专利名称：永磁无刷电机控制器的制作方法
技术领域：
本申请涉及电机技术领域，特别是涉及永磁无刷电机控制器。
背景技术：
安全、环保、节能已日益成为汽车产业发展的主题，电动车由于具有低排放甚至零 排放、低噪音、节能等优点，成为汽车研究开发、推广应用的热点之一。由于直流驱动技术的逐渐成熟，永磁无刷电机在电动车行业得到广泛应用，永磁 无刷电机控制器能够控制无刷电机的正反转、转速及制动情况，进而控制电动车的启动、运 行、进退、速度等运行状态。由此可见，永磁无刷电机控制器是电动车的基础部件，由于电动 车是以电池中的电能作为动力能源，因此，电池的容量制约了电动车的行驶里程，如何节约 能量提高电动车的行驶里程已成为电动车进一步发展的关键。同时，为了节约能量提高电 动车的行驶里程对永磁无刷电机控制器也提出了较高的要求。现有技术中的永磁无刷电机控制器，只能将电动车在限速滑行时的部分机械能回 馈到电动车的蓄电池中，致使电动车的能量利用率较低。
实用新型内容为解决上述技术问题，本申请实施例提供一种永磁无刷电机控制器，以实现节约 能量提高电动车的行驶里程，技术方案如下一种永磁无刷电机控制器，用于至少包含蓄电池及无刷电机的电动车中，包括控制模块；与所述控制模块相连的电流检测模块、前进后退选择模块、速度获取模块、电压检 测模块、温度检测模块、刹车信号获取模块及电机位置检测模块；所述控制模块还与驱动放大模块相连；与所述驱动放大模块相连的功率管驱动模块；所述电流检测模块还与驱动放大模块相连；所述控制模块依据所述速度检测模块提供的加速器检测信号及电机位置检测模 块提供的电机绕组位置信号产生控制信号，经驱动放大模块放大后，控制功率管驱动模块 的工作状态，进而使电机的机械能转换成电机三个绕组中的磁场能，再将所述电机三个绕 组中的磁场能转换成蓄电池中的电能。优选地，上述永磁无刷电机控制器中，所述电流检测模块包括电机电流获取子模块及电流比较子模块，其中，所述电流比较子模块，比较所述电 机电流获取子模块所得到的电机电流信号和电机电流的预设值，并将得到的比较结果输送 至所述控制模块。优选地，上述永磁无刷电机控制器中，所述电压检测模块包括电机电压获取子模块及电压比较子模块，其中，所述电压比较子模块，比较所述电 机电压获取子模块所得到的电机电压信号和电机电压预设值，并将得到的比较结果输送至所述控制模块。优选地，上述永磁无刷电机控制器中，所述温度检测模块包括温度获取子模块及温度比较子模块，其中所述温度获取子模块能够获取得到所述功率驱动模块的温度；所述温度比较子模块，比较所述温度获取子模块得到的温度信号和功率驱动模块 的温度预设值，并将比较结果输送至所述控制模块。 优选地，上述永磁无刷电机控制器中，所述温度获取子模块为温度传感器。优选地，上述永磁无刷电机控制器中，所述电机位置检测模块包括电机绕组位置获取模块和整形放大模块，所述电机绕组位置获取模块获取得到的 电机绕组的位置信号经所述整形放大模块处理后输送至所述控制模块。优选地，上述永磁无刷电机控制器中，所述电机绕组位置获取模块为霍尔位置传 感器。优选地，上述永磁无刷电机控制器中，所述控制模块为微控制器。通过应用以上技术方案，本申请实施例提供的永磁无刷电机控制器将电动车在减 速或下坡限速运行状态下，能够将电机的机械能转换成电机的三个绕组中的磁场能量，并 将电机的三个绕组中积蓄的磁场能为蓄电池充电，即是将电机的三个绕组中的磁场能转换 成蓄电池中的电能，从而提高了电动车的能量利用率，提高了电动车的行驶里程。
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下， 还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本申请实施例一种永磁无刷电机控制器的结构示意图；图2a为本申请实施例能量回馈制动存储能量的电路原理图；图2b为本申请实施例能量回馈制动释放能量的电路原理图；图3a为本申请实施例电压检测模块的结构示意图；图3b为本申请实施例速度检测模块的结构示意图；图3c为本申请实施例电流检测模块的结构示意图；图3d为本申请实施例温度检测模块的结构示意图。
具体实施方式
