CN112072965B - 一种多模块驱动系统的编码器控制方法及其安全管理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多模块驱动系统的编码器控制方法及其安全管理方法，多模块驱动系统包括具有多个绕组单元的三相交流电机和多个驱动器单元，各驱动器单元用于对与其对应的绕组单元进行运行控制，三相交流电机包括安装在电机轴上的编码器；编码器控制方法包括：将1个驱动器单元作为主驱动器与编码器之间双向通信数据连接，主驱动器向编码器发送启动和/或停止信号，编码器向该主驱动器发送转子位置信号；其余驱动器单元与编码器之间单向通信数据连接，用于接收编码器输出的转子位置信号；本发明可实现精准的编码器控制管理，还有力提升了本实施例多模块驱动系统的安全管理水平。
Description
技术领域
本发明属于电动车驱动控制技术，具体涉及了一种多模块驱动系统的编码器控制方法，本发明还涉及该编码器的安全管理方法。
背景技术
三轮车由于具有较好的装载能力，相对于两轮车具有自身的特定优势，因此具有较大的市场应用需求。然而，三轮车所采用的驱动技术一直沿用传统的电机驱动技术，几乎没有出现真对三轮车的创新驱动技术公开，具体来说：采用安装在绕组上的霍尔传感器进行转子位置的传感检测，同时采用方波控制驱动，其中，霍尔传感器在绕组发热环境下长时间使用后，自身结构容易发生损害，导致三轮车存在较高的故障率，同时现有的控制方式存在提速性能差，电机工作效率低下，成本高。
申请人还特别留意到三轮车由于通常需要具备较好的装载能力，同时也同样具有两轮车的使用功能，其应用的负载范围非常宽，所以当三轮车进行使用时，由于其对应的负载范围宽且不确定，因此要求的三轮车电机在驱动时需要具有优异的提速性能，现有的三轮车驱动控制方案相对近年来的技术发展已显得相对落后了。
因此，基于本申请人的技术研发团队在电动车驱动领域的多年专注研发经验和累积的应用数据经验希望寻求系统性技术方案来提升三轮车驱动的技术水平，推进三轮车的应用发展。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种多模块驱动系统的编码器控制方法及其安全管理方法，可实现精准的编码器控制管理，还有力提升了本实施例多模块驱动系统的安全管理水平。
本申请采用的技术方案如下：
一种多模块驱动系统的编码器控制方法，所述多模块驱动系统包括具有多个绕组单元的三相交流电机和多个驱动器单元，各驱动器单元用于对与其对应的绕组单元进行运行控制，所述三相交流电机包括安装在电机轴上的编码器；所述编码器控制方法包括：将1个驱动器单元作为主驱动器与所述编码器之间双向通信数据连接，主驱动器向所述编码器发送启动和/或停止信号，所述编码器向该主驱动器发送转子位置信号；其余驱动器单元与所述编码器之间单向通信数据连接，用于接收所述编码器输出的转子位置信号。
优选地，所述通信数据连接方式采用有线通信方式和/或无线通信方式。
优选地，部分或全部绕组单元设有霍尔组件，所述霍尔组件与其对应的驱动器单元通信数据连接；所述编码器控制方法还包括如下数据判断控制过程：
D10)、当驱动器单元接收到来自编码器输出的第一转子位置信号/和来自霍尔组件输出的第二转子位置信号；
D20)、所述驱动器单元根据与其对应的绕组单元反电动势判断所述第一转子位置信号数据是否匹配，如果判断结果为匹配,进入步骤D30),如果判断结果为不匹配,进入步骤D40)；
D30)、该驱动器单元基于所述第一转子位置信号对与其对应的绕组单元进行运行控制；
D40)、判断述驱动器单元根据与其对应的绕组单元反电动势判断所述第二转子位置信号数据是否匹配，如果判断结果为匹配,进入步骤D50),如果判断结果为不匹配,判定多模块驱动系统发生故障；
D50)、该驱动器单元基于所述第二转子位置信号对与其对应的绕组单元进行运行控制。
优选地，所述驱动器单元分别设有用于接入所述第一转子位置信号的编码器接口，以及用于接入所述第二转子位置信号的HALL接口。
优选地，所述电机包括电磁感应连接的定子组件和转子组件，所述转子组件与电机轴固装为一体；所述编码器采用电感式位置编码器，包括电磁感应连接的编码器转动模块和编码器定子模块，其中，所述编码器转动模块固定安装在所述电机轴上，所述编码器定子模块固定安装在定子组件一端，且与所述驱动器通信连接，将计算得到的转子位置信号发送给所述驱动器。
