CN103326531B - 无刷直流变频电机以及使用无刷直流变频电机的控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电动机领域，公开了一种无刷直流变频电机以及使用无刷直流变频电机的控制系统。所述的无刷直流变频电机，包括励磁绕组的定子和内表面设置有梯形槽的转子；所述梯形槽内排列有多个同性的铷铁硼磁铁；所述定子的外表面安装有带Ω形槽的铁芯。本发明所述的无刷直流变频电机，具有功率大、节能的特点。本发明所述的使用无刷直流变频电机的控制系统，包括微处理器、电机变频器、显示控制器、电子差速器、车速给定及记忆模块、电动真空泵刹车助力控制系统、电动油泵方向盘助力控制系统和电池充电器。所述的使用无刷直流变频电机的控制系统，机动车在使用所述无刷直流变频电机的控制系统时的功率大、节能环保。

Description

无刷直流变频电机以及使用无刷直流变频电机的控制系统

技术领域

本发明涉及油电混合动力汽车领域，尤其涉及一种无刷直流变频电机以及使用无刷直流变频电机的控制系统。

背景技术

在现今这个日益发达的社会，交通工具的不断革新，除了公交、地铁之外，越来越多的人都购买了自己的私家汽车作为上下班、节假日外出活动的交通工具，尤其在现今私家汽车越来越实惠的当下，受到人们的追捧，不管是哪个年龄段的人。但是在日渐普及私家车的这个时代，对私家汽车的性能要求也越来越高，不仅要节油、省油，并且排除的废气要尽可能的少，同时也要满足车主对功率方面的要求。我们现在使用的燃油私家汽车大多采用的是前驱动式，驱动力来源于前轮，两个后轮仅仅起到支撑作用而已，但是这种类型的汽车的机械损耗大。后期则在两后轮上安装上无刷变频电动机，也称之为外转子式超能无刷直流变频电动机。但是在这个外转子上安装磁铁时存在一个问题，采用最开始的永磁铁时，则普遍采用“万能胶”粘贴在外转子的内表面上即可。但是由于被粘贴在外转子上的永磁铁是顺着外转子内表面采用单列排列，最终制成的无刷变频电动机的动率不可能做的很大，目前仅为800W。如果要做大功率的无刷直流变频电机，必须采用很多个同性强磁固定在同一个极面上，由于圆周方向两侧相邻异性强磁铁相吸的吸引力，或圆柱方向同性相排斥的排斥力，仅仅靠“万能胶”是粘贴不住的，并且在粘贴的操作中非常困难，同时在操作过程中，由于吸引力和排斥力的作用容易出现磁铁偏移的现象，最终就导致了电机在旋转中出现涡流或不能达到节能效果。

发明内容

本发明实施例的第一目的是：提供一种无刷直流变频电机，具有功率大、节能的特点。

本发明实施例的第二目的是：提供一种使用无刷直流变频电机的控制系统，机动车在使用所述无刷直流变频电机的控制系统时，可达到功率大、节能环保。

本发明实施例提供的一种无刷直流变频电机，包括励磁绕组的定子和内表面设置有梯形槽的转子；所述梯形槽内排列有多块同性的铷铁硼磁铁；所述定子的外表面安装有带Ω形槽的铁芯，在所述Ω形槽内绕有励磁绕组；并且在所述铁芯或者铁芯Ω形槽之间还安装有霍尔元件。

可选的，所述定子与汽车的后轮的摆臂相连。

本发明实施例提供的一种使用无刷直流变频电机的控制系统，包括微处理器、无刷直流变频电机、电机变频器、显示控制器、电子差速器、车速给定及记忆模块、刹车和方向盘助力控制系统和电池组充电器；所述无刷直流变频电机、电机变频器、显示控制器、电子差速器、车速给定及记忆模块、刹车和方向盘助力控制系统和电池组充电器分别与所述微处理器电相连。

