CN208073729U - 一种基于开关磁阻电机的汽车电子水泵 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种基于开关磁阻电机的汽车电子水泵，包括：中央处理模块、驱动电路、功率变换电路、驱动电机、电流传感器、位置传感器，驱动电机为开关磁阻电机包括定子和转子，所述定子的绕组的首端与车载电源的正极相连接，所述定子的绕组的末端与功率变换电路的第二输入端相连接，所述转子的中心传动连接叶轮。本实用新型采用开关磁阻电机作为电子泵的驱动电机，简化了汽车电子水泵的结构，有效提高其使用过程中的可靠性。

Description

一种基于开关磁阻电机的汽车电子水泵

技术领域

本实用新型属于汽车零部件技术领域，具体涉及一种基于开关磁阻电机的汽车电子水泵。

背景技术

随着新能源汽车的发展和国家对新能源汽车的扶持力度加大，越来越多的纯电动汽车投入市场，电子功率器件和电动机的散热都需要进行冷却，然而传统的机械水泵并不方便用于纯电动汽车中，所以汽车电子水泵得到了广泛的应用，且具有非常好的市场前景。

授权公告号CN103452858B公开一种汽车电子冷却水泵，包括壳体、电机轴、定子及设于定子中空内腔的转子，定子设于壳体内侧壁，前述电机轴轴向设置于定子的内腔并能转动，该叶轮位于进水端口和出水端口之间的流道中，所述的壳体内设有一能驱动转子转动的控制控制器，所述的转子与叶轮注塑为一体形成一注塑件，该注塑件轴向中空形成与电机轴装配的通孔。该结构的不足之处在于：电子水泵选择永磁电机作为驱动电机，其结构的复杂性势必造成高成本，而且故障率高、使用周期较短。

开关磁阻电机作为一种新型电动机，它的结构比其它任何一种电动机都要简单，具有以下优点：

（1）电机结构简单、适宜在恶劣条件下的可靠运行。开关磁阻电机的转子没有滑环、绕组和永久磁铁等，具有结构简单坚固、可靠性高、成本低，效率高、温升低等诸多优势，适用于各种恶劣、高温甚至强振动环境，非常适合作为驱动电机；

（2）转矩方向与定子的绕组电流方向无关，只需要单向的电流励磁，因此可以减少功率变换器的开关器件数，降低系统成本；

（3）开关磁阻电机驱动系统中的每个开关器件均直接与绕组串联，从根本上避免了直通短路现象，从而简化了控制保护单元的要求，既降低了成本，又具有高的可靠性。从控制结构上看，各相绕组相互独立工作，所以系统可以缺相运行，容错能力强；

（4）可控参数多，调速性能好。开关磁阻电机调速的主要参数有四个:开通角、关断角、相电流幅值和相绕组电压。可控参数多，意味着控制灵活方便。采用不同控制方法和参数值，不仅能使系统工作于最佳状态(如出力最大、效率最高等)，而且使之实现各种不同的功能和特定的特性曲线，如使电机具有完全相同的四象限运行(正转、反转、电动、制动)能力，并具有高起动转矩和串励电动机的负载能力曲线；

（5）在宽广的转速和功率范围内均具有高输出和高效率，适用于频繁起停及正反转运行。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型提出一种基于开关磁阻电机的汽车电子水泵，采用开关磁阻电机作为电子泵的驱动电机，简化了汽车电子水泵的结构，有效提高其使用过程中的可靠性。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种基于开关磁阻电机的汽车电子水泵，所述电子水泵包括：

中央处理模块，所述中央处理模块包括第一输入端、第一输出端、第二输入端、第二输出端和第三输入端，整车控制器ECU的输出端与中央处理模块的第一输入端相连接，所述中央处理模块的第一输出端与整车控制器ECU的输入端相连接；

驱动电路，所述中央处理模块的第二输出端与驱动电路的输入端相连接；

功率变换电路，所述功率变换电路包括输出端、第一输入端和第二输入端，所述驱动电路的输出端与功率变换电路的第一输入端相连接；

驱动电机，所述驱动电机为开关磁阻电机，所述开关磁阻电机包括定子和转子，所述定子的绕组的首端与车载电源的正极相连接，所述定子的绕组的末端与功率变换电路的第二输入端相连接，所述转子的中心传动连接叶轮；

