專利名稱：電動車無刷電機驅動系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種電動車無刷電機驅動系統。
背景技術：
無刷電機因其可靠性高的特點，被廣泛應用在電動自行車、電動三輪車、電動四輪車等電動車上。但現有無刷電機驅動系統難以適應不同的驅動狀況下的變速要求，特別是采用驅動系統來驅動電動車時，不能同時滿足平路行駛時的高速運行性能要求和在低速運行條件下轉矩的要求，電動車在正常路況及爬坡低速運行時，負載差別較大，對控制器及功率部分的電流過載倍數要求較高，危及控制器的安全運行，長期使用會使蓄電池和電機的使用壽命大大縮短。
發明內容
本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供了一種能使系統在低速段以較小的電流產生大的轉矩，在高速段保持現有的額定工作點不變的直流無刷電機驅動系統；提高其安全性并延長其壽命。
本發明的無刷電機驅動系統如下系統在低速段時，通過增加電機的繞組匝數，以較小的電流產生大的轉矩；系統在高速段時，通過減弱磁場強度來提高因繞組匝數增加而帶來的速度的降低，保持現有的額定工作點不變；采用以下方式設計電機的繞組匝數和磁場強度的改變值(1)測定現有直流無刷電機驅動系統的機械特性曲線，該曲線包括低速段和高速段兩部分，特性曲線的參數包括堵轉轉矩TST1、額定電流nN1和堵轉電流IST1；(2)根據在減小堵轉電流IST的同時，即IST2＝KIST1，保持機械特性曲線特性參數TST2＝TST1，nN2＝nN1的負載要求，確定新直流無刷電機驅動系統的特性曲線；(3)根據以下公式計算電機繞組匝數的改變系數，確定低速段部分的特性曲線參數；電機繞組匝數的改變系數＝1/K具體計算方法如下公式中每個參數的含義TST額定轉矩 nN額定轉速 IST堵轉電流Te電磁轉矩 p電機的極對數 Ce電機的電磁常數αi計算極弧系數φδ每極磁通量 US電源電壓UT開關器件的管壓降r電樞電阻 Ia電樞電流Wφ電樞繞組每相串聯匝數 K電流減少系數下標1-現有系統參數 2-新系統參數設IST2＝KIST1K設定為0.7～0.9；(K的確定取決于兩個因素，一是控制器的過流能力，二是電機線槽對繞組增加的限制)TST2＝TST1即4p2Wφ2πai2.φδ2.IST2=4p1Wφ1πai1.φδ1.IST1]]>∵不改變電機磁場設計
∴p2＝p1αi2＝αi1φδ2＝φδ1∴Wφ2=Wφ1.IST1IST2=Wφ1.1K]]>即新系統電機匝數是現有系統電機匝數1/K倍，電機匝數的改變系數為1/K；n2=US-2UT-2r2Ia2Ce2φδ2=US-2UT-2r2Ia22p2Wφ215αi2·φδ2]]>n1=US-2UT-2r1Ia1Ce1φδ1=US2UT-2r1Ia12p1Wφ115ai1.φδ1]]>∵r2Ia2=1Kr1.KIa1=r1.Ia1]]>(假設繞組線徑保持不變)p2＝p1αi2＝αi1φδ2＝φδ1∴n2=Wφ1Wφ2.n1=K.n1]]>即低速段時，新系統的轉速是現有系統的K倍；(4)根據步驟(3)得到繞組匝數的改變系數，確定高速段部分的特性曲線參數；
具體計算方法如下設nN2＝nN1nN2=US-2UT-2r2Ia22p2Wφ215ai2.φδ2]]>nN1=US-2UT-2r1.Ia12p1Wφ115ai1.φδ1]]>∴φδ2=Wφ1Wφ2.φδ2=K.φδ1]]>(假設r1Ia1＝r2Ia2)即把磁場強度減弱為以前的K倍，就可以使新系統獲得與現有系統相同的額定工作點。
