一种开关磁阻电动机驱动装置的制作方法

本实用新型属于开关磁阻电动机领域，具体涉及一种开关磁阻电动机驱动装置。

背景技术：

随着人们能源和环境意识的日益增强，电动汽车作为一种零排放、低污染的绿色交通工具，将得到大力发展。研究并开发可实现无级变速运行、高可靠性、数字化调速来直接驱动电动汽车的新型电动机系统，已成为电气传动领域前沿性创新研究工作的新发展趋势和重要方向。

目前国内外广泛应用的电动机传动系统为感应电动机，不能无级变速。若由直流调速电动机实现无级变速传动，其直流电动机的结构复杂、造价偏高、维护困难且寿命较短。若由感应电动机变频调速系统实现无级变速传动，其系统控制方案采用矢量变换控制或直接转矩控制，但实现矢量变换或直接转矩控制计算复杂，且其低速力矩小、低速性能不佳。

专利一种开关磁阻电机驱动系统(公开号：CN202798548U)，公开了包括控制电路和传感器、操作电路、驱动电路、功率电路和控制电源电路，所述控制电路分别与操作电路、控制电源电路、驱动电路、功率电路和开关磁阻电机电连接，所述功率电路又分别与开关磁阻电机、驱动电路、控制电源电路以及电源电连接，此驱动系统实现了启动转矩大，起动电流小的效果，但包含电路过多，结构复杂，维护困难，操作复杂，无法真正意义上提供一种使用寿命长、可靠性高、实现可直接传动电动汽车的开关磁阻调速电动机装置。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种开关磁阻电动机驱动装置，结构简单、造价低、维护方便、使用寿命长、可靠性高、实现可直接传动电动汽车的开关磁阻调速电动机装置。

本实用新型提供了如下的技术方案：

一种开关磁阻电动机驱动装置，包括单相4/4结构开关磁阻电动机、单相不对称半桥式功率变换器和MCU单片机为核心的全数字控制器，所述单相4/4结构开关磁阻电动机各凸极上的集中绕组串联构成一相绕组，所述单相不对称半桥式功率变换器的上管和下管输出端分别与所述单相4/4结构开关磁阻电动机的相绕组相连，当上管与下管其中之一关断时，开关磁阻电动机的相绕组断电，所述单相4/4结构开关磁阻电动机的转轴和相绕组上分别设有转子位置检测器和电流检测器，所述转子位置检测器的输出端经电气隔离器件与所述MCU单片机为核心的全数字控制器的PT0/PT1口连接，提供电机转子的位置信息以决定绕组的开通与关断，所述电流检测器的输出端经电气隔离器件与MCU单片机为核心的全数字控制器的PAD00-PAD03口相连，用来检测相绕组实时电流，提供电流信息完成电流斩波控制或采取相应的保护措施以防止过电流，所述MCU单片机为核心的全数字控制器的PT4口经电气隔离器件与功率变换器上管的控制端相连，所述MCU单片机为核心的全数字控制器的PP1口和PT4口连接后共同的输出端经过逻辑相与电路和电气隔离器件与所述功率变换器下管的控制端相连。

优选的，所述单相不对称半桥式功率变换器的上管和下管选用MOSFET或IGBT。

优选的，所述MCU单片机为核心的全数字控制器的PA0-PA5口接入键盘，实现控制参数的给定与输入，所述MCU组成的全数字控制器的PS0-PS1口接入上位机，实现转速、电流、电压等信息的显示功能。

优选的，所述电气隔离器件采用光耦隔离芯片，实现电压转换功能，以防止高低电压相互影响。

本实用新型的有益效果是：采用主要由单相4/4结构开关磁阻电动机、单相不对称半桥式功率变换器及MCU组成的全数字控制器组成的机电一体化电动机传动装置，可直接传动电动汽车的开关磁阻调速电动机装置，其结构简单紧凑坚固耐用，无刷、无绕组、无永久磁体的转子结构，转动惯量小，适用于在高温、高速的环境下工作；定子上只有简单的集中绕组，绝缘结构简单，制造简便，成本低，且发热大部分在定子，易于冷却，恶劣条件下调速性能良好、控制灵活；功率变换器的结构简单，由单极性功率变换器供单方向电流激励，每个功率开关器件均直接与电动机绕组相串联，避免了直通短路现象，电机可控参数较多，调速性能很好，调速范围宽，启动转矩大，传动效率高，功耗小，具有较高的运行可靠性和容错能力，具有广阔的应用前景。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1是本实用新型的驱动装置原理框图；

