CN113726259B - 抗电磁干扰控制方法及电动车用电机控制器集成组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抗电磁干扰控制方法及电动车用电机控制器集成组件，电机的定子组件端面安装有用于实现对电机进行驱动控制的控制器；在电机启动运行过程中，所述控制器至少采用如下步骤之一进行抗电磁干扰控制：A10)、利用校验握手协议对电机特征参数进行预先校验；B10)、通过滤波算法将采样得到的电流信号进行叠加干扰信号的去除；C10)、通过温度算法将叠加的温度波纹信号去除；D10)、通过位置传感算法将霍尔占空比不在预设范围的信号去除；本发明可以有效地解决了将电动车的电机与其控制器进行集成安装后面临的电磁干扰问题，确保电机控制器集成组件的正常驱动性能。

Description

抗电磁干扰控制方法及电动车用电机控制器集成组件

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抗电磁干扰控制方法，本发明还涉及了该抗电磁干扰控制方法应用的电动车用电机控制器集成组件。

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抗电磁干扰控制方法以及电动车用电机控制器集成组件，可以有效地解决了将电动车的电机与其控制器进行集成安装后面临的电磁干扰问题，确保电机控制器集成组件的正常驱动性能。

在提出本申请技术方案前，本申请人结合在本领域的研发经验和所积累的理论知识，对电动车用电机控制器集成组件产生电磁干扰问题的原因进行了深入研究，发现：由于电机和控制器进行集成安装后，会带来以下几个因素问题，这些都是可能导致产生电磁干扰问题的原因：1.电机的特征参数信号可能产生变化，进而电机控制发生问题； 2.电机控制器集成组件在运行中可能产生电磁干扰问题的特征频率, 对电流采样信号产生叠加扰；3.电机控制器集成组件方案引起了温度信号的叠加问题；4.电机控制器集成组件可能造成霍尔位置突变问题。

为此，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抗电磁干扰控制方法，电机的定子组件端面安装有用于实现对电机进行驱动控制的控制器；在电机启动运行过程中，所述控制器至少采用如下步骤之一进行抗电磁干扰控制：

A10)、利用校验握手协议对电机特征参数进行预先校验，当校验握手通过时，控制器依据电机特征参数驱动电机运行，当校验握手失败时，进行电机特征参数初始化，直至校验握手通过；

B10)、通过滤波算法将采样得到的电流信号进行叠加干扰信号的去除；

C10)、通过温度算法将叠加的温度波纹信号去除；

D10)、通过位置传感算法将霍尔占空比不在预设范围的信号去除，避免霍尔位置信号值差距过大。

本申请人建议在实施时同时采用步骤A10)、步骤B10)、步骤C10) 和步骤D10)，因为这些都是产生电磁干扰的原因，而且步骤A10)、步骤B10)、步骤C10)和步骤D10)均可以被写入控制器的各类控制算法中，而且这些步骤没有实施先后的限制，它们之间可以独立实施作为优选方案，本申请人更建议采用多步骤组合实施，对于抗电磁干扰的控制效果更好。

优选地，在所述步骤A10)中，所述校验握手协议采用增强型CRC 握手协议，用于保证电机特征参数的准确性。

优选地，所述电机特征参数包括电机目标速度和/或目标力矩和/ 或温度信号和/或故障状态信号和/或功能状态信号和/或里程信号。

优选地，在所述步骤B10)中，预先确定电机的特征频率，基于该特征频率进行采样特征参数初始化为目标，对采样得到的各相电流进行带通滤波处理。

优选地，所述带通滤波处理过程包括取至少3000个电流采样值，组成数组，对该数组进行FFT运算，将位于特征频率信号前后的5个电流采样值舍去。

优选地，所述特征频率＝电机的极对数*电机的旋转频率。

优选地，在所述步骤C10)中，通过去除温度波纹信号中最大值和最小值，得到真实的温度信号。

优选地，在所述步骤D10)中，在霍尔算法中添加使得速度信号不会突变的变量，且通过提前估算霍尔位置和转子角度，利用带通滤波舍去差距较大的霍尔位置信号值。

优选地，一种电动车用电机控制器集成组件，采用如上所述的抗电磁干扰控制方法。

优选地，包括与电动车轮毂、电机壳体安装为一体的永磁转子组件，位于永磁转子组件内周且与电机轴安装为一体的定子组件，其中，所述电机壳体设有用于注入绝缘冷却液的注液口，同时所述电机轴的内部设有从电机壳体内部延伸至电机壳体外部的通气道，位于电机壳体内部的通气道端口连接通气阀。

