CN206086431U - 一种电动汽车轮毂电机驱动单元 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电动汽车轮毂电机驱动单元，由两套独立模块组用于驱动两个轮毂电机；每一所述模块组包括控制电路模块、功率电路模块、霍尔电流检测模块、智能功率模块、DC母线电容模块；DC动力电源连接到所述DC母线电容器模块，所述DC母线电容器模块与两个所述智能功率模块连接；每一所述智能功率模块驱动一个轮毂电机；所述控制电路模块包括CAN接口电路、运动控制总线接口电路、数字信号处理器、现场可编程器件、旋转变压器接口电路以及控制电源电路。本实用新型一种双轴一体化结构，可以同时驱动两台轮毂电动机，减小体积增加功率密度，模块化的控制电路，功率放大电路，位置检测单元便于维护减少维修成本。

Description

一种电动汽车轮毂电机驱动单元

技术领域

本实用新型涉及电动汽车的驱动，更具体地说，涉及驱动单元的改进。

背景技术

在世界各国政府的推动下，汽车产业全面进入了的交通能源转型的时期，电动汽车作为一种实现交通能源转型的有效的途径，电动汽车进入了加速发展的新阶段。电动汽车日益发展，电动汽车对相关系统零部件的要求也越来越高。同时，这些系统零部件也在影响和制约着电动汽车的发展，其中高功率密度的力矩轮毂电机的应用对驱动装置的体积大小结构设计提出更高要求。电动汽车车轮都为偶数，由于轮毂电机结构限制，一台轮毂电机只能驱动一个车轮，目前电动汽车驱动单元只能驱动一个电动机，这样就需要多个驱动器。

发明内容

本实用新型电动汽车轮毂电机驱动单元可以同时驱动两台轮毂电机，同时多个轮毂电机驱动单元可以进行级联驱动更多的轮毂电机。本实用新型一种双轴一体化结构，内部包含两个电机驱动装置，可以同时驱动两台轮毂电动机，减小体积增加功率密度，模块化的控制电路，功率放大电路，位置检测单元便于维护减少维修成本。

为了达到上述目的，本实用新型提供一种电动汽车轮毂电机驱动单元,由两套独立模块组用于驱动两个轮毂电机；每一所述模块组包括控制电路模块、功率电路模块、霍尔电流检测模块、智能功率模块、DC母线电容模块；DC动力电源连接到所述DC母线电容器模块，所述DC母线电容器模块与两个所述智能功率模块连接；每一所述智能功率模块驱动一个轮毂电机；所述控制电路模块包括CAN接口电路、运动控制总线接口电路、数字信号处理器、现场可编程器件、旋转变压器接口电路以及控制电源电路；所述功率电路模块包括模拟电源电路、智能功率模块电源电路、驱动隔离电路；所述控制电路模块进行外部信息处理和产生电机PWM控制信号；所述功率电路模块用于接收PWM控制信号并传给所述智能功率模块同时为所述智能功率模块和所述霍尔电流检测模块提供电源；所述霍尔电流检测模块用于检测轮毂电机动力线电流信息，采集的电流信息送给 所述控制电路模块的数字信号处理器；所述CAN接口电路用于实现将CAN总线设备连接到总线上；通过CAN总线接口和外部CAN总线设备通信，可以传输IO信号，报警信息；所述CAN接口电路与所述现场可编程器件相连；所述数字信号处理器用于实现轮毂电机控制算法和外部信息处理功能，主要进行轮毂电机控制的电流环和速度环计算，通过EMIF接口与所述现场可编程器件进行信息交换；所述运动控制总线接口电路可以把并行数字信号转化为串行模拟信号把数据送出去，收数据时把串行模拟信号转化为并行数字信号；所述运动控制接口电路和所述现场可编程器件之间通过MI I接口进行通信；所述旋转变压器接口电路功能为旋转变压器编码器输出的模拟量信号转换为位置信息，然后以BISS-C协议将位置信息传输到现场可编程器件；控制电源电路用于给控制电路模块供电；模拟电源电路提供正15V和负15V电源给霍尔电流检测模块供电；所述智能功率模块电源电路提供隔离电源给智能功率模块使用；所述驱动隔离电路起到将高压强电和控制弱电隔离作用同时将控制信号传输到智能功率模块。

