一种电动汽车用开关磁阻电机控制装置的制作方法

文档序号:12925382
一种电动汽车用开关磁阻电机控制装置的制作方法
本实用新型涉及一种开关磁阻电机控制装置,具体涉及一种可直接传动电动汽车的开关磁阻电机控制装置。

背景技术:
当前,传动电动机系统正逐渐趋向于无级变速、高可靠性、数字化的方向发展。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。环境问题日益严重的今天,发展绿色交通成为一个重要的课题,电动汽车具有无污染、低噪音等特点,成为比较理想的交通工具。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。因此,急需设计一种结构简单、造价低、维护方便、使用寿命长、可靠性高、可直接传动电动汽车的控制装置。

技术实现要素:
本实用新型的目的是:提供一种结构简单、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电动汽车用开关磁阻电机控制装置,以克服现有技术的不足。为了达到上述目的,本实用新型的技术方案是:一种电动汽车用开关磁阻电机控制装置,其创新点在于:包括四相16/12极开关磁阻电机M、四相不对称半桥式功率变换器、键盘、上位机及以DSP或单片机为核心的全数字控制器,所述四相不对称半桥式功率变换器各相的上管和下管分别与四相16/12极开关磁阻电机M相对应的相绕组相连;所述四相16/12极开关磁阻电机M设有转子位置检测器,且所述转子位置检测器的输出端经电气隔离与全数字控制器相应的输入捕捉端口相连;所述四相16/12极开关磁阻电机M设有电流检测器,且电流检测器的输出端经电气隔离与全数字控制器相应的ADC采样端口相连;所述全数字控制器输出的绕组逻辑信号经电气隔离与四相不对称半桥式功率变换器的上管的控制端相连,全数字控制器的OC输出比较端口输出PWM信号,且全数字控制器输出的绕组逻辑信号和PWM信号进行逻辑相与后经电气隔离再与四相不对称半桥式功率变换器的下管的控制端相连,所述键盘与全数字控制器的输入输出端口相连,所述上位机与全数字控制器的USB通信端口通信。在上述技术方案中,所述电气隔离采用光耦隔离芯片。在上述技术方案中,所述四相16/12极开关磁阻电机M包括A、B、C、D四相绕组,其中:A相绕组包含A1、A2、A3、A4四个定子凸极,且A1、A2、A3、A4四个定子凸极上的集中绕组串联构成A相绕组,B相绕组包含B1、B2、B3、B4四个定子凸极,且B1、B2、B3、B4四个定子凸极上的集中绕组串联构成B相绕组,C相绕组包含C1、C2、C3、C4四个定子凸极,且C1、C2、C3、C4四个定子凸极上的集中绕组串联构成C相绕组,D相绕组包含D1、D2、D3、D4四个定子凸极,且D1、D2、D3、D4四个定子凸极上的集中绕组串联构成D相绕组。在上述技术方案中,四相不对称半桥式功率变换器的主开关型号为MOSFET或IGBT。本实用新型所具有的积极效果是:由于本实用新型包括四相16/12极开关磁阻电机M、四相不对称半桥式功率变换器、键盘、上位机及以DSP或单片机为核心的全数字控制器,所述四相16/12极开关磁阻电机M包括A、B、C、D四相绕组,所述四相不对称半桥式功率变换器各相的上管和下管分别与四相16/12极开关磁阻电机M相对应的相绕组相连;所述四相16/12极开关磁阻电机M设有转子位置检测器,且所述转子位置检测器的输出端经电气隔离与全数字控制器相应的输入捕捉端口相连;所述四相16/12极开关磁阻电机M设有电流检测器,且电流检测器的输出端经电气隔离与全数字控制器相应的ADC采样端口相连;所述全数字控制器输出的绕组逻辑信号经电气隔离与四相不对称半桥式功率变换器的上管的控制端相连,全数字控制器的OC输出比较端口输出PWM信号,且全数字控制器输出的绕组逻辑信号和PWM信号进行逻辑相与后经电气隔离再与四相不对称半桥式功率变换器的下管的控制端相连,所述键盘与全数字控制器的输入输出端口相连,所述上位机与全数字控制器的USB通信端口通信;本实用新型的四相16/12极开关磁阻电机的各相绕组相互独立,具有启动转矩大,传动效率高,转矩脉动小,功耗小等优点,又由于四相16/12极开关磁阻电机的定子凸极上只有简单的集中绕组,使其具有绝缘结构简单,制造简便,成本低的优势,且发热大部分在定子,也易于冷却,在恶劣条件下具有调速性能良好、控制灵活、工作可靠性高、容错性好、使用寿命长的特点。由本实用新型单极性的四相不对称半桥式功率变换器供单方向电流激励,且每个功率开关器件均直接与四相16/12极开关磁阻电机相串联,避免了直通短路现象,具有较高的运行可靠性和容错能力,本实用新型的设计方案是当下急需的一种结构简单、造价低、维护方便、使用寿命长、可靠性高、可直接传动电动汽车的控制装置。