CN113037041A - 无感电动发电一体机及电动车辆 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种无感电动发电一体机及电动车辆，本发明所提供的无感电动发电一体机包括壳体、主轴、形成于壳体内的环形磁场、若干组成对设置的线圈和控制单元。环形磁场的磁场方向位于主轴的径向上，且被配置为环主轴均等分布且磁场方向相反的两部分；线圈中的各匝线路均部分穿经环形磁场，同一组的两线圈并联设置并反向缠绕，以主轴为中心呈中心对称分布，而分别穿经环形磁场的两部分；控制单元构成对一组线圈的电流换向或对多组线圈电路通断的控制。并且，环形磁场和线圈被分别固设在壳体和主轴中的一个上。本发明的无感电动发电一体机基于楞次定律设置，可消弱电机线圈的交变磁场和磁化曲线特性对电机能量转化效率的不利影响。

Description

无感电动发电一体机及电动车辆

技术领域

本发明涉及电机技术领域，特别涉及一种无感电动发电一体机。本发明还涉及一种电动车辆。

背景技术

目前，不论是电动机还是发电机都是采用齿槽结构，线圈嵌入铁芯齿槽内，铁芯齿槽内线圈通电产生交变磁场，以产生电机的旋转驱动力，或者，因发电机的转动产生的磁场切割而在线圈中产生电动势。交变磁场会产生磁畴损耗和涡流损耗。而且，在直流永磁电机中，由于齿槽分布的均衡性偏差，还存在齿槽的转矩损耗等，大大降低了电动机或发电机的效率。

另外，电磁化铁芯的磁场强度增减和输入线圈的电流并不是成线性比例变化。由铁磁材料的磁化曲线可知，电机的转速、转矩只在固定的范围内效率高，超出或低于其效率会急剧下降。电动机的这一问题，使大量的电能被白白浪费；在电动车上这一弊端更大，电动车的时速是不断变化的，电动车电机的额定转速、转矩都是按平坦路面行驶设计，电动车在低速下，或在高速路上高速行驶时，其效率都会大幅降低，导致电能转换为动能的效率下降；同时，伴随有电动车爬坡无力的情况。

现有电机的上述问题，由于铁磁材料的磁化曲线特性、以及磁畴损耗的存在，在电动车中，即使给电机中的线圈输入的电流比平坦路面行驶时增加4.5-5 倍，其输出转矩却无法等比例增加，电能和动能之间的转换效率受到限制，对蓄电单元的电瓶寿命，也有不利影响。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种无感电动发电一体机，从而提供一种基于楞次定律的新式电机，以消弱电机线圈的交变磁场和磁化曲线特性对电机能量转化效率的不利影响。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种无感电动发电一体机，包括壳体、以及可相对所述壳体旋转的主轴，该所述无感电动发电一体机还包括：

环形磁场，以所述主轴为中心形成于所述壳体内，所述环形磁场的磁场方向位于所述主轴的径向上，且所述环形磁场被配置为环所述主轴均等分布且所述磁场方向相反的两部分；

若干组成对设置的线圈，所述线圈中的各匝线路均部分穿经所述环形磁场；同一组的两所述线圈并联设置并反向缠绕，且以所述主轴为中心呈中心对称分布，而可分别穿经所述环形磁场的两部分；

控制单元，连接于外部电路和所述线圈之间，以构成对一组所述线圈的电流换向或多组所述线圈电路通断的控制；

且，所述环形磁场和所述线圈被分别固设于所述壳体和所述主轴中的一个上；因所述壳体和所述主轴的相对转动，而于所述线圈的两端形成电势差；因所述线圈中电流的产生，而使所述线圈在所述环形磁场产生的安培力作用下，驱使所述壳体和所述主轴相对转动。

进一步的，各所述线圈均缠绕在同一个以所述主轴为中心设置的环形铁芯上，所述环形磁场形成于磁体和所述环形铁芯之间。

进一步的，所述磁体为设于所述环形铁芯内部的永磁铁或电磁铁，所述磁体的两极与所述环形铁芯之间分别形成所述环形磁场的两部分。

进一步的，所述磁体为环绕所述环形铁芯设置的两组永磁铁，两组所述永磁铁与所述环形铁芯之间分别形成所述环形磁场的两部分。

进一步的，所述无感电动发电一体机采用或输出直流电源，所述线圈为偶数的多组，两组所述线圈构成一个线圈单元，同一所述线圈单元中分属两组并反向缠绕的两个所述线圈缠绕于所述环形铁芯上的同一位置；且同一所述线圈单元中的两组所述线圈交替与外部电路连通。

