一種開關磁阻電動機驅動裝置的製作方法
2023-05-05 20:21:21
本實用新型屬於開關磁阻電動機領域，具體涉及一種開關磁阻電動機驅動裝置。
背景技術：
隨著人們能源和環境意識的日益增強，電動汽車作為一種零排放、低汙染的綠色交通工具，將得到大力發展。研究並開發可實現無級變速運行、高可靠性、數位化調速來直接驅動電動汽車的新型電動機系統，已成為電氣傳動領域前沿性創新研究工作的新發展趨勢和重要方向。
目前國內外廣泛應用的電動機傳動系統為感應電動機，不能無級變速。若由直流調速電動機實現無級變速傳動，其直流電動機的結構複雜、造價偏高、維護困難且壽命較短。若由感應電動機變頻調速系統實現無級變速傳動，其系統控制方案採用矢量變換控制或直接轉矩控制，但實現矢量變換或直接轉矩控制計算複雜，且其低速力矩小、低速性能不佳。
專利一種開關磁阻電機驅動系統(公開號：CN202798548U)，公開了包括控制電路和傳感器、操作電路、驅動電路、功率電路和控制電源電路，所述控制電路分別與操作電路、控制電源電路、驅動電路、功率電路和開關磁阻電機電連接，所述功率電路又分別與開關磁阻電機、驅動電路、控制電源電路以及電源電連接，此驅動系統實現了啟動轉矩大，起動電流小的效果，但包含電路過多，結構複雜，維護困難，操作複雜，無法真正意義上提供一種使用壽命長、可靠性高、實現可直接傳動電動汽車的開關磁阻調速電動機裝置。
技術實現要素：
本實用新型的目的是提供一種開關磁阻電動機驅動裝置，結構簡單、造價低、維護方便、使用壽命長、可靠性高、實現可直接傳動電動汽車的開關磁阻調速電動機裝置。
本實用新型提供了如下的技術方案：
一種開關磁阻電動機驅動裝置，包括單相4/4結構開關磁阻電動機、單相不對稱半橋式功率變換器和MCU單片機為核心的全數字控制器，所述單相4/4結構開關磁阻電動機各凸極上的集中繞組串聯構成一相繞組，所述單相不對稱半橋式功率變換器的上管和下管輸出端分別與所述單相4/4結構開關磁阻電動機的相繞組相連，當上管與下管其中之一關斷時，開關磁阻電動機的相繞組斷電，所述單相4/4結構開關磁阻電動機的轉軸和相繞組上分別設有轉子位置檢測器和電流檢測器，所述轉子位置檢測器的輸出端經電氣隔離器件與所述MCU單片機為核心的全數字控制器的PT0/PT1口連接，提供電機轉子的位置信息以決定繞組的開通與關斷，所述電流檢測器的輸出端經電氣隔離器件與MCU單片機為核心的全數字控制器的PAD00-PAD03口相連，用來檢測相繞組實時電流，提供電流信息完成電流斬波控制或採取相應的保護措施以防止過電流，所述MCU單片機為核心的全數字控制器的PT4口經電氣隔離器件與功率變換器上管的控制端相連，所述MCU單片機為核心的全數字控制器的PP1口和PT4口連接後共同的輸出端經過邏輯相與電路和電氣隔離器件與所述功率變換器下管的控制端相連。
優選的，所述單相不對稱半橋式功率變換器的上管和下管選用MOSFET或IGBT。
優選的，所述MCU單片機為核心的全數字控制器的PA0-PA5口接入鍵盤，實現控制參數的給定與輸入，所述MCU組成的全數字控制器的PS0-PS1口接入上位機，實現轉速、電流、電壓等信息的顯示功能。
優選的，所述電氣隔離器件採用光耦隔離晶片，實現電壓轉換功能，以防止高低電壓相互影響。
本實用新型的有益效果是：採用主要由單相4/4結構開關磁阻電動機、單相不對稱半橋式功率變換器及MCU組成的全數字控制器組成的機電一體化電動機傳動裝置，可直接傳動電動汽車的開關磁阻調速電動機裝置，其結構簡單緊湊堅固耐用，無刷、無繞組、無永久磁體的轉子結構，轉動慣量小，適用於在高溫、高速的環境下工作；定子上只有簡單的集中繞組，絕緣結構簡單，製造簡便，成本低，且發熱大部分在定子，易於冷卻，惡劣條件下調速性能良好、控制靈活；功率變換器的結構簡單，由單極性功率變換器供單方向電流激勵，每個功率開關器件均直接與電動機繞組相串聯，避免了直通短路現象，電機可控參數較多，調速性能很好，調速範圍寬，啟動轉矩大，傳動效率高，功耗小，具有較高的運行可靠性和容錯能力，具有廣闊的應用前景。
附圖說明
