本實用新型涉及一種開關(guān)磁阻電機(jī)控制裝置，具體涉及一種可直接傳動電動汽車的開關(guān)磁阻電機(jī)控制裝置。

背景技術(shù)：

當(dāng)前，傳動電動機(jī)系統(tǒng)正逐漸趨向于無級變速、高可靠性、數(shù)字化的方向發(fā)展。研究并開發(fā)可實現(xiàn)無級變速運行、高可靠性、數(shù)字化調(diào)速來直接驅(qū)動電動汽車的新型電動機(jī)系統(tǒng)，已成為電氣傳動領(lǐng)域前沿性創(chuàng)新研究工作的新發(fā)展趨勢和重要方向。

環(huán)境問題日益嚴(yán)重的今天，發(fā)展綠色交通成為一個重要的課題，電動汽車具有無污染、低噪音等特點，成為比較理想的交通工具。

目前國內(nèi)外廣泛應(yīng)用的電動機(jī)傳動系統(tǒng)為感應(yīng)電動機(jī)，不能無級變速。若由直流調(diào)速電動機(jī)實現(xiàn)無級變速傳動，其直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價偏高、維護(hù)困難且壽命較短。若由感應(yīng)電動機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)實現(xiàn)無級變速傳動，其系統(tǒng)控制方案采用矢量變換控制或直接轉(zhuǎn)矩控制，但實現(xiàn)矢量變換或直接轉(zhuǎn)矩控制計算復(fù)雜，且其低速力矩小、低速性能不佳。因此，急需設(shè)計一種結(jié)構(gòu)簡單、造價低、維護(hù)方便、使用壽命長、可靠性高、可直接傳動電動汽車的控制裝置。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是：提供一種結(jié)構(gòu)簡單、造價低、維護(hù)方便、使用壽命長、可靠性高、實現(xiàn)可直接傳動電動汽車的電動汽車用開關(guān)磁阻電機(jī)控制裝置，以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。

為了達(dá)到上述目的，本實用新型的技術(shù)方案是：一種電動汽車用開關(guān)磁阻電機(jī)控制裝置，其創(chuàng)新點在于：包括四相16/12極開關(guān)磁阻電機(jī)M、四相不對稱半橋式功率變換器、鍵盤、上位機(jī)及以DSP或單片機(jī)為核心的全數(shù)字控制器，所述四相不對稱半橋式功率變換器各相的上管和下管分別與四相16/12極開關(guān)磁阻電機(jī)M相對應(yīng)的相繞組相連；

所述四相16/12極開關(guān)磁阻電機(jī)M設(shè)有轉(zhuǎn)子位置檢測器，且所述轉(zhuǎn)子位置檢測器的輸出端經(jīng)電氣隔離與全數(shù)字控制器相應(yīng)的輸入捕捉端口相連；

所述四相16/12極開關(guān)磁阻電機(jī)M設(shè)有電流檢測器，且電流檢測器的輸出端經(jīng)電氣隔離與全數(shù)字控制器相應(yīng)的ADC采樣端口相連；

所述全數(shù)字控制器輸出的繞組邏輯信號經(jīng)電氣隔離與四相不對稱半橋式功率變換器的上管的控制端相連，全數(shù)字控制器的OC輸出比較端口輸出PWM信號，且全數(shù)字控制器輸出的繞組邏輯信號和PWM信號進(jìn)行邏輯相與后經(jīng)電氣隔離再與四相不對稱半橋式功率變換器的下管的控制端相連，所述鍵盤與全數(shù)字控制器的輸入輸出端口相連，所述上位機(jī)與全數(shù)字控制器的USB通信端口通信。