进一步的，环所述主轴，于所述环形铁芯上间隔均布有多个所述线圈单元。

进一步的，所述控制单元具有可检测所述线圈单元相对所述磁体转动角度的检测元件，所述控制单元响应所述检测元件的检测信号，以构成对各组所述线圈轮流与所述外部电路连通的控制。

进一步的，所述无感电动发电一体机采用或输出交流电源，所述线圈对应所述交流电源的相数被配置为环所述主轴间隔均布的至少两组，并于所述交流电源为单相时，为两组所述线圈的其一配置有移相90°的移相电容。

相对于现有技术，本发明具有以下优势：

(1)本发明所述的无感电动发电一体机，通过在壳体内设置环形磁场和线圈，将环形磁场配置为磁场方向相反的两部分，线圈则每组一对，分别部分穿经环形磁场不同磁场方向的两部分，而且，一对线圈并联设置并反向缠绕，避免了感应磁场的相互作用以及铁芯齿槽的设置，电能和机械能的转化机理发生了改变，有助于消弱电机线圈的交变磁场和磁化曲线特性对电机能量转化效率的不利影响。

(2)通过设置环形铁芯，将各个线圈缠绕在环形铁芯上，绕向相反的线圈所产生的磁场在环形铁芯内相互抵消，环形铁芯形成了对磁场的屏蔽，合理地实现了环形磁场的构建以及线圈感应磁场的消除，利于无感电动发电一体机构造实施和运行性能稳定性的提升。

(3)采用一个磁体设置在环形铁芯内部，利用磁体的两个磁极可很好地在磁体和环形铁芯之间形成环形磁场的磁场方向相反两个部分。

(4)采用两个半圆形永磁铁环绕在环形铁芯外部，通过两个永磁铁的不同磁极和环形铁芯之间形成环形磁场的磁场方向相反两个部分，具有便于构造和装配的特点。

(5)将两组线圈作为一个线圈单元，并行缠绕在环形铁芯上的同一位置，利于提升环形铁芯上线圈的配置数量，适于将无感电动发电一体机作为直流发电或电动机使用，具有良好的能量转化效率。

(6)在环形铁芯上间隔均布多个线圈单元，有助于无感电动发电一体机运行平稳性和运转效率的提高。

(7)通过在控制单元中配设检测元件，可准确检测各线圈单元旋转的角度位置，利于实时控制各组线圈与外部电路的轮流连通。

(8)将线圈组数根据交流电的相数设置，三相电对应设置三组线圈，单相电采用主、副两组线圈；适于将无感电动发电一体机作为交流发电或电动机使用，具有良好的能量转化效率。

本发明的另一个目的在于提出一种电动车辆，所述电动车辆的驱动轮采用本发明所述的无感电动发电一体机，所述驱动轮的轮毂固设于所述壳体上。

进一步的，所述控制单元还包括调速回路和充电回路，所述控制单元配置有以响应所述驱动轮的驱动状态和滑行状态的回路切换开关，以使所述电动车辆的蓄电单元对应地经所述调速回路或所述充电回路与所述线圈连通。

相对于现有技术，本发明提出的电动车辆具有以下优势：

(1)本发明所述的电动车辆，其电机采用本发明的无感电动发电一体机，利于消弱电机线圈的交变磁场和磁化曲线特性对电机能量转化效率的不利影响，有助于提升无感电动发电一体机的行驶性能。

(2)通过在控制单元内设置调速回路和充电回路，充分发挥无感电动发电一体机的电动和发电性能，利于无感电动发电一体机能量回收性能的提高。

附图说明

构成本发明的一部分的附图，是用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明是用于解释本发明，其中涉及到的前后、上下等方位词语仅用于表示相对的位置关系，均不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例一所述的无感电动发电一体机的横向和纵向剖面结构示意图；

