CN103187832B - 电机系统以及使用该电机系统的电动汽车或混合动力汽车 - Google Patents

电机系统以及使用该电机系统的电动汽车或混合动力汽车 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种电机系统以及使用该电机系统的电动汽车，属于电动汽车技术领域。本发明的电机系统用于电动汽车，其包括电机和电机控制单元，其中，电机系统中所述电机所在的一端设置有旋转变压器及其相应的旋变解码单元，所述旋变解码单元所输出的数字信号通过射频通信传输至所述电机控制单元。该电机系统中旋变线束所传输的模拟信号质量容易得到保证并且不易受外部的电磁干扰，旋变线束在整车上也更容易布置，电机相对电机控制单元的位置布置自由度大，适用于电动汽车的灵活整车布局。

Description

电机系统以及使用该电机系统的电动汽车或混合动力汽车
技术领域
本发明属于汽车技术领域，涉及电动汽车或混合动力汽车中的电机系统，尤其涉及一种使用射频（RF）技术的无线式旋转变压器的电机系统以及包括使用该电机系统的电动汽车或混合动力汽车。
背景技术
旋转变压器（Resolver或Transformer）是一种电磁式传感器，又称为同步分解器，其通常设置有转子和定子。其中，定子绕组作为变压器的原边，接受励磁电压；转子绕组作为变压器的副边，通过电磁耦合得到感应电压。旋转变压器的工作原理和普通变压器基本相似，区别在于普通变压器的原边、副边绕组是相对固定的，所以输出电压和输入电压之比是常数，而旋转变压器的原边、副边绕组则随转子的角位移发生相对位置的改变，因而其输出电压的大小随转子角位移而发生变化，输出绕组的电压幅值与转子转角成正弦、余弦函数关系，或保持某一比例关系，或在一定转角范围内与转角成线性关系。因此，旋转变压器输出的电压信号为模拟信号；通常地，对应于旋转变压器会相应地设置旋变解码单元，其通过鉴相或者鉴幅等方式对旋转变压器所输出的信号进行调节，实现对转子位置信号的数字转换。
在电动汽车或混合动力汽车技术领域，使用电机作为动力源。在对电机的控制过程中，需要检测电机的转子的位置。现有技术中，通常在电机中安装旋转变压器来检测电机的转子的转动位置，并进一步通过旋变解码单元得出关于转动位置的数字信号（例如，角度位置信号和电机转速信号），并进一步输出给电机控制单元进行处理以得到相关信号（例如，车速、需加载的电机转子上的驱动电压）。
图1所示为现有技术中电动汽车所使用的电机系统的模块结构示意图。如图1所示，电机系统10通常包括电机110以及电机控制单元130，电机110上设置有旋转变压器111，旋转变压器111可以用作电机110的传感元件，因此，其输出模拟信号至旋变解码单元131，旋变解码单元131设置在电机控制单元130上，并且与电机控制器（MCU）133集成地设置，旋变解码单元131输出的数字信号（例如，角度位置信号和电机转速信号）被输入至电机控制器133以进行进一步的处理。通常地，旋转变压器111与旋变解码单元131之间通过旋变线束150连接以在二者之间传输信号，在该实例中，旋变线束150采用6根硬线，其中4根硬线用于从旋转变压器111传输各种函数（例如，Sin+，Sin-，Cos+，Cos-）的模拟信号至旋变解码单元131，其中2根硬线用于从旋变解码单元131传输激励信号至旋转变压器111。
在图1所示的电机系统应用于电动汽车中时，如果根据汽车的整车布置需要，电机110与其相应的电机控制单元130可能需要相隔较远的距离，因此，所需的旋变线束150的长度较长，容易影响信号质量并且较易受电磁干扰（外部电磁干扰等容易导致解算出的转子位置等产生误差）；另外，较长的旋变线束150在车体中布置时，也需要额外的保护、支架装置。
在混合动力汽车中，使用类似图1所示结构的电机系统时，同样存在以上问题。
有鉴于此，有必要提出一种新型的包括旋转变压器的电机系统。