本申请实施例提供一种永磁无刷电机控制器，具有能量回馈制动功能，在电动车 减速或下坡限速等滑行状态时，能够将电机中的机械能转换成磁场能存储在电机的三相绕 组中，再将这三个绕组中存储的磁场能转换成蓄电池中的电能。本申请实施例提供的一种 永磁无刷电机控制器至少包括速度检测模块、电机位置检测模块、控制模块、驱动放大模 块、功率驱动模块，其中，控制模块依据所述速度检测模块提供的加速器检测信号及电机位 置检测模块提供的电机绕组位置信号产生控制信号，经驱动放大模块放大后，控制功率管 驱动模块使电机转动的机械能转换成电机三个绕组中的磁场能，再将所述电机三个绕组中的磁场能转换成蓄电池中的电能。为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实 施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施 例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通 技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护 的范围。下面结合图1详细说明永磁无刷电机控制器的各构成模块的工作过程，图1为本 申请实施例一种永磁无刷电机控制器的结构示意图，包括控制模块1001、电压检测模块1002、前进后退选择模块1003、速度获取模块1004、 电机位置检测模块1005、电流检测模块1006、刹车信号获取模块1007、温度检测模块1008、 驱动放大模块1009及功率管驱动模块1010。电压检测模块1002，检测电动车的系统电压，当检测到系统电压在正常范围内 (可以设定正常范围为电源电压的额定电压的士25%范围内)时，永磁无刷电机控制器工 作；系统电压不在正常范围内时，永磁无刷电机控制器不工作。前进后退选择模块1003，当电动车选择前进挡时，则该模块输出的电压信号为低 电平；当电动车选择后退挡时，则该模块输出的电压信号为高电平。并将该模块检测到的电 动车的前进或后退信号输送至控制模块1001中。速度检测模块1004，通过检测加速器输出电压的大小，得到电动车的速度情况，并 输送至控制模块1001中。电机位置检测模块1005，可以获取电机中的三个绕组的位置信号，具体地可以通 过霍尔位置传感器来获取电机绕组的位置信号，可以将获取得到的电机绕组位置的信号进 行整形放大处理后输送至控制模块1001中。电流检测模块1006，检测电机电流是否过流，当检测到的电机电流超过电机电流 的额定值时，电机电流过流即电机处于超负荷运行状态，将检测得到的电机电流情况输送 至控制模块1001中。刹车信号获取模块1007，该模块可以检测是否有刹车信号，当检测到输入的电压 信号为高电平时，则有刹车信号；否则检测到输入的电压信号为低电平时，则没有刹车信 号，并将信号输送至控制模块1001中。温度检测模块1008，检测功率驱动模块1010中功率管的温度，具体可以通过功率 驱动模块1010中热敏电阻，测量得到功率驱动模块1010上的功率管的温度。当检测到的 功率管的温度值高于85°c时，向控制模块1001发送过热信号，该信号可以是高电平电压信号。控制模块1001，根据接收到的上述各模块输送来的信号，输出控制信号至驱动放 大模块1009中经放大处理后输送至功率驱动模块1010中，以控制其中的功率管的导通或 关断，进而控制无刷电机的运行状态。具体地该控制模块1001可以通过微控制器实现。启动时，检测到的系统电压在正常范围内，且有加速信号选择前进挡时，控制模块 输出的控制信号可以驱动功率驱动模块上的功率管，使无刷电机正转，如果加速器输出的 电压信号越大，则转速越快；如果有加速信号且选择后退，则无刷电机反转；如果没有加速 信号，则无刷电机静止；其中电机正反转的控制是控制模块1001根据接收到的前进后退选
