CN206498345U - 一种用于电动车电机控制的自动控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型介绍了一种用于电动车电机控制的自动控制系统，本结构适用两个或者两个以上的电机结构，包括电源系统，还包括第一和第二控制器，在第一控制器的输出端连接有第一驱动电机，在第二控制器的输出端连接有第二驱动电机，第一和第二驱动电机的输出均连接到变速箱的输入端，变速箱的输出端与后桥总成相连；第一控制器包括微控制器MCU、复合电源、三相桥式逆变电路、电压检测电路、电流检测电路及转子位置检测电路，复合电源的输出端接双向DC‑DC变换器的输入端，双向DC‑DC变换器的输出端分别接三相桥式整流电路的输出端和三相桥式逆变电路的输入端，三相桥式逆变电路的输出端接电机。本实用新型降低了成本，延长了系统寿命，提高了车辆续航里程，降低了系统工作噪音。

Description

一种用于电动车电机控制的自动控制系统

技术领域

本实用新型涉及一种机动车控制器，尤其是一种用于电动车电机控制的自动控制系统，属于机电设备技术领域。

背景技术

机动车控制器是用来控制机动车电机的启动、运行、进退、速度、停止以及机动车的其它电子器件的核心控制器件，它就像是机动车的大脑，是机动车上重要的部件。作为人们日常出行的机动车就目前来看主要包括汽车、电动自行车、电动二轮摩托车、电动三轮车、电动三轮摩托车、电动四轮车、电瓶车等，机动车控制器也因为不同的车型而有不同的性能和特点，除汽车外，其余电动车因经济实用、节能环保的优势越来越受到大众的青睐。

电动车的控制器是整个电动汽车的核心控制部件，它控制电动机的运行使电动车正常行驶。作为电动车的指挥管理中心，会有多种信号参数进入控制器，控制器对电动机控制的性能的好坏直接决定着电动车的使用寿命和舒适性，现目前，市场上的电动车电机控制器逻辑比较简单，大多只具有开关功能，或只是简单的根据油门大小来调整输出功率的大小，其对电机的运行调控速度慢、调控精度差，致使电机运行的平稳性差，且电机故障频发，使用寿命低。不仅如此，目前有的电动车动力系统基本上都是属于单电机控制器、的动力系统。即使有少数双电机动力系统，是通过链条或者皮带等方式实现动力叠加。这种单电机控制器的结构存在以下缺陷：1、成本高，由于不得不采用大功率动力系统的电机和配套的控制器，因此成本较高；2、工作寿命短，由于只有一组动力系统，车辆在行驶过程中系统一直处于工作状态，导致设备老化快，使用寿命短；3、续航里程相对较短，由于只有一组动力系统，无论车辆负载轻或者重，大功率动力系统都一直处于工作状态，能量消耗大，从而续航里程短；4、噪音大，普通大功率动力系统工作时产生的噪音较大，同时变速箱隔音也较差。

实用新型内容

针对现有技术中的上述不足，本实用新型的主要目的在于解决现目前的电动车控制器工作寿命短、成本高、噪音大的问题，而提供一种具有更好的可靠性、噪音小、工作寿命较长的用于电动车电机控制的自动控制系统。

本实用新型的技术方案：一种用于电动车电机控制的自动控制系统，包括电源系统，其特征在于，还包括第一控制器、第二控制器和中央处理器，所述第一控制器和第二控制器采用了相同的电路结构且均由电源系统供电，第一控制器和第二控制器的工作状态受中央处理器控制；在第一控制器的输出端连接有第一驱动电机，在第二控制器的输出端连接有第二驱动电机，所述第一驱动电机的输出和第二驱动电机的输出均连接到变速箱的输入端，所述变速箱的输出端与后桥总成相连；所述的第一控制器包括微控制器MCU、复合电源、三相桥式逆变电路、电压检测电路、电流检测电路及转子位置检测电路，所述复合电源的输出端接双向DC-DC变换器的输入端，双向DC-DC变换器的输出端分别接三相桥式整流电路的输出端和三相桥式逆变电路的输入端，三相桥式逆变电路的输出端接电机，所述微控制器MCU的PWM接口接PWM调制电路的输入端，PWM调制电路的输出端接三相桥式逆变电路，三相桥式逆变电路和电机分别连接电压检测电路的输入端和电流检测电路的输入端，电压检测电路的输出端和电流检测电路的输出端经信号调理电路接微控制器MCU的A/D转换口，所述转子位置检测电路的输入端接电机，输出端接微控制器MCU的CAP接口，微控制器MCU的SPI接口分别接触摸按键和显示器。

