一种开关磁阻轮边电机及控制方法与流程

1.本发明属于电动汽车电驱技术领域，特别是一种开关磁阻轮边电机及控制方法。


背景技术：

2.现有微型电动车的轮边电机驱动系统采用异步电机或永磁同步电机作为动力驱动；电机和减速器安装位置在轮子边上，直接驱动车轮。其缺点是：采用异步电机及永磁同步电机起动电流大，对电池的冲击大，低速运行性能差，爬坡性能差，耗电量大；永磁同步电机需要永磁材料抗震性能差，存在高温或偶尔出现短路电流而产生的去磁的危险，可靠性稍低，永磁同步电机由于需要消耗大量的稀土资源，产品成本高，可持续发展性差。
3.现有用于微型电动车的驱动系统的开关磁阻电机主要采用差速电机结构，差速传动包括传动轴、差速器乃至分动器等部件，增加了车身的重量，车辆结构复杂，车辆空间利用率低，传动效率低，动力损失大，制造成本高。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是提供一种开关磁阻轮边电机及控制方法，解决现有驱动系统存在的上述两个问题：第一、降低启动电流、提高低速运行性能和爬坡能力，并且降低能耗和成本，可靠性高，还能可持续发展。第二、减少传动结构、减少动力损失、降低车身重量，提高车辆空间利用率，提高传动效率，降低制造成本。
5.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种电动车用开关磁阻轮边电机，其特征在于，包括：开关磁阻电动机、减速器、芯轴、法兰盘、螺栓a、螺栓b、螺栓孔及控制器。所述开关磁阻电机与减速器通过螺栓b紧锁在一起；所述减速器与法兰盘通过螺栓a紧锁在一起；所述法兰盘上有四个用于将开关磁阻轮边电机固定在车架上的螺栓孔，通过螺栓可将开关磁阻轮边电机固定在法兰盘上；所述芯轴是减速器的中心轴，用于联接车轮的轮毂，驱动轮毂运行；所述螺栓a用于紧锁开关磁阻电机与减速器；所述螺栓b用于紧锁减速器与法兰盘；所述螺栓c用于将开关磁阻轮边电机固定在悬架上；所述控制器同左右两轮的开关磁阻电机电连接，用于控制左右两轮的开关磁阻电机差速运行。
6.进一步地，所述开关磁阻电机尾部采用台阶设计，以增大通过角。
7.进一步地，所述减速器安装位置位于轮子边上，紧靠车轮，为提高车辆的通过性，采用偏心设计，以增大离地距离。
8.进一步地，所述的控制器中，开关磁阻轮边电机额定转速，可行驶最高转速，额定转速与最高转速之间的关系表达式为：；其中，为扩大恒功率区系数，越大，电机的输出转矩越大，电动汽车的加速和爬坡性能越好。但是太大，则要求功率变换器的尺寸相应变大，所以应综合考虑。
9.根据上述开关磁阻轮边电机的控制方法，控制器对左右开关磁阻轮边电机控制包
括以下步骤：第一步，启动动左右开关磁阻轮边电机，电动汽车开始运行；第二步，设定电动汽车的运行时速为，换算成开关磁阻电机的转数参考值为：其中为车轮半径，为减速器减速变比；第三步，控制模块通过编码器信号得到轮边电机的左轮开关磁阻电机转速和右轮开关磁阻电机转速；第四步，控制模块将左右轮转速、与转速参考值比较得到左轮转速偏差值与右轮转速偏差值；第五步，对左、右电机转速偏差值、进行pid调节控制得到左轮开关磁阻电机电流参考、、，及右轮开关磁阻电机电流参考、、；第六步，控制模块采集的左轮开关磁阻电机各相电流、、及右轮开关磁阻电机各相电流、、，根据求出左轮开关磁阻电机各相电流偏差、、及右轮开关磁阻电机各相电流偏差、、，经pid调节后生成左轮开关磁阻电机电流参考控制量、、及右轮电机电流参考控制量、、；第七步，控制模块根据左轮开关磁阻电机参考控制量、、及右轮开关磁阻电机参考控制量、、，生成左右开关磁阻轮边电机的脉冲调制信号pwm1和pwm2，调节左、右开关磁阻轮边电机转速和转矩；第八步，当电动车在直线运行状态下，控制模块控制pwm发生器生成两路pwm脉冲调制信号pwm1和pwm2分别驱动左、右轮边电机功率变换器，使得左轮转速值与右轮转速偏差值同时维持在的范围内；第九步，当电动车处于转弯时，控制模块确定电动汽车转弯方向，如果为左转弯，控制pwm发生器生成两路pwm脉冲调制信号pwm1和pwm2分别驱动左、右轮边电机功率变换器，使得左轮开关磁阻电机转速，右轮开关磁阻电机转速；其中为使电动车转弯内半径，其表达式为：，其中为电动车车轮与芯轴垂直方向上的夹角，为电动汽车左右轮的间距；右转弯时同理；第十步，倒车状态如果是直线倒车，控制模块控制pwm发生器生成两路pwm脉冲调