5择模块1003的选择信号，同时依据电机位置检测模块1005的检测信号判断得到的电机中 的三个绕组的具体位置，输出脉宽调制信号驱动功率管，使无刷电机正转或反转。电动车在运行过程，如果来自电流检测模块的电流信号表明电机电流在正常范 围内，则电机正常工作；如果电机电流超过正常范围即过流，则发出过流信号至控制模块 1001和驱动放大模块1009，封锁控制信号，使永磁无刷电机控制器停止工作。如果控制模块1001接收到来自刹车信号获取模块1007的刹车信号，则控制模块 1001输出控制信号，使永磁无刷电机控制器停止工作。当控制模块1001接收到来自温度检测模块1008检测得到的功率管温度状态信号 时，控制模块1001对永磁无刷电机电流正常限流，当功率管的温度状态信号未达到极限状 态时比如功率管的温度值为70°C或75°C时，控制模块1001将永磁无刷电机电流限制为永 磁无刷电机额定电流的0. 5倍，避免功率管的进一步升高，从而保证系统正常工作；当功率 管的温度值大于等于所能承受的极限温度85°C时，控制模块1001使永磁无刷电机控制器 停止工作，避免损坏永磁无刷电机控制器。可以理解的是，本实施例中的限流所依据的功率 管的温度值应根据具体情况具体设置，本申请对此并不限制。驱动放大模块1009，用于放大控制模块1001发送来的控制信号，并将放大后的控 制信号输送至功率驱动模块1010，控制其中的功率管中的功率管的导通或关断，进而控制 无刷电机的运行状态。功率驱动模块1010包含有若干功率管并与无刷电机相连，运用功率管的导通或 关断状态控制无刷电机的运行状态。在电动车运行过程中，如果控制模块1001接收到的速度检测模块无加速信号，且 电机位置检测模块检测到电机绕组的位置仍在变化，则控制模块1001控制功率管驱动模 块工作在半桥斩波回馈制动状态。控制模块1001输出控制信号驱动功率驱动模块1009上 的某些功率管导通，使电机的转动的机械能转换成磁场能存储在电机的三个绕组中；然后 控制模块1001输出控制信号使功率驱动模块1009上的功率管关断，使电机的三个绕组中 存储的磁场能转换成蓄电池中的电能。其中，功率管的具体工作状态可以参见图2a和图2b，为功率驱动模块的电路原理 图。由于电动车中能量回馈制动技术首先必须满足刹车系统的安全要求，通过机械刹车和 电刹车的良好结合来确保安全；其次要确保能量回馈时电池充电时安全的问题，因为电池 拥有最大允许充电电流限制；同时还要考虑电机的输出能力和特性，经过综合考虑本申请 选用半桥斩波能量回馈制动方式。当无刷电机工作在正向电动状态时，采用120°两两导通 的控制方式，即任一时刻只有2个功率管导通，分别属于图2a和图2b所示电路中的上半桥 臂和下半桥臂。而当无刷电机工作在半桥斩波回馈制动状态时，电路中的上半桥臂中的三 个功率管始终处于截止状态，通过调制脉宽调制下半桥臂中的三个功率管导通或截止，下 半桥臂的T4、T6、T2轮流导通截止，导通时，电机的机械能转换成电机绕组中的磁场能；截止 时，电机绕组中存储的磁场能转换成蓄电池中的电能。电机处于发电状态即为蓄电池充电 时，调节调制脉冲的占空比的大小，使电机两端的电压不高于蓄电池两端的电压，电机发电 电流不超过蓄电池允许的上限电流，从而保障蓄电池充电安全。下面以图中的功率管Τ4为例对能量回馈制动状态进行详细说明，当T4导通时，电 机的机械能转换成磁场能存储在电机的三个绕组中即图2a中A、B、C三相绕组中，为续流状态，此时回路中电流上升，电流的流向如图2a所示，即为A相绕组一T4 — D6 — B相绕组一A 相绕组；另一支路:A相绕组一T4 — D2 — C相绕组一A相绕组。当T4截止时，将电机的机械能 及电机的三个绕组中存储的磁场能转换成蓄电池中的电能，经过电机绕组中的电感升压斩 波的作用将能量回馈给蓄电池，电流的流向如图2b所示，其中，一个支路:A相绕组一D1 — 蓄电池Ud — D6 — B相绕组一A相绕组；另一支路A相绕组一D1 —蓄电池Ud — D2 — C相绕 组一A相绕组，通过续流作用向蓄电池充电，电机绕组中的电感释放磁场能量为充电状态。T6导通时，电机绕组储能，其电流流向，一个支路B相绕组一T6 — D2 — C相绕组 —B相绕组；另一支路B相绕组一T6 — D4 — A相绕组一B相绕组。当T6截止时，为蓄电 池充电，其电流流向，一个支路B相绕组一D3 —蓄电池Ud — D4 — A相绕组-—B相绕组； 另一支路B相绕组一D3 —蓄电池Ud — D2 — C相绕组一B相绕组，电机绕组中的电感释放 磁场能量为充电状态。