优选地，所述编码器转动模块设有转动模块印刷电路板，所述转动模块印刷电路板上设有导电材料刻度区，所述编码器定子模块设有定子模块印刷电路板，所述定子模块印刷电路板上设有用于产生电磁场的激励线圈、用于接收感应电动势的接收线圈和处理芯片，其中，所述导电材料刻度区用于影响激励线圈和接收线圈之间的耦合关系，所述激励线圈产生交变电磁场强度后使得接收线圈上的感应电动势发生变化；当编码器转动模块相对编码器定子模块旋转一圈后，所述接收线圈得到多个周期的接收信号，通过处理芯片对该接收信号进行计算处理后，向所述驱动器输出转子位置信号。
优选地，所述处理芯片配合所述激励线圈产生高频周期性交流电压和电流，流过所述激励线圈的交变电流在其周边区域内形成交变电磁场；当激励线圈上产生的交变电磁场穿过接收线圈时，由于该接收线圈的磁通量发生交变，确保在每个接收线圈上产生频率相同的交变感应电动势。
优选地，各接收线圈在所述转动模块印刷电路板上呈环状间隔分布；所述导电材料刻度区上的各导电材料在所述转动模块印刷电路板上呈环状间隔分布。
优选地，一种多模块驱动系统的编码器安全管理方法，采用如上所述的编码器控制方法；其中，所述编码器采用握手识别安全管理，包括：在多模块驱动系统启动前，预先向主驱动器发送单向握手信号，当主驱动器识别该单向握手信号后并向所述编码器发送回握信号后，判定各驱动器单元可进入启动工作；当主驱动器无法发送回握信号时，判定驱动器单元与编码器不匹配，停止向各驱动器单元输入转子位置信号。
优选地，所述多模块驱动系统作为电动两轮车或电动三轮车的驱动系统，所述三相交流电机的输出功率范围为500W-20KW。
针对具有多驱动器单元的多模块驱动系统(可参见本申请人的在先申请CN109245343A)，本申请提出采用安装在电机轴的编码器来取代现有技术中的霍尔组件，为了实现精准的控制管理，在具体控制时，指定其中一个驱动器单元作为主驱动器，与编码器之间进行双向通信数据连接，其余驱动器单元仅作为信号接收端，用于接收编码器输出的转子位置信号；本申请还进一步优选地提出了与已安装有霍尔组件的多模块驱动系统的兼容方案控制，通用性好，也可进一步降低多模块驱动系统的故障发生率。
附图说明
图1是本申请实施例1中三轮车驱动系统的控制步骤流程框图；
图2是本申请实施例1中电机的结构示意图；
图3是图2在另一方向的结构示意图；
图4是图2中编码器2的安装结构爆炸结构图；
图5是图2的爆炸结构图；
图6是本申请实施例2中编码器2的自校准控制步骤流程框图；
图7是本申请实施例2中转子组件13的结构示意图；
图8是图7的爆炸结构图；
图9是本申请实施例2中转子铁芯的结构示意图；
图10是图9的端面结构示意图；
图11是本申请实施例2中组合式磁钢的装配工艺步骤流程框图；
图12是图10中A处结构放大图；
图13是本申请实施例4中电路板的爆炸结构示意图；
图14是本申请实施例4中电路板(未显示底部散热基板)的结构示意图；
图15是图14在另一方向上的结构示意图；
图16是MOS管在过电散热铝块上的安装结构放大示意图；
图17是MOS管与接触垫片、弹性垫片之间的安装结构爆炸图；
图18是本申请实施例5中的平滑控制步骤流程框图；
图19是本申请实施例6中编码器与各驱动器单元的通信连接示意图；
图20是本申请实施例6中编码器的数据判断控制过程步骤流程框图；
图21是本申请实施例6中编码器在安全管理时的通信连接示意图。
具体实施方式
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，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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：本实施例提出了一种低故障率的三轮车驱动系统，包括三轮车架(应用公知的三轮车结构)上的电机1以及用于控制电机1驱动运行的驱动器，电机1包括安装在电机轴11上的编码器2，可明显降低故障率；编码器2与驱动器之间通信连接，编码器2将检测到的转子位置信号发送给驱动器，驱动器基于转子位置信号对电机进行正弦波驱动控制，可以显著提高三轮车驱动系统的驱动精度，实现精细控制；请参见图1所示，本实施例的控制步骤包括：
S10)、当驱动器接收到来自编码器2输出的转子位置实时信号后，对该转子位置实时信号进行滤波处理，设定当前角度值ThetViL1；
