一種電力活塞驅動式電動車的製作方法

2023-05-05 16:27:16

專利名稱：一種電力活塞驅動式電動車的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及電力活塞電動機驅動的電動車的技術領域，具體是一種電力活塞 驅動式電動車。
背景技術：
中國專利文獻CN101860168A公開了 一種電力發動機，其把傳統發動機供氣、供 油、排氣、點火系統去掉，用電磁鐵組件替代，活塞內部嵌入永久磁鐵，然後通過控制電磁鐵 線圈的電流方向來控制活塞在缸內上下位移，活塞經連杆曲軸機構對外輸出動力。該電力 發動機適用於汽車、摩託車等交通工具。類似上述技術方案的專利文獻，還有CN1996724A、CN1255767A、CN200990555Y等。上述現有技術中的電力活塞式電動機的不足之處在於通過頻繁切換流經電磁鐵 線圈的電流方向來改變電磁鐵的磁極性，從而控制電磁鐵與活塞的作用力的方向，進而控 制活塞的往復位移；但在實際實施過程中，由於電磁鐵線圈的電流方向不能瞬時改變，導致 無法確保電動機的輸出功率或扭矩的連續性和穩定性。因此，採用切換流經電磁鐵線圈的 電流方向來改變電磁鐵的磁極性，從而控制活塞的位移方向的技術方案，不具有實用性。為解決上述技術問題，中國專利文獻CN101697445A公開了一種電動機，其採用一 對上下設置的勵磁線圈交替導電，以使活塞往復位移。但在實際實施過程中，由於勵磁線圈 的電流不能瞬時改變，且上下勵磁線圈存在互相串擾和磁性中和等原因，該方案也無法確 保電動機的輸出功率或扭矩的連續性和穩定性。如何提高電力活塞式電動機的輸出功率或扭矩的連續性和穩定性，是本領域要解 決的技術問題。此外，現有的電動車常採用電機直接驅動車輪，將現有的汽柴油機動車改裝成採 用電機直接驅動的電動車，成本較高、工序繁瑣且不易實現。如何將現有的汽柴油機動車中 的汽柴油發動機直接換成電動式，並利用原有機動車中的飛輪、離合器、變速箱等直接驅動 機動車的傳動系統，是本領域要解決的技術問題。

實用新型內容本實用新型要解決的技術問題是提供一種結構簡單、利用電力活塞電動機更換原 有機動車中的汽柴油發動機以驅動傳動系統的電力活塞驅動式電動車。為了解決上述技術問題，本實用新型提供了一種電力活塞驅動式電動車，其包括 制動系統、電力活塞電動機、連接於電力活塞電動機中的曲軸上的飛輪、設於飛輪上的離合 器、與離合器的輸出軸相連的變速箱、與變速箱的輸出軸傳動連接的車輛傳動系統；飛輪與 一啟動系統傳動連接；所述電力活塞電動機包括多個缸體、設於缸體內的由永磁體製成 的活塞和用於將各活塞與所述曲軸傳動連接的連杆；曲軸設於各缸體的下方；所述缸體的 上端設有與缸體同軸心線的電磁鐵，電磁鐵的線圈與一線圈驅動電路相連，該線圈驅動電 路與一 CPU單元相連；電磁鐵設於一由所述CPU單元控制的適於將電磁鐵反覆旋轉180°的翻轉機構上；所述線圈驅動電路和步進電機與所述CPU單元相連；鄰近缸體的上、下止點 處分別設有與CPU單元相連的上、下行程開關；所述缸體的底部中央設有一與所述CPU單元 相連的霍爾傳感器。本實用新型的上述技術方案相比現有技術具有以下優點(1)本實用新型的電力 活塞式電動機在工作過程中，電磁鐵的線圈電流方向始終保持不變；在活塞即將到達上、下 止點時，控制電磁鐵繞其高度中心線快速旋轉180°，以快速切換電磁鐵上下端的磁極性， 從而使電磁鐵反覆對活塞產生作用力，進而驅動曲軸並使飛輪對外輸出正扭矩。本實用新 型採用的上述方案，避免了現有技術的因線圈電流無法實現瞬時換向而帶來的延時，進而 使本實用新型的電動機的輸出功率或扭矩具有較好的連續性和穩定性，實用性較好。