CN112814897A - 电动油泵及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种电动油泵及其控制方法，电动油泵包括电机和控制器，控制器包括微控制单元，微控制单元包括相电流均方根环和信号生成模块，电机包括定子线圈，微控制单元能够通过相电流均方根环和信号生成模块控制定子线圈产热，对电动油泵内部工作介质进行加热，这样，当电动油泵内部工作介质因温度较低而导致黏度较大时，通过定子线圈对工作介质的加热，有利于使电动油泵正常运行。

Description

电动油泵及其控制方法

【技术领域】

本发明涉及电机控制技术领域，更具体涉及一种电动油泵及其控制方法。

【背景技术】

电动油泵具有驱动装置和泵转子，驱动装置能够带动泵转子转动，电动油泵主要利用泵转子的转动从而将工作介质从泵进口输送到泵出口。当工作介质温度较低时，电动油泵内部工作介质的黏度较大，这样，可能导致电动油泵无法正常运行，如何在初始工作介质温度较低的情况下通过技术手段使电动油泵正常运行是一个技术问题。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种电动油泵及其控制方法，当电动油泵在初始工作介质温度较低的情况下，通过加热工作介质使电动油泵正常运行。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种电动油泵，包括电机和控制器，所述控制器包括微控制单元和驱动模块，所述微控制单元与所述驱动模块电连接和/或信号连接，所述驱动模块与所述电机电连接和/或信号连接，所述微控制单元通过所述驱动模块驱动所述电机运行，所述微控制单元包括相电流均方根环和信号生成模块，所述电机包括定子线圈，所述微控制单元获取所述电动油泵内部的工作介质温度，所述微控制单元通过判断所述工作介质温度，使所述相电流均方根环和所述信号生成模块控制所述定子线圈产热，对所述工作介质进行加热；或者所述微控制单元控制所述电机正常运行。

一种控制方法，所述控制方法能够加热上述电动油泵的内部工作介质，所述控制方法包括如下步骤：

获取所述电动油泵内部工作介质的当前温度值；

判断所述当前温度值是否小于参考温度；

如果是，微控制单元通过相电流均方根环和信号生成模块控制定子线圈产热，对所述工作介质进行加热；如果否，所述微控制单元控制电机正常运行。

本发明提供了一种电动油泵及其控制方法，电动油泵包括电机和控制器，控制器包括微控制单元，微控制单元包括相电流均方根环和信号生成模块，电机包括定子线圈，微控制单元能够通过相电流均方根环和信号生成模块控制定子线圈产热，对电动油泵内部工作介质进行加热，这样，当电动油泵内部工作介质因温度较低而导致黏度较大时，通过定子线圈对工作介质的加热，有利于使电动油泵正常运行。

