一种基于叠加式永磁电机的电动车驱动控制系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种基于叠加式永磁电机的电动车驱动控制系统，包括电动车的刹车踏板、加速踏板，至少具有两相绕组的叠式永磁电动机，用于驱动电动车运行的驱动模块，电源模块，控制模块，功率变换模块，刹车踏板角度传感器，加速踏板角度传感器，用于检测相绕组电流的电流传感器，用于检测电机转子位置的位置传感器，用于检测电机速度的速度传感器，控制模块的驱动信号输出端与功率变换模块输入端相连，功率变换模块与电动机各相绕组连接；电流、速度传感器的信号输出端分别与控制模块对应信号输入端相连；刹车踏板角度传感器和加速踏板角度传感器通过总线连接到控制器相应输入端。本实用新型专利技术电气制动力矩大，制动方式灵活，再生能量回馈效率高。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于驱动控制系统领域，具体为一种基于叠加式永磁电机的电动车驱动控制系统。
技术介绍
电动车是一种便捷的个人交通工具，以往所配电动机是永磁无刷同步电机，现配电动机是一种高效率高比能叠式永磁无铁芯无刷电机，该电动机具有结构简单、运行可靠、 体积小、质量轻、效率高、电机的形状和尺寸可灵活多样的等显著优点，其由转轴、转轴上的永磁盘片、永磁盘片轴向间隔的导磁性的转子垫环、定子绕组盘片、定子线圈引出线、电源控制器组成。两个永磁盘片间具有多个相对的N极和S极，与转轴上的导磁性的转子垫环一起形成与马蹄形磁体等效的磁体，其形成的轴向磁力线是不均勻分布的，位置愈靠近外圆，磁力线密度愈密，而由于盘片各点的线速度随半径增大而增大，线速度越大的地方磁力线越密，从而使电动机在同样尺寸和转速条件下产生更高的功率。此电动机既具有永磁盘式无刷电机的优点，又缓解了高速运行中的动平衡问题，还大大提高了磁能的利用率。做到了高效率、高比能。可用作电动车辆和其他机器的原动力。其相关技术、也可用于高效率、 高比能发电机系统及飞轮储能装置。现存的问题是，传统的电动车辆控制制动系统，一般采用再生制动和机械制动相结合的方式。而再生制动有以下缺点能提供的制动功率及制动力有限。由于受到车载蓄电池的最大允许充电电流及充电功率的限制，再生制动的制动力矩及制动功率比较小，应用的场合收到了很大的限制。再生制动性能动态波动性较大，制动力矩随车速变化，最大允许制动力与车速成反比。而且当车速比较低时，会因电机上产生的反感应电动势过低而导致再生制动功能失效。储能元件及电机有关状态的动态变化，如储能元件的充电饱和状态、温度，电机的温度和效率等的变化，会直接影响再生制动的性能， 导致其相应的动态变化。因此，设计一种基于叠加式永磁电机的电动车驱动电机控制系统是必要的也是可行的。
技术实现思路
为克服上述缺陷，本技术提供一种具有电气制动力矩大，制动方式灵活，再生能量回馈效率高的基于叠加式永磁电机的电动车驱动控制系统，解决了再生制动功能失效等问题。为实现上述目的，本技术的技术方案为一种基于叠加式永磁电机的电动车驱动控制系统，包括电动车的刹车踏板、加速踏板，至少具有两相绕组的叠式永磁电动机， 用于驱动电动车运行的驱动模块，还包括电源模块，控制模块，功率变换模块，刹车踏板角度传感器，加速踏板角度传感器，用于检测相绕组电流的电流传感器，用于检测电动机转子位置的位置传感器，用于检测电动机速度的速度传感器，所述控制模块的驱动信号输出端与功率变换模块的输入端相连，所述功率变换模块与电动机的各相绕组连接；各电流传感器和速度传感器的信号输出端分别与控制模块对应的信号输入端相连；刹车踏板角度传感器和加速踏板角度传感器通过总线连接到控制器相应的输入端。所述控制模块包括信号处理器和用来存储信号处理器运算数据的静态存储器，两者通过总线相连。作为本技术的进一步改进所述控制模块与功率变换模块之间设有强弱电隔离模块。所述功率变换模块包括与电动机中相绕组数量相同的功率变化单元，所述强弱电隔离模块包括与功率变化单元数量对应的强弱电隔离单元，所述控制模块分别通过强弱电隔离单元与功率功率变化单元相连，所述功率变换模块通过其功率变化单元与电动机中一绕组盘片的相绕组连接。本技术当制动踏板变化工作状态时，制动踏板上的传感器与控制器上的数字信号处理器进行通讯，数字信号处理器计算出目前刹车踏板的状态，根据这个状态再控制电机中每一个绕组盘片的工作状态。控制系统既可以控制电动机中的每一个绕组都工作在再生制动的状态，又可以控制其中的某几个绕组工作在再生制动状态，剩下的几个励磁绕组工作在反接制动状态，还可以是电动车的电气制动和机械制动一起作用，实现了电动车驱动电机控制器系统具有电气制动力矩大，制动方式灵活，再生能量回馈效率高的优点。它解决了电动车电气制动采用再生制动时制动力矩及制动功率小，制动性能波动大，应用场合少的缺点，并具有高效的能量回馈。附图说明图1为本技术驱动控制系统的控制原理框图；图2为本实施例中涉及的叠式永磁电动机的结构简图；图3为本实施例中控制模块的电路结构简图；图4为本实施例中强弱电隔离单元的电路连接结构简图；图5为本实施例中功率变化单元的电路连接结构简图；图6为本实施例中刹车踏板传感器的电路连接结构简图；图7为本实施例中电流传感器的电路连接结构简图；图8为本实施例中位置传感器及速度传感器的电路连接结构简图；图9为本技术的控制流程示意图。