图2为本发明实施例一所述的控制单元的电路原理图；

图3为本发明实施例一所述的无感电动发电一体机的转矩输出波形图；

图4为本发明实施例一所述的无感电动发电一体机的电流、电压输出波形图；

图5为本发明实施例二所述的无感电动发电一体机的横向和纵向剖面结构示意图；

图6为本发明实施例三所述的无感电动发电一体机的横向和纵向剖面结构示意图；

图7为本发明实施例三所述另一形式的无感电动发电一体机的横向和纵向剖面结构示意图；

图8为本发明实施例三所述的无感电动发电一体机的磁极线圈分布和电流输入输出波形对照图；

图9为本发明实施例三所述的无感电动发电一体机的转子旋转一周过程中各线圈的安培力变化示意图；

图10为本发明实施例四所述的无感电动发电一体机的横向和纵向剖面结构示意图；

图11为本发明实施例四所述的无感电动发电一体机的转子旋转一周过程中各线圈的安培力变化示意图；

图12为本发明实施例五所述的电动车辆的驱动轮的剖面结构示意图；

图13为本发明实施例五所述的控制单元的电路原理图；

附图标记说明：

1、壳体；100、基座；101、通风口；2、主轴；

3、环形磁场；300、磁体；300S、磁体S极；300N、磁体N极；

4、线圈；400、环形铁芯；

5、移相电容；6、控制单元；600、检测元件；LED1～8、光控开关；601、调速回路；6010、调速开关；602、充电回路；603、滑片；604、切换回路；

7、驱动轮；700、轮毂；8、蓄电单元。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要说明的是，若出现“上”、“下”、“内”、“背”等指示方位或位置关系的术语，其为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；若出现“第一”、“第二”等术语，其也仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，在本发明的描述中，除非另有明确的限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“连接件”应做广义理解。例如，连接可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，亦或是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以结合具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

实施例一

本实施例涉及一种无感电动发电一体机，以提供一种基于楞次定律的新式电机，有助于消弱电机线圈的交变磁场和磁化曲线特性对电机能量转化效率的不利影响。

该无感电动发电一体机包括壳体、以及可相对壳体旋转的主轴，该无感电动发电一体机还包括形成于壳体内的环形磁场、若干组成对设置的线圈和控制单元。其中，环形磁场以主轴为中心形成于壳体内，环形磁场的磁场方向位于主轴的径向上，且环形磁场被配置为环主轴均等分布且磁场方向相反的两部分。线圈中的各匝线路均部分穿经环形磁场；同一组的两线圈并联设置并反向缠绕，并且以主轴为中心呈中心对称分布，从而可分别穿经环形磁场的两部分。

控制单元连接于外部电路和线圈之间，以构成对一组线圈的电流换向或多组线圈电路通断的控制；并且，环形磁场和线圈被分别固设于壳体和主轴中的一个上；因壳体和主轴的相对转动，而于线圈的两端形成电势差；因线圈中电流的产生，而使线圈在环形磁场产生的安培力作用下，驱使壳体和主轴相对转动。

基于上述的设计思想，可设计出外转子或内转子的电动机或者发电机；也可以根据交直流的不同需求，设计出适用于不同电源的电动机或提供不同供电的发电机。

本实施例的无感电动发电一体机的一种示例性结构如图1所示，在本实施例中，该无感电动发电一体机采用直流电源或者提供直流发电，并且采用主轴 2固定，外部的壳体1相对于主轴2旋转的外转子形式。

如图1所示，主轴2固定设置在基座100上，基座100用于与外部安装基础固装，壳体1则经由轴承可旋转地安装在主轴2上。在壳体1和主轴2之间的腔室内，设置有磁体300、线圈4和环形铁芯400，磁体300固装于壳体1 上，线圈4缠绕在环形铁芯400上，而环形铁芯400固定在基座100或者主轴 2上。壳体1上可以开设通风口101以便于设备的散热。

其中，线圈4成对设置，每对构成一组，可以是一组或者多组。每个线圈 4中的各匝线路均部分穿经环形磁场3；同一组的两线圈4并联设置并反向缠绕，并且以主轴2为中心呈中心对称分布，这样，一组中的两个线圈4就会分别穿经环形磁场3的磁场方向相反的两部分。当作为电动机使用时，线圈4接通电路，在两个线圈4产生电流，由于一组中的两个线圈4为反向缠绕，且在两个磁场方向相反的磁场中，依次会产生在电动机旋转方向上一致的安培力，从而驱动电机旋转。