【附图说明】

图1是控制器中微控制单元、驱动模块、采集模块与直流无刷电机的连接示意框图的一个实施例；

图2是图1中逆变电路与直流无刷电机的定子线圈的连接示意图；

图3是目标转速为3000rpm时将作用于定子线圈的直流电压等效成的其中一相正弦波形电压的示意图；

图4是图1中电流采集转换电路的连接示意图；

图5是图1中温度传感器的内置采集电路的连接示意图；

图6是定子线圈主要用于产热时将作用于定子线圈的直流电压等效成的其中一相正弦波形电压的示意图；

图7是信号生成模块与相电流均方根环、PWM模块的具体连接示意框图；

图8是相电流均方根环的具体连接示意框图；

图9是控制方法的控制流程图。

【具体实施方式】

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明：

电动油泵能够应用于汽车领域，电动油泵包括驱动装置、泵转子以及控制器，控制器与驱动装置电连接和/或信号连接，驱动装置与泵转子连接，控制器控制驱动装置转动，驱动装置带动泵转子转动从而将工作介质从泵进口输送到泵出口。驱动装置可以为电机或者电机与传动装置的组合，在本实施例中，驱动装置为直流无刷电机；控制器包括电路板，电路板上集成有微控制单元10、驱动模块20以及采集模块30，参见图1，微控制单元10包括通信模块11、控制模块12、PWM(Pulse width modulation，脉冲宽度调制)模块13、第一ADC(Analog-to-Digital Converter，模/数转换器)模块14、第二ADC模块17、相电流均方根环15以及信号生成模块16，通信模块11用于和汽车车载电脑ECU(Electronic Control Unit,电子控制单元)进行通讯，ECU发送控制指令给通信模块11，通信模块11接收到ECU的控制指令(例如电机目标转速)后发送给控制模块12，控制模块12根据ECU发送的电机目标转速(如3000rpm)控制指令，控制PWM模块13输出相应的一系列幅值相等、有效占空比不同的脉冲信号(脉冲信号的载波频率一定)给驱动模块20，驱动模块20驱动直流无刷电机40运行，具体地，驱动模块20可以包括驱动器21和逆变电路22，PWM模块13输出的脉冲信号经驱动器21放大后与逆变电路22电连接，具体地与逆变电路22中的各晶体开关管(例如MOS管)中的Q1～Q6端口电连接，如图2所示，通过脉冲信号高低电平的变换控制各晶体开关管导通时间的改变，从而将作用于直流无刷电机40定子线圈的直流电压VDD等效成三相正弦波形电压，参见图3为其中等效的一相正弦波形电压，这样，定子线圈在三相等效正弦波形电压的作用下能够产生激励磁场，从而驱动直流无刷电机40以目标转速(如3000rpm)运行，当然作为其他实施方式，只要PWM模块13输出的脉冲信号足以驱动逆变电路22中的各晶体开关管，驱动模块20可以不包括驱动器21。

参见图1，采集模块30包括电流采集转换电路31和温度传感器32。电流采集转换电路31用于采集流过直流无刷电机40定子线圈负载的相电流，具体地，参见图4，电流采集转换电路31包括采样电阻Rs、运放器U1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一电容C1以及第二电容C2，采样电阻Rs的一端与相电流的输入端口IN和第一电阻R1的一端连接，采样电阻Rs的另一端接地，第一电阻R1的另一端与第一电容C1的一端和运放器U1的正输入端连接，第一电容C1的另一端接地，第二电阻R2的一端与运放器U1的输出端和第四电阻R4的一端连接，第二电阻R2的另一端与运放器U1的负输入端和第三电阻R3的一端连接，第三电阻R3的另一端接地，第四电阻R4的另一端与第二电容C2的一端和第一输出端口OUT1连接，第二电容C2的另一端接地，第一电源VCC给运放器U1供电；电流采集转换电路31包括第一滤波电路、第二滤波电路以及同比例运放电路，第一滤波电路包括第一电阻R1和第一电容C1连接的电路，第二滤波电路包括第四电阻R4和第二电容C2连接的电路，同比例运放电路包括运放器U1、第二电阻R2和第三电阻R3连接的电路。直流无刷电机40定子线圈负载的相电流自输入端口IN输入，经采样电阻Rs转换为电压模拟信号，电压模拟信号经第一滤波电路滤波处理后进入同比例运放电路，对滤波后的电压模拟信号进行信号放大处理后再通过第二滤波电路进行再次滤波处理，经第二滤波电路滤波处理后的电压模拟信号通过第一输出端口OUT1输送给第一ADC模块14，第一ADC模块14将经滤波放大后的电压模拟信号转换成相对应的电流数字信号并传输给控制模块12。设置第一滤波电路有利于消除电压模拟信号因外界环境产生的高频干扰和噪声，设置同比例运放电路用于把微弱的电压模拟信号进行信号放大，再结合第二滤波电路把放大后的电压模拟信号进行进一步滤波处理，消除其中的信号耦合干扰，提高电压模拟信号准确性。

