永磁直流无刷电机双模控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种永磁直流无刷电机双模控制系统及方法，其通过两组三相线与永磁直流无刷电机相连，其包括：与永磁直流无刷电机和霍尔传感器相连的转换模块、和与转换模块相连且控制转换模块进行工作模式切换的控制模块，其中当所述永磁直流无刷电机转速低于1800rpm时，所述控制模块控制转换模块执行星型工作模式，此时三相线则与永磁直流无刷电机形成星形连接；而所述永磁直流无刷电机转速高于或等于1800rpm时，所述控制模块控制转换模块执行三角型工作模式，此时三相线则与永磁直流无刷电机形成三角形连接。本发明专利技术通过双模式切换工作，大大提升电机的续航里程和载重爬坡能力，在同功率的电机上提升50%的扭矩输出而不影响高速特性。

Dual mode control system and method for permanent magnet brushless DC motor

The invention discloses a permanent magnet brushless DC motor control system and method for dual-mode, the two groups of three-phase line and permanent magnet brushless DC motor is connected, which includes: no conversion connected brushless motor and Holzer sensor module, and the permanent magnet DC and connected with the conversion module and control working mode switching converter the module control module, wherein when the permanent magnet DC brushless motor rpm is lower than 1800rpm, the control module controls the conversion module execution star mode, the three-phase line and permanent magnet brushless DC motor to form the star connection; and the permanent magnet DC brushless motor rpm is higher than or equal to 1800rpm. The control module controls the conversion module performs triangle mode, the three-phase line and permanent magnet brushless DC motor to form the triangle connection. Through double mode switching operation, the invention greatly improves the mileage and the load climbing ability of the motor, and improves the torque output of the motor at 50% on the same power without affecting the high-speed characteristics.

【技术实现步骤摘要】
永磁直流无刷电机双模控制系统及方法
本专利技术涉及一种永磁直流无刷电机双模控制系统及方法。
技术介绍