S20)、将当前角度值ThetViL1与上个周期的角度值ThetViLast进行偏差值比较，并根据偏差值比较结果对当前正弦波控制实际角度值ThetResult进行赋值；优选地，在本步骤20)中，当偏差值不超过预设最大偏差值(可以实际控制精度需要进行具体设定即可)时，将当前角度值ThetViL1赋值给当前正弦波控制实际角度值ThetResult；当偏差值超过预设最大偏差值时，将预设的最大角度值赋值给当前正弦波控制实际角度值ThetResult，避免电机电流波动；
S30)、驱动器根据正弦波控制实际角度值ThetResult启动和控制电机1。
优选地，请参见图2、图3和图4所示，在本实施方式中，电机1包括电磁感应连接的定子组件12和转子组件13，转子组件13与电机轴11固装为一体；编码器2采用电感式位置编码器，包括电磁感应连接的编码器转动模块21和编码器定子模块22，其中，编码器转动模块21固定安装在电机轴11上，编码器定子模块22固定安装在定子组件20一端，且与驱动器通信连接，将计算得到的转子位置信号发送给驱动器，转子位置信号具有高精度高分辨率，可精准地实现对电机1启停、速度的控制以及功率密度监控等用途，适合在各种恶劣环境条件下工作，包括潮湿、泥泞、粉尘多的工作环境；
优选地，在本实施方式中，定子组件12位于转子组件13外周(即为内转子电机),在其他实施方式中，也可以选用外转子电机；更优选地，在本实施方式中，编码器转动模块21设有转动模块印刷电路板(未具体示出)，转动模块印刷电路板上设有导电材料刻度区(具体刻度值根据实际需要进行选择)，编码器定子模块22设有定子模块印刷电路板(未具体示出)，定子模块印刷电路板上设有用于产生电磁场的激励线圈、用于接收感应电动势的接收线圈和处理芯片，其中，导电材料刻度区用于影响激励线圈和接收线圈之间的耦合关系，激励线圈产生交变电磁场强度后使得接收线圈上的感应电动势发生变化；当编码器转动模块21相对编码器定子模块22旋转一圈后，接收线圈得到多个周期的接收信号，通过处理芯片对该接收信号进行计算处理后，向驱动器输出转子位置信号；
在本实施方式中，转子组件13包括永磁磁钢13a，当永磁磁钢13a旋转时，永磁磁钢13a的N、S磁极使得导电材料刻度区产生涡流场，用于削弱激励线圈的交变电磁场强度，可有利于交变电磁场的形成；处理芯片配合激励线圈产生高频周期性交流电压和电流，流过激励线圈的交变电流在其周边区域内形成交变电磁场；当激励线圈上产生的交变电磁场穿过接收线圈时，由于该接收线圈的磁通量发生交变，确保在每个接收线圈上产生频率相同的交变感应电动势；
具体优选地，在本实施方式中，各接收线圈在转动模块印刷电路板上呈环状间隔分布；导电材料刻度区上的各导电材料在转动模块印刷电路板上呈环状间隔分布；
在参见图2、图3和图4的基础上，进一步参见图5所示，本实施例还进一步优选提出了一种编码器2的便捷安装结构，编码器转动模块21套接在编码器安装套23上，编码器安装套23固装在电机轴11上；编码器定子模块22通过编码安装盘24固安装在电机端盖上；优选地，在本实施方式中，定子组件12外周设有散热安装筒体15，散热安装筒体15采用铝型材铸造或加工而成，且设有若干散热筋片15a；散热安装筒体15a两端分别固装第一电机端盖14a和第二电机端盖14b；编码安装盘24固定安装在第二电机端盖14b上，位于编码安装盘24外侧的电机轴11上固定安装有用于电机散热的风扇16；
优选地，在本实施方式中，编码器安装套23通过平键或过盈配合或热装或花键与电机轴11安装连接；同时编码器定子模块22设有导向安装孔22a，编码器安装套23外周间隙插装在该导向安装孔22a内；
优选地，在本实施方式中，编码安装盘24通过轴承25可相对选择地套装在电机轴11上，编码器定子模块22安装在第二电机端盖14b和编码安装盘24之间；编码器定子模块22通过螺钉紧固件固定安装在编码安装盘24上，编码安装盘24通过螺钉紧固件固定安装在第二电机端盖14b上；
优选地，在本实施方式中，散热安装筒体15外周设有呈间隔分布的安装槽15b，各安装槽15b通过插装螺钉紧固件17，将散热安装筒体15、第一电机端盖14a和第二电机端盖14b固定安装为一体，本实施例的散热安装筒体15不仅有利于对电机1在高速运转的外部防护效果，而且与风扇16相互配合工作，可以实现对电机1的快速散热效果。