电流传感器，所述电流传感器包括输入端、第一输出端和第二输出端，所述电流传感器的输入端与功率变换电路的输出端相连接，所述电流传感器第一输出端与车载电源的负极相连接，所述电流传感器的第二输出端与中央处理模块的第二输入端相连接；

用于检测开关磁阻电机的转子位置信息的位置传感器，所述位置传感器的输出端与中央处理模块的第三输入端相连接。

进一步的，所述功率变换电路包括多个不对称电桥电路。

进一步的，所述位置传感器由光电编码器构成。

进一步的，所述中央处理模块通过PWM通信总线、LIN通信总线或CAN通信总线与汽车的整车控制器ECU连接。

进一步的，所述开关磁阻电机为定子的绕组三相电机包括A相绕组线圈、B相绕组线圈和C相绕组线圈，所述功率变换电路包括正极直流母线、负极直流母线、电容C1、A相功率变换电路、B相功率变换电路和C相功率变换电路，正极直流母线与车载电源的正极连接，负极直流母线与电流传感器的输入端连接，电容C1为直流母线储能电容，电容C1的正极与正极直流母线连接，电容C1的负极与负极直流母线连接；A相功率变换电路包括开关器件VT1、VT2以及二极管D1、D2，开关器件VT1的漏极与正极直流母线连接，开关器件VT1的源极分别与定子A相绕组线圈的首端、二极管D1的阴极连接，二极管D1的阳极与负极直流母线连接，开关器件VT2的漏极定子分别与A相绕组线圈的末端、二极管D2的阳极连接，二极管D2的阴极与正极直流母线连接；二极管D1和二极管D2在开关器件VT1和开关器件VT2关断期间起续流作用，把A相绕组线圈的电磁能量返回给车载电源；B相功率变换电路包括开关器件VT3、VT4以及二极管D3、D4，开关器件VT3的漏极与正极直流母线连接，开关器件VT3的源极分别与定子B相绕组线圈的首端、二极管D3的阴极连接，二极管D3的阳极与负极直流母线连接，开关器件VT4的漏极定子分别与B相绕组线圈的末端、二极管D4的阳极连接，二极管D4的阴极与正极直流母线连接；二极管D3和二极管D4在开关器件VT3和开关器件VT4关断期间起续流作用，把B相绕组线圈的电磁能量返回给车载电源；C相功率变换电路包括开关器件VT5、VT6以及二极管D5、D6，开关器件VT5的漏极与正极直流母线连接，开关器件VT5的源极分别与定子C相绕组线圈的首端、二极管D5的阴极连接，二极管D5的阳极与负极直流母线连接，开关器件VT6的漏极定子分别与C相绕组线圈的末端、二极管D6的阳极连接，二极管D6的阴极与正极直流母线连接；二极管D5和二极管D6在开关器件VT5和开关器件VT6关断期间起续流作用，把C相绕组线圈的电磁能量返回给车载电源。

进一步的，所述开关器件VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6为N沟道场效应管且栅极与驱动电路连接。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型的工作原理如下：首先，中央处理模块通过通信总线接收整车控制器ECU发出的指令，通过转速闭环控制算法实现对开关磁阻电机的转速控制，同时，中央处理模块把电子水泵的运行状态信息和故障诊断信息反馈给整车控制器ECU；位置传感器检测开关磁阻电机的转子位置信息，传递给中央处理模块，电流传感器检测开关磁阻电机的定子的绕组电流，传递给中央处理模块，中央处理模块通过驱动电路对功率变换电路进行控制，实现对定子电流的换向控制和电流幅值控制，实时改变开关磁阻电机电磁转矩的大小，从而实现了开关磁阻电机转速的调节，进而实现了对电子水泵流量的调节控制。

本实用新型提出的基于开关磁阻电机的电子水泵，电机结构简单、适宜在恶劣条件下的可靠运行，可以保证电子水泵可靠地工作，在宽广的转速和功率范围内均具有高输出和高效率。

附图说明

图1是本实用新型的电路原理框图。

图2是本实用新型功率变换电路的电路图。

图中标号：1-中央处理模块，2 -ECU，3-驱动电路，4-功率变换电路，5-定子，6-转子，7-车载电源，8-叶轮，9-电流传感器，10-位置传感器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述。

