一種高低速快速平穩切換的電動車控制系統的製作方法

2023-05-13 12:12:21 1

一種高低速快速平穩切換的電動車控制系統的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種高低速快速平穩切換的電動車控制系統，所述三相繞組的另一側串聯連接另一三相繞組一側的端點，該兩個三相繞組之間並聯連接一高速MOSFET開關單元，所述另一三相繞組另一側的端點連接一低速MOSFET開關單元。本發明中，高速MOSFET開關單元和低速MOSFET開關單元分別通過高轉速控制信號和低轉速控制信號進行控制，通過該兩個信號的邏輯組合，實現了輪轂電機在啟動和低速度狀態下使用兩個三相繞組，當輪轂電機在高速度狀態下使用一個三相繞組，高速和低速切換過程中通過MOSFET管實現，持續時間非常短，約數百個微秒，切換時不會出現打火或拉弧的現象，而且切換過程中安全、平穩，駕駛員不會感到不適。
【專利說明】一種高低速快速平穩切換的電動車控制系統
【技術領域】
[0001]本發明屬於電動車高轉速、低轉速切換控制技術域，，尤其是一種高低速快速平穩切換的電動車控制系統。
【背景技術】
[0002]電動車是一種非常實用的代步工具，其後輪所裝的輪轂電機為整車提供動力，具有騎行快、載重量大的優點，上述輪轂電機中，轉子在外，定子在內，轉子內緣徑向均布安裝磁極，定子外緣徑向制出多個凸極，這些凸極上纏繞繞組，磁極與繞組相互作用實現了轉子的旋轉，由此帶動電動車後輪的轉動，使整車移動。
[0003]現有的控制器內安裝有多個MOSFET管，這些MOSFET管與定子上的三相繞組中的一側端點連接，該三相繞組的另一側端點相互連接，這樣的結構使輪轂電機在某一轉矩和轉速下效率達到最高值的點，但偏離該點的效率會逐漸下降，人們為了克服這一缺陷，研製出雙速電機，該雙速電機通過改變定子繞組的連接方法來改變定子旋轉磁場磁極對數，從而改變電動機的轉速，但該雙速電機中，一般採用繼電器進行控制，整個控制系統複雜，不便於安裝維護。
[0004]由此可知，在電動車控制過程中，急需一種能自動實現電機低轉速工作狀態與高轉速工作狀態之間自動轉換且變化平穩，不會影響駕駛性能的系統。

【發明內容】

[0005]本發明的目的在於克服現有技術的不足，提供能根據信號自動進行低轉速和高轉速的工作狀態切換且安全、平穩的一種高低速快速平穩切換的電動車控制系統。
[0006]本發明採取的技術方案是:
[0007]一種高低速快速平穩切換的電動車控制系統，包括控制器單元和三相繞組，該三相繞組的一側的端點均連接控制器單元，其特徵在於:所述三相繞組的另一側串聯連接另一三相繞組一側的端點，該兩個三相繞組之間並聯連接一高速MOSFET開關單元，所述另一三相繞組另一側的端點連接一低速MOSFET開關單元。
[0008]而且，所述高速MOSFET開關單元包括高轉速MOSFET開關模塊、MOSFET驅動後級模塊和高轉速控制信號，高轉速MOSFET開關模塊的一端並聯在所述兩個三相繞組之間，高轉速MOSFET開關模塊的另一端連接MOSFET驅動後級模塊的一端，MOSFET驅動後級模塊的另一端連接高轉速控制信號。
[0009]而且，所述MOSFET驅動後級模塊和高轉速控制信號之間串聯一光耦模塊。
[0010]而且，所述光耦模塊和高轉速控制信號之間串聯一輸入濾波模塊。
