CN111301175A - 具有主控模块的再生制动能量回馈系统 - Google Patents

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严彬
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Abstract

本发明公开了一种具有主控模块的再生制动能量回馈系统，主要透过输入单元、主动模块、无刷直流马达、蓄电池组、电能动能转换电路之间的相互搭配，令所述无刷直流马达速度过快时，可将超出的速度转换成电能进行储存，以以延长电动脚踏车电力的持续力。同时可透过所述输入单元进行速度设定，以供所述主控模块控制所述无刷直流马达之马达电压，以达到速度设定的目的。

Description

具有主控模块的再生制动能量回馈系统
技术领域
本发明涉及再生制动能量回馈技术领域，特别涉及具有主控模块的再生制动能量回馈系统。
背景技术
当前，为让脚踏车在骑乘时可以更加省力，开始有人透过在脚踏车装设动力马达(就是俗称的电动脚踏车)，透过动力马达带动车轮转动，让骑乘脚踏车的人可以感觉到省力，尤其对于骑乘上坡阶段时，省力效果更加显着。
但是，一般的电动脚踏车不具有速度调整的功能，除此之外，当车速过高时也不具再生制动能量回馈的功能，造成这种电动脚踏车在骑乘的时候相当耗费电能，也因此，为维护环保、降低能源消耗，本创作者认为，应该针对一般电动脚踏车设计一种再生制动能量回馈的系统，以克服前面所说不足的问题。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种具有主控模块的再生制动能量回馈系统，用于马达减速时将动能转换成电能进行储存。
本发明的技术方案如下：输入单元、主动模块、无刷直流马达、蓄电池组、电能动能转换电路；所述电能动能转换电路电性连接所述无刷直流马达及所述蓄电池组，所述主动模块电性连接所述电能动能转换电路；所述输入单元可供输入速度默认值；所述主动模块可供根据所述速度默认值输出第一方波控制信号至所述电能动能转换电路，以供所述电能动能转换电路根据公式V0＝D＊Vi，控制所述蓄电池组输入至所述无刷直流马达之马达电压，其中V0为马达电压、D为方波责任周期、Vi为蓄电池组电压；当所述无刷直流马达的速度超过所述速度默认值时，所述主动模块可供输出第二方波控制信号至所述电能动能转换电路，以供所述电能动能转换电路根据公式
Figure BDA0002413582320000021
控制所述无刷直流马达将动能转为电能储存至所述蓄电池组。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、再生制动功能：
当车速超过默认值时，所述主控模块会控制所述电能动能转换电路根据公式
Figure BDA0002413582320000022
控制所述无刷直流马达将动能转为电能储存至所述蓄电池组。如此一来可避免能源的浪费，以延长电动脚踏车电力的持续力。
2、速度设定功能：
透过所述输入单元输入所述速度默认值，由于电动脚踏车的速度与马达电压相关联，所述主动模块便会根据所述速度默认值，控制所述电能动能转换电路根据公式V0＝D＊Vi，控制所述蓄电池组输入至所述无刷直流马达之马达电压，以达到速度设定的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本创作调速单元电路示意图
图2为本创作再生制动单元电路示意图
图3为本创作电能动能转换电路示意图
图4为本创作各组件链接示意图
图中数字表示：
1 输入单元 2 主动模块
3 无刷直流马达 4 蓄电池组
5 电能动能转换电路 51 调速单元
511 第一二极管 512 第一电容
513 第一电感 514 第一MOSFET
52 再生制动单元 521 第二二极管
522 第二电容 523 第二电感
524 第二MOSFET 531 第三电容
532 第三MOSFET 533 第四MOSFET
534 第四电容 535 第三电感
6 剎车侦测器 7 电子水平仪
8 显示器
具体实施方式
下面结合图1和实施例对本发明进一步说明。
实施例1
本发明是关于一种具有主控模块的再生制动能量回馈系统，其特征在于，包括：输入单元1、主动模块2、无刷直流马达3、蓄电池组4、电能动能转换电路5；所述电能动能转换电路5电性连接所述无刷直流马达3及所述蓄电池组4，所述主动模块2电性连接所述电能动能转换电路5；所述无刷直流马达3动力连接脚踏车的车轮轴；所述输入单元1可供输入速度默认值；由于所述无刷直流马达3的速度与其端电压息息相关，故，所述主动模块2可供根据所述速度默认值输出第一方波控制信号至所述电能动能转换电路5，以供所述电能动能转换电路5根据公式V0＝D＊Vi，控制所述蓄电池组4输入马达电压至所述无刷直流马达3；其中V0为马达电压、D为方波责任周期、Vi为蓄电池组电压。当所述无刷直流马达3的速度超过所述速度默认值时，所述主动模块2可供输出第二方波控制信号至所述电能动能转换电路5，以供所述电能动能转换电路5根据公式
