一种提高电动车启动性能的驱动电机及其综合控制方法技术

本发明专利技术涉及一种提高电动车启动性能的驱动电机及其综合控制方法，所述驱动电机具有双调磁功能，转子结构适合高速大转矩运行状态，具有感应电动势正弦率高、齿槽力波动幅值低、磁滞损耗和涡流损耗低的优点，通过驱动电机电流闭环的控制参数调节、驱动电机转速闭环的控制参数调节、逆变器的开关频率调节，以及励磁磁通调节对驱动电机进行综合控制，提升了电动车在启动过程的快速性和平滑性，并使电动车的启动过程适合下坡路面、水平路面和爬坡路面等多种路况。本发明专利技术采用的驱动电机结构设计和综合控制方法，一方面提高了电动车启动过程的性能，另外一方面增加了电动车司乘人员的舒适性和满意度，从而增加了电动车在机动车市场的核心竞争力。心竞争力。心竞争力。

【技术实现步骤摘要】
一种提高电动车启动性能的驱动电机及其综合控制方法


[0001]本专利技术涉及电动汽车领域，具体涉及一种提高电动车启动性能的驱动电机及其综合控制方法。

技术介绍

[0002]随着新能源的推广应用，国内乃至全球的电动汽车销售量都在大幅增长。
[0003]然而，虽然当前的电动汽车整车技术水平显著提高，但仍有一些细节技术难题需要进一步改善和优化。譬如，与燃油汽车相比，当前的电动汽车面临着启动转矩较小、启动速度较低、启动过程持续时间较长等问题。这些电动车启动过程的诸多弱点，将会给电动车司乘人员带来负面的驾乘体验，也将减弱电动车与燃油车之间的竞争力，并阻碍电动车在车辆销售和使用市场的可持续发展。
[0004]针对适用于电动车的驱动电机，中国专利申请CN201911119823.5公开了一种定子安装于转子内侧的轮毂式电机，并充分考虑到了电机在电动车运行过程中的减震保障措施；该结构形式的驱动电机，较为适合安装到电动车的轮毂之中；但是，为了提高驱动电机的运行性能(包括启动、调速和制动环节等)，还需要针对具体的驱动电机结构，提出最优的控制方法，从而实现驱动电机硬件设备和软件系统的相互融合，进而提高电动车的运行性能。
[0005]针对电动车驱动电机的控制方法，中国专利申请CN202011325186.X公开了一种电动车启动控制方法。该方法主要基于电源模块、无刷直流电机、控制模块和转把等硬件，并通过获取转把信号、电机类型判断、霍尔初始偏差角度补偿、运行模式判断、电机控制等步骤，实现电动车驱动电机的平滑启动。该方法主要是针对非机动车(小型电动车)实施的一种电动车启动控制技术，且控制的驱动电机类型是无刷直流电机；由于当前新能源电动车(机动车)的驱动电机均是交流电机，因此该方法无法在新能源电动车(机动车)中进行推广和应用。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种提高电动车启动性能的驱动电机及基于该驱动电机的综合控制方法，能够提高电动车在启动过程中的快速性和平滑性，从而增强驾驶人员对于电动车的操作性能，也提高了电动车司乘人员的舒适性。
[0007]为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：
[0008]一种提高电动车启动性能的驱动电机，包括前端盖，转轴，转子铁芯，轴承，定子部分，机壳和后端盖，其中，转轴和转子铁芯组成驱动电机的转子部分；定子部分由电枢绕组、调磁绕组、励磁永磁体、调磁永磁体、U形定子内铁芯和环形定子内铁芯组成；所述励磁永磁体嵌在电枢绕组之中，并有U形定子内铁芯和环形定子内铁芯作为励磁永磁体的磁通路径；励磁永磁体的励磁方向与电枢绕组通入电流后产生的磁场方向互相垂直；所述驱动电机具备双调磁功能，该双调磁功能由调磁绕组和调磁永磁体单独完成或共同完成；所述调磁绕
组在通入适当幅值的脉冲电流情况下，能够实现对调磁永磁体的增磁或去磁控制。
[0009]优选地，所述转轴上设有燕尾形键槽，所述转轴通过燕尾形键槽和楔键与转子铁芯装配成一体。
[0010]进一步地，U形定子内铁芯、环形定子内铁芯，以及转子铁芯由硅钢片叠加而成，硅钢片之间有绝缘橡胶作电磁隔离的功能；所述硅钢片厚度小于0.5mm。
[0011]进一步地，所述U形定子铁芯的齿槽数量与转子铁芯的齿槽数量相互匹配，且转子铁芯的齿槽呈现最优的斜槽角度。
[0012]本专利技术还提供一种基于上述驱动电机的综合控制方法，包括驱动电机电流闭环的控制参数调节、驱动电机转速闭环的控制参数调节、逆变器的开关频率调节和励磁磁通调节，由控制器实时接收驾驶人员向电动车施加的快速平滑启动模拟量信号，以及接收驱动电机运行状态的电流信号和转速信号，并经控制器的软件程序分析和判断后，向逆变器发送控制信号，进而实现对驱动电机的平滑启动运行；控制器输出的信号主要是完成逆变器的开关频率调节，以及完成增磁或去磁的调节。
[0013]进一步地，在驱动电机电流闭环控制过程中，采用最大转矩/电流控制方法，并结合逆变器的开关频率调节，以保障驱动电机输出较大的电磁转矩。
[0014]具体地，在最大转矩/电流控制方法的基础上，综合逆变器开关频率分段调节，实时计算驱动电机的d轴电流i
d
和q轴电流i
q
