CN1254661A - 微处理机控制的交流变频调速电动车 - Google Patents

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王锡安
彭道琦
朱仁祥
高建华
田子剑
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Abstract

本发明公开了一种微处理器控制的交流变频调速电动车,带有直流电源,由电机驱动装置驱动。该电机驱动装置中的交流电动机定子包括至少三组单相绕组,按120°分布绕制,单独引线。变频运行控制器中的微处理器控制电路的指令输出端接译码电路的输入端,译码电路的输出端分别接驱动单元的受控端,该驱动单元的输入端接电源,其输出端分别直接接交流电动机定子的相应单相绕组。本发明的电动车具有启动电流小、结构紧凑、成本经济、实用性强等优点,为交流电动机驱动电动车的实际推广应用创造了条件。

Description

微处理器控制的交流变频调速电动车
本发明涉及一种电动车，尤其是一种以采用交流电机驱动的电动车。
电动车行驶时没有污染，因此符合环保要求，具有良好的发展前景。目前公知的电动车普遍采用直流电机驱动。由于电动车在实际运行中需要频繁启动，而直流电机启动电流大，对蓄电池的冲击破坏作用大，相应对电机本身的冲击破坏作用也大，致使蓄电池和直流电机故障高、寿命短，结果限制了电动车辆的发展及推广应用。个别采用交流电机驱动的电动车方案虽在一定程度上克服了直流电机的上述缺陷，但其将直流电转变成交流电的逆变装置均较为复杂，结果也难以推广应用。例如，专利号为ZL91226475.6的中国实用新型专利《高速电动车》和申请号为95116792.8的中国发明专利申请《车用低压直流变频装置》均是如此。
本发明的目的在于：针对上述现有电动车存在的问题，提出一种启动电流小、结构简捷紧凑的微处理器控制交流变频调速电动车，从而使该电动车电机可以切实得到推广普及。
为了达到上述目的，本发明的微处理器控制交流变频调速电动车带有直流电源，由电机驱动装置驱动，该电机驱动装置由交流电动机和变频运行控制器组成，所述交流电动机的定子包括至少三组单相绕组，按120°分布绕制，单独引线，所述变频运行控制器包括微处理器控制电路、译码电路、至少六组驱动单元构成的驱动电路，其中微处理器控制电路的指令输出端接译码电路的输入端，译码电路的输出端分别接驱动单元的受控端，各驱动单元的输入端接电源，其输出端分别直接接交流电动机定子的相应单相绕组。
本发明的微处理器控制交流变频调速电动车行驶时，直流电源经变频运行控制器逆变后，向交流电动机供电。逆变过程为：变频运行控制器中的微处理器按预先设定的程序向译码电路发出指令串，通过译码电路转变为六组三相正负波形驱动信号，该六组驱动信号分别通过驱动单元，向交流电动机定子内互为120°角的单相绕组供电，使之产生旋转磁场，从而驱使交流电动机转子带动车轮转动。由于本发明中的电机驱动装置以电动机定子自身作为逆变执行体，因此省去复杂的逆变设施，使本发明的电动车在具有采用交流电机固有的驱动电流小等优点的同时，结构紧凑、成本经济、实用性强，从而为交流电动机驱动电动车的实际推广应用创造了条件。
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1是本发明实施例一交流电动机部分的结构示意图。
图2是图1实施例中变频运行器的微处理器控制电路和译码电路图。
图3是图1实施例的驱动电路图。
图4是图2微处理器发出的指令串波形图。
图5是图1实施例中交流电动机与车轮的装配结构示意图。
图6是实施例二的电机驱动装置示意图。
实施例一
本实施例为一种命名为电力助动车的两轮微处理器控制交流变频调速电动车，该车的车架上装有作为直流电源的蓄电池，后轮为动力轮，由电机驱动装置驱动，该电机驱动装置包括图1所示的交流电动机和图2、3所示的变频运行控制器。
图1中，1是定子绕组，2为定子矽片，3为转子矽片，4为转子轴，5、7、10、11组成外壳，8、9为轴承，6为定子绕组引出线(6根)，定子绕组1分为三个单相绕组，按120°沿定子圆周均布绕制，单独引出线6根定子绕组引出线6。
变频运行控制器包括图2所示以微处理器芯片U1为核心的微处理器控制电路、以译码器芯片U2为核心的译码电路，以及图3所示六组驱动单元构成的驱动电路。其中微处理器芯片U1的指令输出端口P1.1、P1.2、P1.3、P1.4、P1.5、P1.6、P1.0、P1.7分别接译码器芯片U2的输入端AF、AFT、BF、BFT、CF、CFT、DIS+、DIS-，译码器芯片U2的输出端13-24脚通过P1-07T三相正负波形驱动信号接口分别接图3六组驱动单元的受控端CL2和CH2、CL1和CH1、BL2和BH2、BL1和BH1、AL2和AH2、AL1和AH1。该六组驱动单元均由一个前置的三极管和后置的二串联场效应管组成，其输入端接电源，输出端分别直接接交流电动机MD定子的三组单相绕组。
图2中的P1-01T为电池电压接口，P1-02Z为稳压电源接口，P1-03Z为过电流采样接口，P1-04Z为显示器接口，P1-05Z为光电数码控制器接口，P1-06Z为刹车控制接口，分别用于变频运行控制器与外部电路、电源等设施的接插。其中P1-05Z光电数码控制器接口、P1-06Z刹车控制接口均作为信号输入端，分别接微处理器U1的信号输入脚。此外，三极管T1的基极经电阻接P1-06Z刹车控制接口，发射极接地，集电极经电阻接电源，构成掉电执行电路，可以硬件的方式与微处理器U1的软件一起构成对变频运行控制器的掉电双重切断保护。微处理器U1上部的三极管T2等元件构成欠压过流保护电路。
本实施例电力助动车的蓄电池输出的直流电经变频运行控制器逆变后，向交流电动机供电。当微处理器U1接到调速信号后，发出图4所示波形的指令串，经译码器U2译码后，输出三相六路信号给驱动单元，结果各驱动单元输出交变电流至交流电动机MD定子的三组单相绕组，使其产生旋转磁场，驱使转子通过传动机构带动车轮转动。若微处理器U1接到欠压、过流或刹车等控制信号，则其P10、P17口通过DIS+、DIS-控制译码器芯片U2的输出均为“0”态，此时交流电动机定子绕组中无激励电流，电动机静止不转。
由于本实施例通过微处理器实时控制，将直流转变成三相交流，驱使三单相合成型交流变频调速异步电动机转动，巧妙地利用电动机定子及其绕组实施逆变，使该电动机既是变频执行体，又是旋转执行体，省去了复杂的专用逆变装置，因此整车体积小、成本低、节省电能。经测试，其一次充电续驶性能明显优于直流电机驱动的同类车。
此外，本实施例的电力助动车的动力轮采用图5所示的套轴结构。该图中1′是轮箍，2′是定子绕组，3′是定子，4′是转子，5′是电机轴，6′是轮箍内齿轮，7′是中间齿轮，8′是中间齿轮轴，9′是端盖，11′和20′是轮箍轴，13′和19′是外轴承，15′是电机齿轮，17′是内轴承，18′是电机壳体。车轮中部的轮箍1′内部安装由定子绕组2′、定子3′、转子4′以及电机轴5′组成的交流电动机，轮箍1′通过外轴承13′和19′支撑在轮箍轴11′和20′上，电机轴5′通过内轴承17′支撑在轮箍轴11′和20′上，两轴同心但彼此独立，电机轴5′与电机齿轮15′固连，电机齿轮15′经过中间齿轮7′带动与轮箍1′固连的轮箍内齿轮6′。这样，可以减少外来冲击对交流电动机的直接影响，有助于保证转动平稳，延长电机及轴承的使用寿命。实施例二
本实施例(参见图6)与实施例一的区别是在大功率电动车的交流电动机MD定子内，绕有多套(两套以上，具体数量可以根据该车所需输出功率确定)三单相绕组，变频运行控制器中含有与其相应的多套驱动单元YAQD1、QAYD2、...YAQDn。各驱动单元均由微处理器U1通过译码器U2给出驱动控制信号，其输出分别接直接接交流电动机定子中相应的各三组单相绕组。这样，可以十分简单的方式组成较大功率的驱动系统，扩大输出功率，根据市场需求，制造出各种规格电动车。

