本發(fā)明屬于開關(guān)磁阻電動機(jī)領(lǐng)域，具體涉及一種開關(guān)磁阻電動機(jī)驅(qū)動裝置。

背景技術(shù)：

隨著人們能源和環(huán)境意識的日益增強(qiáng)，電動汽車作為一種零排放、低污染的綠色交通工具，將得到大力發(fā)展。研究并開發(fā)可實現(xiàn)無級變速運(yùn)行、高可靠性、數(shù)字化調(diào)速來直接驅(qū)動電動汽車的新型電動機(jī)系統(tǒng)，已成為電氣傳動領(lǐng)域前沿性創(chuàng)新研究工作的新發(fā)展趨勢和重要方向。

目前國內(nèi)外廣泛應(yīng)用的電動機(jī)傳動系統(tǒng)為感應(yīng)電動機(jī)，不能無級變速。若由直流調(diào)速電動機(jī)實現(xiàn)無級變速傳動，其直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價偏高、維護(hù)困難且壽命較短。若由感應(yīng)電動機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)實現(xiàn)無級變速傳動，其系統(tǒng)控制方案采用矢量變換控制或直接轉(zhuǎn)矩控制，但實現(xiàn)矢量變換或直接轉(zhuǎn)矩控制計算復(fù)雜，且其低速力矩小、低速性能不佳。

專利一種開關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)(公開號：CN202798548U)，公開了包括控制電路和傳感器、操作電路、驅(qū)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(qū)動電路、功率電路和開關(guān)磁阻電機(jī)電連接，所述功率電路又分別與開關(guān)磁阻電機(jī)、驅(qū)動電路、控制電源電路以及電源電連接，此驅(qū)動系統(tǒng)實現(xiàn)了啟動轉(zhuǎn)矩大，起動電流小的效果，但包含電路過多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)困難，操作復(fù)雜，無法真正意義上提供一種使用壽命長、可靠性高、實現(xiàn)可直接傳動電動汽車的開關(guān)磁阻調(diào)速電動機(jī)裝置。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種開關(guān)磁阻電動機(jī)驅(qū)動裝置，結(jié)構(gòu)簡單、造價低、維護(hù)方便、使用壽命長、可靠性高、實現(xiàn)可直接傳動電動汽車的開關(guān)磁阻調(diào)速電動機(jī)裝置。

本發(fā)明提供了如下的技術(shù)方案：

一種開關(guān)磁阻電動機(jī)驅(qū)動裝置，包括單相4/4結(jié)構(gòu)開關(guān)磁阻電動機(jī)、單相不對稱半橋式功率變換器和MCU單片機(jī)為核心的全數(shù)字控制器，所述單相4/4結(jié)構(gòu)開關(guān)磁阻電動機(jī)各凸極上的集中繞組串聯(lián)構(gòu)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(jié)構(gòu)開關(guān)磁阻電動機(jī)的相繞組相連，當(dāng)上管與下管其中之一關(guān)斷時，開關(guān)磁阻電動機(jī)的相繞組斷電，所述單相4/4結(jié)構(gòu)開關(guān)磁阻電動機(jī)的轉(zhuǎn)軸和相繞組上分別設(shè)有轉(zhuǎn)子位置檢測器和電流檢測器，所述轉(zhuǎn)子位置檢測器的輸出端經(jīng)電氣隔離器件與所述MCU單片機(jī)為核心的全數(shù)字控制器的PT0/PT1口連接，提供電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置信息以決定繞組的開通與關(guān)斷，所述電流檢測器的輸出端經(jīng)電氣隔離器件與MCU單片機(jī)為核心的全數(shù)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采取相應(yīng)的保護(hù)措施以防止過電流，所述MCU單片機(jī)為核心的全數(shù)字控制器的PT4口經(jīng)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(jī)為核心的全數(shù)字控制器的PP1口和PT4口連接后共同的輸出端經(jīng)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(yōu)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(yōu)選的，所述MCU單片機(jī)為核心的全數(shù)字控制器的PA0-PA5口接入鍵盤，實現(xiàn)控制參數(shù)的給定與輸入，所述MCU組成的全數(shù)字控制器的PS0-PS1口接入上位機(jī)，實現(xiàn)轉(zhuǎn)速、電流、電壓等信息的顯示功能。

優(yōu)選的，所述電氣隔離器件采用光耦隔離芯片，實現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換功能，以防止高低電壓相互影響。

本發(fā)明的有益效果是：采用主要由單相4/4結(jié)構(gòu)開關(guān)磁阻電動機(jī)、單相不對稱半橋式功率變換器及MCU組成的全數(shù)字控制器組成的機(jī)電一體化電動機(jī)傳動裝置，可直接傳動電動汽車的開關(guān)磁阻調(diào)速電動機(jī)裝置，其結(jié)構(gòu)簡單緊湊堅固耐用，無刷、無繞組、無永久磁體的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)動慣量小，適用于在高溫、高速的環(huán)境下工作；定子上只有簡單的集中繞組，絕緣結(jié)構(gòu)簡單，制造簡便，成本低，且發(fā)熱大部分在定子，易于冷卻，惡劣條件下調(diào)速性能良好、控制靈活；功率變換器的結(jié)構(gòu)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(guān)器件均直接與電動機(jī)繞組相串聯(lián)，避免了直通短路現(xiàn)象，電機(jī)可控參數(shù)較多，調(diào)速性能很好，調(diào)速范圍寬，啟動轉(zhuǎn)矩大，傳動效率高，功耗小，具有較高的運(yùn)行可靠性和容錯能力，具有廣闊的應(yīng)用前景。

