專利名稱：一種低成本三獨(dú)立電源電動(dòng)車用驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種低成本三獨(dú)立電源電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，屬于電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)常采用三相橋式逆變器，該逆變器采用6個(gè)開關(guān)管，價(jià)格較高，存在較高的導(dǎo)通壓降，而且工作在高溫、高頻等惡劣條件下，是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中最為薄弱的部分，死區(qū)設(shè)置不當(dāng)極易發(fā)生直通故障。由于降低開關(guān)管的個(gè)數(shù)可有效提高系統(tǒng)的可靠性，并降低系統(tǒng)成本，因此市場(chǎng)急需研發(fā)一種開關(guān)管少、可靠性高的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。雙凸極電機(jī)是一種由位置傳感器、電力電子功率變換器、永磁或電磁勵(lì)磁單元、控制器和凸極定轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的電機(jī)本體組成的新式電機(jī)。作為一種新型的變磁阻電機(jī)，其磁阻最大值和最小值比值大，有較好的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換特性，在電動(dòng)車行業(yè)具有較好的應(yīng)用前景。目前已有的技術(shù)中，許多發(fā)明專利敘述了應(yīng)用傳統(tǒng)三相橋式逆變器的三相電機(jī)。其中也有一些專利對(duì)傳統(tǒng)的三相橋式逆變器進(jìn)行了改進(jìn)，例如授權(quán)的發(fā)明專利:ZL201010565874.3，用于雙交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的三橋臂九開關(guān)逆變器，發(fā)明了一種可用一臺(tái)逆變器同時(shí)對(duì)兩部三相交流電機(jī)單獨(dú)進(jìn)行控制，由于逆變器中開關(guān)管的數(shù)目為9個(gè)，比傳統(tǒng)每個(gè)電機(jī)用六個(gè)個(gè)開關(guān)管的逆變器要少。新型的雙凸極電機(jī)在電動(dòng)車行業(yè)具有較好的應(yīng)用前景，因此國內(nèi)也有一些研究成果。2008年第6期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》刊出的論文:電動(dòng)車用新型定子雙饋電雙凸極電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)了一種電勵(lì)磁雙凸極電機(jī)，并利用數(shù)字信號(hào)處理器實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)控制；申請(qǐng)?zhí)枮?00610097465.9的中國發(fā)明專利:雙凸極電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，其附圖1公開了一種三相雙凸極電機(jī)常用的三相橋式逆變器電路，該逆變器和傳統(tǒng)的三相逆變器電路一致。申請(qǐng)?zhí)枮?01110062872.7的中國發(fā)明專利:四相雙凸極電機(jī)，公開了一種四相雙凸極電機(jī)所用的四相逆變器，該逆變器比傳統(tǒng)的三相逆變器多一個(gè)橋臂。授權(quán)的發(fā)明專利:ZL200810021000.4，一種雙凸極永磁電機(jī)的容錯(cuò)控制方法，發(fā)明了一種正常運(yùn)行時(shí)采用三相方波控制，故障運(yùn)行時(shí)通過等效正弦波驅(qū)動(dòng)的控制方法，該控制方法所采用的逆變器仍然是傳統(tǒng)的三相橋式逆變器。上述文獻(xiàn)提到的三相雙凸極電機(jī)所用的逆變器皆為三相橋式逆變器，該逆變器采用三個(gè)上開關(guān)管和三個(gè)下開關(guān)管實(shí)現(xiàn)電機(jī)的換相驅(qū)動(dòng)，開關(guān)管多，壓降大，損耗大；而且還容易存在上下開關(guān)管的直通現(xiàn)象，極易造成電源系統(tǒng)的損壞。相對(duì)于已有技術(shù)來說，本發(fā)明公開的低成本三獨(dú)立電源電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，采用三個(gè)獨(dú)立電源和三個(gè)開關(guān)管給雙凸極驅(qū)動(dòng)電機(jī)供電，開關(guān)器件少，電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)新穎，并在此基礎(chǔ)上給出了適合控制雙凸極電機(jī)的三拍導(dǎo)通控制方式。