本实用新型电动汽车轮毂电机驱动单元优点

1采用高速的数字信号处理器可以快速处理电机控制数据，采用现场可编程器件实现运动控制总线从站和编码器接口功能能够实现数据的并行处理。实现高性能的轮毂电机控制。

2内部两个智能功率模块和DC母线电容模块公用一个散热器，可以使结构更加紧凑减小体积，节约成本。

3与外部控制装置通信采用运动控制总线协议，运动控制总线协议使用Ethercat或powerlink工业以太网现场总线标准，能够实现高速的数据传输，数据刷新周期小于100us保证轮毂电机驱动单元可以快速与外部控制装置进行数据交换。

4采用矢量控制算法，提高控制动态性能。

5具有多种编码器接口应用过程中可灵活选择，包括BISS-C协议编码器，endat协议编码器，旋转变压器编码器。

6模块化结构便于维修，减少维修成本。

附图说明

图1是本实用新型电动汽车轮毂电机驱动单元原理示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型整个控制系统由控制电路模块、功率电路模块、霍尔电流检测模块、智能功率模块、DC母线电容模块组成。

控制电路主要进行外部信息处理和产生电机PWM控制信号。功率电路模块用于接收PWM控制信号并传给智能功率模块同时为智能功率模块和霍尔电流检测模块提供电源。

1CAN接口电路用于实现将CAN总线设备连接到总线上。通过CAN总线接口和外部CAN总线设备通信，可以传输IO信号，报警信息等。CAN接口电路与现场可编程器件相连。

2数字信号处理器用于实现轮毂电机控制算法和外部信息处理功能，主要进行轮毂电机控制的电流环和速度环计算，通过EMIF接口与现场可编程器件进行信息交换。

3运动控制总线接口电路采用以太网物理层标准把并行数字信号转化为串行模拟信号把数据送出去，收数据时把串行模拟信号转化为并行数字信号。运动控制总线接口电路和现场可编程器件之间通过MII接口进行通信。

4现场可编程器件具有编码器接口、运动控制总线协议从站、EMIF接口和CAN控制器功能。编码器接口可以连接具有BISS—C协议和endat协议接口的编码器。运动控制总线从站通过运动控制总线接口电路可以与具有运动控制总线主站的控制装置进行通信，获取控制指令信息。运动控制总线数据，编码器信息和CAN设备数据通过现场可编程器件的EMIF接口与数字信号处理器进行数据交换。

5旋转变压器接口电路功能为旋转变压器编码器输出的模拟量信号转换为位置信息，然后以BISS-C协议将位置信息传输到现场可编程器件。轮毂电机驱动单元可以接三种类型编码器BISS—C协议编码器、endat协议编码器和旋转变压器编码器。

6霍尔电流检测模块用于检测轮毂电机动力线电流信息，采集的电流信息送给控制电路模块的数字信号处理器。霍尔电流检测模实现高精度高速电流检测，减小控制环路延时提高电机控制性能。

7直流动力电源连接到DC母线电容器模块，DC母线电容器模块与两个智能功率模块连接。DC母线电容器模块作用平滑母线电压，吸收智能功率模块开关时产生的电压尖峰。

8控制电源电路用于给控制电路模块供电。

9模拟电源电路提供正15V和负15V电源给霍尔电流检测模块供电。

10智能功率模块电源提供隔离电源给智能功率模块使用。

11驱动隔离电路起到将高压强电和控制弱电隔离作用同时将控制信号传输到智能功率模块。

本实用新型电动汽车轮毂电机驱动单元原理框图如图1所示，

内部两个电机驱动装置，轴1的驱动装置的运动控制总线接口的输出与轴2的驱动装置的运动控制总线接口的输入进行连接，这样两个电机驱动装置可以进行信息交互结。

控制电路模块的数字信号处理器采用TMS320F2812芯片，内部集成AD转换器，PWM模块，C2000实时内核，可以实现高性能的电机控制方案。现场可编程器件采用EP3C25Q240C8N芯片，内部含有大量资源可实现编码器接口、运动控制总线协议从站、EMIF接口和CAN控制器功能。