本申请首先提出了将电动车的控制器与定子组件进行一体安装集成，不仅有效简化了霍尔线以及相线等线束的连接结构，而且降低了安装空间，优化了电动车的安装布局空间，对于电动车用电机控制器集成组件产生的电磁干扰，本申请创造性地提出了利用校验握手协议对电机特征参数进行预先校验、通过滤波算法将采样得到的电流信号进行叠加干扰信号的去除、通过温度算法将叠加的温度波纹信号去除、通过位置传感算法将霍尔占空比不在预设范围的信号去除，避免霍尔位置信号值差距过大的多个并列解决方案，经过实际应用，可以有效地解决了将电动车的电机与其控制器进行集成安装后面临的电磁干扰问题，确保电机控制器集成组件的正常驱动性能。

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安装在定子组件端面的结构示意图；

图3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抗电磁干扰控制方法操作框图。

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抗电磁干扰控制方法，电机的定子组件端面安装有用于实现对电机进行驱动控制的控制器；在电机启动运行过程中，控制器至少采用如下步骤之一进行抗电磁干扰控制：

A10)、利用校验握手协议对电机特征参数进行预先校验，当校验握手通过时，控制器依据电机特征参数驱动电机运行，当校验握手失败时，进行电机特征参数初始化，直至校验握手通过；

B10)、通过滤波算法将采样得到的电流信号进行叠加干扰信号的去除；

C10)、通过温度算法将叠加的温度波纹信号去除；

D10)、通过位置传感算法将霍尔占空比不在预设范围的信号去除，避免霍尔位置信号值差距过大。

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，一种电动车用电机控制器集成组件1，电机具体采用无刷永磁同步电动机；包括与电动车轮毂10、电机壳体20安装为一体的永磁转子组件30，位于永磁转子组件30内周且与电机轴 40安装为一体的定子组件50，定子组件50位于电机壳体20内部，其中，定子组件50的端面安装有用于实现对电机进行驱动控制的控制器60，优选地，在本实施方式中，定子组件50包括安装在定子保持架51外周的定子铁芯52，定子保持架51与电机轴40安装为一体，同时定子保持架51的一端设有位于电机轴40外周的安装槽53，控制器60安装在安装槽53内；

为了实现高效散热效果，在本实施方式中，电机壳体20设有用于注入绝缘冷却液(具体采用具有绝缘效果的冷却油70)的注液口 (图未示出)，同时电机轴40的内部设有从电机壳体20内部延伸至电机壳体20外部的通气道41，位于电机壳体20内部的通气道端口41a连接通气阀41b；

请进一步参见图2所示，为了实现高效散热效果，优选地，在本实施方式中，控制器60包括固定安装在安装槽53内的电路板61(具体呈圆型性质)，电路板61套接在电机轴40的外周；至少部分定子组件50和电路板61与冷却油70直接导热接触；进一步优选地，在本实施方式中，控制器60还包括固定安装在安装槽53内的散热铝板 62，电路板61的各MOS管61a分别固定安装在位于电路板61外周的散热铝板62(具体呈环型形状)上，图2示出的MOS管61a为5个，呈均匀间隔状安装分布；至少部分散热铝板62与冷却油70直接导热接触，通过进一步设置具有更大面积的散热铝板62可以进一步明显利于本实施例的散热效果；在本实施方式中，电路板61上还有若干电解电容63以及单片机芯片64，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；

