新能源汽車電子水泵、控制系統(tǒng)及方法
【專利摘要】新能源汽車電子水泵、控制系統(tǒng)及方法。有密封可拆的上、中、下殼體。上、中殼體內(nèi)有陶瓷轉(zhuǎn)子中心軸,上端有固定的罩蓋和上軸座,下端固定于中殼體,外周裝旋轉(zhuǎn)的陶瓷軸套,它與葉輪體、葉輪蓋制作為一體。轉(zhuǎn)子為一體的鐵氧體磁鐵和鋼板,固定于葉輪體下平面。中下殼體內(nèi)為定子和控制件。有MOS管組成的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、單片機(jī)、故障檢測(cè)、與汽車水泵控制器連接的通信模塊等。且提供了啟動(dòng)、故障中斷服務(wù)和正弦波控制方法。不僅解決了有刷電機(jī)能耗高、效率低,且結(jié)構(gòu)防水性好,小巧輕便,維護(hù)方便。有罩蓋水噪聲小。正弦波驅(qū)動(dòng),運(yùn)行無轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、噪聲低,且控制方法簡(jiǎn)單準(zhǔn)確。不僅可實(shí)時(shí)監(jiān)控排除溫度、電壓、電流、干轉(zhuǎn)、堵轉(zhuǎn)等故障,且實(shí)現(xiàn)了水泵即使在較高溫度下仍然可以運(yùn)行。
【專利說明】
新能源汽車電子水泵、控制系統(tǒng)及方法
[0001](一)技術(shù)領(lǐng)域:本發(fā)明涉及一種汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電子水栗，用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻。屬發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻類(FOlP)、非變?nèi)菔嚼躅?F04D)。
(二)
【背景技術(shù)】
[0002]隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，汽車已經(jīng)走進(jìn)了千家萬戶，人們對(duì)汽車的需求量也日益增大，導(dǎo)致汽車廠商不斷提升汽車的零部件性能，以期自身產(chǎn)品更能滿足客戶要求，其中對(duì)實(shí)現(xiàn)給汽車發(fā)熱部件降溫的電子水栗的改良就顯得尤為重要了。
[0003]傳統(tǒng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)電子水栗的電動(dòng)機(jī)是電刷式換向直流電動(dòng)機(jī)，電機(jī)定子是永磁體，轉(zhuǎn)子是通電繞組，繞組通以電流時(shí)，產(chǎn)生磁場(chǎng)，與定子永磁體的磁場(chǎng)產(chǎn)生反作用力，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。但電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)需通過電刷不斷換向，才能連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。因電刷不停與換向片摩擦，產(chǎn)生大量碳粉，導(dǎo)致電機(jī)經(jīng)常維護(hù)，降低了工作效率。且因電刷接觸電阻產(chǎn)生相應(yīng)損耗，導(dǎo)致電子水栗發(fā)熱大、能耗高、效率低、噪音大、壽命短、不便于調(diào)速，難以適用新能源汽車的需求。
[0004]隨著控制技術(shù)的發(fā)展及社會(huì)對(duì)節(jié)能要求的提高，無刷直流電動(dòng)機(jī)作為一種新型、高效率的電動(dòng)機(jī)得到了廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)有公開的電子水栗專利中，提供了不同結(jié)構(gòu)的無刷直流電動(dòng)機(jī)的電子水栗，其實(shí)現(xiàn)的目的和效果各不相同。
[0005]中國(guó)實(shí)用新型專利公開的〈一種溫控電子水栗XZL201520091946.3)，水葉輪也是在上方，但因無刷電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子布置在定子內(nèi)圈，存在上方栗水室水下漏到定子腔的隱患。
[0006]現(xiàn)有公開的無刷電動(dòng)機(jī)電子水栗控制系統(tǒng)有如下不足:I)無刷直流電動(dòng)機(jī)輸入電源電流波形為方波，雖然控制簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，但存在水栗產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、噪聲大等問題，在一些對(duì)噪聲有要求的應(yīng)用領(lǐng)域，也存在著局限性。2)缺乏對(duì)水栗工作狀態(tài)和堵轉(zhuǎn)報(bào)警等全面實(shí)時(shí)監(jiān)控，而電子水栗的控制系統(tǒng)一旦發(fā)生故障，將會(huì)給汽車帶來嚴(yán)重危害。