附圖說明

附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中：

圖1是本發(fā)明的驅(qū)動裝置原理框圖；

圖2是本發(fā)明的單相4/4結(jié)構(gòu)開關(guān)磁阻電動機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明的單相不對稱半橋式功率變換器拓?fù)鋱D；

圖中標(biāo)記：1.定子，2.繞組，3.轉(zhuǎn)子，4.轉(zhuǎn)軸，5.電機(jī)相繞組。

具體實施方式

如圖1所示，一種開關(guān)磁阻電動機(jī)驅(qū)動裝置，包括單相4/4結(jié)構(gòu)開關(guān)磁阻電動機(jī)、單相不對稱半橋式功率變換器和MCU單片機(jī)為核心的全數(shù)字控制器，如圖2到3所示單相4/4結(jié)構(gòu)開關(guān)磁阻電動機(jī)結(jié)構(gòu)中各凸極上的集中繞組2串聯(lián)構(gòu)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(jié)構(gòu)開關(guān)磁阻電動機(jī)的相繞組5相連，當(dāng)上管S1與下管S2(MOSFET或IGBT)其中之一關(guān)斷時，開關(guān)磁阻電動機(jī)的相繞組5斷電。

所述單相4/4結(jié)構(gòu)開關(guān)磁阻電動機(jī)的轉(zhuǎn)軸4上設(shè)有轉(zhuǎn)子位置檢測器和相繞組5上設(shè)有電流檢測器，轉(zhuǎn)子位置檢測器檢測開關(guān)磁阻電機(jī)上的轉(zhuǎn)子3位置，提供電機(jī)轉(zhuǎn)子3的位置信息經(jīng)過電氣隔離15V到5V后輸送至MCU單片機(jī)為核心的全數(shù)字控制器的PT0/PT1口，依據(jù)最小磁阻原理，通過MCU單片機(jī)為核心的全數(shù)字控制器的PT4口輸出繞組邏輯信號，通過導(dǎo)通、關(guān)斷功率變換器上管S1，以決定繞組5的開通與關(guān)斷，從而吸引轉(zhuǎn)子3向最小磁阻位置方向旋轉(zhuǎn)：若轉(zhuǎn)子3與定子1處于最小磁阻位值時，PT4口對功率變換器上管S1輸出高低電平信號，經(jīng)電氣隔離5V到15V后，控制功率變換器上管S1關(guān)斷；若轉(zhuǎn)子3與定子1非處于最小磁阻位值時，PT4口輸出對功率變換器上管S1的電平信號，經(jīng)電氣隔離后5V到15V后，控制功率變換器上管S1導(dǎo)通。

所述電流檢測器用來檢測開關(guān)磁阻電機(jī)相繞組5實時電流，將電流信號經(jīng)電氣隔離15V到5V后輸送至MCU單片機(jī)為核心的全數(shù)字控制器的PAD00-PAD03口，提供電流信息完成電流斬波控制或采取相應(yīng)的保護(hù)措施以防止過電流，即通過控制器PP1口向外輸出PWM信號，當(dāng)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(dāng)輸出的PWM信號為非0，且PT4口輸出導(dǎo)通功率變換器上管S1的電平信號時，經(jīng)電氣隔離5V到15V，才會使功率變換器的下管S2導(dǎo)通。

本發(fā)明使用時，功率變換器的上管S1與下管S2處于關(guān)斷狀態(tài)，開關(guān)磁阻電動機(jī)的轉(zhuǎn)子3首先在慣性下運(yùn)動，轉(zhuǎn)子位置檢測器檢測到轉(zhuǎn)子3的位置，并將位置信號傳送至MCU組成的全數(shù)字控制器根據(jù)轉(zhuǎn)子位置檢測器輸入的信號，判斷定子1、轉(zhuǎn)子3的相對位置是否符合最小磁阻原理，若符合，則全數(shù)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(xù)保持關(guān)斷狀態(tài)，轉(zhuǎn)子3在慣性作用下繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，直至偏離最小磁阻位；若不符合，則數(shù)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(xù)保持導(dǎo)通狀態(tài)，此時由于電流檢測器檢測的電流正常，數(shù)字控制器同時輸出非0的PWM信號，經(jīng)邏輯相與導(dǎo)通功率變換器的下管S2；導(dǎo)通功率變換器的上管S1、下管S2同時導(dǎo)通，開關(guān)磁阻電動機(jī)相繞組5得電，吸引轉(zhuǎn)子3向最小磁阻位旋轉(zhuǎn)；上述過程中，若電流出現(xiàn)過大的異常情況，則輸出的PWM信號為0，經(jīng)邏輯相與無法導(dǎo)通功率變換器的下管S2，開關(guān)磁阻電動機(jī)的相繞組5始終無法得電；進(jìn)一步，位置信號和電信號經(jīng)過的電氣隔離器件采用光耦隔離芯片，實現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換功能，以防止高低電壓相互影響，MCU單片機(jī)為核心的全數(shù)字控制器的PA0-PA5口接入鍵盤，實現(xiàn)控制參數(shù)的給定與輸入，PS0-PS1口接入上位機(jī)，實現(xiàn)轉(zhuǎn)速、電流、電壓等信息的顯示功能。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。