一种电动车辆和设有分裂绕组的电机的制作方法

本实用新型属于电机控制技术领域，具体涉及一种电动车辆和设有分裂绕组的电机。

背景技术：

由于电动汽车可以实现低排放，甚至零排放，能够有效的改善能源结构，缓解能源危机和环境污染，因此逐渐成为国内、外研究与开发的热点。电动汽车的电驱动系统是车辆的动力来源，其将动力电池的电能转化为机械能为汽车提供动力，因此，电动汽车电驱动系统的优劣直接决定了电动车辆的性能。

根据转速切换类型，现有电动汽车电驱动系统分为直驱式、固定减速比式、机械换挡式三种。直驱式电驱系统一般应用在大型商用车上，具有体积和重量大、电机转速低、功率密度低的特点。固定减速比式电驱系统在驱动电机输出轴后端增加减速齿轮箱，可以大幅提高电机的额定转速，提高功率密度，一般能满足大功率小体积的设计要求，但是减速箱变比不可调节，电机仅在额定转速附近有较高的输出效率，在低速区和高速区电机效率会大幅降低，不利于节能。机械换挡式电驱系统是在驱动电机输出轴后端增加可变比的减速齿轮箱，通过机械换挡控制减速箱的减速比，以满足电机宽转速范围的高效率输出，但是，机械换挡时间长，而且可变比减速箱体积较大，价格较高，不利于成本控制。

授权公告号为CN201750387U的中国实用新型专利文件公开了一种自动变速无刷电机控制器，电机中每相都包括两个串联设置的绕组，根据电机的转速需求控制投入的绕组，从而提高电机的工作效率。

但是上述专利所公开的技术方案中，电源同时连接高压绕组和低压绕组，如果控制部的控制策略出现失误，将会出现电源同时为低速绕组和高速绕组供电的现象，这种现象将会对电机绕组造成损坏，使电机的安全性能降低。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种电动车辆和设有分裂绕组的电机，用于解决现有技术中设有分裂绕组的电机由于控制其高速绕组和低速绕组同时投入而造成的电机安全性能较差的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供的技术方案是：

一种设有分裂绕组的电机，包括电机控制器、第一可控开关、第二可控开关和分裂绕组，其中第一可控开关串联设置在分裂绕组中低速绕组用于连接电源的线路上，第二可控开关串联设置在分裂绕组中高速绕组用于连接电源的线路上；

还包括信号互锁电路，信号互锁电路的信号输入端连接电机控制器，信号输出端设有两个，分别连接第一可控开关和第二可控开关的控制部分；所述信号互锁电路用于控制第一可控开关和第二可控开关不能同时导通。

本实用新型所提供的技术方案，采用信号互锁电路连接第一可控开关和第二可控开关的控制部分，当其中一个可控开关处于闭合状态时另一个可控开关不能闭合，从而防止出现由于第一可控开关和第二可控开关同时闭合，所以电机的高速绕组和低速绕组不会同时投入，能够解决现有技术中设有分裂绕组的电机安全性差的问题。

进一步的，所述设有分裂绕组的电机还包括双向逆变器，所述分裂绕组中的低速绕组和高速绕组用于连接电源的线路与双向逆变器的交流侧连接，所述双向逆变器的直流侧用于连接直流电源。

双向逆变器能够将直流电变换成交流电，因此设置双向逆变器能够使电机能够使用直流电源。

进一步的，所述电机控制器还连接有位置传感器；所述位置传感器设置在电机的转子处，用于检测转子所处的位置。

设置位置传感器，能够检测出电机转子所处的位置。

进一步的，所述电机控制器还连接有CAN总线模块。

在电机控制器上设置CAN总线模块，能够通过CAN总线模块连接CAN总线，通过CAN总线与其他设备之间进行信息交互。

一种电动车辆，包括动力电池和设有分裂绕组的电机；其特征在于，所述设有分裂绕组的电机包括电机控制器、第一可控开关、第二可控开关、双向逆变器、分裂绕组和信号互锁电路；所述双向逆变器的直流侧连接动力电池，交流侧连接分裂绕组中的低速绕组和高速绕组；所述第一可控开关和第二可控开关分别串联设置在分裂绕组中低速绕组和高速绕组连接双向逆变器交流侧的线路上；所述信号互锁电路的信号输入端连接电机控制器，信号输出端设有两个，分别连接第一可控开关和第二可控开关的控制部分；所述信号互锁电路用于控制第一可控开关和第二可控开关不能同时导通。