Figure BDA0002413582320000041
控制所述无刷直流马达3将动能转为电能储存至所述蓄电池组4。
本创作在使用前可先操作所述输入单元1以进行速度的设定，当骑乘脚踏车时，所述主动模块2会根据所述速度默认值来控制所述电能动能转换电路5进行速度调控模式，以根据公式V0＝D＊Vi来控制输入至所述无刷直流马达3的马达电压，如此一来可达到速度控制的效果。当脚踏车因下坡或者踩踏速度加快，造成所述无刷直流马达3的速度超过所述速度默认值时，此时，所述主动模块2会控制所述电能动能转换电路5进行再生制动模式，而根据公式
Figure BDA0002413582320000042
控制所述无刷直流马达3将动能转为电能储存至所述蓄电池组4，如此一来，所述无刷直流马达3之速度超过所述速度默认值之部分会转换成电能而回存至所述蓄电池组4，以达到再生制动能量回馈之目的。
以下开始依序说明本创作各实施例，首先是实施例1：
请看图1，先介绍所述电能动能转换电路5的调速功能，其特征在于，所述电能动能转换电路5包括调速单元51，所述调速单元51包括第一二极管511、第一电容512、第一电感513及第一MOSFET514，所述蓄电池组4、第一二极管511、第一电容512、及所述无刷直流马达3依序形成并联，所述第一二极管511与所述蓄电池组4之间设有所述第一MOSFET514，所述第一电容512及第一二极管511之间设有所述第一电感513。
当所述电能动能转换电路5进行调速功能时，所述主控模块2会传送所述第一方波控制信号至所述第一MOSFET514，接着控制所述第一方波控制信号的方波责任周期，根据V0＝D＊Vi便可达到调整所述无刷直流马达3的马达电压，进而达到调速的功能。调速的过程中，电流流向依序为：所述蓄电池组4、第一MOSFET514、第一电感513、无刷直流马达3。
实施例2：
请看图2，接下来介绍所述电能动能转换电路5的再生制动功能，其特征在于，所述电能动能转换电路5包括再生制动单元52，所述再生制动单元52包括第二二极管521、第二电容522、第二电感523及第二MOSFET524，所述蓄电池组4、第二电容522、第二MOSFET524、及所述无刷直流马达3依序形成并联，所述第二电容522与所述第二MOSFET524之间设有所述第二二极管521，所述第二MOSFET524与所述无刷直流马达3之间设有所述第二电感523。
当所述电能动能转换电路5执行再生制动功能时，所述主控模块2会传送所述第二方波控制信号至所述第二MOSFET524，接着控制所述第二方波控制信号的方波责任周期，根据
Figure BDA0002413582320000051
便可达到再生制动的功能。在再生制动的过程中，电流流向依序为：所述无刷直流马达3、第二电感523、第二二极管521、所述蓄电池组4。
实施例3：
请看图3，本实施例是结合实施例1及实施例2，将所述再生制动单元52的电路与调速单元51的电路整合成一个电路，其特征在于，所述电能动能转换电路5包括第三电容531、第三MOSFET532、第四MOSFET533、第四电容534、第三电感535，所述蓄电池组4、第三电容531、第三MOSFET532、第四电容534及所述无刷直流马达3依序形成并联，所述第三电容531与第三MOSFET532之间设有所述第四MOSFET533，所述第三MOSFET532及所述第四电容534之间设有所述第三电感535，所述第三MOSFET532可供接收所述第二方波控制信号，所述第四MOSFET533可供接收所述第一方波控制信号。
本实施例再进行调速功能时，这时所述主控模块2透过第一方波控制讯号控制所述第四MOSFET533工作，当进行再生制动功能时，则是透过第二方波控制信号控制所述第三MOSFET532工作。其详细工作方式请看实施例1及实施例2。
实施例4：
执行再生制动的时机不只有实施例2所述的内容，更可以在脚踏车剎车时开始启动再生制动功能，以趁机利用所述无刷直流马达进行发电、充电，其特征在于，所述无刷直流马达3动力连接自行车的轮轴，于自行车的剎车握把设置剎车侦测器6，且所述剎车侦测器6电信号连接所述主控模块2，当按压所述剎车握把时，所述剎车侦测器6会传送剎车侦测讯号至所述主控模块2，主控模块透过所述电能动能转换电路5以供控制所述无刷直流马达3将动能转换为电能储存至所述蓄电池组4。
实施例5：
再来介绍所述第一方波控制信号及第二方波控制信号的切换频率的实施方式，其特征在于，所述主控模块2内具有震荡电阻及震荡电容，所述主控模块根据公式
Figure BDA0002413582320000061
分别控制所述第一方波控制信号及第二方波控制信号的切换频率，其中fosc为切换频率，RT为震荡电阻值，CT为震荡电容值。也因此，所述主控模块2可以很简单的透过改变所述震荡电组值及震荡电容值来达到控制所述接换频率的目的。
