[发明专利]一种轮毂电机及其位置信号处理方法

说明书

本发明公开了一种轮毂电机，包括电机轴、定子、转子及位置检测装置，位置检测装置包括PCB板和磁环，PCB板上设有多个磁感应件，于磁环静止或转动时，磁感应件可感应磁环的磁通变化；转子上设有左端盖和用于安装刹车组件的右端盖，位置检测装置设于右端盖内侧。本发明还公开了一种外置型轮毂电机，转子上设有左端盖和用于安装刹车组件的右端盖，左端盖外侧的电机轴上设有壳体，位置检测装置设于该壳体内。本发明还公开了上述轮毂电机的位置信号处理方法。本发明轮毂电机结构简洁，生产工艺简单可靠，位置反馈避开发热源，抗震可靠，提供机械角度和电气角度输出选择，满足不同控制接口要求，对控制器性能要求低，精确度高。

技术领域

本发明属于电动车领域，尤其是涉及一种应用于电动自行车、电动摩托车以及电动三轮车的轮毂电机及其位置信号处理方法。

背景技术

电动自行车及电动摩托车是目前市场广为普及的轻便绿色交通工具，市场保有量达到上亿辆，且每年有几千万的增量快速发展。随着数量的普及，人们对电动车的性能和功能也提出更高的需求，如出现智能电动车、互联网电动车等概念。电动车控制器控制技术也逐渐从120度方波控制向正弦波矢量控制发展。然而作为电动车核心部件的驱动轮毂电机，仍然多年保持固有的技术状态，鲜有出现创新性的发展，目前市场主流轮毂电机为无刷直流电机，电机磁钢采用满贴模式，电机极对数高。当前轮毂电机的位置反馈均采用三个电气相位相差60度或120度嵌在定子铁芯槽口上的开关霍尔，这种位置反馈存在的主要问题是无法满足控制器矢量控制所需要的精确位置反馈，在电机启动、尤其坡路起步容易后遛和抖动，低速运行效率低，堵转扭矩偏低；另外铁芯槽口上的开关霍尔靠近发热源，特别容易受热及因热受力损坏，目前统计电机退货率有25％是霍尔故障引起。

为不改变现有电机结构和生产工艺，达到提高电机性能和可靠性，需要在电机上安装位置检测装置。同时位置检测装置需要抗震性好，以适应车类运行路况；精度高，以适应轮毂电机高极对数情况下的精确电角度位置反馈；另外，由于目前两轮电动车市场对成本控制特别敏感，现有控制器方案已经非常成熟低廉，因此位置检测装置不仅本身成本要控制，而且需要根据现有控制器的技术方案不作大的变动基础上，可灵活设定输出形式，以降低控制器的角度反馈计算的复杂程度，从而保证控制器的成本不会太多的变化。

中国专利CN 202260955公开了一种轮毂电机，其亦在轮毂电机内部采用一种位置检测装置，其位置检测装置是在磁环的外侧同轴的定子圆周上放置若干段等规格铁氧体，各个铁氧体中间有间隙，用于安装磁感应元件。这种磁场的积分结构，磁感应元件很容易受到外部磁场的干扰，导致信号输出的不稳定，甚至导致输出角度的错误，若外部增加磁场屏蔽罩，则位置检测装置的结构相应增大很多。另外此结构不够灵活，尤其针对外转子的轮毂电机，磁环安装在旋转的端盖上，必须磁环内侧定位，需要改变端盖结构和另外增加机械连接部件；同时磁敏感元件需要在磁环的外侧，体积特别大，抗震性不好，成本高。另外该专利采用的是控制器电机一体结构设计，电机需要重新设计，不能改变目前市场普遍采用的电机方案和生产工艺；一体设计结构大大增加电机生产复杂程度，无法满足批量化生产，同时维护成本高。该专利位置检测装置的磁敏感元件输出模拟信号直接到控制器，对控制器CPU的信号处理复杂程度提高很多，增加控制器成本；因此无法进行大规模生产和推广。

对于电机控制，精确的角度反馈是提高电机性能的关键因素之一，尤其矢量控制中的电角度需要准确的反映当前电机磁链所在的位置。如矢量控制模型中3/2变换：

根据三相反馈电流计算d/q轴反馈电流大小,θ_k为电角度。θ_k越准确，I_d和I_q越反映实际运行状态，电流PI调节控制越精确，电机电流波动越小，尤其在低速大电流情况下越明显。反映到电动车骑行感觉上越平稳舒适。