CN109245343A - 一种电动车用电机驱动系统以及电动车 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电动车用电机驱动系统以及电动车,所述电机驱动系统包括三相交流电机和用于三相交流电机控制的控制器组,三相交流电机的定子采用2个或2个以上的绕组单元,三相交流电机为永磁电机;控制器组包括与各绕组单元分别对应电连接的电机驱动器单元,各电机驱动器单元用于对与其对应的绕组单元进行运行控制;其中,控制器组将各电机驱动器单元的运行状态进行集中协调管理控制;各电机驱动器单元分别包括电连接的电池和控制器;本发明有效改善了目前电动车在中大功率市场上存在的性能不可靠、成本低的技术瓶颈,可以有效推进在以中低成本的前提下实现更高功率兼高性能的未来电动车市场发展进程。

Description

一种电动车用电机驱动系统以及电动车
技术领域
本发明属于电动机领域,具体涉及了一种电动车用电机驱动系统以及电动车。
背景技术
正如公开号为CN102497055A的中国发明专利申请在其背景技术记载:传统电机,特别是中、大功率电机,作为电机驱动系统的重要组成,在实际应用中一般采用单个大容量电源驱动器直接驱动电机,或采用多个小容量驱动器并行驱动电机,就是将多路小容量驱动器组合为一个大容量驱动器;驱动器可直接与电机连接,结构简单,但由于传统电机均是单套绕组结构,大容量驱动器和传统电机在复杂应用环境下,两者可靠性均有不同程度降低,系统运行过程中绕组或驱动器任何一个出现问题,则会出现系统瘫痪,完全不能工作;而采用各个小容量驱动器需要通过电抗网络与电机连接,结构复杂,在复杂应用环境下可靠性不高,特别是电机如出现问题,系统便完全不能工作。因此,现有的中、大功率电机的电机驱动系统可靠性低,成本高。
为了解决以上技术问题,公开号为CN102497055A的中国发明专利申请提出了在电机定子上并行绕设多套绕组,各套功能绕组外部均连接对应的驱动器或由交流电源供电,并均可独立工作使电机正常运转。
然而,申请人发现该采用在定子内设置多套功能绕组的设计使得绕线工艺复杂,在定子槽内同时设置多套绕组,对于定子槽的绝缘要求很高,绝缘容易失效而造成线圈短路问题,这对于定子结构的制造要求高,电机可靠性差。
还要需要特别指出的是,CN102497055A采取多个小容量驱动器分别控制各套功能绕组,虽然一定程度上解决了采用大容量驱动器(单个或多个小容量组合而成)存在不可靠,成本高的问题,然而本申请人发现由于采用了多个驱动器,进而会导致各驱动器之间的相关参数差异或部分元件发生故障,进而导致整个驱动系统控制失效或不受控制的情况发生,容错率差,而且将该技术应用于电动车领域时,各个驱动器的电池由于存在差异而难以实现统一充电管理,因此,该技术也无法在电动车领域中进行应用;
由于以上技术问题的存在,导致CN102497055A公开的技术存在着较多技术瓶颈而未得到实际应用实施,因而中、大功率电机一直采用大容量驱动器的现状仍然并未得到实际改善,这显然与追求在以中低成本的前提下实现更高功率兼高性能的未来电动车市场发展方向是违背的,因此市场非常急迫地需要解决以上技术问题。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于提供一种电动车用电机驱动系统以及电动车,有效改善了目前电动车在中大功率市场上存在的性能不可靠、成本低的技术瓶颈,可以有效推进在以中低成本的前提下实现更高功率兼高性能的未来电动车市场发展进程。
本发明采用的技术方案如下:
一种三相交流电机,所述三相交流电机的定子具有3×n倍数的定子槽,n为大于0且非1的正整数;所述定子槽是由每两个相邻的定子齿形成;其中,所述定子包括2个或2个以上的绕组单元,各所述绕组单元分别绕设在不同的所述定子齿上;各所述绕组单元分别与其各自对应的电机驱动器单元电连接,所述各电机驱动器单元用于对与其对应电连接的所述绕组单元进行运行控制。
优选地,所述三相交流电机为永磁电机或电励磁电机。
优选地,所述定子至少包括第一绕组单元和第二绕组单元,其中,所述第一绕组单元的三相相线与其对应的所述第二绕组单元的三相相线的相位差均等于0。
优选地,所述定子至少包括第一绕组单元和第二绕组单元,其中,所述第一绕组单元的三相相线与其对应的所述第二绕组单元的三相相线的相位差不等于0。
优选地,所述第一绕组单元的三相相线与其对应的所述第二绕组单元的三相相线的相位差大于0,且小于或等于60°。
优选地,各所述绕组单元采用星形接法或三角形接法。
优选地,所述三相交流电机的输出功率范围为120W-150KW,各所述绕组单元的输入电流范围为1-1000A。
优选地,各所述绕组单元磁通量均相等。
优选地,所述三相交流电机通过增加各所述绕组单元的匝数用于保持所述电机采用单个绕组单元时的磁通量,所述电机驱动器单元的容量=所述电机采用单个绕组单元所采用电机驱动器的容量/所述绕组单元的数量。
优选地,所述定子至少包括第一绕组单元和第二绕组单元,其中,所述第一绕组单元和所述第二绕组单元磁通量不相等。
本发明还提出了一种中大功率装置用三相交流电机,所述三相交流电机的定子具有3×n倍数的定子槽,n为大于0且非1的正整数;所述定子槽是由每两个相邻的定子齿形成;其中,所述定子包括2个或2个以上的绕组单元,各所述绕组单元分别绕设在不同的所述定子齿上;各所述绕组单元分别与其各自对应的电机驱动器单元电连接,所述各电机驱动器单元用于对与其对应电连接的所述绕组单元进行运行控制;所述中大功率装置的输入功率不小于1KW。
优选地,所述中大功率装置的输入功率不小于2KW。
优选地,所述中大功率装置为电动车,所述电动车的输入功率范围为1KW-150KW。
优选地,所述电动车为电动摩托车或电动两轮车或电动三轮车或电动四轮车。
优选地,所述中大功率装置为电梯,所述电梯的输入功率范围为3KW-50KW。
优选地,所述三相交流电机为永磁电机或电励磁电机。
优选地,所述定子至少包括第一绕组单元和第二绕组单元,其中,所述第一绕组单元的三相相线与其对应的所述第二绕组单元的三相相线的相位差均等于0。
优选地,所述定子至少包括第一绕组单元和第二绕组单元,其中,所述第一绕组单元的三相相线与其对应的所述第二绕组单元的三相相线的相位差不等于0。
优选地,所述第一绕组单元的三相相线与其对应的所述第二绕组单元的三相相线的相位差大于0,且小于或等于60°。
优选地,各所述绕组单元采用星形接法或三角形接法。
本发明还提出了一种电机驱动系统,包括三相交流电机和用于所述三相交流电机控制的控制器组,所述三相交流电机的定子采用2个或2个以上的绕组单元;所述控制器组包括与各所述绕组单元分别对应电连接的电机驱动器单元,所述各电机驱动器单元用于对与其对应的所述绕组单元进行运行控制;其中,所述控制器组将各所述电机驱动器单元的运行状态进行集中协调管理控制。
优选地,所述控制器组至少包括第一电机驱动器单元和第二电机驱动器单元,其中,所述第一电机驱动器单元和第二电机驱动器单元之间进行双向数据通信连接,其中,所述双向数据通信连接包括发送数据通信连接和接收数据通信连接。
优选地,所述控制器组还包括分别与所述各电机驱动器单元连接的总控制器,所述总控制器对所述各电机驱动器单元的运行状态进行集中协调管理控制;所述总控制器与所述各电机驱动器单元分别进行双向数据通信连接,其中,所述双向数据通信连接包括发送数据通信连接和接收数据通信连接。
