CN113676109A - 电动车用电机控制器集成组件的控制方法以及电动车 - Google Patents

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胡宜豹
周建华
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花为
王伟
王庆
冯刚
程兴
李升�
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Abstract

本发明公开了一种电动车用电机控制器集成组件的控制方法以及电动车，控制器与定子组件安装为一体；其中，控制器与位于电机壳体外部的电源电连接，实现控制器的电源输入；控制器与位于电机壳体外部的中控装置双向通信连接，其中，中控装置将中控指令发送给控制器，控制器将电动车的轮动信号发送给中控装置，作为防盗输入信号；控制器与定子组件的绕组相线电连接；本发明在实现控制器与电机的一体集成基础上，控制过程简单且稳定可靠，还可以极大程度地简化控制器的线束结构，也不会给电机内部的安装布局以及散热造成过多负担，同时不会影响电动车的常规驱动性能。

Description

电动车用电机控制器集成组件的控制方法以及电动车
技术领域
本发明属于电动车驱动控制领域，具体涉及了一种电动车用电机控制器集成组件的控制方法，本发明还涉及了该控制方法应用的电动车。
背景技术
随着电机驱动控制技术的技术发展，受制于苛刻的紧凑式安装需求，在家电和电动工具领域中，电机和控制器已经基本实现了集成一体安装，而且由于家电和电动工具领域中，电机的工作功率小，因此将电机和控制器集成为一体后，所面临的散热问题较小，这也成为这些领域实现电机和控制器一体集成化的关键因素。
具体对于电动车领域来说，由于无刷永磁同步电机具有结构紧凑、功率密度大且技术日趋完善的优点，在电动车领域中，通常采用大功率的无刷永磁同步电机(功率通常至少在200W以上，很多都在500W-1KW以上)作为电动车的驱动电机，而由于无刷永磁同步电机的控制要求高，这也称为了永磁同步电机推广应用的一个技术门槛与壁垒。目前电动车领域都是控制器厂家通过电动车整车厂提供的电机指标来设计控制器。因此，控制器厂家与电机厂家成为两个独立的产品开发派系，最后通过电动车整车厂大线连接在一起，这也导致了电动车的驱动系统需要进行较多的独立模块连接，不仅线束多、整车接线端子增加、接线复杂，而且电机控制器的种类也多，无法形成标准化或系列模块化。
公开号为CN111082602A的发明专利公开了一种内置控制系统的轮毂电机，提出将控制系统设置在定子组件上，控制系统与电机线组件相连接，通过绝缘冷却液对电机壳体的内部进行冷却，然后通过电机壳体上设置具有防油透气膜的防油透气阀以及线组件上设有通气管结构来实现电机壳体内部与外部之间的压力平衡。然而该方案采用的防油透气阀和通气管均暴露在外部，不仅存在漏液隐患，而且还会线组件的使用寿命造成隐患，因此其所采用的散热方案存在质量隐患，而且申请人发现当将电动车用电机与其控制器集成后，还会存在电磁干扰的风险，同时电动车的其他功能控制模块,例如防盗模块、震动模块以及DCDC电源模块如何解决集成控制布局等问题。
基于本申请发明人在本领域的多年专注研究经验，同时分别具有电机以及控制器的研发团队，因此希望寻求技术方案来实现对电动车领域中电机与控制器的一体集成化。
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控制器集成组件的控制方法以及电动车，在实现控制器与电机的一体集成基础上，控制过程简单且稳定可靠，还可以极大程度地简化控制器的线束结构，也不会给电机内部的安装布局以及散热造成过多负担，同时不会影响电动车的常规驱动性能。
本发明的技术方案如下：
一种电动车用电机控制器集成组件的控制方法，所述电机控制器集成组件包括用于实现对电机进行驱动控制的控制器、与电机轴固定安装连接的定子组件，以及永磁转子组件，所述定子组件位于电机壳体内部，且所述控制器与所述定子组件安装为一体；其中，所述控制方法包括如下控制过程：
所述控制器与位于电机壳体外部的电源电连接，实现控制器的电源输入；
所述控制器与位于电机壳体外部的中控装置双向通信连接，其中，所述中控装置将中控指令发送给所述控制器，所述控制器将电动车的轮动信号发送给所述中控装置，作为防盗输入信号；
所述控制器与定子组件的绕组相线电连接，向所述定子组件发送PWM驱动信号。
优选地，所述中控装置与所述电源电连接，实现中控装置的电源输入；所述中控装置设有DCDC模块，所述DCDC模块基于所述电机的状态控制给出1个或多个可控式电源输出信号，其中，所述可控式电源输出信号包括向所述控制器输出的至少1个控制器DC电源信号，以及向电动车仪表结构输出的仪表DC电源信号。