如图1和图2所示，本实用新型包括：

中央处理模块1，采用ARM控制器或DSP控制器，例如ST公司的ARM STM32F103作为主控芯片，所述中央处理模块包括第一输入端、第一输出端、第二输入端、第二输出端和第三输入端，整车控制器ECU2的输出端通过CAN通信总线与中央处理模块1的第一输入端相连接，中央处理模块1的第一输出端通过CAN通信总线与整车控制器ECU2的输入端相连接；用于接收位置传感器输出的开关磁阻电机的转子位置信息，实现对开关磁阻电机工作电流的换向控制；接收电流传感器输出的开关磁阻电机的定子的绕组电流信号，实现对定子电流的控制；与汽车的整车控制器ECU连接，实现对开关磁阻电机的转速控制与故障诊断反馈功能；

驱动电路3，用于驱动功率变换电路4，中央处理模块1的第二输出端与驱动电路3的输入端相连接；

功率变换电路4，用于控制开关磁阻电机定子的绕组电流的开通与关断，所述功率变换电路包括输出端、第一输入端和第二输入端，驱动电路3的输出端与功率变换电路4的第一输入端相连接；

驱动电机，驱动电机为开关磁阻电机包括定子5和转子6，定子5的绕组的首端与车载电源7的正极相连接，定子5的绕组的末端与功率变换电路4的第二输入端相连接，转子6的中心传动连接叶轮8；

电流传感器9，采用的型号是霍尔电流传感器ACS712，检测开关磁阻电机的绕组电流的大小，所述电流传感器包括输入端、第一输出端和第二输出端，电流传感器的输入端与功率变换电路3的输出端相连接，电流传感器9第一输出端与车载电源7的负极相连接，电流传感器9的第二输出端与中央处理模块1的第二输入端相连接；

用于检测开关磁阻电机的转子8位置信息的位置传感器10，具体采用的型号是欧姆龙绝对位置光电编码器E6C3-A，位置传感器10的输出端与中央处理模块1的第三输入端相连接。

在本实施例中，开关磁阻电机为6/4极三相电机，定子为三相绕组包括A相绕组线圈L1、B相绕组线圈L2和C相绕组线圈L3，每个绕组2线圈有极，共有3个绕组，转子有4极，如图2所示，功率变换电路包括多个不对称电桥电路，具体包括正极直流母线、负极直流母线、电容C1、A相功率变换电路、B相功率变换电路和C相功率变换电路，不对称电桥中的开关器件由N沟道场效应管构成，正极直流母线与车载电源的正极连接，所述负极直流母线与电流传感器的一端连接，电容C1为直流母线储能电容，电容C1的正极与正极直流母线连接，电容C1的负极与负极直流母线连接；

A相功率变换电路包括开关器件VT1、VT2以及二极管D1、D2，二极管D1和二极管D2在开关器件VT1和开关器件VT2关断期间起续流作用，把A相绕组线圈的电磁能量返回给车载电源；开关器件VT1的漏极与正极直流母线连接，开关器件VT1的源极分别与定子A相绕组线圈的首端、二极管D1的阴极连接，二极管D1的阳极与负极直流母线连接，开关器件VT2的漏极定子分别与A相绕组线圈的末端、二极管D2的阳极连接，二极管D2的阴极与正极直流母线连接；

B相功率变换电路包括开关器件VT3、VT4以及二极管D3、D4，二极管D3和二极管D4在开关器件VT3和开关器件VT4关断期间起续流作用，把B相绕组线圈的电磁能量返回给车载电源；开关器件VT3的漏极与正极直流母线连接，开关器件VT3的源极分别与定子B相绕组线圈的首端、二极管D3的阴极连接，二极管D3的阳极与负极直流母线连接，开关器件VT4的漏极定子分别与B相绕组线圈的末端、二极管D4的阳极连接，二极管D4的阴极与正极直流母线连接；

C相功率变换电路包括开关器件VT5、VT6以及二极管D5、D6，二极管D5和二极管D6在开关器件VT5和开关器件VT6关断期间起续流作用，把C相绕组线圈的电磁能量返回给车载电源；开关器件VT5的漏极与正极直流母线连接，开关器件VT5的源极分别与定子C相绕组线圈的首端、二极管D5的阴极连接，二极管D5的阳极与负极直流母线连接，开关器件VT6的漏极定子分别与C相绕组线圈的末端、二极管D6的阳极连接，二极管D6的阴极与正极直流母线连接；开关器件VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6的栅极与驱动电路连接。