(三)
【發(fā)明內(nèi)容】
:
[0007]本發(fā)明提供的新能源汽車電子水栗、控制系統(tǒng)及方法，目的之一是解決上述傳統(tǒng)有刷電機(jī)電子水栗存在的發(fā)熱大，不可調(diào)速，不便于維護(hù)，能耗高，噪聲大，效率低，壽命短。目的之二解決現(xiàn)有無刷電機(jī)電子水栗結(jié)構(gòu)存在漏水隠患等安全問題。目的之三是解決現(xiàn)有無刷電機(jī)電子水栗存在轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、噪聲大、沒有故障全面監(jiān)控、報(bào)警等設(shè)施，給汽車帶來安全隱患。目的之四是實(shí)現(xiàn)水栗即使在較高溫度下仍然可以運(yùn)行。
[0008]技術(shù)方案如下:新能源汽車電子水栗;包括殼體、水葉輪、轉(zhuǎn)子、定子及控制部分；其特征是:
[0009]I)殼體為從上至下的上殼體1、中殼體4與下殼體12;每個(gè)殼體周向均布多個(gè)向外突出的孔座，每孔用一根孔座自攻螺釘4.3將三殼體連接固緊;上、中殼體或中、下殼體間連接面處分別裝有橡膠上、下密封圈4.1,4.2ο
[0010]2)上、中殼體間為水葉輪整件和轉(zhuǎn)子，其內(nèi):上殼體頂端為入水口 1.1，在水葉輪葉片出水口處上外殼開有切向出水口 1.2;入水口下方設(shè)有不動(dòng)的陶瓷轉(zhuǎn)子中心軸1.3:轉(zhuǎn)子中心軸上端套有一個(gè)用于水流導(dǎo)向的罩蓋1.4，罩蓋通過相連的罩蓋筋1.5連接固定于上殼體;罩蓋內(nèi)設(shè)卡在轉(zhuǎn)子中心軸外的陶瓷作的上軸座1B;轉(zhuǎn)子中心軸下端插入中殼體上的陶瓷作的中心軸座4B內(nèi)。
[0011 ]轉(zhuǎn)子中心軸與葉輪體2.2徑向間套裝并隨葉輪體轉(zhuǎn)動(dòng)的陶瓷軸套2.3，葉輪蓋蓋在葉輪體上；葉輪體、陶瓷軸套和葉輪蓋組成制作為一體的水葉輪整件2;葉輪蓋上部圓柱環(huán)和葉輪體中心間形成葉輪環(huán)狀進(jìn)水口 2w。轉(zhuǎn)子3為一塊兩對(duì)極的環(huán)形鐵氧體磁鐵3.2和一塊形成磁場(chǎng)回路的圓環(huán)鋼板3.1粘接在一體的磁鐵整件，并通過中心處的轉(zhuǎn)子自攻螺釘3.3固定于水葉輪整件底面。
[0012]3)中、下殼體間為定子和控制系統(tǒng)，其內(nèi)設(shè)有:周向均布六個(gè)纏繞漆包線的電感線圈5.1所形成的繞線座5.3，每個(gè)電感線圈中心插入一塊定子鐵芯5.2，六個(gè)繞線座豎向均固定安裝在下面的鏈接板7上，六個(gè)繞線座與鏈接板間設(shè)置有環(huán)形硅鋼片6;六個(gè)電感線圈為兩兩串聯(lián)形成的三相通電繞組5。鏈接板一側(cè)固定并列五個(gè)豎向插針8，插入下機(jī)殼外的插針盒8.1內(nèi)；鏈接板下面順次設(shè)有印刷電路板9、散熱鋁塊10、控制板11，并用控制豎向自攻螺釘4.4自下而上的將控制板、散熱鋁塊、印刷電路板、鏈接板連接并固定在中殼體上;下殼體的底部設(shè)有一個(gè)防水透氣塞12B。
[0013]上述新能源汽車電子水栗的控制系統(tǒng)，其特征是:
[0014]主回路:包括順次電連接的電源輸入13、供電系統(tǒng)14、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器15、直流無刷電機(jī)16的定子繞組5;供電系統(tǒng)采用濾波電路，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器采用6個(gè)N溝道功率MOS管Q1-Q6組成的全橋逆變電路15?？刂苹芈?包括I)設(shè)單片機(jī)18;2)連接汽車水栗控制器和單片機(jī)的通信模塊20; 3)輸出端接單片機(jī)的溫度、電流、電壓、堵轉(zhuǎn)和干轉(zhuǎn)的故障檢測(cè)電路17:①溫度檢測(cè)電路17.1:由溫度傳感器和溫度A/D轉(zhuǎn)換電路17.1C組成，最后接單片機(jī)輸入接口 18.1;溫度傳感器由貼在控制板上的NTC熱敏電阻17.1A和溫度傳感器電路17.1B組成;②電流檢測(cè)電路17.2:設(shè)壓差采樣電路17.2A和壓差A(yù)/D轉(zhuǎn)換電路17.2B最后接單片機(jī)輸入接口 18.2，壓差為電機(jī)驅(qū)動(dòng)器通電母線首端電阻Rs兩端產(chǎn)生的壓差;③電壓檢測(cè)電路17.3:設(shè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器通電母線首端裝的電壓采集電路17.3A和電壓A/D轉(zhuǎn)換電路17.3B，最后接單片機(jī)輸入接口18.3 ;④干轉(zhuǎn)和堵轉(zhuǎn)檢測(cè)電路17.4:由順次連接的定子線圈首端的反電動(dòng)勢(shì)采集電路17.4A、轉(zhuǎn)速檢測(cè)單元17.4B、電流-轉(zhuǎn)速比較器17.4C組成;最后接單片機(jī)輸入接口 18.4; 4)單片機(jī)執(zhí)行電路為預(yù)驅(qū)動(dòng)器19，預(yù)驅(qū)動(dòng)器輸出端接MOS管Q1-Q6的柵極，全橋逆變電路橋臂端點(diǎn)a、b、c接定子線圈首端A、B、C。
