CN201296185Y - 电动助力自行车的助力马达控制装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种电动助力自行车的助力马达控制装置，包括：脚踏传感单元、主控板单元、PWM波形转换单元、功率场效应管；脚踏传感单元输出连接主控板单元的脚踏信号输入端，主控板PWM输出端连接PWM波形转换单元输入端，PWM波形转换单元输出端连接功率场效应管栅极，功率场效应管源极连接电池组正极，功率场效应管漏极连接助力马达正压输入端，助力马达负压输入端连接电池组负极。本实用新型优点在于：能按照需要输出不同功率，节省电池消耗的电量；马达根据脚踏板启动和关闭，利于道路交通安全；反带发电功能，既能利用动能向电池充电，又能减缓下滑的车速，提高安全；还可以将本电动助力自行车作为一种健身器材，用于锻炼身体。

Description

电动助力自行车的助力马达控制装置
技术领域
本实用新型涉及一种马达控制装置，特别涉及一种电动助力自行车的助力马达控制装置。
背景技术
在现有技术中，电动车通常使用旋转式把手来控制车速，属于纯电动车工作模式，此种模式与脚踏转动无关；另一种根据骑车人施加给脚踏板上的压力到一定程度时，才提供动力的助力车工作模式。
在现有的技术和产品中，没有采用传感器辨别脚踏旋转方向，并根据脚踏转速控制马达转速的电动助力自行车。
在现有产品中，电动车使用旋转式把手来控制车速和马达动力，没有根据负载或阻力大小(例如爬坡时)自动调整马达输出动力的控制方式；
在现有产品中，电动助力自行车没有利用下坡、滑行或人力骑行，带动马达旋转发电的控制方式。
实用新型内容
本实用新型目的在于提供一种根据脚踏转速控制助力马达输出功率，同时根据负载大小或路况自动调节助力马达输出功率的控制装置。
本实用新型目的可以通过以下方案实现：一种电动助力自行车的助力马达控制装置，包括脚踏传感单元，用于采集脚踏板转向转速信号；主控板单元，用于控制全电路的信号调度；PWM波形转换单元，用于将主控板发出的脉宽调制信号转换成控制电信号；功率场效应管，用于控制助力马达功率；脚踏传感单元的输出连接主控板单元的脚踏信号输入端，主控板PWM输出端连接PWM波形转换单元输入端，PWM波形转换单元输出端连接功率场效应管栅极，功率场效应管源极连接电池组正极，功率场效应管漏极连接助力马达正压输入端，助力马达负压输入端连接电池组负极。
所述的脚踏传感单元包括：脚踏传感器和传感信号放大及单向判断电路，所述的脚踏传感器的脚踏信号通过传感信号放大及单向判断电路输入到主控板单元。
本实用新型还可以做以下改进：
还包括继电器及其控制电路，用于在非工作状态时完全断开主电路电源；所述继电器的开关触点连接在功率场效应管和电池组正极间，继电器控制电路连接主控板单元的继电器控制信号输出端，实现主控板单元对继电器的控制。
还包括：电流检测电路，用于在大电流高功率情况下实现电流优先控制模式；电流信号转换电路，用于根据负载大小或路况自动调节助力马达输出功率；电流检测电路串接在马达负压输入端和电池组负极之间，电流检测电路的电流检测信号输出端经电流信号转换电路连接主控板电路的电流检测信号输入端。
还包括：稳压电源电路，用于保持主电路的电压稳定；所述的稳压电源电路连接在功率场效应管源极和电池组正极间。
还包括：稳压限流电路、发电开关和发电选择开关；发电选择开关连接主控板的发电信号输入端；稳压限流电路并联在助力马达两端，充电电压输出端连接电池组两极，发电开关串接在助力马达和稳压充电电路之间；主控板发电信号输出端连接发电开关启动信号输入端。
本实用新型相对现有技术优点在于：
1、本实用新型使用在一种纯助力的电动助力自行车上，在骑车人骑行时仅起辅助推动作用，既能减轻骑车人的体力消耗，又能按照需要输出不同的功率，节省电池消耗的电量。
2、使用本实用新型的电动助力自行车，没有通常电动自行车上的旋转式加速把手，骑车人和骑自行车一样用脚踏板起动，随后电路自动启动助力马达，脚踏板停止后，马达也随后自动停止。因此大大方便骑车人的使用，有利于道路交通安全，也节省了电池电能。
3、在车辆下坡时(尤其是下较长和较陡的坡道)，使用本实用新型的反带发电功能，既能利用动能向电池充电，节约了能源，又能同时减缓下滑的车速，提高了安全因素。