优选地，为了实现对线束80的密封引出效果，在本实施方式中，控制器60与定子组件50的绕组进行电连接，且控制器60的输出线束80通过贯穿电机轴40后引伸到电机壳体20的外部；具体优选地，在本实施方式中，电路板61的霍尔线61b与定子组件50的霍尔组件 54电连接，电路板61的相线61c与定子组件50的绕组相线电连接，电路板61的通讯线61d(具体包括通讯线A和通讯线B)、轮动信号线61e、电源线61f以及启动线61g通过贯穿电机轴40后引伸到电机壳体20的外部；其中，控制器60的通讯线61d和轮动信号线61e 分别接入电动车的中控装置(图未示出)，与中控装置实现通信连接，电路板61的电源线61f接入外部电源(图未示出)；

为了对线束在引出过程中的防护效果，优选地，在本实施方式中，线束贯穿通道42采用弯折形状，其弯折角度的设计以利于保护线束 80不受来自电机轴40磨损作为考虑因素；线束贯穿通道42内插装有线束贯穿防护套81，位于电机壳体20内部的线束80通过线束贯穿防护套81实现集中引出；

为了实现密封安装效果，在本实施方式中，电机壳体20包括安装连接为一体且分别位于定子组件50两端的边盖21和鼓刹端盖22，其中，边盖21和鼓刹端盖22分别可相对转动地套接在电机轴40上；优选地，在本实施方式中，边盖21的外侧端口与电机轴40之间设有边盖密封圈23，鼓刹端盖22的外侧端口与电机轴40之间设有鼓刹端盖密封圈24；

请进一步参见图3所示，在本实施方式中，电动车用电机控制器集成组件1采用抗电磁干扰控制方法用于解决电磁干扰问题，在电机启动运行过程中，控制器60同时采用如下步骤进行抗电磁干扰控制，实现对电动车用电机控制器集成组件1的电磁兼容控制EMC.C效果：

A10)、利用校验握手协议对电机特征参数进行预先校验，当校验握手通过时，控制器依据电机特征参数驱动电机运行，当校验握手失败时，进行电机特征参数初始化EMC_INITPARA(void)，直至校验握手通过；优选地，在本步骤A10)中，校验握手协议采用增强型CRC握手协议并结合基本的电磁滤波基础EMC_CONCT()，用于保证电机特征参数的准确性；其中优选地，电机特征参数包括电机目标速度、目标力矩、温度信号、故障状态信号、功能状态信号、里程信号等相关电机驱动特征参数，当32位的CRC数值校验通过时，判定校验握手通过；

B10)、通过滤波算法将采样得到的电流信号进行叠加干扰信号的去除；优选地，在本步骤B10)中，预先确定电机的特征频率，基于该特征频率进行采样特征参数初始化EMC_INITPARA_Filter(void) 为目标：对采样得到的各相电流进行带通滤波处理，具体包括U相电流滤波EMC_A_CUUR()、V相电流滤波EMC_B_CUUR()以及W相电流滤波EMC_C_CUUR(),最终控制器60执行滤波算法FOC_BUF；其中具体优选地，特征频率＝电机的极对数*电机的旋转频率；带通滤波处理过程包括取至少3000个电流采样值，组成数组，对该数组进行FFT 运算，将位于特征频率信号前后的5个电流采样值舍去；具体优选地，在本实施方式中，取4098个电流采样值，组成数组，对数组进行FFT 运算，对特征频率前后的5个数舍去，余下的数据将没有影响；

C10)、通过温度算法TEMP_Filter()将叠加的温度波纹信号，也就是为控制器与定子温度叠加参数EMC_Temp_tab()去除，最终控制器60执行温度算法FOC_PARA()；优选地，在本步骤C10)中，通过去除温度波纹信号中最大值和最小值，得到真实的温度信号；

D10)、通过位置传感算法HALL_Filter()将霍尔占空比不在预设范围的信号去除，避免霍尔位置信号值差距过大；优选地，在本步骤D10)中，在霍尔算法中添加使得速度信号不会突变的变量，且通过提前估算霍尔位置和转子角度，利用带通滤波舍去差距较大的霍尔位置信号值，实现霍尔位置信号滤波EMC_hall_FOC()。

