專利名稱：一種電動自行車驅(qū)動系統(tǒng)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電機(jī)及其控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于電動自行車的電動車驅(qū)動系統(tǒng)及其控制方法。
背景技術(shù)：
目前在電動自行車領(lǐng)域中，驅(qū)動系統(tǒng)大多采用六拍式的控制方法，六拍式的控制方法即為120度變頻技術(shù)，三相交流電在任意時刻中，三相中只有兩兩導(dǎo)通，而另外一相處于截止?fàn)顟B(tài)，也表現(xiàn)在任意一個周期內(nèi)每相導(dǎo)通120度。驅(qū)動系統(tǒng)在這樣控制方法下，電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動會很大，使得在駕駛者在騎行電動自行車時的噪音大，產(chǎn)生不適；而且驅(qū)動系統(tǒng)的電壓利用率低，使得整個驅(qū)動系統(tǒng)的效率較低，產(chǎn)生能源浪費(fèi)；由于六拍式控制方法簡單，不能時時檢測電機(jī)轉(zhuǎn)子與定子的相對位置，使得功率器件的的開關(guān)平率不均勻，從而導(dǎo)致功率器件的發(fā)熱不均衡，而且在功率器件開關(guān)皮頻率不均勻的影響下，供電電源的供電 輸出會出現(xiàn)波紋，對電動自行車的驅(qū)動系統(tǒng)的各個部件產(chǎn)生干擾?；谝陨先毕?，傳統(tǒng)的電動自行車的驅(qū)動系統(tǒng)需要進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種控制方法精細(xì)，對不同的電機(jī)具有更好的適應(yīng)性，可減小電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動，能源的利用效率高，干擾小的電動車驅(qū)動系統(tǒng)及其控制方法。本發(fā)明是采取以下技術(shù)方案實現(xiàn)的包括控制器、電機(jī)、電源、驅(qū)動模塊、逆變模塊，電機(jī)為直流無刷電機(jī)，電源為直流電源，電源耦合至逆變模塊，逆變模塊耦合至電機(jī)，控制器耦合至驅(qū)動模塊，驅(qū)動模塊耦合至逆變模塊，電機(jī)的定子上設(shè)置有電流傳感器，逆變模塊上設(shè)置有磁傳感器，電流傳感器和磁傳感器分別耦合至控制器，磁感應(yīng)器的數(shù)量為三個，依次相差60度電角度，電機(jī)的轉(zhuǎn)子上的永磁體在轉(zhuǎn)動的過程中使各個磁感應(yīng)器產(chǎn)生各自的輸出值，從而標(biāo)識電機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子之間的相對位置以及轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速；電流傳感器感應(yīng)電源所輸出的直流電的大??；磁感應(yīng)器和電流傳感器將各自的感應(yīng)輸出傳輸至控制器，控制器處理磁感應(yīng)器和電流傳感器各自的感應(yīng)輸出得出電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速參數(shù)，轉(zhuǎn)子與定子的相對位置的參數(shù)，電源所輸出直流電的大小的參數(shù)；控制器根據(jù)所接收到的指令信號、感應(yīng)電源所輸出的直流電的大小的參數(shù)、電機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子之間的相對位置的參數(shù)，向驅(qū)動模塊輸出PWM信號。逆變模塊由MOSFET晶體管或IGBT晶體管構(gòu)成，為三相逆變?nèi)珮蚪Y(jié)構(gòu)，逆變模塊將電源所輸出的直流電，轉(zhuǎn)換為三相交流電，從而驅(qū)動電機(jī)?？刂破飨蝌?qū)動模塊輸出6路PWM信號,驅(qū)動模塊對輸入其的信號進(jìn)行電平放大,再將放大電平后的路PWM信號輸出至逆變模塊的三相逆變?nèi)珮蚪Y(jié)構(gòu)的晶體管的柵極。磁感應(yīng)器為霍爾元件，電流傳感器為霍爾元件或采樣電阻。控制器收到的指令信號后會產(chǎn)生相應(yīng)的6路PWM信號，根據(jù)電機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子之間的相對位置的參數(shù)確定6路PWM信號的波形，從而配置各個時刻逆變模塊中個晶體管的開關(guān)狀態(tài)?？