CN214154378U - 六相绕组电机控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种六相绕组电机控制器，实现了低成本的前提下，单电机驱动系统具备高可靠性的要求。六相绕组电机控制器包括：两路相互独立的DC/AC电源转换模块，DC/AC电源转换模块的功率输出分别与六相绕组电机的六相绕组中的任意三个连接，DC/AC电源转换模块用以对六相绕组电机进行功率控制；还包括：DC电源，为DC/AC电源转换模块提供电能；两路相互独立的功率驱动模块用以放大功率；转子位置检测模块对电机转子位置信息实时检测；电流采样模块对六相绕组电流实时检测；控制模块收集转子位置检测模块和电流采样模块采集到的信息，根据检测电流、转子位置信息，对六相电机进行相应控制。

Description

六相绕组电机控制器

技术领域

本实用新型属于电机控制领域，具体来说是一种六相绕组电机控制器。

背景技术

随着电动汽车的逐渐普及，以及社会对电动汽车性能以及成本的要求越来越高，对电动汽车的电驱动系统的性能要求越来越高，现有的单电机驱动系统越来越难以满足日益提高的市场需求。

为了满足市场对电驱动系统越来越高的性能要求，现有的主流方案分为两大类，一类是提高单电机驱动系统的性能，另一类是采用双电机驱动系统。

提高单电机驱动系统的性能，通过提高电机电压或者增大电机电流，从而提高电机功率。然而，随着电压的提高，在系统上的高耐压器件的选型越来越困难，绝缘性能面临风险。增大电机电流，则面临现有的功率器件电流能力接近极限，且电缆回路损耗重量增加，经济性不佳。此外，两种方案都未能解决市场对单电机驱动系统的高可靠性的要求。

采用双电机驱动系统，在成本上难以满足市场需求，目前主要在部分高端车型上使用。

实用新型内容

为了克服现有技术中所存在的不足，本实用新型提供了一种六相绕组电机控制器，单电机驱动系统通过双绕组控制方案，在不增加成本的前提下，实现冗余功能，从而使单电机驱动系统也具备高可靠性。

本实用新型提供的六相绕组电机控制器包括：两路相互独立的DC/AC电源转换模块，所述DC/AC电源转换模块能够实现直流电源和交流电源之间的转换，所述DC/AC电源转换模块的功率输出分别与所述六相绕组电机的六相绕组中的任意三个连接，所述DC/AC电源转换模块用以对六相绕组电机进行功率控制；

所述六相绕组电机控制器还包括：

DC电源，所述DC电源与所述DC/AC电源转换模块连接，为所述DC/AC 电源转换模块提供电能；

两路相互独立的功率驱动模块，所述功率驱动模块与所述DC/AC电源转换模块相连接，用以放大功率；

转子位置检测模块，对电机转子位置信息实时检测；

电流采样模块，对六相绕组电流实时检测；

控制模块，所述转子位置检测模块两端分别连接所述六相绕组电机的六相绕组和所述控制模块，所述电流采样模块通过传感器对六相绕组电机的六相绕组电流进行检测，经信号处理后传输给所述控制模块所述电流采样模块的两端分别连接所述控制模块和所述六相绕组电机的六相绕组，所述控制模块收集所述转子位置检测模块和所述电流采样模块采集到的信息，根据检测电流、转子位置信息，对六相电机进行相应控制；

逻辑保护模块，根据所述转子位置检测模块、所述电流采样模块以及所述控制模块的控制信号根据所述转子位置检测模块和所述电流采样模块检测到的信号，实现对所述六相绕组电机控制器内部各类故障的保护功能。

本实用新型的一个技术方案，进一步设置为，所述DC/AC电源转换模块是由可控开关半导体构成的三相全桥拓扑电路构成，具备功率双向流动的功能，可实现电机的四象限运行控制。