可选的，所述电池组包括车载光伏充电器、外插市电充电器和发动机能量冗余充电器。

可选的，所述显示控制器还连接有LCD显示屏。

可选的，所述LCD显示屏为可触摸的LCD显示屏。

由上可见，应用本发明实施例的技术方案，摒除现有采用永久磁铁磁性不够强的问题，选用磁性强得多的铷铁硼磁铁，取代了现有有刷直流电机的转子部分的励磁绕组，并且所述铷铁硼磁铁随着所述转子转动时并不消耗电能，从而起到了节能的功效。同时，在上述转子内表面设置梯形槽。当在上述梯形槽内安装所述铷铁硼磁铁时，只需将两边带有三角槽的条形铷铁硼磁铁从所述转子内表面设置的梯形槽端口插入，所述铷铁硼磁铁则服服帖帖的固定在所述梯形槽内，不会因为由于圆周方向两侧相邻异性强磁铁相吸的吸引力，或圆柱方向同性相排斥的排斥力而产生任何细小的偏移。同时，在所述定子的外表面上安装有带Ω形槽的铁芯，在所述Ω形槽内绕有励磁绕组，并且在所述铁芯或者铁芯Ω形槽与铁芯Ω形槽之间还安装有霍尔元件，将现有电刷换向变为霍尔元件检测换向，从而实现无接触点的无火花产生的换向操作。由于所述无刷直流变频电机采用的是铷铁硼磁铁，所述铷铁硼磁铁又是由稀土铷材料制成的，结合我国稀土资源的国情来看，是稀土储量大国，因而在研发新一代所述无刷直流变频电机，占领国际市场具有很大优势。同时，所述无刷直流变频电机定子与汽车之间连接固定也不同于现有电动摩托车的电机那样位于左右两个端盖侧，而是通过定子一侧架构在汽车的后轮摆臂上，从而克服了现有混合动力汽车采用前置式内转子电动机的方式，即与发动机共用一个变速器而造成的机械损耗。另外，使用所述无刷直流变频电机的控制系统，包括微处理器、无刷直流变频电机、电机变频器、电子差速器、显示控制器、车速给定及记忆模块、刹车和方向盘助力控制系统和电池组充电器，其中所述微处理器作为控制中心，分别与所述无刷直流变频电机、电机变频器、电子差速器、显示控制器、车速给定及记忆模块、刹车和方向盘助力控制系统和电池组充电器进行通讯连接，同时，所述显示控制器连接有LCD显示屏，提供整个所述无刷直流变频电机控制系统的操作平台。同时所述LCD显示屏还可以优选为可触摸的LCD显示屏，从而直接进行触屏操作。其中，所述电池组包括车载光伏充电器、外插市电充电器和发动机能量冗余充电器；所述车载光伏充电器是设置于汽车顶部的可折叠式太阳能电池板，在有阳光照耀的地方，所述控制系统则自动将所述车载光伏充电器的充电电压调整到稳定的充电电压，从而对电池进行充电；所述外插市电充电器则通过电源线与市电接通进行充电即可；所述发动机能量冗余充电器则利用了汽车在高速（大于60公里/时）行驶时的多余能量，所述将无刷直流变频电机相当于发电机使用，所发电的电压通过所述微处理器进行电压转换，从而达到对电池充电的目的。所述电池组则满足了现今绿色能源的要求，不仅节能，而且环保。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：

