專利名稱：電動汽車用開關磁阻電機絕對位置傳感器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電動車輛驅動用開關磁阻電機的轉子位置檢測器，適用于電動車輛用 各種相數、結構的開關磁阻電機。
背景技術：
開關磁阻調速電機(簡稱SRD)是一種新型的機電一體化無級調速系統(tǒng)，一般由電 機、功率變換器、控制器與位置檢測器四部分組成。它兼有交流調速系統(tǒng)電機簡單堅固和直 流系統(tǒng)調速性能好的優(yōu)點。啟動力矩大、啟動電流小、功率器件不會出現(xiàn)直通故障、調速范 圍寬，調速性能優(yōu)異，整個調速范圍內都具有較高效率，可以方便地實現(xiàn)電機四象限運行控 制和制動再生能量回收，特別適用于電動車驅動領域。因為SRD復雜的非線性電磁特性，運行控制的關鍵就是要實時檢測轉子磁極位置 以確定不同轉速下的定子各相開關角，開關角的調整是SRD的主要控制參數和手段，甚至 可以獨立控制SRD的運行。目前一般工業(yè)用SRD的控制方法是用各種位置檢測器采集信息后通過控制器的 微處理器實時解算轉子磁極位置查表給出事先經實驗優(yōu)化確定的各相開關角參數，然后以 相電流CCC和電壓PWM斬波方式實現(xiàn)轉速閉環(huán)控制。過程環(huán)節(jié)多、軟件復雜，對微處理器解 算速度和可靠性要求高，成本高，在電動車輛驅動領域很難直接運用。電動車輛的SRD驅動 系統(tǒng)，對調速精度要求低但對可靠性和效率要求高；各相開關角的控制參數的解算還直接 關乎電動車輛的安全性，應十分警惕過于依賴微處理器控制汽車核心驅動系統(tǒng)。
發(fā)明內容本實用新型的目的是提供一種電動汽車用開關磁阻電機絕對位置傳感器及其控 制方法?？芍苯咏o出SRD運行中轉子磁極的絕對位置和開關角范圍，按電動車SRD的四象 限運行各工況的要求匹配轉速直接生成各相開關角參數驅動各相功率器件，控制器不需要 用微處理器以軟件方式解算各相開關角參數，只需要使用傳統(tǒng)、簡單可靠的PID器件和邏 輯器件對相電流、電壓進行調節(jié)即可滿足電動車SRD運行控制要求。具有高可靠性和容錯 能力，動態(tài)響應快，技術要求低，實用性強，成本低，可大大推動SRD在電動車驅動領域的運 用。本實用新型的技術解決方案是絕對位置傳感器傳感部分采用一個與電機同步旋 轉集成了開關角參數(正轉、制動發(fā)電和反轉)和轉子磁極位置的轉子盤和二組槽型高精度 光電頭(正轉和發(fā)電制動一組、反轉一組)，二組光電頭在電路上互鎖，保證只有其中一組工 作，換相順序無差錯隱患；每組光電頭對應定子相數一相一個，按正轉、發(fā)電和反轉要求設 置在定子磁極的前沿與后沿位置，一對一獨立控制各相的開、關，容錯能力高；正轉和發(fā)電 制動一組光電頭中選擇一個輸出的信號作為轉速信號。轉子盤外緣為轉子磁極和開關角指示槽，槽代表轉子磁極，與轉子磁極數目和角度對應；正轉時，槽的前沿轉到某個定子磁極正轉和發(fā)電制動光電頭位置，光通過，代表轉 子磁極到達該相工作范圍的最早開通角，光電頭接通，通過適當的一組固定延時和保持電 路，在0延時或規(guī)定延時后開通該相并保持規(guī)定的時間后關斷；相應設有多組固定延時和 保持電路來對應多組開關角參數；槽的后沿代表轉子磁極到達該相工作范圍的最遲關斷 角，光被阻斷，光電頭關斷信號可強制關斷該相，避免關斷錯誤時負轉矩增加。轉子盤和轉子相連同步旋轉，轉子盤上有對應轉子磁極數目與角度位置設的轉子 磁極和開關角指示槽，可指示出轉子各磁極的絕對角度位置和開關角參數；正轉和發(fā)電用 光電頭按定子的相數一相一個，對應安裝在定子磁極后沿相應角度位置；反轉用光電頭按 定子的相數一相一個，對應安裝在定子磁極前沿相應角度位置。發(fā)電(制動)工況時，同樣轉到槽的位置時光電頭接通，通過相應的固定延時和保 持電路后，在規(guī)定延時后開通該相勵磁并保持規(guī)定的時間后關斷；不用光電頭關斷信號強 制關斷該相，因即使關斷錯誤，一相長通也不影響制動功能。