[0015]上述新能源汽車電子水栗控制系統(tǒng)的控制方法，其特征是:
[0016]I)啟動(dòng)無刷直流電動(dòng)機(jī)時(shí)，有如下步驟:①用兩步定位法將轉(zhuǎn)子定位到預(yù)設(shè)的初始位;②對(duì)定子三相繞組施以某一寬度的脈沖電壓U;③根據(jù)檢測(cè)到的轉(zhuǎn)子位置信息確定產(chǎn)生最大平均轉(zhuǎn)矩相序;④施以加速脈沖，轉(zhuǎn)子加速;依次進(jìn)行檢測(cè)-加速-檢測(cè)，逐步建立反電動(dòng)勢(shì)。
[0017]2)單片機(jī)設(shè)有如下故障處理中斷服務(wù)方法:見【具體實(shí)施方式】結(jié)合【附圖說明】。
[0018]3)單片機(jī)對(duì)無刷直流電動(dòng)機(jī)采用如下正弦波控制方法:見【具體實(shí)施方式】結(jié)合【附圖說明】。
[0019]本發(fā)明有益效果:
[0020]I)采用無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)水葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，最終獲得栗水的目的。避免了電刷式換向電動(dòng)機(jī)能耗高、噪音大、壽命短等問題。2)本無刷電機(jī)電子水栗總體布置采用轉(zhuǎn)子與水葉輪均在上方栗水室內(nèi)，定子在下方的定子腔的結(jié)構(gòu)有如下效果:①轉(zhuǎn)子直接用自攻螺釘國(guó)定于水葉輪整件底面，與其它無刷電機(jī)與水葉輪傳動(dòng)連接的結(jié)構(gòu)比，佈置最緊湊。且由于轉(zhuǎn)子采用鐵氧體，水對(duì)轉(zhuǎn)子磁性沒有影響。②水葉輪在上中殼體內(nèi)，通電繞組在中下殼體內(nèi)，且上、中、下殼體間分別有上、下密封圈，因此，總體結(jié)構(gòu)防水泄漏性好。具有結(jié)構(gòu)科學(xué)、小巧輕便。
3)設(shè)罩蓋1.4，優(yōu)化了水從入水口到排水口的行走路徑，提高了水栗的工作效率，增加了水栗的揚(yáng)程，避免了傳統(tǒng)水栗水進(jìn)入入水口后四處流動(dòng)，減小嘯叫噪音。4)在旋轉(zhuǎn)的水葉輪整件與固定的轉(zhuǎn)子中心軸間設(shè)旋轉(zhuǎn)的陶瓷軸套2.3，以及固定的陶瓷的上軸座1B、陶瓷的中心軸座4B等，可防止水栗工作時(shí)水葉輪整件徑向、軸向串動(dòng)，減小彼此之間的摩擦力。5)結(jié)構(gòu)便于操作維護(hù):①上、中、下殼體拆裝方便。②轉(zhuǎn)子和水葉輪整件間連接用自攻螺釘3.3拆裝方便。③定子腔內(nèi)用控制豎向自攻螺釘13連接固定控制板11等，拆裝方便。6)見圖3，圖4，控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)水栗工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。當(dāng)單片機(jī)檢測(cè)到電機(jī)出現(xiàn)過溫、電流故障、欠壓、過壓、堵轉(zhuǎn)、干轉(zhuǎn)等非正常狀態(tài)時(shí)，會(huì)實(shí)時(shí)采取相應(yīng)的保護(hù)措施，并及時(shí)將狀態(tài)參數(shù)信息通過通信模塊輸送給汽車水栗控制器。7)設(shè)計(jì)的溫度檢測(cè)(見圖3)和溫度控制方法(見圖4)實(shí)現(xiàn)了水栗即使在較高溫度下仍然可以運(yùn)行。當(dāng)水栗內(nèi)部溫度上升較高時(shí)，如到A攝氏度時(shí)，水栗轉(zhuǎn)速線性下降到X值，轉(zhuǎn)速的下降降低水栗自身發(fā)熱產(chǎn)生的溫升，水栗并不會(huì)馬上停止運(yùn)行。當(dāng)水栗內(nèi)部溫度繼續(xù)上升至B攝氏度時(shí)，水栗才停止運(yùn)行。8)見圖3，圖5，單片機(jī)通過通信模塊20接受汽車水栗控制器的指令后，向電機(jī)驅(qū)動(dòng)器15發(fā)出信號(hào)來控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，不僅實(shí)現(xiàn)可調(diào)速的功能;且因其采用的是正弦波控制，與傳統(tǒng)的方波控制相比，電機(jī)相電流為正弦，連續(xù)變化，無換相電流突變，電機(jī)運(yùn)行噪聲低。9)單片機(jī)準(zhǔn)確檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置且依此控制定子的正弦電流輸出。將正弦波通過反向積分法調(diào)制為矩形調(diào)制波，并與占空比相乘得出PWM波，從而在繞組內(nèi)部產(chǎn)生正弦電流(見圖5)。通過閉環(huán)控制調(diào)節(jié)速度，直接通過反電動(dòng)勢(shì)檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置[見圖5中的2)]，避免多電阻采樣且算法簡(jiǎn)單。通過MOS管Vds檢測(cè)，可檢測(cè)電流過零點(diǎn)[見圖5中的I)]，在檢測(cè)反電動(dòng)勢(shì)時(shí)，在電流過零點(diǎn)將對(duì)應(yīng)相關(guān)閉，從而既可準(zhǔn)確檢測(cè)反電動(dòng)勢(shì)，又可避免關(guān)閉對(duì)應(yīng)相導(dǎo)致電流波形畸變。