图1为本发明实施例提供的一种无刷直流变频电机的侧面剖视图；

图2为本发明实施例提供的一种无刷直流变频电机中转子的局部图；

图3为本发明实施例提供的一种无刷直流变频电机中励磁绕组的工作原理图；

图4为本发明实施例提供的一种无刷直流变频电机中励磁绕组的工作原理图；

图5为本发明实施例提供的一种无刷直流变频电机中励磁绕组的工作原理图；

图6为本发明实施例提供的一种使用无刷直流变频电机的控制系统的结构总框图；

图7为本发明实施例提供的一种使用无刷直流变频电机的控制系统中的转速给定值记忆功能的电路模块；

图8为本发明实施例提供的一种使用无刷直流变频电机的控制系统中电机变频器的电路框图；

图9为本发明实施例提供的一种使用无刷直流变频电机的控制系统中变频器的系统电源的电路图；

图10为本发明实施例提供的一种使用无刷直流变频电机的控制系统中电机变频器转速给定电压的运算放大电路图；

图11为本发明实施例提供的一种使用无刷直流变频电机的控制系统中电子差速器的电路图；

图12为本发明实施例提供的一种使用无刷直流变频电机的控制系统中电机变频器的模块驱动电路图；

图13为本发明实施例提供的一种使用无刷直流变频电机的控制系统中电机变频器的电池欠压保护电路图；

图14为本发明实施例提供的一种使用无刷直流变频电机的控制系统中电机变频器的延时开机电路图；

图15为本发明实施例提供的一种使用无刷直流变频电机的控制系统中电机变频器的三相逆变模块用的尖峰电压吸收电路图；

图16为本发明实施例提供的一种使用无刷直流变频电机的控制系统中两个电机均等输出动力的电路图；

图17为本发明实施例提供的一种使用无刷直流变频电机的控制系统中发动机能量冗余充电器的工作电源电路图；

图18和图19为本发明实施例提供的一种使用无刷直流变频电机的控制系统中发动机能量冗余充电器的斩波用的PWM信号产生与驱动电路图；

图20为本发明实施例提供的一种使用无刷直流变频电机的控制系统中发动机能量冗余充电器的斩波调整与输出电路图；

图21为本发明实施例提供的一种使用无刷直流变频电机的控制系统中车载光伏充电器的电路图；

图22为本发明实施例提供的一种使用无刷直流变频电机的控制系统中外插市电充电器的电源电路图；

图23为本发明实施例提供的一种使用无刷直流变频电机的控制系统中刹车和方向盘助力控制系统的方框原理图；

图24为本发明实施例提供的一种使用无刷直流变频电机的控制系统中刹车和方向盘助力控制系统的电路图。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

实施例：

如图1、图2和图3所示，本发明所示的无刷直流变频电机，包括励磁绕组的定子1和转子2，所述转子2的内表面设置有梯形槽3，所述梯形槽3内安装有铷铁硼磁铁4，只需从端口插入即可。所述铷铁硼磁铁4是以我国丰富的稀土铷为原料制成的，与此前用在有刷直流电机中的永磁铁不一样，所述铷铁硼磁铁的磁性比永磁铁的磁性强的多，如果利用“万能胶”粘贴的方式，则完全无法操作。同时在同一梯形槽3内，排列的铷铁硼磁铁4是同性的，同时在相邻的另一个梯形槽3内排列的同性的铷铁硼磁铁4互为异性。虽然相邻两列梯形槽3内的铷铁硼磁铁4极性是相异的，具有极大的吸引力，但是由于每一块两边带有三角槽的梯形铷铁硼磁铁4都是卡在梯形槽3内的，则即使有再大的吸引力，也被牢牢的固定在梯形槽3内了。在所述定子2的外表面安装有Ω形槽的铁芯11、12、13、14，Ω形槽内绕有励磁绕组。在所述铁芯Ω形槽之间安装有霍尔元件6。所述霍尔元件6是应用霍尔效应的半导体的磁传感器，一般用于电机中测定转子转速，也可以检测磁场及其变化。同时，所述定子1是安装在汽车的后轮处，与现有的电动摩托车的电机则通过通轴架构在左右两侧的支撑架上有区别，而本发明所述的定子1则仅仅与汽车后轮一侧的摆臂相连。

以上为无刷直流变频电机的结构说明，现讲述所述无刷直流变频电机的工作原理，工作原理结合图3、图4和图5。

在图3中，励磁绕组11和励磁绕组13的线圈绕向一致，励磁绕组12和励磁绕组14的线圈绕向一致。当所述励磁绕组11的电流方向使其产生S极时，则励磁绕组13也产生S极，所述励磁绕组12和励磁绕组14则会产生N极，所以励磁绕组11和励磁绕组13与对应的强磁是同性，励磁绕组12和励磁绕组14与对应的强磁也是同性，根据同性相排斥的原理，则使得所述转子2顺时针放向旋转。

