[发明专利]电动汽车轮毂用盘式无铁心永磁同步电机控制器及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种盘式无铁心永磁同步电机。特别是涉及一种基于直流无刷控制模式的电动汽车轮毂用盘式无铁心永磁同步电机控制器及方法。

背景技术

电能作为一种新型清洁能源，将成为未来能源发展的必然趋势，电动汽车也将必然取代传统的燃油汽车成为新时代的交通方式。目前电动汽车领域的相关技术是研究和开发的热门，而汽车轮毂电机也是近期研究的重点。电机驱动控制系统作为整车动力总成系统的一个核心组成部分，必须保证其高效性、快速响应性。目前普通电动汽车的驱动系统多采用集中驱动，电机产生的旋转动力经过齿轮组等传动系统驱动车轮旋转，在这个过程中必然会有一部分的能量损耗，采用轮毂电机可以直接驱动车轮旋转，从而使能量损耗降到最低。

盘式无铁心永磁同步电机，没有齿槽转矩、过载能力极强、轴向尺寸短、重量轻、结构紧凑，特别适合用于电动汽车的轮毂电机。但是由于电机本身没有铁心，定子绕组电感很小，使得基于电压型的控制器驱动此类电机时，定子绕组电流不能连续，导致电机会产生转矩波动，所以传统的电机控制方法不能满足盘式无铁心永磁同步电机的控制要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种将盘式无铁心电机应用于电动汽车轮毂驱动系统的电动汽车轮毂用盘式无铁心永磁同步电机控制器及方法。

本发明所采用的技术方案是：一种电动汽车轮毂用盘式无铁心永磁同步电机控制器，包括有控制电路和与控制电路的信号输出端相连用于驱动盘式无铁心电机的三相逆变电路，还设置有DC-DC变换电路，所述DC-DC变换电路的控制信号输入端连接控制电路的信号输出端，所述DC-DC变换电路的电流输出端通过电感L连接三相逆变电路的电流输入端，所述的盘式无铁心电机的输出轴通过一个角度传感器连接控制电路的信号输入端，所述三相逆变电路的三相输出分别通过电流传感器连接控制电路的信号输入端。

所述DC-DC变换电路包括有直流电源Us，并联在直流电源Us两端的吸收电容C，第一开关管VS1和连接在第一开关管VS1的集电极和发射极之间的第一反并联续流二极管VSD1，以及第二开关管VS2和连接在第二开关管VS2的集电极和发射极之间的第二反并联续流二极管VSD2，其中，所述的第一开关管VS1的集电极连接直流电源Us的正极，栅极连接控制电路的信号输出端，所述第二开关管VS2的发射极连接直流电源Us的负极，栅极连接控制电路的信号输出端，第二开关管VS2的集电极与第一开关管VS1的发射极作为输出端共同连接电感L的一端。

所述角度传感器采用旋转变压器或光电编码器或磁电编码器。

一种电动汽车轮毂用盘式无铁心永磁同步电机控制器的控制方法，控制部分的控制模式采用定子电流120度导通方式，定子绕组同时只有两相导通，每隔60度换相一次；三相逆变电路采用恒通方式，即每一个状态区间内处于开通的两个开关管不进行PWM调制，三相逆变电路只起换相作用；控制部分采用双闭环控制方式，外环为速度环，内环为转矩环，控制部分根据转矩调节器的输出值算出斩波电路开关管的占空比，从而调节定子电流大小。

控制电路根据角度传感器反馈的信号计算出转子的位置角，估算出盘式无铁心电机的电磁转矩，从而实现了电机的转矩闭环控制。

控制电路根据角度传感器反馈的转子的位置角，对盘式无铁心电机的换相角度进行调整，从而减小盘式无铁心电机的换相转矩脉动。

控制电路中速度调节器的输出和转矩之差作为转矩调节器的输入。

所述的控制电路根据转矩调节器的输出值算出斩波电路开关管的占空比；控制电路实时检测盘式无铁心电机的三相电流i_a、i_b、i_c，通过坐标变换将三相电流变换成d、q轴坐标系下电流i_d、i_q，再根据盘式无铁心电机的本身的电感和磁链、极对数，按照盘式无铁心电机的转矩方程算出盘式无铁心电机的实际转矩值，算出来的转矩值即作为转矩调节器的转矩反馈值；盘式无铁心电机的转矩方程为：