在我国电动三轮车产品这一块，基本上90%都是使用永磁直流无刷电机与差速后桥结构。由于该电机起步平稳，调速范围广，维护简单，造价低廉，效率高，抗电流冲击效果好等特性，越来越风靡整个市场，但是目前各个厂家均对该电机的扭矩不甚满意。市面上已经存在的调扭矩方式也只有寥寥几种，而且调节的范围小，效果不明显，例如常规的相电流调速，是通过控制器内部增加压降来实现，还有正弦波调速是通过弱化磁场来调速，都不能较大幅度地增加扭矩。而现有电机绕组分为星型和三角形接法，可参考图1-2所示，其中星型接法的电机绕组具有大扭矩低转速特性，而三角形接法的电机绕组具有高转速低扭矩特性。由此有必要提出一种永磁直流无刷电机双模控制系统及方法，可根据不同情况来选择星型接法或三角形接法，获得更优性能，并彻底解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术目的是：提供一种永磁直流无刷电机双模控制系统及方法，通过双模式切换工作，大大提升电机的续航里程和载重爬坡能力。本专利技术的第一技术方案是：一种永磁直流无刷电机双模控制系统，其通过两组三相线与永磁直流无刷电机相连，其包括：与永磁直流无刷电机和霍尔传感器相连的转换模块、和与转换模块相连且控制转换模块进行工作模式切换的控制模块，其中当所述永磁直流无刷电机转速低于1800rpm时，所述控制模块控制转换模块执行星型工作模式，此时三相线则与永磁直流无刷电机形成星形连接；而所述永磁直流无刷电机转速高于或等于1800rpm时，所述控制模块控制转换模块执行三角型工作模式，此时三相线则与永磁直流无刷电机形成三角形连接。在上述技术方案的基础上，进一步包括如下附属技术方案：所述转换模块至少包括与控制模块相连的模式切换继电器、与模式切换继电器相连接的第一继电器、以及与模式切换继电器相连接且与第一继电器并联连接的第二继电器，其中第一继电器或第二继电器的常开触点设置在其中一组三相线上，而模式切换继电器的常开或常闭触点设置在与霍尔传感器相连的霍尔线上。所述控制模块包括中央控制单元、与转换模块输出相连且与中央控制单元相连的驱动单元、以及向中央控制单元提供电力的降压单元。所述永磁直流无刷电机的第一组三相线与转换模块相连，而第二组三相线通过第一继电器常开触点进行短接，或通过第二继电器常开触点与第一组三相线相应连接。所述霍尔传感器包括3个星型霍尔传感器、和3个三角型霍尔传感器，且霍尔线包括电源正极线、地线、3个星型霍尔信号线、和3个三角型霍尔信号线，其中3个星型霍尔信号线与模式切换继电器的常开触点相连，而3个三角型霍尔信号线与模式切换继电器的常闭触点相连。所述模式切换继电器的一端与驱动单元相连，而另一端则与中央控制单元相连，第一、二继电器的共同端则与中央控制单元相连。所述中央控制单元为MC33035芯片，而所述驱动单元22为六输出高压MOS栅极驱动器。本专利技术的第二技术方案是：一种永磁直流无刷电机控制方法，其包括如下步骤：S1：当永磁直流无刷电机转速低于1800rpm时，执行星型工作模式，此时三相线则与永磁直流无刷电机形成星形连接；或S2：当所述永磁直流无刷电机转速高于或等于1800rpm时，执行三角型工作模式，此时三相线则与永磁直流无刷电机形成三角形连接。优选地，所述工作模式的切换通过至少三个继电器来实现，其中继电器包括模式切换继电器、与模式切换继电器相连接的第一继电器、以及与模式切换继电器相连接且与第一继电器并联连接的第二继电器，其中第一继电器或第二继电器的常开触点设置在其中一组三相线上，而模式切换继电器的常开或常闭触点设置在与霍尔传感器相连的霍尔线上。优选地，所述三个继电器受到一控制模块的控制，所述霍尔传感器包括3个星型霍尔传感器、和3个三角型霍尔传感器，且霍尔线包括电源正极线、地线、3个星型霍尔信号线、和3个三角型霍尔信号线，其中3个星型霍尔信号线与模式切换继电器的常开触点相连，而3个三角型霍尔信号线与模式切换继电器的常闭触点相连。本专利技术优点是：利用星型接法大扭矩低转速特性和三角形接法的高转速低扭矩特性，在高速行驶的过程中，采用三角形接法，且三角形接法消耗的功率比星型接法低40%，在低速爬坡的过程中，采用星型接法，且星型接法的扭矩又可以提高50%，由此通过双模式切换工作，大大提升电机的续航里程和载重爬坡能力，能在同功率的电机上提升50%的扭矩输出而不影响高速特性。本专利技术在48V800W的电机上可以作出28-30N.m的扭矩输出，并可通过齿轮箱减速后能输出280N.m左右，足足比普通电机提高100N.m。附图说明下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步描述：图1是现有电机绕组中星形接法的示意图；图2是现有电机绕组中三角形接法的示意图；图3是本专利技术电机绕组中双模式接法的示意图；图4是本专利技术的电路示意图；图5是本专利技术与现有电机的电机转速对比示意图；图6是本专利技术与现有电机的电机扭矩对比示意图。