刂破鞲鶕?jù)電源的輸出電流的大小的參數(shù)確定其產(chǎn)生的6路PWM信號的占空比的閾值，若占 空比小于閾值，則不改變6路PWM信號的占空比，若占空比大于閾值，則不斷減小6路PWM信號的占空比，使其逐漸趨近于閾值。控制器將電機(jī)的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速的參數(shù)確定電動車的速度儀表的數(shù)值。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有顯著的優(yōu)點(diǎn)和有益效果，具體體現(xiàn)在以下幾個方面該電動車驅(qū)動系統(tǒng)及其控制方法克服了傳統(tǒng)的六拍式控制方法的轉(zhuǎn)矩脈動小的弊端，在驅(qū)動系統(tǒng)工作的過程中產(chǎn)生的噪音小。由于該電動車驅(qū)動系統(tǒng)的控制方式精細(xì)，可實時監(jiān)測出電機(jī)轉(zhuǎn)子和定子之間的相對位置，所以對于不同的電機(jī)具有更強(qiáng)的適應(yīng)性，可以匹配不同工藝的直流無刷電機(jī)，且在精細(xì)的控制方式下，該電動車驅(qū)動系統(tǒng)的對于系統(tǒng)的功率的利用率高，節(jié)約能源。該驅(qū)動系統(tǒng)控制方式精細(xì)，也可以使的功率器件的開關(guān)頻率一致，發(fā)熱量均勻分配，由于各個功率器件的開關(guān)頻率均勻一致，也使得電源供電不會產(chǎn)生波紋，系統(tǒng)產(chǎn)生的的干擾小。


圖I是本發(fā)明的電動車驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例做進(jìn)一步詳述，以下關(guān)于本發(fā)明的實施方式的描述只是示例性，并不是為了限制本發(fā)明的所要保護(hù)的主題，對于本發(fā)明所描述的實施例還存在的其他在權(quán)利要求保護(hù)范圍內(nèi)的變化，都屬于本發(fā)明所需要保護(hù)的主題。對于本發(fā)明中所提到得“耦合”，根據(jù)電氣、電子、機(jī)械領(lǐng)域的定義，是指兩個或兩個以上的電路元件或電網(wǎng)絡(luò)的輸入與輸出之間存在緊密配合與相互影響，并通過相互作用從一側(cè)向另一側(cè)傳輸信號或能量的現(xiàn)象，概括的說耦合就是指兩個或兩個以上的實體相互依賴于對方的一個量度。在本發(fā)明中可以理解為數(shù)字信號、電壓、電流等能量流的傳輸方式，根據(jù)各模塊之間的不同情況下作用關(guān)系本發(fā)明的中的“耦合”可以進(jìn)一步理解為直接連接或間接連接。所以雖然本發(fā)明的實施例中公布了一種各個組件的示例性布局和結(jié)構(gòu)，但該發(fā)明的保護(hù)主題內(nèi)還包含在保護(hù)主題的范圍內(nèi)具有不同的耦合方式下的其他布局和結(jié)構(gòu)如附圖1，其中，I是控制器，2是電機(jī)，3是電源，4是驅(qū)動模塊，5是逆變模塊，6是電流傳感器，7是磁感應(yīng)器。如圖I所示，該電動車驅(qū)動系統(tǒng)包括控制器I、電機(jī)2、電源3、驅(qū)動模塊4、逆變模塊5。電機(jī)2為直流無刷電機(jī)；電源3為直流電源，作用為向驅(qū)動系統(tǒng)提供能源；逆變模塊5的作用為將電源3所輸出的直流電流轉(zhuǎn)化為可驅(qū)動電機(jī)2的三相交流電流，逆變模塊5由MOSFET晶體管或IGBT晶體管構(gòu)成，且晶體管均為MOSFET晶體管或均為IGBT晶體管，逆變模塊5為三相逆變?nèi)珮蚪Y(jié)構(gòu)，包括三路電路，每一路電路由若干個晶體管單元并聯(lián)構(gòu)成，每個晶體管單元包括兩個晶體管；各晶體管的參數(shù)及性能一致，三路電路的各路電路所包含的晶體管單元的數(shù)量相同。三路逆變?nèi)珮蚪Y(jié)構(gòu)為本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員所公知，不會引起誤解，故為描述簡潔，其具體電路結(jié)構(gòu)在本發(fā)明中不做述。驅(qū)動模塊4的作用為將控制器I輸出的PWM信號進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，將PWM的電平放大至可完成對逆變模塊5的配置操作的電平。電源3耦合至逆變模塊5，逆變模塊5耦合至電機(jī)2，控制器I耦合至驅(qū)動模塊4，驅(qū)動模塊4耦合至逆變模塊5，電機(jī)2的定子上設(shè)置有電流傳感器6，逆變模塊5上設(shè)置有磁傳感器7，電流傳感器6和磁傳感器7分別耦合至控制器I。