本实施例一方面把编码器转动模块21套接在编码器安装套23上，通过编码器安装套23快速地固装在电机轴11上；另一方面，编码器定子模块22通过编码安装盘24固安装在第二电机端盖14b上，编码器定子模块22位于编码安装盘24与第二电机端盖14b之间，安装稳固可靠，不易受到外力损坏，避免发生故障。
实施例2：在实施例1提出的三轮车驱动系统基础上，本实施例2进一步提出了一种编码器2的自校准控制方法，编码器2采用电感式位置编码器用于实时检测转子位置信号；在电机1使用前，编码器2预先进行自校准控制，其中，请参见图6所示，自校准控制的操作步骤包括：
A10)、对安装有编码器2的电机1上电，通过外力使得电机1处于稳定的匀速旋转状态，优选地，在本步骤A10)中，电机1的旋转速度范围设定为其正常行驶时额定转速的20-80％；
A20)、调节位于编码器2内部感应线圈的原始正余弦信号，并基于该原始正余弦信号调节编码器的输出幅值，使得编码器2在每个周期(计算周期通常可以设定为微秒级，如设定在50-100微秒)内的原始正余弦信号达到统一输出幅值；优选地，在本实施方式中，该接收线圈作为感应线圈，且该感应电动势信号作为原始正余弦信号；当编码器转动模块相对编码器定子模块旋转一圈后，接收线圈得到多个周期的原始正余弦信号，通过处理芯片对该原始正余弦信号进行计算处理调节后，使得编码器在每个周期内的原始正余弦信号达到统一输出幅值；
A30)、将该输出幅值信号通过处理计算后作为转子位置的零位校准信号发送给驱动器。
A40)、将该输出幅值信号存储在编码器2中；具体优选地，在本步骤A40)中，编码器2设有自校准按键，通过按压自校准按键，用于向编码器2发送将输出幅值信号进行存储的指令。
通过本实施例提出的编码器自校准控制方案，可以实现对转子实时位置的精准检测，最终确保本申请三轮车驱动系统的精确驱动效果。
实施例3：在实施例1和实施例2的基础上，本实施例进一步提出一种高效三轮车驱动系统，电机1采用利于弱磁控制的凸极永磁同步电机，定子组件12包括定子铁芯(图未示出)和绕组(图未示出)，转子组件13包括转子铁芯13b和永磁磁钢13a；通过对凸极永磁同步电机的弱磁控制提高其调速范围，同时通过提高单个绕组的线圈匝数来提高凸极永磁同步电机的转矩，本实施例中凸极永磁同步电机的调速范围为0-2000转/每分钟；
优选地，在本实施方式中，请参见图7、图8、图9和图10所示，转子铁芯13b设有若干在其第一内圆周方向上均匀间隔分布的第一铁芯斜槽31以及若干在其第一内圆周方向上均匀间隔分布的第二铁芯斜槽32，其中，第一铁芯斜槽32和第二铁芯斜槽32之间具有夹角(在本实施方式中，第一铁芯斜槽31分别与其相邻的第二铁芯斜槽32具有第一夹角a1＝37°和第二夹角a2＝73°)；且在第一内圆周上呈交替分布，且第一铁芯斜槽31和第二铁芯斜槽32内分别嵌装有永磁磁钢13b，利于高倍弱磁控制，且不易退磁；
优选地，本实施例提出了一种三轮车驱动电机的组合式磁钢，位于各铁芯斜槽31，32内的永磁磁钢13b采用呈平行分段叠放组合的若干永磁磁钢单元33，根据其所在铁芯斜槽31，32的长度选择永磁磁钢单元33的叠放数量，单个铁芯斜槽31，32内相邻永磁磁钢单元33之间的相同磁极呈接触叠放状；且单个铁芯斜槽31，32内的各永磁磁钢单元33的厚度和宽度相等，各永磁磁钢单元33的长度相等或长度不相等；
优选地，在本实施方式中，永磁磁钢单元33的长径比范围为0.18-0.2，永磁磁钢单元33的厚度范围为1.1-2mm，永磁磁钢单元33的材料为钕铁硼；本实施例中永磁磁钢单元33的优选方案可直接参见本申请人的在先申请CN208539674U的专利记载，本实施例不做具体展开说明；进一步优选地，在本实施方式中，各永磁磁钢单元33的长度相等，其长度范围为10-30mm，单个铁芯斜槽31，32内嵌装有3-6个永磁磁钢单元33，具体地，铁芯斜槽31，32的长度L约为87-90mm，分别嵌装有5个长度相等的永磁磁钢单元33；