本无感电动发电一体机的设计原则在于基于楞次定律的原理，构建安培力驱动或者导线切割磁场产生电动势的工作场景。当无感电动发电一体机作为发电机使用时则通过外力驱动壳体1旋转，而使线圈4切割磁场，从而在每组线圈4的两端产生电势差。让线圈4的各匝线路部分穿经环形磁场3，而不是全部位于磁场内，同时，需消除线圈4产生的感应磁场对上述作用的影响，才可形成上述的效果。因此，只要采用电磁铁或者永磁铁构建出环形磁场3、并避免线圈4因电流通过而产生的感应磁场干扰，就可满足本无感电动发电一体机的要求，基于这一原则，磁体300的布置形式和配套设置、以及线圈4的设置形式可以灵活配设。

为了很好地实现环形磁场3的构建、以及消除线圈4产生的感应磁场，本实施例采用了环形铁芯400和两个磁体300。在实际实施中，可采用两组磁体 300环绕环形铁芯400、并以主轴2为中心设置，可以是一对、也可以是多对；一组中的磁体300令其S极正对环形铁芯400，另一组中的磁体300令其N极正对环形铁芯400。优选地，在本实施例中，磁体300为环绕环形铁芯400设置的两个半圆形永磁铁，两永磁铁中的其一的磁体S极300S和环形铁芯400 之间形成一种磁场方向的半圆形磁场，另一的磁体N极300N与环形铁芯400 之间形成相反磁场方向的另一个半圆形磁场，从而形成了环形磁场3的磁场方向相反的两部分。

采用两个半圆形永磁铁环绕在环形铁芯400外部，通过两个永磁铁的不同磁极和环形铁芯400之间形成环形磁场3的磁场方向相反两个部分，具有便于构造和装配的特点。

这样，环形铁芯400和环形磁场3呈同心圆的形式，各线圈4均缠绕在环形铁芯400上，环形磁场3形成于磁体300和环形铁芯400之间，这种设计，各个缠绕在环形铁芯400上的线圈4，绕向相反并成对的线圈4所产生的磁场在环形铁芯400内相互抵消，线圈4产生的感应磁场被消除；而且，环形铁芯 400形成了对磁体300产生的磁场的屏蔽，而将磁体300的磁场限定为圆环形状，使得无感电动发电一体机更为便于构造实施，且利于其运行性能稳定性的提升。

控制单元6的设置，在于控制线圈4中流经电流的方向、或者控制其电流的通断。当使用一组线圈4时，壳体1旋转180°，两个线圈4所在的磁场方向发生改变，因此需要在其发生改变的同时变换线圈4中流经电流的方向，以保证电动机的连续运转、或者发电机产生的电动势的一致性。当采用多组线圈4时，可以仍使用上述的控制方式，也可轮流控制各组线圈4的通断，当不符合磁场方向要求的线圈4进入该部分环形磁场3时切断其线路，而由其它符合要求的线圈4工作。

具体来说，如图1并结合图2所示，在本实施例中，线圈4为偶数的八组，两组线圈4构成一个线圈单元，同一线圈单元中分属两组并反向缠绕的两个线圈4缠绕于环形铁芯400上的同一位置；并且同一线圈单元中的两组线圈 4，在控制单元6的控制下，交替与外部电路连通；这利于提升环形铁芯400 上线圈4的配置数量，适于将无感电动发电一体机作为直流发电或电动机使用，具有良好的能量转化效率。同时，上述的四个线圈单元环绕主轴2，在环形铁芯400上间隔均布，从而使得无论在哪种旋转角度，都具有充分的线圈4 与环形磁场3相互作用，有助于无感电动发电一体机运行平稳性和运转效率的进一步提高。

在环形铁芯400上，L1～L8这八处位置均并行缠绕有L1_正和L1_反、L2_正和 L2_反、……、L8_正和L8_反共计16个线圈；其中，L1_正和L5_反为一组，L5_正和L1 _反为一组，这两组构成一个线圈单元，其它线圈也以此组配。