磁感應(yīng)器7為霍爾元件；電流傳感器6為霍爾元件或采樣電阻，采樣電阻為康銅絲。磁感應(yīng)器7的數(shù)量為三個，依次相差60度電角度，電機(jī)2的轉(zhuǎn)子上的永磁體在轉(zhuǎn)動的過程中使各個磁感應(yīng)器7產(chǎn)生各自的輸出值，從而標(biāo)識電機(jī)2的轉(zhuǎn)子和定子之間的相對位置以及轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速；電流傳感器6感應(yīng)電源3所輸出的直流電的大??；磁感應(yīng)器7和電流傳感器6將各自的感應(yīng)輸出傳輸至控制器I，控制器I處理磁感應(yīng)器7和電流傳感器6 各自的感應(yīng)輸出得出電機(jī)2的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速參數(shù)，轉(zhuǎn)子與定子的相對位置的參數(shù)，電源3所輸出直流電的大小的參數(shù)；控制器I根據(jù)所接收到的指令信號、感應(yīng)電源3所輸出的直流電的大小的參數(shù)、電機(jī)2的轉(zhuǎn)子和定子之間的相對位置的參數(shù)，向驅(qū)動模塊4輸出相應(yīng)的6路PWM信號?？刂破鱅收到的指令信號后會產(chǎn)生相應(yīng)的6路PWM信號，根據(jù)電機(jī)2的轉(zhuǎn)子和定子之間的相對位置的參數(shù)確定6路PWM信號的波形,從而配置各個時刻逆變模塊5中個晶體管的開關(guān)狀態(tài)?？刂破鱅向驅(qū)動模塊4輸出6路PWM信號,驅(qū)動模塊4對輸入其的信號進(jìn)行電平放大，再將放大電平后的路PWM信號輸出至逆變模塊5的三相逆變?nèi)珮蚪Y(jié)構(gòu)的晶體管的柵極，對于6路PWM與三相逆變?nèi)珮蚪Y(jié)構(gòu)的各晶體管的柵極的連接方式，為本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員所公知，不會引起誤解，故為描述簡潔，其具體電路結(jié)構(gòu)在本發(fā)明中不做述。6路PWM信號的占空比越大，則電機(jī)的轉(zhuǎn)速越高，控制器I根據(jù)電源3的輸出電流的大小的參數(shù)確定其產(chǎn)生的6路PWM信號的占空比的閾值，以防止占空比過大而燒壞驅(qū)動系統(tǒng)的電子器件。若占空比小于閾值，則不改變6路PWM信號的占空比，若占空比大于閾值，則不斷減小6路PWM信號的占空比，使其逐漸趨近于閾值。控制器I將電機(jī)2的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速的參數(shù)確定電動車的速度儀表的數(shù)值，速度儀表不是驅(qū)動系統(tǒng)中的必要結(jié)構(gòu)，故為描述簡潔，在本發(fā)明中的附圖中不顯示速度儀表。對于為本發(fā)明的示范性實施例，應(yīng)當(dāng)理解為是本發(fā)明的權(quán)利要求書的保護(hù)范圍內(nèi)其中的某一種示范性示例，具有對本領(lǐng)域技術(shù)人員實現(xiàn)相應(yīng)的技術(shù)方案的指導(dǎo)性作用，而非對本發(fā)明的限定。
權(quán)利要求
1.一種電動車驅(qū)動系統(tǒng)及其控制方法，包括控制器(I)、電機(jī)(2)、電源(3)、驅(qū)動模塊(4)、逆變模塊(5)，電機(jī)(2)為直流無刷電機(jī)，電源(3)為直流電源，電源(3)耦合至逆變模塊(5 )，逆變模塊(5 )耦合至電機(jī)(2 )，控制器(I)耦合至驅(qū)動模塊(4 )，驅(qū)動模塊(4 )耦合至逆變模塊(5)，電機(jī)(2)的定子上設(shè)置有電流傳感器(6)，逆變模塊(5)上設(shè)置有磁傳感器(7)，電流傳感器(6)和磁傳感器(7)分別耦合至控制器(1)，其特征在于磁感應(yīng)器(7)的數(shù)量為三個，依次相差60度電角度，電機(jī)(2)的轉(zhuǎn)子上的永磁體在轉(zhuǎn)動的過程中使各個磁感應(yīng)器(7)產(chǎn)生各自的輸出值，從而標(biāo)識電機(jī)(2)的轉(zhuǎn)子和定子之間的相對位置以及轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速；電流傳感器(6)感應(yīng)電源(3)所輸出的直流電的大??