温度传感器32用于采集电动油泵内部工作介质的温度，温度传感器32包括内置采集电路，具体地，参见图5，内置采集电路包括第五电阻R5和热敏电阻Rt，第五电阻R5的一端与正电源VDDA连接，第五电阻R5的另一端与热敏电阻Rt的一端和第二输出端口OUT2连接，热敏电阻Rt的另一端接地。热敏电阻Rt的阻值能随温度的变化而变化，温度传感器32通过热敏电阻Rt感应工作介质的温度，工作介质的不同温度，使得热敏电阻Rt的阻值不同，从而通过第二输出端口OUT2输出不同的电压模拟信号，输送给第二ADC模块17，第二ADC模块17将电压模拟信号转换成相对应的实际温度数字信号，即得到电动油泵内部工作介质的当前温度值，并将该温度值传输给控制模块12。当然作为其他实施方式，如果温度传感器32能够直接输出实际温度的数字信号，即可以不包括第二ADC模块17，温度传感器32直接将检测到的温度数字信号传输给控制模块12；或者，温度传感器32可以设置于ECU，温度传感器32采集到电动油泵内部工作介质温度并传输给ECU，ECU再通过通信模块11将温度信号传输给控制模块12。

参见图1，当控制模块12采集到电动油泵内部工作介质温度较低时，控制模块12控制相电流均方根环15和信号生成模块16启动，相电流均方根环15和信号生成模块16共同作用，通过正弦脉宽调制技术，对一系列幅值相等的脉冲信号的脉宽(有效占空比)进行调制，并通过PWM模块13输出该相应脉冲信号与逆变电路22中的各晶体开关管中的Q1～Q6端口电连接，将作用于直流无刷电机40定子线圈的直流电压VDD等效成三相正弦波形电压，参见图6为其中等效的一相正弦波形电压，来驱动直流无刷电机40。需要说明的是，当作用在直流无刷电机40定子线圈的三相等效正弦波形电压变化足够慢时，定子线圈将无法带动转子转动，此时流过定子线圈负载的相电流主要用于使线圈产热，即可以通过相电流均方根环15和信号生成模块16进行正弦脉宽调制，使作用于直流无刷电机40定子线圈的三相等效正弦波形电压的频率变化足够慢，这样，流过定子线圈负载的相电流主要用于使定子线圈产热，从而通过定子线圈加热电动油泵内部的工作介质，以减小工作介质黏度。在本实施例中，参见图6，等效正弦波形电压的周期为600ms，当等效正弦波形电压的周期大于等于600ms时，即定子线圈无法驱动转子转动，相电流主要用于使线圈产热。当然需要说明的是，对于不同的电机，定子线圈无法驱动转子转动所需的最小周期是各不相同的。

参见图7为信号生成模块16、相电流均方根环15以及PWM模块13的具体连接示意框图，信号生成模块16包括频率发生器161和SPWM(Sinusoidal Pulse Width Modulation，正弦脉宽调制)模块162，频率发生器161用于设定等效正弦波形电压的频率和相位，相电流均方根环15用于设定等效正弦波形电压的幅值，SPWM模块162用于通过正弦脉宽调制技术，根据等效正弦波形电压设定的频率、相位和幅值，确定一系列脉冲信号的频率、相位以及脉宽，并通过PWM模块13输出该相应脉冲信号与逆变电路22中的各晶体开关管中的Q1～Q6端口电连接，将作用于直流无刷电机40定子线圈的直流电压VDD等效成设定频率、相位和幅值的三相正弦波形电压。通过设定频率，可以使流过定子线圈负载的相电流主要用于定子线圈产热；通过设定相位，可以使SPWM模块162确定出具有一定相位差的脉冲信号，并通过PWM模块13输出该脉冲信号与各晶体开关管中的Q1～Q6端口电连接，将作用于直流无刷电机40定子线圈的直流电压VDD等效成具有一定相位差的三相等效正弦波形电压，并对定子线圈的三相线圈绕组(U、V、W)实现两两导通，这样，三相线圈绕组同时产热且产热均匀，有利于提高定子线圈的加热效率，定子线圈的均匀产热也可以使工作介质受热均匀；通过设定等效正弦波形电压的幅值，在线圈绕组的电阻值一定时，即可以计算出等效正弦波形电压作用在定子线圈负载的电流有效值(即均方根值)，根据Q＝I²RT可以确定定子线圈产生的热量，在不超过直流无刷电机40允许流过的最大电流有效值的情况下，电流有效值越大，定子线圈的加热速度越快。当然作为其他实施方式，参见图2，还可以通过长时间导通Q1～Q6中的其中两个端口，使U、V、W三相线圈绕组中的其中两相线圈绕组(UV或UW或VW)处于长时间导通产热状态，从而对工作介质进行加热，但这样会造成工作介质的受热不均匀；或者长时间导通Q1～Q6中的三个端口，使U、V、W三相线圈绕组同时导通产热，但这样流过三相线圈绕组的电流存在分流现象，同样不利于工作介质的均匀受热。