在上述技術(shù)方案中，所述電氣隔離采用光耦隔離芯片。

在上述技術(shù)方案中，所述四相16/12極開關(guān)磁阻電機(jī)M包括A、B、C、D四相繞組，其中：

A相繞組包含A1、A2、A3、A4四個定子凸極，且A1、A2、A3、A4四個定子凸極上的集中繞組串聯(lián)構(gòu)成A相繞組，

B相繞組包含B1、B2、B3、B4四個定子凸極，且B1、B2、B3、B4四個定子凸極上的集中繞組串聯(lián)構(gòu)成B相繞組，

C相繞組包含C1、C2、C3、C4四個定子凸極，且C1、C2、C3、C4四個定子凸極上的集中繞組串聯(lián)構(gòu)成C相繞組，

D相繞組包含D1、D2、D3、D4四個定子凸極，且D1、D2、D3、D4四個定子凸極上的集中繞組串聯(lián)構(gòu)成D相繞組。

在上述技術(shù)方案中，四相不對稱半橋式功率變換器的主開關(guān)型號為MOSFET或IGBT。

本實用新型所具有的積極效果是：由于本實用新型包括四相16/12極開關(guān)磁阻電機(jī)M、四相不對稱半橋式功率變換器、鍵盤、上位機(jī)及以DSP或單片機(jī)為核心的全數(shù)字控制器，所述四相16/12極開關(guān)磁阻電機(jī)M包括A、B、C、D四相繞組，所述四相不對稱半橋式功率變換器各相的上管和下管分別與四相16/12極開關(guān)磁阻電機(jī)M相對應(yīng)的相繞組相連；所述四相16/12極開關(guān)磁阻電機(jī)M設(shè)有轉(zhuǎn)子位置檢測器，且所述轉(zhuǎn)子位置檢測器的輸出端經(jīng)電氣隔離與全數(shù)字控制器相應(yīng)的輸入捕捉端口相連；所述四相16/12極開關(guān)磁阻電機(jī)M設(shè)有電流檢測器，且電流檢測器的輸出端經(jīng)電氣隔離與全數(shù)字控制器相應(yīng)的ADC采樣端口相連；所述全數(shù)字控制器輸出的繞組邏輯信號經(jīng)電氣隔離與四相不對稱半橋式功率變換器的上管的控制端相連，全數(shù)字控制器的OC輸出比較端口輸出PWM信號，且全數(shù)字控制器輸出的繞組邏輯信號和PWM信號進(jìn)行邏輯相與后經(jīng)電氣隔離再與四相不對稱半橋式功率變換器的下管的控制端相連，所述鍵盤與全數(shù)字控制器的輸入輸出端口相連，所述上位機(jī)與全數(shù)字控制器的USB通信端口通信；本實用新型的四相16/12極開關(guān)磁阻電機(jī)的各相繞組相互獨立，具有啟動轉(zhuǎn)矩大，傳動效率高，轉(zhuǎn)矩脈動小，功耗小等優(yōu)點，又由于四相16/12極開關(guān)磁阻電機(jī)的定子凸極上只有簡單的集中繞組，使其具有絕緣結(jié)構(gòu)簡單，制造簡便，成本低的優(yōu)勢，且發(fā)熱大部分在定子，也易于冷卻，在惡劣條件下具有調(diào)速性能良好、控制靈活、工作可靠性高、容錯性好、使用壽命長的特點。由本實用新型單極性的四相不對稱半橋式功率變換器供單方向電流激勵，且每個功率開關(guān)器件均直接與四相16/12極開關(guān)磁阻電機(jī)相串聯(lián)，避免了直通短路現(xiàn)象，具有較高的運行可靠性和容錯能力，本實用新型的設(shè)計方案是當(dāng)下急需的一種結(jié)構(gòu)簡單、造價低、維護(hù)方便、使用壽命長、可靠性高、可直接傳動電動汽車的控制裝置。

附圖說明

圖1是本實用新型一種具體實施方式的原理方框示意圖；

圖2是本實用新型的四相16/12極開關(guān)磁阻電機(jī)M的控制結(jié)構(gòu)框圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖以及給出的實施例，對本實用新型作進(jìn)一步的說明，但并不局限于此。

如圖1、2所示，一種電動汽車用開關(guān)磁阻電機(jī)控制裝置，包括四相16/12極開關(guān)磁阻電機(jī)M、四相不對稱半橋式功率變換器1、鍵盤2、上位機(jī)3及以DSP或單片機(jī)為核心的全數(shù)字控制器4，所述四相16/12極開關(guān)磁阻電機(jī)M包括A、B、C、D四相繞組，所述四相不對稱半橋式功率變換器1各相的上管和下管分別與四相16/12極開關(guān)磁阻電機(jī)M相對應(yīng)的相繞組相連；

所述四相16/12極開關(guān)磁阻電機(jī)M設(shè)有轉(zhuǎn)子位置檢測器5，且所述轉(zhuǎn)子位置檢測器5的輸出端經(jīng)電氣隔離與全數(shù)字控制器4相應(yīng)的輸入捕捉端口相連，提供電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置信息以決定繞組的開通與關(guān)斷；

所述四相16/12極開關(guān)磁阻電機(jī)M設(shè)有電流檢測器6，且電流檢測器6的輸出端經(jīng)電氣隔離與全數(shù)字控制器4相應(yīng)的ADC采樣端口相連，用來檢測相繞組實時電流，提供電流信息完成電流斬波控制或采取相應(yīng)的保護(hù)措施以防止過電流；

所述全數(shù)字控制器4輸出的繞組邏輯信號經(jīng)電氣隔離與四相不對稱半橋式功率變換器1的上管的控制端相連，全數(shù)字控制器4的OC輸出比較端口輸出PWM信號，且全數(shù)字控制器4輸出的繞組邏輯信號和PWM信號進(jìn)行邏輯相與后經(jīng)電氣隔離再與四相不對稱半橋式功率變換器1的下管的控制端相連，所述鍵盤2與全數(shù)字控制器4的輸入輸出端口相連，實現(xiàn)控制參數(shù)的給定與輸入，所述上位機(jī)3與全數(shù)字控制器4的USB通信端口通信，實現(xiàn)轉(zhuǎn)速、電流、電壓等信息的顯示功能。