(2) 本實用新型的電動機在啟動時，採用啟動系統使所述飛輪轉動，CPU單元通過各缸體內的霍 爾傳感器檢測各活塞的位移方向，以根據各活塞的位移方向通過線圈驅動電路向各線圈提 供相應方向的電流，以實現各活塞通過相應的連杆驅動曲軸連續運轉，然後斷開啟動系統， 從而實現了本實用新型的電動機的可靠啟動。(3)當飛輪運轉過程中，需要飛輪對外輸出 負扭矩時，先停止向各線圈供電，然後CPU單元通過各缸體內的霍爾傳感器檢測各活塞的 位移方向，並根據各活塞的位移方向通過線圈驅動電路向各線圈提供相應方向的電流並保 持電流方向不變，然後根據各活塞的位置，通過電磁鐵繞其高度中心線快速旋轉180°的方 式快速切換電磁鐵上下端的磁極性，從而使電磁鐵反覆對各活塞產生阻尼力，進而制動曲 軸並使所述飛輪對外輸出負扭矩並實施制動，確保了駕駛安全。。(4)本實用新型中的霍爾 傳感器設於缸體的底部中央，且與所述活塞的底面中央相對，由於活塞的兩個磁極與電磁 鐵的兩個磁極上下同直線分布，因此霍爾傳感器獲取的電磁信號基本來自活塞底部，即霍 爾傳感器基本不受電磁鐵的幹擾，確保了活塞位置檢測的可靠性。具體實施時，還可採用電 磁補償和/或屏蔽除垂直方向的電磁信號的屏蔽措施，來提高霍爾傳感器輸出信號的可靠 性。(5)本實用新型中，各活塞在相應的缸體中對稱分布於缸體的高度中心線兩側，以確保 各活塞作用與曲軸上的作用力具有較好的均勻性和穩定性。(6)本發明的電動車主要是指 電動汽車，也可以是電動摩託車、電動三輪車、電動農用機械車等。

為了使本實用新型的內容更容易被清楚的理解，下面根據的具體實施例並結合附 圖，對本實用新型作進一步詳細的說明，其中圖1為實施例中的電力活塞式電動機的結構示意圖；圖2為實施例中的電力活塞式電動機採用的一種用於控制電磁鐵繞其高度中心 線旋轉180°的翻轉機構及缸體的結構示意圖；圖3為所述電力活塞式電動機的控制電路的電路框圖；圖4為實施例中的電力活塞驅動式電動車的傳動系構造圖；圖5為實施例中的電力活塞式電動機採用的另一種所述翻轉機構及缸體的結構 示意圖。
具體實施方式
見圖1-3，本實施例的電力活塞驅動式電動車，其包括電力活塞電動機20、連接於電力活塞電動機20中的曲軸上的飛輪、設於飛輪上的離合器21、與離合器21的輸出軸相 連的變速箱22、與變速箱22的輸出軸傳動連接的車輛傳動系統；飛輪外緣的齒圈與一啟動 系統的驅動齒輪嚙合。該啟動系統採用現有技術中的與現有的汽油發動機配套使用的啟動 系統。所述車輛傳動系統包括經萬向節23與變速箱22的輸出軸傳動連接的驅動軸 24、經另一萬向節與驅動軸M傳動連接的差速器27、以及與差速器27通過半軸沈傳動相 連的車輪。其中，在驅動軸M與差速器27可設置主減速器25。所述電力活塞電動機20包括多個高電阻非導磁材料(如鋁合金、銅合金等)制 成的缸體1、設於缸體1內的由永磁體製成的活塞5、設於各缸體1下方的曲軸2和用於將各 活塞5與所述曲軸2傳動連接的連杆3 ；所述缸體1的上端設有與缸體1同軸心線的電磁鐵 7，電磁鐵7的線圈8與一線圈驅動電路相連；電磁鐵7的高度中心線上設有轉軸9，該轉軸 9通過一對軸承座4設於缸體1上方；轉軸9的一端經一變速箱11與一步進電機12傳動 相連；所述線圈驅動電路和步進電機12與一 CPU單元相連；鄰近缸體1的上、下止點處分別 設有與CPU單元相連的上、下行程開關13和14 ；所述缸體1的底部中央設有一與所述CPU 單元相連的霍爾傳感器15。所述霍爾傳感器15與所述活塞5的底面中央相對。