專利名稱：電動車無刷電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電動車無刷電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
無刷電機(jī)因其可靠性高的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在電動自行車、電動三輪車、電動四輪車等電動車上。但現(xiàn)有無刷電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)難以適應(yīng)不同的驅(qū)動狀況下的變速要求，特別是采用驅(qū)動系統(tǒng)來驅(qū)動電動車時，不能同時滿足平路行駛時的高速運(yùn)行性能要求和在低速運(yùn)行條件下轉(zhuǎn)矩的要求，電動車在正常路況及爬坡低速運(yùn)行時，負(fù)載差別較大，對控制器及功率部分的電流過載倍數(shù)要求較高，危及控制器的安全運(yùn)行，長期使用會使蓄電池和電機(jī)的使用壽命大大縮短。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種能使系統(tǒng)在低速段以較小的電流產(chǎn)生大的轉(zhuǎn)矩，在高速段保持現(xiàn)有的額定工作點(diǎn)不變的直流無刷電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)；提高其安全性并延長其壽命。
本發(fā)明的無刷電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)如下系統(tǒng)在低速段時，通過增加電機(jī)的繞組匝數(shù)，以較小的電流產(chǎn)生大的轉(zhuǎn)矩；系統(tǒng)在高速段時，通過減弱磁場強(qiáng)度來提高因繞組匝數(shù)增加而帶來的速度的降低，保持現(xiàn)有的額定工作點(diǎn)不變；采用以下方式設(shè)計(jì)電機(jī)的繞組匝數(shù)和磁場強(qiáng)度的改變值(1)測定現(xiàn)有直流無刷電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的機(jī)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(shù)包括堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩TST1、額定電流nN1和堵轉(zhuǎn)電流IST1；(2)根據(jù)在減小堵轉(zhuǎn)電流IST的同時，即IST2＝KIST1，保持機(jī)械特性曲線特性參數(shù)TST2＝TST1，nN2＝nN1的負(fù)載要求，確定新直流無刷電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的特性曲線；(3)根據(jù)以下公式計(jì)算電機(jī)繞組匝數(shù)的改變系數(shù)，確定低速段部分的特性曲線參數(shù)；電機(jī)繞組匝數(shù)的改變系數(shù)＝1/K具體計(jì)算方法如下公式中每個參數(shù)的含義TST額定轉(zhuǎn)矩 nN額定轉(zhuǎn)速 IST堵轉(zhuǎn)電流Te電磁轉(zhuǎn)矩 p電機(jī)的極對數(shù) Ce電機(jī)的電磁常數(shù)αi計(jì)算極弧系數(shù)φδ每極磁通量 US電源電壓UT開關(guān)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(lián)匝數(shù) K電流減少系數(shù)下標(biāo)1-現(xiàn)有系統(tǒng)參數(shù) 2-新系統(tǒng)參數(shù)設(shè)IST2＝KIST1K設(shè)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(jī)線槽對繞組增加的限制)TST2＝TST1即4p2Wφ2πai2.φδ2.IST2=4p1Wφ1πai1.φδ1.IST1]]>∵不改變電機(jī)磁場設(shè)計(jì)
∴p2＝p1αi2＝αi1φδ2＝φδ1∴Wφ2=Wφ1.IST1IST2=Wφ1.1K]]>即新系統(tǒng)電機(jī)匝數(shù)是現(xiàn)有系統(tǒng)電機(jī)匝數(shù)1/K倍，電機(jī)匝數(shù)的改變系數(shù)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(shè)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(tǒng)的轉(zhuǎn)速是現(xiàn)有系統(tǒng)的K倍；(4)根據(jù)步驟(3)得到繞組匝數(shù)的改變系數(shù)，確定高速段部分的特性曲線參數(shù)；
具體計(jì)算方法如下設(shè)nN2＝nN1nN2=US-2UT-2r2Ia22p2Wφ215ai2.φδ2]]>nN1=US-2UT-2r1.Ia12p1Wφ115ai1.φδ1]]>∴φδ2=Wφ1Wφ2.φδ2=K.φδ1]]>(假設(shè)r1Ia1＝r2Ia2)即把磁場強(qiáng)度減弱為以前的K倍，就可以使新系統(tǒng)獲得與現(xiàn)有系統(tǒng)相同的額定工作點(diǎn)。