在图4中，当相邻的霍尔元件6不发生换向时（有相邻的两个霍尔元件检测到磁极相同时就会反馈到控制系统中，使一个换向逻辑二与门发生改变而换向），则说明检测到的磁极不相同，从而所述励磁绕组11、12、13、14中的电流方向不变，但是所对应的磁极由排斥力大于吸引力变为吸引力大于排斥力。使得所述转子2继续按顺时针放向旋转。

在图5中，当相邻的霍尔元件6发生转向时，即检测到的磁极相同，从而所述励磁绕组11、12、13、14中的电流方向发生改变，并且所述励磁绕组11、12、13、14各自对应的磁极都发生了改变，最终继续使得所述转子2按顺时针方向旋转。

如图6所示，本发明所述的使用无刷直流变频电机的控制系统，包括微处理器7、无刷直流变频电机8、电机变频器9、显示控制器10、电子差速器11、车速给定及记忆模块15、刹车和方向盘助力控制系统14、电池组12，其中电机变频器9有两个，电池组12包括车载光伏充电器121、外插市电充电器122和发动机能量冗余充电器123，其中，所述车载光伏充电器121是安装在汽车顶部的可折叠式太阳能电池板，在有阳光照耀的地方，则所述微处理器7自动将所述车载光伏充电器的充电电压调整到稳定的充电电压，从而对电池充电；所述外插市电充电器122是通过电源线与市电接通后直接充电的充电器，属于国家推崇和扶持的对象；所述发动机能量冗余充电器123则是利用了汽车在大于60公里/时的速度行驶时，所述无刷直流变频电机相当于发电机使用，所发电的电压通过所述微处理器7进行电压转换，从而达到对电池充电的目的。所述电子差速器11，是由方向盘控制的“电子差速”模块（霍尔集成模块），将根据方向盘转向角度值，“电子差速”模块会根据检测到磁场大小而输出不同信号电压，并将所述电压送入微处理器7处理，分别控制左右侧电机变频器9的频率，使左右两侧无刷直流变频电机8（DM1和DM2）分别产生速度差，以适合转向要求。电子差速器11是安装在转向器上的，是根据转向角度而产生电压信号的转换装置。所述显示控制器10还连接有LCD显示屏13，所述LCD显示屏13用来显示行车过程中的各项数据指标，包括系统操作和后视及音乐媒体播放。所述为刹车和方向盘助力控制系统14，为替代发动机真空泵而设计的刹车助力控制系统和方向盘助力控制系统。当用无刷直流变频电机8驱动汽车时，发动机为停机状态，发动机所产真空和方向盘助力用油压也随机消失，所述真空泵刹车助力控制系统14会自动将其切换到由电动真空泵产生的真空管道上去。以替代发动机所产真空。同时，所述方向盘助力控制系统14会自动将其切换到由电动油泵输出的管道上去。以替代发动机所带动的油泵。

以上是对所述使用无刷直流变频电机的控制系统的中各个模块的功能说明，以下为整个所述使用无刷直流变频电机的控制系统的电路图的相关说明。

如图7所示，为所述使用无刷直流变频电机的控制系统电路图中的转速给定值记忆功能的电路模块。由脚踏油门电子模块输出的电压信号，由插座CN8的1脚和2脚经二极管D17输入到电解电容器C4的正极上进行储存。设计目的是当给定速度暂时达到要求时，踩油门的脚可以收回，或作刹车准备。以防止因长期踩踏造成脚疲劳。当脚踩刹车时，刹车开关接通，储存在电解电容器C4上的电压信号，会通过二极管D18、输出端OUT/02到插座CN10与公共地线短路。转速给定值及记忆功能消失。再踏油门时，转速给定值及记忆功能恢复。

如图10所示，为所述使用无刷直流变频电机的控制系统电路图中的左右侧电机变频器9转速给定电压的运算放大电路。结合图7，在图7中的电压信号通过输出端OUT/01，输入到图10的IN/01端上。然后通过R5和R7分别进入运算放大器N1C和运算放大器N1D上进行运算放大处理，处理后的电压信号各自通过输出端分别输出到稳压二极管Z1和稳压二极管Z2进行过电压保护，然后再分别通过插座CN5和插座CN6输入到左右侧电机变频器9电路中（与电路中的PWM变频信号产生电路连接）。