优选地,所述总控制器与外部显示装置连接,用于显示所述各电机驱动器单元的运行状态。
优选地,所述总控制器包括总控MCU主模块和与所述总控MCU主模块连接的总控通信模块,所述总控通信模块外接所述各电机驱动器单元。
优选地,所述各电机驱动器单元分别包括电连接的电池和控制器;其中,所述控制器包括MCU主模块和和用于通信数据连接的通信模块。
优选地,所述各电机驱动器单元的运行状态是指各电机驱动器单元的运行数据,包括电源电压和/或电机转速和/或故障的数据信息。
优选地,所述集中协调管理控制可以智能识别出各电机驱动器单元的运行异常,并根据运行异常情况采取对应的控制指令,用于确保所述电机驱动系统正常运行。
优选地,所述运行异常包括各电机驱动器单元的运行状态差别超过预设值和/或某个所述电机驱动器单元出现故障和/或某个所述绕组单元出现故障。
优选地,所述三相交流电机的定子具有3×n倍数的定子槽,n为大于0且非1的正整数;所述定子槽是由每两个相邻的定子齿形成;其中,各所述绕组单元分别绕设在不同的所述定子齿上。
优选地,各所述绕组单元并行绕设在相同的定子齿上。
本发明还提出了一种如上所述电机驱动系统的控制方法,所述控制器组将各所述电机驱动器单元的运行状态进行集中协调管理控制,其中,所述集中协调管理控制通过将各电机驱动器单元的运行状态进行通信汇总后,所述控制器组根据运行状态汇总信息确定控制指令并执行,用于满足所述电机驱动系统的控制需求。
优选地,所述集中协调管理控制可以智能识别出各电机驱动器单元的运行异常,并根据运行异常情况采取对应的控制指令,用于确保所述电机驱动系统正常运行。
优选地,所述控制器组还包括分别与所述各电机驱动器单元连接的总控制器,所述总控制器对所述各电机驱动器单元的运行状态进行集中协调管理控制;所述集中协调管理控制的操作步骤包括:
S10)、所述各电机驱动器单元将各自的运行状态发送给所述总控制器;
S20)、所述总控制器接收到各电机驱动器单元的运行状态信息后,智能识别出运行异常情况,根据运行异常情况采取对应的控制指令,并将所述控制指令发送给对应的电机驱动器单元;
S30)、接收到所述控制指令的电机驱动器单元根据控制指令对所述与其对应的绕组单元进行运行控制,用于确保所述电机驱动系统正常运行。
优选地,所述运行异常包括各电机驱动器单元的运行状态差别超过预设值和/或某个所述电机驱动器单元出现故障和/或某个所述绕组单元出现故障。
优选地,所述操作步骤还包括:将接收到各电机驱动器单元的运行状态信息发送给外部显示装置,用于给外部用户使用参考。
优选地,所述各电机驱动器单元分别包括电连接的电池和控制器;所述运行异常包括所述各电机驱动器单元的电池电压数据差值超过预设值;其中,当所述电池电压数据差值超过预设值时,所述控制器组采取的控制指令为:降低低电压电池对应连接的控制器的输出功率或增加高电压电池对应连接的控制器的输出功率,直至各电机驱动器单元的电池电压数据差值不超过预设值。
优选地,所述各电机驱动器单元的电池电压数据差值不超过预设值的控制目标同时用于确保各电机驱动器单元的统一充电管理。
优选地,所述运行异常包括某个所述电机驱动器单元出现故障;其中,当运行异常为某个所述电机驱动器单元出现故障时,所述控制器组采取的控制指令为:将该故障信息发送给其它电机驱动器单元,并指令其它电机驱动器单元独立进行所述电机驱动。
优选地,当其它电机驱动器单元独立进行所述电机驱动时,该所述电机驱动器单元通过选择性调整其运行状态,用于确保所述电机驱动系统正常运行。
优选地,所述运行异常包括某个所述绕组单元的霍尔元件损坏;其中,当运行异常为某个所述绕组单元的霍尔元件损坏时,所述控制器组采取的控制指令为:将其它电机驱动器单元的霍尔信号发送给该霍尔元件损坏的绕组单元对应的电机驱动器单元,以该霍尔信号指令其正常运行。
优选地,所述三相交流电机为永磁电机或电励磁电机。
本发明还提出了一种电动车用电机驱动系统,包括三相交流电机和用于所述三相交流电机控制的控制器组,所述三相交流电机的定子采用2个或2个以上的绕组单元,所述三相交流电机为永磁电机;所述控制器组包括与各所述绕组单元分别对应电连接的电机驱动器单元,所述各电机驱动器单元用于对与其对应的所述绕组单元进行运行控制;其中,所述控制器组将各所述电机驱动器单元的运行状态进行集中协调管理控制;所述各电机驱动器单元分别包括电连接的电池和控制器。
优选地,所述控制器组至少包括第一电机驱动器单元和第二电机驱动器单元,其中,所述第一电机驱动器单元和第二电机驱动器单元之间进行双向数据通信连接,其中,所述双向数据通信连接包括发送数据通信连接和接收数据通信连接。
优选地,所述控制器组还包括分别与所述各电机驱动器单元连接的总控制器,所述总控制器对所述各电机驱动器单元的运行状态进行集中协调管理控制;所述总控制器与所述各电机驱动器单元分别进行双向数据通信连接,其中,所述双向数据通信连接包括发送数据通信连接和接收数据通信连接。
优选地,所述三相交流电机的定子具有3×n倍数的定子槽,n为大于0且非1的正整数;所述定子槽是由每两个相邻的定子齿形成;其中,各所述绕组单元分别绕设在不同的所述定子齿上。
优选地,各所述绕组单元并行绕设在相同的定子齿上。
优选地,所述各电机驱动器单元的运行状态是指各电机驱动器单元的运行数据,包括电池电压和/或电机转速和/或故障的数据信息。
优选地,所述集中协调管理控制可以智能识别出各电机驱动器单元的运行异常,并根据运行异常情况采取对应的控制指令,用于确保所述电机驱动系统正常运行。
优选地,所述运行异常包括所述各电机驱动器单元的电池电压数据差值超过预设值;其中,当所述电池电压数据差值超过预设值时,所述控制器组采取的控制指令为:降低低电压电池对应连接的控制器的输出功率或增加高电压电池对应连接的控制器的输出功率,直至各电机驱动器单元的电池电压数据差值不超过预设值。
优选地,所述运行异常包括某个所述电机驱动器单元出现故障;其中,当运行异常为某个所述电机驱动器单元出现故障时,所述控制器组采取的控制指令为:将该故障信息发送给其它电机驱动器单元,并指令其它电机驱动器单元独立进行电机驱动。
优选地,所述运行异常包括某个所述绕组单元的霍尔元件损坏;其中,当运行异常为某个所述绕组单元的霍尔元件损坏时,所述控制器组采取的控制指令为:将其它电机驱动器单元的霍尔信号发送给该霍尔元件损坏的绕组单元对应的电机驱动器单元,以该霍尔信号指令其正常运行。
优选地,一种电动车,包括安装连接为一体的电动车安装架体和电机驱动系统,其中,所述电机驱动系统采用如上所述的电机驱动系统。
优选地,所述电动车为电动摩托车或电动两轮车或电动三轮车或电动四轮车。
优选地,所述电动车的输入功率范围为1KW-150KW。
需要特别说明的是,本发明全文所涉及的三相交流电机是指其绕组单元输入的电压为三相交流电压,对其电源提供者不做交流和直流的类型限定,它们可以是交流电源也可以是直流电源,其中,直流电源可以经过控制器处理后最终转换为交流电源,这些都是本领域的公知常识和常规技术手段,本文不再详细展开说明。
还需要特别说明的是,本发明全文所涉及的中三相交流电机的输入功率即为应用该三相交流电机的中大功率装置的输入功率。
本发明的优点:
1.本发明首次打破思维局限地将三相交流电机采用分别设置在不同定子齿上的多个绕组单元的结构设计,进而实现了采用多个小容量电机驱动器单元分别用于各绕组单元的控制,通过这样的巧妙的结构设计,本申请人发现不仅有效解决了大容量驱动器存在性能不可靠,成本高的问题,重要的是,更不需要如CN102497055A提出的必需采用在相同定子槽内进行多套功能绕组并绕,而是通过采用在不同定子齿上进行多个绕组单元,绕线工艺简单,也不会增加定子绝缘性能要求标准,其绕组单元的设置数量也不会收到定子槽尺寸的限制,特别适合应用于具有大功率需求的电机驱动领域,如尤其适合应用于典型的电动车领域;同时,由于本发明采用多个绕组单元的结构设计,在实际工作过程中,当某一个绕组单元或其电机驱动器发生故障时,其他绕组单元仍然可以正常工作,不会导致电机直接驱动失效,因此,本发明的结构设计可以有效提高电机的容错率;
2、在上述第1点基础上,本发明进一步提出将三相交流电机的各绕组单元采用具有相位差的设计,具体优选地,各绕组单元对应的每相绕组的相位差范围可以设置为大于0,且小于或等于60°;通过该具有不同相位差的多个绕组单元的电机相位结构设计,经对各项绕组单元的反电动势检测验证,各绕组单元采用具有相位差的设计可以减少电机的低次谐波,进而可以确保电机转矩的稳定性,最终有效提高电机性能及其运行效率;
3、在上述第1点和第2点的基础上,本发明进一步提出将如上三相交流电机应用于输入功率不小于1KW的中大功率装置中,具体可以为电动车或电梯,使得这些中大功率装置可以实现小容量电机驱动器的结构设置,避免了采用单个大容量电机驱动器所存在的诸多技术问题,同时本发明还使得这些装置在确保可靠性能的前提下实现更高的功率变得具有技术可行性;
4、本发明还首次创造性地提出采用控制器组的电机驱动系统结构设计,控制器组将各电机驱动器单元的运行状态进行集中协调管理控制,集中协调管理控制通过将各电机驱动器单元的运行状态进行通信汇总后,控制器组根据运行状态汇总信息确定控制指令并执行,用于满足所述电机驱动系统的控制需求;
4.1具体优选地,当电机采用2-3个等数量较少的绕组单元时,可以采用这些不同的电机驱动器单元之间进行双向数据通信连接来实现通信共享汇总,然后根据运行状态汇总信息确定控制指令并执行,用于满足所述电机驱动系统的控制需求;
4.2具体优选地,当电机采用3个或3个以上的绕组单元时,控制器组通过设置总控制器对具有多个电机驱动器单元(每个电机驱动器单元即相当于现有技术的电机驱动系统)进行进行集中协调管理控制,具体可以通过总控制器与各电机驱动器单元之前的双向数据通信连接实现控制指令和各电机驱动器单元运行状态等数据传送,进而可以很好地实现对多个电机驱动器单元进行集中管理,控制结构简单且有效可靠,当然地,总控制器的技术方案也适合用于采用2个绕组单元的电机,具体可以根据实际需要来做出具体选择;
4.3优选地,具体在实施时,控制器组通过集中协调管理控制可以智能识别出包括各电机驱动器单元的运行状态差别超过预设值和/或某个所述电机驱动器单元出现故障和/或某个所述绕组单元出现故障等各类运行异常情况,并根据运行异常情况采取对应的控制指令,最终确保电机驱动系统正常运行;
5、本发明进一步优选地,在上述第4点基础上,具体提出了针对各类运行异常情况出现时采用的控制方法:当控制器或绕组单元的霍尔元件出现故障时,可以指令其他控制器做独立驱动或发送其他绕组单元的霍尔信号共享给故障绕组单元以确保电机正常驱动运行;当各电机驱动器单元的运行状态出现不一致时,电机驱动系统的性能不仅会受到影响,而且当其应用于电动车领域的动力驱动时,电池电压一旦出现不一致时,不仅会导致统一充电管理难以进行而且难以实现正常电机启动,因此控制器组会在电机运行时通过预先设置电池电压差别限值的方式来避免各电机驱动器单元的电池电压一旦出现不一致的情况发生;如此,本发明通过对多个控制器进行协调管理控制的技术方案,既可以提高电机驱动系统的容错率,有效确保了电机驱动系统的正常运行,进而最终有效保证了用户的使用性能,还可以实现良好的电池统一充电管理,不会给后期维护管理造成任何难度;
6、在上述第3点、第4点和第5点的基础上,本发明进一步提出将上述电机驱动系统应用于电动车领域作为电动车用电机驱动系统,有效改善了目前电动车在中大功率市场上存在的可靠性低、成本高的技术瓶颈,可以有效推进在以中低成本的前提下实现更高功率兼高性能的未来电动车市场发展进程,让具有更高功率兼高性能的电动车的产业化进程提前到来,使得电动车给予使用者提供更好的体验和更大的便利。
附图说明
附图1是本发明具体实施方式下永磁同步轮毂电机100的结构示意图;
附图2是本发明具体实施方式下定子20和永磁外转子40的结构示意图;
附图3是附图2中A处结构放大示意图;
附图4是本发明实施例1的定子绕组单元结构分布图;
附图5是本发明比较例1、2和3的定子绕组单元结构分布图;
附图6是本发明实施例3的定子绕组单元结构分布图;
附图7是本发明实施例4的定子绕组单元结构分布图;
附图8是本发明实施例7的定子绕组单元结构分布图;
附图9是本发明实施例8的定子绕组单元结构分布图;
附图10是本发明实施例9的定子绕组单元结构分布图;
附图11是本发明比较例4的定子绕组单元结构分布图;
附图12是本发明实施例10的定子绕组单元结构分布图;
附图13是本发明比较例5的定子绕组单元结构分布图;
附图14是本发明实施例1的电机驱动系统的模块结构示意图;
附图15是附图14中控制器组的模块结构示意图;
附图16是本发明实施例13的控制器组的模块结构示意图;
附图17是本发明实施例11的定子绕组单元结构分布图;
附图18是本发明比较例6的定子绕组单元结构分布图;
附图19是本发明实施例1的定子绕组单元的反电动势曲线图;
附图20是本发明实施例14的定子绕组单元的反电动势曲线图。
具体实施方式
本发明实施例公开了一种电动车用电机驱动系统,包括三相交流电机和用于所述三相交流电机控制的控制器组,所述三相交流电机的定子采用2个或2个以上的绕组单元,所述三相交流电机为永磁电机;所述控制器组包括与各所述绕组单元分别对应电连接的电机驱动器单元,所述各电机驱动器单元用于对与其对应的所述绕组单元进行运行控制;其中,所述控制器组将各所述电机驱动器单元的运行状态进行集中协调管理控制;所述各电机驱动器单元分别包括电连接的电池和控制器。
本发明实施例还公开了一种电动车,包括安装连接为一体的电动车安装架体和电机驱动系统,其中,电机驱动系统采用如上所述的电机驱动系统。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案,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,都应当属于本发明保护的范围。
实施例1:
本实施例1提出一种电动车,包括安装连接为一体的电动车安装架体和电机驱动系统,具体在本实施方式中,电动车为电动摩托车,其输入功率范围在400W-10KW,更优选地,其输入功率范围为1KW-10KW,在该中大功率电动车的范围内,本发明的技术效果会更加;
请参见图14所示,在本实施例中的电机驱动系统包括三相交流电机和用于三相交流电机控制的控制器组,具体优选地,在本实施例1中,三相交流电机为永磁电机,更具体地,在本实施方式中,采用永磁同步轮毂电机;
