CN110784142A

CN110784142A - 一种混合定子材料驱动电机的控制系统

Info

Publication number: CN110784142A
Application number: CN201911077456.7A
Authority: CN
Inventors: 沈军; 余得贵; 魏宇
Original assignee: Shenzhen University
Current assignee: Shenzhen University
Priority date: 2019-11-06
Filing date: 2019-11-06
Publication date: 2020-02-11

Abstract

本发明公开了一种混合定子材料驱动电机的控制系统，包括混合定子材料驱动电机、电源、控制和信号检测模块、硅钢定子PWM发生器、硅钢定子PWM驱动放大器、硅钢定子驱动电路、非晶定子PWM发生器、非晶定子PWM驱动放大器、非晶定子驱动电路；混合定子材料驱动电机设置有相互独立的非晶材料定子、硅钢定子；控制和信号检测模块的信号端分别与硅钢定子PWM发生器、非晶定子PWM发生器线路的信号端连接，硅钢定子PWM发生器的信号端通过硅钢定子PWM驱动放大器与硅钢定子驱动电路连接，非晶定子PWM发生器的信号端通过非晶定子PWM驱动放大器与非晶定子驱动电路连接，硅钢定子驱动电路、非晶定子驱动电路均与电源连接。

Description

一种混合定子材料驱动电机的控制系统

技术领域

本发明涉及新能源汽车领域，尤其涉及一种混合定子材料驱动电机的控制系统。

背景技术

新能源汽车作为传统燃油汽车的替代品，其主要电气系统为电池、电机、电控。其中，电机、电控系统作为传统发动机(变速箱)功能的替代，其性能直接决定了电动汽车的爬坡、加速、最高速度等主要性能指标。电机电控系统作为新能源汽车产业链的重要一环，其技术、制造水平直接影响整车的性能和成本，在很大程度上也影响新能源汽车市场的走向。

整体来看，我国驱动电机取得了较大进展，部分性能指标已达到国际先进水平，但是在电机的峰值转速、功率密度、效率等方面与国外仍存在一定的差距，继续发展和优化更高效、更可靠、性价比更高的电机及其控制系统仍然是新能源汽车未来发展工作的重中之重。

发明内容

本发明目的是针对上述问题，提供一种可以有效提高新能源汽车驱动效率有整车性能的混合定子材料驱动电机的控制系统。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种混合定子材料驱动电机的控制系统，包括混合定子材料驱动电机，所述混合定子材料驱动电机设置有相互独立的非晶材料定子、硅钢定子；所述混合定子材料驱动电机的控制系统还包括电源、以DSP芯片为核心的控制和信号检测模块、硅钢定子PWM发生器、硅钢定子PWM驱动放大器、硅钢定子驱动电路、非晶定子PWM发生器、非晶定子PWM驱动放大器、非晶定子驱动电路；控制和信号检测模块的信号输出端分别与硅钢定子PWM发生器、非晶定子PWM发生器线路的信号输入端连接，硅钢定子PWM发生器的信号输出端通过硅钢定子PWM驱动放大器与硅钢定子驱动电路线路连接，非晶定子PWM发生器的信号输出端通过非晶定子PWM驱动放大器与非晶定子驱动电路线路连接，硅钢定子驱动电路、非晶定子驱动电路均与电源线路连接；所述硅钢定子驱动电路包括IGBT管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6，电源正极与电容C1的一端，IGBT管Q1、IGBT管Q2、IGBT管Q3的漏极连接；IGBT管Q1的源极与IGBT管Q4的漏极、混合定子材料驱动电机线路连接，IGBT管Q2的源极与IGBT管Q5的漏极、混合定子材料驱动电机线路连接，IGBT管Q3的源极与IGBT管Q6的漏极、混合定子材料驱动电机线路连接；IGBT管Q1、IGBT管Q2、IGBT管Q3、IGBT管Q4、IGBT管Q5、IGBT管Q6的栅极均与硅钢定子PWM驱动放大器的信号输出端线路连接，电容C1的另一端、IGBT管Q4的源极、IGBT管Q5的源极、IGBT管Q6的源极均与电源负极线路连接；所述非晶定子驱动电路包括IGBT管Q7、Q8、Q9、Q10、Q11、Q12，电源正极与电容C2的一端，IGBT管Q7、IGBT管Q8、IGBT管Q9的漏极连接；IGBT管Q7的源极与IGBT管Q10的漏极、混合定子材料驱动电机线路连接，IGBT管Q8的源极与IGBT管Q11的漏极、混合定子材料驱动电机线路连接，IGBT管Q9的源极与IGBT管Q12的漏极、混合定子材料驱动电机线路连接；IGBT管Q7、IGBT管Q8、IGBT管Q9、IGBT管Q10、IGBT管Q11、IGBT管Q12的栅极均与非晶定子PWM驱动放大器的信号输出端线路连接，电容C2的另一端、IGBT管Q10的源极、IGBT管Q11的源极、IGBT管Q12的源极均与电源负极线路连接。

