電動自行車用開關磁阻電動機控制裝置制造方法
【專利摘要】電動自行車用開關磁阻電動機控制裝置，它由速度給定(1)、剎車給定(2)、3.3V電源(3)、DSP(4)、蓄電池(5)、第一信號調理電路(6)、GAL邏輯(7)、第二信號調理電路(8)、電流檢測(9)、位置傳感器(10)、IPM功率變換電路(11)、SRM(12)組成，根據(jù)速度給定(1)和剎車給定(2)信號，結合SRM(12)的實時位置和電流信息，DSP(4)匯總集成輸出控制信號，并通過IPM功率變換電路(11)實現(xiàn)對SRM(12)的電動和制動控制。利用本實用新型的電動自行車具有啟動力矩大、控制精度高、速度變化平滑、響應速度快、制動效果好等優(yōu)點。
【專利說明】電動自行車用開關磁阻電動機控制裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及電動自行車驅動控制領域，具體涉及電動自行車用開關磁阻電動機(簡稱:SRM)控制裝置。
【背景技術】
[0002]電動自行車電動機驅動領域，直流有刷電動機的綜合性能較差，幾乎已經被業(yè)界淘汰，這是人所共知；異步電動機需要交流電，車體內蓄電池只能提供直流電，需要逆變器，體積、成本、控制的復雜性相對太高，也基本舍去；步進電機帶載能力差；當前永磁直流無刷電動機為業(yè)界使用的主體，在我國尤其是采用輪轂式，即外轉子的永磁無刷直流電動機作為電動自行車的電動機驅動主體在使用。
[0003]永磁直流無刷電動機雖然相對有刷直流電動機有很大優(yōu)勢，但從業(yè)界目前看，在維護方面比較復雜，基本上電動機出了故障大多數(shù)情況就要更換電動機，成本較高；該類電動機也嚴重依賴于永磁體，當時間久了，尤其長期受溫度變化等的影響，永磁體有失磁的部分，致使電動機整體性能下降，而如果采用高性能稀土永磁材料可有效降低此問題，但成本不得不明顯提高。尤其近些年各類永磁材料的價格都有超常規(guī)的增長。
[0004]不管用什么類型電動機，國內基本上使用外轉子電動機驅動電動自行車，雖然這種結構的電動機，可采用直接驅動，效率和控制的快速反應性方面有優(yōu)勢。不過，采用外轉子開關磁阻電動機，當前技術條件下，開關磁阻電動機引起的轉矩脈動，結合外轉子結構的話，造成的振動、噪音會顯得更加厲害。另外，在我國，近些年來，電動自行車造成的交通事故傷亡比例逐漸增加，除人為因素外，電動車啟動、加速過快，以及制動時的緩慢，是車體本身造成事故的主要因素。
實用新型內容
[0005]針對以上【背景技術】所涉的問題，本實用新型提出了一種內轉子式的電動自行車用高速開關磁阻電動機控制裝置。該裝置可相對有效提高運行時的平滑性、可靠性。
[0006]為了實現(xiàn)上述技術問題，本發(fā)明采用如下技術方案:
[0007]電動自行車用開關磁阻電動機控制裝置，其特征在于，它包括速度給定(I)、剎車給定⑵、3.3V電源(3)、DSP(4)、蓄電池(5)、第一信號調理電路(6)、GAL邏輯(7)、第二信號調理電路(8)、電流檢測(9)、位置傳感器(10)、IPM功率變換電路(11)、SRM(12)，根據(jù)速度給定(I)和剎車給定(2)信號，結合SPM(12)的實時位置傳感器(10)和電流檢測(9)信息，DSP(4)匯總并集成輸出控制信號，并通過GAL邏輯(7)和IPM功率變換電路(11)實現(xiàn)對SRM (12)的控制，蓄電池(5)供電給IPM功率變換電路(11)的同時，也通過3.3V電源
(3)向 DSP(4)供電。
[0008]本實用新型的其他技術特征為:
[0009]所述速度給定(I)和剎車給定(2)分別通過手柄的電位器模式給定。
[0010]所述3.3V電源(3)電路是因應DSP所需的電源要求。[0011]所述DSP(4)為TMS320LF28335型，其中也包含欠壓保護及外圍支持電路。
[0012]所述GAL邏輯(7)采用GAL16V8-20D的PLD器件。
[0013]所述電流檢測(9)采用穿孔磁平衡式霍爾電流傳感器。
[0014]所述位置傳感器(10)內置于SRM(12)中，為光電傳感器。
[0015]所述IPM功率變換電路(11)，主開關采用IPM驅動集成電路，即IGBT及其驅動電路集成。
[0016]所述SRM(12)，采用四相8 / 6極結構的內轉子開關磁阻電動機。
[0017]所述剎車給定(2)，通過手柄給定信號，先后通過DSP (4)、GAL邏輯(7)、IPM功率變換電路(11)給予可產生制動轉矩的SRM(12)的相繞組以開通電流。
[0018]不管是電流檢測(9)，還是位置傳感器(10)，它們所采集的第一手電流和位置信號都不能直接用于DSP(4)采集辨識，需分別經過第一信號調理電路(6)和第二信號調理電路(8)，獲得DSP (4)可準確辨識的高質量信號。
[0019]本實用新型具有如下技術效果:
[0020]本實用新型所述系統(tǒng)具有高轉矩啟動、電磁制動、寬范圍調速等主要功能；高啟動轉矩這本身就是無需開關磁阻電動機復雜控制方法而具備的；由于有減速齒輪，電動機本身可以在常規(guī)的相對高速下運行，如1500r / min作為額定速度，所以不會因為電動自行車的應用而大幅度更改電動機的設計。
[0021]本實用新型所述系統(tǒng)用SRM(12)為內轉子電動機，通過減速齒輪與電動自行車輪轂連接，雖然這部分有功耗，但結合SRM(12)本身的高啟動轉矩，相對來說有了減速齒輪后，形成的控制精度高，響應速度快，并且啟動和調速運行時速度變化更平滑；同時，相對來說成本較外轉子輪轂電機更低些。