旋转变压器接口电路由旋转变压器解码芯片和BISS-C协议接口芯片组成，旋转变压器解码芯片采用AD2S1210芯片和BISS-C协议接口芯片采用一个FPGA实现，采用FPGA可以实现数据的快速处理保证位置信息的实时性。

运动控制总线接口电路由rtl8201以太网物理层芯片组成，通信速率可达100Mbps，高速的数据传输保证数据实时性。

DC母线电容模块由电容器和层叠母线组成，电容器使用薄膜电容电压可以达到800V以上，同时具有高纹波电流、高可靠性。层叠母线具有极小母线电感可以有效减小功率器件开关时产生的电压尖峰。

CAN接口电路由CAN收发器PCA82C250T，隔离电源和光耦组成。CAN收发器是CAN控制器和物理传输线路之间的接口，可以用高达1Mbit/s的位速率在两条有差动电压的总线电缆上传输数据。

霍尔电流检测模块采用闭环霍尔电流传感器隔离检测轮毂电机动力线电流，同时闭环霍尔电流传感器具备电气隔离、精度高、动态性能好、可靠性高、抗干扰能力强等优点。

智能功率模块采用三菱的IPM模块，该模块具有短路保护、过流保护及欠压保护功能，当发生短路,过流和欠压故障时，模块能够快速停止工作的同时通过FO引脚发出故障信号给数字信号处理器，数字信号处理器立即停止发送PWM信号，实现自我保护功能。

驱动隔离电路采用TLP559光电耦合器，具有信号传输延时短小于1us，共模抑制能力高，隔离电压达2500V等特点，适合应用于接口隔离。

模拟电源电路和智能功率模块电源电路采用反激式开关电源方案实现，控制芯片采用UC2842芯片。控制电源电路采用DC-DC开关电源方案，可以实现高效率电源减少能量损耗，同时也可以减小体积。

散热器采用铝型材加工而成，同时给两个智能功率模块和DC母线电容模块散热。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种电动汽车轮毂电机驱动单元，其特征在于，由两套独立模块组用于驱动两个轮毂电机；每一所述模块组包括控制电路模块、功率电路模块、霍尔电流检测模块、智能功率模块、DC母线电容模块；

DC动力电源连接到所述DC母线电容器模块，所述DC母线电容器模块与两个所述智能功率模块连接；每一所述智能功率模块驱动一个轮毂电机；

所述控制电路模块包括CAN接口电路、运动控制总线接口电路、数字信号处理器、现场可编程器件、旋转变压器接口电路以及控制电源电路；

所述功率电路模块包括模拟电源电路、智能功率模块电源电路、驱动隔离电路；

所述控制电路模块进行外部信息处理和产生电机PWM控制信号；

所述功率电路模块用于接收PWM控制信号并传给所述智能功率模块同时为所述智能功率模块和所述霍尔电流检测模块提供电源；

所述霍尔电流检测模块用于检测轮毂电机动力线电流信息，采集的电流信息送给所述控制电路模块的数字信号处理器；

所述CAN接口电路用于实现将CAN总线设备连接到总线上；通过CAN总线接口和外部CAN总线设备通信，可以传输IO信号，报警信息；所述CAN接口电路与所述现场可编程器件相连；

所述数字信号处理器用于实现轮毂电机控制算法和外部信息处理功能，主要进行轮毂电机控制的电流环和速度环计算，通过EMIF接口与所述现场可编程器件进行信息交换；

运动控制总线接口电路采用以太网物理层标准把并行数字信号转化为串行模拟信号把数据送出去，收数据时把串行模拟信号转化为并行数字信号；

运动控制总线接口电路和所述现场可编程器件之间通过MII接口进行通信；

所述旋转变压器接口电路功为旋转变压器编码器输出的模拟量信号转换为位置信息，然后以BISS-C协议将位置信息传输到现场可编程器件；

控制电源电路用于给控制电路模块供电；

模拟电源电路提供正15V和负15V电源给霍尔电流检测模块供电；

所述智能功率模块电源电路提供隔离电源给智能功率模块使用；

所述驱动隔离电路起到将高压强电和控制弱点隔离作用同时将控制信号传输到智能功率模块。