Claims (6)

1.一种微处理器控制交流变频调速电动车，带有直流电源，由电机驱动装置驱动，该电机驱动装置由交流电动机和变频运行控制器组成，其特征在于：所述交流电动机的定子包括至少三组单相绕组，按120°分布绕制，单独引线，所述变频运行控制器包括微处理器控制电路、译码电路、至少六组驱动单元构成的驱动电路，其中微处理器控制电路的指令输出端接译码电路的输入端，译码电路的输出端分别接驱动单元的受控端，该驱动单元的输入端接电源，其输出端分别直接接交流电动机定子的相应单相绕组。
2.根据权利要求1所述的微处理器控制交流变频调速电动车，其特征在于：动力轮中部的轮箍内部安装交流电动机，所述轮箍通过外轴承支撑在轮箍轴上，电机轴通过内轴承支撑在轮箍轴上，两轴同心但彼此独立，电机轴与电机齿轮固连，电机齿轮经过中间齿轮带动与轮箍固连的轮箍内齿轮。
3.根据权利要求1所述的微处理器控制交流变频调速电动车，其特征在于：所述交流电动机定子内，绕有两套以上三单相绕组，所述变频运行控制器中含有与其相应的多套驱动单元，各驱动单元均由微处理器通过译码器给出驱动控制信号，其输出分别接直接接交流电动机定子中相应的各相应单相绕组。
4.根据权利要求1所述的微处理器控制交流变频调速电动车，其特征在于：所述驱动单元由一个前置的三极管和后置的二串联场效应管组成。
5.根据权利要求1所述的微处理器控制交流变频调速电动车，其特征在于：所述变频运行控制器包括光电数码控制器接口和刹车控制接口，所述光电数码控制器接口和刹车控制接口均作为信号输入端，分别接微处理器的信号输入脚。
6.根据权利要求5所述的微处理器控制交流变频调速电动车，其特征在于：所述变频运行控制器包括掉电执行电路，该电路由一只三极管的基极经电阻接刹车控制接口、发射极接地、集电极经电阻接电源构成。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1297420C (zh) * 2004-06-30 2007-01-31 武汉理工大学 多级高效变频调速电动汽车驱动装置及控制方法
CN102756669A (zh) * 2011-04-29 2012-10-31 财团法人工业技术研究院 多工控制系统及具有多工控制系统的运输装置及控制方法

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