参见图8为相电流均方根环15的具体连接示意框图，相电流均方根环15包括PI(Proportion-Integration，比例-积分)控制器151，当控制模块12控制相电流均方根环15和信号生成模块16启动时，电流采集转换电路31间隔第一间隔时长T1采集一次直流无刷电机40的当前相电流值，并可以存储到控制模块12内部的存储单元(未图示)，即得到一系列相电流值I_i,i＝1,2,3...n，需要说明的是，第一间隔时长T1可以由控制程序预先设定，在本实施例中，第一间隔时长T1为一个脉冲信号的周期时长；控制模块12间隔第二间隔时长T2(T2＞T1)，对采集的一系列相电流值I_i,i＝1,2,3...n进行均方根值计算，在本实施例中，第二间隔时长T2为等效正弦波的一个周期时长，均方根值计算是将采集的一系列相电流值进行平方求和，求其均值，再开平方得到均方根值，需要说明的是计算得出的均方根值为采集的相电流值在第二间隔时长T2时间内的有效电流值，将计算得出的均方根值与相电流均方根环15预设的目标有效电流值进行比较，根据比较结果通过PI控制器151调整输出等效正弦波形电压的设定幅值给信号生成模块16，即每间隔第二间隔时长T2计算一次均方根值，进行一次PI调节，从而使等效正弦波形电压作用在定子线圈的有效电流值趋于设定的目标有效电流值。

一种控制方法，所述控制方法能够当电动油泵在初始工作介质温度较低的情况下，通过加热工作介质使电动油泵正常运行。参见图9，控制方法包括如下步骤：

电动油泵启动，微控制单元10获取当前电动油泵内部工作介质温度值；

微控制单元10内部预设有参考温度T，判断获取的当前工作介质温度值是否小于参考温度T；

如果否，微控制单元10根据ECU发送的目标转速控制指令控制直流无刷电机40以目标转速正常运行；

如果是，微控制单元10控制相电流均方根环15和信号生成模块16启动，微控制单元10间隔第一间隔时长T1采集一次流过定子线圈负载的相电流值；

对于采集的一系列相电流值I_i,i＝1,2,3...n，微控制单元10间隔第二间隔时长T2进行一次均方根值计算，并将计算得出的均方根值与相电流均方根环15预设的目标有效电流值进行比较，根据比较结果通过PI控制器151调整输出等效正弦波形电压的设定幅值给信号生成模块16；

信号生成模块16根据设定的频率、相位以及幅值，通过SPWM模块162确定一系列幅值相等、有效占空比不同、具有一定相位差的脉冲信号，并通过PWM模块13输出该相应脉冲信号与各晶体开关管中的Q1～Q6端口电连接，将作用于直流无刷电机40定子线圈的直流电压VDD等效成三相正弦波形电压，，并使作用于三相线圈绕组的相电流用于定子线圈产热，对电动油泵内部工作介质进行加热；

工作介质进行加热后，微控制单元10间隔第三间隔时长T3获取一次当前电动油泵内部工作介质温度值，第三间隔时长T3可以由控制程序预先设定，判断当前工作介质温度值是否小于参考温度T；

如果是，继续上述通过相电流均方根环和信号生成模块控制定子线圈对工作介质加热步骤；

如果否，微控制单元10控制相电流均方根环15和信号生成模块16停止运行，并控制直流无刷电机40以ECU发送的目标转速正常运行。

需要说明的是：以上实施例仅用于说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案，尽管本说明书参照上述的实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，所属技术领域的技术人员仍然可以对本发明进行修改或者等同替换，而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，均应涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims (8)