為了系統(tǒng)運(yùn)行更可靠和準(zhǔn)確，可以制作樣機(jī)，對設(shè)計(jì)的驅(qū)動系統(tǒng)的機(jī)械特性曲線進(jìn)行測試，如果符合設(shè)計(jì)要求，就完成了設(shè)計(jì)，否則重新回到步驟(3)進(jìn)行修正，直到符合要求為此。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是(1)系統(tǒng)在低速段通過增加電機(jī)的繞組匝數(shù)，能以較小的電流產(chǎn)生大的轉(zhuǎn)矩，提高了電機(jī)和控制器的可靠性，延長了電池的續(xù)行里程和使用壽命；(2)系統(tǒng)在高速段通過弱磁控制能提高因繞組匝數(shù)增加而帶來的速度的降低，保持現(xiàn)有的額定工作點(diǎn)不變。


圖1是本發(fā)明和現(xiàn)有的無刷電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)機(jī)械特性曲線示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
如圖1所示，現(xiàn)有無刷電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的機(jī)械特性曲線由低速段1和高速段2組成，本發(fā)明的方法通過對現(xiàn)有無刷電機(jī)機(jī)械特性曲線的分析，根據(jù)負(fù)載特性要求，在新特性曲線的低速段3通過增大轉(zhuǎn)矩系數(shù)，即線圈匝數(shù)的方法，實(shí)現(xiàn)相同起動轉(zhuǎn)矩下減少起動電流，在高速段4通過弱磁控制的方法使驅(qū)動系統(tǒng)的額定工作點(diǎn)nN滿足負(fù)載要求。
實(shí)施例1對電動車用直流無刷電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，在保持起動轉(zhuǎn)矩不變的情況下，起動電流減少10％，即K＝0.9。
首先是測定現(xiàn)有驅(qū)動系統(tǒng)的機(jī)械特性曲線，確定堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩TST1、額定電流nN1和堵轉(zhuǎn)電流IST1；其次確定需要改進(jìn)的機(jī)械特性曲線及參數(shù)TST2、nN2和IST2，即TST2＝TST1、nN2＝nN1、IST2＝0.9IST1；第三、根據(jù)公式計(jì)算線圈匝數(shù)改變數(shù)量，Wφ2=10.9.Wφ1=1.11Wφ1]]>，即線圈匝數(shù)增加11％。
同時注意，由于電動機(jī)的線槽已確定，增加線圈匝數(shù)時，入需減少線徑，由于公式推導(dǎo)中假設(shè)了線徑不變，因此會對特性曲線產(chǎn)生影響。
第四、根據(jù)設(shè)計(jì)好的匝數(shù)改變系數(shù)，確定磁場需改變的比例，φδ2＝0.9φδ1。
最后，制作樣機(jī)，同時對設(shè)計(jì)的驅(qū)動系統(tǒng)的機(jī)械特性曲線進(jìn)行測試，如果符合設(shè)計(jì)要求，就完成了設(shè)計(jì)，否則重新回到第三步進(jìn)行修正，直到符合要求為止。
實(shí)施例2對電動車用直流無刷電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，在保持起動轉(zhuǎn)矩不變的情況下，起動電流減少20％，即K＝0.8。
首先是測定現(xiàn)有驅(qū)動系統(tǒng)的機(jī)械特性曲線，確定堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩TST1、額定電流nN1和堵轉(zhuǎn)電流IST1；其次確定需要改進(jìn)的機(jī)械特性曲線及參數(shù)TST2、nN2和IST2，即TST2＝TST1、nN2＝nN1、IST2＝0.8IST1；第三、根據(jù)公式計(jì)算線圈匝數(shù)改變數(shù)量，Wφ2=10.8.Wφ1=1.25Wφ1]]>即線圈匝數(shù)增加10％。
同時注意，由于電動機(jī)的線槽已確定，增加線圈匝數(shù)時，入需減少線徑，由于公式推導(dǎo)中假設(shè)了線徑不變，因此會對特性曲線產(chǎn)生影響。
第四、根據(jù)設(shè)計(jì)好的匝數(shù)改變系數(shù)，確定磁場需改變的比例，φδ2＝0.8φδ1。
第五、制作樣機(jī)，同時對設(shè)計(jì)的驅(qū)動系統(tǒng)的機(jī)械特性曲線進(jìn)行測試，如果符合設(shè)計(jì)要求，就完成了設(shè)計(jì)，否則重新回到第三步進(jìn)行修正，直到符合要求為止。
實(shí)施例3對電動車用直流無刷電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，在保持起動轉(zhuǎn)矩不變的情況下，起動電流減少30％，即K＝0.7。
首先是測定現(xiàn)有驅(qū)動系統(tǒng)的機(jī)械特性曲線，確定堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩TST1、額定電流nN1和堵轉(zhuǎn)電流IST1；其次確定需要改進(jìn)的機(jī)械特性曲線及參數(shù)TST2、nN2和IST2，即TST2＝TST1、nN2＝nN1、IST2＝0.7IST1；第三、根據(jù)公式計(jì)算線圈匝數(shù)改變數(shù)量，Wφ2=10.7.Wφ1=1.42Wφ1,]]>即線圈匝數(shù)增加42％。
同時注意，由于電動機(jī)的線槽已確定，增加線圈匝數(shù)時，入需減少線徑，由于公式推導(dǎo)中假設(shè)了線徑不變，因此會對特性曲線產(chǎn)生影響。