其中电源模块1，控制模块2，叠式永磁电动机3，强弱电隔离模块4，强弱电隔离单元41，功率变换模块5，功率变化单元51，刹车踏板角度传感器6，加速踏板角度传感器7， 电流传感器8，位置传感器9，速度传感器10。具体实施方式以下结合附图和实施例对本技术作进一步的说明。实施例如图1所示，本技术涉及一种基于叠加式永磁电机电动车驱动控制系统包括电动车的刹车踏板、加速踏板，具有三相绕组的叠式永磁电动机3，用于驱动电动车运行的驱动模块，具有充电功能的电源模块1，控制模块2，强弱电隔离模块4、功率变换模块5，安装在刹车踏板上的刹车踏板角度传感器6，安装在加速踏板上的加速踏板角度传感器7，用于检测相绕组电流的三个电流传感器8，用于检测电动机转子位置的三个位置传感器9，用于检测电动机速度的速度传感器10，其中，控制模块包括包括信号处理器Ul 和用来存储信号处理器运算数据的静态存储器U13，两者通过总线相连；各位置传感器9、 电流传感器8和速度传感器10的信号输出端分别与信号处理器Ul对应的信号输入端相连；刹车踏板角度传感器6和加速踏板角度传感器7通过总线连接到信号处理器Ul相应的输入端；强弱电隔离模块4包括三个强弱电隔离单元41，功率变换模块5包括三个功率变化单元51，所述强弱电隔离单元41、功率变化单元51和电动机中一绕组盘片的相绕组依次连接；所述信号处理器Ul通过控制输出给各功率变化单元51的驱动信号实现对电动机中各绕组盘片的工作状态的控制。信号处理器Ul为美国德州仪器公司生产，型号为 TMS320F2812。如图2，该图涉及一种叠式永磁电动机结构简图，其中包括电机轴3-1、电机壳 3-3、永磁盘片3-2、三绕组盘片3-4，三个位置传感器；所述绕组盘片3-4与永磁盘片3_2间隔套装叠加在电机轴3-1上，三个位置传感器分别固定在各绕组盘片上；各绕组盘片3-4的相绕组和位置传感器的输出信号端通过装配接线端子引出与信号处理器Ul相连。如图3所示，该图为本技术中控制模块的电路结构简图，在该电路中，包括信号处理器Ul和静态存储器U13，静态存储器型号为IS61LV51216，用来存储信号处理器Ul 在运算过程中的数据。其通过地址总线和数据总线与信号处理器Ul相连。Xl为30M的无源晶振，为信号处理器Ul提供时钟基准。如图4所示，该图为本技术中强弱电隔离单元的电路连接结构简图，在该电路中，信号处理器Ul的事件管理器单元输出PWM驱动信号分别给光耦合器U22、U25、 U28，而三个光耦合器的输出信号AlPWMl、A1PWM2，BlPWMU B1PWM2, ClPWMl、C1PWM2去驱动功率变换器。光耦合器起到了强弱电隔离的作用。图中为一个强弱电隔离单元本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种基于叠加式永磁电机的电动车驱动控制系统，包括电动车的刹车踏板、加速踏板，至少具有两相绕组的叠式永磁电动机，用于驱动电动车运行的驱动模块，其特征在于：还包括电源模块，控制模块，功率变换模块，刹车踏板角度传感器，加速踏板角度传感器，用于检测相绕组电流的电流传感器，用于检测电动机转子位置的位置传感器，用于检测电动机速度的速度传感器，所述控制模块的驱动信号输出端与功率变换模块的输入端相连，所述功率变换模块与电动机的各相绕组连接；各电流传感器和速度传感器的信号输出端分别与控制模块对应的信号输入端相连；刹车踏板角度传感器和加速踏板角度传感器通过总线连接到控制器相应的输入端。

【技术特征摘要】
1.一种基于叠加式永磁电机的电动车驱动控制系统，包括电动车的刹车踏板、加速踏板，至少具有两相绕组的叠式永磁电动机，用于驱动电动车运行的驱动模块，其特征在于 还包括电源模块，控制模块，功率变换模块，刹车踏板角度传感器，加速踏板角度传感器，用于检测相绕组电流的电流传感器，用于检测电动机转子位置的位置传感器，用于检测电动机速度的速度传感器，所述控制模块的驱动信号输出端与功率变换模块的输入端相连，所述功率变换模块与电动机的各相绕组连接；各电流传感器和速度传感器的信号输出端分别与控制模块对应的信号输入端相连；刹车踏板角度传感器和加速踏板角度传感器通过总线连接到控制器相应的输入端。2.根据权利要求1所述的基于叠加式永磁电机的电动车驱动控制系统，其特征在于 所述控制模块包括信号处理器和用来存储信号处理器运算数据的静态存储器，两者通过总线相连。3.根据权利要求2所述的基于叠加式永磁电机的电动车驱动控制系统，其特征在于 所述制动/加速踏板传感器选择为磁阻式角度传感器，其配套电路还包括将正弦信号转化为数字信号的信号调理芯片，上述传感器通过信号调理芯片与信号处理器相连。4.根据权利要求2所述的基于叠加式永磁电机的电动车驱动控制系统，其特征在于 所述电流传感器数...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘士杰，冯相如，欧俊杰，
申请(专利权)人：常州市吉士电器有限公司，
类型：实用新型
国别省市：32