本实施例首先提出了将电动车的控制器与定子组件进行一体安装集成，不仅有效简化了霍尔线以及相线等线束的连接结构，而且降低了安装空间，优化了电动车的安装布局空间，对于电动车用电机控制器集成组件产生的电磁干扰，本申请创造性地提出了利用校验握手协议对电机特征参数进行预先校验、通过滤波算法将采样得到的电流信号进行叠加干扰信号的去除、通过温度算法将叠加的温度波纹信号去除、通过位置传感算法将霍尔占空比不在预设范围的信号去除，避免霍尔位置信号值差距过大的多个并列解决方案，本申请人将电机控制器集成组件1经过了在电动车上的实际应用，证实了可以有效地解决了将电动车的电机与其控制器进行集成安装后面临的电磁干扰问题，确保电机控制器集成组件1的正常驱动性能。

本实施例还提出了一种电动车，采用如上的电机控制器集成组件 1；电动车的额定功率范围为300W-2KW；更优选为300W-1KW；当然地，本申请还可以应用具有其他参数额定功率的电动车，可以产生与本申请类似的技术效果，本实施例对其不做特别唯一限定；本实施例中的电动车可以为两轮电动车，也可以为三轮电动车，还可以是具有类似驱动安装结构的四轮电动车。

需要特别说明的是，在其他方式中，若单独采用步骤A10)、步骤B10)、步骤C10)或步骤D10)，可以部分解决电磁干扰问题，但还不能实现良好的电磁兼容控制EMC.C效果，本申请人建议至少采用步骤A10)和步骤B10)，能够解决很大部分的电磁干扰问题，当然，最为优选的是同时采用步骤A10)、步骤B10)、步骤C10)和步骤D10)。

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 (5)

1.一种电动车用电机控制器集成组件的抗电磁干扰控制方法，其特征在于，电机的定子组件端面安装有用于实现对电机进行驱动控制的控制器；在电机启动运行过程中，所述控制器采用如下步骤进行抗电磁干扰控制：

A10）、利用校验握手协议对电机特征参数进行预先校验，当校验握手通过时，控制器依据电机特征参数驱动电机运行，当校验握手失败时，进行电机特征参数初始化，直至校验握手通过；在所述步骤A10）中，所述校验握手协议采用增强型CRC握手协议，用于保证电机特征参数的准确性；所述电机特征参数包括电机目标速度和/或目标力矩和/或温度信号和/或故障状态信号和/或功能状态信号和/或里程信号；

B10）、通过滤波算法将采样得到的电流信号进行叠加干扰信号的去除；在所述步骤B10）中，预先确定电机的特征频率，基于该特征频率进行采样特征参数初始化为目标，对采样得到的各相电流进行带通滤波处理；

C10）、通过温度算法将叠加的温度波纹信号去除；在所述步骤C10）中，通过去除温度波纹信号中最大值和最小值，得到真实的温度信号；

D10）、通过位置传感算法将霍尔占空比不在预设范围的信号去除，避免霍尔位置信号值差距过大；在所述步骤D10）中，在位置传感算法中添加使得速度信号不会突变的变量，且通过提前估算霍尔位置和转子角度，利用带通滤波舍去差距较大的霍尔位置信号值。

2.根据权利要求1所述的抗电磁干扰控制方法，其特征在于，所述带通滤波处理过程包括取至少3000个电流采样值，组成数组，对该数组进行FFT运算，将位于特征频率信号前后的5个电流采样值舍去。

3.根据权利要求2所述的抗电磁干扰控制方法，其特征在于，所述特征频率=电机的极对数*电机的旋转频率。

4.一种电动车用电机控制器集成组件，其特征在于，采用如权利要求1-3之一所述的抗电磁干扰控制方法。

5.根据权利要求4所述的电动车用电机控制器集成组件，其特征在于，包括与电动车轮毂、电机壳体安装为一体的永磁转子组件，位于永磁转子组件内周且与电机轴安装为一体的定子组件，其中，所述电机壳体设有用于注入绝缘冷却液的注液口，同时所述电机轴的内部设有从电机壳体内部延伸至电机壳体外部的通气道，位于电机壳体内部的通气道端口连接通气阀。

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