图2是本实用新型的单相4/4结构开关磁阻电动机结构示意图；

图3是本实用新型的单相不对称半桥式功率变换器拓扑图；

图中标记：1.定子，2.绕组，3.转子，4.转轴，5.电机相绕组。

具体实施方式

如图1所示，一种开关磁阻电动机驱动装置，包括单相4/4结构开关磁阻电动机、单相不对称半桥式功率变换器和MCU单片机为核心的全数字控制器，如图2到3所示单相4/4结构开关磁阻电动机结构中各凸极上的集中绕组2串联构成一相绕组5，单相不对称半桥式功率变换器的上管S1和下管S2输出端分别与所述单相4/4结构开关磁阻电动机的相绕组5相连，当上管S1与下管S2(MOSFET或IGBT)其中之一关断时，开关磁阻电动机的相绕组5断电。

所述单相4/4结构开关磁阻电动机的转轴4上设有转子位置检测器和相绕组5上设有电流检测器，转子位置检测器检测开关磁阻电机上的转子3位置，提供电机转子3的位置信息经过电气隔离15V到5V后输送至MCU单片机为核心的全数字控制器的PT0/PT1口，依据最小磁阻原理，通过MCU单片机为核心的全数字控制器的PT4口输出绕组逻辑信号，通过导通、关断功率变换器上管S1，以决定绕组5的开通与关断，从而吸引转子3向最小磁阻位置方向旋转：若转子3与定子1处于最小磁阻位值时，PT4口对功率变换器上管S1输出高低电平信号，经电气隔离5V到15V后，控制功率变换器上管S1关断；若转子3与定子1非处于最小磁阻位值时，PT4口输出对功率变换器上管S1的电平信号，经电气隔离后5V到15V后，控制功率变换器上管S1导通。

所述电流检测器用来检测开关磁阻电机相绕组5实时电流，将电流信号经电气隔离15V到5V后输送至MCU单片机为核心的全数字控制器的PAD00-PAD03口，提供电流信息完成电流斩波控制或采取相应的保护措施以防止过电流，即通过控制器PP1口向外输出PWM信号，当电流超过阈值时，向外输出的PWM信号为0，否则向外输出的PWM信号为1，PWM信号与PT4口输出对功率变换器上管S1的控制信号做逻辑相与，即当输出的PWM信号为非0，且PT4口输出导通功率变换器上管S1的电平信号时，经电气隔离5V到15V，才会使功率变换器的下管S2导通。

本实用新型使用时，功率变换器的上管S1与下管S2处于关断状态，开关磁阻电动机的转子3首先在惯性下运动，转子位置检测器检测到转子3的位置，并将位置信号传送至MCU组成的全数字控制器根据转子位置检测器输入的信号，判断定子1、转子3的相对位置是否符合最小磁阻原理，若符合，则全数字控制器输出一个电平信号，使得功率变换器的上管S1继续保持关断状态，转子3在惯性作用下继续旋转，直至偏离最小磁阻位；若不符合，则数字控制器输出一个电平信号，使得功率变换器的上管S1继续保持导通状态，此时由于电流检测器检测的电流正常，数字控制器同时输出非0的PWM信号，经逻辑相与导通功率变换器的下管S2；导通功率变换器的上管S1、下管S2同时导通，开关磁阻电动机相绕组5得电，吸引转子3向最小磁阻位旋转；上述过程中，若电流出现过大的异常情况，则输出的PWM信号为0，经逻辑相与无法导通功率变换器的下管S2，开关磁阻电动机的相绕组5始终无法得电；进一步，位置信号和电信号经过的电气隔离器件采用光耦隔离芯片，实现电压转换功能，以防止高低电压相互影响，MCU单片机为核心的全数字控制器的PA0-PA5口接入键盘，实现控制参数的给定与输入，PS0-PS1口接入上位机，实现转速、电流、电压等信息的显示功能。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。