专利名称：一种电动自行车驱动系统及其控制方法
技术领域：
本发明涉及电机及其控制技术领域，特别涉及一种用于电动自行车的电动车驱动系统及其控制方法。
背景技术：
目前在电动自行车领域中，驱动系统大多采用六拍式的控制方法，六拍式的控制方法即为120度变频技术，三相交流电在任意时刻中，三相中只有两两导通，而另外一相处于截止状态，也表现在任意一个周期内每相导通120度。驱动系统在这样控制方法下，电机的转矩脉动会很大，使得在驾驶者在骑行电动自行车时的噪音大，产生不适；而且驱动系统的电压利用率低，使得整个驱动系统的效率较低，产生能源浪费；由于六拍式控制方法简单，不能时时检测电机转子与定子的相对位置，使得功率器件的的开关平率不均匀，从而导致功率器件的发热不均衡，而且在功率器件开关皮频率不均匀的影响下，供电电源的供电 输出会出现波纹，对电动自行车的驱动系统的各个部件产生干扰。基于以上缺陷，传统的电动自行车的驱动系统需要进行改进设计。
发明内容
本发明的目的是提供一种控制方法精细，对不同的电机具有更好的适应性，可减小电机的转矩脉动，能源的利用效率高，干扰小的电动车驱动系统及其控制方法。本发明是采取以下技术方案实现的包括控制器、电机、电源、驱动模块、逆变模块，电机为直流无刷电机，电源为直流电源，电源耦合至逆变模块，逆变模块耦合至电机，控制器耦合至驱动模块，驱动模块耦合至逆变模块，电机的定子上设置有电流传感器，逆变模块上设置有磁传感器，电流传感器和磁传感器分别耦合至控制器，磁感应器的数量为三个，依次相差60度电角度，电机的转子上的永磁体在转动的过程中使各个磁感应器产生各自的输出值，从而标识电机的转子和定子之间的相对位置以及转子的转速；电流传感器感应电源所输出的直流电的大小；磁感应器和电流传感器将各自的感应输出传输至控制器，控制器处理磁感应器和电流传感器各自的感应输出得出电机的转子转速参数，转子与定子的相对位置的参数，电源所输出直流电的大小的参数；控制器根据所接收到的指令信号、感应电源所输出的直流电的大小的参数、电机的转子和定子之间的相对位置的参数，向驱动模块输出PWM信号。逆变模块由MOSFET晶体管或IGBT晶体管构成，为三相逆变全桥结构，逆变模块将电源所输出的直流电，转换为三相交流电，从而驱动电机。控制器向驱动模块输出6路PWM信号,驱动模块对输入其的信号进行电平放大,再将放大电平后的路PWM信号输出至逆变模块的三相逆变全桥结构的晶体管的栅极。磁感应器为霍尔元件，电流传感器为霍尔元件或采样电阻。控制器收到的指令信号后会产生相应的6路PWM信号，根据电机的转子和定子之间的相对位置的参数确定6路PWM信号的波形，从而配置各个时刻逆变模块中个晶体管的开关状态。控制器根据电源的输出电流的大小的参数确定其产生的6路PWM信号的占空比的阈值，若占 空比小于阈值，则不改变6路PWM信号的占空比，若占空比大于阈值，则不断减小6路PWM信号的占空比，使其逐渐趋近于阈值。控制器将电机的转子的转速的参数确定电动车的速度仪表的数值。本发明与现有技术相比具有显著的优点和有益效果，具体体现在以下几个方面该电动车驱动系统及其控制方法克服了传统的六拍式控制方法的转矩脉动小的弊端，在驱动系统工作的过程中产生的噪音小。由于该电动车驱动系统的控制方式精细，可实时监测出电机转子和定子之间的相对位置，所以对于不同的电机具有更强的适应性，可以匹配不同工艺的直流无刷电机，且在精细的控制方式下，该电动车驱动系统的对于系统的功率的利用率高，节约能源。该驱动系统控制方式精细，也可以使的功率器件的开关频率一致，发热量均匀分配，由于各个功率器件的开关频率均匀一致，也使得电源供电不会产生波纹，系统产生的的干扰小。
图I是本发明的电动车驱动系统的结构示意图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明实施例做进一步详述，以下关于本发明的实施方式的描述只是示例性，并不是为了限制本发明的所要保护的主题，对于本发明所描述的实施例还存在的其他在权利要求保护范围内的变化，都属于本发明所需要保护的主题。对于本发明中所提到得“耦合”，根据电气、电子、机械领域的定义，是指两个或两个以上的电路元件或电网络的输入与输出之间存在紧密配合与相互影响，并通过相互作用从一侧向另一侧传输信号或能量的现象，概括的说耦合就是指两个或两个以上的实体相互依赖于对方的一个量度。在本发明中可以理解为数字信号、电压、电流等能量流的传输方式，根据各模块之间的不同情况下作用关系本发明的中的“耦合”可以进一步理解为直接连接或间接连接。所以虽然本发明的实施例中公布了一种各个组件的示例性布局和结构，但该发明的保护主题内还包含在保护主题的范围内具有不同的耦合方式下的其他布局和结构如附图1，其中，I是控制器，2是电机，3是电源，4是驱动模块，5是逆变模块，6是电流传感器，7是磁感应器。如图I所示，该电动车驱动系统包括控制器I、电机2、电源3、驱动模块4、逆变模块5。电机2为直流无刷电机；电源3为直流电源，作用为向驱动系统提供能源；逆变模块5的作用为将电源3所输出的直流电流转化为可驱动电机2的三相交流电流，逆变模块5由MOSFET晶体管或IGBT晶体管构成，且晶体管均为MOSFET晶体管或均为IGBT晶体管，逆变模块5为三相逆变全桥结构，包括三路电路，每一路电路由若干个晶体管单元并联构成，每个晶体管单元包括两个晶体管；各晶体管的参数及性能一致，三路电路的各路电路所包含的晶体管单元的数量相同。三路逆变全桥结构为本技术领域内的技术人员所公知，不会引起误解，故为描述简洁，其具体电路结构在本发明中不做述。驱动模块4的作用为将控制器I输出的PWM信号进行电平转换，将PWM的电平放大至可完成对逆变模块5的配置操作的电平。电源3耦合至逆变模块5，逆变模块5耦合至电机2，控制器I耦合至驱动模块4，驱动模块4耦合至逆变模块5，电机2的定子上设置有电流传感器6，逆变模块5上设置有磁传感器7，电流传感器6和磁传感器7分别耦合至控制器I。磁感应器7为霍尔元件；电流传感器6为霍尔元件或采样电阻，采样电阻为康铜丝。磁感应器7的数量为三个，依次相差60度电角度，电机2的转子上的永磁体在转动的过程中使各个磁感应器7产生各自的输出值，从而标识电机2的转子和定子之间的相对位置以及转子的转速；电流传感器6感应电源3所输出的直流电的大小；磁感应器7和电流传感器6将各自的感应输出传输至控制器I，控制器I处理磁感应器7和电流传感器6 各自的感应输出得出电机2的转子转速参数，转子与定子的相对位置的参数，电源3所输出直流电的大小的参数；控制器I根据所接收到的指令信号、感应电源3所输出的直流电的大小的参数、电机2的转子和定子之间的相对位置的参数，向驱动模块4输出相应的6路PWM信号。控制器I收到的指令信号后会产生相应的6路PWM信号，根据电机2的转子和定子之间的相对位置的参数确定6路PWM信号的波形,从而配置各个时刻逆变模块5中个晶体管的开关状态。控制器I向驱动模块4输出6路PWM信号,驱动模块4对输入其的信号进行电平放大，再将放大电平后的路PWM信号输出至逆变模块5的三相逆变全桥结构的晶体管的栅极，对于6路PWM与三相逆变全桥结构的各晶体管的栅极的连接方式，为本技术领域内的技术人员所公知，不会引起误解，故为描述简洁，其具体电路结构在本发明中不做述。6路PWM信号的占空比越大，则电机的转速越高，控制器I根据电源3的输出电流的大小的参数确定其产生的6路PWM信号的占空比的阈值，以防止占空比过大而烧坏驱动系统的电子器件。若占空比小于阈值，则不改变6路PWM信号的占空比，若占空比大于阈值，则不断减小6路PWM信号的占空比，使其逐渐趋近于阈值。控制器I将电机2的转子的转速的参数确定电动车的速度仪表的数值，速度仪表不是驱动系统中的必要结构，故为描述简洁，在本发明中的附图中不显示速度仪表。对于为本发明的示范性实施例，应当理解为是本发明的权利要求书的保护范围内其中的某一种示范性示例，具有对本领域技术人员实现相应的技术方案的指导性作用，而非对本发明的限定。
权利要求
1.一种电动车驱动系统及其控制方法，包括控制器(I)、电机(2)、电源(3)、驱动模块(4)、逆变模块(5)，电机(2)为直流无刷电机，电源(3)为直流电源，电源(3)耦合至逆变模块(5 )，逆变模块(5 )耦合至电机(2 )，控制器(I)耦合至驱动模块(4 )，驱动模块(4 )耦合至逆变模块(5)，电机(2)的定子上设置有电流传感器(6)，逆变模块(5)上设置有磁传感器(7)，电流传感器(6)和磁传感器(7)分别耦合至控制器(1)，其特征在于磁感应器(7)的数量为三个，依次相差60度电角度，电机(2)的转子上的永磁体在转动的过程中使各个磁感应器(7)产生各自的输出值，从而标识电机(2)的转子和定子之间的相对位置以及转子的转速；电流传感器(6)感应电源(3)所输出的直流电的大小；磁感应器(7)和电流传感器(6)将各自的感应输出传输至控制器(1)，控制器(I)处理磁感应器(7)和电流传感器(6)各自的感应输出得出电机(2)的转子转速參数，转子与定子的相对位置的參数，电源(3)所输出直流电的大小的參数；控制器(I)根据所接收到的指令信号、感应电源(3)所输出的直流电的大小的參数、电机(2)的转子和定子之间的相对位置的參数，向驱动模块(4)输出PWM信号。
2.根据权利要求I所述的电动车驱动系统及其控制方法，其特征在于所述逆变模块(5)由MOSFET晶体管或IGBT晶体管构成，为三相逆变全桥结构，逆变模块(5)将电源(3)所输出的直流电，转换为三相交流电，从而驱动电机(2 )。
3.根据权利要求I或权利要求2所述的电动车驱动系统及其控制方法，其特征在于所述控制器(I)向驱动模块(4)输出6路PWM信号，驱动模块(4)对输入其的信号进行电平放大，再将放大电平后的路PWM信号输出至逆变模块(5)的三相逆变全桥结构的晶体管的栅极。
4.根据权利要求I所述的电动车驱动系统及其控制方法，其特征在于所述磁感应器(7)为霍尔元件，电流传感器(6)为霍尔元件或采样电阻。
5.根据权利要求I或权利要求3所述的电动车驱动系统，其特征在于所述控制器(I)收到的指令信号后会产生相应的6路PWM信号，根据电机(2)的转子和定子之间的相对位置的參数确定6路PWM信号的波形，从而配置各个时刻逆变模块(5)中个晶体管的开关状态。
6.根据权利要求I或权利要求3所述的电动车驱动系统及其控制方法，其特征在于所述控制器(I)根据电源(3)的输出电流的大小的參数确定其产生的6路PWM信号的占空比的阈值，若占空比小于阈值，则不改变6路PWM信号的占空比，若占空比大于阈值，则不断减小6路PWM信号的占空比，使其逐渐趋近于阈值。
7.根据权利要求I所述的电动车驱动系统及其控制方法，其特征在于所述控制器(I)将电机(2 )的转子的转速的參数确定电动车的速度仪表的数值。
全文摘要
本发明公布了一种电动车驱动系统及其控制方法，电机(2)的定子上设置有电流传感器(6)，逆变模块(5)上设置有磁传感器(7)，电流传感器(6)和磁传感器(7)分别耦合至控制器(1)，磁感应器(7)标识转子和定子之间的相对位置，以及转子的转速，电流传感器(6)感应电源(3)所输出的直流电的大小；控制器(1)根据所接收到的指令信号、感应电源(3)所输出的直流电的大小的参数、电机(2)的转子和定子之间的相对位置的参数，向驱动模块(4)输出相应PWM信号。针对传统电动车驱动系统的转矩脉动大、效率低等缺陷，设计出一种转矩脉动小、节约能源、干扰小的电动车驱动系统及其控制方法。
文档编号H02P7/28GK102857164SQ201210379529
公开日2013年1月2日 申请日期2012年10月9日 优先权日2012年10月9日
发明者程伟真, 李永儒, 曹晓斌, 李超 申请人:天津市松正电动科技有限公司