為了系統運行更可靠和準確，可以制作樣機，對設計的驅動系統的機械特性曲線進行測試，如果符合設計要求，就完成了設計，否則重新回到步驟(3)進行修正，直到符合要求為此。
與現有技術相比，本發明的有益效果是(1)系統在低速段通過增加電機的繞組匝數，能以較小的電流產生大的轉矩，提高了電機和控制器的可靠性，延長了電池的續行里程和使用壽命；(2)系統在高速段通過弱磁控制能提高因繞組匝數增加而帶來的速度的降低，保持現有的額定工作點不變。
圖1是本發明和現有的無刷電機驅動系統機械特性曲線示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的描述。
如圖1所示，現有無刷電機驅動系統的機械特性曲線由低速段1和高速段2組成，本發明的方法通過對現有無刷電機機械特性曲線的分析，根據負載特性要求，在新特性曲線的低速段3通過增大轉矩系數，即線圈匝數的方法，實現相同起動轉矩下減少起動電流，在高速段4通過弱磁控制的方法使驅動系統的額定工作點nN滿足負載要求。
實施例1對電動車用直流無刷電機驅動系統進行改進，在保持起動轉矩不變的情況下，起動電流減少10％，即K＝0.9。
首先是測定現有驅動系統的機械特性曲線，確定堵轉轉矩TST1、額定電流nN1和堵轉電流IST1；其次確定需要改進的機械特性曲線及參數TST2、nN2和IST2，即TST2＝TST1、nN2＝nN1、IST2＝0.9IST1；第三、根據公式計算線圈匝數改變數量，Wφ2=10.9.Wφ1=1.11Wφ1]]>，即線圈匝數增加11％。
同時注意，由于電動機的線槽已確定，增加線圈匝數時，入需減少線徑，由于公式推導中假設了線徑不變，因此會對特性曲線產生影響。
第四、根據設計好的匝數改變系數，確定磁場需改變的比例，φδ2＝0.9φδ1。
最后，制作樣機，同時對設計的驅動系統的機械特性曲線進行測試，如果符合設計要求，就完成了設計，否則重新回到第三步進行修正，直到符合要求為止。
實施例2對電動車用直流無刷電機驅動系統進行改進，在保持起動轉矩不變的情況下，起動電流減少20％，即K＝0.8。
首先是測定現有驅動系統的機械特性曲線，確定堵轉轉矩TST1、額定電流nN1和堵轉電流IST1；其次確定需要改進的機械特性曲線及參數TST2、nN2和IST2，即TST2＝TST1、nN2＝nN1、IST2＝0.8IST1；第三、根據公式計算線圈匝數改變數量，Wφ2=10.8.Wφ1=1.25Wφ1]]>即線圈匝數增加10％。
同時注意，由于電動機的線槽已確定，增加線圈匝數時，入需減少線徑，由于公式推導中假設了線徑不變，因此會對特性曲線產生影響。
第四、根據設計好的匝數改變系數，確定磁場需改變的比例，φδ2＝0.8φδ1。
第五、制作樣機，同時對設計的驅動系統的機械特性曲線進行測試，如果符合設計要求，就完成了設計，否則重新回到第三步進行修正，直到符合要求為止。
實施例3對電動車用直流無刷電機驅動系統進行改進，在保持起動轉矩不變的情況下，起動電流減少30％，即K＝0.7。
首先是測定現有驅動系統的機械特性曲線，確定堵轉轉矩TST1、額定電流nN1和堵轉電流IST1；其次確定需要改進的機械特性曲線及參數TST2、nN2和IST2，即TST2＝TST1、nN2＝nN1、IST2＝0.7IST1；第三、根據公式計算線圈匝數改變數量，Wφ2=10.7.Wφ1=1.42Wφ1,]]>即線圈匝數增加42％。
同時注意，由于電動機的線槽已確定，增加線圈匝數時，入需減少線徑，由于公式推導中假設了線徑不變，因此會對特性曲線產生影響。
第四、根據設計好的匝數改變系數，確定磁場需改變的比例，φδ2＝0.7φδ1。