优选地，所述仪表DC电源信号采用环路电压恒压控制，所述环路电压恒压控制采用对所述仪表DC电源信号进行恒压检测，将恒压检测信号输入至PID调节器，PID调节器输出恒压源PWM信号，将其作为仪表DC电源信号；在所述恒压源PWM信号与所述PID调节器之间设置1个或多个环路短路保护电路。
优选地，所述电动车仪表结构包括喇叭和/或灯具；所述中控装置与所述电动车仪表结构电连接，用于实现对电动车仪表结构的驱动控制。
优选地，所述中控装置设有防盗模块和震动模块，所述防盗模块以轮动传感器输出的轮动信号作为输入信号，且通过所述震动模块识别震动信号；同时所述中控装置通过外部遥控器获取防盗指令，当收到防盗指令后进入防盗模式，当防盗模块识别到轮动信号以及震动模块识别到震动信号时，所述中控装置向所述控制器发出锁车指令。
优选地，所述中控装置与外部遥控器和/或运维中心通信连接，所述中控装置与所述运维中心之间的通信数据采用云存储。
优选地，所述中控指令包括电门锁信号、转把信号和刹车信号。
优选地，所述电机壳体内部注有绝缘冷却液；所述控制器包括分别固定安装在定子组件端面的电路板和散热铝板，所述电路板套接在所述电机轴的外周；且所述电路板的各MOS管分别固定安装在位于所述电路板外周的散热铝板。
优选地，一种电动车，采用如上所述的控制方法。
优选地，所述中控装置集成安装在电动车的仪表结构中；所述电源安装在位于中间底部的电动车架上。
本申请在将控制器与电机进行集成，然后在电机壳体外部设置中控装置，在实现控制器与电机的一体集成基础上，又通过中控装置实现了对电动车控制主体结构的特定拆分，具体将控制器与位于电机壳体外部的中控装置双向通信连接，中控装置将中控指令发送给控制器，控制器将电动车的轮动信号发送给中控装置，作为防盗输入信号，通过该控制技术不仅控制过程简单且稳定可靠，还可以极大程度地简化控制器的线束结构，也不会给电机内部的安装布局以及散热造成过多负担，同时不会影响电动车的常规驱动性能；为此，本申请显著优化了电动车用电机控制器集成组件的线束连接布局，从而有力推进了电动车用电机控制器集成组件的应用进程，也使得电机控制器产品得以实现标准化、系列模块化。
附图说明
图1是本申请具体实施方式下电动车用电机控制器集成组件的结构示意图；
图2是本申请具体实施方式下控制器的输出端信号示意图；
图3是本申请具体实施方式下控制器与中控装置、电源之间的电连接结构示意图；
图4是本申请具体实施方式下DCDC模块的电源输出控制过程示意图；
图5是本申请具体实施方式下环路电压恒压控制过程示意图；
图6是本申请具体实施方式下防盗控制过程示意图；
图7是本申请具体实施方式下中控装置与外部结构的通信连接结构示意图；
图8是本申请具体实施方式下控制器安装在定子组件端面的结构示意图。
具体实施方式
本发明实施例公开了一种电动车用电机控制器集成组件的控制方法，电机控制器集成组件包括用于实现对电机进行驱动控制的控制器、与电机轴固定安装连接的定子组件，以及永磁转子组件，定子组件位于电机壳体内部，且控制器与定子组件安装为一体；其中，控制器包括如下控制过程：控制器与位于电机壳体外部的电源电连接，实现控制器的电源输入；控制器与位于电机壳体外部的中控装置双向通信连接，其中，中控装置将中控指令发送给控制器，控制器将电动车的轮动信号发送给中控装置，作为防盗输入信号；控制器与定子组件的绕组相线电连接，向定子组件发送PWM驱动信号。
本发明实施例还提出了一种电动车，采用如上所述的控制方法。
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。
请参见图1所示的一种电动车用电机控制器集成组件1，包括用于实现对电机进行驱动控制的控制器10、与电机轴20固定安装连接的定子组件30，以及永磁转子组件40，定子组件30位于电机壳体50内部，且控制器10与定子组件30安装为一体；在本实施方式中，电机整体采用永磁同步电动机；需要说明的是，定子组件30、永磁转子组件40以及电机壳体50的安装结构均采用公知常识，本实施例不再对其具体展开说明。
本实施例提出如上电动车用电机控制器10集成组件1的控制方法，其中，请结合参见图2和图3所示，控制方法包括如下控制过程：
控制器10与位于电机壳体50外部的电源3(即为电池，可以设置为具有通讯功能)电连接，实现控制器10的电源输入；控制器10与位于电机壳体50外部的中控装置2双向通信连接(本实施方式可以采用485通讯协议，当然也可以采用其他公知的有线或无线通讯方式，本实施例不做特别唯一限定)，其中，中控装置2将中控指令发送给控制器10，控制器10(安装有轮动传感器)将电动车的轮动信号发送给中控装置2，作为防盗输入信号；控制器10与定子组件30的绕组相线电连接，向定子组件30发送PWM驱动信号；
