置在市购专用的放电容量仪、引出放电容量显示的线路改造而成；增程系统的工作逻辑为：放电容量检验装置对电池组8每5分钟进行一次微分流检验容量，当电池组的实时容量在标称容量的45％以上时，信号触发器模块不工作，逻辑充电装置相应为静态；当电池组的实时容量≤45％标称容量时，信号触发器模块发出信号，逻辑处理器模块相应发出信号启动铝空气电池系统18通过逻辑充电装置17为电池组8补充电能。

本实施例两轮车的电动助力增程取决于铝空气电池的储电容量；所述的铝空气电池，也可以置换为锌空气电池或储氢电能转换装置。前述定子单元绕组启动通电的时刻，也可改变为以(T₁+T₂)时间段为参照值延时1％至4％。

实施例3、

在实施例2基础上运用T₂时域通电对电动轮毂装置增设电磁力制动功能。

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，该制动通电时域设定在传感单元3c感知转子单元3b绕轴至θ为15度到θ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16A，十级电流平均设置。

实施例4、

将实施例3电动轮毂装置的制动逻辑进一步优化为：电源调制器启动T₂时域通电的同时，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，T₀通电启动时刻以θ为0开始计时；电源调制器在该T₀部分时域所输出的电流强度与T₂时域相同，此方案可加强电磁力制动效果。

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T₂也可以对应周期时序T而简要设定：在(T₁+T₂+T₀)时序中，起始5/12时域断电，之后7/12时域通电。

前述制动时域θ为15～0度位置的时间段也可以更改为35～0度位置的时间段。

实施例5、

在横梁两端分别安装电动轮毂的轮毂系统。

本实施例中，两个电动轮毂装置的机械本体共用一个电源调制器，轮毂外缘周长为1500mm，每个电动轮毂装置的机械本体内部的同轴转体3e为一个具有转动轴、周长为500mm的环形合金圈，其上嵌合8个转子单元，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，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3e内与定轴固连的机械装置上，安装一个与其内缘间距8mm的定子单元3a；同轴转体与轮毂6同轴心安装，其间设置一个由若干齿轮组合而成的减速/变矩装置2，减速/变矩装置与同轴转体和轮毂6同轴心安装，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，对应同轴转体占位的机械角为45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，因设置在同轴转体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0.775：1.1：1.875；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。电源调制器对定子单元内部绕组的通电方向，设置为绕芯N极逆同轴转体旋转方向。

电源调制器设定的工作逻辑与实施例1的方法类同，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，电源调制器无条件断电而达到自动限速的设计目标。

本实施例中的电池组选用标称55.5V40Ah铅酸胶体电池，增程系统设置与实施例1类同；本实施例轮毂系统较之前述例，两个电动轮驱动可使电动车动力倍增；所述在横梁两端分别安装电动轮的设计，可以是同轴两轮并行的两轮车或三轮车的两个后轮，也可以是四轮车的两个前轮或两个后轮；本实施例电动车因两个电动轮在同一横梁两端安装，转弯行驶时两个电动轮存在差速，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。

本实施例中，驱动供电时域T₁亦可定义为θ从90度至45度相应的时间段，简要设定为：在(T₁+T₂+T₀)时序中，起始1/4时域通电，之后3/4时域断电。

实施例6、

在实施例5的基础上将电动轮毂装置的定子单元3a增设为两个，同轴转体3e以一体化成型工艺在内部嵌合8个转子单元3b，转子单元包括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，8个转子单元的永磁体与导磁体两两相间平均设置。两个定子单元的绕芯改为圆柱形，绕组匝数60圈，安装时绕芯两端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内部法线平面的中心、靠近同轴转体内缘6mm的环形部位，技术要求与旋转方向毗邻转子单元3b的机械间距相同，两个定子单元的绕组电串联连接，在同轴转体3e旋转周期中共同与8个转子单元发生电磁力作用；电源调制器对应同轴转体旋转周期时间相同。本实施例中的电池组选用66V50Ah磷酸铁锂电池，增程系统16设置与实施例2类同；驱动供电时域定义为θ从90度至25度相应的时间段，制动供电时域定义为θ从25度至0度相应的时间段。

