电动汽车开关磁阻电机集成驱动功率变换器及控制方法与流程

本发明涉及一种电动汽车开关磁阻电机集成驱动功率变换器及控制方法，属于电机类的电动汽车驱动电机及其控制技术领域。

背景技术

电动汽车重要核心技术之一则是电机驱动系统。电动汽车电机驱动系统的技术发展整体走势可分为永磁高效、电力电子集成和机电集成三大方向。电机驱动系统的核心部分为电机，在车用电机方面包括直流电机、交流异步电机在内的多种电机形式都在电动汽车的发展历史中得到了应用。由于永磁同步电机具有功率密度高、全工作区域高效和动态性能好等优点，从上世纪年代以来就是电动汽车用电机的首选。永磁材料作为战略资源，稀缺切价格昂贵。开关磁阻电机作为无稀土永磁的电机的代表在电动汽车领域得到了越来越多的关注，将成为未来电动汽车驱动系统的重要发展方向。

开关磁阻电机的绕组中存在续流过程，续流过程对电源的冲击大，并会产生制动力矩，从而影响开关磁阻电机的运行效率。现有技术中，为改善绕组续流过程，在电机驱动控制系统的电路拓扑结构上进行研发，元器件的增加和电路结构的复杂不利于电动汽车开关磁阻电机的小型化和智能化。对电动汽车用开关磁阻电机驱动控制而言，为提高系统出力，一种重要的思路是降低绕组电流续流的时间，其手段是增大相关断的电压。因此，设计具备高电压续流能力的车用开关磁阻电机及其驱动功率变换器拓扑是一个重要的技术发展方向。

现有技术中，传统的电动车电机驱动系统和电池充电系统是独立的。庞大车载充电器通常会占用电动汽车整车空间，增大车体重量，增加系统成本。因此，实现车载充电器与电机功率变换器的集成是一个重要发展方向。

对于开关磁阻电机而言，实现电机驱动功率变换器、车载充电器，以及高压续流功能等整体集成，是一个新的研究方向。此外，巧妙利用电机绕组电感特征，构造集成车载充电器，可以进一步减小充电器的体积、重量和成本。因此，这种集开关磁阻电机本体、功率变换器和车载充电器一体化集成的方法，不仅从机械、电气上实现了硬件集成，而且实现系统功能的控制算法集成。这也是电动汽车驱动系统向轻型化、多功能化、低成本化发展的重要技术。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：提出一种开关磁阻电机本体与驱动功率变换器综合集成的具有母线自动调压、开关磁阻电机相关断高压续流能力，以及车载集成充电功能的集成驱动功率变换器，并设计多功能综合控制算法。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

提出一种电动汽车开关磁阻电机集成驱动功率变换器，使得dc-dc变换器、开关磁阻电机及其驱动功率变换器、单相车载充电器的硬件系统集成，其特征在于：包括一个直流蓄电池(1)、一个dc-dc变换器(2)、一个开关磁阻电机及其驱动功率变换器(3)和一个单相交流充电电源(4)；所述dc-dc变换器有一个正极输入端口、一个正极输出端口和一个负极端口；所述开关磁阻电机及其驱动功率变换器有一个母线输入端口、一个正极输入端口、一个负极端口和两个单相交流电源输入端口。

直流蓄电池(1)的正极与dc-dc变换器(2)的正极输入端口、开关磁阻电机及其驱动功率变换器(3)的正极输入端口相连接，直流蓄电池(1)的负极与dc-dc变换器(2)的负极端口、开关磁阻电机及其驱动功率变换器(3)的负极端口相连接，开关磁阻电机及其驱动功率变换器(3)的母线输入端口与dc-dc变换器(2)的正极输出端口相连接，单相交流充电电源(4)与开关磁阻电机及其驱动功率变换器(3)的两个单相交流电源输入端口相连接。

所述dc-dc变换器包括第一开关管k1、第二开关管k2、第一功率二极管d1、第二功率二极管d2、输入滤波电容c1、输出滤波电容c2、储能电感l；

第一开关管k1的集电极、第一功率二极管d1的阴极与输入滤波电容c1的正端相连接于dc-dc变换器(2)的正极输入端口，第一开关管k1的发射极与第二开关管k2的集电极、第一功率二极管d1的阳极、第二功率二极管d2的阴极、储能电感l的一端相连接于a点，第二开关管k2的发射极、第二功率二极管d2的阳极、输入滤波电容c1的负端与输出滤波电容c2的负端相连接于dc-dc变换器(2)的负极端口；输出滤波电容c2的正端与储能电感l的另一端相连接于b点，b点与dc-dc变换器(2)的正极输出端口相连接。

