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摘要：轮式驱动电动汽车采用多個轮毂电机独立驱动车辆，是未来电动车发展的一个重要的方向；开关磁阻电机不仅结构简单、运行可靠、制造成本低，而且调速范围宽、效率高，将其作为纯电动汽车驱动源具有优越性。本文以三相（16/12）极外转子开关型磁阻电机为基础，设计一种以TI 公司生产的 TMS320F28335 DSP 控制芯片为核心的电动汽车双轮驱动系统。同时基于该控制系统，用实验法优化了前述开关磁阻电机的开通角和关断角，得出相电流与电磁转矩之间的关系，以实现通过分配双电机的相电流达到电机转矩的协调控制，从而实现电子差速的目的。
关键词：电动汽车；16/12开关磁阻电机；TMS320F28335；双轮驱动
0、引言
开关词组电动机驱动系统（SRD）具有电机结构紧凑牢固，适合于高速运行，并且驱动电路简单、成本低、性能可靠，在宽广的转速范围内效率都比较高，而且可以方便地实现四象限控制等特点。这些特点使SRD开关磁阻电机驱动系统适合电动车辆的各种工况下运行，是电动车辆中极具有潜力的机种。
本文以TMS320F28335为控制核心，设计了开关磁阻电机控制系统的各硬件电路，并在此硬件电路基础上的设计了系统的控制软件。
1、SR电机的基本结构和工作原理
本文所采用的SR电机调速系统是三相（16/12）极外转子开关磁阻电机，其中定子有12极，转子有16极，定、转子铁心都是由普通的硅钢片叠压而成。定子凸极安有集中式绕组，转子上无任何绕组和永磁铁，其剖面结构图如图1所示。
开关磁阻电机的工作原理遵循“磁阻最小原理”—— 磁通总是沿磁阻最小的路径闭合，因磁场的扭曲产生径向拉力，SRM的转向与相绕组的电流方向无关，仅取决于相绕组通电的顺序[1-2]。
开关型磁阻电动机调速系统（SRD）主要由SR电动机、功率变换器、控制器、位置检测四大部分组成，如图2所示。
2、驱动系统硬件设计
本文所构造的基于DSP的双轮毂电机的驱动系统总体框图如图3所示。功率电路采用不对称半桥调制方式，各相绕组独立可控。
2.1不对称半桥调制式功率变换器。功率变换器在控制器中的作用有三个，即起开关作用，使绕组与电源接通或断开；为绕组的储能提供回馈的路径；为SRM提供电能量，以满足所需机械能的转换。本设计中功率变换器采用传统的三相不对称半桥线路，其硬件电路如图4所示：
以A相为例，每相有两个主开关管Q2、Q3及续流二极管D6、D7。其中，Q2、Q3两只开关管是同时导通和关断的。当Q2、Q3导通时，D6、D7截止，外加电源Us加至A相绕组两端，产生相电流Is；当Q2、Q3关断时，A相绕组电流不能突变，则D6、D7正向导通，通过D6、D7续流。由于每相中两个开关管与相绕组是串联关系，不存在上下桥臂直通的故障隐患。
2.2SRD系统的位置信号检测。SRD工作在自同步状态，位置闭环正是SRD有别于步进电动机传动系统的重要标志之一。转子位置信号是各相主开关器件正确进行逻辑切换的依据。本设计用SR电机为三相外转子电机，定转子极数比为12/16，当电机正常运转时需要一组三个位置传感器，考虑到冗余性，实际采用两组六个传感器。六个霍尔传感器安装在定子上；该六路传感器输出信号通过屏蔽电缆线与DSP信号板连接，接收信号用光耦与发送信号隔离。
2.3 驱动与保护电路
功率变换器是SRD系统的核心部分，IGBT驱动与保护电路的可靠性至关重要。本设计采用集成芯片HCP316J驱动电路，这种驱动电路可靠性较高，保护功能完善，体积小，用户使用方便，通常由光耦、变压器、光纤将控制电路和功率电路隔离，并带有过流保护功能。
3、结论
通过硬件设计、软件编程及最后的调试运行情况可见，基于DSP的开关磁阻电机调速控制器稳定、可靠，充分发挥了28335片内外设功能，优化了硬件电路，使电动车运行平稳，能较快实现起动、加速、减速和制动过程，在小功率的双轮电动汽车上具有很好的应用前景。