本实用新型中，采用了自动控制器的结构来实现对电机工作状态、电机功率的调节和控制，但是，本实用新型的结构并不仅仅限于两台控制器的结构，根据实际需求，也可以为三台控制器以及更多的控制器的组合结构，并且指定其中一台作为主控制器即可。还需要说明的是，本实用新型重点解决了多控制器同时工作或部分工作时的不兼容，干扰大，噪音大等一系列问题，才能实现多控制器的组合结构。

优化地，所述微控制器MCU还连接有保护电路，所述微控制器MCU还连接有报警电路。

优化地，所述左驱动电机包括电机轴、左端盖、右端盖、定子、第二转子和第一转子，所述电机轴上套有固定环，所述固定环上套有第一转子，所述第一转子上套有定子，所述定子的两侧分别绕有外线圈和内线圈，所述外线圈的外侧设有第二转子，所述第二转子固定在摩托车车轮的内圈上，所述固定环的两侧分别设有轴承，所述轴承外侧安装有左端盖和右端盖，所述左端盖和右端盖内部将定子封盖固定。

相对于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：

1、降低了成本，本实用新型采用了多电机动力系统替代目前普通的大功率单电机动力系统，可以使得每个电机的功率降低，从而相对于大功率单电机动力系统成本可大幅降低。

2、延长了系统寿命，由于普通的单电机动力系统在车辆行驶过程中，整个系统一直都处于工作状态，系统使用寿命相对较短。而本实用新型的多电机动力系统在车辆巡航过程中可让过热的电机及控制系统暂停工作，得到良好的散热冷却，从而延长系统的使用寿命。

3、提高了车辆续航里程，可根据车辆的负载情况自动调整小功率动力系统的工作组数，在车辆负载轻时自动关闭一组或多组小功率动力系统，进行低功率巡航，降低能耗，从提升车辆续航里程。

4、系统工作噪音低，在巡航时可以只有部分小功率动力系统工作，产生的噪音较小。同时，采用铸铁变速箱体，隔音效果良好，使整个多电机动力系统的工作噪音比普通单电机动力系统大幅降低。

附图说明

图1为本实用新型一种用于电动车电机控制的自动控制系统的方框结构示意图。

图2本实用新型中第一控制器的方框结构示意图。

图3为本实用新型中第一驱动电机的结构示意图。

图4本实用新型第一控制器内三相桥式逆变电路电路图；

图5本实用新型第一控制器内三相桥式整流电路电路图；

图6本实用新型第一控制器内PWM调制电路图；

图7本实用新型第一控制器内转子位置检测电路图；

图8本实用新型第一控制器内复合电源和双向DC-DC变换器的电路图；

图9本实用新型第一控制器内滤波电路图；

图10本实用新型第一控制器内光电隔离电路图；

图11本实用新型第一控制器内保护电路图；

图12本实用新型第一控制器内信号调理电路图。

图中，1—电机轴，2—左端盖，3—内圈，4—第二转子，5—外线圈，6—定子，7—右端盖，8—第一电机线，9—第二电机线，10—轴承，11—第一转子，12—内线圈，13—固定环。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明。

如图1-图12所示，本实用新型的一种用于电动车电机控制的自动控制系统，包括电源系统，这里的电源系统采用了现有的摩托车电源转换系统，本实用新型还包括第一控制器、第二控制器和中央处理器，所述第一控制器和第二控制器采用了相同的电路结构且均由电源系统供电，第一控制器和第二控制器的工作状态受中央处理器控制。在第一控制器的输出端连接有第一驱动电机，在第二控制器的输出端连接有第二驱动电机，所述第一驱动电机的输出和第二驱动电机的输出均连接到变速箱的输入端，所述变速箱的输出端与后桥总成相连。这里的变速箱和后桥总成均采用现有的摩托车结构，因此具体的机械结构以及连接方式在此不详细描述，属于现有技术。所述的第一控制器包括微控制器MCU、复合电源、三相桥式逆变电路、电压检测电路、电流检测电路及转子位置检测电路，所述复合电源的输出端接双向DC-DC变换器的输入端，双向DC-DC变换器的输出端分别接三相桥式整流电路的输出端和滤波电路的输入端，滤波电路的输出端接三相桥式逆变电路的输入端，三相桥式逆变电路的输出端接电机，所述微控制器MCU的PWM接口接光电隔离电路的输入端，光电隔离电路的输出端接PWM调制电路的输入端，PWM调制电路的输出端接三相桥式逆变电路的输入端，三相桥式逆变电路的输出端和电机均分别接电压检测电路的输入端和电流检测电路的输入端，电压检测电路的输出端和电流检测电路的输出端经信号调理电路接微控制器MCU的A/D转换口，所述转子位置检测电路的输入端接电机，输出端接微控制器MCU的CAP接口，微控制器MCU的SPI接口分别接触摸按键和显示器，微控制器MCU通过RS232或RS485通信接口连接上位机，微控制器MCU还连接有保护电路和报警电路。本实用新型中，由于第一控制器和第二控制器采用了相同的电路结构，因此在此只对第一控制器进行的结构说明。