如图11所示，为所述使用无刷直流变频电机的控制系统电路图中的电子差速器11电路图，来自方向盘控制系统的两个“电子差速”模块，分别通过插座CN7的2脚和4脚进入运算放大器N1A和运算放大器N1B的正门极端进行运算放大处理。R23、R24、C1、C2构成滤波器。在方向盘处在正中位置时，运算放大器N1C与运算放大器N1D正门极的电压和运算放大器N1A、运算放大器N1B相等。比如：当方向盘向左边转向时，来自方向盘控制系统左边的“电子差速”模块输出的电压信号会根据方向盘转角变大而电压变小，运算放大器N1A正门极端的电压会低于图7的OUT/01的输出电压，N1D正门极上的电压会通过IN/04端流向OUT/04端，通过二极管D7正极流进N1A输出端。最终使N1A输入端电压与输出端电压达到平衡，于是，N1D输出端上电压与N1A输出端电压相等，N1D输出端的电压低于N1C输出端的电压。于是左侧电机变频频率也低于右侧电机变频频率，从而达到了差速的目的。

电机变频器9电路，如图8所示，为所述使用无刷直流变频电机的控制系统电路图中的电机变频器9的电路框图。其中PWM为变频器的三相脉宽可调制的电压信号，通过外部“转速给定电压”（图10）的给定电压可实现连续的由低频率到高频率调整。

电机变频器9的系统电源的电路图如图9所示，其中开关电源脉宽调制电路是由3845专用芯片设计的。它是将高压直流电通过“脉宽调制”的过程实现降压和稳压，然后通过高频变压器B5的耦合，可以产生六组不同功率和不同电压并且稳定的系统直流电源。其中D5至D12为快恢复二极管，对各组的高频交流电压进行整流。然后分别通过C24至C40进行滤波。最终通过CN0、CN1、CN3分别输入到变频器模块驱动电路、PWM变频信号产生电路、微处理器电路中。其中N5为三端稳压器，Z4为稳压二极管，是为系统提供的二次稳压电源。

电机变频器9的模块驱动电路如图12所示，来自PWM变频信号通过光耦N7输入到插座CN5模块接口中。光耦N7起到前后极电源隔离作用（信号由光线传输），C28、C29为电源滤波器，R41为偏置电阻，N13为模块短路时的信号反馈耦合器，通过它将短路信号反馈到保护电路中。本电路共有六个，分别驱动A、B、C相。

电机变频器9的电池欠压保护电路如图13所示，当电池电压下降到下限值时，光耦N1发光二极管熄灭，由R5输送给C1的电压因光耦关闭而断开。比较器N2A正门极电压为零，则负门极的电压大于正门极电压，此时比较器N2A输出端为对地短路状态，同时将来自“模块驱动电路”的“PWM变频信号”给短路掉，从而模块迅速停止工作。

电机变频器9的延时开机电路如图14所示，当汽车钥匙开关起动后，来自系统电源+12V电压经R9缓慢输入到电解电容C3正极上，电解电容C3正极端上的电压也在缓慢上升，当比较器N2B正门极电压上升到大于负门极时，比较器N2B输出高电平电压，电压通过R12送给光耦N3，光耦N3随机被打开。由电池上的电压经R14、R13降压后，流经光耦开关端至Q1的栅极上，Q1被打开（导通）。电池电压经继电器K1励磁线圈到达Q1的漏极端，再通过原极入地，则继电器开始吸合，整个控制系统开始工作。此延时开机的目的是为了减小瞬间开机带来的电容充电过程产生的电流冲击。图中C5、Z2是对Q1栅极稳压。

电机变频器9的三相逆变模块用的尖峰电压吸收电路，如图15所示，当三相逆变模块工作在高频开关状态下，由于电机绕组的电感作用，会在电池正负极瞬间产生很高尖峰脉冲电压，如是不采取应对措施，会对逆变模块构成击穿威胁。由R1、D1、C1组成的尖峰吸收电路，分别连接在三相模块的最近处，起到吸收尖峰的作用。工作原理如下：当尖峰电压来到时，瞬间的高压会通过快恢复二极管D1对高压电解电容器C1充电，等到尖峰结束后，由于充到高压电解电容器C1上的尖峰电压作用，瞬时会大于电池上的电压，于是这个电压会通过R1的降压处理后再反馈到电池上去。从而起到节能降耗作用。由于高压电解电容器C1的容量是根据尖峰占空比大小设计的，对吸收尖峰效率很高。