本实用新型提出的基于开关磁阻电机的电子水泵，电机结构简单、适宜在恶劣条件下的可靠运行，可以保证电子水泵可靠地工作，在宽广的转速和功率范围内均具有高输出和高效率。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种基于开关磁阻电机的汽车电子水泵，其特征在于：所述电子水泵包括：

中央处理模块，所述中央处理模块包括第一输入端、第一输出端、第二输入端、第二输出端和第三输入端，整车控制器ECU的输出端与中央处理模块的第一输入端相连接，所述中央处理模块的第一输出端与整车控制器ECU的输入端相连接；

驱动电路，所述中央处理模块的第二输出端与驱动电路的输入端相连接；

功率变换电路，所述功率变换电路包括输出端、第一输入端和第二输入端，所述驱动电路的输出端与功率变换电路的第一输入端相连接；

驱动电机，所述驱动电机为开关磁阻电机，所述开关磁阻电机包括定子和转子，所述定子的绕组的首端与车载电源的正极相连接，所述定子的绕组的末端与功率变换电路的第二输入端相连接，所述转子的中心传动连接叶轮；

电流传感器，所述电流传感器包括输入端、第一输出端和第二输出端，所述电流传感器的输入端与功率变换电路的输出端相连接，所述电流传感器第一输出端与车载电源的负极相连接，所述电流传感器的第二输出端与中央处理模块的第二输入端相连接；

用于检测开关磁阻电机的转子位置信息的位置传感器，所述位置传感器的输出端与中央处理模块的第三输入端相连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于开关磁阻电机的汽车电子水泵，其特征在于：所述功率变换电路包括多个不对称电桥电路。

3.根据权利要求1所述的一种基于开关磁阻电机的汽车电子水泵，其特征在于：所述位置传感器由光电编码器构成。

4.根据权利要求1所述的一种基于开关磁阻电机的汽车电子水泵，其特征在于：所述中央处理模块通过PWM通信总线、LIN通信总线或CAN通信总线与汽车的整车控制器ECU连接。

5.根据权利要求1所述的一种基于开关磁阻电机的汽车电子水泵，其特征在于：所述开关磁阻电机为定子的绕组三相电机包括A相绕组线圈、B相绕组线圈和C相绕组线圈，所述功率变换电路包括正极直流母线、负极直流母线、电容C1、A相功率变换电路、B相功率变换电路和C相功率变换电路，正极直流母线与车载电源的正极连接，负极直流母线与电流传感器的输入端相连接，电容C1为直流母线储能电容，电容C1的正极与正极直流母线连接，电容C1的负极与负极直流母线连接；所述A相功率变换电路包括开关器件VT1、VT2以及二极管D1、D2，开关器件VT1的漏极与正极直流母线连接，开关器件VT1的源极分别与定子A相绕组线圈的首端、二极管D1的阴极连接，二极管D1的阳极与负极直流母线连接，开关器件VT2的漏极定子分别与A相绕组线圈的末端、二极管D2的阳极连接，二极管D2的阴极与正极直流母线连接；所述B相功率变换电路包括开关器件VT3、VT4以及二极管D3、D4，开关器件VT3的漏极与正极直流母线连接，开关器件VT3的源极分别与定子B相绕组线圈的首端、二极管D3的阴极连接，二极管D3的阳极与负极直流母线连接，开关器件VT4的漏极定子分别与B相绕组线圈的末端、二极管D4的阳极连接，二极管D4的阴极与正极直流母线连接；所述C相功率变换电路包括开关器件VT5、VT6以及二极管D5、D6，开关器件VT5的漏极与正极直流母线连接，开关器件VT5的源极分别与定子C相绕组线圈的首端、二极管D5的阴极连接，二极管D5的阳极与负极直流母线连接，开关器件VT6的漏极定子分别与C相绕组线圈的末端、二极管D6的阳极连接，二极管D6的阴极与正极直流母线连接；开关器件VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6的栅极与驱动电路连接。

6.根据权利要求5所述的一种基于开关磁阻电机的汽车电子水泵，其特征在于：所述开关器件VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6为N沟道场效应管。