发明内容
本发明的目的之一在于，避免电机系统中的旋转变压器与旋变解码单元之间使用较长的旋变线束。
本发明的又一目的在于，使电机系统适用于电动汽车或混合动力汽车的灵活整车布局。
本发明的还一目的在于，避免旋转变压器与旋变解码单元之间的信号传输的电磁干扰并保证该信号传输的质量。
为实现以上目的或者其他目的，本发明提供以下技术方案。
按照本发明的一方面，提供一种用于电动汽车或混合动力汽车的电机系统，其包括电机和电机控制单元，其中，电机系统中所述电机所在的一端设置有旋转变压器及其相应的旋变解码单元，所述旋变解码单元所输出的数字信号通过射频通信传输至所述电机控制单元。
按照本发明一实施例的电机系统，其中，所述电机系统还包括：
在所述电机所在的一端设置的射频发射单元；以及
在所述电机控制单元所在的一端设置的射频接收单元。
在之前所述任意实施例的电机系统中，优选地，所述射频发射单元包括第一微控制器和射频发射机。
在之前所述任意实施例的电机系统中，优选地，所述射频接收单元包括第二微控制器和射频接收机。
在之前所述任意实施例的电机系统中，优选地，所述射频通信的频率为2.4GHz或者5GHz。
在之前所述任意实施例的电机系统中，优选地，所述射频接收单元输出所述数字信号至电机控制器。
在之前所述任意实施例的电机系统中，优选地，所述电机上的旋转变压器、旋变解码单元、射频发射单元均通过电池单元供电，所述旋转变压器、旋变解码单元、射频发射单元与所述电池单元之间分别设置第一电压调节器、第二电压调节器、第三电压调节器。
在之前所述任意实施例的电机系统中，优选地，所述第一电压调节器、第二电压调节器和第三电压调节器设置在所述电机所在的一端。
在之前所述任意实施例的电机系统中，优选地，所述旋转变压器与所述旋变解码单元之间通过旋变线束连接。
在之前所述任意实施例的电机系统中，优选地，所述旋变线束的长度小于30厘米。
在之前所述任意实施例的电机系统中，优选地，所述数字信号包括所述电机的转子角度信号和电机转速信号。
按照本发明的又一方面，提供一种电动汽车，其使用以上所述及的任意一种电机系统。
按照本发明的还一方面，提供一种混合动力汽车，其使用以上所述及的任意一种电机系统。
本发明的技术效果是，电机控制单元一端与电机一端之间可以实现射频通信方式来传输旋变解码单元所输出的数字信号，也即实现了无线传输方式，从而，旋变线束的长度不受电机与电机控制单元230之间的距离的限制。因此，一方面，旋变线束可以设置在较短的长度范围内，其所传输的模拟信号质量容易得到保证并且不易受外部的电磁干扰；另一方面，较短的旋变线束在整车上也更容易布置，不需要额外的保护、支架装置；还一方面，电机的布置不受旋变线束的长度限制，电机相对电机控制单元的位置布置自由度大（例如，电机可以布置在汽车的前舱、电机控制单元可以布置在汽车的后舱），该电机系统适用于电动汽车或混合动力汽车的灵活整车布局。
附图说明
从结合附图的以下详细说明中，将会使本发明的上述和其他目的及优点更加完全清楚，其中，相同或相似的要素采用相同的标号表示。
图1是现有技术中电动汽车所使用的电机系统的模块结构示意图。
图2是按照本发明一实施例的电机系统的模块结构示意图。
具体实施方式
下面介绍的是本发明的多个可能实施例中的一些，旨在提供对本发明的基本了解，并不旨在确认本发明的关键或决定性的要素或限定所要保护的范围。容易理解，根据本发明的技术方案，在不变更本发明的实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的其他实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限定或限制。
图2所述为按照本发明一实施例的电机系统的模块结构示意图。结合图2所示，描述本发明实施例的电机系统20，为描述的清楚和简明，并没有对图中所示的电机系统的所有多个部件进行描述。附图中示出的多个部件为本领域普通技术人员提供了完全能够实现本发明的内容。对于本领域技术人员来说，许多部件的操作都是熟悉而且明显的。