，然后完成驱动电机电流闭环的控制参数调节，具体过程是：分段一：在0时刻至P1点时刻，采用最大转矩/电流控制参数一和逆变器调节频率T
pwm
＝0.01s，使驱动电机在较短时间内输出幅值较大的q轴电流i
q
；在获得实时q轴电流i
q
的情况下，其实时d轴电流i
d
可以通过计算得到，计算公式是式中，I是通过电流测量模块获得的电枢绕组的实时电流值；分段二：在P1时刻至P2点时刻，采用最大转矩/电流控制参数二和逆变器调节频率T
pwm
＝0.01s，使驱动电机输出的q轴电流i
q
初步趋于稳定值，并通过计算获得与q轴电流i
q
相对应的实时d轴电流i
d
；分段三：在P2点时刻至P3点时刻，调节最大转矩/电流控制参数三和逆变器调节频率T
pwm
＝0.001s，使驱动电机输出的q轴电流i
q
加快趋于稳定值，并通过计算获得与q轴电流i
q
相对应的实时d轴电流i
d
。
[0015]如权利要求7所述的综合控制方法，其特征在于，驱动电机转速闭环的控制参数调节采用基于饱和函数sat(s)的滑模控制方法。
[0016]进一步地，调磁永磁体单独作用下，能够完成驱动电机的初级阶段调磁，适用于电动车下坡路况下的启动过程；调磁绕组和调磁永磁体共同作用下，能够完成驱动电机的中高级阶段调磁，适用于电动车在水平路面和爬坡路况下的启动过程。
[0017]进一步地，调磁绕组的调磁过程是持续性的，或间歇性的；调磁永磁体的调磁过程是持续性的。
[0018]本专利技术提供的驱动电机及基于该驱动电机的电动车快速平滑启动综合控制方法，相对于现有技术，具有如下优点：
[0019]首先，本专利技术提供的驱动电机具有双调磁功能、防止励磁永磁体被磁化的功能、励
磁永磁体的矫顽力远大于调磁永磁体的矫顽力的特点、转子结构适于高速大转矩运行状态，以及感应电动势正弦率高、齿槽力波动幅值低、磁滞损耗和涡流损耗低的优点。
[0020]其次，本专利技术提出的驱动电机综合控制方法，包括驱动电机电流闭环的控制参数调节、驱动电机转速闭环的控制参数调节、逆变器的开关频率调节，以及励磁磁通调节，这些控制过程共同完成了驱动电机的快速平滑启动，进而完成了电动车在启动过从的快速性和平滑性，并使电动车的启动过程适合下坡路面、水平路面和爬坡路面等多种路况。
[0021]本专利技术采用的驱动电机结构设计方案和综合控制技术方案，一方面提高了电动车启动过程的性能，另外一方面增加了电动车司乘人员的舒适性和满意度，从而增加了电动车在机动车市场的核心竞争力。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高电动车启动性能的驱动电机，其特征在于，包括前端盖(1)，转轴(2)，转子铁芯(3)，轴承(4)，定子部分(5)，机壳(6)和后端盖(7)，其中，转轴(2)和转子铁芯(3)组成驱动电机的转子部分；定子部分(5)由电枢绕组(5/51)、调磁绕组(5/52)、励磁永磁体(5/53)、调磁永磁体(5/54)、U形定子内铁芯(5/55)和环形定子内铁芯(5/56)组成；所述励磁永磁体(5/53)嵌在电枢绕组(5/51)之中，并有U形定子内铁芯(5/55)和环形定子内铁芯(5/56)作为励磁永磁体(5/53)的磁通路径；励磁永磁体(5/53)的励磁方向与电枢绕组(5/51)通入电流后产生的磁场方向互相垂直；所述驱动电机具备双调磁功能，该双调磁功能由调磁绕组(5/52)和调磁永磁体(5/54)单独完成或共同完成；所述调磁绕组(5/52)在通入适当幅值的脉冲电流情况下，能够实现对调磁永磁体(5/54)的增磁或去磁控制。2.如权利要求1所述的一种提高电动车启动性能的驱动电机，其特征在于，所述转轴上设有燕尾形键槽(2/21)，所述转轴(2)通过燕尾形键槽(2/21)和楔键(2/22)与转子铁芯(3)装配成一体。3.如权利要求1所述的一种提高电动车启动性能的驱动电机，其特征在于，U形定子内铁芯(5/55)、环形定子内铁芯(5/56)，以及转子铁芯(3)由硅钢片叠加而成，硅钢片之间有绝缘橡胶作电磁隔离的功能；所述硅钢片厚度小于0.5mm。4.如权利要求1所述的一种提高电动车启动性能的驱动电机，其特征在于，所述U形定子铁芯(5/55)的齿槽数量与转子铁芯(3)的齿槽数量相互匹配，且转子铁芯(3)的齿槽呈现最优的斜槽角度。5.如权利要求1所述的驱动电机的综合控制方法，其特征在于，包括驱动电机电流闭环的控制参数调节、驱动电机转速闭环的控制参数调节、逆变器的开关频率调节和励磁磁通调节，由控制器实时接收驾驶人员向电动车施加的快速平滑启动模拟量信号，以及接收驱动电机运行状态的电流信号和转速信号，并经控制器的软件程序分析和判断后，向逆变器发送控制信号，进而实现对驱动电机的平滑启动运行；控制器输出的信号主要是完成逆变器的开关频率调节，以及完成增磁或去磁的调节。6.如权利要求5所述的综合控制方法，其特征在于：在驱动电机电流闭环控制过程中...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔英杰，曾磊，刘佳音，陈中显，张健，
申请(专利权)人：黄淮学院，
类型：发明
国别省市：