进一步优选地，在本实施方式中，转子铁芯13b设有若干在其第二内圆周方向上均匀间隔分布的插装槽34，同时转子铁芯13b两端分别设有第一挡板35a和第二挡板35b，各插装槽34通过插装锁紧件36将转子铁芯13b与第一挡板35a和第二挡板35b锁紧安装为一体；其中，第一挡板35a和第二挡板35b至少接触覆盖部分铁芯斜槽31，32表面区域，用于防止在铁芯斜槽31，32内的永磁磁钢单元33由于同极相斥被弹出；具体优选地，在本实施方式中，第一挡板35a和第二挡板35b的外周均呈圆型形状，且分别与转子铁芯13b同心安装分布，同时第二内圆周与第一内圆周呈同心分布，其中，第一挡板35a和第二挡板35b的外径均大于第一内圆周的直径，具体地，在本实施方式中，第一挡板35a和第二挡板35b的外径相等，均约为70mm，第一内圆周的直径约为58mm。
优选地，在本实施方式中，转子铁芯13b包括若干转子铁芯冲片，其中，各转子铁芯冲片设有在其第三内圆周方向上均匀间隔分布的叠压槽37，通过紧固件37a与各叠压槽37的插装配合，将转子铁芯冲片锁紧叠压为一体；该叠压槽37与插装槽34在内圆周方向上呈交替分布，具体地，第三内圆周的外径约为56mm；
请进一步参见图11所示，本实施例还提出一种如上所述的组合式磁钢的装配工艺，包括如下装配步骤：
B10)、根据铁芯斜槽31，32的长度向铁芯槽内依次插入所需数量的永磁磁钢单元，各永磁磁钢单元在铁芯斜槽31，32内呈平行分段叠放组合结构，且单个铁芯槽31，32内相邻永磁磁钢单元33之间的相同磁极呈接触叠放状；
B20)、在转子铁芯13b两端分别同轴放置第一挡板35a和第二挡板35b，第一挡板35a、转子铁芯13b和第二挡板35b之间的插装槽34分别对应配合；
B30)、通过锁紧件36与各插装槽34的插装配合，将第一挡板35a、转子铁芯13b和第二挡板35b锁紧为一体，可防止在单个铁芯斜槽31，32内的永磁磁钢单元33由于同极相斥被弹出。
优选地，在本实施方式中，请进一步参见图12所示，转子铁芯13b包括若干主弧形转子铁芯段38和若干内弯曲型转子铁芯段39，主弧形转子铁芯段38和内弯曲型转子铁芯段39相互交替一体或分体连接形成闭合弧型形状，利于电机1的弱磁效果；具体优选地，在本实施方式中，内弯曲型转子铁芯段39作为第一铁芯斜槽31和第二铁芯斜槽32之间的连接段，且内弯曲型转子铁芯段39的中心线与第一铁芯斜槽31和第二铁芯斜槽32之间的中心线重合。
实施例4：实施例1、实施例2和实施例3中三轮车驱动系统的驱动器均包括设有多个MOS管41的电路板4；本实施例电路板上MOS管41的具体数量和分布，以及在电路板4上根据实际需要设置多个电容器件42，这些都是驱动控制领域的公知常识和常规技术手段，因此，对于电路板4的具体硬件结构设计，本实施例不再具体展开说明；
请参见图13、图14、图15、图16和图17所示，本实施例4提出了一种具有高效散热效果的电路板4，各MOS管41的引脚一侧焊接在电路板4上，同时MOS管41的另一侧输出端通过套接有弹性垫片的紧固件43固定安装在过电散热铝块45(可以为条状或块状或其他异型形状，本实施例不做特别限定)上且与过电散热铝块45电连接，过电散热铝块45固定安装在电路板4上且与外部绝缘接触；优选地，在本实施方式中，紧固件43分别套接有接触垫片44a和弹性垫片44b，将MOS管41的另一侧输出端设有插装孔41a，紧固件43贯穿插装孔41a后与过电散热铝块45紧固安装连接，其中，紧固件43端部与过电散热铝块45之间依次设有弹性垫片44b和接触垫片44a，接触垫片44a与过电散热铝块45接触连接；具体优选地，在本实施方式中，MOS管41栅极引脚41b和源极41c引脚分别焊接在电路板4上，同时位于MOS管41的另一侧输出端为MOS管漏极，MOS管漏极41d设有插装孔41a；
优选地，在本实施方式中，电路板4绝缘安装在具有若干散热筋片46a的底部散热基板46上，过电散热铝块45通过绝缘紧固套件47与底部散热基板46安装连接为一体，过电散热铝块45与底部散热基板46之间设有绝缘胶层(图未示出)；底部散热基板46上设有与过电散热铝块45对应设置的铝块散热凸台46b，电路板4上设有用于贯穿铝块散热凸台46b的铝块贯穿窗口48，铝块散热凸台46b贯穿铝块限位窗口48后与其对应的过电散热铝块45绝缘接触。
优选地，在本实施方式中，过电散热铝块45通过呈三角状分布的紧固件固定安装在电路板4和底部散热基板46上，具体优选地，在本实施方式中，紧固件包括绝缘紧固套件47(套接有绝缘套的螺钉紧固件)，为了确保紧固安装效果，部分紧固件还包括与其对应紧固配合的绝缘安装垫片47a。
