CN106655965A - 一种开关磁阻电机硬件控制装置 - Google Patents

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陈忠胜
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Abstract

本发明公开了新能源动力控制技术领域的一种开关磁阻电机硬件控制装置，包括功率变换电路、信号调制驱动电路、能量回馈电路和同步控制电路，所述开关磁阻电机硬件控制装置功率变换电路与开关磁阻电机硬件控制装置所控制的开关磁阻电机的每个绕组分别至少连接有一组开关元件和至少一组续流元件，所述能量回收利用装置串联在开关磁阻电机绕组供电电路上，本发明采用单独的能量回收利用装置，对电机每相绕组退磁时能量进行回收，提高电机输出功率；电机每相绕组只有一根导线与控制器相连，减少了连接导线，减少了工人制作的工作量，进一步降低产品制作成本，同时让用户使用起来更简单方便。

Description

一种开关磁阻电机硬件控制装置
技术领域
本发明涉及新能源动力控制技术领域，具体为一种开关磁阻电机硬件控制装置。
背景技术
随着社会的不断进步，工农业生产不断发展，用于各种动力设备的驱动电机也在不断的更新换代。尤其是新能源汽车的不断发展，这些动力设备所使用的电动机由直流有刷电机到直流无刷电机再到变频电机、最后发展到开关磁阻电机。在以上所有电机中，开关磁阻电机具有诸多优点：结构坚固简单，价格低廉；抗干扰能力强，调速范围宽，控制灵活方便，可缺相运行，容错能力强等。同时，该电机启动电流小，启动力矩大，可靠性高，工作效率高等优点。但是，控制开关磁阻电机工作的硬件控制电路与其他电机相比却有很多缺点，现有开关磁阻电机控制器用料相对多、体积相对大、制作相对困难、价格相对高、高速运转时功率输不出来、连接复杂等。因此，尽管开关磁阻电机有诸多优点，但是开关磁阻电机及控制器总成本还是大于直流无刷电机以及变频电机，用户还是很难接受，为此，我们发明了一种开关磁阻电机硬件控制装置投入使用以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种开关磁阻电机硬件控制装置，以解决上述背景技术中提出的开关磁阻电机控制器用料相对多、体积相对大、制作相对困难、价格相对高、高速运转时功率输不出来、连接复杂的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种开关磁阻电机硬件控制装置，包括功率变换电路、信号调制驱动电路、能量回馈电路和同步控制电路，所述开关磁阻电机硬件控制装置功率变换电路与开关磁阻电机硬件控制装置所控制的开关磁阻电机的每个绕组分别至少连接有一组开关元件和至少一组续流元件，所述开关元件与其所控制的开关磁阻电机绕组串联，并受信号调制驱动电路控制，所述开关元件的另一端与开关元件电源供电电路电性连接，所述续流元件与续流元件所控制的开关磁阻电机绕组串联，所述能量回馈电路电性联接有能量回收利用装置，所述能量回收利用装置串联在开关磁阻电机绕组供电电路上。
优选的，所述开关元件Q1、Q2、Q3为MOS管或IGBT中一种，所述续流元件D1、D2、D3为肖特基二极管。
优选的，所述信号调制驱动电路为光电耦合器U1和推挽放大电路Q5、Q8、Q6、Q9、Q7、Q10组成。
优选的，所述能量回收利用装置C为电容器或电容组。
优选的，所述能量回收利用装置C为电池或电池组。
优选的，所述能量回收利用装置C为耗能设备，且耗能设备为电加热设备或电制冷设备。
优选的，所述能量回收利用装置C与开关磁阻电机绕组之间串接有倍压开关元件Q11。
优选的，所述倍压供电开关元件Q11为MOS管或IGBT中的一种。