如图2中所示，控制单元6具有可检测线圈单元相对磁体300转动角度的检测元件600，检测元件600包括光控管挡板及其外围环形均布的八个LED。 LED1～LED8分别和L1～L8的位置对应。光控管挡板固定在壳体1上而随之旋转，其上构造有90°的凸起边缘，而轮次遮挡各个LED，再经由控制单元6中的八路控制回路，可形成对各组线圈4的轮流通断控制。通过在控制单元6中配设检测元件600，可准确检测各线圈单元旋转的角度位置，利于实时控制各组线圈4与外部电路的轮流连通。

仍如图2所示，控制单元6中还设有调速回路601和充电回路602，通过操作模式转换开关K，可令该无感电动发电一体机在发电和电动模式之间转换；当无感电动发电一体机处于电动模式时，可通过调节调速开关6010而改变供电电压，从而改变电动机的运行速度。

在工作过程，当模式转换开关K扳动到电动位置，36V直流电一路送入DC-DC电源输出18V直流电供控制器工作，送入DC-DC可调升降压电源，可根据调节调速开关6010输出相应的直流电压。按下开关K1，控制器得电开始工作，光控管挡板如图2中位置时，LED1、LED2被遮挡，对应的电压比较器输出高电位，对应的线圈L1_正、L5_反、L2_正、L6_反这4个线圈同时通电，由安培定律可知，4个线圈中通电导体产生顺时针方向安培力，由于环形磁场3施加在L1_正与L2_正以及L5_反与L6_反上的磁场大小相等且方向相反，它们自身产生的电磁磁场在环形铁芯400中被互相抵消，所以，这种电动发电两用机不产生电磁力，也没有磁畴、涡流、齿槽转矩等损耗。这样，设备输出的动力全部来源于通电导体在磁场中产生的安培力。当作为转子的壳体1旋转，带动光控管挡板移开LED1，L1_正、L5_反失电，继而LED3被遮挡，L3_正、L7_反得电，以此类推，转子在通电线圈导体安培力作用下会不停的旋转。当需要改变电动机旋转方向，只需改变线圈通电的方向即可。

由于环形铁芯400上的线圈4采用了双线并绕，只需单管开关就可实现换向，大大降低了开关管的电阻。经试验，同一电机，采用双线并绕单开关管换向的输出动力、转速远大于现有的采用单线双开关管换向的电动机，由于本无感电动发电一体机具备无感、无刷和纯安培力作用等特点，没有磁畴、涡流、齿槽转矩、碳刷等损耗，因此，其效率在全速段可达百分九十五以上，转矩输出密度大，其转矩输出波形可参见见图3。

做发电机使用时，只需把模式转换开关K拨动到发电档位即可。此时壳体 1带动磁体300在外部动力的驱动下不断旋转，线圈4的导线就会不断切割磁力线，实现动生电，经控制单元6中8个开关管内部的续流二极管整流后，连续不断的向外输出直流电。由于采用了双线并绕线圈，如图1中所示，当磁体 S极300S位于正上方、磁体N极300N位于正下方时，L1_正、L2_正、L3_正、L4 _正、L5_反、L6_反、L7_反、L8_反对外发电；当磁体S极300S位于正下方、磁体N 极300N位于正上方时，L1_反、L2_反、L3_反、L4_反、L5_正、L6_正、L7_正、L8_正对外发电。在其它角度时，也会有同样类似的情形，这样，每时每刻都会有8个线圈同时向外发电，由于线圈发电的电角度只有45°，发出的电更接近于直流电，(电流、电压输出波形见图4)，通过对样机进行实际测试，其能量转化效率可达95％以上。

此外，本实施例的无感电动发电一体机，还具有低压高速的特性，经对样机实测，12V电压，实测转速可达12000转/分钟。利用这一特性，可对物体进行多级的加速，而使其产生超高的发射速度。