本實用新型所述電氣隔離采用光耦隔離芯片，實現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換功能，以防止高低電壓相互影響。

為了使得本實用新型四相16/12極開關(guān)磁阻電機(jī)M具有低速轉(zhuǎn)矩大、轉(zhuǎn)矩脈動小等優(yōu)點，本實用新型所述四相16/12極開關(guān)磁阻電機(jī)M包括A、B、C、D四相繞組，其中：

A相繞組包含A1、A2、A3、A4四個定子凸極，且A1、A2、A3、A4四個定子凸極上的集中繞組串聯(lián)構(gòu)成A相繞組，

B相繞組包含B1、B2、B3、B4四個定子凸極，且B1、B2、B3、B4四個定子凸極上的集中繞組串聯(lián)構(gòu)成B相繞組，

C相繞組包含C1、C2、C3、C4四個定子凸極，且C1、C2、C3、C4四個定子凸極上的集中繞組串聯(lián)構(gòu)成C相繞組，

D相繞組包含D1、D2、D3、D4四個定子凸極，且D1、D2、D3、D4四個定子凸極上的集中繞組串聯(lián)構(gòu)成D相繞組。

本實用新型四相不對稱半橋式功率變換器1的主開關(guān)型號為MOSFET或IGBT。本實用新型遵循“最小磁阻原理”運行：通過轉(zhuǎn)子位置檢測器5檢測轉(zhuǎn)子位置，由核心為DSP或單片機(jī)的全數(shù)字控制器4根據(jù)轉(zhuǎn)子位置檢測器5的輸出信號，判斷定、轉(zhuǎn)子的相對位置；接著由DSP或單片機(jī)的全數(shù)字控制器4輸出控制信號，用來控制四相不對稱半橋式功率變換器1的上管和下管的導(dǎo)通和關(guān)斷，使電源對四相16/12極開關(guān)磁阻電機(jī)M的相繞組通電和斷電，吸引轉(zhuǎn)子向定、轉(zhuǎn)子間最小磁阻位置方向旋轉(zhuǎn)。

如圖1所示，圖中本實用新型所述全數(shù)字控制器4的IC為位置輸入捕捉端口，ADC為電流采樣端口，I/O（1）和I/O（2）為輸入輸出端口，OC為輸出比較端口，USB為通信端口。

如圖2所示，它是本實用新型的四相16/12極開關(guān)磁阻電機(jī)M的控制結(jié)構(gòu)框圖，其中，該控制結(jié)構(gòu)包括蓄電池、開關(guān)磁阻電機(jī)、功率變換器、控制器及檢測裝置等。其中開關(guān)磁阻電機(jī)是開關(guān)磁阻電機(jī)控制結(jié)構(gòu)中實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的部件，也是開關(guān)磁阻電機(jī)控制結(jié)構(gòu)有別于其他電動機(jī)控制系統(tǒng)的主要標(biāo)志。功率變換器向電機(jī)提供運轉(zhuǎn)所需的能量，由蓄電池供電。控制器是系統(tǒng)的中樞。它綜合處理速度指令、速度反饋信號及電流傳感器、位置傳感器的反饋信息，控制功率變換器中主開關(guān)器件的工作狀態(tài)，實現(xiàn)對電機(jī)運行狀態(tài)的控制。

本實用新型的四相16/12極開關(guān)磁阻電機(jī)的各相繞組相互獨立，具有啟動轉(zhuǎn)矩大，傳動效率高，轉(zhuǎn)矩脈動小，功耗小等優(yōu)點，又由于四相16/12極開關(guān)磁阻電機(jī)的定子凸極上只有簡單的集中繞組，使其具有絕緣結(jié)構(gòu)簡單，制造簡便，成本低的優(yōu)勢，且發(fā)熱大部分在定子，也易于冷卻，在惡劣條件下具有調(diào)速性能良好、控制靈活、工作可靠性高、容錯性好、使用壽命長的特點。由本實用新型單極性的四相不對稱半橋式功率變換器供單方向電流激勵，且每個功率開關(guān)器件均直接與四相16/12極開關(guān)磁阻電機(jī)相串聯(lián)，避免了直通短路現(xiàn)象，具有較高的運行可靠性和容錯能力，本實用新型的設(shè)計方案是當(dāng)下急需的一種結(jié)構(gòu)簡單、造價低、維護(hù)方便、使用壽命長、可靠性高、可直接傳動電動汽車的控制裝置。