所述开关磁阻电机及其驱动功率变换器包括a相绕组及驱动电路(5)、b相绕组及驱动电路(6)、c相绕组及驱动电路(7)；所述a相绕组及驱动电路和b相绕组及驱动电路都各有一个母线输入端口、一个正极输入端口、一个负极端口和一个单相交流电源输入端口，所述c相绕组及驱动电路有一个母线输入端口、一个正极输入端口和一个负极端口。

a相绕组及驱动电路、b相绕组及驱动电路和c相绕组及驱动电路的母线输入端口均与开关磁阻电机及其驱动功率变换器的母线输入端口相连接，a相绕组及驱动电路、b相绕组及驱动电路和c相绕组及驱动电路的正极输入端口均与开关磁阻电机及其驱动功率变换器的正极输入端口相连接，a相绕组及驱动电路、b相绕组及驱动电路和c相绕组及驱动电路的负极端口均与开关磁阻电机及其驱动功率变换器的负极端口相连接，a相绕组及驱动电路和b相绕组及驱动电路的单相交流电源输入端口分别与单相交流充电电源的两端相连接。

所述a相绕组及驱动电路(5)包括第三开关管k3、第四开关管k4、第三功率二极管d3、第四功率二极管d4和开关磁阻电机a相绕组；第三开关管k3的集电极与开关磁阻电机及其驱动功率变换器的母线输入端口相连接于b点，第三开关管k3的发射极、开关磁阻电机a相绕组la的一端、第四功率二极管d4的阴极相连接于a1点，并且a1点与所述a相绕组及驱动电路(5)的单相交流电源的一个输入端口相连接；开关磁阻电机a相绕组la的另一端、第三功率二极管d3的阳极和第四开关管k4的集电极相连接于a2点；第三功率二极管d3的阴极与所述a相绕组及驱动电路(5)的正极输入端口相连接；第四功率二极管d4的阳极与第四开关管k4的发射极相连接于所述a相绕组及驱动电路(5)的负极端口。

所述b相绕组及驱动电路(6)包括第五开关管k5、第六开关管k6、第五功率二极管d5、第六功率二极管d6和开关磁阻电机b相绕组；第五开关管k5的集电极与开关磁阻电机及其驱动功率变换器的母线输入端口相连接于b点，第五开关管k5的发射极、开关磁阻电机b相绕组lb的一端、第六功率二极管d6的阴极相连接于b1点，并且b1点与所述b相绕组及驱动电路(6)的单相交流电源的另一个输入端口相连接；开关磁阻电机b相绕组lb的另一端、第五功率二极管d5的阳极和第六开关管k6的集电极相连接于b2点；第五功率二极管d5的阴极与所述b相绕组及驱动电路(6)的正极输入端口相连接；第六功率二极管d6的阳极与第六开关管k6的发射极相连接于所述b相绕组及驱动电路(6)的负极端口。

所述c相绕组及驱动电路(7)包括第七开关管k7、第八开关管k8、第七功率二极管d7、第八功率二极管d8和开关磁阻电机c相绕组；第七开关管k7的集电极与开关磁阻电机及其驱动功率变换器的母线输入端口相连接于b点，第七开关管k7的发射极、开关磁阻电机c相绕组lc的一端、第八功率二极管d8的阴极相连接于c1点；开关磁阻电机c相绕组lc的另一端、第七功率二极管d7的阳极和第八开关管k8的集电极相连接于c2点；第七功率二极管d7的阴极与所述c相绕组及驱动电路(7)的正极输入端口相连接；第八功率二极管d8的阳极与第八开关管k8的发射极相连接于所述c相绕组及驱动电路(7)的负极端口。

所述开关磁阻电机及其驱动功率变换器的母线输入端口与dc-dc变换器的正极输出端口相连接于a点，开关磁阻电机及其驱动功率变换器的母线电压为dc-dc变换器输出电压。

所述a相绕组的关断续流回路包括：a相绕组、第三功率二极管、直流蓄电池和第四功率二极管；所述b相绕组的关断续流回路包括：b相绕组、第五功率二极管、直流蓄电池和第六功率二极管；所述c相绕组的关断续流回路包括：c相绕组、第七功率二极管、直流蓄电池和第八功率二极管；各相绕组的关断续流电压为蓄电池电压。

蓄电池电压大于dc-dc变换器输出电压，所述各相绕组的关断续流电压大于开关磁阻电机及其驱动功率变换器的母线电压。

所述单相交流充电电源由一个单相交流电源ac和一个接触开关sw串联连接而成，单相交流充电电源有两个端口分别与所述开关磁阻电机及其驱动功率变换器的两个单相交流电源输入端口相连接。