同时，该无感电动发电一体机除具备现有电动机、发电机的功能外，由于采用无感无刷无槽结构，结构更简单，制作成本更低廉，可大大降低损耗，提高能量转化效率。

本实施例所述的无感电动发电一体机，通过在壳体1内设置环形磁场3和线圈4，将环形磁场3配置为磁场方向相反的两部分，线圈4则每组一对，分别部分穿经环形磁场3不同磁场方向的两部分，而且，一对线圈4并联设置并反向缠绕，避免了感应磁场的相互作用以及铁芯齿槽的设置，电能和机械能的转化机理发生了改变，有助于消弱电机线圈的交变磁场和磁化曲线特性对电机能量转化效率的不利影响。

实施例二

本实施例涉及另一结构形式的无感电动发电一体机，本实施例的无感电动发电一体机的一种示例性结构如图5所示，在本实施例中，该无感电动发电一体机采用直流电源或者提供直流发电，并且，采用壳体1固定，内部的主轴2 相对于壳体1旋转的内转子形式。

在该内转子结构中，磁体300为设于环形铁芯400内部的永磁铁或电磁铁，磁体300的两极与环形铁芯400之间分别形成环形磁场3的两部分。采用一个磁体300设置在环形铁芯400内部，利用磁体300的两个磁极可很好地在磁体300和环形铁芯400之间形成环形磁场3的磁场方向相反两个部分。

当然，磁体300可以采用永磁铁，也可以采用电磁铁，在本实施例中，如图5所示，采用电磁铁作为磁体300使用。由于环形铁芯400及其上的线圈4 时固定的，磁体300固定在主轴2上而随之旋转，因此其产生的环形磁场3会跟随旋转，以与线圈4产生切割作用。为保持磁体300所产生的环形磁场3的连续稳定性，需要在磁体300的通电电路中配置滑片603，以保障其旋转过程中通电的稳定性。

在上述无感电动发电一体机的运行过程中，其机理和实施例一中基本一致，其使用的控制单元6可参考实施例一中的控制单元6设置，在此不再赘述。

实施例三

本实施例涉及一种适用于三相交流电场景的无感电动发电一体机，其一种示例性结构如图6和图7所示，在本实施例中，该无感电动发电一体机采用三相交流电源驱动旋转，或者提供三相交流电源；同样，其可采用内转子或者外转子的形式。

如图6所示，主轴2固定，壳体1相对主轴2旋转设置，而构成外转子形式。两个半圆形的磁体300固设在壳体1上，围绕环形铁芯400形成环形磁场 3。其中，磁体300采用永磁铁。整个结构形式和实施例一类似。

如图7所示，壳体1固定，内部的主轴2相对于壳体1旋转，而形成内转子形式。磁体300设置在环形铁芯400内部，可采用电磁铁。整个结构形式和实施例二类似。

上述的两种结构，无感电动发电一体机采用或输出交流电源，线圈4对应三相交流电源的相数被配置为环主轴2间隔均布的三组，分别为A1和A2，B1 和B2，C1和C2。将线圈4组数根据交流电的相数设置，三相电对应设置三组线圈4，适于将无感电动发电一体机作为交流发电或电动机使用，具有良好的能量转化效率。

具体来说，当作为电机时，其接通三相电，由图8和图9可看出，三相线圈有一相为零时，另两相线圈产生安培力，接通电源即可旋转。改变转速方向只需改变三相电路的接线即可。当该无感电动发电一体机作为发电机使用时，则产生相反的能量转化过程；外动力驱动旋转，即可输出三相交流电，性能完全优于现有三相交流电动机。

在上述的三相交流电动(发电)应用中，由于设备中的电芯无需开槽，结构简单，且采用无感设计而不产生交变磁场，没有磁畴、涡流、齿槽转矩等损耗，能量转化的效率同样可达95％以上。

实施例四

本实施例涉及一种适用于单相交流电场景的无感电动发电一体机，其一种示例性结构如图10所示。

在本实施例中，该无感电动发电一体机采用单相交流电源驱动旋转，或者提供单相交流电源；同样，其可采用内转子或者外转子的形式。

如图10所示，主轴2可旋转地设置在壳体1上，壳体1固定设置，环形铁芯400安装在壳体1上，线圈4设置两组，分别为主线圈组A1、A2，和副线圈组B1、B2。上述的环形铁芯400和线圈4构成定子。