附图说明图1是本实用新型一种具体实施方式的原理方框示意图;图2是本实用新型的四相16/12极开关磁阻电机M的控制结构框图。具体实施方式以下结合附图以及给出的实施例,对本实用新型作进一步的说明,但并不局限于此。如图1、2所示,一种电动汽车用开关磁阻电机控制装置,包括四相16/12极开关磁阻电机M、四相不对称半桥式功率变换器1、键盘2、上位机3及以DSP或单片机为核心的全数字控制器4,所述四相16/12极开关磁阻电机M包括A、B、C、D四相绕组,所述四相不对称半桥式功率变换器1各相的上管和下管分别与四相16/12极开关磁阻电机M相对应的相绕组相连;所述四相16/12极开关磁阻电机M设有转子位置检测器5,且所述转子位置检测器5的输出端经电气隔离与全数字控制器4相应的输入捕捉端口相连,提供电机转子的位置信息以决定绕组的开通与关断;所述四相16/12极开关磁阻电机M设有电流检测器6,且电流检测器6的输出端经电气隔离与全数字控制器4相应的ADC采样端口相连,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;所述全数字控制器4输出的绕组逻辑信号经电气隔离与四相不对称半桥式功率变换器1的上管的控制端相连,全数字控制器4的OC输出比较端口输出PWM信号,且全数字控制器4输出的绕组逻辑信号和PWM信号进行逻辑相与后经电气隔离再与四相不对称半桥式功率变换器1的下管的控制端相连,所述键盘2与全数字控制器4的输入输出端口相连,实现控制参数的给定与输入,所述上位机3与全数字控制器4的USB通信端口通信,实现转速、电流、电压等信息的显示功能。本实用新型所述电气隔离采用光耦隔离芯片,实现电压转换功能,以防止高低电压相互影响。为了使得本实用新型四相16/12极开关磁阻电机M具有低速转矩大、转矩脉动小等优点,本实用新型所述四相16/12极开关磁阻电机M包括A、B、C、D四相绕组,其中:A相绕组包含A1、A2、A3、A4四个定子凸极,且A1、A2、A3、A4四个定子凸极上的集中绕组串联构成A相绕组,B相绕组包含B1、B2、B3、B4四个定子凸极,且B1、B2、B3、B4四个定子凸极上的集中绕组串联构成B相绕组,C相绕组包含C1、C2、C3、C4四个定子凸极,且C1、C2、C3、C4四个定子凸极上的集中绕组串联构成C相绕组,D相绕组包含D1、D2、D3、D4四个定子凸极,且D1、D2、D3、D4四个定子凸极上的集中绕组串联构成D相绕组。本实用新型四相不对称半桥式功率变换器1的主开关型号为MOSFET或IGBT。本实用新型遵循“最小磁阻原理”运行:通过转子位置检测器5检测转子位置,由核心为DSP或单片机的全数字控制器4根据转子位置检测器5的输出信号,判断定、转子的相对位置;接着由DSP或单片机的全数字控制器4输出控制信号,用来控制四相不对称半桥式功率变换器1的上管和下管的导通和关断,使电源对四相16/12极开关磁阻电机M的相绕组通电和断电,吸引转子向定、转子间最小磁阻位置方向旋转。如图1所示,图中本实用新型所述全数字控制器4的IC为位置输入捕捉端口,ADC为电流采样端口,I/O(1)和I/O(2)为输入输出端口,OC为输出比较端口,USB为通信端口。如图2所示,它是本实用新型的四相16/12极开关磁阻电机M的控制结构框图,其中,该控制结构包括蓄电池、开关磁阻电机、功率变换器、控制器及检测装置等。其中开关磁阻电机是开关磁阻电机控制结构中实现能量转换的部件,也是开关磁阻电机控制结构有别于其他电动机控制系统的主要标志。功率变换器向电机提供运转所需的能量,由蓄电池供电。控制器是系统的中枢。它综合处理速度指令、速度反馈信号及电流传感器、位置传感器的反馈信息,控制功率变换器中主开关器件的工作状态,实现对电机运行状态的控制。本实用新型的四相16/12极开关磁阻电机的各相绕组相互独立,具有启动转矩大,传动效率高,转矩脉动小,功耗小等优点,又由于四相16/12极开关磁阻电机的定子凸极上只有简单的集中绕组,使其具有绝缘结构简单,制造简便,成本低的优势,且发热大部分在定子,也易于冷却,在恶劣条件下具有调速性能良好、控制灵活、工作可靠性高、容错性好、使用寿命长的特点。由本实用新型单极性的四相不对称半桥式功率变换器供单方向电流激励,且每个功率开关器件均直接与四相16/12极开关磁阻电机相串联,避免了直通短路现象,具有较高的运行可靠性和容错能力,本实用新型的设计方案是当下急需的一种结构简单、造价低、维护方便、使用寿命长、可靠性高、可直接传动电动汽车的控制装置。...
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