(四)
【附圖說明】
[0021 ]圖1本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)正剖視示意圖。
[0022]圖2為圖1中A-A剖視圖；即定子俯視示意圖。
[0023]圖3控制系統(tǒng)原理電路框圖。
[0024]圖4故障中斷服務(wù)控制流程圖。
[0025]圖5定子繞組電流正弦波的控制流程圖。
[0026]上圖中標(biāo)記說明:
[0027]上殼體I，入水口1.1，出水口 1.2，轉(zhuǎn)子中心軸1.3，罩蓋1.4，罩蓋筋1.5，上殼體孔座IA、上軸座IB。水葉輪整件2:葉輪蓋2.1、葉輪體2.2、陶瓷軸套2.3。轉(zhuǎn)子3:圓環(huán)鋼板3.1，環(huán)形鐵氧體磁鐵3.2，轉(zhuǎn)子自攻螺釘3.3。中殼體4:中殼體孔座4A，中心軸座4B，上密封圈4.1，下密封圈4.2，孔座自攻螺釘4.3，控制豎向自攻螺釘4.4。定子5:通電線圈5.1，定子鐵芯5.2，繞線座5.3 ο硅鋼片6。鏈接板7 ο插針8，插針盒8.1。印刷電路板9。散熱鋁塊10?？刂瓢?br>11。下殼體12，下殼體孔座12A，防水透氣塞12B。
[0028]控制系統(tǒng):電源輸入13，供電系統(tǒng)14，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器15，無刷直流電機(jī)16。故障檢測(cè)電路17:溫度檢測(cè)17.1、電流檢測(cè)17.2、電圧檢測(cè)17.3、干轉(zhuǎn)和堵轉(zhuǎn)檢測(cè)17.4。單片機(jī)18，預(yù)驅(qū)動(dòng)器19，通信模塊20 ο看門狗電路22 ο汽車水栗控制器21。
(五)
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0030]I)總體布置及殼體結(jié)構(gòu):殼體從上至下有上殼體1、中殼體4與下殼體12。上、中殼體間設(shè)為栗水室，其內(nèi)設(shè)有:轉(zhuǎn)子、水葉輪整件等。中、下殼體間設(shè)為定子腔，其內(nèi)設(shè)有:定子和控制部分。見圖1，沿上、中、下每個(gè)殼體周向分別均布多個(gè)向外突出的孔座1A、4A、12A，每孔用一根孔座自攻螺釘4.3將三殼體連接固緊。上、中殼體連接面處裝有橡膠上密封圈4.1;中、下殼體間連接面裝有橡膠下密封圈4.2，兩密封圈分別裝在中殼體上、下平面開槽內(nèi)，形成密封減振可拆卸殼體。
[0031 ] 2)栗水室內(nèi)設(shè)有:見圖1，上外殼頂端為入水口 1.1，水葉輪葉片出口處上外殼有切向出水口 1.2。正對(duì)入水口下方裝有不動(dòng)的陶瓷轉(zhuǎn)子中心軸1.3，轉(zhuǎn)子中心軸上端固定一個(gè)用于水流導(dǎo)向的罩蓋1.4，并通過罩蓋周向設(shè)3根罩蓋筋1.5連接固定于上外殼內(nèi)壁。罩蓋內(nèi)設(shè)卡在轉(zhuǎn)子中心軸外的陶瓷作的上軸座1B;轉(zhuǎn)子中心軸下端插入中殼體4上的陶瓷作的中心軸座4B內(nèi)，使轉(zhuǎn)子中心軸始終固定處于上外殼、中外殼中心位置。
[0032]見圖1，轉(zhuǎn)子中心軸與葉輪體2.2徑向間套裝隨葉輪體轉(zhuǎn)動(dòng)的陶瓷軸套2.3，葉輪蓋2.1蓋在葉輪體上;葉輪體、陶瓷軸套和葉輪蓋組成制作為一體的水葉輪整件2。葉輪蓋上部圓柱環(huán)和葉輪體中心間形成葉輪環(huán)狀進(jìn)水口 2w。葉輪體2.2注塑在陶瓷軸套2.3外；葉輪蓋2.1直接焊接蓋在葉輪體2.2上。
[0033]見圖1，轉(zhuǎn)子3包括由一塊2對(duì)極的環(huán)形鐵氧體磁鐵3.2和一塊形成磁場(chǎng)回路作用的圓環(huán)鋼板3.1粘接在一起組成的磁鐵整件，并通過中心處的轉(zhuǎn)子自攻螺釘3.3固定在水葉輪整件2底面形成一體，同時(shí)將轉(zhuǎn)子、水葉輪整件固定為一整體，成為相對(duì)轉(zhuǎn)子中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)體。轉(zhuǎn)子中心軸1.3穿過磁體整件與水葉輪整件的中心，并始終處于上殼體、水葉輪整件、轉(zhuǎn)子、中殼體的中心位置。
[0034]3)定子腔內(nèi)設(shè)有:見圖1，圖2，定子有周向均布六個(gè)纏繞漆包線形成的電感線圈5.1的繞線座5.3，且每個(gè)電感線圈5.1中心插入一個(gè)定子鐵芯5.2，(用以增加電感線圈的磁通量，從而達(dá)到電能與磁能的最大轉(zhuǎn)換)。六個(gè)繞線座豎向均固定安裝在下面的鏈接板7上，六個(gè)繞線座5.3與鏈接板7之間設(shè)置有環(huán)形硅鋼片6，硅鋼片6可以起到提高鐵芯導(dǎo)磁能力、增強(qiáng)磁場(chǎng)密度、減少渦流損耗作用。見圖3，六個(gè)電感線圈5.1兩兩串聯(lián)后連接成三相定子通電繞組5。