所述电流检测电路为南京史利姆电子科技公司生产的CTN1000SF系列的霍尔电流传感器；所述电压检测电路为为南京史利姆电子科技公司生产的VT025A-1000系列的霍尔电压传感器。

本实用新型的第一控制器工作时，由三相桥式整流电路的输入端接充电桩为复合电源进行充电，复合电源提供的电压经滤波电路滤波后传给三相桥式逆变电路，最终由三相桥式逆变电路供给电机使用，电压检测模块采集到的电机的电压信号和电路检测模块采集到的电机的电流信号分别经信号调理电路输入到微控制器MCU的A/D接口，转子位置检测模块采集到的电压的转子位置信号输送到微控制器MCU的CAP接口，微控制器MCU对接收到的电压信号、电流信号及转子位置信号进行处理后，由微控制器MCU的PWM接口输出控制信号经光电隔离电路传送给PWM调控电路，由PWM调制电路加在三相桥式逆变电路上，从而改变三相桥式逆变电路的输出电压，进而调控电机的转速，使电机平稳运行。微控制器MCU会将各检测信号的数值通过显示器进行显示，以便于人们观察和维修，可通过触摸按键进行指令输入。若微控制器MCU接收到各检测信号后判断电机工作异常，会启动保护电路使电机缓慢停止运行，以保护电机安全和乘坐者的安全，同时启动报警电路进行报警，以警示乘坐者及时进行维修处理。同理，第二控制器采用相同的工作原理。

参见图1和图3，所述的第一驱动电机包括电机轴1、左端盖2、右端盖7、定子6、第二转子4和第一转子11。所述电机轴1上套有固定环13，所述固定环13上套有第一转子11，所述第一转子11外套有定子6，所述定子6的内外两侧分别绕有外线圈5和内线圈12，所述定子6的外线圈5的外侧设有第二转子4，所述第二转子4固定在所述摩托车车轮的内圈3上，所述电机轴1上固定环13的两侧设有轴承10，所述轴承10外侧安装有左端盖2和右端盖7，所述左端盖2和右端盖7内部将定子6封盖固定；所述电机轴1穿过左端盖2并通过花键与左端盖2连接，电机轴1从右端盖7穿出；所述的第二转子4和第一转子11均为永磁体；所述定子6朝向右端盖7的一侧分别从外线圈5和内线圈12上引出第一电机线8和第二电机线9；所述定子6上外线圈5和内线圈12的绕线方向相反。需要说明的是，由于第一驱动电机和第二驱动电机结构相同，因此在图3中只给出了第一驱动电机的结构图。

本实用新型中第一驱动电机的工作原理说明如下：

本实用新型中，采用了多个动力单元的组合结构，其中，1台电机和1台控制器组成一个动力单元，多个（2个或以上）动力单元通过多动力输入型变速箱进行叠加，再经过多动力输入型变速箱进行传动变比后将动力传递给车辆后桥，最终形成一个大功率的动力系统。在多个动力单元的控制过程中，本实用新型解决了多个动力单元组合的几个技术问题，1、动力单元的分配以及控制问题，使得系统能够根据动力的需求情况，自动控制一个动力单元工作或多个动力单元工作；2、实时的监控问题，解决了传统电子控制器不能实时监测动力输出功率，通过精确的控制动力输出，一方面能够满足实际使用需求，另一方面能够达到动力的恰到好处，不浪费；3、特别是解决了多个动力单元相互之间容易产生干涉的问题，具有很好的匹配度，并且能够根据需求扩展动力单元数量，具有很好的通用性。

