CN110112986A - 一种可变绕组电机及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可变绕组电机，包括电机和三相绕组，所述三相绕组的每一相绕组单元均由四个匝数的绕组构成，所述电机设有12个抽头，其中U1、V1、W1三个抽头为一组，U2、V2、W2三个抽头为一组，U3、V3、W3三个抽头为一组，U4、V4、W4三个抽头为一组，所述三相绕组通过车载控制器与所述电机电性连接，所述车载控制器的输入端与用于检测电机转速的转速传感器电性连接；本方案，提高电机高效运转范围，避开弱磁控制的能量损耗，电机不同的转速匹配不同的状态，在电机的低速段和高速段效率明显提升，低速起步效率提升，扭矩加大，对车载控制器的技术可靠性要求明显降低，利于提高电动汽车续航里程。

Description

一种可变绕组电机及其控制方法

技术领域

本发明属于电机控制技术领域，具体涉及一种可变绕组电机。同时，本发明还涉及到一种可变绕组电机的控制方法。

背景技术

现如今汽车应用十分广泛，乘用车在其设计和技术特性上主要用于载运乘客及其随身行李和(或)临时物品，包括驾驶员座位在内，乘用车最多不超过9个座位。乘用车分为以下11种车型。主要有：普通乘用车、活顶乘用车、高级乘用车、小型乘用车、敞篷车、舱背乘用车、旅行车、多用途乘用车、短头乘用车、越野乘用车、专用乘用车。随着环保的重视，现如今混动或电动汽车越来越受到人们的重视。

混动或电动汽车的驱动电机，要求电机在0转速到最高转速全程高效和可靠。采用机械齿轮变速的方式匹配电机的转速和效率区，其结构复杂机械变速成本高。流行的电机控制算法提速的方式，即电机设计额定转速比较低，高速采用弱磁提速的方法，似乎完美解决了电动汽车电机的要求，因此得到大量推广。随着新能源汽车的不断发展，车速不断提高，弱磁控制电机缺点逐渐明显，高速运转时效率急剧下降，高速电耗甚至超过低速时段的一倍，应用此电机的电动汽车低速性能很好，但高速续驶里程减小很多，影响电动汽车的高速运行性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可变绕组电机及其控制方法，从而保证匹配转速与电机自感应电压，提高电机高效运转范围，避开弱磁控制的能量损耗；特别适用于电动汽车驱动电机这类转速覆盖面很广的应用场合；利于在各转速区段都保持高效率，各转速区段都可以长期运转，提高电机高效区比例；利于提高电动汽车续航里程以解决上述背景技术中提出的随着新能源汽车的不断发展，车速不断提高，弱磁控制电机缺点逐渐明显，高速运转时效率急剧下降，高速电耗甚至超过低速时段的一倍，应用此电机的电动汽车低速性能很好，但高速续驶里程减小很多，影响电动汽车的高速运行性能的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种可变绕组电机，包括电机和三相绕组，所述三相绕组的每一相绕组单元均由四个匝数的绕组构成，所述电机设有12个抽头，其中U1、V1、W1三个抽头为一组，U2、V2、W2三个抽头为一组，U3、V3、W3三个抽头为一组，U4、V4、W4三个抽头为一组，所述三相绕组通过车载控制器与所述电机电性连接，所述车载控制器的输入端与用于检测电机转速的转速传感器电性连接。

优选的，所述电机为永磁电机。

优选的，所述三相绕组包括双向晶闸管和逆变器，通过双向晶闸管确保调节电机各相绕组串联匝数的过程中不出现绕组电流断流的情况，所述逆变器用于为电机的三相绕组提供电源。

优选的，所述转速传感器为W12L转速传感器。

优选的，所述车载控制器的控制芯片为单片机，所述单片机为AT89C51单片机。

优选的，所述单片机的电源接口通过电压检测电路与所述电源模块电性连接，所述电压检测电路为LMP7300构成微功耗精密电池低电压检测电路，LMP7300为微功率、精密基准和可调迟滞的比较器，基准电压为2.048V，基准电压精度为0.25％，电源电压范围为2.7-12V。

优选的，所述单片机电性连接有SD卡，所述SD卡选用SPI模式，所述单片机的引脚1为SPI选线，引脚2为SPI总线的数据输入线，引脚7为数据输出线，引脚5为时钟线。