[0035]見圖1，通電繞組5和硅鋼片6豎向固定在鏈接板7上，且在鏈接板一側(cè)固定并列5個(gè)豎向插針8，插入下機(jī)殼外的插針盒8.1內(nèi)。鏈接板下面順次設(shè)有印刷電路板9、散熱鋁塊10、控制板11，并用控制豎向自攻螺釘4.4自下而上的將控制板、散熱鋁塊、印刷電路板、鏈接板連接并固定在中殼體上。下殼體12的底部設(shè)有一個(gè)防水透氣塞12B，起到散熱和防水的功用。見圖2，控制豎向自攻螺釘4.4沿周向均布3根。
[0036]工作過程:
[0037]I)首先通過電路檢測(cè)磁體整件3的位置，然后反饋到控制板11，控制板給不同的通電繞組5通電，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。2)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用在磁體整件上，可起到換向功能，使轉(zhuǎn)子連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。3)見圖1，通過轉(zhuǎn)子自攻螺釘3.3帶動(dòng)水葉輪整件不斷旋轉(zhuǎn)，從而使得外部水吸入，從入水口，順著光滑的罩蓋1.4，通過葉輪環(huán)狀進(jìn)水口 2w軸向流入水葉輪整件，再進(jìn)入葉輪葉片，最后快速送達(dá)切向管出水口 1.2排除，最終達(dá)到獲得栗水的目的。
[0038]本實(shí)施例上述新能源汽車電子水栗的控制系統(tǒng)如下:
[0039]見圖3，主回路包括:順次電連接的電源輸入13、供電系統(tǒng)14、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器15、直流無刷電機(jī)16的定子繞組5。電源輸入13采用12V直流供電。供電系統(tǒng)14采用濾波電路。電機(jī)驅(qū)動(dòng)器采用6個(gè)N溝道功率MOS管Q1-Q6組成的全橋逆變電路15。濾波電路將電源干擾濾除后提供給電機(jī)驅(qū)動(dòng)器15和水栗內(nèi)部控制回路。見圖3、圖1，以上電源輸入13、供電系統(tǒng)14、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器15均設(shè)控制板11上。直流無刷電機(jī)16中的定子繞組部分放在印制電路板9上。
[0040]見圖3，控制回路包括(同時(shí)見圖1，均設(shè)在控制板11上):I)設(shè)單片機(jī)18:單片機(jī)采用16位，內(nèi)部集成有4個(gè)獨(dú)立的具有捕獲和比較功能的16位定時(shí)器模塊，3個(gè)具有可編程頻率功能的可編程12位HVM單元，10位ADC轉(zhuǎn)換器(2ys轉(zhuǎn)換時(shí)間)和DMA訪問。2)設(shè)連接汽車水栗控制器21和單片機(jī)18的通信模塊20。
[0041]3)設(shè)輸出端接單片機(jī)的溫度、電流、電壓、干轉(zhuǎn)和堵轉(zhuǎn)的如下故障檢測(cè)電路17:
[0042]①溫度檢測(cè)電路17.1:見圖3，由溫度傳感器和溫度A/D轉(zhuǎn)換電路17.1C組成，最后接單片機(jī)輸入接口 18.1。溫度傳感器由貼在控制板上的負(fù)溫度系數(shù)NTC熱敏電阻17.1A和溫度傳感器電路17.1B組成。
[0043]②電流檢測(cè)電路17.2:見圖3，在電機(jī)驅(qū)動(dòng)器15通電母線首端上串入電阻Rs，電阻Rs兩端有抽頭形成壓差采集電路17.2A，再經(jīng)壓差A(yù)/D轉(zhuǎn)換電路17.2B與單片機(jī)輸入接口18.2連接。單片機(jī)通過實(shí)時(shí)檢測(cè)電阻Rs上的壓差值，便可計(jì)算檢測(cè)出實(shí)時(shí)的母線電流。
[0044]③電壓檢測(cè)電路17.3:見圖3，設(shè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器通電母線首端裝的電壓采集電路17.3A和電壓A/D轉(zhuǎn)換電路17.3B，最后接單片機(jī)輸入接口 18.3。
[0045]④干轉(zhuǎn)和堵轉(zhuǎn)檢測(cè)電路17.4:見圖3，由順次連接的定子線圈首端的反電動(dòng)勢(shì)采集電路17.4A、轉(zhuǎn)速檢測(cè)單元17.4B、電流-轉(zhuǎn)速比較器17.4C組成；最后接單片機(jī)輸入接口18.4。將采集的定子線圈的反電動(dòng)勢(shì)信號(hào)傳送入轉(zhuǎn)速檢測(cè)單元17.4B內(nèi)進(jìn)行換算，獲得實(shí)時(shí)的轉(zhuǎn)速;再將轉(zhuǎn)速傳入電流-轉(zhuǎn)速比較器17.4C中比較:電流很小轉(zhuǎn)速很高判斷為干轉(zhuǎn)，電流很大轉(zhuǎn)速很低判斷為堵轉(zhuǎn)。即可由編程自動(dòng)判定，見圖4。