第五、制作樣機，同時對設計的驅動系統的機械特性曲線進行測試，如果符合設計要求，就完成了設計，否則重新回到第三步進行修正，直到符合要求為止。
權利要求
1.一種電動車無刷電機驅動系統，其特征在于，所述系統在低速段時，通過增加電機的繞組匝數，以較小的電流產生大的轉矩；在高速段時，通過減弱磁場強度來提高因繞組匝數增加而帶來的速度的降低，保持現有額定工作點不變；所述系統采用以下方式設計電機的繞組匝數和磁場強度的改變值(1)測定現有直流無刷電機驅動系統的機械特性曲線，該曲線包括低速段和高速段兩部分，特性曲線的參數包括堵轉轉矩TST1、額定轉速nN1和堵轉電流IST1；(2)根據在減小堵轉電流IST的同時，即IST2＝KIST1，保持機械特性曲線特性參數TST2＝TST1，nN2＝nN1的負載要求，確定新直流無刷電機驅動系統的特性曲線；(3)根據以下公式計算電機繞組匝數的改變系數，確定低速段部分的特性曲線參數；電機繞組匝數的改變系數＝1/K具體計算方法如下公式中每個參數的含義TST堵轉轉矩nN額定轉速 IST堵轉電流Te電磁轉矩 p電機的極對數 Ce電機的電磁常數αi計算極弧系數 φδ每極磁通量 US電源電壓UT開關器件的管壓降 r電樞電阻 Ia電樞電流Wφ電樞繞組每相串聯匝數 K電流減少系數下標1-現有系統參數2-新系統參數設IST2＝KIST1，K設定為0.7～0.9；TST2＝TST1即4p2Wφ2παi2·φδ2·IST2=4p1Wφ1παi1·φδ1·IST1]]>∵不改變電機磁場設計∴p2＝p1αi2＝αi1φδ2＝φδ1∴Wφ2=Wφ1·IST1IST2=Wφ1·1K]]>即新系統電機匝數是現有系統電機匝數1/K倍，電機匝數的改變系數為1/K；n2=US-2UT-2r2Ia2Ce2φδ2=US-2UT-2r2Ia22p2Wφ215αi2·φδ2]]>n1=US-2UT-2r1Ia1Ce1φδ1=US-2UT-2r1Ia12p1Wφ115αi1·φδ1]]>∴r2Ia2=1Kr1·KIa1=r1·Ia1,]]>假設繞組線徑保持不變；p2＝p1αi2＝αi1φδ2＝φδ1∴n2=Wφ1Wφ2·n1=K·n1]]>即低速段時，新系統的轉速是現有系統的K倍；(4)根據步驟(3)得到繞組匝數的改變系數，確定高速段部分的特性曲線參數；具體計算方法如下設nN2＝nN1∵nN2=US-2UT-2r2Ia22p2Wφ215αi2·φδ2]]>nN1=US-2UT-2r1Ia12p1Wφ115αi1·φδ1]]>∴φδ2=Wφ1Wφ2·φδ2=K·φδ1,]]>假設r1Ia1＝r2Ia2即把磁場強度減弱為現有的K倍，使新系統獲得與現有系統相同的額定工作點。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，制作電動車無刷電機驅動系統的樣機，按步驟(3)對其機械特性曲線進行測試，直至其低速段和高速段符合要求。
全文摘要
本發明公開了一種電動車無刷電機驅動系統，所述系統在低速段時，通過增加電機的繞組匝數，以較小的電流產生大的轉矩；在高速段時，通過減弱磁場強度來提高因繞組匝數增加而帶來的速度的降低，保持現有的額定工作點不變；所述系統采用特定方式設計電機的繞組匝數和磁場強度的改變值，從而提高其安全性并延長其壽命。
文檔編號H02P7/06GK1905353SQ20061003693
公開日2007年1月31日 申請日期2006年8月4日 優先權日2006年8月4日
發明者陳黎明, 冷明全 申請人:廣州華南智信微系統有限公司