制信号pwm1和pwm2分别驱动左、右路功率变换器使得左、右轮开关磁阻电机以转速反转；第十一步，如果是左转弯倒车，控制模块控制pwm发生器生成两路pwm脉冲调制信号pwm1和pwm2分别驱动左、右轮边电机功率变换器，使得左轮开关磁阻电机的转速反转，右轮开关磁阻电机的转速反转；右转弯倒车同理；第十二步，判断控制模块是否收到停止信号，如果控制模块收到停止信号，则执行下一步，反之，则返回第二步继续执行；第十三步，同时停止左右开关磁阻轮边电机。
10.与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、本发明采用开关磁阻电机作为微型电动车的动力驱动，开关磁阻电机启动电流小，对电池没有冲击，同时启动转矩大，低速运行性能很好，非常适合电动车频繁的启动、停止、加速、减速、前进、后退等行驶工况；同时电机构造简单、耗材少，无需永磁材料，生产成本低，可靠性高，寿命长。
11.2、本发明采用开关磁阻电机轮边电机结构，电机及减速器安装位置位于轮子边上，紧靠车轮，直接驱动车轮，无需传动轴、差速器乃至分动器等部件，减轻了车身的重量、车辆结构变得更加简单，还可以获得更好的空间利用率，同时增加了传动效率，其次，车轮都是一个独立的驱动单元，其转矩控制变得更加灵活可控，可以轻易实现某些传统电动汽车难以实现的功能。
12.3、本发明基于电动车用开关磁阻轮边电机及控制方法，控制器实时控制左右两边开关磁阻电机轮边电机，统一采集并整合左右两路控制信息，提高了左右开关磁阻轮边电机运行效率及性能。
附图说明
13.图1为本发明开关磁阻电机轮边电机外部结构图。
14.图2为本发明开关磁阻电机轮边电机内侧面图。
15.图3为本发明开关磁阻电机轮边电机安装结构图。
16.图4为本发明开关磁阻电机轮边电机控制器系统图。
17.图5为本发明开关磁阻电机轮边电机控制流程图。
18.图1-4中，符号表示为：1-芯轴、2-减速器、3-螺栓a 、4-法兰盘、5-螺栓b 、6-开关磁阻电动机、7-螺栓孔、8-悬架、9-螺栓c、10-轮毂、11-控制器、12-车架、13-控制模块、14-pwm发生器、15-电池、16-左轮功率变换器、17-右轮功率变换器、18-左轮开关磁阻轮边电机、19-右轮开关磁阻轮边电机、20-左轮、21-右轮。
具体实施方式
19.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
20.如图1所示，本发明中一种开关磁阻轮边电机包括：开关磁阻电动机6、减速器2、芯
轴1、法兰盘4、螺栓a 3、螺栓b 5、螺栓孔7。所述开关磁阻电机6与减速器2通过螺栓b 5紧锁在一起；所述减速器2与法兰盘4通过螺栓a紧锁在一起；所述法兰盘4上有四个用于将开关磁阻轮边电机固定在上的螺栓孔7，通过螺栓c 9可将开关磁阻轮边电机固定在法兰盘4上；所述芯轴1是减速器2的中心轴，用于联接车轮10的轮毂，驱动轮毂运行；所述螺栓a 3用于紧锁开关磁阻电机6与减速器2；所述螺栓b 5用于紧锁减速器2与法兰盘4；所述螺栓c 9用于将开关磁阻轮边电机固定在悬架8上。
21.所述开关磁阻电机6尾部采用台阶设计，以增大通过角。
22.所述减速器2安装位置位于轮子边上，紧靠车轮，为提高车辆的通过性，采用偏心设计，以增大离地距离。