请参见图1所示的一种永磁同步轮毂电机100,包括与电动机轴10连接为一体的定子20,与电动车轮毂30连接为一体、与定子20磁耦合连接且同轴输出的永磁外转子40,通过安装轴承可相对旋转地安装在电动机轴两端的前端盖50和后端盖60,以及用于与电动车控制器电连接的霍尔组件,请进一步参见图2和图3所示,定子20包括由若干个定子冲片叠压而成的定子铁芯21,定子铁芯21具有3×n倍数的定子槽,n为大于0且非1的正整数;永磁外转子40包括磁轭环41和固定间隔设置在的磁轭环41内侧面的若干永磁磁钢42;定子铁芯21通过定子架23与电动机轴10固定连接;前端盖50和后端盖60分别通过螺钉固定在磁轭环上,磁轭环41与电动车轮毂30连接为一体;
优选地,在本实施例中,定子铁芯的外径范围为105-300mm;更优选地,为了适合目前市场上电动车的通用规格尺寸,进一步优选地,定子铁芯的外径范围为105-120mm或145-180mm或190-220mm或240-270mm;具体优选地,在本实施方式中,永磁磁钢42的材料为钕铁硼;定子铁芯21的外径范围为190-220mm;
优选地,在本实施方式中,定子槽的数量为36槽或45槽或48槽或51槽或54槽或57槽或63槽或72槽;永磁磁钢42的数量为40-80片;具体优选地,在本实施方式中,定子铁芯21的外径为205.3mm;定子槽22的数量为54个,具体地,定子槽22是由每两个相邻的定子齿24形成;磁轭环41的内径为210mm;永磁磁钢42的数量为60片,即为60极磁极结构;
需要说明的是,在本发明其他实施例中,定子铁芯21的外径、定子槽22的数量以及永磁磁钢42的数量等参数选择可以根据现有技术中的电动摩托车规格来进行设定,这些不属于本发明所要改进的技术内容,因此,本领域技术人员可依据现有市场的实际需求情况来在如上优选范围中来选择具体电动摩托车的规格,这些不同规格电动机均可实施本发明的技术方案,本发明对其不做特别限定。
具体优选地,在本实施方式中,请参见图4所示,定子20采用2个绕组单元,分别为包括三相相线A1、B1、C1的第一绕组单元和包括三相相线A2、B2、C2的第二绕组单元,第一绕组单元和第二绕组单元分别绕设在不同的定子齿24上,它们均可以使得永磁同步轮毂电机100独立工作;
优选地,在本实施方式中,第一绕组单元的三相相线A1、B1、C1与其对应的第二绕组单元的三相相线A2、B2、C2的相位差均等于0;
具体优选地,在本实施方式中,第一绕组单元和第二绕组单元均采用星形接法,且输入电流和磁通量均相等;
在本发明绕组结构设置上,具体地,在本实施方式中,每个绕组单元的每相绕组线圈均采用在3个定子齿24上绕设作为一组,在其他实施方式中,可以根据所需要的电机参数来选择绕组线圈的结构设置,这些都是本领域技术人员的公知常识和常规技术选择;
由于本发明的各绕组单元分别绕设在不同的定子齿24上,因此各绕组单元的总槽数变少,如果采用其采用单个绕组单元时的匝数会导致电机的磁通量小于其采用单个绕组单元时的磁通量,进而导致电机的转速变小,因此优选地,在本实施方式中,通过增加第一绕组单元和第二绕组单元的匝数用于保持电机采用单个绕组单元时的磁通量,最终保证本实施例不会由于增加了绕组单元数量而导致电机转速的降低,具体地,其增加匝数的公式计算方法为:第一绕组单元和第二绕组单元的匝数=电机采用单个绕组单元的匝数Ⅹ绕组单元的数量(具体在本实施例1中,绕组单元的数量为2);
优选地,在本实施方式中,永磁同步轮毂电机100的输出功率等于电动摩托车的输入功率,即为1KW-10KW,永磁同步轮毂电机100在正常工作时的转速范围为500-2000转每分钟,各绕组单元的输入电流范围为10-200A;实际参数选择可以根据实际应用需要来做具体设置,这些具体设置的实施例均可以有效解决本发明所要解决的技术问题;具体优选地,在本实施方式中,永磁同步轮毂电机100的输出功率为8KW,正常工作时的转速范围为600-800转每分钟,各绕组单元的输入电流为40A;
请进一步参见图15所示,控制器组包括与第一绕组单元和第二绕组单元分别对应电连接的第一电机驱动器单元和第二电机驱动器单元,优选地,在本实施方式中,第一电机驱动器单元包括电连接(图14显示为ACC正极、GND负极)的第一电池和第一控制器,第二电机驱动器单元包括电连接(图14显示为ACC正极、GND负极)的第二电池和第二控制器,其中,第一控制器输出端和第二控制器输出端分别接入与其对应的第一绕组单元和第二绕组单元;第一控制器和第二控制器分别用于对与其对应的第一绕组单元和第二绕组单元进行运行控制,具体地,第一绕组单元将其三相相线A1、B1、C1接入第一控制器,同时通过第一霍尔元件实现第一控制器对第一绕组单元的控制连接;第二绕组单元将其三相相线A2、B2、C2接入第二控制器,同时通过第二霍尔元件实现第二控制器对第二绕组单元的控制连接;其中,电机驱动系统的控制方法为:控制器组将第一控制器和第二控制器的运行状态进行集中协调管理控制,集中协调管理控制通过将第一控制器和第二控制器的运行状态进行通信汇总后,控制器组根据运行状态汇总信息确定控制指令并执行,用于满足电机驱动系统的控制需求。
优选地,在本实施例中,集中协调管理控制可以智能识别出第一控制器和第二控制器的运行异常,并根据运行异常情况采取对应的控制指令,用于确保电机驱动系统正常运行。
优选地,在本实施方式中,控制器组还包括分别与第一控制器和第二控制器连接的总控制器,总控制器用于对第一控制器和第二控制器的运行状态进行集中协调管理控制;优选地,总控制器与第一控制器和第二控制器分别进行双向数据通信连接,双向数据通信连接包括发送数据通信连接TX和接收数据通信连接RX,具体通信连接方式可以采用uart或can等有线通信方式,也可以采用蓝牙、GPRS、WIFI等无线通信方式,当然地,也可以采用本领域技术人员公知的其他通信连接方式;具体优选地,在本实施方式中,第一控制器和第二控制器的运行状态分别是指第一控制器和第二控制器的运行状态的运行数据,具体包括电池电压、电机转速和故障等数据信息,还可以包括输出电流、输出功率等数据信息,这些可以根据实际应用时所采取的控制指令需要来做具体选择,这些都是基于本发明基础上可以做出的常规技术选择,本实施例不再一一展开说明。
需要说明的是,在本发明所有实施方式中,所涉及的控制器以及总控制器通常包括MCU主模块、通信模块和根据具体应用需要来设置各类外围功能硬件电路构成,优选地,本发明实施时,控制器也可以直接参见本申请人的在先申请CN201510224976.1公开的中控和电控装置以及设置相关功能硬件电路模块,可以有效简化电动车线束排布,这些都是控制领域的公知常识,具体不再一一展开说明;
具体优选地,请再进一步参见图15所示,在本实施方式中,总控制器包括总控MCU主模块和与总控MCU主模块连接的总控通信模块;第一控制器包括第一MCU主模块和和用于通信数据连接的第一通信模块,第二控制器包括第二MCU主模块和和用于通信数据连接的第二通信模块,其中,第一通信模块和第二通信模块分别与总控通信模块进行如上文所述的双向数据通信连接;第一控制器和第二控制器的其他具体功能模块可直接参见CN201510224976.1公开的技术内容,也可以采用现有技术中电机控制器结构,这些不是本发明的创新内容,因此,不再一一展开说明。
进一步优选地,在本实施方式中,总控制器的总控通信模块还与外部显示装置连接,用于显示第一控制器和第二控制器的运行状态,外部显示装置具体可以为仪表、灯、显示屏等装置,通信方式同样可以采用uart或can等有线通信方式,也可以采用蓝牙、GPRS、WIFI等无线通信方式;用于给外部用户使用参考;