请参见图2并结合图3所示，在本实施方式中，控制器10(图2标记为一体式控制器10)的输出端具体包括与定子组件30绕组连接的三相电源信号输出端U、V、W,与霍尔组件三相连接的霍尔信号输出端HA、HB、HC，以及霍尔信号线的DC电源信号端(图示为+5V)；与电源3连接的电源输出端电源+、电源-；与中控装置2连接的通讯端A、通讯端B、轮动信号输出端P_SD以及电源信号端(图示为+15V)；为了实现对电机的应急启动，本实施例中的控制器10还设有启动信号端，通过应急启动线与外部应急启动键电连接；
优选地，请进一步结合图2和图3所示，在本实施方式中，中控装置2与电源3电连接，实现中控装置2的电源输入；为了进一步实现中控装置2的集成安装布局，请进一步参见图4所示，中控装置2设有DCDC模块，DCDC模块基于电机的状态控制给出1个或多个可控式电源输出信号，其中，可控式电源输出信号包括向控制器10输出的至少1个控制器DC电源信号，以及向电动车仪表结构输出的仪表DC电源信号，电动车仪表结构包括喇叭以及各类灯具或其他各种公知仪表结构，本实施例不做特别限制；中控装置2与电动车仪表结构电连接，用于实现对电动车仪表结构的驱动控制；
具体地，在本实施方式中，可控式电源输出信号包括向控制器10输出的+15V DC电源信号以及+5V DC电源信号，以及向电动车仪表结构输出的+12V仪表DC电源信号，用于供给整车的各类灯具、喇叭等仪表结构的用电。
优选地，请进一步参见图5所示，为了实现对仪表结构的稳定恒压电源供应，在本实施方式中，仪表DC电源信号采用环路电压恒压控制，环路电压恒压控制采用对仪表DC电源信号进行恒压检测(具体对12V进行VT13采样，当然也可以采用其他方法实现恒压采样)，将恒压检测信号输入至PID调节器，PID调节器输出恒压源PWM信号，将其作为仪表DC电源信号；在恒压源PWM信号与PID调节器之间设置1个或多个环路短路保护电路；具体地，在本实施方式中，在恒压源PWM信号(AH值以及AL值)与PID调节器之间设置2个环路短路保护电路，具体包括：通过比较器IS1实现过流保护，通过比较器IS2实现直通保护。
优选地，请结合图3和图6所示，为了进一步实现中控装置2的集成安装布局，在本实施方式中，中控装置2设有防盗模块和震动模块，防盗模块以控制器10输出的轮动信号(具体由设置控制器10上的轮动传感器输出)作为输入信号，同时震动模块通过震动传感器识别震动信号；同时中控装置2通过外部遥控器4获取防盗指令，当收到防盗指令后进入防盗模式，当防盗模块识别到轮动信号以及震动模块识别到震动信号时，中控装置2向控制器10发出锁车指令。
优选地，为了进一步实现中控装置2的集成安装布局，请参见图3所示，在本实施方式中，在中控装置2上设置各类电动车驱动的常规模块，例如：速度显示模块(SD)、巡航模块(XH)、电刹模块(ABS)、电压选择模块(DYXZ)、一键通模块(YJ)、一线通模块(YXT)、刹车模块(SC)、转把模块(SPEED)、电门锁模块(DMS)，其中，中控装置2向控制器10通信发送的中控指令包括由电门锁模块(DMS)输出的电门锁信号、转把模块(SPEED)输出的转把信号、刹车模块(SC)输出的刹车信号，同时巡航模块(XH)输出的巡航信号、电刹模块(ABS)输出的电刹信号、电压选择模块(DYXZ)输出的电压选择信号，以及一键通模块(YJ)和一线通模块(YXT)输出的信号，这些都可以具体通过485通讯协议发送给控制器10，不仅实现了对电动车的常规通信性能，同时可以极大程度地简化控制器10的线束布局结构，减少电机壳体50内部产生的热量。
在以上实施方案的基础上，请结合图1、图3以及图8所示，本实施例还具体提出了一种电动车用电机控制器10集成组件的控制连接结构，控制器10安装在定子组件30的端面；其中，控制器10接入位于电机壳体50外部的电源，且与位于电机壳体50外部的中控装置2双向通信连接；
优选地，在本实施方式中，控制器10的线束包括相线11、通讯线12(包括A、B通讯线)、轮动信号线13、电源线14以及应急启动线15；其中，相线11与定子组件30的绕组相线电连接，线束通过贯穿电机轴20后引伸到电机壳体50的外部；通讯线12和轮动信号线13分别接入中控装置2，控制器10的电源线14接入电源3；控制器10的霍尔线16与定子组件30的霍尔组件31电连接；中控装置2与电动车仪表结构电连接，用于实现对电动车仪表结构的驱动控制；进一步优选地，在本实施方式中，电机轴20的内部设有线束贯穿通道21，位于电机壳体50内部的线束通过线束贯穿防护套22实现集中引出。
优选地，在本实施方式中，防盗模块接入控制器10的轮动信号线；DCDC模块分别接入控制器10的电源线以及电动车仪表结构的电源线。