本發(fā)明所述的低成本三獨(dú)立電源電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在三相逆變器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和雙凸極電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制方面具有新穎性、創(chuàng)造性，在電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)方面具有較高的實(shí)用性。 目前國內(nèi)外尚未檢索到本發(fā)明提出的低成本三獨(dú)立電源電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明結(jié)合三相雙凸極電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制方式，提出了一種低成本三獨(dú)立電源電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)只使用三個(gè)開關(guān)管和三個(gè)獨(dú)立電源即可搭建三相雙凸極電機(jī)的主功率電路，開關(guān)器件少、成本低、開關(guān)管損耗少、可靠性高。本發(fā)明為降低傳統(tǒng)的三相雙凸極電機(jī)所用的三相橋式逆變器的成本和損耗，采用如下技術(shù)方案:
一種低成本三獨(dú)立電源電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，包括三個(gè)獨(dú)立電源、三個(gè)開關(guān)管、三相雙凸極驅(qū)動(dòng)電機(jī)、位置傳感器、電流傳感器和控制系統(tǒng)等，其特征在于:所述三相雙凸極驅(qū)動(dòng)電機(jī)由第一獨(dú)立電源(Ul)、第二獨(dú)立電源(U2)和第三獨(dú)立電源(U3)三個(gè)電源獨(dú)立供電，第一獨(dú)立電源(Ul)和第一開關(guān)管(Ql)串聯(lián)組成第一橋臂，第二獨(dú)立電源(U2)和第二開關(guān)管(Q2)串聯(lián)組成第二橋臂，第三獨(dú)立電源(U3)和第三開關(guān)管(Q3)串聯(lián)組成第三橋臂，三個(gè)橋臂按三角形連接方式依次首尾串聯(lián)，第一開關(guān)管(Ql)、第二開關(guān)管(Q2)和第三開關(guān)管(Q3)分別并聯(lián)有第一體二極管(Dl)、第二體二極管(D2)和第三體二極管(D3);所述三相雙凸極驅(qū)動(dòng)電機(jī)由三相繞組、凸極式定子鐵心、凸極式轉(zhuǎn)子鐵心和外殼組成，A相繞組的一端和第一橋臂與第二橋臂的連接點(diǎn)連接，B相繞組的一端和第二橋臂與第三橋臂的連接點(diǎn)連接，C相繞組的一端和第三橋臂與第一橋臂的連接點(diǎn)連接，三相繞組的另一端接在一起組成三相星形繞組，所述定子鐵心的極弧系數(shù)為1/2，轉(zhuǎn)子鐵心的極弧系數(shù)為1/3，三相雙凸極驅(qū)動(dòng)電機(jī)既可以使用勵(lì)磁繞組 勵(lì)磁，也可以使用永磁體勵(lì)磁；位置傳感器用于檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置，控制系統(tǒng)根據(jù)檢測(cè)到的位置信號(hào)控制第一開關(guān)管(Ql)、第二開關(guān)管(Q2)和第三開關(guān)管(Q3)開通或關(guān)斷；當(dāng)A相電感上升、C相電感下降時(shí)控制第一開關(guān)管(Ql)導(dǎo)通給A相繞組通正向電流，給C相繞組通負(fù)向電流，A相繞組和C相繞組共同出力；當(dāng)B相電感上升、A相電感下降時(shí)控制第二開關(guān)管(Q2)導(dǎo)通給B相繞組通正向電流，給A相繞組通負(fù)向電流，B相繞組和A相繞組共同出力；當(dāng)C相電感上升、B相電感下降時(shí)控制第三開關(guān)管(Q3)導(dǎo)通給C相繞組通正向電流，給B相繞組通負(fù)向電流，C相繞組和B相繞組共同出力；電流傳感器用于檢測(cè)電流，并將信號(hào)輸送給控制系統(tǒng)以限流并保護(hù)電路；控制系統(tǒng)接收傳感器、油門和制動(dòng)信號(hào)，并在調(diào)理該信號(hào)后將信號(hào)輸送給控制單元，控制單元經(jīng)過運(yùn)算后輸出開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過驅(qū)動(dòng)隔離電路后分別發(fā)送給第一開關(guān)管(Ql)、第二開關(guān)管(Q2)和第三開關(guān)管(Q3)，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制。本發(fā)明的有益效果如下:
I采用三個(gè)獨(dú)立電源和三個(gè)開關(guān)管給雙凸極驅(qū)動(dòng)電機(jī)供電，開關(guān)器件少，成本低、開關(guān)管損耗少；2系統(tǒng)不會(huì)存在上、下開關(guān)管的直通現(xiàn)象，不會(huì)因?yàn)橹蓖ǘ斐呻娫磽p壞，具有一定的開關(guān)管短路故障容錯(cuò)能力；3電動(dòng)車三相驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用三相雙凸極電機(jī)，該機(jī)可由定子上的永磁體或勵(lì)磁繞組提供磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的無刷化、可靠性高，可在高速和惡劣條件下運(yùn)行；4采用三拍導(dǎo)通控制方式控制雙凸極電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，能有效發(fā)揮雙凸極電機(jī)的特性。根據(jù)能量守恒定律，本系統(tǒng)雖然采用三個(gè)獨(dú)立電源供電，但三個(gè)電源的總?cè)萘咳匀粸閭鹘y(tǒng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一個(gè)電源的容量，并不會(huì)增加電源系統(tǒng)成本。


圖1是本發(fā)明的低成本三獨(dú)立電源電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成圖。圖2是本發(fā)明的低成本三獨(dú)立電源電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的三相電勵(lì)磁雙凸極驅(qū)動(dòng)電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。其中1、勵(lì)磁繞組；2、電樞繞組；3、定子鐵心；4、轉(zhuǎn)子鐵心。圖3是本發(fā)明的低成本三獨(dú)立電源電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的三相切向永磁雙凸極驅(qū)動(dòng)電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。其中1、永磁體；2、電樞繞組；3、定子鐵心；4、轉(zhuǎn)子鐵心。圖4是本發(fā)明的低成本三獨(dú)立電源電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的三相徑向永磁雙凸極驅(qū)動(dòng)電機(jī)結(jié)構(gòu)不意圖。其中1、電樞繞組；2、定子鐵心；3、電機(jī)外殼；4、永磁體；5、轉(zhuǎn)子鐵心。圖5為本發(fā)明的低成本三獨(dú)立電源電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)三拍導(dǎo)通控制原理圖。圖6為傳統(tǒng)三相電機(jī)與三相橋式逆變器的連接圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明創(chuàng)造做進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖1是本發(fā)明的低成本三獨(dú)立電源電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成圖。該系統(tǒng)包括三個(gè)獨(dú)立電源、三個(gè)開關(guān)管、三相雙凸極驅(qū)動(dòng)電機(jī)、位置傳感器、電流傳感器和控制系統(tǒng)等，其特征在于:所述三相雙凸極驅(qū)動(dòng)電機(jī)由Ul、U2和U3三個(gè)電源獨(dú)立供電，第一獨(dú)立電源(Ul)和第一開關(guān)管(Ql)串聯(lián)組成第一橋臂，第二獨(dú)立電源(U2)和第二開關(guān)管(Q2)串聯(lián)組成第二橋臂，第三獨(dú)立電源(U3)和第三開關(guān)管(Q3)串聯(lián)組成第三橋臂，三個(gè)橋臂按三角形連接方式依次首尾串聯(lián)，第一開關(guān)管(Ql)、第二開關(guān)管(Q2)和第三開關(guān)管(Q3)分別并聯(lián)有第一體二極管(Dl)、第二體二極管(D2)和第三體二極管(D3);所述三相雙凸極驅(qū)動(dòng)電機(jī)由三相繞組、凸極式定子鐵心、凸極式轉(zhuǎn)子鐵心和外殼組成，A相繞組的一端與第一橋臂與第二橋臂的連接點(diǎn)連接，B相繞組的一端與第二橋臂與第三橋臂的連接點(diǎn)連接，C相繞組的一端與第三橋臂與第一橋臂的連 接點(diǎn)連接，三相繞組的另一端接在一起組成三相星形繞組。