提出一种电动汽车开关磁阻电机集成驱动功率变换器的控制方法，采用软件集成开关磁阻电机调压调速、恒压调速、高压续流、恒压充电等多种控制算法，使得所述集成驱动功率变换器具有母线自动调压、开关磁阻电机相关断高压续流能力，以及车载集成充电功能等多种功能。

控制方法分别说明如下。

(1)提出的开关磁阻电机集成驱动功率变换器的调压调速控制方法，分为以下两种：第一种是在开关磁阻电机转速开环驱动控制模式下，根据电机实际转速来调节第一开关管k1和第二开关管k2的占空比，实现所述dc-dc变换器输出电压ui的动态调节，ui可在0到蓄电池电压us之间变化，使得开关磁阻电机具备自动调压调速能力。第二种是在开关磁阻电机转速闭环控制模式下，根据给定的参考转速，经pi调节器控制转速偏差，得到储能电感l的电流参考值，再经pi调节器控制储能电感电流实际值与参考值的偏差，得到第一开关管k1和第二开关管k2的占空比，从而实现所述dc-dc变换器输出电压ui的动态调节，实现具备母线电压动态调节的开关磁阻电机转速闭环控制。

(2)提出的开关磁阻电机集成驱动功率变换器的恒压调速控制方法：给定所述dc-dc变换器中输出电压ui的参考值，经pi调节器控制实际输出电压与给定电压的偏差，得到储能电感l的电流参考值，再经pi调节器控制储能电感电流实际值与参考值的偏差，得到第一开关管k1和第二开关管k2的占空比，实现dc-dc变换器输出电压ui的恒压控制。在以ui为母线电压输入的情况下，开关磁阻电机可以在传统的角度位置控制和斩波控制模式下实现开环和闭环调速控制。

(3)提出的开关磁阻电机集成驱动功率变换器的高压续流控制方法：在所述开关磁阻电机集成驱动功率变换器的调压调速控制方法和恒压调速控制方法中，开关磁阻电机及其驱动功率变换器的母线电压为ui，开关磁阻电机关断续流电压为蓄电池电压的负值-us，所述关断续流电压的绝对值大于开关磁阻电机及其驱动功率变换器的母线电压，具备高电压续流能力，缩短绕组续流时间，增大开通区间，扩大转矩输出区间。

(4)提出的开关磁阻电机集成驱动功率变换器的恒压充电控制方法：处于充电模式时，控制系统控制开关磁阻电机静止，电机转子固定于c相定转子齿极对齐位置，使a相和b相绕组电感相等，且避开了电感饱和对该位置a相和b相绕组电感大小的影响，a相绕组和b相绕组作为单相车载集成充电器的输入滤波电感，实现了电机本体与车载充电器的硬件集成。

处于充电模式时，控制系统控制dc-dc变换器(2)中的第一开关管k1、第二开关管k2、第一功率二极管d1、第二功率二极管d2均截止，控制开关磁阻电机及其驱动功率变换器(3)中的第三开关管k3、第五开关管k5、第七开关管k7、第八开关管k8、第七功率二极管d7、第八功率二极管d8均截止；控制接触开关sw闭合；实现单相车载集成充电器拓扑结构。

所述单相车载集成充电器包括直流蓄电池(1)，dc-dc变换器(2)中的输入滤波电容c1，开关磁阻电机及其驱动功率变换器(3)的a相绕组及驱动电路中的a相绕组la、第四开关管k4、第三功率二极管d3、第四功率二极管d4，开关磁阻电机及其驱动功率变换器(3)的b相绕组及驱动电路中的b相绕组lb、第六开关管k6、第五功率二极管d5、第六功率二极管d6，以及单相交流充电电源(4)；直流蓄电池的正极与输入滤波电容c1的正极、第三功率二极管d3的阴极、第五功率二极管d5的阴极相连接；直流蓄电池的负极与输入滤波电容c1的负极、第四开关管k4的发射极、第六开关管k6的发射极、第四功率二极管d4的阳极、第六功率二极管d6的阳极相连接；第三功率二极管d3的阳极与a相绕组la的一端、第四开关管k4的集电极相连接于a2点，第五功率二极管d5的阳极与b相绕组lb的一端、第六开关管k6的集电极相连接于b2点；第四功率二极管d4的阴极与a相绕组la的另一端、单相交流充电电源的一端相连接于a1点；第六功率二极管d6的阴极与b相绕组lb的另一端、单相交流充电电源的另一端相连接于b1点。

在充电模式下，由充电接口引入的单相交流电经过开关磁阻电机内的a相绕组la、a相绕组驱动电路、b相绕组驱动电路以及b相绕组lb，通过a相绕组驱动电路、b相绕组驱动电路将电能送入蓄电池的两端，通过给定输出电压，利用单周期电压闭环控制实现输出电压稳定控制，对直流蓄电池进行恒压充电。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