在主轴2上设置磁体300，构成转子，该磁体300同样可采用电磁铁，在本实施例中，采用的是永磁铁。

基于上述的设置结构，如图10中所示，在单线电源线路中，为两组线圈4 的其一配置有移相90°的移相电容5。

在运行过程中，和现有的单相交流电动机类似，都采用电容移相90°，主线圈和副线圈在空间上相差90度。由图11可看出，接通电源后，主线圈安培力为零时，副线圈安培力为最大，副线圈安培力为零时，主线圈安培力为最大，其余任意位置两线圈的安培力都在一个方向。改变旋转方向，只需改接零线、火线即可。做发电机时只接主线圈即可。用永磁体做转子，安培力产生动力，动生电发电，一机两用，结构更简单，效率更高，性能优于现有单相电动机。

实施例五

本实施例涉及一种电动车辆，该电动车辆的驱动轮7采用实施例一中的无感电动发电一体机，驱动轮7的轮毂700固设于壳体1上，其一种示例性结构如图12所示。

该种无感电动发电一体机在电动车辆中的使用，由于电机采用本发明的无感电动发电一体机，利于消弱电机线圈的交变磁场和磁化曲线特性对电机能量转化效率的不利影响，有助于提升无感电动发电一体机的行驶性能。

为了使该无感电动发电一体机更适用于电动车辆的使用场景，针对其控制的不同特点，对其控制单元6可做相应的调整。如图13所示，控制单元6还包括调速回路601和充电回路602，控制单元6配置有以响应驱动轮的驱动状态和滑行状态的切换回路604，以使电动车辆的蓄电单元8对应地经调速回路601 或充电回路602与线圈4连通。通过在控制单元6内设置调速回路601和充电回路602，充分发挥无感电动发电一体机的电动和发电性能，利于无感电动发电一体机能量回收性能的提高。

具体来说，在该电机的工作过程中，车辆启动时，调速开关6010调整到合适转速，此刻，由于电机处于电动模式下，充电自动控制电压比较器输出低电位，继电器JK1不动作，继电器常闭触点接通电机线圈和开关管，按下按键开关K1，控制器得电，车辆启动，调整调速开关6010，使DC-DC升降压电源输出到对应车速的电压。

当驾驶者觉得车速快，旋转调速开关6010减到想要的车速，这时DC-DC 升降压电源输出电源电压降低，由于车轮的惯性，且这种电动机空转时没有阻力，车轮会继续按原来的速度行驶，这时电动机变为发电模式，发出的直流电电压必然大于调速器输出的电压，作为充电控制电压比较器的切换回路604输出高电位，继电器JK1工作，电动机发出的直流电接通充电DC-DC升降压电源，输出可供蓄电单元8充电的电压给其充电。

当驾驶者觉得车速慢需加速时，增高调速开关6010，DC-DC输出电压增高，当大于发电机发出的电压时，切换回路604输出低电位，JK1失电，常闭触点接通电动，电动机继续以电动模式工作，带动车轮加速行驶。

车辆行驶中，加速、减速是经常发生的，基于上述的设计，其可随时随地给蓄电单元8充电，大大延长电动车的续航里程。刹车、下坡时，由于调速开关6010调到0，DC-DC输出电压为0，只要车轮未停止转动，电动机就会发电，经充电DC-DC升降压后输出，可供蓄电单元8充电。当需要倒车时，只需按下电机倒顺转控制按键，以切换电机线圈的通电方向，即可倒车。倒车时，只要车轮的转速高于电机转速，电动机都会自动变为发电机给蓄电单元8 充电。这一特性，使电动车不论在平坦路面行驶，还是爬坡、下坡或是倒车过程中，都可以给蓄电单元8充电，大大延长了电动车使用寿命和续航里程。

此外，上述的电动车辆还具有低压高速的特性，几十伏电源电压，就可使电动车达到较高的时速。而且，通过调整给予线圈4的电压，其通过的电流呈线型比例增加，线圈4受到的安培力也成比例增大，电动机输出的转矩也会呈线型比例增大。因此，该无感电动发电一体机在电动车辆中的高速性能和转矩性能具有明显的优势，使电动车辆既能高速低转矩行驶，又能低速大转矩行驶。