优选的，所述倍压供电开关元件Q11受控制，所述倍压供电开关元件Q11控制信号由同步控制电路提供。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明开关磁阻电机硬件控制装置由于串联在每个绕组的只有一开关元件和一个续流元件，因此，节省了原材料成本，每相绕组只接有一组易损的开关元件和续流元件，既便于元件的布局设计，利于生产，降低生产成本，又缩小了产品体积，减轻了产品重量，本发明由于采用单独的储能元件(能量回收利用装置)，对电机每相绕组关断时能量进行回收，续流工作时，由于较高的反向电压，绕组的相电流也会迅速降低。励磁时，单独储能元件(能量回收利用装置)两端电压与电源电压叠加起来为电机相绕组供电，使得相电流迅速增大，提高电机输出功率，本发明开关磁阻电机控制器由于每相绕组只连接有一组开关元件和续流元件，因此，电机每相绕组只有一根导线与控制器相连，减少了连接导线，减少了工人制作的工作量，进一步降低产品制作成本，同时让用户使用起来更简单方便，其结构坚固简单，价格低廉，抗干扰能力强，调速范围宽，控制灵活方便，可缺相运行，容错能力强，同时，还具有电机启动电流小，启动力矩大，可靠性高，工作效率高等优点。
附图说明
图1为本发明电气原理图。
图2为本发明能量转换装置实施例二电气原理图；
图3为本发明能量转换装置实施例三电气原理图。
图中：1功率变换电路、2信号调制驱动电路、3能量回馈电路、4同步控制电路。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种开关磁阻电机硬件控制装置，包括功率变换电路1、信号调制驱动电路2、能量回馈电路3和同步控制电路4，所述开关磁阻电机硬件控制装置功率变换电路1与开关磁阻电机硬件控制装置所控制的开关磁阻电机的每个绕组分别至少连接有一组开关元件和至少一组续流元件，所述信号调制驱动电路2开关元件与开关磁阻电机绕组串联，并受信号调制驱动电路2控制，所述开关元件的另一端与开关元件电源供电电路电性连接，所述续流元件与续流元件所控制的开关磁阻电机绕组串联，所述能量回馈电路3电性连接有能量回收利用装置，所述能量回收利用装置串联在开关磁阻电机绕组供电电路上。
其中，所述开关元件Q1、Q2、Q3为MOS管或IGBT中一种，所述续流元件D1、D2、D3为肖特基二极管，所述信号调制驱动电路2为光电耦合器U1和推挽放大电路Q5、Q8、Q6、Q9、Q7、Q10组成，所述能量回收利用装置C为电容器或电容组，所述能量回收利用装置C为电池或电池组，所述能量回收利用装置C为耗能设备，且耗能设备为电加热设备或电制冷设备，所述能量回收利用装置C与开关磁阻电机绕组之间串接有倍压开关元件Q11，所述倍压供电开关元件Q11为MOS管或IGBT中的一种，所述倍压供电开关元件Q11受控制，所述倍压供电开关元件Q11控制信号由同步控制电路4提供。
工作原理：L1、L2和L3表示三相开关磁阻电机A、B和C三相电机线圈绕组，Q1、Q2和Q3表示与A、B和C三相电机线圈绕组相对应的开关元件，它们构成了功率变换电路1，D1、D2和D3表示与A、B和C三相电机线圈绕组相对应的续流元件，它们和能量回收利用装置C(储能电容)、隔离二极管D4，以及Q11、T1、D5、R5为倍压供电开关元件共同组成了能量回收利用电路，U1及Q5、Q6、Q7、Q8、Q9和Q10构成信号调制驱动电路2。以A相为例，由光电耦合器U1为三相驱动信号提供PWM调制信号，R2、Q5、Q8组成推挽驱动电路驱动功率元件Q1，光耦合器U1的输入端与小信号控制电路输出的PWM信号连接，输出端一方面为R2、Q5、Q8组成推挽驱动电路提供电源，另一方面经同步控制电路4中T1为Q11提供开关信号，同时，Q5、Q8的基极电性连接有来自信号处理器处理过的A相驱动信号。当A相初始驱动信号为高电平时，且U1输出高电平时，T1初级得电，次级输出信号电压经D5整流后供给Q11，Q11导通。此时，由于能量回收利用装置储能电容C两端电压为0，Q1、能量回收利用装置C被D4短路，电源BT经D4为电机绕组供电。同时，Q5、Q8组成的推挽驱动电路射级输出为高电平，Q1导通，A线圈绕组得电产生磁场，该磁场吸引电机转子转动一个角度。当U1输出低电平时，Q5、Q8组成的推挽驱动电路失电，射级输出低电平，Q1、Q11均截止，电机线圈L1断电。这时，流过电机线圈L1电流不能突变，还残留通电时产生的感应电流，需要释放。当Q1Q11均截止时，电机线圈L1、续流元件D1、储能元件C、隔离二极管D4等组成强续流回路，线圈L1的电能迅速释放,电能储存在能量回收利用装置C中。当A相驱动信号再次为高电平时，且U1输出高电平时，T1初级得电，次级输出信号电压经D5整流后供给Q11，Q11导通。此时，由于能量回收利用装置储能电容C两端有电压，二极管D4反偏截止，电源UBT+UC为电机绕组供电。