[0011]而且，所述低速MOSFET開關單元包括低轉速MOSFET開關模塊、MOSFET驅動後級模塊和低轉速控制信號，低轉速MOSFET開關模塊的一端串聯所述另一三相繞組另一側的端點，低轉速MOSFET開關模塊的另一端連接MOSFET驅動後級模塊的一端，MOSFET驅動後級模塊的另一端連接低轉速控制信號。[0012]而且，所述MOSFET驅動後級模塊和低轉速控制信號之間串聯一光耦模塊。
[0013]而且，所述光耦模塊和低轉速控制信號之間串聯一輸入濾波模塊。
[0014]而且，所述MOSFET驅動後級模塊為圖騰柱式的推挽電路。
[0015]而且，所述高速MOSFET開關單元和低速MOSFET開關單元均通過一隔離電源單元供電。
[0016]而且，所述隔離電源單元包括多諧振蕩器模塊、隔離變壓器模塊、整流模塊和穩壓模塊，該多諧振蕩器模塊的一端連接電源，該多諧振蕩器模塊的另一端連接隔離變壓器模塊的一端，該隔離變壓器模塊的另一端連接整流模塊的一端，該整流模塊的另一端連接穩壓模塊的一端，該穩壓模塊的另一端為所述高速MOSFET開關單元和低速MOSFET開關單元供電。
[0017]本發明的優點和積極效果是:
[0018]本發明中，在原有的一個三相繞組基礎上增加了一個三相繞組，該兩個三相繞組的繞制方式相同，二者之間的抽頭連接一個高速MOSFET開關單元，遠離控制器的三相繞組連接一低速MOSFET開關單元，高速MOSFET開關單元和低速MOSFET開關單元分別通過高轉速控制信號和低轉速控制信號進行控制，通過該兩個信號的邏輯組合，實現了輪轂電機在啟動和低速度狀態下使用兩個三相繞組，當輪轂電機在高速度狀態下使用一個三相繞組，高速和低速切換過程中通過MOSFET管實現，持續時間非常短，約數百個微秒，切換時不會出現打火或拉弧的現象，而且切換過程中安全、平穩，駕駛員不會感到不適。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是本發明的方框圖；
[0020]圖2 Ca)是本發明中高速MOSFET開關單元與高速隔離電源單元的電路原理圖；
[0021]圖2 (b)是本發明中低速MOSFET開關單元與低速隔離電源單元的電路原理圖；
[0022]圖3是本發明中電機在低速及高速中的轉矩和效率的曲線圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結合實施例，對本發明進一步說明，下述實施例是說明性的，不是限定性的，不能以下述實施例來限定本發明的保護範圍。
[0024]一種高低速快速平穩切換的電動車控制系統，如圖1所示，包括控制器單元和三相繞組XI，該三相繞組Xl的一側的端點均連接控制器單元，本發明的創新在於:所述三相繞組Xl的另一側串聯連接另一三相繞組X2 —側的端點，該兩個三相繞組之間並聯連接一高速MOSFET開關單元，所述另一三相繞組X2另一側的端點連接一低速MOSFET開關單元。
[0025]本實施例中，所述高速MOSFET開關單元包括高轉速MOSFET開關模塊、MOSFET驅動後級模塊和高轉速控制信號SWl，高轉速MOSFET開關模塊的一端並聯在所述兩個三相繞組之間，高轉速MOSFET開關模塊的另一端連接MOSFET驅動後級模塊的一端，MOSFET驅動後級模塊的另一端連接高轉速控制信號SWl。
[0026]更優選的方案是:在MOSFET驅動後級模塊和高轉速控制信號SWl之間串聯一光耦模塊以隔離兩端的信號。更進一步的是:在光耦模塊和高轉速控制信號SWl之間串聯一輸入濾波模塊。[0027]上述低速MOSFET開關單元包括低轉速MOSFET開關模塊、MOSFET驅動後級模塊和低轉速控制信號，低轉速MOSFET開關模塊的一端串聯所述另一三相繞組X2另一側的端點，低轉速MOSFET開關模塊的另一端連接MOSFET驅動後級模塊的一端，MOSFET驅動後級模塊的另一端連接低轉速控制信號SW2。