电机系统20同样地包括电机210和电机控制单元230，电机210可以为用作电动汽车或混合动力汽车上的各种类型的电机，同样地，在电机210上设置有旋转变压器211，如背景技术中所描述，旋转变压器211可以用作电机210的传感元件，旋转变压器211的具体类型不是限制性的，其可以根据具体情况而选择设置。特别地，在本发明中，在电机210的一端上，还设置有旋变解码单元213，旋变解码单元213并不像传统的电机系统中一样，将其集成设置在电机控制单元中；这样连接旋变解码单元213和旋转变压器211的旋变线束217的长度不受电机210与电机控制单元230之间的距离影响，旋变解码单元213和旋转变压器211可以设置在比较近的距离范围内，例如，旋变线束217的长度设置在小于？？的范围内。旋变线束217在该实施例中采用6根硬线，其中4根硬线用于从旋转变压器211传输各种函数（例如，Sin+，Sin-，Cos+，Cos-）的模拟信号至旋变解码单元213，其中2根硬线用于从旋变解码单元213传输激励信号（Excitation+，Excitation-）至旋转变压器211。
在电机210的一端，还设置有射频（RF）发射单元215，旋变解码单元213对旋转变压器211输出的模拟信号进行处理、然后输出数字信号（例如，角度位置信号和电机转速信号）至射频发射单元215。在该实施例中，射频发射单元215包括第一微控制器2151和射频发射机2153，第一微控制器2151可以对旋变解码单元213输出的数字信号进行编码等处理以使其适合于RF传输，射频发射机2153将其以无线信号发射。具体地，第一微控制器2151可以但不限于为16位的单片机。
在电机控制单元230所在的另一端，相应地设置有射频（RF）接收单元235，其用于接收射频发射机2153所发射的无线信号并将其进行解码等处理后传输给电机控制单元230中的电机控制器233。在该实施例中，射频发射单元235包括第二微控制器2353和射频接收机2351，射频接收机2351接收无线信号，第二微控制器2353对接收的无线信号进行解码等处理，以基本地还原为旋变解码单元213所输出的数字信号，该数字信号进一步地基于SPI协议传输给电机控制器233，电机控制器233对该数字信号进行处理以得到相关信号（例如，车速、需加载的电机转子上的驱动电压）。具体地，第二微控制器2353可以但不限于为16位的单片机。
因此，电机控制单元230一端与电机210一端之间可以实现射频通信方式来传输旋变解码单元213所输出的数字信号，也即实现了无线传输方式，从而，旋变线束217的长度不受电机210与电机控制单元230之间的距离的限制，一方面，旋变线束217可以设置在较短的长度范围内，其所传输的模拟信号质量容易得到保证并且不易受外部的电磁干扰；另一方面，较短的旋变线束在整车上也更容易布置，不需要额外的保护、支架装置；还一方面，电机的布置不受旋变线束的长度限制，电机相对电机控制单元的位置布置自由度大（例如，电机可以布置在汽车的前舱、电机控制单元可以布置在汽车的后舱），该电机系统适用于电动汽车或混合动力汽车的灵活整车布局。
优选地，射频通信的频率，也即无线传输的频率，可以选择为2.4GHz或者5GHz，因此，该无线信号不容易受到电机和/或电机控制器等所产生的EMC干扰，并且频率高，无线信号穿透能力强，无线信号的质量和传输容易得到保证。