具体地,本实施方式如上所述的电机驱动系统的控制方法,其操作步骤包括:
S10)、第一控制器和第二控制器将各自的运行状态发送给总控制器;
S20)、总控制器接收到第一控制器和第二控制器的运行状态信息后,智能识别出运行异常情况,根据运行异常情况采取对应的控制指令,并将控制指令发送给对应的第一控制器或第二控制器;
S30)、接收到控制指令的第一控制器或第二控制器根据控制指令对与其对应的第一绕组单元或第二绕组单元进行运行控制,用于确保所述电机驱动系统正常运行。
具体优选地,在本实施方式中,运行异常包括各电机驱动器单元的电池电压数据差值超过预设值、某个电机驱动器单元出现故障以及某个绕组单元的霍尔元件损坏等运行状况;
进一步具体地,在本实施方式中,当总控制器智能识别出第二电池电压数据小于第一电池电压数据,且差值超过3V(本实施方式的预设值设定为3V,在其他实施方式中,本领域技术人员可以根据需要来做具体限定)时,总控制器采取的控制指令为:降低第二控制器的输出功率,直至第一电池电压和第二电池电压之间的数据差值不超过3V的预设值;在其他实施方式中,也可以通过增加第一控制器的输出功率,来达到第一电池电压和第二电池电压之间的数据差值不超过3V的预设值,这些也都属于本领域技术人员基于本发明基础上可以做出的常规技术选择;本实施例中的各电机驱动器单元的电池电压数据差值不超过预设值的控制目标除了用于确保电机驱动系统正常运行外,还可以同时用于确保各电机驱动器单元的统一充电管理;
进一步具体地,当总控制器智能识别出第二控制器出现故障时,总控制器采取的控制指令为:总控制器将该故障信息发送给第一控制器,并指令第一控制器独立进行电机驱动,同时根据客户的骑行状态选择性降低输出转速,用于确保电机驱动系统正常运行;
优选地,在本发明实施方式中,在以上步骤S20)或步骤S30)进行的同时,总控制器将接收到第一控制器和第二控制器的运行状态信息发送给外部显示装置,用于给外部用户使用参考,用户根据显示的运行状态来获取需要进行的外部操作,具体来说,当显示第二控制器发生故障时,用户即可得知后续在合适的时间里可以寻找就近的维修点进行精确的维护更换,在用户进行维护更换之前,不影响用户对电动摩托车的骑行;
进一步具体地,当总控制器智能识别出第一绕组单元的霍尔元件损坏时,总控制器采取的控制指令为:总控制器将第二绕组单元的霍尔信号发送给第一控制器,第一控制器以该霍尔信号指令第一绕组单元正常运行;
在本发明其他实施方式中,还可以通过总控制器识别出其他类型的来自某个或某几个电机驱动器单元的故障,或来自某个或某几个来自绕组单元的故障,或各电机驱动器单元的其他运行状态差别超过预设值(如输出电流或输出功率等)等运行异常,通过对这些具体运行异常情况选择性地采取控制指令,以确保电机驱动系统在出现故障时仍然可以正常运行,实现了高容错率,或出现运行异常时及时进行控制调整,避免增加后期维护管理的难度,这些可以根据实际控制需求来具体选择需要智能识别出的运行异常情况以及对应采取的控制指令,这些是本领域技术人员在本发明提出总控制器的基础上可以进行合理预期的,这些均属于本发明的权利保护范围内。
比较例1:本比较例1的其余技术方案与实施例1相同,区别在于:请参见图5所示,在本比较例1中,定子采用单个绕组单元,该单个绕组单元电连接单个电机驱动器。
在实现同样电机性能的基础上,本实施例1的控制器组中各绕组单元的输入电流是40A,比较例1中单个绕组单元的输入电流是80A,也就是说,本实施例1所采用的电机驱动器的容量是比较例1所采用的电机驱动器的容量的1/2,有效地解决了采用单一大容量驱动器存在性能不可靠,成本高的问题。
实施例2:本实施例2的其余技术方案同实施例1,区别在于:在本实施例2中,电动车为电动两轮车;其中,永磁同步轮毂电机的输出功率范围为180W-1.5KW,正常工作时的转速范围为500-1000转每分钟,各绕组单元的输入电流范围为1-100A;永磁同步轮毂电机的具体尺寸规格、定子槽数和永磁磁钢片数可以根据本实施例2所要求的永磁同步轮毂电机的上述功能参数来做出具体选择,具体可以选用现有技术的电动两轮车用永磁同步轮毂电机;
本实施例2虽然同样可以减小电机驱动器的容量,但由于目前市场上主流的电动两轮车的输入功率通常在180W-500W之间,因此本实施例2的实施效果不如应用于输入功率在1KW以上的中大功率电动车时的技术效果,但本发明的技术方案同样是可以应用于电动两轮车的,不存在任何技术限制,而且随着电动两轮车的大功率发展需要,完全也可以应用本实施例2的技术方案。
实施例3:本实施例3的其余技术方案与实施例1相同,区别在于:在本实施例3中,电动车为电动三轮车;其中,永磁同步轮毂电机的输出功率范围为250W-15KW,更优选地,其输出功率范围为1KW-15KW,正常工作时的转速范围为500-2000转每分钟,各绕组单元的输入电流范围为10-200A;具体优选地,在本实施方式中,永磁同步轮毂电机100的输出功率为10KW,正常工作时的转速范围为800-1200转每分钟,各绕组单元的输入电流为30A,其中,本实施例3的永磁同步轮毂电机的具体尺寸规格可以根据本实施例3所要求的永磁同步轮毂电机的上述功能参数来做出具体选择,这些均属于本领域的常规技术手段,不再一一展开说明;
请参见图6所示,在本实施例3中,定子20采用3个绕组单元,分别为包括三相相线A1、B1、C1的第一绕组单元、包括三相相线A2、B2、C2的第二绕组单元以及包括三相相线A3、B3、C3的第三绕组单元,第一绕组单元、第二绕组单元和第三绕组单元分别绕设在不同的定子齿上;具体优选地,在本实施方式中,第一至第六绕组单元均采用星形接法,且输入电流和磁通量均相等;其中,控制器组包括与第一绕组单元、第二绕组单元和第三绕组单元分别对应电连接的第一电机驱动器单元、第二电机驱动器单元和第三电机驱动器单元,第三电机驱动器单元包括电连接的第三电池和第三控制器;控制器组还包括分别与第一控制器、第二控制器和第三控制器连接的总控制器,总控制器用于对第一控制器、第二控制器和第三控制器的运行状态进行控制;
具体优选地,在本实施例中,在总控制器智能识别运行异常时,当总控制器智能识别出第一电池电压数据小于第一、第二和第三电池电压的平均电池电压,且差值超过3V时,降低第一控制器的输出功率,直至三个电池电压之间的数据差值不超过3V的预设值;例如,当总控制器智能识别出第三控制器出现故障后,可以将该故障信息发送给第一控制器和第二控制器,并指令第一控制器和第二控制器独立进行电机驱动,同时根据客户的骑行状态选择性降低输出转速;例如,当总控制器智能识别出第二绕组单元的霍尔元件损坏时,总控制器采取的控制指令为:总控制器将第二绕组单元的霍尔信号发送给第一控制器,第一控制器以该霍尔信号指令第一绕组单元正常运行,当然地,在其他实施方式中,总控制器也可以将第三绕组单元的霍尔信号发送给第一控制器,第一控制器以该霍尔信号指令第一绕组单元正常运行;具体控制器的发送顺序由总控制器预先设定好即可。
比较例2:本比较例2的其余技术方案与实施例1相同,区别在于:请结合参见图5所示,在本比较例2中,定子采用单个绕组单元,该单个绕组单元电连接单个电机驱动器。