[0028]更優選的方案是:在MOSFET驅動後級模塊和低轉速控制信號SW2之間串聯一光耦模塊以隔離兩端的信號。更進一步的是:在光耦模塊和低轉速控制信號SW2之間串聯一輸入濾波模塊。
[0029]上述輸入濾波模塊如圖2 (a)、圖2 (b)所不，由三極體、電阻和電容構成；光|禹模塊使用光電耦合器；M0SFET驅動後級模塊使用了由兩個三極體構成的圖騰柱式的推挽電路；高轉速MOSFET開關模塊和低轉速MOSFET開關模塊分別使用了六個N型MOSFET管，每個模塊中的六個MOSFET管的漏極連接在一起，高轉速MOSFET開關模塊中的所有MOSFET管的源級連接三相繞組Xl的末端，低轉速MOSFET開關模塊中的所有MOSFET管的源級連接三相繞組X2的末端。
[0030]高速MOSFET開關單元和低速MOSFET開關單元均通過一隔離電源單元供電。該兩個隔離電源單元結構相同，下面以為高速MOSFET開關單元供電的隔離電源單元進行說明:
[0031]隔離電源單元包括多諧振蕩器模塊、隔離變壓器模塊、整流模塊和穩壓模塊，該多諧振蕩器模塊的一端連接電源，該多諧振蕩器模塊的另一端連接隔離變壓器模塊的一端，該隔離變壓器模塊的另一端連接整流模塊的一端，該整流模塊的另一端連接穩壓模塊的一端，該穩壓模塊的另一端為所述高速MOSFET開關單元供電。
[0032]上述多諧振蕩器模塊如圖2 (a)所示，使用三極體Q1、Q2構成，其產生兩個互補的高頻震蕩波，然後通過隔離變壓器模塊、二極體構成的整流模塊、三端穩壓晶片構成的穩壓模塊後輸出一個穩定的電源。
[0033]上述高轉速控制信號SWl和低轉速控制信號SW2可以由控制器單元給出，也可以由另外設置的獨立電路單元給出，其原理是:控制器單元或獨立電路單元檢測輪轂電機的轉速，然後給出上述SWl和SW2兩個控制信號。
[0034]實施例
[0035]所用電機:500W/10英寸，直流無刷電機
[0036]由圖3可知，電機在啟動瞬間的轉矩很大以便於整車行進及加速，但此時電機的效率最低，隨著轉速的提高，轉矩變小，但效率上升，當轉速上升到380r/min時，電機效率迅速下降，所以將0-380r/min定義為低速，將380_800r/min定義為高速，具體的切換過程是:
[0037]1.電機剛啟動或低轉速時，電機轉速低於380r/min
[0038]Sffl斷開，表現為低電平，SW2閉合，表現為高電平
[0039]此時高速MOSFET開關單元斷開，低速MOSFET開關單元工作，使三相繞組Xl、X2同時投入工作，此時電機工作在低速狀態，轉矩逐漸下降，效率逐漸升高。
[0040]2.電機高轉速時，電機達到380r/min
[0041]SW2斷開，表現為低電平，Sffl閉合，表現為高電平
[0042]低速MOSFET開關單元首先斷開，高速MOSFET開關單元延時110 μ s後開始工作，使三相繞組Xl投入工作，此時電機工作在高速狀態。[0043]由圖3可知，電機在低速工作狀態時保持一定區間的高效率，然後切換為高速工作狀態後仍然能保持一定區間的高效率，而且啟動時的轉矩也符合要求，可見，兩組線圈的自動切換的工作方式即可以獲得啟動時的大轉矩，還可以保證較長的高效率工作區間，使用效果非常好。