T2导通时，电机绕组储能，其电流流向，一个支路C相绕组一T2 — D6 — B相绕组 —C相绕组；另一支路C相绕组一T2 — D4 — A相绕组一C相绕组。当T2截止时，为蓄电 池充电，其电流流向，一个支路C相绕组一D5 —蓄电池Ud — D4 — A相绕组一C相绕组；另 一支路C相绕组一D5 —蓄电池Ud — D6 — B相绕组一C相绕组，电机绕组中的电感释放磁 场能量为充电状态。本申请实施例提供的永磁无刷电机控制器，具有能量回馈制动功能，能够将电机 的机械能转换成磁场能量存储在电机的三相绕组中，然后又将三相绕组中存储的磁场能转 换成蓄电池中的电能，从而提高了能量的利用率，进一步提高了电动车的行驶里程。参见图3a_3d，本申请最优实施例中，上述实施例中的电压检测模块、速度检测模 块、电流检测模块、温度检测模块分别包含获取子模块和比较子模块，下面将详细说明各模 块的具体工作过程如图3a所示，电压检测模块1002包括电压获取子模块10021及电压比较子模 块10022，其中，电压比较子模块10022，用于比较所述电压获取子模块10021得到的系统的 电压信号和电压预设值，并将得到的比较结果输送至所述控制模块1001，其中所述的系统 电压预设值可以设定为额定电压的士 15%范围内，当检测到的电压值超出电压预设值的范 围，则电压比较子模块10022输出低电平，此时永磁无刷电机控制器无法工作。如图3b所示，速度检测模块1004，包括加速器信号获取模块10041和速度检测子 模块10042。其中，加速器信号获取模块10041能够获取加速器的输出电压信号，当系统电 压在正常范围内时，通过检测加速器的输出电压信号的电压值，检测是否存在加速信号。当 检测到的加速器的输出电压值为高电平，则存在加速信号，且检测到的加速器的输出电压 值的大小与速度成正比；当检测到的加速器的输出电压值为低电平，则不存在加速信号。该 加速器信号获取模块10041检测到的加速器输出电压信号输送至速度检测子模块10042中 进一步进行检测，进而得到当前电动车的行进速度信号，并提供给控制模块1001。如图3c所示，电流检测模块1006包括电机电流获取子模块10061及电流比较 子模块10062，其中，电流比较子模块10062，比较获取得到的电机电流信号和电机电流的 预设值，并将得到的比较结果输送至所述控制模块1001。其中，电机电流的预设值可以设 定为电机的额定电流、电机额定电流的1.3倍。如果获取得到的电机电流信号小于等于电 机电流的额定电流值，则电机正常工作；如果电机电流大于电机额定电流，且小于额定电流的1. 3倍时，则电流比较子模块10062输出控制信号至控制模块1001，进而限制永磁无刷 电机电流的大小，进而达到降低电机电流的目的；如果得到的电机电流超过电机额定电流 的1. 3倍时，则电流比较子模块10062输出高电平的控制信号，封锁控制模块1001及驱动 放大模块1009输出的信号，使永磁无刷电机控制器停止工作。此外，电流检测模块1006的过流信号同时制约着加速器的运行情况，当检测到电 机电流过流即电机处于超负荷运行状态，此时加速器已不能使电机加速。例如，电动车在爬 一个坡度很陡的坡时，此时电机电流已超过电机的额定电流，加速器受电流检测模块1006 检测到的过流信号牵制，即使施加加速信号，加速器也不能使电动车加速了。如图3d所示，温度检测模块1008包括温度获取子模块10081及温度比较子模块 10082。其中，所述温度获取子模块10081能够获取得到所述功率驱动模块1009的温度，具 体地，温度获取子模块10081可以是温度传感器获取功率管的温度值；所述温度比较子模 块10082，比较得到的功率管的温度值和功率管的温度预设值，并将比较结果输送至所述控 制模块1001。功率管的预设值可以是功率管可承受的最高温度，如果检测得到的功率管的 温度值高于功率管的预设值，则向控制模块1001输送高电平电压信号，使永磁无刷电机控 制器停止工作；如果检测得到的功率管的温度没有超过功率管温度预设值，则输出低电平 电压信号，使永磁无刷电机控制器正常工作。