本实用新型的一个技术方案，进一步设置为，

所述功率驱动模块包含隔离电路、信号放大电路以及故障检测电路；

所述隔离电路实现信号端与功率端的高低压隔离；

所述信号放大电路，对控制驱动信号进行功率放大；

所述故障检测电路，通过对驱动电源和开关半导体工作状态进行监测，可实现欠压与短路保护功能。

本实用新型的一个技术方案，进一步设置为，所述电流采样模块包括电流传感器，以实现对电机相电流的检测功能；所述电流采样模块具备高低压隔离功能。

本实用新型的一个技术方案，进一步设置为，所述转子位置检测模块包括位置传感器，用以对所述六相绕组电机的转子位置进行实时检测。

本实用新型的一个技术方案，进一步设置为，所述控制模块包括计算芯片，用以对所述六相绕组电机进行算法控制和功率分配。

本实用新型的一个技术方案，进一步设置为，所述逻辑保护模块通过对各个检测信号进行逻辑判断，对功率驱动模块的控制，实现整个系统上的故障保护功能。

本实用新型的一个技术方案，进一步设置为，所述六相绕组电机控制器还包括选配转子位置检测模块，满足控制器同时检测两路所述位置传感器的需求。

本实用新型的有益效果至少为：

(1)本实用新型，在同一箱体内，通过两路独立的电源转换模块并联输出，同时满足大功率性能输出要求，也实现备份冗余，实现一套低成本、高性能及高可靠性的电驱控制系统。

(2)本实用新型通过两路独立的DC/AC电源转换模块，实现了灵活的工作模式，并具备较高的安全冗余性。

(3)本实用新型将控制单元与转子位置检测模块共用，降低控制器成本，通过选配的转子位置检测模块，分别搭配独立的电流采样模块与DC/AC电源转换模块，可以实现对双电机系统的控制。

附图说明

图1为本实用新型的六相绕组电机控制器的整体结构示意图；

图2为本实用新型的六相绕组电机控制器的DC/AC电源转换模块的示意图；

图3为本实用新型的六相绕组电机控制器的的选配转子位置检测模块功能示意图。

示意图中的标号说明：

100A，100B、DC/AC电源转换模块；

200、六相绕组电机；

300、DC电源；

400A，400B、功率驱动模块；

500、转子位置检测模块；

600、电流采样模块；

700、控制模块；

800、逻辑保护模块。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述，附图中给出了本实用新型的若干实施例，但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例，相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件；当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件；本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型；本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本实用新型提供了一种六相绕组电机控制器，单电机驱动系统通过双绕组控制方案，在不增加成本的前提下，实现冗余功能，从而使单电机驱动系统也具备高可靠性。如图1所示，本实用新型提供的六相绕组电机控制器包括：DC/AC 电源转换模块、DC电源300、功率驱动模块、控制模块700、转子位置检测模块500、电流采样模块600和逻辑保护模块800。

DC/AC电源转换模块能够实现直流电源和交流电源之间的转换，DC/AC电源转换模块用以对六相绕组电机200进行功率控制。两路相互独立的DC/AC电源转换模块分别为DC/AC电源转换模块100A，100B，与两个DC/AC电源转换模块对应地设置有两个功率驱动模块分别为功率驱动模块A,B。

通过两路DC/AC电源转换模块，分别连接六相绕组电机200的六路绕组，对六相绕组电机200的运行状态进行功率控制。DC/AC电源转换模块A的三相功率输出端与六相绕组电机200的A绕组的a1,a2,a3连接，DC/AC电源转换模块B的三相功率输出端与六相绕组电机200的B绕组的b1,b2,b3连接。DC/AC电源转换模块100A、100B的功率输入连接DC电源300，DC电源300与DC/AC 电源转换模块连接，为DC/AC电源转换模块提供电能。DC/AC电源转换模块100A、100B的控制信号输入分别连接到功率驱动模块400A、400B，功率驱动模块与DC/AC电源转换模块相连接，用以放大功率。转子位置检测模块500用于对六相绕组电机200的转子位置信息实时检测；电流采样模块600用于对六相绕组电机200的电流实时检测，转子位置检测模块500两端分别连接六相绕组电机200的六相绕组和控制模块700，电流采样模块600的两端分别连接控制模块700和六相绕组电机200的六相绕组，转子位置检测模块500两端分别连接六相绕组电机200的六相绕组和控制模块700，电流采样模块600通过传感器对六相绕组电机200的六相绕组电流进行检测，经信号处理后传输给控制模块 700，控制模块700收集转子位置检测模块500和电流采样模块600采集到的信息，根据检测电流、转子位置信息，对六相绕组电机200进行相应控制；逻辑保护模块800根据所述转子位置检测模块500、电流采样模块600以及控制模块 700的控制信号，当出现超速、过流、过压等各类异常工况时，可以通过预定逻辑策略，实现对DC/AC电源转换模块的关闭或对电机绕组短接的操作，从而实现对六相绕组电机200的控制器的保护功能。