反轉工況，使用反轉組光電頭和同一條轉子磁極和開關角指示槽；反轉只工作在 啟動和恒轉矩低速區(qū)，固定的一組開關角配合電流斬波就可滿足控制要求，因此只設置一 組延時和保持電路；指示槽的后沿(即按正轉計的關斷角)對應開通角，用反轉組光電頭安 裝角度位置配合，保證反轉開通角的正確；同樣通過固定延時和保持電路后，在0延時或規(guī) 定延時后開通該相并保持規(guī)定的時間后關斷，槽轉過時，光電頭關斷信號可強制關斷該相， 避免關斷錯誤時負轉矩增加。本實用新型的技術解決方案中采用的絕對位置傳感器的控制方法如下正、 反轉由絕對位置傳感控制器不同組光電頭控制，各工況下采用按轉速分段固定的多組開關 角參數，用對應的多組延時和保持電路固化下來，相電壓斬波PWM轉速閉環(huán)PID控制，用相 電壓斬波PWM開通比參數控制選擇合適段固定開關角(即選擇某一延時和保持電路)。相電 流斬波保護。延時和保持電路同時也能用來調整光電頭和轉子盤機械安裝的精度誤差。正轉(前進)，按轉速范圍將其分為5 7段(相當于汽車檔位)，第一段轉速一般為 SRD從啟動到第一臨界轉速(恒轉矩區(qū)間)，最高轉速一般低于SRD第二臨界轉速，第二段到 最后一段之間為恒功率區(qū)間；每段經過實驗優(yōu)化確定開關角參數，然后用多組硬件延時和 保持電路固化下來；起動時，輸入正轉(前進)信號，控制器選擇正轉組光電頭與第一組延 時和保持電路工作，檢測到轉子磁極和開關角指示槽的光電頭接通，通過第一組延時和保 持電路后，在0延時或規(guī)定延時后開通該相并保持規(guī)定的時間后關斷，驅動該相通電工作， SRD啟動；每一組延時和保持電路在轉速接近該分段上限時，相電流因旋轉電動勢增大而 減小，轉速閉環(huán)控制下相電壓PWM開通比加大，開通比增加到設定值時，啟動下一組延時和 保持電路工作(升檔)，直至最后一組(車輛達到最高時速)；每一組轉速接近下限時，相電壓 PWM開通比減小，開通比減小到設定值時，啟動上一組工作(降檔)，直至第一組(車輛減速停 車)。反轉(倒車)只設一組延時和保持電路，一組固定開關角配合電流斬波就可滿足控 制要求。電動汽車用開關磁阻電機絕對位置傳感器的控制方法，轉子磁極和開關角指示槽 指示了正轉工作的最早開通角和最大關斷角，按轉速分成多段的開關角參數用對應多組正 轉用延時和保持電路(9)和發(fā)電用延時和保持電路以及反轉用延時和保持電路固化下來，正轉和發(fā)電用光電頭接入和這二個延時和保持電路，用速度閉環(huán)控制下的相電壓PWM占空 比參數決定這二個延時和保持電路組內部之間的切換，實現(xiàn)匹配轉速直接生成各相開關角 參數的控制要求。所述反轉用光電頭和轉子磁極和開關角指示槽配合，只設一組反轉用延時和保持 電路控制各相關斷。所述正轉和發(fā)電用光電頭中的一個同時輸出轉速信號用于速度閉環(huán)控制。發(fā)電(制動能量回收)，一般工作在較高轉速，同樣設置2 3組固化了開關角參數的 延時和保持電路，相電壓PWM控制勵磁電流，調節(jié)制動能量；轉速下降慢，轉速閉環(huán)控制下 相電壓PWM開通比增加到設定值時，啟動下一組延時和保持電路工作；轉速下降快，相電壓 PWM開通比減小，啟動上一組工作；低于設定轉速即退出工作；制動和轉速快慢由煞車踏板 信號控制，煞車踏板達到設定深度即退出工作(轉由機械制動，保證安全)。

圖1是本實用新型實施例開關磁阻電機截面示意圖；圖2是本實用新型實施例絕對位置傳感器結構剖面圖；圖3是本實用新型實施例絕對位置傳感器轉子盤示意圖；圖4是本實用新型實施例絕對位置傳感器控制原理示意圖；圖5是本實用新型實施例各工況開關角的范圍示意圖；圖中1.定子，2.轉子，3.前端板，4.轉子盤，5.后端板，6.正轉和發(fā)電用光電 頭，7.反轉用光電頭，8.轉子磁極和開關角指示槽，9. 正轉用延時和保持電路，10.發(fā) 電用延時和保持電路，11.反轉用延時和保持電路。