优选地，在本实施方式中，过电散热铝块45的高度为15-25mm，底部散热基板46的最大厚度(包括散热加强筋片31)范围为25-35mm；电路板4采用PCB板，底部散热基板46采用铝质散热基板，利于快速散热效果；
优选地，在本实施方式中，底部散热基板46设有用于限位放置电路板4的限位槽46c，同时限位槽46c外周卡接有绝缘硅胶环49。
本实施例的整体安装结构简单且便于MOS管41的拆装，同时过电散热铝块45不仅作为MOS管41的走电安装器件，同时过电散热铝块45作为MOS管41的快速散热接触结构，在MOS管41(约75A)实现大电流连接的基础上，不仅避免了厚铜板的耗用，结构成本低，同时具有良好的散热效果；本申请进一步提出将电路板4绝缘安装在底部散热基板46上，底部散热基板46与过电散热铝块45之间结缘导热接触，进一步利于电路板4的散热效果。
本实施例还提出了一种三轮车，采用三轮车驱动系统驱动运行，三轮车驱动系统的电路板采用如上所述的电路板4。
实施例5：本实施例的其余技术方案同实施例1-4，区别在于，本实施例提出了一种三轮车驱动系统的自动调速控制方法，该三轮车驱动系统包括三轮车架上的电机(其调速范围为0-2000转/每分钟)以及用于控制电机1驱动运行的驱动器，三轮车驱动系统设有与驱动器通信连接的自动换挡装置，自动换挡装置的输出端传动连接三轮车的后车轮；其中，自动换挡装置具有低速减速比档P1和高速减速比档P2，通过驱动器基于三轮车的行驶工况判断是否自动换挡装置需要换挡，同时在自动换挡装置换挡过程中，驱动器对电机1进行平滑控制，可避免三轮车在行驶过程中发生抖动或顿挫感；
优选地，在本实施方式中，请参见图18所示，平滑控制包括如下控制过程：
C10)、驱动器确认自动换挡装置发送的换挡需求信号；
C20)、驱动器将自动换挡装置处于空挡P0状态作为换挡条件，当判定达到换挡条件后，基于检测得到的后车轮转速以及换挡需求信号，将电机转速控制调节至目标转速；
C30)、自动换挡装置执行换挡需求。
在本实施方式中，换挡需求包括将低速减速比档P1切换到高速减速比档P2的高速换挡需求，电机1的目标转速Speed目标＝电机的当前速度Speed当前*(1/P2)/(1/P1)，以及将高速减速比档P2切换到低速减速比档P1的低速换挡需求，电机的目标转速Speed目标＝电机的当前速度Speed当前*(1/P1)/(1/P2)；驱动器在接收换挡需求信号后在0.6-3秒内将电机转速控制调节至目标转速，具体优选地，将换挡时间控制在1秒内完成；
优选地，在本实施方式中，向驱动器基于输入的电机速度、电机相线电流和整车母线电流的实时变化，判断三轮车的行驶工况处于爬坡行驶状态还是平路行驶状态；其中，当从平路行驶状态切换进入爬坡行驶状态时，判断自动换挡装置需要低速换挡，当从爬坡行驶状态切换进入平路行驶状态时，判断所述自动换挡装置需要高速换挡；
具体地，本实施例对具体自动换挡过程进行了进一步说明：
在本实施例中，P1＝1：30，P2＝1：10；驱动器接收来自自动变速装置的后车轮转速信号，驱动器向自动变档装置的继电器开关输出需要换挡的判定信号，自动变档装置收到需要换挡的判定信号后，切换进入空挡P0状态，并向驱动器发出换挡需求信号：
当换挡需求为高速换挡需求时，且检测得知，后车轮转速＞10km/h，达到换挡条件后，此时电机1的当前转速为600r/min，P1＝1:30的减速比体现到后车轮的转速为20r/min，若直接切换到高速档减速比为P2＝1:10，后车轮的转速切换为600÷10＝60r/min，与换挡前的20r/min相比，转速有较大的变化，体现在三轮车整车上骑行会有明显的顿挫感和抖动：因此，实施如上所述的平滑控制过程，其中，在在步骤C20)中，通过驱动器软件查表，降低驱动器的PWM占空比(可以可根据不同转速驱动开下管的周期)，使得电机速度降低至目标转速Speed目标＝600r/min*(1/P2)/(1/P1)＝200r/min；
当换挡需求为低速换挡需求时，且检测得知，后车轮转速＜5km/h，达到换挡条件后，此时电机1的当前转速为300r/min，P2＝1:10的减速比体现到后车轮的转速为30r/min，若直接切换到低速档减速比为P1＝1:30，后车轮的转速切换为300÷30＝10r/min，与换挡前的30r/min相比，转速有较大的变化，体现在三轮车整车上骑行会有明显的顿挫感和抖动：因此，实施如上所述的平滑控制过程，其中，在在步骤C20)中，通过驱动器软件查表，通过驱动器软件查表，根据时间函数增加驱动器的PWM占空比，使得电机速度增加至目标转速Speed目标＝300r/min*(1/P1)/(1/P2)＝900r/min。