优选地，DC/AC电源转换模块是由可控开关半导体(如IGBT)构成的三相全桥拓扑电路构成。

如图2所示，本实用新型提供的由半导体开关器件T1、T2、T3、T4、T5、 T6以及电容C1构成的DC/AC电源转换模块，可以实现电源直流与交流间的转换以及能量的双向流动。

优选地，DC/AC电源转换模块具备功率双向流动功能，可实现电机的四象限运行控制。

优选地，功率驱动模块包含隔离电路，通过隔离芯片，对控制信号与驱动信号进行相应隔离，隔离电路实现信号端与功率端的高低压隔离。

优选地，功率驱动模块包含信号放大电路，可实现对控制信号驱动功率放大功能。

优选地，功率驱动模块包含故障检测电路，对DC/AC电源转换模块进行故障保护，故障检测电路通过对驱动电源和开关半导体工作状态进行监测，可实现欠压与短路保护功能。

优选地，电流采样模块600包括电流传感器，以实现对电机相电流的检测功能。

优选地，电流采样模块600具备高低压隔离功能。

优选地，转子位置检测模块500包括位置传感器，用以对六相绕组电机200 的转子位置进行实时检测。

优选地，控制模块700包括计算芯片，用以对六相绕组电机进行算法控制和功率分配。

优选地，逻辑保护模块800通过对各个检测信号进行逻辑判断，对功率驱动模块进行控制，实现整个系统上的故障保护功能。

如图3所示，优选地，六相绕组电机控制器还包括选配的转子位置检测模块500，满足控制器同时检测两路位置传感器的需求。

本实用新型的六相绕组电机控制器的工作原理如下：

功率驱动模块400A、400B的信号输入同时连接控制模块700以及逻辑保护模块800，其信号输出分别连接DC/AC电源转换模块100A、100B，实现对控制信号的隔离与放大功能；同时转子位置检测模块500通过对位置传感器(如旋转变压器)反馈信号进行信号解码分析后，将电机转子位置实时发送给控制模块；电流采样模块600通过将电流传感器(如霍尔、采样电阻)的输出信号变换后，将电机绕组相电流实时发送给控制模块700；逻辑保护模块800分别连接控制模块700以及功率驱动模块，根据各个模块的反馈信息，对电机控制器进行保护；控制模块700分别连接功率驱动模块400A、400B，电流采样模块600，转子位置检测模块500，逻辑保护模块800，根据各个模块的反馈信息，经软件控制算法计算后，输出控制信号，控制信号经功率驱动模块进行隔离放大后，驱动DC/AC电源转换模块中的半导体开关器件进行开通关断，从而实现对六相绕组电机200的控制。

通过对六相绕组电机200的不同控制，可以实现六相绕组电机200不同状态下的工作模式，从而实现整个系统上最高性能以及高可靠性，具体如下：

当六相绕组电机控制器控制DC/AC电源转换模块100A、100B同时工作，驱动六相绕组同时工作，六相绕组电机200可实现最大功率运行；当控制器控制DC/AC电源转换模块100A或者100B独立工作时，六相绕组电机200可实现单绕组运行，从而实现较高的电机工作效率，或者当六相绕组电机200中某一绕组出现故障时，实现安全冗余功能；当六相绕组A以及绕组B中都有故障发生时，可以将绕组A与绕组B中任意三组绕组组合(如a1,a2,b3)，控制电机运行，实现安全冗余。