进一步的，所述混合定子材料驱动电机的控制系统还包括母线电压检测单元、母线电流检测单元、驱动电路温度检测单元、硅钢定子电流检测单元、非晶定子电流检测单元、电机温度检测单元；母线电压检测单元、母线电流检测单元、驱动电路温度检测单元的信号采集端均与硅钢定子驱动电路连接，硅钢定子电流检测单元、非晶定子电流检测单元、电机温度检测单元的信号采集端均与混合定子材料驱动电机连接；母线电压检测单元、母线电流检测单元、驱动电路温度检测单元、硅钢定子电流检测单元、非晶定子电流检测单元、电机温度检测单元的信号输出端均与控制和信号检测模块的信号输入端连接。

与现有技术相比，本发明具有的优点和积极效果是：

本发明在工作时，以DSP芯片为核心的控制和信号检测模块通过两个PWM发生器分别对硅钢定子驱动电路、非晶定子驱动电路进行控制，主要实现了三个不同的控制策略；

在新能源汽车处于低速行驶工况时，车辆要求驱动电机输出扭矩小、转速低、功率不大，此时低频下的非晶定子的优势并体现不出来，同时非晶定子部分的输出功率有限，因此只对硅钢定子单元进行通电控制就可满足行驶要求。控制单元由控制和信号检测模块、硅钢定子PWM发生器、硅钢定子PWM驱动放大器、硅钢定子驱动电路构成，其对驱动电机的控制依赖于硅钢定子电流信号、电机温度、母线电流、母线电压等信号的检测状态；检测单元将检测信号传递给控制和信号检测模块，控制和信号检测模块根据信号状态对硅钢定子PWM发生器进行控制，从而通过硅钢定子驱动电路实现对驱动电机的控制；

由于非晶定子具有硅钢定子不具备的高频低损耗的特点，在新能源汽车处于高速行驶工况时，车辆要求驱动电机输出扭矩小、转速高、功率小，因此只对非晶定子单元进行通电控制，高频小功率状态下非晶定子内部的磁感应强度弱、磁致伸缩效应小、噪声低，由于非晶的良好高频特性，此时电机的运行效率依然很高；控制单元由控制和信号检测模块、非晶定子PWM发生器、非晶定子PWM驱动放大器、非晶定子驱动电路构成，其对驱动电机的控制同样依赖于各种信号的状态检测，其控制原理与硅钢定子的控制方式相同；

当新能源车辆处于启动、爬长坡、高速超车等重载工况时，车辆要求电机保持输出大扭矩、大功率，硅钢定子控制单元与非晶定子控制单元同时启动，使整个电机输出最大扭矩、最大功率。通过控制和信号检测模块的内部软件进行算法决策和协调，两者同时对驱动电机进行启动，同时驱动的时候，硅钢电机和非晶电机的扭矩输出占比根据车辆运行工况由DSP芯片进行实时动态决策。

混合定子材料驱动电机由两种定子组成，因此电机输出6根线，分别为硅钢定子三相出线、非晶定子三相出线，硅钢定子三相出线与硅钢定子驱动电路连接，非晶定子三相出线与非晶定子驱动电路连接。电机控制是由6个IGBT功率管根据矢量控制算法输出3个不同占空比的PWM组合来实现的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的框架结构图。

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，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。