本实用新型系统功能特点介绍如下：

本实用新型中，选取一个控制器作为主控制器，中央处理器置于主控制器内，这里的主控制器的设定可以由技术人员自由选择一个动力单元来设定。其他的各个动力单元的控制器与主控制器相连接，主控制器根据车辆工况对个单元控制器进行指令，控制个单元控制器是否进行工作。在车辆行驶过程中，车辆负载较轻时由1组动力单元进行工作，当车辆负载增加时（包含车辆载重增加、遇到上坡或者需要加速时等情况），单元控制器的电流会增加，当电流增加到单元控制器限流值的85％以上并持续5秒以上，主控制器会指令第二个动力单元开始工作，这时，如果两个单元的控制器工作电流仍然达到控制器限流值的80％以上并持续5秒以上，主控制器会指令第三个动力单元开始工作，以此类推，直到开启车辆配置的最大单元动力数。当车辆负载减轻，各单元控制器的工作电流下降到限流值的50％以下并持续5秒以上，主控制器会指令逐个关闭单元动力系统，直至剩下最后一组单元动力系统。

在车辆起步时，主控制器会指令各个动力单元系统同时工作，保证起步时的动力。在车辆倒车时，主控制器会指令各个动力单元系统同时工作，保证倒车时的动力。在车辆行驶过程中，主控制器会实时监控各单元动力系统的控制器和电机的温度，在车辆负载不要求所有单元动力系统同时工作的时候，主控制器会优先关闭温度较高的动力单元，让单元系统得到充分散热。主控制器会实时监控动力单元的工作个数，并可以配合仪表进行显示，以便于用户实时了解。另外，如果有需要，用户也可以随时强制控制各动力单元同时进行工作。

需要说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型技术方案而非限制技术方案，尽管申请人参照较佳实施例对本实用新型作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本实用新型技术方案进行的修改或者等同替换，不能脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本实用新型权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种用于电动车电机控制的自动控制系统，包括电源系统，其特征在于，还包括第一控制器、第二控制器和中央处理器，所述第一控制器和第二控制器采用了相同的电路结构且均由电源系统供电，第一控制器和第二控制器的工作状态受中央处理器控制；在第一控制器的输出端连接有第一驱动电机，在第二控制器的输出端连接有第二驱动电机，所述第一驱动电机的输出和第二驱动电机的输出均连接到变速箱的输入端，所述变速箱的输出端与后桥总成相连；所述的第一控制器包括微控制器MCU、复合电源、三相桥式逆变电路、电压检测电路、电流检测电路及转子位置检测电路，所述复合电源的输出端接双向DC-DC变换器的输入端，双向DC-DC变换器的输出端分别接三相桥式整流电路的输出端和三相桥式逆变电路的输入端，三相桥式逆变电路的输出端接电机，所述微控制器MCU的PWM接口接PWM调制电路的输入端，PWM调制电路的输出端接三相桥式逆变电路，三相桥式逆变电路和电机分别连接电压检测电路的输入端和电流检测电路的输入端，电压检测电路的输出端和电流检测电路的输出端经信号调理电路接微控制器MCU的A/D转换口，所述转子位置检测电路的输入端接电机，输出端接微控制器MCU的CAP接口，微控制器MCU的SPI接口分别接触摸按键和显示器。

2.根据权利要求1所述的一种用于电动车电机控制的自动控制系统，其特征在于，所述微控制器MCU还连接有保护电路，所述微控制器MCU还连接有报警电路。

3.根据权利要求1所述的一种用于电动车电机控制的自动控制系统，其特征在于，所述第一驱动电机包括电机轴（1）、左端盖（2）、右端盖（7）、定子（6）、第二转子（4）和第一转子（11），所述电机轴（1）上套有固定环（13），所述固定环（13）上套有第一转子（11），所述第一转子（11）上套有定子（6），所述定子（6）的两侧分别绕有外线圈（5）和内线圈（12），所述外线圈（5）的外侧设有第二转子（4），所述第二转子（4）固定在摩托车车轮的内圈（3）上，所述固定环（13）的两侧分别设有轴承（10），所述轴承（10）外侧安装有左端盖（2）和右端盖（7），所述左端盖（2）和右端盖（7）内部将定子（6）封盖固定。