参考文献：
[1]王宏华. 开关型磁阻电机调速系统控制器设计方法[M].北京：机械工业出版社，1995
[2]刘陵顺，高艳丽. TMS320F28335 DSP原理及开发编程[M].北京：北京航空航天大学出版社，2011
关键词：电动汽车；16/12开关磁阻电机；TMS320F28335；双轮驱动
0、引言
开关词组电动机驱动系统（SRD）具有电机结构紧凑牢固，适合于高速运行，并且驱动电路简单、成本低、性能可靠，在宽广的转速范围内效率都比较高，而且可以方便地实现四象限控制等特点。这些特点使SRD开关磁阻电机驱动系统适合电动车辆的各种工况下运行，是电动车辆中极具有潜力的机种。
本文以TMS320F28335为控制核心，设计了开关磁阻电机控制系统的各硬件电路，并在此硬件电路基础上的设计了系统的控制软件。
1、SR电机的基本结构和工作原理
本文所采用的SR电机调速系统是三相（16/12）极外转子开关磁阻电机，其中定子有12极，转子有16极，定、转子铁心都是由普通的硅钢片叠压而成。定子凸极安有集中式绕组，转子上无任何绕组和永磁铁，其剖面结构图如图1所示。
开关磁阻电机的工作原理遵循“磁阻最小原理”—— 磁通总是沿磁阻最小的路径闭合，因磁场的扭曲产生径向拉力，SRM的转向与相绕组的电流方向无关，仅取决于相绕组通电的顺序[1-2]。
开关型磁阻电动机调速系统（SRD）主要由SR电动机、功率变换器、控制器、位置检测四大部分组成，如图2所示。
2、驱动系统硬件设计
本文所构造的基于DSP的双轮毂电机的驱动系统总体框图如图3所示。功率电路采用不对称半桥调制方式，各相绕组独立可控。
2.1不对称半桥调制式功率变换器。功率变换器在控制器中的作用有三个，即起开关作用，使绕组与电源接通或断开；为绕组的储能提供回馈的路径；为SRM提供电能量，以满足所需机械能的转换。本设计中功率变换器采用传统的三相不对称半桥线路，其硬件电路如图4所示：
以A相为例，每相有两个主开关管Q2、Q3及续流二极管D6、D7。其中，Q2、Q3两只开关管是同时导通和关断的。当Q2、Q3导通时，D6、D7截止，外加电源Us加至A相绕组两端，产生相电流Is；当Q2、Q3关断时，A相绕组电流不能突变，则D6、D7正向导通，通过D6、D7续流。由于每相中两个开关管与相绕组是串联关系，不存在上下桥臂直通的故障隐患。
2.2SRD系统的位置信号检测。SRD工作在自同步状态，位置闭环正是SRD有别于步进电动机传动系统的重要标志之一。转子位置信号是各相主开关器件正确进行逻辑切换的依据。本设计用SR电机为三相外转子电机，定转子极数比为12/16，当电机正常运转时需要一组三个位置传感器，考虑到冗余性，实际采用两组六个传感器。六个霍尔传感器安装在定子上；该六路传感器输出信号通过屏蔽电缆线与DSP信号板连接，接收信号用光耦与发送信号隔离。
2.3 驱动与保护电路
功率变换器是SRD系统的核心部分，IGBT驱动与保护电路的可靠性至关重要。本设计采用集成芯片HCP316J驱动电路，这种驱动电路可靠性较高，保护功能完善，体积小，用户使用方便，通常由光耦、变压器、光纤将控制电路和功率电路隔离，并带有过流保护功能。
3、结论
通过硬件设计、软件编程及最后的调试运行情况可见，基于DSP的开关磁阻电机调速控制器稳定、可靠，充分发挥了28335片内外设功能，优化了硬件电路，使电动车运行平稳，能较快实现起动、加速、减速和制动过程，在小功率的双轮电动汽车上具有很好的应用前景。
参考文献：
[1]王宏华. 开关型磁阻电机调速系统控制器设计方法[M].北京：机械工业出版社，1995
[2]刘陵顺，高艳丽. TMS320F28335 DSP原理及开发编程[M].北京：北京航空航天大学出版社，2011