[0044]本發明中，在原有的一個三相繞組基礎上增加了一個三相繞組，該兩個三相繞組的繞制方式相同，二者之間的抽頭連接一個高速MOSFET開關單元，遠離控制器的三相繞組連接一低速MOSFET開關單元，高速MOSFET開關單元和低速MOSFET開關單元分別通過高轉速控制信號和低轉速控制信號進行控制，通過該兩個信號的邏輯組合，實現了輪轂電機在啟動和低速度狀態下使用兩個三相繞組，當輪轂電機在高速度狀態下使用一個三相繞組，高速和低速切換過程中通過MOSFET管實現，持續時間非常短，約數百個微秒，切換時不會出現打火或拉弧的現象，而且切換過程中安全、平穩，駕駛員不會感到不適。
【權利要求】
1.一種高低速快速平穩切換的電動車控制系統，包括控制器單元和三相繞組，該三相繞組的一側的端點均連接控制器單元，其特徵在於:所述三相繞組的另一側串聯連接另一三相繞組一側的端點，該兩個三相繞組之間並聯連接一高速MOSFET開關單元，所述另一三相繞組另一側的端點連接一低速MOSFET開關單元。
2.根據權利要求1所述的一種高低速快速平穩切換的電動車控制系統，其特徵在於:所述高速MOSFET開關單元包括高轉速MOSFET開關模塊、MOSFET驅動後級模塊和高轉速控制信號，高轉速MOSFET開關模塊的一端並聯在所述兩個三相繞組之間，高轉速MOSFET開關模塊的另一端連接MOSFET驅動後級模塊的一端，MOSFET驅動後級模塊的另一端連接高轉速控制信號。
3.根據權利要求2所述的一種高低速快速平穩切換的電動車控制系統，其特徵在於:所述MOSFET驅動後級模塊和高轉速控制信號之間串聯一光耦模塊。
4.根據權利要求3所述的一種高低速快速平穩切換的電動車控制系統，其特徵在於:所述光耦模塊和高轉速控制信號之間串聯一輸入濾波模塊。
5.根據權利要求1或2或3或4所述的一種高低速快速平穩切換的電動車控制系統，其特徵在於:所述低速MOSFET開關單元包括低轉速MOSFET開關模塊、MOSFET驅動後級模塊和低轉速控制信號，低轉速MOSFET開關模塊的一端串聯所述另一三相繞組另一側的端點，低轉速MOSFET開關模塊的另一端連接MOSFET驅動後級模塊的一端，MOSFET驅動後級模塊的另一端連接低轉速控制信號。
6.根據權利要求5所述的一種高低速快速平穩切換的電動車控制系統，其特徵在於:所述MOSFET驅動後級模塊和低轉速控制信號之間串聯一光耦模塊。
7.根據權利要求6所述的一種高低速快速平穩切換的電動車控制系統，其特徵在於:所述光耦模塊和低轉速控制信號之間串聯一輸入濾波模塊。
8.根據權利要求2或3或4或6或7所述的一種高低速快速平穩切換的電動車控制系統，其特徵在於:所述MOSFET驅動後級模塊為圖騰柱式的推挽電路。
9.根據權利要求1或8所述的一種高低速快速平穩切換的電動車控制系統，其特徵在於:所述高速MOSFET開關單元和低速MOSFET開關單元均通過一隔離電源單元供電。
10.根據權利要求9所述的一種高低速快速平穩切換的電動車控制系統，其特徵在於:所述隔離電源單元包括多諧振蕩器模塊、隔離變壓器模塊、整流模塊和穩壓模塊，該多諧振蕩器模塊的一端連接電源，該多諧振蕩器模塊的另一端連接隔離變壓器模塊的一端，該隔離變壓器模塊的另一端連接整流模塊的一端，該整流模塊的另一端連接穩壓模塊的一端，該穩壓模塊的另一端為所述高速MOSFET開關單元和低速MOSFET開關單元供電。
【文檔編號】B62M6/45GK103538682SQ201310352661
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年8月13日 優先權日:2013年8月13日
【發明者】劉延海, 李華, 馬健偉 申請人:天津雅迪實業有限公司