霍爾傳感 器15設於一非導磁材料的金屬管中，該金屬管與所述活塞5同軸心線。以進一步使霍爾傳 感器15獲取的電磁信號基本來自活塞的底部。所述上、下行程開關13和14採用接觸式或 紅外線式行程開關。活塞5上設有耐磨圈。採用一制動系統，其包括制動踏板、由制動踏 板傳動控制的制動器和與所述CPU單元相連的用於檢測制動踏板位置的制動踏板傳感器。各活塞5在所述缸體1中處於不同的行程位置，且各活塞5在相應的缸體1中對 稱分布於缸體1的高度中心線兩側，以確保連杆3適於連續傳動曲軸2，並使曲軸2輸出的 扭矩穩定。電動車啟動時，採用所述啟動系統驅動所述飛輪並使所述曲軸2轉動，所述CPU單 元通過各缸體1底部的霍爾傳感器15檢測各活塞5的位移方向；此時，若測得一缸體1內 的活塞5正向下位移，則所述CPU單元通過所述線圈驅動電路向該缸體1上方的電磁鐵7 的線圈8提供相應方向的電流，以使該電磁鐵7底部的磁極性與活塞5頂部的磁極性相同， 活塞5因來自電磁鐵7的下斥力而在該缸體1內加速下移；或，此時若測得一缸體1內的活 塞5正向上位移，則所述CPU單元通過所述線圈驅動電路向該缸體1上方的電磁鐵7的線 圈8提供相應方向的電流，以使該電磁鐵7底部的磁極性與活塞5頂部的磁極性相反，活塞 5因來自電磁鐵7的上吸力而在該缸體1內加速上移；待各電磁鐵7的線圈8得電後，斷開 所述啟動系統並保持各線圈8中的電流方向不變；同時，當所述CPU單元通過所述下行程開 關14測得一缸體1內的活塞5即將到達該缸體1的下止點時，CPU單元向所述步進電機12 輸出一個脈衝信號，以驅動該步進電機12按設定的方向轉動一個固定的角度，從而使步進 電機12經所述變速箱11控制所述轉軸9旋轉180°，且此時的活塞5恰好或已到達下止 點，由於此時的電磁鐵7底部的磁極性與活塞5頂部的磁極性相反，活塞5因來自電磁鐵7 的上吸力而開始在該缸體1內向上位移；當所述CPU單元通過所述上行程開關13測得該活 塞5即將到達該缸體1的上止點時，CPU單元向所述步進電機12輸出另一脈衝信號，以驅動 該步進電機12反方向轉動一個固定的角度，從而使步進電機12經所述變速箱11控制所述 轉軸9反向旋轉180°，且此時的活塞5恰好或已到達上止點，且活塞5因下斥力而開始向下位移；如此反覆，從而使各活塞5經相應的連杆3驅動所述曲軸2運轉以帶動所述飛輪， 飛輪通過離合器21、變速箱22驅動車輛傳動系統，從而驅動電動車。所述CPU單元通過霍爾傳感器15檢測所述活塞5的位置，以得出同一缸體1內的 所述活塞5與電磁鐵7的間距，並根據該間距大小實時通過所述線圈驅動電路調整所述線 圈8中的電流大小，以使所述活塞5在上、下位移過程中，保持活塞5與電磁鐵7之間的作 用力的大小穩定，以使本電動機輸出的功率或扭矩的連續性和穩定性較好。本電動車的調速踏板(其採用現有技術中的油門踏板)上設有與所述CPU單元相連 的調速踏板傳感器，CPU單元通過調速踏板傳感器檢測調速踏板的位置，進而控制各線圈8 的電流大小，從而實現車速控制。調速踏板傳感器可選用壓力傳感器，根據調速踏板被踏入 的深度而輸出相應的壓力值信號。所述調速踏板可以採用調速手把(其採用現有技術中的 電動自行車的調速手把)來替換，以應用於電動摩託車或電動三輪車等。所述CPU單元還連接有用於檢測車輛底盤角度的車輛坡度傳感器(可採用中國專 利文獻CN2703248公開的汽車坡度傳感器)；當本電動車的前行時，若通過所述車輛坡度傳 感器測得當前車輛在向上爬坡，且測得調速踏板的位置不變，則CPU單元根據坡度大小自 動相應調高各線圈8的電流，以使車速穩定。