位置傳感器用于檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置，控制系統(tǒng)根據(jù)檢測(cè)到的位置信號(hào)控制三個(gè)開關(guān)管開通或關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。電流傳感器用于檢測(cè)電流，并將信號(hào)輸送給控制系統(tǒng)以限流并保護(hù)電路。控制系統(tǒng)接收傳感器、油門和制動(dòng)信號(hào)，并在調(diào)理該信號(hào)后將信號(hào)輸送給控制單元，控制單元經(jīng)過運(yùn)算后輸出開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過驅(qū)動(dòng)隔離電路后分別發(fā)送給第一開關(guān)管(Ql)、第二開關(guān)管(Q2)和第三開關(guān)管(Q3)，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制。圖2是本發(fā)明的低成本三獨(dú)立電源電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的三相電勵(lì)磁雙凸極驅(qū)動(dòng)電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖，該機(jī)定子鐵心的極弧系數(shù)為1/2，轉(zhuǎn)子鐵心的極弧系數(shù)為1/3。圖3是本發(fā)明的低成本三獨(dú)立電源電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的三相切向永磁雙凸極驅(qū)動(dòng)電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖，該機(jī)永磁體的充磁方向?yàn)榍邢?，其定子鐵心的極弧系數(shù)為1/2，轉(zhuǎn)子鐵心的極弧系數(shù)為1/3。圖4是本發(fā)明的低成本三獨(dú)立電源電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的三相徑向永磁雙凸極驅(qū)動(dòng)電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖，該機(jī)永磁體的充磁方向?yàn)閺较颍涠ㄗ予F心的極弧系數(shù)為1/2，轉(zhuǎn)子鐵心的極弧系數(shù)為1/3。同理，本系統(tǒng)也可以采用永磁與電勵(lì)磁混合勵(lì)磁的雙凸極電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)。圖5為本發(fā)明的低成本三獨(dú)立電源電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)三拍導(dǎo)通控制原理圖。圖6為傳統(tǒng)三相電機(jī)與三相橋式逆變器的連接圖。從圖6可以看出，傳統(tǒng)三相電機(jī)與傳統(tǒng)的三相橋式逆變器配合時(shí)，需要采用上下共六個(gè)開關(guān)管，以目前常用的三菱PM100RSE120為例，其價(jià)格為1800元左右。因此，節(jié)省三個(gè)開關(guān)管，可以節(jié)省大量的系統(tǒng)成本。結(jié)合附圖5可以看出本系統(tǒng)的工作原理是，當(dāng)電角度在(0°，120° )之間時(shí)，A相電感上升、C相電感下降，此時(shí)控制開關(guān)管(Ql)導(dǎo)通給A相繞組通正向電流，給C相繞組通負(fù)向電流，A相繞組和C相繞組的磁阻轉(zhuǎn)矩互相抵消，A相繞組輸出正的電磁轉(zhuǎn)矩Taf，C相繞組輸出正的電磁轉(zhuǎn)矩Tcf，A相繞組和C相繞組共同出力；當(dāng)電角度在(120°，240° )之間時(shí)，當(dāng)B相電感上升、A相電感下降，此時(shí)控制開關(guān)管(Q2)導(dǎo)通給B相繞組通正向電流，給A相繞組通負(fù)向電流，B相繞組和A相繞組的磁阻轉(zhuǎn)矩互相抵消，B相繞組輸出正的電磁轉(zhuǎn)矩Tbf, A相繞組輸出正的電磁轉(zhuǎn)矩Taf，B相繞組和A相繞組共同出力；當(dāng)電角度在(240°，360° )之間時(shí)，C相電感上升、B相電感下降，此時(shí)控制開關(guān)管(Q3)導(dǎo)通給C相繞組通正向電流，給B相繞組通負(fù)向電流，C相繞組和B相繞組的磁阻轉(zhuǎn)矩互相抵消，C相繞組輸出正的電磁轉(zhuǎn)矩Tcf，B相繞組輸出正 的電磁轉(zhuǎn)矩Tbf，C相繞組和B相繞組共同出力。