现有的电动车(包括电动汽车)，不论是国产还是进口，都存在续航里程短、电池寿命短、爬坡无力等问题。即便采用变速箱，爬坡能力有所改变，但增添变速箱不但增加能耗、降低续航里程，还增加了电动汽车的成本和维护费用。本实施例的电动车辆，具备良好的转矩相应性能和良好的能量回馈性，利于电动车辆行驶性能和续航里程的提升。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无感电动发电一体机，包括壳体(1)、以及可相对所述壳体(1)旋转的主轴(2)，其特征在于，该所述无感电动发电一体机还包括：

环形磁场，以所述主轴(2)为中心形成于所述壳体(1)内，所述环形磁场的磁场方向位于所述主轴(2)的径向上，且所述环形磁场被配置为环所述主轴(2)均等分布且所述磁场方向相反的两部分；

若干组成对设置的线圈(4)，所述线圈(4)中的各匝线路均部分穿经所述环形磁场；同一组的两所述线圈(4)并联设置并反向缠绕，且以所述主轴(2)为中心呈中心对称分布，而可分别穿经所述环形磁场的两部分；

控制单元(6)，连接于外部电路和所述线圈(4)之间，以构成对一组所述线圈(4)的电流换向或多组所述线圈(4)电路通断的控制；

且，所述环形磁场和所述线圈(4)被分别固设于所述壳体(1)和所述主轴(2)中的一个上；因所述壳体(1)和所述主轴(2)的相对转动，而于所述线圈(4)的两端形成电势差；因所述线圈(4)中电流的产生，而使所述线圈(4)在所述环形磁场产生的安培力作用下，驱使所述壳体(1)和所述主轴(2)相对转动。

2.根据权利要求1所述的无感电动发电一体机，其特征在于：各所述线圈(4)均缠绕在同一个以所述主轴(2)为中心设置的环形铁芯(400)上，所述环形磁场形成于磁体(300)和所述环形铁芯(400)之间。

3.根据权利要求2所述的无感电动发电一体机，其特征在于：所述磁体(300)为设于所述环形铁芯(400)内部的永磁铁或电磁铁，所述磁体(300)的两极与所述环形铁芯(400)之间分别形成所述环形磁场的两部分。

4.根据权利要求2所述的无感电动发电一体机，其特征在于：所述磁体(300)为环绕所述环形铁芯(400)设置的两组永磁铁，两组所述永磁铁与所述环形铁芯(400)之间分别形成所述环形磁场的两部分。

5.根据权利要求2-4中任一项所述的无感电动发电一体机，其特征在于：所述无感电动发电一体机采用或输出直流电源，所述线圈(4)为偶数的多组，两组所述线圈(4)构成一个线圈单元，同一所述线圈单元中分属两组并反向缠绕的两个所述线圈(4)缠绕于所述环形铁芯(400)上的同一位置；且同一所述线圈单元中的两组所述线圈(4)交替与外部电路连通。

6.根据权利要求5所述的无感电动发电一体机，其特征在于：环所述主轴(2)，于所述环形铁芯(400)上间隔均布有多个所述线圈单元。

7.根据权利要求6所述的无感电动发电一体机，其特征在于：所述控制单元(6)具有可检测所述线圈单元相对所述磁体(300)转动角度的检测元件(600)，所述控制单元(6)响应所述检测元件(600)的检测信号，以构成对各组所述线圈轮流与所述外部电路连通的控制。

8.根据权利要求2-4中任一项所述的无感电动发电一体机，其特征在于：所述无感电动发电一体机采用或输出交流电源，所述线圈(4)对应所述交流电源的相数被配置为环所述主轴(2)间隔均布的至少两组，并于所述交流电源为单相时，为两组所述线圈(4)的其一配置有移相90°的移相电容(5)。

9.一种电动车辆，所述电动车辆的驱动轮(7)采用权利要求1-7中任一项所述的无感电动发电一体机，所述驱动轮(7)的轮毂(700)固设于所述壳体(1)上。

10.根据权利要求9所述的电动车辆，其特征在于：所述控制单元(6)还包括调速回路(601)和充电回路(602)，所述控制单元(6)配置有以响应所述驱动轮的驱动状态和滑行状态的回路切换开关，以使所述电动车辆的蓄电单元(8)对应地经所述调速回路(601)或所述充电回路(602)与所述线圈(4)连通。

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