本实用新型所提供的技术方案，采用信号互锁电路连接第一可控开关和第二可控开关的控制部分，当其中一个可控开关处于闭合状态时另一个可控开关不能闭合，从而防止出现由于第一可控开关和第二可控开关同时闭合而对电机的绕组造成损坏，解决现有技术中设有分裂绕组的电机安全性差的问题。

进一步的，所述电机控制器还连接有位置传感器；所述位置传感器设置在电机的转子处，用于检测转子所处的位置。

设置位置传感器，能够检测出电机转子所处的位置。

进一步的，所述电机控制器还连接有CAN总线模块，CAN总线模块与电动车辆的CAN总线连接。

在电机控制器上设置CAN总线模块，能够通过CAN总线模块连接电动车辆的CAN总线，通过CAN总线与其他设备之间进行信息交互。

附图说明

图1为本实用新型车辆实施例中电动车辆的结构原理图；

图2为本实用新型车辆实施例中驱动电机的结构原理图；

图3为本实用新型车辆实施例中信号互锁电路的第一种结构原理图；

图4为本实用新型车辆实施例中信号互锁电路的第二种结构原理图；

图5为本实用新型车辆实施例中绕组的输出转矩曲线图；

图6为本实用新型车辆实施例中驱动电机的输出效率map图；

其中：1、整车控制器；2、电机控制器；3、分裂绕组切换开关；31、第一可控开关；32、第二可控开关；4、位置传感器；5、驱动电机；6、减速器和差速器；7、行驶机构；8、动力电池；9、DC-DC变换模块；10、低压蓄电池；11、加速踏板；12、制动踏板；21、信号互锁电路；22、双向逆变器；51、第一绕组；52、第二绕组。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施方式作进一步说明。

车辆实施例：

本实施例提供一种电动车辆，其结构原理如图1所示，包括整车控制器1、行驶机构7、动力电池8和驱动电机5。

动力电池8采用高压锂电池，DC-DC变换模块9的高压端连接动力电池8，低压端连接车辆的低压蓄电池10，动力电池8通过DC-DC变换模块9为低压蓄电池10充电，低压蓄电池10用于为车辆上的低压用电设备供电。

驱动电机5与行驶机构7通过减速器和差速器6传动连接，当驱动电机5转动时带动行驶机构7运行，从而驱动车辆行驶。

制动踏板12和加速踏板11与整车控制器1连接，当制动踏板12和加速踏板11动作时，整车控制器1能够检测到相应的信号；当整车控制器1接收到制动踏板12的动作信号时，判断为驾驶员需要减速或制动；当整车控制器1检测到加速踏板11动作时，判断为驾驶员需要加速；整车控制器1根据驾驶员脚踩制动踏板12的深度和脚踩加速踏板11的深度得到需要的驱动电机5的转速并发送给车辆的CAN总线；整车控制器1根据驾驶员脚踩制动踏板12的深度和脚踩加速踏板11的深度得到需要的驱动电机5的转速属于现有技术，这里不多做说明。

驱动电机5的结构如图2所示，其中包括绕组、信号互锁电路21、双向逆变器22和分裂绕组切换开关3，分裂绕组切换开关3包括第一可控开关31和第二可控开关32，双向逆变器22的直流侧连接车辆的动力电池8。

可控开关的控制部分是指用于控制可控开关导通和断开的部分，如当第一可控开关31和第二可控开关32为继电器时，其控制部分是指其线圈部分。

驱动电机的绕组为分裂绕组，即驱动电机的绕组包括第一绕组51和第二绕组52，其中第一绕组51的三相绕组分别为A1相绕组、B1相绕组和C1相绕组，第二绕组52的三相绕组分别为A2相绕组、B2相绕组和C2相绕组；第二绕组52为高速绕组，第一绕组51中的各相分别与第二绕组52中的对应相串联，串联后形成的绕组为低速绕组。

低速绕组和高速绕组均与双向逆变器22的交流侧连接，其中第一可控开关31设置在低速绕组连接双向逆变器22交流侧的线路上，第二可控开关32设置在高速绕组连接双向逆变器22的交流侧的线路上。

电机控制器2连接信号互锁电路21的信号输入端，信号互锁电路21的信号输出端设置有两个，分别连接第一可控开关31的控制部分和第二可控开关32的控制部分，在信号互锁电路21的作用下，电机控制器2只能够控制第一可控开关31和第二可控开关32中的其中一个闭合。