若通過所述車輛坡度傳感器測得當前車輛在 向下滑坡且測得調速踏板的位置不變，則CPU單元根據坡度大小自動相應調低各線圈8的 電流，以使車速穩定。當測得下坡坡度較大時，例如大於10°，且測得調速踏板已被鬆開，則 CPU單元啟動電動機制動程序。當CPU單元啟動電動機制動程序時，由於所述曲軸2處於運轉狀態，CPU單元先控 制所述線圈驅動電路停止向各線圈8供電；然後由所述CPU單元通過所述霍爾傳感器15檢 測各活塞5的位移方向，若測得同一活塞5正向下位移，則CPU單元通過對應的線圈8提供 相應方向的電流，以使相應的電磁鐵7底部的磁極性與活塞5頂部的磁極性相反，以降低活 塞5的下移速率，從而制動所述曲軸2，即使所述飛輪對外輸出負扭矩；若測得一活塞5正 向上位移，則CPU單元通過所述線圈驅動電路向對應的線圈8提供相應方向的電流，以使相 應的電磁鐵7底部的磁極性與活塞5頂部的磁極性相同，以降低活塞5的上移速率，從而制 動所述曲軸2。在所述曲軸2仍未停止運轉時，若CPU單元通過所述下行程開關14測得該活塞5 即將到達該缸體1的下止點，則CPU單元向所述步進電機12輸出一個脈衝信號，以驅動該 步進電機12按設定的方向轉動一個固定的角度，從而使步進電機12經所述變速箱11控制 所述轉軸9旋轉180°，若此時的活塞5恰好或已到達下止點並開始向上位移，則由於此時 的電磁鐵7底部的磁極性與活塞5頂部的磁極性相同，活塞5在開始向上位移的同時承受 來自電磁鐵7的下斥力而制動所述曲軸2 ；若CPU單元通過所述上行程開關13測得該活塞 5即將到達該缸體1的上止點，則CPU單元向所述步進電機12輸出另一脈衝信號，以驅動該 步進電機12反向轉動一個固定的角度，從而使步進電機12經所述變速箱11控制所述轉軸 9反向旋轉180°，若此時的活塞5恰好或已到達上止點並開始向下位移，則由於此時的電 磁鐵7底部的磁極性與活塞5頂部的磁極性相反，活塞5因來自電磁鐵7的上吸力而制動所 述曲軸2 ；如此反覆，以使所述飛輪對外輸出負扭矩，直至車速降至安全速度以內，如30Km/ h ；或，直至CPU單元通過調速踏板傳感器測得調速踏板被重新踏下，此時CPU單元重新控制 所述飛輪正常輸出正扭矩。[0027]所述CPU單元通過霍爾傳感器15檢測各活塞5的位移速率低於預設值(該預設值 可通過實驗獲取)時，即判斷所述曲軸2即將停止運轉。考慮到線圈8的電流不能瞬時變 化，因此在所述曲軸2即將停止運轉時，提前切斷線圈8的電源，利於節能並確保所述曲軸 2能及時停止運轉。在通過所述曲軸2對外輸出制動扭矩時，所述線圈驅動電路向所述線圈8提供的 電流為脈衝電流。所述線圈8 —側設有風冷裝置或所述線圈8設於油冷裝置中；線圈8中 的脈衝電流的佔空比與所述線圈8的溫度為線性或非線性負相關，以防止線圈8過熱。在電動車行駛過程中，若CPU單元通過車速傳感器測得車速低於30Km/h，則CPU單 元啟動怠速滑行程序。即CPU單元控制各線圈8中電流大小，以使車速穩定於20Km/h。本電動車的制動系統採用現有技術的汽油機動車的制動系統。當車速較高，如大於40Km/h，CPU單元通過制動踏板傳感器測得制動踏板被踩下， 即制動系統實施制動時，CPU單元也啟動所述電動機制動程序，直至所述曲軸2即將停止運 轉時，停止向各線圈8供電；或，直至CPU單元通過制動踏板傳感器測得制動踏板被鬆開，即 制動系統停止實施制動時，停止向各線圈8供電；CPU單元重新控制所述飛輪輸出正扭矩； 若此時測得調速踏板被踩下時，CPU單元重新控制所述飛輪輸出正扭矩。