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一种基于IPM模块的永磁同步电机驱动控制系统

阅读：1019发布：2020-09-18

专利汇可以提供一种基于IPM模块的永磁同步电机驱动控制系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种基于IPM模块的永磁同步电机驱动控制系统，包括微处理器模块，分别与微处理器连接的隔离驱动模块和传感器模块，与隔离驱动模块连接的IPM模块，与传感器模块连接、且与永磁同步电机配合设置的编码器，以及与IPM模块连接的电池组；电池组、IPM模块和永磁同步电机依次连接，传感器模块还与IPM模块和隔离驱动模块连接。本发明所述基于IPM模块的永磁同步电机驱动控制系统，可以克服现有技术中能源利用率低、稳定性差和可靠性低等缺陷，以实现能源利用率高、稳定性好和可靠性高的优点。，下面是一种基于IPM模块的永磁同步电机驱动控制系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种基于IPM模块的永磁同步电机驱动控制系统，其特征在于，包括微处理器模块，分别与所述微处理器模块连接的隔离驱动模块和传感器模块，与所述隔离驱动模块连接的IPM模块，与所述传感器模块连接、且与永磁同步电机配合设置的编码器，以及与所述IPM模块连接的电池组；所述电池组、IPM模块和永磁同步电机依次连接，所述传感器模块还与IPM模块和隔离驱动模块连接；所述隔离驱动模块，主要包括依次配合连接的隔离电路、滤波电路和电源模块；
其中J1是隔离驱动模块的控制输入端子，供电电压为3.3V，WP、UP、VP分别是IPM模块内部IGBT桥中上桥臂三个IGBT元件的控制输入端，WN、UN、VN分别是IPM模块内部IGBT桥中下桥臂三个IGBT元件的控制输入端，各控制输入端均采用高速光耦进行隔离，高速光耦输出端的供电电压两端连接有陶片电容，用于滤除高频干扰；J1的BR引脚是能耗制动的控制输入端，FO引脚是IPM模块的故障输出端；
J2包括IPM模块的控制输入端和IPM内部故障输出端，IPM的内部故障有IPM内部IGBT桥中下桥臂IGBT元件故障FO，和IGBT桥中上桥臂IGBT元件故障WPFO、VPFO、UPFO，这四个故障信号经普通光耦隔离驱动输出后连在一起进行“线与”，与J1的故障输出端子FO连接，四个故障信号中任何一个故障信号有效输出，都将引起J1的FO端子的电平变化；发光二极管D1、D2、D3和D4分别与IPM模块内部IGBT故障信号FO、WPFO、VPFO和UPFO连接，用于实时显示IPM模块内部IGBT故障信号，当出现故障导致故障信号有效时，对应的发光二级管将被点亮；
电源模块由U1，U2，U3和U4四个24V输入、15V输出的DC/DC模块组成，为IPM内部的IGBT驱动电路提供15V的工作电源，其中U1为IPM内部IGBT桥中下桥臂3个IGBT驱动电路提供电源，U2、U3和U4分别为IPM内部IGBT桥中上桥臂3个IGBT驱动电路提供电源，DC/DC模块U2、U3和U4的输出功率相同，功率范围为1.5W-2W；U1的输出功率范围为4.5W-6W。
2.根据权利要求1所述的基于IPM模块的永磁同步电机驱动控制系统，其特征在于，还包括DC/DC模块；所述DC/DC模块，分别与电池组、隔离驱动模块和传感器模块连接。
3.根据权利要求1所述的基于IPM模块的永磁同步电机驱动控制系统，其特征在于，还包括与所述微处理器模块连接的故障报警模块。
4.根据权利要求1所述的基于IPM模块的永磁同步电机驱动控制系统，其特征在于，还包括与所述微处理器模块连接、且能够与CAN总线连接的车载网络接口。
5.根据权利要求4所述的基于IPM模块的永磁同步电机驱动控制系统，其特征在于，所述隔离电路主要包括高速光耦器件。

说明书全文

一种基于IPM模块的永磁同步电机驱动控制系统

技术领域

[0001] 本发明涉及电机控制技术领域，具体地，涉及一种基于IPM模块的永磁同步电机驱动控制系统。

背景技术

[0002] 相对混合动力汽车和燃料电池汽车，纯电动汽车有着无污染、噪声小；结构简单；利用夜间的廉价“谷”电对电池充电，可以平抑电网的峰—谷差等优势，纯电动车是中国新能源汽车未来的发展方向。电机驱动系统是电动汽车的关键组成部分，它的输出特性决定了电动汽车的动力特性，同时，它的效率将直接影响电动汽车效率。