23.如图2所示，螺栓c 9通过螺栓孔7将开关磁阻轮边电机固定在悬架8上，同时悬架8与车轮10连接，开关磁阻轮边电机的芯轴1连接车轮10的轮毂，进而带动车轮10旋转。
24.如图3所示，开关磁阻轮边电机安装固定在车架12内侧，左右车轮10各配置一台开关磁阻轮边电机；开关磁阻轮边电机及车轮10通过悬架8同车架12相连接；控制器11安装固定在车架12上，通过电缆与左右两台开关磁阻电机6相连接，用于控制左右两轮的开关磁阻电机6差速运行，进而控制车辆运行在起动、停止、加速、减速、前进、后退、制动等工况。
25.如图4所示，开关磁阻轮边电机控制系统由控制模块13、pwm发生器14、电池15、左轮功率变换器16、右轮功率变换器17、左轮开关磁阻轮边电机18、右轮开关磁阻轮边电机19、左轮20、右轮21组成，电池15向左轮功率变换器16、右轮功率变换器17供电，左轮功率变换器16与左轮开关磁阻轮边电机18电气连接，右轮功率变换器17与右轮开关磁阻轮边电机19电气连接，左轮开关磁阻轮边电机18与左轮20机械连接，右轮开关磁阻轮边电机19与右轮21机械连接。
26.所述控制模块13与pwm发生器14连接；控制模块13采集母线电压、左轮转速、右轮转速、左轮开关磁阻轮边电机18的各相电流（、、）、右轮开关磁阻轮边电机19的各相电流（、、），形成闭环控制；控制模块13控制pwm发生器14生成pwm脉冲调制信号pwm1、pwm2；所述的pwm1和pwm2分别作用于左轮功率变换器16、右轮功率变换器17驱动左轮开关磁阻轮边电机18和右轮开关磁阻轮边电机19运行；如图5中，一种基于开关磁阻电机的轮边电机的控制方法，包括：第一步，启动动左右开关磁阻轮边电机，电动汽车开始运行；第二步，设定电动汽车的运行时速为，换算成开关磁阻电机的转数参考值为：其中为车轮半径，为减速器减速变比；第三步，控制模块通过编码器信号得到轮边电机的左轮开关磁阻电机转速和右轮开关磁阻电机转速；
第四步，控制模块将左右轮转速、与转速参考值比较得到左轮转速偏差值与右轮转速偏差值；第五步，对左、右电机转速偏差值、进行pi调节控制得到左轮开关磁阻电机电流参考、、，及右轮开关磁阻电机电流参考、、；第六步，控制模块采集的左轮开关磁阻电机各相电流、、及右轮开关磁阻电机各相电流、、，根据求出左轮开关磁阻电机各相电流偏差、、及右轮开关磁阻电机各相电流偏差、、，经pid调节后生成左轮开关磁阻电机电流参考控制量、、及右轮电机电流参考控制量、、；第七步，控制模块根据左轮开关磁阻电机参考控制量、、及右轮开关磁阻电机参考控制量、、，生成左右开关磁阻轮边电机的脉冲调制信号pwm1和pwm2，调节左、右开关磁阻轮边电机转速和转矩；第八步，当电动车在直线运行状态下，控制模块控制pwm发生器生成两路pwm脉冲调制信号pwm1和pwm2分别驱动左、右轮边电机功率变换器，使得左轮转速值与右轮转速偏差值同时维持在的范围内；第九步，当电动车处于转弯时，控制模块确定电动汽车转弯方向，如果为左转弯，控制pwm发生器生成两路pwm脉冲调制信号pwm1和pwm2分别驱动左、右轮边电机功率变换器，使得左轮开关磁阻电机转速，右轮开关磁阻电机转速；右转弯时同理；其中为使电动车转弯内半径，其表达式为：；其中为电动车车轮与芯轴垂直方向上的夹角，为电动汽车左右轮的间距；第十步，倒车状态如果是直线倒车，控制模块控制pwm发生器生成两路pwm脉冲调制信号pwm1和pwm2分别驱动左、右路功率变换器使得左、右轮开关磁阻电机以转速反转；第十一步，如果是左转弯倒车，控制模块控制pwm发生器生成两路pwm脉冲调制信号pwm1和pwm2分别驱动左、右轮边电机功率变换器，使得左轮开关磁阻电机的转速反转，右轮开关磁阻电机的转速反转；右转弯倒车同理；第十二步，判断控制模块是否收到停止信号，如果控制模块收到停止信号，则执行下一步，反之，则返回第二步继续执行；
第十三步，同时停止左右开关磁阻轮边电机。