实施例6：本实施例的其余技术方案同实施例1-5，区别在于，本实施例提出了一种多模块驱动系统(具体技术方案可参见CN109245343A)的编码器控制方法；请参见图19所示，多模块驱动系统包括具有多个绕组单元的三相交流电机和多个驱动器单元(包括第一驱动器单元、第二驱动器单元……第n驱动器单元，各驱动器单元之间通信连接)，各驱动器单元用于对与其对应的绕组单元进行运行控制，三相交流电机(同样为凸极永磁同步电机)包括安装在电机轴上的编码器；编码器控制方法包括：将第一驱动器单元作为主驱动器与编码器之间双向通信数据连接，主驱动器向编码器发送启动和/或停止信号，编码器向该主驱动器发送转子位置信号；其余驱动器单元与编码器之间单向通信数据连接，用于接收编码器输出的转子位置信号；故障率低，且实现了对应用于多模块驱动系统的数据通信管理；
优选地，在本实施方式中，通信数据连接方式采用有线通信方式(例如uart或can)和/或无线通信(例如蓝牙、GPRS、WIFI)方式。
考虑到与已安装有霍尔组件的多模块驱动系统进行兼容使用，优选地，在本实施方式中，在本实施方式中，部分或全部绕组单元设有霍尔组件，霍尔组件与其对应的驱动器单元通信数据连接；驱动器单元分别设有用于接入第一转子位置信号的编码器接口，以及用于接入第二转子位置信号的HALL接口(用于接入其对应绕组单元的霍尔组件信号)；请参见图20所示，本实施例编码器控制方法进一步包括了如下数据判断控制过程：
D10)、当驱动器单元接收到来自编码器输出的第一转子位置信号/和来自霍尔组件输出的第二转子位置信号；
D20)、驱动器单元根据与其对应的绕组单元反电动势判断第一转子位置信号数据是否匹配，如果判断结果为匹配,进入步骤D30),如果判断结果为不匹配,进入步骤D40)；
D30)、该驱动器单元基于第一转子位置信号对与其对应的绕组单元进行运行控制；
D40)、判断述驱动器单元根据与其对应的绕组单元反电动势判断第二转子位置信号数据是否匹配，如果判断结果为匹配,进入步骤D50),如果判断结果为不匹配,判定多模块驱动系统发生故障；
D50)、该驱动器单元基于第二转子位置信号对与其对应的绕组单元进行运行控制。
本实施例通过如上的数据判断控制过程，使得多模块驱动系统的通用性好，也可进一步降低多模块驱动系统的故障发生率。
考虑到本实施例多模块驱动系统具有多个驱动器单元，为了避免人工进行非合规程序或非法拆装而导致诸多安全隐患，同时也为了提高防盗性能，优选地，采用如上所述编码器控制方法的基础上，请参见图21所示，本实施例进一步提出了一种多模块驱动系统的编码器安全管理方法，编码器采用握手识别安全管理，包括：在多模块驱动系统启动前，预先向主驱动器发送单向握手信号，当主驱动器识别该单向握手信号后并向编码器发送回握信号后，判定各驱动器单元可进入启动工作；当主驱动器无法发送回握信号时，判定驱动器单元与编码器不匹配，停止向各驱动器单元输入转子位置信号；通过该握手信号管理，可以在电机启动前对编码器与各驱动器单元的匹配性进行快速验证，通过验证后方可启动，有力提升了本实施例多模块驱动系统的安全管理水平。
需要说明的是，本实施例6提出的多模块驱动系统编码器控制方法及其安全管理方法可以作为电动两轮车或电动三轮车的驱动系统，也可以作为其他具有较大功率(三相交流电机的输出功率范围为500W-20KW)需要的驱动应用场合，本实施例没有特别限定。
对于本领域技术人员而言，本发明不限于上述示范性实施例的细节，在不背离本发明精神的情况下，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。
Claims (8)
1.一种多模块驱动系统的编码器控制方法，所述多模块驱动系统包括具有多个绕组单元的三相交流电机和多个驱动器单元，各驱动器单元用于对与其对应的绕组单元进行运行控制，所述三相交流电机包括安装在电机轴上的编码器；其特征在于，所述编码器控制方法包括：将1个驱动器单元作为主驱动器与所述编码器之间双向通信数据连接，主驱动器向所述编码器发送启动和/或停止信号，所述编码器向该主驱动器发送转子位置信号；其余驱动器单元与所述编码器之间单向通信数据连接，用于接收所述编码器输出的转子位置信号；