[0046]4)單片機(jī)執(zhí)行電路為預(yù)驅(qū)動(dòng)器21:預(yù)驅(qū)動(dòng)器輸出端接MOS管Q1-Q6的柵極(上橋漏極15A接電源正極，下橋源極15B接電源負(fù)極)，全橋逆變電路橋臂端a、b、c接直流無刷電機(jī)16定子線圈5首端A、B、C。
[0047]本實(shí)施例上述新能源汽車電子水栗控制系統(tǒng)的控制方法，包括:
[0048]—.啟動(dòng)無刷直流電動(dòng)機(jī)時(shí)，有如下步驟:①用兩步定位法將轉(zhuǎn)子定位到預(yù)設(shè)的初始位；②對(duì)定子三相繞組5施以某一寬度的脈沖檢測(cè)電壓U:—般通過三次檢測(cè)所得三個(gè)180°電角度區(qū)域相交，得到60°電角度交集區(qū)域，為N極所在區(qū)域。③根據(jù)檢測(cè)到的轉(zhuǎn)子位置信息確定產(chǎn)生最大平均轉(zhuǎn)矩相序。④施以加速脈沖，轉(zhuǎn)子加速;依次進(jìn)行檢測(cè)-加速-檢測(cè)，逐步建立反電動(dòng)勢(shì)。通過對(duì)反電動(dòng)勢(shì)的采集控制電機(jī)的換相和穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0049]二.單片機(jī)設(shè)有如下故障中斷服務(wù)程序，見圖4
[0050]〈1>系統(tǒng)初始化:通信模塊20和故障檢測(cè)電路17初始化，并完成與汽車水栗控制器的組網(wǎng)功能、等待接收下一步的指令；
[0051 ]〈2>判定系統(tǒng)開關(guān)是否打開？:若是，進(jìn)行<3>-〈8G>和〈9>-〈21>;
[0052]〈3>等待中斷;進(jìn)行〈4>和〈9>;
[0053]〈4>判斷定時(shí)器是否中斷?若是進(jìn)行〈5>，若否，返回〈3>;
[0054]〈5>首先采集溫度信號(hào)，然后采集10次求平均值，最后進(jìn)行溫度修正；
[0055]〈6>判斷是否達(dá)到降速溫度?若是，進(jìn)行〈7>;若否，返回4;
[0056]〈7> 降速；
[0057]〈8>判斷是否達(dá)到停機(jī)溫度?若是，進(jìn)行〈SG〉;若否，返回〈6>;
[0058]<8G>發(fā)出過溫信號(hào)；
[0059]〈9>判斷電平是否中斷?若是，進(jìn)行〈10>，若否，返回〈3>;
[0060]〈10>檢測(cè)電機(jī)電流、電壓、轉(zhuǎn)速信號(hào);然后進(jìn)行〈11>、〈13>;
[0061 ]〈11>判斷是否啟動(dòng)超時(shí)?若是，進(jìn)行〈12>;若否，返回〈10>;
[0062]〈12>延遲后重新啟動(dòng)，并返回〈10>;
[0063]〈13>判斷是否有故障?若是，進(jìn)行〈14>;若否，返回〈10>;
[0064]〈14>電機(jī)故障判定:發(fā)出電流故障信號(hào)〈15>、過壓信號(hào)〈16>、欠壓信號(hào)
[0065]〈17>、堵轉(zhuǎn)信號(hào)〈18>、干轉(zhuǎn)信號(hào)〈19>;
[0066]〈20>故障處理保護(hù);將處理信號(hào)傳給〈21>;.
[0067]〈21> 通信。
[0068]三.單片機(jī)對(duì)無刷直流電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生正弦波的控制方法:
[0069]見圖5，定子電流正弦波控制方法步驟如下:
[0070]I)首先檢測(cè)MOS管Vds電壓，然后檢測(cè)電流過零點(diǎn)，最后在電流過零點(diǎn)檢測(cè)反電動(dòng)勢(shì)；
[0071]2)檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置，然后，進(jìn)行3)和8);
[0072]3)計(jì)算當(dāng)前轉(zhuǎn)速，然后進(jìn)行4)和9);
[0073]4)與目標(biāo)轉(zhuǎn)速比較，判斷是否需調(diào)整PffM占空比？若是進(jìn)行5)，若否進(jìn)行6);
[0074]5)調(diào)整占空比；
[0075]6)保持當(dāng)前占空比；
[0076]7)獲得占空比值;然后進(jìn)行12);
[0077]8)計(jì)算正弦波相位;然后進(jìn)行10);
[0078]9)計(jì)算正弦波分步時(shí)間；然后進(jìn)行10);
[0079]10)通過正弦波相位、時(shí)間產(chǎn)生正弦波，然后進(jìn)行11);
[0080]11)將正弦波通過反向積分法調(diào)制為矩形調(diào)制波，然后進(jìn)行12);
[0081 ]12)將矩形調(diào)制波與占空比相乘得出PffM沒，然后進(jìn)行13);
[0082]13)在繞組內(nèi)部產(chǎn)生正弦電流，然后返回。
[0083]四.控制系統(tǒng)總的控制過程:
[0084]I)見圖4，首先是系統(tǒng)初始化:通信模塊20和故障檢測(cè)電路17初始化，并完成與汽車水栗控制器21的組網(wǎng)功能、等待接收下一步的指令。2)見圖3，單片機(jī)18通過通信模塊20接收汽車水栗控制器21的啟動(dòng)指令后，進(jìn)入電機(jī)啟動(dòng)算法，通過檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)子的具體位置，發(fā)出控制信號(hào)到電機(jī)驅(qū)動(dòng)器15并驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)16運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。3)見圖4，判斷電機(jī)是否正常啟動(dòng)，如果正常啟動(dòng)則按照接收的指令運(yùn)行，并更新正弦波PffM的占空比，將電機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)整至目標(biāo)轉(zhuǎn)速運(yùn)行。4)見圖3，單片機(jī)18接收到汽車水栗控制器的啟動(dòng)指令、進(jìn)入啟動(dòng)算法的同時(shí)，故障檢測(cè)電路17開始檢測(cè)電壓、電流、溫度、轉(zhuǎn)速信號(hào)，通過故障診斷算法判斷電子水栗的工作狀態(tài)，見圖4，當(dāng)電子水栗出現(xiàn)電壓不足、電壓過高、電流故障、過溫、干轉(zhuǎn)及堵轉(zhuǎn)等故障時(shí)，會(huì)將故障診斷信號(hào)通過通信模塊20反饋給汽車水栗控制器，并發(fā)送指令讓電機(jī)停止工作，如果未出現(xiàn)任何故障，則將正常運(yùn)行速度發(fā)送給汽車水栗控制器。本發(fā)明中故障診斷信號(hào)是由在通信模塊20內(nèi)一個(gè)開路集電極晶體管提供的輸出信號(hào)，PffM輸出信號(hào)通過占空比和頻率從而向汽車水栗控制器反饋電子水栗的工作狀態(tài)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.新能源汽車電子水栗;包括殼體、水葉輪、轉(zhuǎn)子、定子及控制部分;其特征是: 1)殼體為從上至下的上殼體(I)、中殼體(4)與下殼體(12);每個(gè)殼體周向均布多個(gè)向外突出的孔座，每孔用一根孔座自攻螺釘(4.3)將三殼體連接固緊;上、中殼體或中、下殼體間連接面處分別裝有橡膠上、下密封圈(4.1、4.2); 2)上、中殼體間為水葉輪整件和轉(zhuǎn)子，包括:上殼體頂端為入水口(1.1)，在水葉輪葉片出水處上殼體切向出水口(1.2);入水口下方設(shè)有不動(dòng)的陶瓷轉(zhuǎn)子中心軸(1.3):轉(zhuǎn)子中心軸上端套有一個(gè)用于水流導(dǎo)向的罩蓋(1.4)，罩蓋通過相連的罩蓋筋連接固定于上殼體;罩蓋內(nèi)設(shè)卡在轉(zhuǎn)子中心軸外的陶瓷作的上軸座(IB);轉(zhuǎn)子中心軸下端插入中殼體上的陶瓷作的中心軸座(4B)內(nèi)； 轉(zhuǎn)子中心軸與葉輪體(2.2)徑向間套裝并隨葉輪體轉(zhuǎn)動(dòng)的陶瓷軸套(2.3)，葉輪蓋蓋在葉輪體上；葉輪體、陶瓷軸套和葉輪蓋組成制作為一體的水葉輪整件(2);葉輪蓋上部圓柱環(huán)和葉輪體中心間形成葉輪環(huán)狀進(jìn)水口(2w); 轉(zhuǎn)子(3)為一塊兩對(duì)極的環(huán)形鐵氧體磁鐵(3.1)和一塊形成磁場(chǎng)回路的圓環(huán)鋼板(3.2)粘接在一體的磁鐵整件，并通過中心處的轉(zhuǎn)子自攻螺釘(3.3)固定于水葉輪整件底面； 3)中、下殼體間為定子和控制系統(tǒng)，其內(nèi)設(shè)有:周向均布六個(gè)纏繞漆包線的電感線圈(5.1)所形成的繞線座(5.3)，每個(gè)電感線圈中心插入一塊定子鐵芯(5.2)，六個(gè)繞線座豎向均固定安裝在下面的鏈接板(7)上，六個(gè)繞線座與鏈接板間設(shè)置有環(huán)形硅鋼片(6);六個(gè)電感線圈為兩兩串聯(lián)形成的三相通電繞組(5); 鏈接板一側(cè)固定并列五個(gè)豎向插針(8)，插入下機(jī)殼外的插針盒(8.1)內(nèi)；鏈接板下面順次設(shè)有印刷電路板(9)、散熱鋁塊(10)、控制板(11)，并用控制豎向自攻螺釘(4.4)自下而上的將控制板、散熱鋁塊、印刷電路板、鏈接板連接并固定在中殼體上；下殼體的底部設(shè)有一個(gè)防水透氣塞(I 2B)。2.按權(quán)利要求1所述新能源汽車電子水栗的控制系統(tǒng)，其特征是: 主回路:包括順次電連接的電源輸入(13)、供電系統(tǒng)(14)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器(15)、直流無刷電機(jī)(16)的定子繞組(5);供電系統(tǒng)采用濾波電路，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器采用6個(gè)N溝道功率MOS管Ql-Q6組成的全橋逆變電路； 控制回路:包括I)設(shè)單片機(jī)(18) ;2)連接汽車水栗控制器和單片機(jī)的通信模塊(20) ;3)輸出端接單片機(jī)的溫度、電流、電壓、堵轉(zhuǎn)和干轉(zhuǎn)的故障檢測(cè)電路(17):①溫度檢測(cè)電路:由溫度傳感器和溫度A/D轉(zhuǎn)換電路組成，最后接單片機(jī)輸入接口( 