在实现同样电机性能的基础上,本实施例3的控制器组中各绕组单元的输入电流是30A,比较例2中单个绕组单元的输入电流是90A,也就是说,本实施例1所采用的电机驱动器的容量是比较例1所采用的电机驱动器的容量的1/3,有效地解决了采用单一大容量驱动器存在性能不可靠,成本高且容错率差的问题。
实施例4:本实施例4的其余技术方案与实施例1相同,区别在于:在本实施例4中,电动车为电动四轮车;三相交流电机采用永磁同步轮毂电机,其中,三相交流电机的输出功率范围为3KW-150KW,正常工作时的转速范围为500-2000转每分钟,各绕组单元的输入电流范围为20-1000A;具体优选地,在本实施方式中,三相交流电机的输出功率为80KW,正常工作时的转速范围为1200-2000转每分钟,各绕组单元的输入电流为30A;永磁同步轮毂电机的具体尺寸规格可以根据本实施例4所要求的永磁同步轮毂电机的上述功能参数来做出具体选择,具体可以选用现有技术的电动四轮车用永磁同步轮毂电机;
请参见图7所示,在本实施例4中,定子采用6个绕组单元,分别为包括三相相线A1、B1、C1的第一绕组单元、包括三相相线A2、B2、C2的第二绕组单元、包括三相相线A3、B3、C3的第三绕组单元、包括三相相线A4、B4、C4的第四绕组单元、包括三相相线A5、B5、C5的第五绕组单元和包括三相相线A6、B6、C6的第六绕组单元,第一绕组单元、第二绕组单元、第三绕组单元、第四绕组单元、第五绕组单元和第六绕组单元分别绕设在不同的定子齿上;具体优选地,在本实施方式中,第一至第六绕组单元均采用星形接法,且输入电流和磁通量均相等;
其中,控制器组包括与第一至第六绕组单元分别对应电连接的第一电机驱动器单元至第六电机驱动器单元,第一电机驱动器单元至第六电机驱动器单元均分别包括电连接的电池和控制器;控制器组还包括分别与第一电机驱动器单元至第六电机驱动器单元的控制器连接的总控制器,总控制器用于对第一电机驱动器单元至第六电机驱动器单元的控制器的运行状态进行控制;
具体优选地,在本实施例中,在总控制器智能识别运行异常及其采取控制指令可以参考实施例3的技术方案,为了节省说明篇幅,本实施例4不再具体展开赘述。
比较例3:本比较例3的其余技术方案与实施例1相同,区别在于:请结合参见图5所示,在本比较例3中,定子采用单个绕组单元,该单个绕组单元电连接单个电机驱动器。
在实现同样电机性能的基础上,本实施例4的控制器组中各绕组单元的输入电流是30A,比较例3中单个绕组单元的输入电流是180A,也就是说,本实施例1所采用的电机驱动器的容量是比较例1所采用的电机驱动器的容量的1/6,有效地解决了采用单一大容量驱动器存在性能不可靠,成本高且容错率差的问题。
实施例5:本实施例5提出一种输入功率不小于1KW的中大功率装置,更优选地,本实施例5提出一种输入功率不小于2KW的中大功率装置,该中大功率装置应用的电机驱动系统的其余技术方案与实施例3相同,区别在于:中大功率装置为电梯;三相交流电机为永磁电机,其中,电梯的输入功率范围为3KW-50KW;具体优选地,在本实施例5中,电梯的输入功率范围为10KW;具体地,永磁电机的具体尺寸规格、定子槽数和永磁磁钢片数可以根据本实施例5所要求的永磁电机的上述功能参数来做出具体选择,具体可以选用现有技术中电梯用永磁电机;
本实施例5与现有常规中大功率的家电或电动工具领域的现有技术永磁电机相比,本实施例5所采用的电机驱动器的容量是现有技术所采用的电机驱动器的容量的1/3,有效地解决了采用单一大容量驱动器存在性能不可靠,成本高且容错率差的问题。
实施例6:本实施例6提出一种输入功率不小于1KW的中大功率装置,更优选地,本实施例6提出一种输入功率不小于2KW的中大功率装置,该中大功率装置应用的电机驱动系统的其余技术方案与实施例4相同,区别在于:中大功率装置为电梯;三相交流电机为永磁电机,电梯的输入功率范围为30KW;具体地,永磁电机的具体尺寸规格、定子槽数和永磁磁钢片数可以根据本实施例6所要求的永磁电机的上述功能参数来做出具体选择,具体可以选用现有技术中电梯用永磁电机;
本实施例6与现有中大功率装置领域的现有技术永磁电机相比,本实施例6所采用的电机驱动器的容量是现有技术永磁电机所采用的电机驱动器的容量的1/6,有效地解决了采用单一大容量驱动器存在性能不可靠,成本高且容错率差的问题。
需要说明的是,本领域技术人员可以根据实际需要将本发明的三相交流电机或电机驱动系统应用于其他类型的中大功率装置,本发明对其应用领域不做唯一限定。
实施例7:本实施例7的其余技术方案与实施例1相同,区别在于:请参见图8所示,在本实施例7中,第一绕组单元和第二绕组单元采用三角形接法;具体在实施时,可以根据实际需要,来选择各绕组单元的接法,本发明不做具体限定,在利于实际应用角度来看,星形接法属于更优选的技术方案。
实施例8:本实施例8的其余技术方案与实施例1相同,区别在于:请参见图9所示,在本实施例8中,第一绕组单元和第二绕组单元并行绕设在相同的定子齿上。
本实施例8由于采用在相同定子齿上进行2套绕组单元的并绕,相对于实施例1在绕线制造工艺上更加繁琐,而且对于定子绝缘性能要求,绝缘失效的可能性增加,当采用大于2套绕组单元并绕时,该技术问题会变得更加,因此,其适用的适用范围同样受到极大限制。
由于本实施例8采用并行绕设在相同的定子齿,因此本实施例应用的电机不受实施例1所述的3×n倍数定子槽的数量限制。
实施例9:本实施例9的其余技术方案与实施例1相同,区别在于:请参见图10所示,在本实施例9中,定子槽的数量为48个;永磁磁钢的数量为52片,即为52极磁极结构;每个绕组单元的每相绕组线圈均采用在4个定子齿上绕设作为一组;且在本实施例9中,永磁同步轮毂电机的尺寸规格可以根据电机实际设计需要作出具体选择;
比较例4:本比较例4的其余技术方案与实施例9相同,区别在于:请参见图11所示,在本比较例4中,定子采用单个绕组单元,该单个绕组单元电连接单个电机驱动器。
在实现同样电机性能的基础上,本实施例9的控制器组中各绕组单元的输入电流是40A,比较例4中单个绕组单元的输入电流是80A,也就是说,本实施例9所采用的电机驱动器的容量是比较例4所采用的电机驱动器的容量的1/2,有效地解决了采用单一大容量驱动器存在性能不可靠,成本高且容错率差的问题。
实施例10:本实施例10的其余技术方案与实施例1相同,区别在于:请参见图12所示,在本实施例10中,定子槽的数量为12个;永磁磁钢的数量为10片,即为10极磁极结构;每个绕组单元的每相绕组线圈均采用在2个定子齿上绕设作为一组;且在本实施例10中,永磁同步轮毂电机的尺寸规格可以根据电机实际设计需要作出具体选择;
比较例5:本比较例5的其余技术方案与实施例10相同,区别在于:请参见图13所示,在本比较例5中,定子采用单个绕组单元,该单个绕组单元电连接单个电机驱动器。
在实现同样电机性能的基础上,本实施例10的控制器组中各绕组单元的输入电流是40A,比较例5中单个绕组单元的输入电流是80A,也就是说,本实施例10所采用的电机驱动器的容量是比较例5所采用的电机驱动器的容量的1/2,有效地解决了采用单一大容量驱动器存在性能不可靠,成本高且容错率差的问题。
实施例11:本实施例11的其余技术方案与实施例1相同,区别在于:请参见图17所示,在本实施例11中,定子槽的数量为9个;永磁磁钢的数量为10片,即为10极磁极结构;定子20采用3个绕组单元,分别为包括三相相线A1、B1、C1的第一绕组单元、包括三相相线A2、B2、C2的第二绕组单元以及包括三相相线A3、B3、C3的第三绕组单元,第一绕组单元、第二绕组单元和第三绕组单元分别绕设在不同的定子齿上;每个绕组单元的每相绕组线圈均采用在单个定子齿上绕设作为一组;且在本实施例11中,永磁同步轮毂电机的尺寸规格可以根据电机实际设计需要作出具体选择;