圖5為另一種所述翻轉機構的結構示意圖，電磁鐵7設於一小齒輪16上，且該小 齒輪16的中心軸設於電磁鐵7的中心點上，該小齒輪16與一大齒輪17相嚙合，該大齒輪 17與所述變速箱11傳動相連；工作時，CPU單元向所述步進電機12輸出一個脈衝信號，以 驅動該步進電機12按設定的方向轉動一個固定的角度，從而使步進電機12經所述變速箱 11、大齒輪17控制所述小齒輪16順時針或逆時針旋轉180°。顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明本實用新型所作的舉例，而並非是對本實 用新型的實施方式的限定。對於所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可 以做出其它不同形式的變化或變動。這裡無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而這些 屬於本實用新型的精神所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處於本實用新型的保護範圍 之中。
權利要求1.一種電力活塞驅動式電動車，其特徵在於包括制動系統、電力活塞電動機(20)、連 接於電力活塞電動機(20)中的曲軸上的飛輪、設於飛輪上的離合器(21)、與離合器(21)的 輸出軸相連的變速箱(22)、與變速箱(22)的輸出軸傳動連接的車輛傳動系統；飛輪與一啟 動系統傳動連接；所述電力活塞電動機(20)包括多個缸體(1)、設於缸體(1)內的由永磁體製成的活塞 (5)和用於將各活塞(5)與所述曲軸(2)傳動連接的連杆(3)；曲軸(2)設於各缸體(1)的 下方；所述缸體(1)的上端設有與缸體(1)同軸心線的電磁鐵(7)，電磁鐵(7)的線圈(8)與 一線圈驅動電路相連，該線圈驅動電路與一 CPU單元相連；所述電磁鐵(7)設於一由所述CPU單元控制的適於將電磁鐵(7)反覆旋轉180°的翻 轉機構上；鄰近缸體(1)的上、下止點處分別設有與CPU單元相連的上、下行程開關(13、14);所述 缸體(1)的底部中央設有與所述CPU單元相連的霍爾傳感器(15)。
2.根據權利要求1所述的電力活塞驅動式電動車，其特徵在於各活塞(5)在相應的缸 體(1)中對稱分布於缸體(1)的高度中心線兩側。
3.根據權利要求1或2所述的電力活塞驅動式電動車，其特徵在於所述霍爾傳感器 (15)設於缸體(1)的底部中央，且與所述活塞(5)的底面中央相對。
4.根據權利要求3所述的電力活塞驅動式電動車，其特徵在於所述霍爾傳感器(15) 設於一非導磁材料的金屬管中，該金屬管與所述活塞(5)同軸心線。
專利摘要本實用新型涉及一種利用電力活塞電動機更換原有機動車中的汽柴油發動機的電力活塞驅動式電動車，其包括電力活塞電動機、連接於電力活塞驅動式電動車中的曲軸上的飛輪、設於飛輪上的離合器、與離合器的輸出軸相連的變速箱、與變速箱的輸出軸傳動連接的車輛傳動系統；飛輪外緣的齒圈與一啟動系統的驅動齒輪嚙合；工作時，電力活塞電動機中的電磁鐵的線圈電流方向始終保持不變；在活塞即將到達上、下止點時，控制電磁鐵繞其高度中心線快速旋轉180°，以快速切換電磁鐵上下端的磁極性，從而使電磁鐵反覆對活塞產生作用力以驅動曲軸，其避免了現有技術的因線圈電流無法實現瞬時換向而帶來的延時，確保了本實用新型的電動車行駛的穩定性。
文檔編號B60K17/26GK201907408SQ201120024349
公開日2011年7月27日 申請日期2011年1月25日 優先權日2011年1月25日
發明者貝紹軼, 趙景波 申請人:江蘇技術師範學院