[0003] 目前，国内外电动汽车的驱动电机多采用感应电机和永磁同步电机。相比感应电机，永磁同步电机具有功率密度和转矩密度高、效率高、功率因素高、可靠性高和便于维护等优点，电机永磁化是未来电动汽车驱动电机的发展方向。电机驱动系统作为电动汽车的三大系统之一，是电动汽车控制系统的重要组成部分，永磁同步电机驱动系统是电机驱动控制系统的主要研究方向。

[0004] 在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在能源利用率低、稳定性差和可靠性低等缺陷。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种基于IPM模块的永磁同步电机驱动控制系统，以实现能源利用率高、稳定性好和可靠性高的优点。

[0006] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于IPM模块的永磁同步电机驱动控制系统，包括微处理器模块，分别与所述微处理器模块连接的隔离驱动模块和传感器模块，与所述隔离驱动模块连接的IPM模块，与所述传感器模块连接、且与永磁同步电机配合设置的编码器，以及与所述IPM模块连接的电池组；所述电池组、IPM模块和永磁同步电机依次连接，所述传感器模块还与IPM模块和隔离驱动模块连接。

[0007] 进一步地，以上所述的基于IPM模块的永磁同步电机驱动控制系统，还包括DC/DC模块；所述DC/DC模块，分别与电池组、隔离驱动模块和传感器模块连接。

[0008] 进一步地，以上所述的基于IPM模块的永磁同步电机驱动控制系统，还包括与所述微处理器模块连接的故障报警模块。

[0009] 进一步地，以上所述的基于IPM模块的永磁同步电机驱动控制系统，还包括与所述微处理器模块连接、且能够与CAN总线连接的车载网络接口。

[0010] 进一步地，所述隔离驱动模块，主要包括依次配合连接的隔离电路、滤波电路和电源模块。

[0011] 进一步地，所述隔离电路主要包括高速光耦器件。

[0012] 本发明各实施例的基于IPM模块的永磁同步电机驱动控制系统，由于包括微处理器模块，分别与微处理器连接的隔离驱动模块和传感器模块，与隔离驱动模块连接的IPM模块，与传感器模块连接、且与永磁同步电机配合设置的编码器，以及与IPM模块连接的电池组；电池组、IPM模块和永磁同步电机依次连接，传感器模块还与IPM模块和隔离驱动模块连接；采用永磁同步电机作为驱动电机，可以有效提高电动汽车电机驱动系统的功率密度；从而可以克服现有技术中能源利用率低、稳定性差和可靠性低的缺陷，以实现能源利用率高、稳定性好和可靠性高的优点。

[0013] 本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

[0014] 下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

[0015] 附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

[0016] 图1为本发明基于IPM模块的永磁同步电机驱动控制系统的电路结构框图；

[0017] 图2为本发明基于IPM模块的永磁同步电机驱动控制系统中隔离驱动模块的电路原理图。

具体实施方式

[0018] 以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

[0019] 根据本发明实施例，提供了一种基于IPM模块的永磁同步电机驱动控制系统，如图1和图2所示，具体为一种基于IPM驱动模块的、用于电动汽车的永磁同步电机驱动控制系统。

[0020] 本实施例的基于IPM模块的永磁同步电机驱动控制系统，包括微处理器模块，微处理器模块的模拟量输入通道与传感器模块连接，通过传感器模块采集电池组电压、IPM模块的温度和故障信号、电机工作电压和电流以及电机转速信号等，微处理器模块通过车载网络接口与车载的CAN总线连接，微处理器模块通过数字输出通道连接隔离驱动模块和故障报警模块，隔离驱动模块与IPM模块连接，IPM模块与三相永磁同步电机连接，编码器模块通过联轴器与三相永磁同步电机。

[0021] 具体地，如图1所示，微处理器模块的数字输出端口与隔离驱动模块连接，隔离驱动模块与IPM模块连接，通过控制微处理器模块数字端口的输出信号，驱动IPM模块。

[0022] 微处理器模块的数字输入端口与编码器连接，编码器通过联轴器与永磁同步电机的轴连接，用于实时测量电机转速和位置信息。

[0023] 微处理器模块的模拟量输入端口与传感器模块连接，传感器模块与电池组输出端连接，测量电池组的工作电压和电流，用于监控电池组的工作状态；传感器模块与隔离驱动模块连接，测量IPM模块内部的温度；传感器模块与IPM模块的输出端口连接，测量永磁同步电机的工作电压和工作电流。