优选的，所述车载控制器的输出端电性连接有显示屏，所述车载控制器的输入端与用于检测电机的温度传感器、热红外传感器和烟雾传感器的输出端电性连接。

优选的，所述烟雾传感器为MQ-2型烟雾传感器，所述温度传感器为SHT11温度传感器。

本发明还提供了一种可变绕组电机的控制方法，具体包括以下步骤：

S1、当转速传感器检测到电机以低速档位运转时，车载控制器控制每一相绕组单元的四个绕组相互串联进行工作；

S2、当转速传感器检测到电机以中速档位运转时，车载控制器控制每一相绕组单元的三个绕组后相互串联进行工作；

S3、当转速传感器检测到电机提高转速运转时，车载控制器控制每一相绕组单元的二个绕组后相互串联进行工作；

S4、当转速传感器检测到电机以高速档位运转时，车载控制器控制每一相绕组单元的一个绕组进行工作。

本发明提供的一种可变绕组电机及其控制方法的有益效果：

1.电机不同的转速匹配不同的状态，在电机的低速段和高速段效率明显提升，低速起步效率提升，扭矩加大，对车载控制器的技术可靠性要求明显降低；

2.本发明保证匹配转速与电机自感应电压，提高电机高效运转范围，避开弱磁控制的能量损耗；

3.特别适用于电动汽车驱动电机这类转速覆盖面很广的应用场合。利于在各转速区段都保持高效率，各转速区段都可以长期运转，提高电机高效区比例；

4.利于提高电动汽车续航里程；

5.有利于对电机的运行情况进行检测。

附图说明

图1为本发明的电机的电路图；

图2为本发明的电路原理框图；

图3为本发明单片机的电路图；

图4为本发明的电压检测电路的电路图；

图5为本发明的SD卡的电路图；

图6为本发明的烟雾传感器和温度传感器的电路图；

图7为本发明的热红外传感器的电路图。

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。

实施例1

本发明提供了如图1-7的一种可变绕组电机，包括电机和三相绕组，所述三相绕组的每一相绕组单元均由四个匝数的绕组构成，所述电机设有12个抽头，其中U1、V1、W1三个抽头为一组，U2、V2、W2三个抽头为一组，U3、V3、W3三个抽头为一组，U4、V4、W4三个抽头为一组，所述三相绕组通过车载控制器与所述电机电性连接，所述车载控制器的输入端与用于检测电机转速的转速传感器电性连接。

进一步地，所述电机为永磁电机。

通过采用上述技术方案，永磁电机便于匹配合适的自感应电压

进一步地，所述三相绕组包括双向晶闸管和逆变器，通过双向晶闸管确保调节电机各相绕组串联匝数的过程中不出现绕组电流断流的情况，所述逆变器用于为电机的三相绕组提供电源。

通过采用上述技术方案，通过双向晶闸管和逆变器有利于三相绕组顺畅稳定的运行。

进一步地，所述转速传感器为W12L转速传感器。

通过采用上述技术方案，W12L转速传感器检测精度高。

进一步地，所述车载控制器的控制芯片为单片机，所述单片机为AT89C51单片机。

通过采用上述技术方案，AT89C51单片机控制精度高。

进一步地，所述单片机的电源接口通过电压检测电路与所述电源模块电性连接，所述电压检测电路为LMP7300构成微功耗精密电池低电压检测电路，LMP7300为微功率、精密基准和可调迟滞的比较器，基准电压为2.048V，基准电压精度为0.25％，电源电压范围为2.7-12V。

通过采用上述技术方案，通过电压检测电路有利于对单片机的稳定供电。

进一步地，所述单片机电性连接有SD卡，所述SD卡选用SPI模式，所述单片机的引脚1为SPI选线，引脚2为SPI总线的数据输入线，引脚7为数据输出线，引脚5为时钟线。