当第一可控开关31闭合时，第一绕组51和第二绕组52均投入工作，此时驱动电机5的绕组为低速绕组；

当第二可控开关32闭合时，只有第二绕组52投入工作，此时驱动电机5的绕组为高速绕组。

信号互锁电路21的结构有多种实现方式，只要能够实现第一可控开关31和第二可控开关32不能同时闭合即可；设第一可控开关31为K1，第二可控开关32为K2，下面本实施例中提供两种信号互锁电路32的实现方式，以第一可控开关31和第二可控开关32分别为继电器K1和继电器K2为例：

第一种实现方式如图3所示，继电器K1的常闭触点串联设置在继电器K2线圈部分的供电线路中，继电器K2的常闭触点串联设置在继电器K1线圈部分的供电线路中；当继电器K1得电后，其常闭触点断开，此时继电器K2的线圈部分不能得电；当继电器K2得电后，其常闭触点断开，此时继电器K1的线圈部分不能得电；从而实现继电器K1和继电器K2的互锁。

第二种实现方式如图4所示，电机控制器2的连接继电器K1线圈部分的线路上设置有非门逻辑器件U，如此电机控制器2向继电器K1和继电器K2发出的控制信号便会相反，从而实现继电器K1和继电器K2的互锁。

电机控制器2连接有CAN总线模块，通过CAN总线模块与车辆的CAN总线通讯连接；当整车控制器1根据制动踏板12和加速踏板11计算出需求的转速并发送给车辆的CAN总线后，电机控制器2通过CAN总线模块从车辆的CAN总线中获取该信息，并根据该信息控制驱动电机5的转速。

为了提高驱动电机5的运行效率，当需要的驱动电机5转速较低时，控制第一可控开关31闭合，第二可控开关32断开，使驱动电机5的低速绕组投入工作；当需要的驱动电机5转速较高时，控制第二可控开关32闭合，第一可控开关31断开使驱动电机5的高速绕组投入工作。驱动电机5中第一绕组51和第二绕组52的输出转矩曲线如图5所示，设驱动电机5额定转速为n1，绕组切换时折转速度为n2，额定转速n1、转折速度n2根据驱动电机的性能决定。

当驱动电机5在转速小于n1运行时，驱动电机5恒转矩输出，此时第一可控开关31闭合、第二可控开关32断开，第一绕组51和第二绕组52同时接入，可以使驱动电机5在相对较小的电流下输出较大的转矩，使车辆快速起动；当驱动电机5在转速大于n2运行时，驱动电机5恒功率输出，控制第一可控开关31断开、第二可控开关32闭合，驱动电机5的定子电枢匝数减少，漏抗减小，从而可以使驱动电机5降低损耗，提高效率，形成新的驱动电机5高效率运行区域。

例如当驱动电机5的额定转速为3000rpm，折转转速为5300rpm换时：

如果驱动电机5在转速小于3000rpm时运行，此时控制第一可控开关31闭合、第二可控开关32断开，第一绕组51和第二绕组52同时接入，可以使驱动电机5在较小的电流下输出较大的转矩，使车辆快速起动；

如果驱动电机5在转速大于5300rpm时运行，驱动电机5恒功率输出，此时控制第二可控开关32闭合、第一可控开关31断开，仅将第二绕组52接入，定子电枢匝数减少，驱动电机5漏抗减小，转速范围提升，从而可以使驱动电机5降低损耗，提高驱动电机5的工作效率。

驱动电机5在第一可控开关31闭合、第二可控开关32断开时的高效率运行区域在4000rpm附近，第二可控开关32闭合、第一可控开关31断开时在9000rpm附近额外形成了一个高效率运行区。

通过上述控制方法，得到的驱动电机5输出效率map图如图6所示，可见通过分裂绕组切换，有效的拓宽了驱动电机5的高效率运行区间，节约了电能，延长了车辆的续航里程。

进一步的，电机控制器2还连接有位置传感器4，位置传感器4设置在驱动电机5的转子处，用于检测驱动电机5的转子的位置信号并发送给电机控制器2，电机控制器2根据驱动电机5转子的位置信号计算出其转速。

电机实施例：

本实施例提供一种设有分裂绕组的电机，与上述车辆实施例中驱动电机的结构相同，该驱动电机已在上述车辆实施例中做了详细介绍，这里不多做说明。

以上给出了本实用新型涉及的具体实施方式，但本实用新型不局限于所描述的实施方式。在本实用新型给出的思路下，采用对本领域技术人员而言容易想到的方式对上述实施例中的技术手段进行变换、替换、修改，并且起到的作用与本实用新型中的相应技术手段基本相同、实现的实用新型目的也基本相同，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本实用新型的保护范围内。