；磁感應(yīng)器(7)和電流傳感器(6)將各自的感應(yīng)輸出傳輸至控制器(1)，控制器(I)處理磁感應(yīng)器(7)和電流傳感器(6)各自的感應(yīng)輸出得出電機(jī)(2)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速參數(shù)，轉(zhuǎn)子與定子的相對位置的參數(shù)，電源(3)所輸出直流電的大小的參數(shù)；控制器(I)根據(jù)所接收到的指令信號、感應(yīng)電源(3)所輸出的直流電的大小的參數(shù)、電機(jī)(2)的轉(zhuǎn)子和定子之間的相對位置的參數(shù)，向驅(qū)動模塊(4)輸出PWM信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電動車驅(qū)動系統(tǒng)及其控制方法，其特征在于所述逆變模塊(5)由MOSFET晶體管或IGBT晶體管構(gòu)成，為三相逆變?nèi)珮蚪Y(jié)構(gòu)，逆變模塊(5)將電源(3)所輸出的直流電，轉(zhuǎn)換為三相交流電，從而驅(qū)動電機(jī)(2 )。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或權(quán)利要求2所述的電動車驅(qū)動系統(tǒng)及其控制方法，其特征在于所述控制器(I)向驅(qū)動模塊(4)輸出6路PWM信號，驅(qū)動模塊(4)對輸入其的信號進(jìn)行電平放大，再將放大電平后的路PWM信號輸出至逆變模塊(5)的三相逆變?nèi)珮蚪Y(jié)構(gòu)的晶體管的柵極。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電動車驅(qū)動系統(tǒng)及其控制方法，其特征在于所述磁感應(yīng)器(7)為霍爾元件，電流傳感器(6)為霍爾元件或采樣電阻。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或權(quán)利要求3所述的電動車驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于所述控制器(I)收到的指令信號后會產(chǎn)生相應(yīng)的6路PWM信號，根據(jù)電機(jī)(2)的轉(zhuǎn)子和定子之間的相對位置的參數(shù)確定6路PWM信號的波形，從而配置各個時刻逆變模塊(5)中個晶體管的開關(guān)狀態(tài)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或權(quán)利要求3所述的電動車驅(qū)動系統(tǒng)及其控制方法，其特征在于所述控制器(I)根據(jù)電源(3)的輸出電流的大小的參數(shù)確定其產(chǎn)生的6路PWM信號的占空比的閾值，若占空比小于閾值，則不改變6路PWM信號的占空比，若占空比大于閾值，則不斷減小6路PWM信號的占空比，使其逐漸趨近于閾值。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電動車驅(qū)動系統(tǒng)及其控制方法，其特征在于所述控制器(I)將電機(jī)(2 )的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速的參數(shù)確定電動車的速度儀表的數(shù)值。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種電動車驅(qū)動系統(tǒng)及其控制方法，電機(jī)(2)的定子上設(shè)置有電流傳感器(6)，逆變模塊(5)上設(shè)置有磁傳感器(7)，電流傳感器(6)和磁傳感器(7)分別耦合至控制器(1)，磁感應(yīng)器(7)標(biāo)識轉(zhuǎn)子和定子之間的相對位置，以及轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，電流傳感器(6)感應(yīng)電源(3)所輸出的直流電的大??；控制器(1)根據(jù)所接收到的指令信號、感應(yīng)電源(3)所輸出的直流電的大小的參數(shù)、電機(jī)(2)的轉(zhuǎn)子和定子之間的相對位置的參數(shù)，向驅(qū)動模塊(4)輸出相應(yīng)PWM信號。針對傳統(tǒng)電動車驅(qū)動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩脈動大、效率低等缺陷，設(shè)計出一種轉(zhuǎn)矩脈動小、節(jié)約能源、干擾小的電動車驅(qū)動系統(tǒng)及其控制方法。
文檔編號H02P7/28GK102857164SQ201210379529
公開日2013年1月2日 申請日期2012年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月9日
發(fā)明者程偉真, 李永儒, 曹曉斌, 李超 申請人:天津市松正電動科技有限公司