[0022]制動時，本實用新型采用電磁制動，根據(jù)SRM(12)實時轉子位置給予相對的相繞組供電，這里的相對的相繞組指的是產生與轉速方向相反的負轉矩的相繞組，電機在平滑、快速的制動時，可近似達到電動自行車的ABS(防抱死)制動，很大程度上可避免電動自行車打滑摔倒造成可能的更大事故。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]附圖為本實用新型的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0024]如附圖所示，本實用新型包括速度給定⑴、剎車給定(2)、3.3V電源(3)、DSP(4)、蓄電池(5)、第一信號調理電路(6)、GAL邏輯(7)、第二信號調理電路(8)、電流檢測(9)、位置傳感器(10)、IPM功率變換電路(11)、SRM(12)，根據(jù)速度給定(I)和剎車給定⑵信號，結合SRM(12)的實時位置傳感器(10)和電流檢測(9)信息，DSP(4)匯總并集成輸出控制信號通過GAL邏輯(7)和IPM功率變換電路(11)實現(xiàn)對SRM(12)的控制；蓄電池(5)供電給IPM功率變換電路(11)的同時，也通過3.3V電源(3)向DSP(4)供電。
[0025]速度給定(I)和剎車給定(2)為電位器模式；DSP(4)采用TMS320LF28335芯片，作為主控；GAL邏輯(7)采用GAL16V8-20D ;電流檢測(9)為穿孔磁平衡式霍爾電流傳感器CSM006B ；SRM(12)為四相8 / 6極結構的內轉子開關磁阻電動機。[0026]實施例為:
[0027]3.3V電源(3)接收蓄電池(5)的72V直流電，DC / DC降壓變換為3.3V直流電，以便供給DSP (4)即TMS320LF28335作為電源使用；電流檢測(9)經過電流傳感器檢測后，需要經過第一信號調理電路(6)來完成對電流信號電壓化、濾波、信號大小的調整等工作，以利于DSP的A / D識別判斷；位置傳感器(10)檢測到的數(shù)字脈沖位置信號，也需要經第二信號調理電路(8)進行信號的轉換、大小調整、濾波工作，利于DSP的識別計數(shù)并對電機的位置和速度做出判斷和計算；DSP(4)綜合各路信號之后，產生通斷和開關驅動信號，經由GAL邏輯(7)輸出驅動控制數(shù)字信號給IPM功率變換電路(11)，在IPM功率變換電路(11)中，功率變換器主電路采用對稱的兩組相同的開關電路橋模式結構，每組控制兩相繞組，通過每組的四只IGBT開關管，控制繞組間的通電切換；SRM(12)為功率IKW的四相8 / 6極內轉子開關磁阻電動機；GAL邏輯(7)、位置傳感器(10)以及信號調理(6、8)等所需+15V、+5V直流電源采用電動自行車可能已有的專門直流電源供電，也可以利用蓄電池(5)輸出后設計采用專用DC / DC電源。
[0028]剎車控制與電動自行車前進期間的速度控制完全不同，此時需要根據(jù)SRM(12)轉子位置給可產生制動轉矩的相應相繞組通電；具體說，剎車給定(2)信號一經產生，送入DSP(4)后，立刻自動封鎖速度給定(I)信號以及相關速度控制的輸出信號，根據(jù)轉子位置傳感器(10)的信號，DSP(4)判斷可產生制動轉矩的SRM(12)繞組，然后輸出驅動信號，通過GAL邏輯(7)、IPM功率變換電路(11)實現(xiàn)相應繞組的導通，產生制動控制。
【權利要求】
1.電動自行車用開關磁阻電動機控制裝置，其特征在于，它包括速度給定(I)、剎車給定(2),3.3V電源(3)、DSP(4)、蓄電池(5)、第一信號調理電路(6)、GAL邏輯(7)、第二信號調理電路⑶、電流檢測(9)、位置傳感器(10)、IPM功率變換電路(11)、SRM(12)，根據(jù)速度給定⑴和剎車給定⑵信號，結合SRM(12)的實時位置傳感器(10)和電流檢測(9)信息，DSP(4)匯總并集成輸出控制信號通過GAL邏輯(7)和IPM功率變換電路(11)實現(xiàn)對SRM (12)的控制；蓄電池(5)供電給IPM功率變換電路(11)的同時，也通過3.3V電源(3)向DSP(4)供電。
2.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的速度給定⑴和剎車給定(2)分別通過手柄的電位器模式給定。
3.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的3.3V電源(3)電路是因應DSP所需的電源要求。
4.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的DSP(4)主控芯片為TMS320LF28335。
5.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的GAL邏輯(7)采用GAL16V8-20D型號的PLD器件。
6.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的電流檢測(9)采用穿孔磁平衡式霍爾電流傳感器。
7.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的SRM(12)為四相8/ 6極結構的內轉子開關磁阻電動機。
【文檔編號】H02P6/00GK203675016SQ201320854332
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2013年12月17日 優(yōu)先權日:2013年12月17日
【發(fā)明者】孫冠群 申請人:中國計量學院