如图1所示，一种混合定子材料驱动电机的控制系统，包括混合定子材料驱动电机M，所述混合定子材料驱动电机M设置有相互独立的非晶材料定子、硅钢定子；所述混合定子材料驱动电机的控制系统还包括电源、以DSP芯片为核心的控制和信号检测模块、硅钢定子PWM发生器、硅钢定子PWM驱动放大器、硅钢定子驱动电路、非晶定子PWM发生器、非晶定子PWM驱动放大器、非晶定子驱动电路；控制和信号检测模块的信号输出端分别与硅钢定子PWM发生器、非晶定子PWM发生器线路的信号输入端连接，硅钢定子PWM发生器的信号输出端通过硅钢定子PWM驱动放大器与硅钢定子驱动电路线路连接，非晶定子PWM发生器的信号输出端通过非晶定子PWM驱动放大器与非晶定子驱动电路线路连接，硅钢定子驱动电路、非晶定子驱动电路均与电源线路连接；所述硅钢定子驱动电路包括IGBT管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6，电源正极与电容C1的一端，IGBT管Q1、IGBT管Q2、IGBT管Q3的漏极连接；IGBT管Q1的源极与IGBT管Q4的漏极、混合定子材料驱动电机M线路连接，IGBT管Q2的源极与IGBT管Q5的漏极、混合定子材料驱动电机M线路连接，IGBT管Q3的源极与IGBT管Q6的漏极、混合定子材料驱动电机M线路连接；IGBT管Q1、IGBT管Q2、IGBT管Q3、IGBT管Q4、IGBT管Q5、IGBT管Q6的栅极均与硅钢定子PWM驱动放大器的信号输出端线路连接，电容C1的另一端、IGBT管Q4的源极、IGBT管Q5的源极、IGBT管Q6的源极均与电源负极线路连接；所述非晶定子驱动电路包括IGBT管Q7、Q8、Q9、Q10、Q11、Q12，电源正极与电容C2的一端，IGBT管Q7、IGBT管Q8、IGBT管Q9的漏极连接；IGBT管Q7的源极与IGBT管Q10的漏极、混合定子材料驱动电机M线路连接，IGBT管Q8的源极与IGBT管Q11的漏极、混合定子材料驱动电机M线路连接，IGBT管Q9的源极与IGBT管Q12的漏极、混合定子材料驱动电机M线路连接；IGBT管Q7、IGBT管Q8、IGBT管Q9、IGBT管Q10、IGBT管Q11、IGBT管Q12的栅极均与非晶定子PWM驱动放大器的信号输出端线路连接，电容C2的另一端、IGBT管Q10的源极、IGBT管Q11的源极、IGBT管Q12的源极均与电源负极线路连接。

所述混合定子材料驱动电机的控制系统还包括母线电压检测单元、母线电流检测单元、驱动电路温度检测单元、硅钢定子电流检测单元、非晶定子电流检测单元、电机温度检测单元；母线电压检测单元、母线电流检测单元、驱动电路温度检测单元的信号采集端均与硅钢定子驱动电路连接，硅钢定子电流检测单元、非晶定子电流检测单元、电机温度检测单元的信号采集端均与混合定子材料驱动电机连接；母线电压检测单元、母线电流检测单元、驱动电路温度检测单元、硅钢定子电流检测单元、非晶定子电流检测单元、电机温度检测单元的信号输出端均与控制和信号检测模块的信号输入端连接。

当新能源汽车低速行驶状态时，控制单元由控制和信号检测模块、硅钢定子PWM发生器、硅钢定子PWM驱动放大器、硅钢定子驱动电路构成，其对驱动电机的控制依赖于硅钢定子电流信号、电机温度、母线电流、母线电压等信号的检测状态；检测单元将检测信号传递给控制和信号检测模块，控制和信号检测模块根据信号状态对硅钢定子PWM发生器进行控制，从而通过硅钢定子驱动电路实现对驱动电机的控制；

当新能源汽车高速行驶状态时，控制单元由控制和信号检测模块、非晶定子PWM发生器、非晶定子PWM驱动放大器、非晶定子驱动电路构成，其对驱动电机的控制同样依赖于各种信号的状态检测，其控制原理与硅钢定子的控制方式相同；