继续如图2所示，旋转变压器211、旋变解码单元213、RF发射单元215的通过汽车的电池270供电，电池270可以为锂电池，其区别于电机所使用的动力电池，电池270设置在电机所在的一端，具体地，电池270、电压调节器也可以于电机210集成地设置。考虑到旋转变压器211、旋变解码单元213、RF发射单元215分别所需提供的电源电压不一致，因此，旋转变压器211、旋变解码单元213、射频发射单元215与电池217之间分别设置电压调节器251、电压调节器253、电压调节器255。电压调节器251、电压调节器253、电压调节器255分别提供不同的电压给旋转变压器211、旋变解码单元213、射频发射单元215。在一实施例中，电压调节器251、电压调节器253、电压调节器255也可以设置电机210所在的一端。
需要理解的是，“电机所在的一端”是相对于电机和电机控制单元二者的位置来定义的，其具体可以指相关部件设置在电机中、或者以贴附等方式固定在电机外表面上、或者固定设置在电机的附近区域；例如，旋转变压器211设置在电机210中，旋变解码单元213可以设置在电机210中，还可以贴附地固定在设置在在电机210外表面上，甚至也可以固定设置在电机210的附近区域。“电机控制单元所在的一端”是相对于电机和电机控制单元二者的位置来定义的，其具体可以是指相关部件集成在电机控制单元中、或者以贴装等方式固定在电机控制单元上、或者固定设置在电机控制单元的附近区域，例如，射频接收单元235可以与电机控制器233集成地设置以形成电机控制单元，还可以贴装在电机控制单元230上（例如其主板上），甚至也可以单独地置于电机控制单元230的旁边区域。
本发明提供的电动汽车或混合动力汽车在使用图2所示实施例的电机系统时，可以更方便、灵活地进行整车布置设计。
以上例子主要说明了本发明的电机系统及使用该电机系统的电动汽车或混合动力汽车。尽管只对其中一些本发明的实施方式进行了描述，但是本领域普通技术人员应当了解，本发明可以在不偏离其主旨与范围内以许多其他的形式实施。因此，所展示的例子与实施方式被视为示意性的而非限制性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本发明精神及范围的情况下，本发明可能涵盖各种的修改与替换。

Claims (13)

1.一种用于电动汽车或混合动力汽车的电机系统，其包括电机和电机控制单元，其特征在于，电机系统中所述电机所在的一端设置有旋转变压器及其相应的旋变解码单元，所述旋变解码单元所输出的数字信号通过射频通信传输至所述电机控制单元。
2.如权利要求1所述的电机系统，其特征在于，所述电机系统还包括：
在所述电机所在的一端设置的射频发射单元；以及
在所述电机控制单元所在的一端设置的射频接收单元。
3.如权利要求2所述的电机系统，其特征在于，所述射频发射单元包括第一微控制器和射频发射机。
4.如权利要求2所述的电机系统，其特征在于，所述射频接收单元包括第二微控制器和射频接收机。
5.如权利要求1所述的电机系统，其特征在于，所述射频通信的频率为2.4GHz或者5GHz。
6.如权利要求2所述的电机系统，其特征在于，所述射频接收单元输出所述数字信号至电机控制器。
7.如权利要求2所述的电机系统，其特征在于，所述电机上的旋转变压器、旋变解码单元、射频发射单元均通过电池单元供电，所述旋转变压器、旋变解码单元、射频发射单元与所述电池单元之间分别设置第一电压调节器、第二电压调节器、第三电压调节器。
8.如权利要求7所述的电机系统，其特征在于，所述第一电压调节器、第二电压调节器和第三电压调节器设置在所述电机所在的一端。
9.如权利要求1所述的电机系统，其特征在于，所述旋转变压器与所述旋变解码单元之间通过旋变线束连接。
10.如权利要求9所述的电机系统，其特征在于，所述旋变线束的长度小于30厘米。
11.如权利要求1所述的电机系统，其特征在于，所述数字信号包括所述电机的转子角度信号和电机转速信号。
12.一种电动汽车，其特征在于，使用如权利要求1至11中任一项所述的电机系统。
13.一种混合动力汽车，其特征在于，使用如权利要求1至11中任一项所述的电机系统。
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