具體實施方式
實施例如圖1所示，以三相6/4結構開關磁阻電機為例；電機由定子1(包括 線圈)、轉子2組成，定子1相對的二個磁極為一相共有A、B、C三相。如圖2所示，轉子位置 傳感控制器由前端板3、轉子盤4、后端板5、安裝在前端板3上的正轉和發(fā)電用光電頭6和 反轉用光電頭7組成，光電頭采用高精度槽型光電頭；轉子盤4和轉子2相連同步旋轉，前 端板3固定在定子1或電機本體上，后端板5固定在前端板3上。如圖3、圖4、圖5所示， 轉子盤4上對應轉子2磁極角度位置設有四個轉子磁極和開關角指示槽8，可指示出轉子 2各磁極在正反轉工況下的絕對角度位置和開關角參數；正轉和發(fā)電用光電頭6有三個，對 應轉子磁極和開關角指示槽8安裝在定子1左邊三個磁極A、B、C后沿相應角度位置，分別 控制定子1三相工作，選擇其中一個同時輸出轉速信號；反轉用光電頭7也有三個，對應安 裝在定子1右邊三個磁極A’、B’、C’前沿相應角度位置，分別控制電機三相工作；正轉和發(fā) 電用光電頭6每相都接入七組正轉用延時和保持電路9和三組發(fā)電用延時和保持電路10， 反轉用光電頭7每相都接入一組反轉用延時和保持電路11，三個延時和保持電路分別固化 了經實驗優(yōu)化的正轉七段轉速和發(fā)電三段轉速以及反轉對應的開關角參數，工作時正、反 轉切換由手動控制，其余二個延時和保持電路之間由油門和剎車信號切換，由速度閉環(huán)控 制下的PWM占空比參數決定二個延時和保持電路組內部之間的切換，即可實現(xiàn)匹配轉速直 接生成各相開關角參數控制SRD的四象限運行各工況要求。
權利要求1.一種電動汽車用開關磁阻電機絕對位置傳感器，其特征在于轉子盤(4)和轉子(2) 相連同步旋轉，轉子盤(4)上有對應轉子(2)磁極數目與角度位置設的轉子磁極和開關角 指示槽(8)，可指示出轉子(2)各磁極的絕對角度位置和開關角參數；正轉和發(fā)電用光電頭 (6)按定子(1)的相數一相一個，對應安裝在定子(1)磁極后沿相應角度位置；反轉用光電 頭(7 )按定子(1)的相數一相一個，對應安裝在定子(1)磁極前沿相應角度位置。
2.根據權利要求1所述的電動汽車用開關磁阻電機絕對位置傳感器，其特征在于轉 子磁極和開關角指示槽(8)指示了正轉工作的最早開通角和最大關斷角，按轉速分成多段 的開關角參數用對應多組正轉用延時和保持電路(9)和發(fā)電用延時和保持電路(10)以及 反轉用延時和保持電路(11)固化下來，正轉和發(fā)電用光電頭(6)接入(9)和(10)這二個延 時和保持電路，用速度閉環(huán)控制下的相電壓PWM占空比參數決定這二個延時和保持電路組 內部之間的切換，實現(xiàn)匹配轉速直接生成各相開關角參數的控制要求。
3.根據權利要求1所述電動汽車用開關磁阻電機絕對位置傳感器，其特征在于所述 反轉用光電頭(7)和轉子磁極和開關角指示槽(8)配合，只設一組反轉用延時和保持電路 (11)控制各相關斷。
4.根據權利要求1所述電動汽車用開關磁阻電機絕對位置傳感器，其特征在于所述 正轉和發(fā)電用光電頭(6)中的一個同時輸出轉速信號用于速度閉環(huán)控制。
專利摘要電動汽車用開關磁阻電機絕對位置傳感器，涉及電動車輛驅動用開關磁阻電機的轉子位置檢測器和其配套使用的控制方法，適用于電動車輛用各種相數、結構的開關磁阻電機。絕對位置傳感器傳感部分采用一個與電機同步旋轉集成了開關角參數和轉子磁極位置的轉子盤和二組槽型高精度光電頭，二組光電頭在電路上互鎖，保證只有其中一組工作，換相順序無差錯隱患；每組光電頭對應定子相數一相一個，按正轉、發(fā)電和反轉要求設置在定子磁極的前沿與后沿位置，一對一獨立控制各相的開、關，容錯能力高；正轉和發(fā)電制動一組光電頭中選擇一個輸出的信號作為轉速信號。
文檔編號H02P6/08GK201910728SQ20112001337
公開日2011年7月27日 申請日期2011年1月17日 優(yōu)先權日2011年1月17日
發(fā)明者楊衍圣 申請人:楊衍圣