优选地，请进一步参见图7所示，为了实现与外部的智能通信管理，在本实施方式中，中控装置2与外部遥控器4具体可以采用常规的钥匙遥控，也可以采用手机等电子产品来实现远程通信连接；中控装置2还与运维中心5建立远程通信连接，中控装置2与运维中心5之间的通信数据采用云6存储，利于对电动车的驱动系统进行后期维护。
优选地，请具体参见图8所示，为了进一步利于电机壳体50内部的散热效果，在本实施方式中，电机壳体50内部注有绝缘冷却液(具体采用绝缘冷却油60)；控制器10包括分别固定安装在定子组件30端面的电路板10a和散热铝板10b，电路板10a套接在电机轴20的外周；且电路板10a的各MOS管10c分别固定安装在位于电路板10a外周的散热铝板10b；具体优选地，在本实施方式中，电路板10a呈圆型形状，散热铝板10b呈环型形状；在本实施方式中，电路板10a上还有若干电解电容10d以及单片机芯片10e，这些电子元器件都是本领域技术人员的常规技术选择，因此不再具体展开说明；
本实施例还提出了一种电动车，采用如上所述的控制方法和控制连接结构；优选地，在本实施方式中，中控装置2集成安装在电动车的仪表结构中；电源3安装在位于中间底部的电动车架(图未示出)上，进一步有利于简化线束线程，而且利于安装整体的紧凑性。
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 (10)

1.一种电动车用电机控制器集成组件的控制方法，其特征在于，所述电机控制器集成组件包括用于实现对电机进行驱动控制的控制器、与电机轴固定安装连接的定子组件，以及永磁转子组件，所述定子组件位于电机壳体内部，且所述控制器与所述定子组件安装为一体；其中，所述控制方法包括如下控制过程：
所述控制器与位于电机壳体外部的电源电连接，实现控制器的电源输入；
所述控制器与位于电机壳体外部的中控装置双向通信连接，其中，所述中控装置将中控指令发送给所述控制器，所述控制器将电动车的轮动信号发送给所述中控装置，作为防盗输入信号；
所述控制器与定子组件的绕组相线电连接，向所述定子组件发送PWM驱动信号。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述中控装置与所述电源电连接，实现中控装置的电源输入；所述中控装置设有DCDC模块，所述DCDC模块基于所述电机的状态控制给出1个或多个可控式电源输出信号，其中，所述可控式电源输出信号包括向所述控制器输出的至少1个控制器DC电源信号，以及向电动车仪表结构输出的仪表DC电源信号。
3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述仪表DC电源信号采用环路电压恒压控制，所述环路电压恒压控制采用对所述仪表DC电源信号进行恒压检测，将恒压检测信号输入至PID调节器，PID调节器输出恒压源PWM信号，将其作为仪表DC电源信号；在所述恒压源PWM信号与所述PID调节器之间设置1个或多个环路短路保护电路。
4.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述电动车仪表结构包括喇叭和/或灯具；所述中控装置与所述电动车仪表结构电连接，用于实现对电动车仪表结构的驱动控制。
5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述中控装置设有防盗模块和震动模块，所述防盗模块以轮动传感器输出的轮动信号作为输入信号，且通过所述震动模块识别震动信号；同时所述中控装置通过外部遥控器获取防盗指令，当收到防盗指令后进入防盗模式，当防盗模块识别到轮动信号以及震动模块识别到震动信号时，所述中控装置向所述控制器发出锁车指令。
6.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述中控装置与外部遥控器和/或运维中心通信连接，所述中控装置与所述运维中心之间的通信数据采用云存储。
7.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述中控指令包括电门锁信号、转把信号和刹车信号。
8.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述电机壳体内部注有绝缘冷却液；所述控制器包括分别固定安装在定子组件端面的电路板和散热铝板，所述电路板套接在所述电机轴的外周；且所述电路板的各MOS管分别固定安装在位于所述电路板外周的散热铝板。
9.一种电动车，其特征在于，采用如权利要求1-8之一所述的控制方法。
10.根据权利要求9所述的电动车，其特征在于，所述中控装置集成安装在电动车的仪表结构中；所述电源安装在位于中间底部的电动车架上。
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