本实施例提供的永磁无刷电机控制器，其中的检测模块包含获取子模块和比较子 模块，可以直接将比较结果输送给控制模块，与利用控制模块进行比较获取的信号与预设 信号相比，节省了控制模块的I/O接口资源，降低了控制模块的成本，从而在实现本申请目 的的前提下，降低了永磁无刷电机控制器的成本。本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部 分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。以上所描述的装 置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理 上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或 者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实 现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解 并实施。以上所述仅是本申请的具体实施方式
，应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应 视为本申请的保护范围。
权利要求一种永磁无刷电机控制器，用于至少包含蓄电池及永磁无刷电机的电动车中，其特征在于，包括控制模块；与所述控制模块相连的电流检测模块、前进后退选择模块、速度获取模块、电压检测模块、温度检测模块、刹车信号获取模块及电机位置检测模块；所述控制模块还与驱动放大模块相连；与所述驱动放大模块相连的功率管驱动模块；所述电流检测模块还与驱动放大模块相连；所述控制模块依据所述速度检测模块提供的加速器检测信号及电机位置检测模块提供的电机绕组位置信号产生控制信号，经驱动放大模块放大后，控制功率管驱动模块的工作状态，进而使电机的机械能转换成电机三个绕组中的磁场能，再将所述电机三个绕组中的磁场能转换成蓄电池中的电能。
2.根据权利要求1所述的永磁无刷电机控制器，其特征在于，所述电流检测模块包括 电机电流获取子模块及电流比较子模块，其中，所述电流比较子模块，比较所述电机电流获取子模块所得到的电机电流信号和电机电流的预设值，并将得到的比较结果输送至所 述控制模块。
3.根据权利要求1所述的永磁无刷电机控制器，其特征在于，所述电压检测模块包括 电机电压获取子模块及电压比较子模块，其中，所述电压比较子模块，比较所述电机电压获取子模块所得到的电机电压信号和电机电压预设值，并将得到的比较结果输送至所述 控制模块。
4.根据权利要求1所述的永磁无刷电机控制器，其特征在于，所述温度检测模块包括 温度获取子模块及温度比较子模块，其中所述温度获取子模块能够获取得到所述功率驱动模块的温度； 所述温度比较子模块，比较所述温度获取子模块得到的温度信号和功率驱动模块的温 度预设值，并将比较结果输送至所述控制模块。
5.根据权利要求4所述的永磁无刷电机控制器，其特征在于，所述温度获取子模块为 温度传感器。
6.根据权利要求1所述的永磁无刷电机控制器，其特征在于，所述电机位置检测模块 包括电机绕组位置获取模块和整形放大模块，所述电机绕组位置获取模块获取得到的电机 绕组的位置信号经所述整形放大模块处理后输送至所述控制模块。
7.根据权利要求6所述的永磁无刷电机控制器，其特征在于，所述电机绕组位置获取 模块为霍尔位置传感器。
8.根据权利要求1所述的永磁无刷电机控制器，其特征在于，所述控制模块为微控制
专利摘要本申请公开了一种永磁无刷电机控制器，至少包括速度检测模块、电极位置检测模块、控制模块、驱动放大模块、功率驱动模块，其中，控制模块依据所述速度检测模块提供的加速器检测信号及电机位置检测模块提供的电机绕组位置信号产生控制信号，经驱动放大模块放大后，控制功率管驱动模块工作在能量回馈状态，进而使电机转动的机械能转换成电机三个绕组中的磁场能，再将所述电机三个绕组中的磁场能转换成蓄电池中的电能，从而提高了电动车的能量利用率。
文档编号H02P6/00GK201690404SQ20102021952
公开日2010年12月29日 申请日期2010年6月8日 优先权日2010年6月8日
发明者王天顺 申请人:上海康丘乐电子电器科技有限公司