正常工作状态时，两路DC/AC电源转换模块分别控制六相绕组电机200 进行运行，同时也可以由任意一路独立控制六相绕组电机200进行运行；并且，当发生异常状态时，可以由任意一路DC/AC电源转换模块控制六相绕组电机 200运行，也可以将六相绕组电机200中任意三相绕组进行组合，通过软件对相位角进行补偿，控制六相绕组电机200保存运行，从而最大限度实现系统上的安全冗余。

本实用新型的有益效果至少为：

(1)本实用新型，在同一箱体内，通过两路独立的DC/AC电源转换模块并联输出，同时满足大功率性能输出要求，也实现备份冗余，实现一套低成本、高性能及高可靠性的电驱控制系统在较低的成本上，实现了高性能以及高可靠性的电驱控制系统。

(2)本实用新型通过两路独立的DC/AC电源转换模块，实现了灵活的工作模式，并具备较高的安全冗余性。

(3)本实用新型通过控制单元700与转子位置检测模块500共用，降低控制器成本，通过选配的转子位置检测模块500，分别搭配独立的电流采样模块 600与DC/AC电源转换模块，可以实现对双电机系统的控制。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的某种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围；因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种六相绕组电机控制器，其特征在于，所述六相绕组电机控制器包括：两路相互独立的DC/AC电源转换模块，所述DC/AC电源转换模块能够实现直流电源和交流电源之间的转换，所述DC/AC电源转换模块的功率输出分别与所述六相绕组电机的六相绕组中的任意三个连接，所述DC/AC电源转换模块用以对六相绕组电机进行功率控制；

所述六相绕组电机控制器还包括：

DC电源，所述DC电源与所述DC/AC电源转换模块连接，为所述DC/AC电源转换模块提供电能；

两路相互独立的功率驱动模块，所述功率驱动模块与所述DC/AC电源转换模块相连接，用以放大功率；

转子位置检测模块，对电机转子位置信息实时检测；

电流采样模块，对六相绕组电流实时检测；

控制模块，所述转子位置检测模块两端分别连接所述六相绕组电机的六相绕组和所述控制模块，所述电流采样模块通过传感器对六相绕组电机的六相绕组电流进行检测，经信号处理后传输给所述控制模块，所述控制模块收集所述转子位置检测模块和所述电流采样模块采集到的信息，根据检测电流、转子位置信息，对六相绕组电机进行相应控制；

逻辑保护模块，根据所述转子位置检测模块、所述电流采样模块以及所述控制模块的控制信号，实现对所述六相绕组电机控制器内部各类故障的保护功能。

2.根据权利要求1所述的六相绕组电机控制器，其特征在于，所述DC/AC电源转换模块是由可控开关半导体构成的三相全桥拓扑电路构成，具备功率双向流动的功能，可实现电机的四象限运行控制。

3.根据权利要求2所述的六相绕组电机控制器，其特征在于，所述功率驱动模块包含隔离电路、信号放大电路以及故障检测电路；

所述隔离电路实现信号端与功率端的高低压隔离；

所述信号放大电路，对控制驱动信号进行功率放大；

所述故障检测电路，通过对驱动电源和开关半导体工作状态进行监测，可实现欠压与短路保护功能。

4.根据权利要求1所述的六相绕组电机控制器，其特征在于，所述电流采样模块包括电流传感器，以实现对电机相电流的检测功能；

所述电流采样模块具备高低压隔离功能。

5.根据权利要求1所述的六相绕组电机控制器，其特征在于，所述转子位置检测模块包括位置传感器，用以对所述六相绕组电机的转子位置进行实时检测。

6.根据权利要求1所述的六相绕组电机控制器，其特征在于，所述控制模块包括计算芯片，用以对所述六相绕组电机进行算法控制和功率分配。

7.根据权利要求1所述的六相绕组电机控制器，其特征在于，所述逻辑保护模块通过对各个检测信号进行逻辑判断，对功率驱动模块的控制，实现整个系统上的故障保护功能。

8.根据权利要求5所述的六相绕组电机控制器，其特征在于，所述六相绕组电机控制器还包括选配转子位置检测模块，满足控制器同时检测两路所述位置传感器的需求。

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