部分或全部绕组单元设有霍尔组件，所述霍尔组件与其对应的驱动器单元通信数据连接；所述编码器控制方法还包括如下数据判断控制过程：
D10)、当驱动器单元接收到来自编码器输出的第一转子位置信号/和来自霍尔组件输出的第二转子位置信号；所述驱动器单元分别设有用于接入所述第一转子位置信号的编码器接口，以及用于接入所述第二转子位置信号的HALL接口；
D20)、所述驱动器单元根据与其对应的绕组单元反电动势判断所述第一转子位置信号数据是否匹配，如果判断结果为匹配,进入步骤D30),如果判断结果为不匹配,进入步骤D40)；
D30)、该驱动器单元基于所述第一转子位置信号对与其对应的绕组单元进行运行控制；
D40)、判断所述驱动器单元根据与其对应的绕组单元反电动势判断所述第二转子位置信号数据是否匹配，如果判断结果为匹配,进入步骤D50),如果判断结果为不匹配,判定多模块驱动系统发生故障；
D50)、该驱动器单元基于所述第二转子位置信号对与其对应的绕组单元进行运行控制。
2.根据权利要求1所述的编码器控制方法，其特征在于，所述通信数据连接方式采用有线通信方式和/或无线通信方式。
3.根据权利要求1所述的编码器控制方法，其特征在于，所述电机包括电磁感应连接的定子组件和转子组件，所述转子组件与电机轴固装为一体；所述编码器采用电感式位置编码器，包括电磁感应连接的编码器转动模块和编码器定子模块，其中，所述编码器转动模块固定安装在所述电机轴上，所述编码器定子模块固定安装在定子组件一端，且与所述驱动器通信连接，将计算得到的转子位置信号发送给所述驱动器。
4.根据权利要求3所述的编码器控制方法，其特征在于，所述编码器转动模块设有转动模块印刷电路板，所述转动模块印刷电路板上设有导电材料刻度区，所述编码器定子模块设有定子模块印刷电路板，所述定子模块印刷电路板上设有用于产生电磁场的激励线圈、用于接收感应电动势的接收线圈和处理芯片，其中，所述导电材料刻度区用于影响激励线圈和接收线圈之间的耦合关系，所述激励线圈产生交变电磁场强度后使得接收线圈上的感应电动势发生变化；当编码器转动模块相对编码器定子模块旋转一圈后，所述接收线圈得到多个周期的接收信号，通过处理芯片对该接收信号进行计算处理后，向所述驱动器输出转子位置信号。
5.根据权利要求4所述的编码器控制方法，其特征在于，所述处理芯片配合所述激励线圈产生高频周期性交流电压和电流，流过所述激励线圈的交变电流在其周边区域内形成交变电磁场；当激励线圈上产生的交变电磁场穿过接收线圈时，由于该接收线圈的磁通量发生交变，确保在每个接收线圈上产生频率相同的交变感应电动势。
6.根据权利要求4所述的编码器控制方法，其特征在于，各接收线圈在所述转动模块印刷电路板上呈环状间隔分布；所述导电材料刻度区上的各导电材料在所述转动模块印刷电路板上呈环状间隔分布。
7.一种多模块驱动系统的编码器安全管理方法，其特征在于，采用如权利要求1-6之一所述的编码器控制方法；其中，所述编码器采用握手识别安全管理，包括：在多模块驱动系统启动前，预先向主驱动器发送单向握手信号，当主驱动器识别该单向握手信号后并向所述编码器发送回握信号后，判定各驱动器单元可进入启动工作；当主驱动器无法发送回握信号时，判定驱动器单元与编码器不匹配，停止向各驱动器单元输入转子位置信号。
8.根据权利要求7所述的编码器安全管理方法，其特征在于，所述多模块驱动系统作为电动两轮车或电动三轮车的驱动系统，所述三相交流电机的输出功率范围为500W-20KW。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Encoder control method and safety management method for a multi module drive system Granted publication date: 20221129 Pledgee: Bank of Jiangsu Limited by Share Ltd. Wuxi branch Pledgor: WUXI SINE POWER TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2024980029948 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |