[发明专利]电动汽车用永磁交流伺服电机及其控制器

说明书

技术领域

本发明属于电动汽车用驱动动力装置领域，特别是一种适用于8～150KW蓄电池供电的电动汽车用永磁交流伺服电机及其控制器。

背景技术

目前，公知的电动汽车用电机及其控制器，包括：直流有刷电机、异步交流电机、无刷直流电机等。随着现代电子技术的发展，在车用电机控制系统中，有刷直流电机已经逐步被异步交流电机和无刷直流电机所代替。

由交流变频系统和异步电机组成的异步交流电机控制系统，在大功率车用方面得到了很好的应用。这种系统也称为VVVF系统。其特点是：机械结构简单、成本低、低转矩脉动、低噪声，不需要位置传感器。但电气驱动电路复杂，可以采用较高的输入电压，相对永磁电机而言总的转换效率较低，特别适用于线路供电的大功率有轨车辆。

在中小功率无轨车辆中，无刷直流电机及其控制系统得到了更广泛的应用。由于无刷直流电机控制系统采用了永磁电机，无需励磁电流，没有转子损耗，故其转换效率较高。与直流电机相比，由于取消了换向器，简化了结构，提高了可靠性。同时，直流无刷电机的控制电路和位置传感器简单，采用方波驱动，称为BLDC系统。但其转矩不平滑，具有脉动性，适用于小功率的场合。

除了上述的电机控制系统外，还有步进电机、开关磁阻电机等，但是由于它们电气控制电路复杂，转矩特性不好。步进电机不适应高速，开关磁阻电机噪声较大。在车辆电机中均没有得到应用。

总之，异步交流电机及其变频控制器和无刷直流电机及其控制器是现在电动汽车上最常用的两种电机及其控制器。这两种动力装置的缺点是：启动电流大、启动力矩小、电能利用率不是太高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用永磁交流伺服电机数字PMSM正弦波正交矢量驱动控制方式的电动汽车用永磁交流伺服电机及其控制器。

本发明所采用的技术方案是：该电动汽车用永磁交流伺服电机及其控制器包括电机和控制器两个相对独立的机械部件，电机和控制器通过电缆线进行电气连接。电机采用永磁交流伺服电机，电机的部件有轴承、动力输出轴、密封圈、前端盖、电机转子、不锈钢转子套、外壳、定子、后端盖、电缆接口、增量型光电编码器、编码器室盖。动力输出轴与电机转子固定在一起，并用轴承分别支撑在前后端盖上，前后端盖与外壳、定子、编码器室盖固定在一起，前端盖上安装有密封圈，后端盖上安装有电缆线接口。永磁交流伺服电机转子磁钢外圈装有不锈钢套，在电机的后端部安装有与电机同轴的转子位置传感器。该传感器为增量型编码器，有U、V、W和A、B、Z六路差动信号电路，其将转子位置传送给控制器。控制器由机壳、散热器、动力输入输出接口、编码器信号及操作输入信号和输出信号接口、控制板、驱动板、三个大功率IGBT对管模块、三个霍尔电流传感器组成。散热器固定在机壳上，控制板、驱动板、IGBT对管模块和电流传感器固定在散热器上，控制板和驱动板通过排针排座上下电连接。控制器的电路部分由控制板、驱动板、三个大功率IGBT对管模块、三个霍尔电流传感器组成并顺序进行电连接。控制板上的电路包括低压电源电路、操作输入信号电路、电流检测电路、异常检测电路、电机编码器检测电路、CAN通信电路、单片机和存储电路、输出电路、驱动输出电路，它们按照工作原理顺序电连接。其中，操作输入信号电路、电流检测电路、异常检测电路、电机编码器检测电路的输出与单片机的输入口线电连接，单片机的输出口线与输出电路、驱动输出电路电连接，驱动输出电路的输出与驱动板上的驱动电路电连接，低压电源电路给控制板上的各电路提供电源。驱动板15上的电路包括高压电源电路、功率电路的前级驱动电路、异常处理和保护电路，它们按照工作原理顺序电连接。其中，驱动电路的输出与IGBT对管模块电连接，异常处理和保护电路检测电机温度、驱动板温度和电压、霍尔电流传感器，其输出与功率电路的前级驱动电路和控制板上的异常检测电路电连接，高压电源电路给控制板和驱动板提供电源。控制板的单片机中固化有工作程序，通过程序和硬件电路，形成数字PMSM正弦波正交矢量控制信号，最终由驱动板驱动三个大功率IGBT对管模块，使永磁交流伺服电机根据操作输入信号的要求运转。

本发明的有益效果是，控制器结构简单，电机启动电流平稳、启动力矩大、转矩特性恒定平滑、电能利用率高。特别适用于8～150KW蓄电池供电的电动汽车，具有显著节能的作用，能够有效增加蓄电池一次充电后电动汽车的行驶里程。

附图说明

附图1是本发明的系统原理框图。

附图2是一个实施例的永磁交流伺服电机剖面图。

附图3是一个实施例的控制器剖面图。