如图16所示，为所述使用无刷直流变频电机的控制系统电路图中的两个电机均等输出动力的电路图。由总电流传感器CN1输入的信号（左侧电机电流与右侧电机电流的和），分别通过R10、R11输入到比较器N3A、比较器N3B的负门极上，与来自左侧电机电流传感器CN2输入的信号和来自右侧电机电流传感器CN3输入的信号，分别进行比较。如果比较结果为左侧电机电流小于总电流传感器的二分之一电流值时（即左侧电机电流小于右侧电机电流时，比较器N3A的正门极电流信号小于负门极电流信号），比较器N3A将输出低电位。于是，来自图10中的运算放大器N1C正门极的电压会通过R18被比较器N3B吸收。吸收多少因R18而决定。运算放大器N1C正门极的电压会因部分吸收而降低，而右侧电机也会因此而降低转速而减小电流。周而复始，最终使所述左右两个无刷直流变频电机的电流达到平衡，其输出动力相等。

所述发动机能量冗余充电器123包括工作电源电路、斩波用的PWM信号产生与驱动电路、斩波调整与输出电路。其中工作电源电路如图17所示，来自无刷直流变频电机DM发出的交流电压，经过D1~D6三相整流后，得到一个150V~250V范围的直流电压。如果这个直流电压达到150V以上时，直流继电器K1开始工作（直流继电器K1工作电压范围为150V~250V），同时通过直流继电器K1的常开触点开关分别输入到“斩波调整与输出电路”上和本电源的“PWM脉宽调制电路”上。PWM脉宽调制电路得到这个电压后开始工作，并在输出端分别输出+24V、+15V、-15V、+12等多个电压的电源。电路中B1为高频变压器，D10~D13为快恢复二极管，N2为三端稳压器。C13~C20为滤波电容。斩波用的PWM信号产生与驱动电路，如图18和图19所示，当无刷电机DM输出的电压达到一定值后，该充电器就开始工作。首先电压通过R31、R32进行分压，然后将分压值输入到比较器N4B的负门上与正门极电压进行比较，如果结果是负门上电压高于正门极时，比较器N4B将输出低电平电压，PWM信号电路将开始工作。工作信号将通过D18和D19输入到光耦N3的输入端，然后再通过R24、R25输入到“斩波调整与输出电路”上的Q2和Q3栅极上。图中R30、R33为给定电压的分压，R34为反馈电阻。电路中由R39、R40、W1、R38组成的充电稳压给定电路，和由R44、R45、R46、R47组成的稳压反馈电路，分别输入到“PWM信号电路”中的比较器中进行处理。然后根据发电机输入电压的变化进行稳压控制，即自动调整PWM脉冲宽度。N6B为限制充电电流的电路，以防止初始充电时电流过大，起到保护电池的作用。首先由R54、R55、R56、W2组成的给定值输入到N6B（比较器）的正门极上，然后，通过R23串联到输出线路上所产生的电压降（如图20所示），经R53输入到N6B（比较器）的负门极上，比较结果：如果是负门电压大于正门电压时（输出电流大时），N6B将输出低电平值，PWM中的电流控制信号经D21被吸收。其结果将改变PWM脉冲宽度以降低电流输出。N6A为电池充电电压极限保护电路，以防止电池过度充电（限制充电电压最大值，到值即停）。电路中：R41、R42、R43组成的极限保护给定值，与N6A的正门极连接，由R44、R45、R46、R47组成的充电输出电压采样值与N6A的负门极连接，由于R46、R47连接充电电压的负极端，充电电压越高时，它的采样值就越低。假如电池充满后，其充电输出电压采样值会小于极限保护给定值，N6A将输出高电平值，结果会通过D22将比较器N4A负门极上电压提高，如图19所示。N4A将输出低电平，晶体三极管Q4将截止，继电器K2A将断开。N4A电路中，R26、R27、C25为上电延时电路，在开始充电电压不正常时，K2A应当断开。经电容C25充电结束后，R27上的电压为接近零伏，N4A正门极电压大于负门极电压而输出高电平，Q4导通，K2A继电器吸合，可开始对电池进行充电。