18.1);溫度傳感器由貼在控制板上的NTC熱敏電阻和溫度傳感器電路組成;②電流檢測(cè)電路:設(shè)壓差采樣電路和壓差A(yù)/D轉(zhuǎn)換電路最后接單片機(jī)輸入接口(18.2)，壓差為電機(jī)驅(qū)動(dòng)器通電母線首端電阻Rs兩端產(chǎn)生的壓差;③電壓檢測(cè)電路:設(shè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器通電母線首端裝的電壓采集電路和電壓A/D轉(zhuǎn)換電路，最后接單片機(jī)輸入接口(18.3);④干轉(zhuǎn)和堵轉(zhuǎn)檢測(cè)電路:由順次連接的定子線圈首端的反電動(dòng)勢(shì)采集電路、轉(zhuǎn)速檢測(cè)單元、電流-轉(zhuǎn)速比較器組成；最后接單片機(jī)輸入接口(18.4) ;4)單片機(jī)執(zhí)行電路為預(yù)驅(qū)動(dòng)器(19)，預(yù)驅(qū)動(dòng)器輸出端接MOS管Q1-Q6的柵極，全橋逆變電路橋臂端點(diǎn)a、b、c接定子線圈首端A、B、C。3.按權(quán)利要求2所述新能源汽車電子水栗控制系統(tǒng)的控制方法，其特征是: [I]啟動(dòng)無刷直流電動(dòng)機(jī)時(shí)，有如下步驟:①用兩步定位法將轉(zhuǎn)子定位到預(yù)設(shè)的初始位;②對(duì)定子三相繞組施以某一寬度的脈沖電壓U;③根據(jù)檢測(cè)到的轉(zhuǎn)子位置信息確定產(chǎn)生最大平均轉(zhuǎn)矩相序;④施以加速脈沖，轉(zhuǎn)子加速;依次進(jìn)行檢測(cè)-加速-檢測(cè)，逐步建立反電動(dòng)勢(shì)； [2]單片機(jī)設(shè)有如下故障處理中斷服務(wù)方法，有如下步驟: 〈1>系統(tǒng)初始化:通信模塊和故障檢測(cè)電路初始化，并完成與汽車水栗控制器的組網(wǎng)功能、等待接收下一步的指令； 〈2>判定系統(tǒng)開關(guān)是否打開？:若是，進(jìn)行<3>-〈8G>和〈9>-〈21>; 〈3>等待中斷;進(jìn)行〈4>和〈9>; 〈4>判斷定時(shí)器是否中斷?若是進(jìn)行〈5>，若否，返回〈3>; 〈5>首先采集溫度信號(hào)，然后采集10次求平均值，最后進(jìn)行溫度修正； 〈6>判斷是否達(dá)到降速溫度?若是，進(jìn)行〈7>;若否，返回4; 〈7>降速； 〈8>判斷是否達(dá)到停機(jī)溫度?若是，進(jìn)行〈SG〉;若否，返回〈6>; 〈SG〉發(fā)出過溫信號(hào)； 〈9>判斷電平是否中斷?若是，進(jìn)行〈10>，若否，返回〈3>; 〈10>檢測(cè)電機(jī)電流、電壓、轉(zhuǎn)速信號(hào);然后進(jìn)行〈11>、〈13>; 〈11>判斷是否啟動(dòng)超時(shí)?若是，進(jìn)行〈12>;若否，返回〈10>; 〈12>延遲后重新啟動(dòng)，并返回〈10>; 〈13>判斷是否有故障?若是，進(jìn)行〈14>;若否，返回〈10>; 〈14>電機(jī)故障判定:發(fā)出電流故障信號(hào)〈15>、過壓信號(hào)〈16>、欠壓信號(hào)〈17>、堵轉(zhuǎn)信號(hào)〈18>、干轉(zhuǎn)信號(hào)〈19>; 〈20>故障處理保護(hù);將處理信號(hào)傳給〈21>;.〈21>通信； [3]單片機(jī)對(duì)無刷直流電動(dòng)機(jī)采用如下正弦波控制方法，有如下步驟:' 1)首先檢測(cè)MOS管Vds電壓，然后檢測(cè)電流過零點(diǎn)，最后在電流過零點(diǎn)檢測(cè)反電動(dòng)勢(shì)； 2)檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置，然后，進(jìn)行3)和8); 3)計(jì)算當(dāng)前轉(zhuǎn)速，然后進(jìn)行4)和9); 4)與目標(biāo)轉(zhuǎn)速比較，判斷是否需調(diào)整PffM占空比?若是進(jìn)行5)，若否進(jìn)行6); 5)調(diào)整占空比； 6)保持當(dāng)前占空比； 7)獲得占空比值;然后進(jìn)行12); 8)計(jì)算正弦波相位;然后進(jìn)行10); 9)計(jì)算正弦波分步時(shí)間;然后進(jìn)行10); 10)通過正弦波相位、時(shí)間產(chǎn)生正弦波，然后進(jìn)行11); 11)將正弦波通過反向積分法調(diào)制為矩形調(diào)制波，然后進(jìn)行12); 12)將矩形調(diào)制波與占空比相乘得出PffM沒，然后進(jìn)行13); 13)在繞組內(nèi)部產(chǎn)生正弦電流。
【文檔編號(hào)】F04D29/42GK105952684SQ201610436456
【公開日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年6月17日
【發(fā)明人】任曉峰
【申請(qǐng)人】四川五洲仁信科技有限公司