优选地,第一绕组单元的三相相线与其对应的第二绕组单元的三相相线以及与其对应的第三绕组单元的三相相线的相位差大于0,且小于或等于60°;具体优选地,第一绕组单元的三相相线与其对应的第二绕组单元的三相相线的相位差为30°,第三绕组单元的三相相线与其对应的第二绕组单元的三相相线的相位差为30°,在本发明其他实施方式中,当然也可以采用其他相位差的绕组单元,可以根据实际应用需要来具体设定;
比较例6:本比较例6的其余技术方案与实施例11相同,区别在于:请参见图18所示,在本比较例6中,定子采用单个绕组单元,该单个绕组单元电连接单个电机驱动器。
在实现同样电机性能的基础上,本实施例11的控制器组中各绕组单元的输入电流是40A,比较例6中单个绕组单元的输入电流是80A,也就是说,本实施例10所采用的电机驱动器的容量是比较例5所采用的电机驱动器的容量的1/3,有效地解决了采用单一大容量驱动器存在性能不可靠,成本高且容错率差的问题;同时本实施例11的转矩稳定性要好于实施例1。
实施例12:本实施例12的其余技术方案与实施例4相同,区别在于:在本实施例12中,三相交流电机为电励磁电机,具体地,在本实施例中,电励磁电机的励磁方式采用他励磁的励磁方式,在本实施例中,在三相交流电机的转动过程中,他励磁可以控制定子的电压使其产生的磁场变化。
实施例13:本实施例13的其余技术方案与实施例1相同,区别在于:在本实施例13中,控制器组不包括总控制器,具体采用如下技术方案来进行集中协调管理控制:
请进一步参见图16所示,第一控制器的第一通信模块和第二控制器的第二通信模块之间直接进行双向数据通信连接,其中,双向数据通信连接包括发送数据通信连接TX和接收数据通信连接RX;其中,在本实施方式中,集中协调管理控制的操作步骤包括:
S10’)、第一控制器或第二控制器将各自的运行状态分别发送给另一个控制器;
S20’)、控制器接收到另一个控制器的运行状态信息后,智能识别出运行异常情况,根据运行异常情况采取对应的控制指令,并将控制指令发送给自身或给对应的控制器;
S30’)、接收到控制指令的控制器根据控制指令对与其对应的绕组单元进行运行控制,用于确保电机驱动系统正常运行;
在以上步骤S20’)或步骤S30’)进行的同时,第二控制器的第二通信模块将接收到第一控制器和第二控制器的运行状态信息发送给外部显示装置,用于给外部用户使用参考,其中,本实施例13根据运行异常情况采取对应的控制指令同实施例1中所述的控制指令。
实施例14:本实施例14的其余技术方案与实施例1相同,区别在于:在本实施例14中,第一绕组单元的三相相线A1、B1、C1与其对应的第二绕组单元的三相相线A2、B2、C2的相位差不等于0,具体优选地,在本实施方式中,第一绕组单元的三相相线A1、B1、C1与其对应的第二绕组单元的三相相线A2、B2、C2的相位差为60°;
通过分别对实施例1和实施例14的各个绕组单元的三相相线进行反电动势检测,请分别参见图19和图20所示的实施例1以及实施例14的定子绕组单元的反电动势曲线图,在反电动势曲线图中,横坐标为电角度,纵坐标为对应相线的反电动势的值,单位为伏,其中,由于实施例1的第一绕组单元和第二绕组单元的三相相线相位差均为0(即没有相位差),因此其三相相线的反电动势VA1、VB1、VC1的谐波次数低于实施例14的三相相线的反电动势VA1、VB1、VC1、VA2、VB2、VC2的谐波次数,而通过定子绕组单元的反电动势的谐波次数情况可以直接反应出电机转矩的稳定性,由于实施例14的谐波次数增高(即减少了电机的低次谐波),因而实施例14的电机转矩稳定性得到提高,最终有效提高了电机性能及其运行效率。
实施例15:本实施例15的其余技术方案与实施例4相同,区别在于:在本实施例15中,6个绕组单元对应的三相相线的相位差均不等于0,具体地,第一绕组单元的三相相线A1、B1、C1与第二绕组单元A2、B2、C2的三相相线的相位差为10°,与第三至第六绕组单元的三相相线的相位差在10°的基础上逐个增加10°;
与实施例14所述的原理相同,而又由于本实施例15的三相相线的反电动谐波次数要低于实施例14,因此,实施例15的电机转矩稳定性要更好于实施例14。
实施例16:本实施例16的其余技术方案与实施例1相同,区别在于:在实施例16中,第一绕组单元和第二绕组单元磁通量不相等;其中,第一绕组单元用于电机驱动运行,第二绕组单元用于在电机刹车时的发电储能,即第一绕组单元用于电动机功能,第二绕组单元用于辅助发电机功能。
本实施例16的目的是在于通过电机设计不同绕组单元的结构设计来实现电机的不同功能状态,可以实现本发明在实施时的多功能应用,在此基础上进行的应用同样属于本发明的保护范围。
比较例7:本比较例7的其余技术方案与实施例1相同,区别在于:在本比较例7中,没有设置总控制器,也没有对各所述电机驱动器单元的运行状态进行集中协调管理控制。
由于比较例7没有对第一控制器和第二控制器进行集中协调管理控制,经过较长时间的试运行后发现,第一电池和第二电池的电压会产生较大差别,而难以实现对两者的有效的统一充电管理,甚至出现某一绕组单元出现无法启动的情况;以及将某一绕组单元的霍尔元件出现故障或某一控制器出现故障时,电机无法实现良好的正常运行,容错率差,用户使用体验较差。
本领域技术人员可以根据本发明以上实施例的技术方案,通过实际应用需要,来具体选择绕组单元的数量,只要能将中、大功率电机一直采用的单一大容量驱动器实现为多个小容量电机驱动器单元来进行控制,控制性能可靠,成本低,有效改善了目前中大功率电动驱动市场上存在的性能不可靠、成本低的技术瓶颈,有效解决了现有技术中中大功率电动驱动市场存在的技术瓶颈,尤其可以显著有效推进在以中低成本的前提下实现更高功率兼高性能的未来电动车市场发展进程;同时,由于本发明实施例采用多个绕组单元的结构设计,在实际工作过程中,当某一个绕组单元或其电机驱动器发生故障时,其他绕组单元仍然可以正常工作,不会导致电机直接驱动失效,因此,本发明的结构设计可以有效提高电机的容错率。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案,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,都应当属于本发明保护的范围。
对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外,应当理解,虽然本说明书按照实施方式加以描述,但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体,各实施例中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (13)

1.一种电动车用电机驱动系统,包括三相交流电机和用于所述三相交流电机控制的控制器组,其特征在于,
所述三相交流电机的定子采用2个或2个以上的绕组单元,所述三相交流电机为永磁电机;
所述控制器组包括与各所述绕组单元分别对应电连接的电机驱动器单元,所述各电机驱动器单元用于对与其对应的所述绕组单元进行运行控制;其中,