发动机能量冗余充电器123的斩波调整与输出电路，如图20所示，无刷电机DM发出的电压经过D1~D6三相整流后，输入到F1（快速熔断器）上，当Q2、Q3有PWM信号输入时，Q2、Q3会交替导通，来自F1上电压会通过Q2、Q3开关作用，在B2上形成高频电感，由于电感的储能作用和C23的存在，所以会在R23端上得到一个很好的稳压效果。电路中：R21为放电电阻，C21、C23、C24为滤波电容，C22、R22、D14为Q2和Q3的消尖峰电路。D15、D16为Q2和Q3的续流二极管，R23为输出电流采样。

如图21所示，为所述使用无刷直流变频电机的控制系统电路图中的车载光伏充电器121的电路图。车载光伏充电器为低电压输入高电压输出的特点。并且要求有较宽的稳压范围。一般在早晨8点钟以后或下午5点以前，可以使用太阳能电池充电，但是随着太阳位置的变化和天气变化，太阳能电池板输出的电压波动也非常大。这就要求充电器电路要有较大的稳压范围和较高的输出效率。本电路采用带有隔离变压器的开关电源做充电器。电路中：PWM脉宽调制芯片N1、C9、C10、C11、C12和R9、R10、W1等组成的PWM脉宽调制信号产生电路。当太阳能电池板上的电压达到K1继电器吸合用的电压值时，继电器吸合，太阳能电池板电压通过R1降压后为N1提供了开机电源，N1也开始工作，这个电源又通过R2和继电器常开触点输送到Q3的集电极上，Q3和Q4将根据来自R6、D3的PWM信号作放大工作。放大后的PWM信号由R4和R7分别输入到Q1与Q2的栅极上，由Q1和Q2做功率放大，并在B1上产生电磁感应，这个过程可将初级线圈的能量感应到次级线圈上，可在次级线圈中得到不同的电压值。D6为快恢复二极管，来自B1次级N5线圈中的高频电压经过D6整成直流电压，再经过C14滤波后经D7输出到电池的正极电池插座CN1上。电路中，C16、C17、R19、R20、R13、R14、R17、W2、可控硅Q5（一种可触发导通的半导体元件）、和N2为充电稳压电路。当充电输出端的电压过高时，Q5控制极上的电压刚好使Q5触发导通（通过调整W2实现刚好的值），来自稳压二极管Z4端的电压，将通过R18输入到N2的发光二极管上，N2也开始导通，PWM脉宽调制芯片上的“控制端”上的电压被N2导通所拉低，PWM脉宽调制芯片会立刻调整脉冲宽度，使Q1、Q2导通时间变短，因此，高频变压器上的能量也将随机下降，次级上所感应的电压也随机下降。反之，侧上升。最终达到输出电压稳定目的。电路中：W1为过电流保护值调整。D1、R5、C7、C22为Q1、Q2工作尖峰吸收电路，N3A为充电状态指示电路，B2为滤波电感。

如图22所示，为所述使用力矩电机的控制系统电路图中的外插市电充电器122的电路图，该电路与“发动机能量冗余充电器”原理是基本相同的。所不同的是为充电器提供工作电源的电路，因为在汽车行驶中没有市电为其提供工作电源，所以在“发动机能量冗余充电器”中只能使用以“开关电源”为首选方案。本电路是以市电为能源的充电电路，为了简化结构，提高工作效率，我们采用工频隔离变压器为充电器提供工作电源。电路中：B1为隔离变压器，通过CN1插座接入市电，可在三个次级上感应相应的交流电压，然后再通过二极管整流、稳压得到工作电路所需要的电压。N3为三端稳压器，是为散热的风扇提供的电源，S1是温度开关，当温度达到一定值后风扇才开启。R6、R7为稳压限流电阻，Z1、Z2为稳压二极管。通过D8、D9流和C7、C8、C9、C10、C11、C12的滤波，可分别输出+15V和-15V电源。D4、D5、D6、D7为桥式整流电路，通过C5、C6的滤波，可得到一个随市电变化的电压保护采样电路。