第四、根據(jù)設(shè)計(jì)好的匝數(shù)改變系數(shù)，確定磁場需改變的比例，φδ2＝0.7φδ1。
第五、制作樣機(jī)，同時對設(shè)計(jì)的驅(qū)動系統(tǒng)的機(jī)械特性曲線進(jìn)行測試，如果符合設(shè)計(jì)要求，就完成了設(shè)計(jì)，否則重新回到第三步進(jìn)行修正，直到符合要求為止。
權(quán)利要求
1.一種電動車無刷電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)在低速段時，通過增加電機(jī)的繞組匝數(shù)，以較小的電流產(chǎn)生大的轉(zhuǎn)矩；在高速段時，通過減弱磁場強(qiáng)度來提高因繞組匝數(shù)增加而帶來的速度的降低，保持現(xiàn)有額定工作點(diǎn)不變；所述系統(tǒng)采用以下方式設(shè)計(jì)電機(jī)的繞組匝數(shù)和磁場強(qiáng)度的改變值(1)測定現(xiàn)有直流無刷電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的機(jī)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(shù)包括堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩TST1、額定轉(zhuǎn)速nN1和堵轉(zhuǎn)電流IST1；(2)根據(jù)在減小堵轉(zhuǎn)電流IST的同時，即IST2＝KIST1，保持機(jī)械特性曲線特性參數(shù)TST2＝TST1，nN2＝nN1的負(fù)載要求，確定新直流無刷電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的特性曲線；(3)根據(jù)以下公式計(jì)算電機(jī)繞組匝數(shù)的改變系數(shù)，確定低速段部分的特性曲線參數(shù)；電機(jī)繞組匝數(shù)的改變系數(shù)＝1/K具體計(jì)算方法如下公式中每個參數(shù)的含義TST堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩nN額定轉(zhuǎn)速 IST堵轉(zhuǎn)電流Te電磁轉(zhuǎn)矩 p電機(jī)的極對數(shù) Ce電機(jī)的電磁常數(shù)αi計(jì)算極弧系數(shù) φδ每極磁通量 US電源電壓UT開關(guān)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(lián)匝數(shù) K電流減少系數(shù)下標(biāo)1-現(xiàn)有系統(tǒng)參數(shù)2-新系統(tǒng)參數(shù)設(shè)IST2＝KIST1，K設(shè)定為0.7～0.9；TST2＝TST1即4p2Wφ2παi2·φδ2·IST2=4p1Wφ1παi1·φδ1·IST1]]>∵不改變電機(jī)磁場設(shè)計(jì)∴p2＝p1αi2＝αi1φδ2＝φδ1∴Wφ2=Wφ1·IST1IST2=Wφ1·1K]]>即新系統(tǒng)電機(jī)匝數(shù)是現(xiàn)有系統(tǒng)電機(jī)匝數(shù)1/K倍，電機(jī)匝數(shù)的改變系數(shù)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(shè)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(tǒng)的轉(zhuǎn)速是現(xiàn)有系統(tǒng)的K倍；(4)根據(jù)步驟(3)得到繞組匝數(shù)的改變系數(shù)，確定高速段部分的特性曲線參數(shù)；具體計(jì)算方法如下設(shè)nN2＝nN1∵nN2=US-2UT-2r2Ia22p2Wφ215αi2·φδ2]]>nN1=US-2UT-2r1Ia12p1Wφ115αi1·φδ1]]>∴φδ2=Wφ1Wφ2·φδ2=K·φδ1,]]>假設(shè)r1Ia1＝r2Ia2即把磁場強(qiáng)度減弱為現(xiàn)有的K倍，使新系統(tǒng)獲得與現(xiàn)有系統(tǒng)相同的額定工作點(diǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，制作電動車無刷電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的樣機(jī)，按步驟(3)對其機(jī)械特性曲線進(jìn)行測試，直至其低速段和高速段符合要求。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電動車無刷電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)，所述系統(tǒng)在低速段時，通過增加電機(jī)的繞組匝數(shù)，以較小的電流產(chǎn)生大的轉(zhuǎn)矩；在高速段時，通過減弱磁場強(qiáng)度來提高因繞組匝數(shù)增加而帶來的速度的降低，保持現(xiàn)有的額定工作點(diǎn)不變；所述系統(tǒng)采用特定方式設(shè)計(jì)電機(jī)的繞組匝數(shù)和磁場強(qiáng)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(yōu)先權(quán)日2006年8月4日
發(fā)明者陳黎明, 冷明全 申請人:廣州華南智信微系統(tǒng)有限公司