附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，並且構成說明書的一部分，與本實用新型的實施例一起用於解釋本實用新型，並不構成對本實用新型的限制。在附圖中：
圖1是本實用新型的驅動裝置原理框圖；
圖2是本實用新型的單相4/4結構開關磁阻電動機結構示意圖；
圖3是本實用新型的單相不對稱半橋式功率變換器拓撲圖；
圖中標記：1.定子，2.繞組，3.轉子，4.轉軸，5.電機相繞組。
具體實施方式
如圖1所示，一種開關磁阻電動機驅動裝置，包括單相4/4結構開關磁阻電動機、單相不對稱半橋式功率變換器和MCU單片機為核心的全數字控制器，如圖2到3所示單相4/4結構開關磁阻電動機結構中各凸極上的集中繞組2串聯構成一相繞組5，單相不對稱半橋式功率變換器的上管S1和下管S2輸出端分別與所述單相4/4結構開關磁阻電動機的相繞組5相連，當上管S1與下管S2(MOSFET或IGBT)其中之一關斷時，開關磁阻電動機的相繞組5斷電。
所述單相4/4結構開關磁阻電動機的轉軸4上設有轉子位置檢測器和相繞組5上設有電流檢測器，轉子位置檢測器檢測開關磁阻電機上的轉子3位置，提供電機轉子3的位置信息經過電氣隔離15V到5V後輸送至MCU單片機為核心的全數字控制器的PT0/PT1口，依據最小磁阻原理，通過MCU單片機為核心的全數字控制器的PT4口輸出繞組邏輯信號，通過導通、關斷功率變換器上管S1，以決定繞組5的開通與關斷，從而吸引轉子3向最小磁阻位置方向旋轉：若轉子3與定子1處於最小磁阻位值時，PT4口對功率變換器上管S1輸出高低電平信號，經電氣隔離5V到15V後，控制功率變換器上管S1關斷；若轉子3與定子1非處於最小磁阻位值時，PT4口輸出對功率變換器上管S1的電平信號，經電氣隔離後5V到15V後，控制功率變換器上管S1導通。
所述電流檢測器用來檢測開關磁阻電機相繞組5實時電流，將電流信號經電氣隔離15V到5V後輸送至MCU單片機為核心的全數字控制器的PAD00-PAD03口，提供電流信息完成電流斬波控制或採取相應的保護措施以防止過電流，即通過控制器PP1口向外輸出PWM信號，當電流超過閾值時，向外輸出的PWM信號為0，否則向外輸出的PWM信號為1，PWM信號與PT4口輸出對功率變換器上管S1的控制信號做邏輯相與，即當輸出的PWM信號為非0，且PT4口輸出導通功率變換器上管S1的電平信號時，經電氣隔離5V到15V，才會使功率變換器的下管S2導通。
本實用新型使用時，功率變換器的上管S1與下管S2處於關斷狀態，開關磁阻電動機的轉子3首先在慣性下運動，轉子位置檢測器檢測到轉子3的位置，並將位置信號傳送至MCU組成的全數字控制器根據轉子位置檢測器輸入的信號，判斷定子1、轉子3的相對位置是否符合最小磁阻原理，若符合，則全數字控制器輸出一個電平信號，使得功率變換器的上管S1繼續保持關斷狀態，轉子3在慣性作用下繼續旋轉，直至偏離最小磁阻位；若不符合，則數字控制器輸出一個電平信號，使得功率變換器的上管S1繼續保持導通狀態，此時由於電流檢測器檢測的電流正常，數字控制器同時輸出非0的PWM信號，經邏輯相與導通功率變換器的下管S2；導通功率變換器的上管S1、下管S2同時導通，開關磁阻電動機相繞組5得電，吸引轉子3向最小磁阻位旋轉；上述過程中，若電流出現過大的異常情況，則輸出的PWM信號為0，經邏輯相與無法導通功率變換器的下管S2，開關磁阻電動機的相繞組5始終無法得電；進一步，位置信號和電信號經過的電氣隔離器件採用光耦隔離晶片，實現電壓轉換功能，以防止高低電壓相互影響，MCU單片機為核心的全數字控制器的PA0-PA5口接入鍵盤，實現控制參數的給定與輸入，PS0-PS1口接入上位機，實現轉速、電流、電壓等信息的顯示功能。
以上所述僅為本實用新型的優選實施例而已，並不用於限制本實用新型，儘管參照前述實施例對本實用新型進行了詳細的說明，對於本領域的技術人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換。凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。