图23为所述电动真空泵制动刹车助力控制系统14与电动油泵方向盘助力控制系统的方框原理图，为替代发动机真空泵而设计的刹车助力控制系统和方向盘助力控制系统。当用无刷直流变频电机8驱动汽车时，发动机为停机状态，发动机所产真空也随机消失，所述真空泵刹车助力控制系统会自动将其切换到由电动真空泵产生的真空管道上去。以替代发动机所产真空。同时，所述方向盘助力控制系统会自动将其切换到由电动油泵输出的管道上去。以替代发动机所带动的油泵。

图24为所述刹车和方向盘助力控制系统14的电路原理图，为替代发动机真空泵和发动机上的油泵而设计的制动刹车助力控制系统和方向盘助力控制系统。电路中，由来自微处理器输入的开机信号，通过R1输入到Q1的栅极上，Q1导通，来自电池组上的正极电压将通过F1（快速熔断器）、K1（直流继电器）、Q1（场效应三极管）与电源负极构成回路。K1吸合，电池组上的正极电压会通过K1开关输送到直流变频器上去。同时，电池组上的正极电压也会通过K1、R3输送到N1三端稳压模块上去，经过该模块会将电池组的高电压调整到运算放大器所需要的电压。这时，运算放大电路N2得到了工作电压开始工作。同时该工作电压经R6、W1给C5充电，由于R6与W1的限流作用，对C5的电量充足需要一定的时间，因此，运算放大电路N2正门极上电压也会因C5上的电量慢慢上升而上升。同时，运算放大电路N2输出端上的电压也会随着正门极上电压上升而上升。这时，直流变频器也会根据N2慢慢上升的电压而慢慢的改变所提供助力系统电动机的工作电压频率，而使助力系统电动机由零开始慢慢转动起来。设计目的是防止开机时电动机启动时的大电流对直流继电器和控制系统的冲击。电路中的R2、C1为来自微处理器信号的滤波作用，D1为直流继电器的续流二极管。C2、C3、C4为运算放大器工作电压的滤波器。W1用来调整启动时间的。LED1、LED2为工作状态的指示灯。MG1为刹车和方向盘助力控制系统14的电动机。

以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种无刷直流变频电机，其特征在于：

包括励磁绕组的定子和内表面设置有梯形槽的转子；

所述梯形槽内排列有多块同性钕铁硼磁铁；

所述定子的外表面安装有带Ω形槽的铁芯，在Ω形槽内绕有励磁绕组，并且在所述铁芯Ω形槽之间还安装有霍尔元件；

所述定子与汽车的后轮的摆臂相连。

2.一种使用如权利要求1所述的无刷直流变频电机的控制系统，其特征在于：

包括微处理器、无刷直流变频电机、电机变频器、显示控制器、电子差速器、车速给定及记忆模块、刹车和方向盘助力控制系统和电池组充电器；

所述无刷直流变频电机、电机变频器、显示控制器、电子差速器、车速给定及记忆模块、刹车和方向盘助力控制系统和电池组充电器分别与所述微处理器电相连。

3.根据权利要求2所述的使用无刷直流变频电机的控制系统，其特征在于：

所述电池组包括车载光伏充电器、外插市电充电器和发动机能量冗余充电器。

4.根据权利要求3所述的使用无刷直流变频电机的控制系统，其特征在于：

所述车载光伏充电器为设置于汽车顶部的可折叠式太阳能电池板。

5.根据权利要求4所述的使用无刷直流变频电机的控制系统，其特征在于：

所述显示控制器还连接有LCD显示屏。

6.根据权利要求5所述的使用无刷直流变频电机的控制系统，其特征在于：

所述LCD显示屏为可触摸的LCD显示屏。