本实施例中的两个定子单元3a的机械布局，也可以改为在转体内部两侧对称的定体部位安装，两个定子单元的绕组电串联连接，且电磁极方向相同。

实施例7、

安装在如图10b所示电动四轮车的轮毂系统，电动轮毂装置安装在两个后轮；电池组8选用48V100Ah铅酸胶体电池，增程系统16对电池组的电能补充控制方式，设置为电能补充装置18在电动车运行中持续对电池组充电。

本实施例中，在电动轮毂装置的同轴转体3e内部专设的机械装置上设置12个定子单元3a，定子单元选用的绕芯为圆柱形，绕组匝数调整为55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8mm的环形部位均匀分布；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。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个转子单元在转体上相间平均设置。

电动装置中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△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；本实施例可以利用定子单元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原理类同，驱动供电时域定义为θ从90度至70度相应的时间段，制动供电时域定义为θ从22.5度至0度相应的时间段。驱动供电时域T₁亦可简要设定为：在(T₁+T₂+T₀)时序中，起始2/9时域通电，之后7/9时域断电；制动供电时域T₂亦可简要设定为：在(T₁+T₂+T₀)时序中，起始3/8时域断电，之后5/8时域通电。

本实施例的轮毂系统中，增程系统16的电能补充装置18既可以是燃料发电机系统，也可以是一次电池系统；由于电能补充装置的工作方式是在电动车启动时同步工作，并在电动轮毂装置运行中对电池组浮充电，逻辑充电装置17设计为恒定电压54V、限定最大充电电流10A的工作方式；本实施例两个后轮在转弯行驶时存在差速，应对电源调制器内置差速程序，使转弯行驶更稳定。

实施例8、

一种准单轮结构电动车使用的轮毂系统，所述准单轮结构是同轴紧凑安装两个车轮，电动轮毂装置的机械结构设在两个轮之间，即两个同轴紧凑安装的车轮共用一套电动轮毂装置；电动轮毂装置内部及控制方式、电池组8、增程系统16根据对车的性能需求参照前述例而设计；驱动操控装置9a设置为遥控。

本实施例所述同轴紧凑安装两个轮的准单轮结构可进一步在前后两轮电动车的前轮、后轮甚至前后两个轮加以变形实施，使电动车行驶效果更稳定。

实施例9、

设计一种双增程系统16的电动四轮车的轮毂系统。

该电动四轮车的配套车架4及机械局部结构如图10b所示；轮毂系统的电动装置13选用实施例7所述转体6上设置有12个转子单元3b、所述定体5内部设置有12个定子单元3a的结构作为电机本体，电源调制器1采用常规脉冲数字技术实现，所设定的驱动、制动逻辑控制功能与实施例7类同。

电池组8选用96V100Ah磷酸铁锂电池。

双增程系统16的电能补充装置18分别由铝空气一次电池系统18a(包括铝空气电池及其控制系统)以及内燃发电机系统18b(包括燃料箱、内燃机、发电机和整流装置及其控制系统)组合而成；双增程系统的逻辑充电装置17的功能模块包括充电模块和控制模块，充电模块设置有两路输入端，分别电连接铝空气电池系统18a的电能输出端和电连接内燃发电机系统18b的电能输出端；逻辑充电装置17的充电模块输出端电连接电池组8，其工作启动由逻辑充电装置17的控制模块通过电连接电源调制器1实现逻辑控制。

逻辑充电装置17通过电源调制器1的编程控制，实现对电池组8的实时电压/残存容量的监测和充电控制功能，其对铝空气电池系统18a的控制方法以及对内燃发电机系统18b的控制方法如实施例1和实施例2所述；双增程系统16为电池组8补充电能时，优先启用内燃发电机系统18b，当内燃发电机系统不能工作时继续启用铝空气电池系统18a。内燃发电机系统使用的燃料任意。

