[发明专利]轮毂电机及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种轮毂电机及其控制方法，尤其是一种应用于电动自行车上的带有位置检测装置的轮毂电机及其控制方法。

背景技术

随着经济发展和人民生活水平的提高，城市交通中电动助力车、电动自行车、电动摩托车、小型电动车、电动轿车、电动大巴等电动车辆逐渐兴起。作为新一代电动汽车的电动轮汽车，需要对关键部件轮毂电机加以改进，以便改进性能并降低成本。

车用驱动电动机的运行特点是，电机由蓄电池供电，力求使有限的能量能够行驶最长的里程，这是与驱动电机性能紧密相关的。因此电机的启动转矩、电机的过载能力、电机的运行效率、电机的重量和体积是对车用电机综合评价的主要指标，也将影响到电动车的技术性能及其技术指标。

现有的轮毂电机通常为有刷直流电机和无刷直流电机，它们存在同等重量、同等转速情况下功率小、启动转矩小、过载能力小、转矩波动大、电流大、特性软及能耗高等缺点。

永磁电动机，特别是稀土永磁电动机虽然具有结构简单，运行可靠；体积小，质量轻；损耗小，效率高；电机的形状和尺寸可以灵活多样等显著优点，但却一直没有得到广泛的应用。

申请号为03103047.5的文献中公开了一种永磁同步轮毂电机，其采用一体化设计，在一定程度上减少了转矩脉动，然而其采用无位置传感器，且只是采用了分数槽绕组，而未对极弧系数做出要求。无位置传感器的一个缺点就是在低速时反电势的信号小，通常不足以达到控制的要求。因此，该方案在低速时的控制性能不理想，转矩脉动比较大，从而造成电机发热、噪声及耐用性下降等不良影响。

为了在低速时也能精确控制电机的运转，需要在轮毂电机中使用位置检测装置。光电式位置检测装置因为以玻璃为主要材质，抗震动和冲击能力不强，故不适用于做轮毂电机的位置检测装置；磁电式位置检测装置可以克服光电式位置检测装置的不足，然而传统磁电式位置检测装置测量精度比较低，且只能实现增量输出。

申请号为2004100190.7的文献中公开了一种磁电式位置检测装置，其实现了绝对式位置检测。其中，磁感应传感器采用表面贴的方式，即在圆环形定子内侧壁布置磁感应传感器，进行旋转磁场的感应，然后根据传感器电压值求出旋转角度值。然而所述磁电式位置检测装置在物理结构上具有以下缺点：定子内侧一般呈圆弧形且光滑，传感器不易安装固定，容易引起定位误差，进而引起信号的相位偏差，使得信号中高次谐波分量大；加工制造工艺复杂，不利于产业化；可靠性低，传感器均布于内侧壁，传感器的支持基体必须为柔性体，如：FPC等，但其抗拉强度不高，容易破裂，增加了加工难度，影响产品的寿命；同时，传感器感应的磁场泄露大，磁场不能得到充分应用，使得信号中噪声大，影响测量精度；产品的整体结构要求传感器体积要小，使得产品成本比较高。

另外，在公开号为CN2301810Y的现有技术中，电机中的位置传感器采用霍尔效应磁敏传感器，该传感器设于定子铁芯的槽口，安装空间及方式受到很大限制，而霍尔效应磁敏传感器却恰恰需要充分保证其安装稳定性。因此，该电机的位置传感器在电机运行过程中存在较大隐患，目前市场上采用这种位置传感器的电机故障率为25％。同时，该电机控制过程中由三个霍尔传感器检测转子位置并输出信号为互相相差60°的方波，经过译码电路后输出六路与逆变桥六个功率管对应的控制信号。在此过程中位置传感器检测到的并不是电机转子的绝对机械位置；并且输出的控制信号为方波，不能实现对电机的纯正弦电流控制，导致电机运行效率低，电机输出转矩相对小，从而大大影响电机性能。

在公开号为US6201389B1的现有技术中，发明的原理也是磁钢与霍尔磁敏元件之间有相对运动时，霍尔磁敏元件感应磁场变化转化为模拟电压输出，但是该发明中将模拟电压信号直接通过AD转换输入到CPU，此信号处理方式抗干扰能力弱，当外部环境及条件发生变化时可能会对模拟电压信号产生干扰，导致CPU接收到的检测数据不准。

在公开号为WO2008043421A2/WO9506971A1的现有技术中，该发明的结构和安装方式相对复杂，而轮毂电机中位置检测装置的安装空间有限，因此该发明应用到轮毂电机上时其稳定性和可靠性都将受到影响。另外考虑到轮毂电机的大批量生产时，该发明的生产工艺及成本也是个大问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足提供一种轮毂电机，其结构简单、节能、启动特性好、体积小、成本低且效率高。

本发明所要解决的技术问题是通过如下技术方案实现的：