实施例6
由于上坡时自行车需要有较大的扭力才有办法持续往上前进，也因此，光靠蓄电池所提供的电力难以达成上述目的，故，本实施例进一步透过超级电容的特性，来提供所述无刷直流马达较强的电力来源，以克服上坡时所面临马力不足的问题。其特征在于，所述蓄电池组包括蓄电池及超级电容；于所述自行车设置电子水平仪7，写所述电子水平仪7信息链接所述主控模块2，当所述电子水平仪7侦测之结果表示自行车的龙头向上倾斜角度超过默认值时，则所述主控模块2控制所述蓄电池停止供电，而所述超级电容供电至所述无刷直流马达3。
实施例7：
蓄电池使用时难免会随使用时间而面临电力不足等问题，也因此，本实施例提供显示蓄电量的功能，来让用户在使用本创作蓄电量不足时可以提早因应。其特征在于，所述主控模块2信号连接显示器8，所述显示器8设置于自行车龙头，所述主控模块2可供侦测所述蓄电池组4的蓄电量，并将蓄电量侦测结果透过所述显示器8显示。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种具有主控模块的再生制动能量回馈系统，其特征在于，包括：输入单元、主动模块、无刷直流马达、蓄电池组、电能动能转换电路；所述电能动能转换电路电性连接所述无刷直流马达及所述蓄电池组，所述主动模块电性连接所述电能动能转换电路；所述输入单元可供输入速度默认值；所述主动模块可供根据所述速度默认值输出第一方波控制信号至所述电能动能转换电路，以供所述电能动能转换电路根据公式V0＝D＊Vi，控制所述蓄电池组输入至所述无刷直流马达之马达电压，其中V0为马达电压、D为方波责任周期、Vi为蓄电池组电压；当所述无刷直流马达的速度超过所述速度默认值时，所述主动模块可供输出第二方波控制信号至所述电能动能转换电路，以供所述电能动能转换电路根据公式
Figure FDA0002413582310000011
控制所述无刷直流马达将动能转为电能储存至所述蓄电池组。
2.根据权利要求1所述的具有主控模块的再生制动能量回馈系统，其特征在于，所述电能动能转换电路包括调速单元，所述调速单元包括第一二极管、第一电容、第一电感及第一MOSFET，所述蓄电池组、第一二极管、第一电容、及所述无刷直流马达依序形成并联，所述第一二极管与所述蓄电池组之间设有所述第一MOSFET，所述第一电容及第一二极管之间设有所述第一电感。
3.根据权利要求1所述的具有主控模块的再生制动能量回馈系统，其特征在于，所述电能动能转换电路包括再生制动单元，所述再生制动单元包括第二二极管、第二电容、第二电感及第二MOSFET，所述蓄电池组、第二电容、第二MOSFET、及所述无刷直流马达依序形成并联，所述第二电容与所述第二MOSFET之间设有所述第二二极管，所述第二MOSFET与所述无刷直流马达之间设有所述第二电感。
4.根据权利要求3所述的具有主控模块的再生制动能量回馈系统，其特征在于，所述电能动能转换电路包括第三电容、第三MOSFET、第四MOSFET、第四电容、第三电感，所述蓄电池组、第三电容、第三MOSFET、第四电容及所述无刷直流马达依序形成并联，所述第三电容与第三MOSFET之间设有所述第四MOSFET，所述第三MOSFET及所述第四电容之间设有所述第三电感，所述第三MOSFET可供接收所述第二方波控制信号，所述第四MOSFET可供接收所述第一方波控制信号。
5.根据权利要求1所述的具有主控模块的再生制动能量回馈系统，其特征在于，所述无刷直流马达动力连接自行车的轮轴，于自行车的剎车握把设置剎车侦测器，且所述剎车侦测器电信号连接所述主控模块，当按压所述剎车握把时，所述剎车侦测器会传送剎车侦测讯号至所述主控模块，主控模块透过所述电能动能转换电路以供控制所述无刷直流马达将动能转换为电能储存至所述蓄电池组。
6.根据权利要求5所述的具有主控模块的再生制动能量回馈系统，其特征在于，所述主控模块内具有震荡电阻及震荡电容，所述主控模块根据公式
Figure FDA0002413582310000021
分别控制所述第一方波控制信号及第二方波控制信号的切换频率，其中fosc为切换频率，RT为震荡电阻值，CT为震荡电容值。
7.根据权利要求1所述的具有主控模块的再生制动能量回馈系统，其特征在于，所述主控模块信号连接显示器，所述显示器设置于自行车龙头，所述主控模块可供侦测所述蓄电池组的蓄电量，并将蓄电量侦测结果透过所述显示器显示。
8.根据权利要求1所述的具有主控模块的再生制动能量回馈系统，其特征在于，所述蓄电池组包括蓄电池及超级电容；于所述自行车设置电子水平仪，所述电子水平仪信息链接所述主控模块，当所述电子水平仪侦测之结果表示自行车的龙头向上倾斜角度超过默认值时，则所述主控模块控制所述蓄电池停止供电，而所述超级电容供电制所述无刷直流马达。
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