当新能源汽车处于大扭矩启动、爬坡状态时，硅钢定子控制单元与非晶定子控制单元同时启动，通过控制和信号检测模块的内部软件进行算法决策和协调，两者同时对驱动电机进行启动，同时驱动的时候，硅钢电机和非晶电机的扭矩输出占比根据车辆运行工况由DSP芯片进行实时动态决策。

混合定子材料驱动电机由两种定子组成，因此电机出6根线，分别为硅钢定子三相出线、非晶定子三相出线，硅钢定子三相出线与硅钢定子驱动电路连接，非晶定子三相出线与非晶定子驱动电路连接。电机控制是由6个IGBT功率管根据矢量控制算法输出3个不同的PWM组合来实现的。

Claims

1.一种混合定子材料驱动电机的控制系统，包括混合定子材料驱动电机，特征在于：所述混合定子材料驱动电机包含有相互独立的非晶材料定子、硅钢定子；所述混合定子材料驱动电机的控制系统还包括电源、以DSP芯片为核心的控制和信号检测模块、硅钢定子PWM发生器、硅钢定子PWM驱动放大器、硅钢定子驱动电路、非晶定子PWM发生器、非晶定子PWM驱动放大器、非晶定子驱动电路；控制和信号检测模块的信号输出端分别与硅钢定子PWM发生器、非晶定子PWM发生器线路的信号输入端连接，硅钢定子PWM发生器的信号输出端通过硅钢定子PWM驱动放大器与硅钢定子驱动电路线路连接，非晶定子PWM发生器的信号输出端通过非晶定子PWM驱动放大器与非晶定子驱动电路线路连接，硅钢定子驱动电路、非晶定子驱动电路均与电源线路连接；所述硅钢定子驱动电路包括IGBT管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6，电源正极与电容C1的一端，IGBT管Q1、IGBT管Q2、IGBT管Q3的漏极连接；IGBT管Q1的源极与IGBT管Q4的漏极、混合定子材料驱动电机线路连接，IGBT管Q2的源极与IGBT管Q5的漏极、混合定子材料驱动电机线路连接，IGBT管Q3的源极与IGBT管Q6的漏极、混合定子材料驱动电机线路连接；IGBT管Q1、IGBT管Q2、IGBT管Q3、IGBT管Q4、IGBT管Q5、IGB T管Q6的栅极均与硅钢定子PWM驱动放大器的信号输出端线路连接，电容C1的另一端、IGBT管Q4的源极、IGBT管Q5的源极、IGBT管Q6的源极均与电源负极线路连接；所述非晶定子驱动电路包括IGBT管Q7、Q8、Q9、Q10、Q11、Q12，电源正极与电容C2的一端，IGBT管Q7、IGBT管Q8、I GBT管Q9的漏极连接；IGBT管Q7的源极与IGBT管Q10的漏极、混合定子材料驱动电机线路连接，IGBT管Q8的源极与IGBT管Q11的漏极、混合定子材料驱动电机线路连接，IGBT管Q9的源极与IGBT管Q12的漏极、混合定子材料驱动电机线路连接；IGBT管Q7、IGBT管Q8、IGBT管Q9、IGB T管Q10、IGBT管Q11、IGBT管Q12的栅极均与非晶定子PWM驱动放大器的信号输出端线路连接，电容C2的另一端、IGBT管Q10的源极、IGBT管Q11的源极、IGBT管Q12的源极均与电源负极线路连接。

2.如权利要求1所述的混合定子材料驱动电机的控制系统，其特征在于：所述混合定子材料驱动电机的控制系统还包括母线电压检测单元、母线电流检测单元、驱动电路温度检测单元、硅钢定子电流检测单元、非晶定子电流检测单元、电机温度检测单元；母线电压检测单元、母线电流检测单元、驱动电路温度检测单元的信号采集端均与硅钢定子驱动电路连接，硅钢定子电流检测单元、非晶定子电流检测单元、电机温度检测单元的信号采集端均与混合定子材料驱动电机连接；母线电压检测单元、母线电流检测单元、驱动电路温度检测单元、硅钢定子电流检测单元、非晶定子电流检测单元、电机温度检测单元的信号输出端均与控制和信号检测模块的信号输入端连接。