權(quán)利要求
1.一種低成本三獨(dú)立電源電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，包括三個(gè)獨(dú)立電源、三個(gè)開關(guān)管、三相雙凸極驅(qū)動(dòng)電機(jī)、位置傳感器、電流傳感器和控制系統(tǒng)等，其特征在于:所述三相雙凸極驅(qū)動(dòng)電機(jī)由第一獨(dú)立電源(Ul)、第二獨(dú)立電源(U2)和第三獨(dú)立電源(U3)三個(gè)電源獨(dú)立供電，第一獨(dú)立電源(Ul)和第一開關(guān)管(Ql)串聯(lián)組成第一橋臂，第二獨(dú)立電源(U2)和第二開關(guān)管(Q2)串聯(lián)組成第二橋臂，第三獨(dú)立電源(U3)和第三開關(guān)管(Q3)串聯(lián)組成第三橋臂，三個(gè)橋臂按三角形連接方式依次首尾串聯(lián)，第一開關(guān)管(Ql)、第二開關(guān)管(Q2)和第三開關(guān)管(Q3)分別并聯(lián)有第一體二極管(Dl)、第二體二極管(D2)和第三體二極管(D3);所述三相雙凸極驅(qū)動(dòng)電機(jī)由三相繞組、凸極式定子鐵心、凸極式轉(zhuǎn)子鐵心和外殼組成，A相繞組的一端和第一橋臂與第二橋臂的連接點(diǎn)連接，B相繞組的一端和第二橋臂與第三橋臂的連接點(diǎn)連接，C相繞組的一端和第三橋臂與第一橋臂的連接點(diǎn)連接，三相繞組的另一端接在一起組成三相星形繞組，所述定子鐵心的極弧系數(shù)為1/2，轉(zhuǎn)子鐵心的極弧系數(shù)為1/3，三相雙凸極驅(qū)動(dòng)電機(jī)既可以使用勵(lì)磁繞組勵(lì)磁，也可以使用永磁體勵(lì)磁；位置傳感器用于檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置，控制系統(tǒng)根據(jù)檢測(cè)到的位置信號(hào)控制第一開關(guān)管(Ql)、第二開關(guān)管(Q2)和第三開關(guān)管(Q3)開通或關(guān)斷；當(dāng)A相電感上升、C相電感下降時(shí)控制第一開關(guān)管(Ql)導(dǎo)通給A相繞組通正向電流，給C相繞組通負(fù)向電流，A相繞組和C相繞組共同出力；當(dāng)B相電感上升、A相電感下降時(shí)控制第二開關(guān)管(Q2)導(dǎo)通給B相繞組通正向電流，給A相繞組通負(fù)向電流，B相繞組和A相繞組共同出力；當(dāng)C相電感上升、B相電感下降時(shí)控制第三開關(guān)管(Q3)導(dǎo)通給C相繞組通正向電流，給B相繞組通負(fù)向電流，C相繞組和B相繞組共同出力；電流傳感器用于檢測(cè)電流，并將信號(hào)輸送給控制系統(tǒng)以限流并保護(hù)電路；控制系統(tǒng)接收傳感器、油門和制動(dòng)信號(hào)，并在調(diào)理該信號(hào)后將信號(hào)輸送給控制單元，控制單元經(jīng)過運(yùn)算后輸出開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過驅(qū)動(dòng)隔離電路后分別發(fā)送給第一開關(guān)管(Ql)、第二開關(guān)管(Q2)和第三開關(guān)管(Q3)，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng) 的控制。
全文摘要
本發(fā)明提供一種低成本三獨(dú)立電源電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。包括三個(gè)獨(dú)立電源、三個(gè)開關(guān)管、三相雙凸極驅(qū)動(dòng)電機(jī)和控制系統(tǒng)等。其特征在于所述三相雙凸極驅(qū)動(dòng)電機(jī)由三個(gè)獨(dú)立電源供電，每個(gè)獨(dú)立電源和一個(gè)開關(guān)管串聯(lián)組成一個(gè)一橋臂，三個(gè)橋臂按三角形連接方式依次首尾串聯(lián)，橋臂的三個(gè)連接點(diǎn)分別與雙凸極電機(jī)的三相星形繞組相連。所述三相雙凸極驅(qū)動(dòng)電機(jī)定子鐵心的極弧系數(shù)為0.5，轉(zhuǎn)子鐵心的極弧系數(shù)為0.333。本發(fā)明提供的系統(tǒng)開關(guān)器件少，成本低；不存在三相逆變器的直通現(xiàn)象，可靠性高，具有較高的實(shí)用性。
文檔編號(hào)B60L11/18GK103231663SQ20131017494
公開日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月14日
發(fā)明者史立偉, 張學(xué)義 申請(qǐng)人:山東理工大學(xué)