[0024] 微处理器模块的数字输出端口与报警模块连接，报警模块用于电机驱动控制系统的运行状态的辅助显示，实时显示电机驱动控制系统运行过程中的故障信息，如IPM温度过高、电池组电压欠压/过压、IPM模块内部故障等。

[0025] 微处理器模块与车载网络接口连接，接入到车载CAN总线网络，通过CAN总线与车载的其它ECU控制器进行通讯，电机驱动控制系统通过CAN总线，接收来自整车控制器的指令信号(如：速度、转矩等)，同时电机驱动控制系统将采集到的环境参数和工作参数，如温度、电机速度、电机工作电压和电流以及故障信息等通过CAN总线发送给车载其它ECU控制器。

[0026] DC/DC模块将电池组的输出电压转换成24V、3.3V和1.9V直流电压输出，其中3.3V和1.9V电压提供给微处理器模块作为工作电压，24V直流电压提供给隔离驱动模块中的电源模块作为输入电压。

[0027] 如图2所示，隔离驱动模块由隔离电路、滤波电路以及电源模块组成，J1是隔离驱动模块的控制输入端子，供电电压为3.3V，WP、UP、VP分别是IPM模块内部IGBT桥中上桥臂三个IGBT元件的控制输入端，WN、UN、VN分别是IPM模块内部IGBT桥中下桥臂三个IGBT元件的控制输入端，各控制输入端均采用高速光耦进行隔离，高速光耦输出端的供电电压两端连接有陶片电容，用于滤除高频干扰；J1的BR引脚是能耗制动的控制输入端，FO引脚是IPM模块的故障输出端。

[0028] J2包括IPM模块的控制输入端和IPM内部故障输出端，IPM的内部故障有IPM内部IGBT桥中下桥臂IGBT元件故障FO，和IGBT桥中上桥臂IGBT元件故障WPFO、VPFO、UPFO，这四个故障信号经普通光耦隔离驱动输出后连在一起进行“线与”，与J1的故障输出端子FO连接，四个故障信号中任何一个故障信号有效输出，都将引起J1的FO端子的电平变化；发光二极管D1、D2、D3和D4分别与IPM模块内部IGBT故障信号FO、WPFO、VPFO和UPFO连接，用于实时显示IPM模块内部IGBT故障信号，当出现故障导致故障信号有效时，对应的发光二级管将被点亮。

[0029] 电源模块由U1，U2，U3和U4四个24V输入、15V输出的DC/DC模块组成，为IPM内部的IGBT驱动电路提供15V的工作电源，其中U1为IPM内部IGBT桥中下桥臂3个IGBT驱动电路提供电源，U2、U3和U4分别为IPM内部IGBT桥中上桥臂3个IGBT驱动电路提供电源，DC/DC模块U2、U3和U4的输出功率相同，功率范围为1.5W-2W；U1的输出功率范围为4.5W-6W。

[0030] 微处理器模块通过传感器模块实时采集永磁同步电机的三相电流，经空间转换和计算，估算出永磁同步电机的定子磁链和电磁转矩；微处理器模块通过传感器模块和编码器实时采集永磁同步电机的转速，经速度调节器和磁链调节器计算，输出作为给定的转矩和磁链，并与前面估算出的定子磁链和电磁转矩进行比较，并判断磁链空间矢量扇区，将比较的结果与磁链空间矢量扇区一起对三维的电压矢量开关表进行查表，获得对应的空间电压矢量，输出PWM信号，经隔离驱动模块后送至IPM模块的控制输入端，从而控制永磁同步电机的运行。

[0031] 综上所述，本发明上述各实施例的基于IPM模块的永磁同步电机驱动控制系统，至少可以达到的有益效果包括：

[0032] ⑴该基于IPM模块的永磁同步电机驱动控制系统，采用永磁同步电机作为驱动电机，可以有效的提高电动汽车电机驱动系统的功率密度，从而提高有效的提高能源利用率；

[0033] ⑵由于IPM模块具有完善地的保护措施，采用IPM模块作为永磁同步电机的驱动器，可以提高永磁同步电机驱动控制系统的可靠性；

[0034] ⑶采用4路独立的15V直流电源给IPM模块的控制端供电，从而有效避免电源之间影响的干扰，提高系统的稳定性，隔离驱动模块电路原理图如图2所示，对IPM内部IGBT的驱动控制信号采用高速光耦全隔离方式，对IPM故障信号采用普通光耦隔离，可以提高IPM驱动模块的可靠性。

[0035] 最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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