具体实施方式实施例：如图3-4所示，本专利技术提供了一种永磁直流无刷电机双模控制系统的第一实施例，其通过两组三相线与永磁直流无刷电机M相连，其包括：与永磁直流无刷电机M和霍尔传感器相连的转换模块1、和与转换模块1相连且控制转换模块1进行工作模式切换的控制模块2，其中当永磁直流无刷电机转速低于1800rpm时，控制模块1控制转换模块2执行星型工作模式，此时三相线则与永磁直流无刷电机M形成星形连接；而永磁直流无刷电机M转速高于或等于1800rpm时，控制模块2控制转换模块1执行三角型工作模式，此时三相线则与永磁直流无刷电机M形成三角形连接。转换模块1至少包括与控制模块相连的模式切换继电器KC、与模式切换继电器KC相连接的第一继电器KM1、以及与模式切换继电器KC相连接且与第一继电器KM1并联连接的第二继电器KM2，其中第一继电器KM1或第二继电器KM2的常开触点设置在其中一组三相线上，而模式切换继电器KC的常开或常闭触点设置在与霍尔传感器相连的霍尔线上。霍尔传感器设置在永磁直流无刷电机M中，其包括3个星型霍尔传感器30、和3个三角型霍尔传感器32。控制模块2包括中央控制单元20、与转换模块1输出相连且与中央控制单元20相连的驱动单元22、以及向中央控制单元20提供12伏电压的降压单元24。其中降压单元24与48伏直流电源相连。中央控制单元20优选采用MC33035芯片，MC33035芯片是MOTOROLA公司研制的第二代永磁直流无刷电机控制专用集成芯片，加上一片MC33039电子测速器将转子位置信号进行F／V转换，形成转速反馈信号，即可构成转速闭环调节系统。MC33035芯片包括—个转子定位译码器可用于确定适当换向顺序，它监控着3个霍尔效应开关传感器输入(4、5、6脚)，以保证顶部和底部驱动输出的正确顺序；一个以向传感器供电能力为基准的温度补偿器；一个可以程序控制频率的锯齿波发生器；一个全通误差放大器，能够促进闭环电机速度实现控制，若作为开环速度控制，则可将这误差放大器连成为单一增益电压跟随器；一个脉冲宽度调制比较器，3个集电极开路顶部驱动输出(1，2，24脚)，以及三个适用于驱动功率MOSFET的理想的大电流推挽式底部驱动输出(19，20，21脚)。驱动单元22优选本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种永磁直流无刷电机双模控制系统，其通过两组三相线与永磁直流无刷电机相连，其特征在于其包括：与永磁直流无刷电机和霍尔传感器相连的转换模块、和与转换模块相连且控制转换模块进行工作模式切换的控制模块，其中当所述永磁直流无刷电机转速低于1800rpm时，所述控制模块控制转换模块执行星型工作模式，此时三相线则与永磁直流无刷电机形成星形连接；而所述永磁直流无刷电机转速高于或等于1800rpm时，所述控制模块控制转换模块执行三角型工作模式，此时三相线则与永磁直流无刷电机形成三角形连接。

【技术特征摘要】
1.一种永磁直流无刷电机双模控制系统，其通过两组三相线与永磁直流无刷电机相连，其特征在于其包括：与永磁直流无刷电机和霍尔传感器相连的转换模块、和与转换模块相连且控制转换模块进行工作模式切换的控制模块，其中当所述永磁直流无刷电机转速低于1800rpm时，所述控制模块控制转换模块执行星型工作模式，此时三相线则与永磁直流无刷电机形成星形连接；而所述永磁直流无刷电机转速高于或等于1800rpm时，所述控制模块控制转换模块执行三角型工作模式，此时三相线则与永磁直流无刷电机形成三角形连接。2.如权利要求1所述的一种永磁直流无刷电机双模控制系统，其特征在于：所述转换模块至少包括与控制模块相连的模式切换继电器、与模式切换继电器相连接的第一继电器、以及与模式切换继电器相连接且与第一继电器并联连接的第二继电器，其中第一继电器或第二继电器的常开触点设置在其中一组三相线上，而模式切换继电器的常开或常闭触点设置在与霍尔传感器相连的霍尔线上。3.如权利要求2所述的一种永磁直流无刷电机双模控制系统，其特征在于：所述控制模块包括中央控制单元、与转换模块输出相连且与中央控制单元相连的驱动单元、以及向中央控制单元提供电力的降压单元。4.如权利要求3所述的一种永磁直流无刷电机双模控制系统，其特征在于：所述永磁直流无刷电机的第一组三相线与转换模块相连，而第二组三相线通过第一继电器常开触点进行短接，或通过第二继电器常开触点与第一组三相线相应连接。5.如权利要求4所述的一种永磁直流无刷电机双模控制系统，其特征在于：所述霍尔传感器包括3个星型霍尔传感器、和3个三角型霍尔传感器，且霍尔线包括电源正极线、地线、3个星型霍尔信号线、和3个三角型霍尔信号线，其中3个星型霍尔...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡书芹，
申请(专利权)人：胡书芹，
类型：发明
国别省市：安徽,34