所述控制器组将各所述电机驱动器单元的运行状态进行集中协调管理控制;
所述各电机驱动器单元分别包括电连接的电池和控制器。
2.如权利要求1所述的电动车用电机驱动系统,其特征在于,所述控制器组至少包括第一电机驱动器单元和第二电机驱动器单元,其中,所述第一电机驱动器单元和第二电机驱动器单元之间进行双向数据通信连接,其中,所述双向数据通信连接包括发送数据通信连接和接收数据通信连接。
3.如权利要求1所述的电动车用电机驱动系统,其特征在于,所述控制器组还包括分别与所述各电机驱动器单元连接的总控制器,所述总控制器对所述各电机驱动器单元的运行状态进行集中协调管理控制;所述总控制器与所述各电机驱动器单元分别进行双向数据通信连接,其中,所述双向数据通信连接包括发送数据通信连接和接收数据通信连接。
4.如权利要求1或2或3所述的电动车用电机驱动系统,其特征在于,所述三相交流电机的定子具有3×n倍数的定子槽,n为大于0且非1的正整数;所述定子槽是由每两个相邻的定子齿形成;其中,各所述绕组单元分别绕设在不同的所述定子齿上。
5.如权利要求1或2或3所述的电动车用电机驱动系统,其特征在于,各所述绕组单元并行绕设在相同的定子齿上。
6.如权利要求1或2或3所述的电动车用电机驱动系统,其特征在于,所述各电机驱动器单元的运行状态是指各电机驱动器单元的运行数据,包括电池电压和/或电机转速和/或故障的数据信息。
7.如权利要求1或2或3所述的电动车用电机驱动系统,其特征在于,所述集中协调管理控制可以智能识别出各电机驱动器单元的运行异常,并根据运行异常情况采取对应的控制指令,用于确保所述电机驱动系统正常运行。
8.如权利要求7所述的电动车用电机驱动系统,其特征在于,所述运行异常包括所述各电机驱动器单元的电池电压数据差值超过预设值;其中,当所述电池电压数据差值超过预设值时,所述控制器组采取的控制指令为:降低低电压电池对应连接的控制器的输出功率或增加高电压电池对应连接的控制器的输出功率,直至各电机驱动器单元的电池电压数据差值不超过预设值。
9.如权利要求7所述的电动车用电机驱动系统,其特征在于,所述运行异常包括某个所述电机驱动器单元出现故障;其中,当运行异常为某个所述电机驱动器单元出现故障时,所述控制器组采取的控制指令为:将该故障信息发送给其它电机驱动器单元,并指令其它电机驱动器单元独立进行电机驱动。
10.如权利要求7所述的电动车用电机驱动系统,其特征在于,所述运行异常包括某个所述绕组单元的霍尔元件损坏;其中,当运行异常为某个所述绕组单元的霍尔元件损坏时,所述控制器组采取的控制指令为:将其它电机驱动器单元的霍尔信号发送给该霍尔元件损坏的绕组单元对应的电机驱动器单元,以该霍尔信号指令其正常运行。
11.一种电动车,包括安装连接为一体的电动车安装架体和电机驱动系统,其特征在于,所述电机驱动系统采用如权利要求1-10之一所述的电机驱动系统。
12.如权利要求11所述的电动车,其特征在于,所述电动车为电动摩托车或电动两轮车或电动三轮车或电动四轮车。
13.如权利要求11所述的电动车,其特征在于,所述电动车的输入功率范围为1KW-150KW。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110816302A (zh) * 2019-10-23 2020-02-21 无锡赛盈动力科技有限公司 一种大中功率电动车多模块智能驱动系统的充电控制方法
CN110843530A (zh) * 2019-10-23 2020-02-28 无锡赛盈动力科技有限公司 大中功率电动车多模块智能驱动系统及其大中功率电动车

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110163708A1 (en) * 2010-01-07 2011-07-07 Denso Corporation Motor drive apparatus and electric power steering apparatus using the same
CN102868359A (zh) * 2012-04-27 2013-01-09 李永盼 一种交流电机驱动器及传动装置
CN103312252A (zh) * 2012-03-07 2013-09-18 三菱电机株式会社 多重线圈电动机的驱动装置
CN104467619A (zh) * 2013-09-20 2015-03-25 株式会社电装 电动机控制装置
CN107472355A (zh) * 2017-07-06 2017-12-15 苏州汇川联合动力系统有限公司 一种电机控制系统以及方法
CN107994816A (zh) * 2017-10-31 2018-05-04 宁波诺丁汉大学 一种电机系统及其优化控制方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110163708A1 (en) * 2010-01-07 2011-07-07 Denso Corporation Motor drive apparatus and electric power steering apparatus using the same
CN103312252A (zh) * 2012-03-07 2013-09-18 三菱电机株式会社 多重线圈电动机的驱动装置
CN102868359A (zh) * 2012-04-27 2013-01-09 李永盼 一种交流电机驱动器及传动装置
CN104467619A (zh) * 2013-09-20 2015-03-25 株式会社电装 电动机控制装置
CN107472355A (zh) * 2017-07-06 2017-12-15 苏州汇川联合动力系统有限公司 一种电机控制系统以及方法
CN107994816A (zh) * 2017-10-31 2018-05-04 宁波诺丁汉大学 一种电机系统及其优化控制方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110816302A (zh) * 2019-10-23 2020-02-21 无锡赛盈动力科技有限公司 一种大中功率电动车多模块智能驱动系统的充电控制方法
CN110843530A (zh) * 2019-10-23 2020-02-28 无锡赛盈动力科技有限公司 大中功率电动车多模块智能驱动系统及其大中功率电动车
WO2021077707A1 (zh) * 2019-10-23 2021-04-29 无锡赛盈动力科技有限公司 大中功率电动车多模块智能驱动系统及其大中功率电动车
EP4049879A4 (en) * 2019-10-23 2023-11-22 Jiangsu Juci Electrical Drive Technology Co., Ltd MULTI-MODULE INTELLIGENT DRIVING SYSTEM FOR HIGH/MEDIUM POWER ELECTRIC VEHICLES AND HIGH/MEDIUM POWER ELECTRIC VEHICLES

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