通过采用上述技术方案，通过SD卡方便存储信息。

进一步地，所述车载控制器的输出端电性连接有显示屏，所述车载控制器的输入端与用于检测电机的温度传感器、热红外传感器和烟雾传感器的输出端电性连接。

通过采用上述技术方案，通过显示屏方便观察电机的运行数据，通过温度传感器、热红外传感器和烟雾传感器方便对电机进行全面检测。

进一步地，所述烟雾传感器为MQ-2型烟雾传感器，所述温度传感器为SHT11温度传感器。

通过采用上述技术方案，MQ-2型烟雾传感器和SHT11温度传感器，检测精度高。

本发明还提供了一种可变绕组电机的控制方法，具体包括以下步骤：

S1、当转速传感器检测到电机以低速档位运转时，车载控制器控制每一相绕组单元的四个绕组相互串联进行工作；

S2、当转速传感器检测到电机以中速档位运转时，车载控制器控制每一相绕组单元的三个绕组后相互串联进行工作；

S3、当转速传感器检测到电机提高转速运转时，车载控制器控制每一相绕组单元的二个绕组后相互串联进行工作；

S4、当转速传感器检测到电机以高速档位运转时，车载控制器控制每一相绕组单元的一个绕组进行工作。

工作原理：低速工况时采用多绕组的U1、V1、W1三个抽头对应接入三相接线端，相同相电流时的扭矩最大；

转速提高后切换到U2、V2、W2三个抽头对应接入三相接线端，减小电机自感应电压；

随着转速的提高，再切换到U3、V3、W3三个抽头对应接入三相接线端；

最高速时段接在U4、V4、W4三个抽头对应接入三相接线端，匝数最小。

应用与汽车驱动时需要标定不同转速的绕组切换点，如同变速箱变档，增加的质量比机械式齿轮变速相对少，控制变档也相比容易。

综上所述，与现有技术相比，本发明保证匹配转速与电机自感应电压，提高电机高效运转范围，避开弱磁控制的能量损耗。特别适用于电动汽车驱动电机这类转速覆盖面很广的应用场合。利于在各转速区段都保持高效率，各转速区段都可以长期运转，提高电机高效区比例。利于提高电动汽车续航里程。

因此本方案，电机不同的转速匹配不同的状态，在电机的低速段和高速段效率明显提升，低速起步效率提升，扭矩加大，对车载控制器的技术可靠性要求明显降低。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可变绕组电机，包括电机和三相绕组，其特征在于：所述三相绕组的每一相绕组单元均由四个匝数的绕组构成，所述电机设有12个抽头，其中U1、V1、W1三个抽头为一组，U2、V2、W2三个抽头为一组，U3、V3、W3三个抽头为一组，U4、V4、W4三个抽头为一组，所述三相绕组通过车载控制器与所述电机电性连接，所述车载控制器的输入端与用于检测电机转速的转速传感器电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种可变绕组电机，其特征在于：所述电机为永磁电机。

3.根据权利要求1所述的一种可变绕组电机法，其特征在于：所述三相绕组包括双向晶闸管和逆变器，通过双向晶闸管确保调节电机各相绕组串联匝数的过程中不出现绕组电流断流的情况，所述逆变器用于为电机的三相绕组提供电源。

4.根据权利要求1所述的一种可变绕组电机法，其特征在于：所述转速传感器为W12L转速传感器。

5.根据权利要求1所述的一种可变绕组电机法，其特征在于：所述车载控制器的控制芯片为单片机，所述单片机为AT89C51单片机。

6.根据权利要求5所述的一种可变绕组电机法，其特征在于：所述单片机的电源接口通过电压检测电路与所述电源模块电性连接，所述电压检测电路为LMP7300构成微功耗精密电池低电压检测电路，LMP7300为微功率、精密基准和可调迟滞的比较器，基准电压为2.048V，基准电压精度为0.25％，电源电压范围为2.7-12V。

7.根据权利要求5所述的一种可变绕组电机法，其特征在于：所述单片机电性连接有SD卡，所述SD卡选用SPI模式，所述单片机的引脚1为SPI选线，引脚2为SPI总线的数据输入线，引脚7为数据输出线，引脚5为时钟线。

8.根据权利要求5所述的一种可变绕组电机法，其特征在于：所述车载控制器的输出端电性连接有显示屏，所述车载控制器的输入端与用于检测电机的温度传感器、热红外传感器和烟雾传感器的输出端电性连接。

9.根据权利要求8所述的一种可变绕组电机法，其特征在于：所述烟雾传感器为MQ-2型烟雾传感器，所述温度传感器为SHT11温度传感器。

10.一种权利要求1所述的可变绕组电机的控制方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

S1、当转速传感器检测到电机以低速档位运转时，车载控制器控制每一相绕组单元的四个绕组相互串联进行工作；

S2、当转速传感器检测到电机以中速档位运转时，车载控制器控制每一相绕组单元的三个绕组后相互串联进行工作；

S3、当转速传感器检测到电机提高转速运转时，车载控制器控制每一相绕组单元的二个绕组后相互串联进行工作；

S4、当转速传感器检测到电机以高速档位运转时，车载控制器控制每一相绕组单元的一个绕组进行工作。