1.一种电动油泵，包括电机和控制器，所述控制器包括微控制单元和驱动模块，所述微控制单元与所述驱动模块电连接和/或信号连接，所述驱动模块与所述电机电连接和/或信号连接，所述微控制单元通过所述驱动模块驱动所述电机运行，其特征在于：所述微控制单元包括相电流均方根环和信号生成模块，所述电机包括定子线圈，所述微控制单元获取所述电动油泵内部的工作介质温度，所述微控制单元通过判断所述工作介质温度，使所述相电流均方根环和所述信号生成模块控制所述定子线圈产热，对所述工作介质进行加热；或者所述微控制单元控制所述电机正常运行。

2.根据权利要求1所述的电动油泵，其特征在于：所述控制器包括采集模块，所述采集模块包括温度传感器，所述温度传感器与所述微控制单元电连接和/或信号连接，所述温度传感器用于采集所述工作介质的当前温度，所述微控制单元预设有参考温度，当所述工作介质的当前温度小于所述参考温度时，所述微控制单元控制所述相电流均方根环和所述信号生成模块生成脉冲信号，所述脉冲信号使作用于所述定子线圈的直流电压等效成驱使所述定子线圈产热的正弦波形电压，所述定子线圈对所述工作介质进行加热。

3.根据权利要求2所述的电动油泵，其特征在于：所述微控制单元包括控制模块和PWM模块，所述相电流均方根环与所述控制模块电连接和/或信号连接，所述相电流均方根环与所述信号生成模块电连接和/或信号连接，所述信号生成模块与所述控制模块电连接和/或信号连接，所述信号生成模块与所述PWM模块电连接和/或信号连接，所述PWM模块用于输出所述脉冲信号。

4.根据权利要求3所述的电动油泵，其特征在于：所述信号生成模块包括频率发生器和SPWM模块，所述SPWM模块与所述PWM模块电连接和/或信号连接，所述SPWM模块用于生成所述脉冲信号，所述频率发生器用于设定所述正弦波形电压的频率和相位，所述相电流均方根环用于设定所述正弦波形电压的幅值。

5.根据权利要求4所述的电动油泵，其特征在于：所述相电流均方根环包括PI控制器，所述采集模块包括电流采集转换电路，所述电流采集转换电路与所述定子线圈电连接和/或信号连接，所述电流采集转换电路与所述微控制单元电连接和/或信号连接，所述电流采集转换电路间隔第一间隔时长采集一次所述定子线圈的相电流值并传输给所述微控制单元，所述微控制单元间隔第二间隔时长对所采集的相电流值进行一次均方根计算得到均方根值，所述第二间隔时长大于所述第一间隔时长，所述相电流均方根环预设有目标有效电流值，所述PI控制器通过比较所述目标有效电流值和所述均方根值调整输出所述正弦波形电压的设定幅值。

6.根据权利要求5所述的电动油泵，其特征在于：所述电流采集转换电路包括采样电阻、运放器，第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第一电容、第二电容、输入端口以及第一输出端口，所述采样电阻的一端与所述第一电阻的一端和所述输入端口连接，所述采样电阻的另一端接地，所述第一电阻的另一端与所述第一电容的一端和所述运放器的正输入端连接，所述第一电容的另一端接地，所述第二电阻的一端与所述运放器的输出端和所述第四电阻的一端连接，所述第二电阻的另一端与所述运放器的负输入端和所述第三电阻的一端连接，所述第三电阻的另一端接地，所述第四电阻的另一端与所述第二电容的一端和所述第一输出端口连接，所述第二电容的另一端接地。

7.一种控制方法，所述控制方法能够加热权利要求1-6任一项所述的电动油泵的内部工作介质，所述控制方法包括如下步骤：

获取所述电动油泵内部工作介质的当前温度值；

判断所述当前温度值是否小于参考温度；

如果是，微控制单元通过相电流均方根环和信号生成模块控制定子线圈产热，对所述工作介质进行加热；如果否，所述微控制单元控制电机正常运行。

8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于：所述工作介质加热后，所述微控制单元间隔第三间隔时长获取一次所述工作介质的当前温度值；

判断所述当前温度值是否小于所述参考温度；

如果是，继续上述通过所述相电流均方根环和所述信号生成模块控制所述定子线圈对所述工作介质加热步骤；如果否，所述微控制单元控制所述相电流均方根环和所述信号生成模块停止运行，并控制所述电机正常运行。

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