(1)本发明提出的电动汽车开关磁阻电机集成驱动功率变换器，从功率拓扑上实现了dc-dc变换器、开关磁阻电机及其驱动功率变换器、单相车载充电器等多拓扑结构的硬件集成。其中，单相车载充电器集成时，复用开关磁阻电机及其驱动功率变换器的部分开关器件，因此无需增加任何开关器件；并且，本发明中提出一种充电模式下电机转子的固定位置，使得开关磁阻电机两相绕组的电感相等并且不受充电电流变化的影响，因此可以作为滤波电感，避免了增加大体积的功率电感，从而使得整个集成充电器并没有增大电机驱动系统的整体体积和成本，有利于电动汽车电机驱动系统的轻型化和智能化。

(2)在控制方法上，所述集成驱动功率变换器的调压调速和恒压调速控制功能，从开关磁阻电机及其驱动功率变换器转移到了dc-dc变换器，降低电机驱动功率变换器的开关频率和损耗；并且在集成驱动功率变换器的调压调速控制下，开关磁阻电机的驱动控制与调速控制实现解耦。续流电压高于电机功率变换器母线电压，从而实现高电压续流能力下的调压调速功能，缩短绕组续流时间，有望大大增强电机的出力。

(3)本发明为电动车开关磁阻电机驱动和充电系统的多功能集成化，以及车用开关磁阻电机的驱动控制灵活化上提供了解决方法。本发明电动汽车开关磁阻电机集成驱动变换器适用于纯电动汽车和各类混合动力电动汽车。

附图说明

图1是本发明提出的一种电动汽车开关磁阻电机集成驱动功率变换器电路拓扑图

图2是本发明提出的集成驱动功率变换器开环调压调速的控制原理图

图3是本发明提出的集成驱动功率变换器闭环调压调速的控制原理图

图4是本发明提出的集成驱动功率变换器开环、闭环恒压调速的控制原理图

图5是本发明提出的充电模式电机固定位置和电机绕组集成方法原理图

图6是本发明提出的集成电机绕组电感的集成车载充电器构造方法及其控制原理图

具体实施方式

本发明提出一种电动汽车开关磁阻电机集成驱动变换器，实现dc-dc变换器、开关磁阻电机及其驱动功率变换器、单相车载充电器，以及电机本体的硬件系统集成，此外也实现了开关磁阻电机调压调速、恒压调速、高压续流、恒压充电等多种控制算法的软件集成。

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

如图1所示，是本发明提出的电动汽车开关磁阻电机集成驱动功率变换器电路拓扑图。

提出一种电动汽车开关磁阻电机集成驱动功率变换器，使得dc-dc变换器、开关磁阻电机及其驱动功率变换器、单相车载充电器的硬件系统集成，其特征在于：包括一个直流蓄电池(1)、一个dc-dc变换器(2)、一个开关磁阻电机及其驱动功率变换器(3)和一个单相交流充电电源(4)；所述dc-dc变换器有一个正极输入端口、一个正极输出端口和一个负极端口；所述开关磁阻电机及其驱动功率变换器有一个母线输入端口、一个正极输入端口、一个负极端口和两个单相交流电源输入端口。

直流蓄电池(1)的正极与dc-dc变换器(2)的正极输入端口、开关磁阻电机及其驱动功率变换器(3)的正极输入端口相连接，直流蓄电池(1)的负极与dc-dc变换器(2)的负极端口、开关磁阻电机及其驱动功率变换器(3)的负极端口相连接，开关磁阻电机及其驱动功率变换器(3)的母线输入端口与dc-dc变换器(2)的正极输出端口相连接，单相交流充电电源(4)与开关磁阻电机及其驱动功率变换器(3)的两个单相交流电源输入端口相连接。

所述dc-dc变换器包括第一开关管k1、第二开关管k2、第一功率二极管d1、第二功率二极管d2、输入滤波电容c1、输出滤波电容c2、储能电感l；

第一开关管k1的集电极、第一功率二极管d1的阴极与输入滤波电容c1的正端相连接于dc-dc变换器(2)的正极输入端口，第一开关管k1的发射极与第二开关管k2的集电极、第一功率二极管d1的阳极、第二功率二极管d2的阴极、储能电感l的一端相连接于a点，第二开关管k2的发射极、第二功率二极管d2的阳极、输入滤波电容c1的负端与输出滤波电容c2的负端相连接于dc-dc变换器(2)的负极端口；输出滤波电容c2的正端与储能电感l的另一端相连接于b点，b点与dc-dc变换器(2)的正极输出端口相连接。

所述开关磁阻电机及其驱动功率变换器包括a相绕组及驱动电路(5)、b相绕组及驱动电路(6)、c相绕组及驱动电路(7)；所述a相绕组及驱动电路和b相绕组及驱动电路都各有一个母线输入端口、一个正极输入端口、一个负极端口和一个单相交流电源输入端口，所述c相绕组及驱动电路有一个母线输入端口、一个正极输入端口和一个负极端口。

a相绕组及驱动电路、b相绕组及驱动电路和c相绕组及驱动电路的母线输入端口均与开关磁阻电机及其驱动功率变换器的母线输入端口相连接，a相绕组及驱动电路、b相绕组及驱动电路和c相绕组及驱动电路的正极输入端口均与开关磁阻电机及其驱动功率变换器的正极输入端口相连接，a相绕组及驱动电路、b相绕组及驱动电路和c相绕组及驱动电路的负极端口均与开关磁阻电机及其驱动功率变换器的负极端口相连接，a相绕组及驱动电路和b相绕组及驱动电路的单相交流电源输入端口分别与单相交流充电电源的两端相连接。

所述a相绕组及驱动电路(5)包括第三开关管k3、第四开关管k4、第三功率二极管d3、第四功率二极管d4和开关磁阻电机a相绕组；第三开关管k3的集电极与开关磁阻电机及其驱动功率变换器的母线输入端口相连接于b点，第三开关管k3的发射极、开关磁阻电机a相绕组la的一端、第四功率二极管d4的阴极相连接于a1点，并且a1点与所述a相绕组及驱动电路(5)的单相交流电源的一个输入端口相连接；开关磁阻电机a相绕组la的另一端、第三功率二极管d3的阳极和第四开关管k4的集电极相连接于a2点；第三功率二极管d3的阴极与所述a相绕组及驱动电路(5)的正极输入端口相连接；第四功率二极管d4的阳极与第四开关管k4的发射极相连接于所述a相绕组及驱动电路(5)的负极端口。

所述b相绕组及驱动电路(6)包括第五开关管k5、第六开关管k6、第五功率二极管d5、第六功率二极管d6和开关磁阻电机b相绕组；第五开关管k5的集电极与开关磁阻电机及其驱动功率变换器的母线输入端口相连接于b点，第五开关管k5的发射极、开关磁阻电机b相绕组lb的一端、第六功率二极管d6的阴极相连接于b1点，并且b1点与所述b相绕组及驱动电路(6)的单相交流电源的另一个输入端口相连接；开关磁阻电机b相绕组lb的另一端、第五功率二极管d5的阳极和第六开关管k6的集电极相连接于b2点；第五功率二极管d5的阴极与所述b相绕组及驱动电路(6)的正极输入端口相连接；第六功率二极管d6的阳极与第六开关管k6的发射极相连接于所述b相绕组及驱动电路(6)的负极端口。

所述c相绕组及驱动电路(7)包括第七开关管k7、第八开关管k8、第七功率二极管d7、第八功率二极管d8和开关磁阻电机c相绕组；第七开关管k7的集电极与开关磁阻电机及其驱动功率变换器的母线输入端口相连接于b点，第七开关管k7的发射极、开关磁阻电机c相绕组lc的一端、第八功率二极管d8的阴极相连接于c1点；开关磁阻电机c相绕组lc的另一端、第七功率二极管d7的阳极和第八开关管k8的集电极相连接于c2点；第七功率二极管d7的阴极与所述c相绕组及驱动电路(7)的正极输入端口相连接；第八功率二极管d8的阳极与第八开关管k8的发射极相连接于所述c相绕组及驱动电路(7)的负极端口。

所述单相交流充电电源由一个单相交流电源ac和一个接触开关sw串联连接而成，单相交流充电电源有两个端口分别与所述开关磁阻电机及其驱动功率变换器的两个单相交流电源输入端口相连接。

如图2所示，是本发明提出的集成驱动功率变换器开环调压调速的控制原理图。在开关磁阻电机转速开环驱动控制下，实现开关磁阻电机的调压调速控制，并且开关磁阻电机的调速控制算法与驱动控制算法解耦，具体步骤如下：

步骤a，dc-dc变换器实现输出电压ui的自动调节控制，具体步骤如下：

步骤a-1，在开关磁阻电机转速开环驱动控制模式下，转动转把或者踏压油门向控制系统提供实际转速所对应的电压值u；

步骤a-2，经控制系统ad采样并转换为对应电压u的转速参考值nref；

步骤a-3，在“转速n与开关管占空比d的关系曲线表”中查找与转速参考值nref相对应的开关管占空比d并输出；

步骤a-4，经pwm控制器调制输出所述dc-dc变换器中第一开关管k1和第二开关管k2的开关触发信号s1和s2，实现所述dc-dc变换器的输出电压ui跟随所述电压值u的自动调节。

步骤b，开关磁阻电机及其驱动功率变换器采用传统的角度位置控制和斩波控制实现驱动控制，具体步骤如下：

步骤b-1，通过角度控制器输出各相桥臂上下回路的导通区间信号a上、a下、b上、b下、c上、c下；

步骤b-2，所述导通区间信号与斩波控制器实现的各相电流的限定幅值相与，同时输出开关磁阻电机各相桥臂开关管的开关触发信号s3～s8，实现所述开关磁阻电机及其驱动功率变换器的驱动控制。

所述集成驱动功率变换器开环调压调速模式下，开环调速功能从开关磁阻电机及其驱动功率变换器转移到了dc-dc变换器，通过dc-dc变换器的第一开关管k1和第二开关管k2的pwm动作实现输出电压ui跟随实际转速的自动调节，避免了开关磁阻电机及其驱动功率变换器各相的第三至第八开关管k3～k8在调速时的高频开关动作，降低了功率损耗，同时开关磁阻电机的调速控制与开关磁阻电机的相驱动控制算法解耦，提高了开关磁阻电机运行控制的灵活性。开关磁阻电机及其驱动功率变换器的母线电压为ui，开关磁阻电机关断的续流电压为蓄电池电压负值-us，因此续流电压大于母线电压，具备高电压续流能力，缩短绕组续流时间，增大开通区间，扩大转矩输出区间。

如图3所示，是本发明提出的集成驱动功率变换器闭环调压调速的控制原理图。在开关磁阻电机转速闭环驱动控制下，实现开关磁阻电机的调压调速控制，并且开关磁阻电机的调速控制算法与驱动控制算法解耦，具体步骤如下：

步骤c，dc-dc变换器实现输出电压ui的自动调节控制，具体步骤如下：

步骤c-1，软件中控制数字开关逻辑sw1打开且sw2闭合，实现自开环调速控制模式切换到闭环调速控制切换模式；

步骤c-2，给定转速参考值nref1与实际转速n之间的偏差，经pi调节器得到开关管占空比d并输出；

步骤c-3，经pwm控制器调制输出所述dc-dc变换器中的第一开关管k1和第二开关管k2的开关触发信号s1和s2，实现所述dc-dc变换器的输出电压ui跟随所述给定转速参考值nref1的自动调节。

步骤d，开关磁阻电机及其驱动功率变换器采用传统的角度位置控制和斩波控制实现驱动控制，具体步骤如下：

步骤d-1，通过角度控制器输出各相桥臂上下回路的导通区间信号a上、a下、b上、b下、c上、c下；

步骤d-2，所述导通区间信号与斩波控制器实现的各相电流的限定幅值相与，同时输出开关磁阻电机各相桥臂开关管的开关触发信号s3～s8，实现所述开关磁阻电机及其驱动功率变换器的驱动控制。

所述集成驱动功率变换器闭环调压调速模式下，闭环调速功能从开关磁阻电机及其驱动功率变换器部分转移到了dc-dc变换器部分，通过dc-dc部分第一开关管k1和第二开关管k2的pwm动作实现输出电压ui跟随转速参考值nref1的自动调节，避免了开关磁阻电机及其驱动功率变换器的第三至第八开关管k3～k8在调速时的高频开关动作，降低了功率损耗，同时也将开关磁阻电机的调速控制与开关磁阻电机的相驱动控制算法解耦，提高了开关磁阻电机运行控制的灵活性。开关磁阻电机及其驱动功率变换器的母线电压为ui，开关磁阻电机关断续流电压为蓄电池电压负值-us，因此续流电压大于母线电压，具备高压续流能力，缩短绕组续流时间，增大开通区间，扩大转矩输出区间。

如图4所示，是本发明提出的集成驱动功率变换器开环、闭环恒压调速的控制原理图。所述开环、闭环恒压调速控制包括如下步骤：

步骤e，所述dc-dc变换器实现输出电压ui的恒定控制，在电机转速开环、闭环控制模式下的具体步骤如下：

步骤e-1，给定电压参考值uref与实际输出电压ui之间的偏差，经pi调节器输出储能电感l上的参考电流iref；

步骤e-2，参考电流iref与储能电感电流il之间的偏差，经pi调节器得到开关管占空比d并输出；

步骤e-3，经pwm控制器调制输出所述dc-dc变换器中第一开关管k1和第二开关管k2的开关触发信号s1和s2，实现所述dc-dc变换器的输出电压ui的恒定控制，为开关磁阻电机及其驱动功率变换器提供恒定的母线电压。

步骤f，开关磁阻电机及其驱动功率变换器采用传统的角度位置控制和斩波控制实现驱动控制，要同时承担电机的换相控制和电机的转速控制，在电机转速开环控制模式下的具体步骤如下：

步骤f-1，软件中控制数字开关逻辑sw1闭合且sw2打开，进入电机转速开环控制；

步骤f-2，转动转把或者踏压油门向控制系统提供实际转速所对应的电压值u，经控制系统ad采样并转换为对应电压u的转速参考值nref；

步骤f-3，在“转速n与开关管占空比d的关系曲线表”中查找与转速参考值nref相对应的开关管占空比d并输出；

步骤f-4，经pwm控制器调制输出控制信号；通过角度控制器输出各相桥臂回路的导通区间信号a、b、c；

步骤f-5，所述pwm控制信号和所述导通区间信号相与，得到开关磁阻电机及其驱动功率变换器三相桥臂回路中第三开关管k3、第五开关管k5和第七开关管k7的导通区间信号a上、b上和c上；

步骤f-6，所述导通区间信号直接作为开关磁阻电机及其驱动功率变换器三相桥臂回路中第四开关管k4、第六开关管k6和第八开关管k8所对应的导通区间信号a下、b下和c下；

步骤f-7，所述导通区间信号与斩波控制器实现的各相电流的限定幅值相与，同时输出开关磁阻电机各相桥臂开关管的开关触发信号s3～s8，实现所述开关磁阻电机及其驱动功率变换器的驱动控制。

所述集成驱动功率变换器开环恒压调速模式下，dc-dc变换器主要实现开关磁阻电机及其驱动功率变换器母线电压的恒定控制；而电机的换相控制和电机的转速的开环控制相互耦合，都通过开关磁阻电机及其驱动功率变换器来实现。

步骤g，所述开关磁阻电机及其驱动功率变换器实现驱动控制，要同时承担电机的换相控制和电机的转速控制，在电机转速闭环控制模式下的具体步骤如下：

步骤g-1，软件中控制数字开关逻辑sw1打开且sw2闭合，进入电机转速闭环控制；

步骤g-2，给定转速参考值nref1与实际转速n之间的偏差，经pi调节器得到开关管占空比d并输出；

步骤g-3，经pwm控制器调制输出控制信号；通过角度控制器输出各相桥臂回路的导通区间信号a、b、c；

步骤g-4，所述pwm控制信号和所述导通区间信号相与，得到开关磁阻电机及其驱动功率变换器三相桥臂回路中第三开关管k3、第五开关管k5和第七开关管k7的导通区间信号a上、b上和c上；

步骤g-5，所述导通区间信号直接作为开关磁阻电机及其驱动功率变换器三相桥臂回路中第四开关管k4、第六开关管k6和第八开关管k8所对应的导通区间信号a下、b下和c下；

步骤g-6，所述导通区间信号与斩波控制器实现的各相电流的限定幅值后得到的斩波控制信号相与，同时输出开关磁阻电机各相桥臂开关管的开关触发信号s3～s8，实现所述开关磁阻电机及其驱动功率变换器的驱动控制。

所述集成驱动功率变换器闭环恒压调速模式下，dc-dc变换器主要实现开关磁阻电机及其驱动功率变换器母线电压的恒定控制，而电机的换相控制和电机的转速的闭环控制相互耦合，都通过开关磁阻电机及其驱动功率变换器来实现。

在关断区间电流续流阶段，续流电压为蓄电池电压的负值-us，因此续流电压绝对值大于母线电压，具备高压续流能力，缩短绕组续流时间，增大开通区间，扩大转矩输出区间。

如图5所示，是本发明提出的充电模式电机固定位置和电机绕组集成方法原理图。在恒压充电模式下，为构造集成车载充电器拓扑，将电机的两相绕组作为车载充电器拓扑的滤波电感，避免外加大体积的功率电感。本发明提出在充电模式下，将电机c相开通，使电机转子转动到c相定子和转子齿极对齐位置，然后利用刹车装置固定转轴，从而避免充电时绕组通电而引起电机的转动。在c相定子和转子齿极对齐位置时，a相和b相绕组电感相等，且处在电感的底部区域，受到电感饱和影响可以忽略不计，从而避免因充电电流较大引起电感感抗值的变化，减小对充电器控制系统的影响。在满足电机转轴固定、a相和b相绕组电感相等，以及避开电感饱和的影响的条件下，a相和b相绕组电感可用作集成车载充电器的滤波电感。

处于恒压充电模式时，控制系统控制开关磁阻电机静止，电机转子固定于c相定转子齿极对齐位置，使a相和b相绕组电感相等，且避开了电感饱和对该位置a相和b相绕组电感大小的影响，a相绕组和b相绕组作为单相车载集成充电器的输入滤波电感，实现了电机本体与车载充电器的硬件集成。

处于恒压充电模式时，控制系统控制dc-dc变换器(2)中的第一开关管k1、第二开关管k2、第一功率二极管d1、第二功率二极管d2均截止，控制开关磁阻电机及其驱动功率变换器(3)中的第三开关管k3、第五开关管k5、第七开关管k7、第八开关管k8、第七功率二极管d7、第八功率二极管d8均截止；控制接触开关sw闭合；实现单相车载集成充电器拓扑结构。

所述单相车载集成充电器包括直流蓄电池(1)，dc-dc变换器(2)中的输入滤波电容c1，开关磁阻电机及其驱动功率变换器(3)的a相绕组及驱动电路中的a相绕组la、第四开关管k4、第三功率二极管d3、第四功率二极管d4，开关磁阻电机及其驱动功率变换器(3)的b相绕组及驱动电路中的b相绕组lb、第六开关管k6、第五功率二极管d5、第六功率二极管d6，以及单相交流充电电源(4)；直流蓄电池的正极与输入滤波电容c1的正极、第三功率二极管d3的阴极、第五功率二极管d5的阴极相连接；直流蓄电池的负极与输入滤波电容c1的负极、第四开关管k4的发射极、第六开关管k6的发射极、第四功率二极管d4的阳极、第六功率二极管d6的阳极相连接；第三功率二极管d3的阳极与a相绕组la的一端、第四开关管k4的集电极相连接于a2点，第五功率二极管d5的阳极与b相绕组lb的一端、第六开关管k6的集电极相连接于b2点；第四功率二极管d4的阴极与a相绕组la的另一端、单相交流充电电源的一端相连接于a1点；第六功率二极管d6的阴极与b相绕组lb的另一端、单相交流充电电源的另一端相连接于b1点。

在充电模式下，由充电接口引入的单相交流电经过开关磁阻电机内的a相绕组la、a相绕组驱动电路、b相绕组驱动电路以及b相绕组lb，通过a相绕组驱动电路、b相绕组驱动电路将电能送入蓄电池的两端，通过给定输出电压，利用单周期电压闭环控制实现输出电压稳定控制，对直流蓄电池进行恒压充电。

如图6所示，是本发明提出的集成电机绕组电感的集成车载充电器构造方法及其控制原理图。当电机按图5所示位置固定时，将电机a相和b相的绕组电感la和lb用作集成车载充电器的滤波电感，并利用开关磁阻电机集成驱动功率变换器拓扑结构中的开关管、功率二极管、电容等元器件，构造集成车载充电器的电路拓扑，步骤如下：

步骤h，在电机绕组固定于充电位置时，构造集成车载充电器拓扑结构，具体步骤如下：

步骤h-1，闭合接触开关sw，单相交流电源ac接入充电系统供电；

步骤h-2，控制系统控制dc-dc变换器(2)中的第一开关管k1、第二开关管k2、第一功率二极管d1、第二功率二极管d2均截止，控制开关磁阻电机及其驱动功率变换器(3)中的第三开关管k3、第五开关管k5、第七开关管k7、第八开关管k8、第七功率二极管d7、第八功率二极管d8均截止；控制接触开关sw闭合；实现单相车载集成充电器拓扑结构；

步骤i，集成车载充电器控制步骤具体如下：

步骤i-1，给定蓄电池的充电电压参考值uref，蓄电池充电电压us与参考电压uref之间的偏差，经pi调节器输出电流参考值ik，并通过积分器得到积分信号i2；

步骤i-2，比较电流参考值ik与电机绕组电流il的偏差得到偏差信号i1；

步骤i-3，当积分信号i2大于偏差信号i1时，比较器输出高电平，使得rs触发器复位，q端输出电平由高变低，q非端输出电平由低变高，使得积分器复位并锁定；

步骤i-4，q端输出电平由高变低，使得第四开关管k4和第六开关管k6同时关闭；

步骤i-5，当下一次时钟信号clock脉冲到达时，进入下一周期，q端输出电平由低变高，使得第四开关管k4和第六开关管k6同时开通；q非端输出电平由高变低，积分器开始工作。

采用本发明提出的集成车载充电器拓扑构造方式，不增加任何功率开关管、功率功率二极管，以及大功率大体积的电感器件，电机拓扑构造不变、电机系统体积不变、电机制造成本不变，有利于电动汽车电机驱动系统的轻型化和智能化。集成车载充电器运行于每个开关周期都控制一次电流的方式下，不仅实现母线电压的实时控制，而且充电电流与交流电压同相位、实时矫正功率因数。

以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。