A相线圈绕组得到更高电压产生磁场，该磁场吸引电机转子再转动一个角度，由于供电电压相对高，流过绕组电流相对大，电机输出功率提高。当U1输出低电平时，Q5、Q8组成的推挽驱动电路失电，射级输出低电平，Q1截止，电机线圈L1断电。U1输出低电平同时，T1失电，Q11截止。这时，电机线圈L1、续流元件D1、储能元件C二极管D4等组成强续流回路，线圈L1的电能迅速释放。同时把电能储存在能量回收利用装置C中。如此周而复始，直到电机转子转动足够角度，A相磁阻最小，此时，A相驱动信号为低电平，Q5、Q8的基极为低电平，Q1完成一个周期中高电平部分而截止。直到下一个高电平的到来。当B相、C相工作时，原理与A相相同。
请参阅图2，本发明还提供了另一种实施例：将能量回收利用装置C改为蓄电池BT1，电机各相绕组断开时，绕组能量储存在电池中，当电机需要输出大功率时，比如电动车辆在启动、上坡、或高速运行时，断开S,控制器仍如前述以倍压工作。这样可以适应各种不同工况。
请参阅图3，本发明提供了第三种实施例：把能量回收利用装置C换成耗能设备，比如冬天换成电制热设备电阻R。当电机不需要更高功率输出时，闭合开关S，开关元件Q11栅极无驱动信号，处于断开状态，此时，电源BT经D4为电机绕组供电。当A相初始驱动信号为高电平时，且U1输出高电平时，Q5、Q8组成的推挽驱动电路射级输出为高电平，Q1导通，A线圈绕组得电产生磁场，该磁场吸引电机转子转动一个角度。当U1输出低电平时，Q5、Q8组成的推挽驱动电路失电，射级输出低电平，Q1截止，电机线圈L1断电。这时，流过电机线圈L1电流不能突变，还残留通电时产生的感应电流，需要释放。当Q1截止时，电机线圈L1、续流元件D1、能量回收利用装置电阻R等组成强续流回路，线圈L1的电能迅速释放。电能在耗能电阻上被转换成热能。如此周而复始，直到电机转子转动足够角度，A相磁阻最小，此时，A相驱动信号为低电平，Q5、Q8的基极为低电平，Q1完成一个周期中高电平部分而截止。直到下一个高电平的到来。当B相、C相工作时，其工作原理与A相相同。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种开关磁阻电机硬件控制装置，包括功率变换电路(1)、信号调制驱动电路(2)、能量回馈电路(3)和同步控制电路(4)，其特征在于：所述开关磁阻电机硬件控制装置功率变换电路(1)与开关磁阻电机硬件控制装置所控制的开关磁阻电机的每个绕组分别至少连接有一组开关元件和至少一组续流元件，所述开关元件与其所控制的开关磁阻电机绕组串联，并受信号调制驱动电路(2)控制，所述开关元件的另一端与开关元件电源供电电路电性连接，所述续流元件与续流元件所控制的开关磁阻电机绕组串联，所述能量回馈电路(3)电性连接有能量回收利用装置，所述能量回收利用装置串联在开关磁阻电机绕组供电电路上。
2.根据权利要求1所述的一种开关磁阻电机硬件控制装置，其特征在于：所述开关元件Q1、Q2、Q3为MOS管或IGBT中一种，所述续流元件D1、D2、D3为肖特基二极管。
3.根据权利要求1所述的一种开关磁阻电机硬件控制装置，其特征在于：所述信号调制驱动电路(2)为光电耦合器U1和推挽放大电路Q5、Q8、Q6、Q9、Q7、Q10组成。
4.根据权利要求1所述的一种开关磁阻电机硬件控制装置，其特征在于：所述能量回收利用装置C为电容器或电容组。
5.根据权利要求1所述的一种开关磁阻电机硬件控制装置，其特征在于：所述能量回收利用装置C为电池或电池组。
6.根据权利要求1所述的一种开关磁阻电机硬件控制装置，其特征在于：所述能量回收利用装置C为耗能设备，且耗能设备为电加热设备或电制冷设备。
7.根据权利要求1所述的一种开关磁阻电机硬件控制装置，其特征在于：所述能量回收利用装置C与开关磁阻电机绕组之间串接有倍压开关元件Q11。
8.根据权利要求1或7所述的一种开关磁阻电机硬件控制装置，其特征在于：所述倍压供电开关元件Q11为MOS管或IGBT中的一种。
9.根据权利要求1所述的一种开关磁阻电机硬件控制装置，其特征在于：所述倍压供电开关元件Q11受控制，所述倍压供电开关元件Q11控制信号由同步控制电路(4)提供。
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