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 (15)

1.一种电动车用轮毂系统，其特征在于，所述轮毂系统包括电动轮毂装置(13)、电池组(8)和增程系统(16)；所述电动轮毂装置包括轮毂(6)、减速/变矩装置(2)、电源调制器(1)、驱动操控装置(9a)和电动装置(3)；所述的电动装置(3)包括同轴转体(3e)、至少一个定子单元(3a)和若干转子单元(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，且伴随同轴转体旋转；所述定子单元安装在靠近同轴转体内缘的固定部位，且定子单元与同轴转体形成的相对气隙(3d)不大于55mm；所述同轴转体与轮毂同轴设置，电动装置和减速/变矩装置均设置在轮毂内，轮毂内至少设置一套电动装置；所述电池组为可重复多次充电使用的二次电池；

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，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，并于相应时序对定子单元的内部绕组输出电流，使电动装置通过减速/变矩装置对轮毂实现驱动/制动。

2.根据权利要求1所述的轮毂系统，其特征在于，所述减速/变矩装置(2)包括若干齿轮组合，其传动输入端与同轴转体(3e)机械固连，其传动输出端与轮毂(6)机械固连；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所述的轮毂系统，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。

4.根据权利要求1所述的轮毂系统，其特征在于，所述电动装置(3)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所述的轮毂系统，其特征在于，所述电动装置(3)的传感装置还包括定子单元(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所述的轮毂系统，其特征在于，所述电动轮毂装置(13)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制动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。

7.根据权利要求1所述的轮毂系统，其特征在于，所述增程系统(16)包括逻辑充电装置(17)和电能补充装置(18)；所述逻辑充电装置的输入端(17a)电连接电能补充装置(18)，其输出端(17b)电连接电池组(8)的正负极；所述增程系统在设定的逻辑工作状态为电池组补充电能。

8.根据权利要求1或7所述的轮毂系统，其特征在于，所述增程系统(16)的电能补充装置(18)为材料任意的一次电池与控制装置组合而成；或为内燃发电机与系统装置组合而成；或两者组合设置。

9.根据权利要求1或7所述的轮毂系统，其特征在于，所述增程系统(16)的逻辑充电装置(17)至少包括直流电充电装置，其独立设置，或将部分逻辑功能或全部逻辑功能集成于电源调制器(1)内。

10.含有权利要求1～9任一轮毂系统的电动车，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。

11.基于权利要求1～9任一轮毂系统的电动轮毂装置驱动方法，该方法通过电源调制器1根据所述转子单元(3a)和所述定子单元(3b)的位置关系输出时序电流控制轮毂转动；

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25度≤θ≤90度相应的时间段，所述θ为转子单元绕轴所受定子单元电磁力与其法向分力的方向所形成的动态夹角；所述断电时域内电源调制器(1)不输出电流。

12.根据权利要求11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同轴转体转速实时值结合驱动操控装置(9a)给出的指令而调整。

13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法还包括校正步骤；所述校正步骤为将转子单元和定子单元处同轴法线相对、θ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(1)进行一次时间归0校准并记录本次周期时间，通过与上次转子单元转至基准座标的周期时间比较，从而获知同轴转体的旋转周期时间，并控制输出电流。

14.基于权利要求1～9任一轮毂系统的电动轮毂装置制动方法，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处于远离状态的至少一个时域中，输出时序电流控制轮毂制动；

所述转子单元趋近定子单元为0≤θ≤35度相应的时间段，所述θ为转子单元绕轴所受定子单元电磁力与其法向分力的方向所形成的动态夹角。

15.基于权利要求7～9任一轮毂系统的电能补充方法，该方法在电动轮毂装置(13)运行中需要为电池组(8)持续补充电能，或当电池组的实时电压或残存容量值低于所设定的阀值时，启用增程系统(16)，使电能补充装置(18)通过逻辑充电装置(17)为电池组充电补充电能。