4、使用本实用新型的反带发电功能，还可以将本电动助力自行车作为一种健身器材，用于锻炼身体。
附图说明
图1是本实用新型的电路原理图；
图2是本实用新型的电路图。
具体实施方式
如图1所示，24V电池组依次串联继电器、功率场效应管、助力马达和电流检测电路组成主电路，稳压限流电路并联在助力马达两端，稳压限流电路的充电输出连接电池两端，在稳压限流电路和助力马达的其中一路设有发电开关，开关信号由主控板单元提供。脚踏传感器通过信号放大电路A连接主控板单元的脚踏信号输入端；发电选择开关连接主控板单元的发电信号输入端；电流检测电路的电流信号经过电流信号转换电路D输入到主控板单元的电流信号输入端；主控板单元通过继电器控制电路E控制主电路上继电器工作；主控板PWM输出端连接PWM波形转换单元B的输入端，PWM波形转换单元B输出端经过功率管开关单元C连接功率场效应管栅极。主电路上还设有稳压电源电路。稳压限流电路和发电开关组成充电电路F。
如图2所示，主控板单元采用Mega48型芯片。
传感信号放大及单向判断电路A采用8550型或9015型的三极管，将两个霍尔信号放大滤波后，对其中一个霍尔通道加入延时元件，实现脚踏方向判断，同时判断后的信号输入到主控板单元，由程序计算脚踏速度并转化为锯齿波形信号输出到PWM波形转换单元。
PWM波形转换单元B采用LM393型或LM339型或LM324型或LM358型的集成电路，把主控板单元输出的锯齿波形信号转换成不同占空比的脉冲信号，即PWM信号。
功率管开关电路C采用SS8050—SS8550型的三极管对管电路，根据PWM信号控制功率场效应管的导通时间。
电流检测电路和电流信号转换电路D采用LM393型或LM339型或LM324型或LM358型的集成电路，把由康铜丝电阻采样的电流信号放大后，传送给主控板单元，主控板单元的程序把检测值和预设值比较，当检测值大于预设值时，启动电流控制模式，负载电流越大，电路会提供更大的电能给马达工作，使马达输出更大的功率。
继电器由主控板电路E，用于在非工作状态时完全断开主电路电源，确保行车安全。并且在非发电模式下，每当马达停止工作时，可减轻助力自行车滑行的阻力，同时减轻倒车时的机械阻力。
充电电路F，在发电模式下，主控板单元关闭三极管Q17、Q18，三极管Q19导通，当电池未充满电时，继电器保持吸合，使马达发出的电能向电池充电；当电池充满电后，继电器断开，随后功率场效应管Q20导通，马达发出的电能经由功率电阻R68消耗。
本实用新型的工作原理是：在脚踏中轴上安装一个永久磁铁，在动力箱壳体的侧面与永久磁铁相对应的位置上安装两个传感器，用于感应脚踏的方向和转速，当脚踏旋转达到预设的圈数时，马达启动，初始起步时，由电路控制马达只输出设定的部分功率；
当骑车人踩脚踏的转速加快时，传感器感应脚踏加快转速的信号，并输入到主控板电路，主控板电路根据转速信号改变用于调整功率场效应管导通量的脉宽调制信号(PWM)，脉宽调制信号(PWM)决定马达的工作电能供给，从而加大马达的输出功率；
当助力自行车在爬坡时，需要马达输出较大的功率提供助力，本实用新型设计上采用了一种电流优先控制模式：在控制电路中加入电流感应电路，当电流超过预设值，而脚踏的转速又低于预设的比较值时，控制电路会自动转换成电流优先控制模式，这种模式下，马达的电流越大，电路会自动调整脉宽调制信号(PWM)，供给更多的电能供马达输出更大的功率。
发电模式：车上设有一个发电控制开关，当骑车人开启发控制电开关，传动箱内的反带装置咬合，这时后轮的向前转动会通过反带装置带动马达旋转，使马达发电，控制电路经过整流和稳压后，向电池充电。当电池充满电后，为保持马达的阻力，用于刹车制动和健身时附加阻力，电路自动切换，继电器断开，随后功率场效应管Q20导通，马达发出的电能经由功率电阻R68消耗。

Claims (6)

1、一种电动助力自行车的助力马达控制装置，其特征在于，包括：脚踏传感单元，用于采集脚踏板转向转速信号；主控板单元，用于控制全电路的信号调度；PWM波形转换单元，用于将主控板发出的脉宽调制信号转换成控制电信号；功率场效应管，用于控制助力马达功率；脚踏传感单元的输出连接主控板单元的脚踏信号输入端，主控板PWM输出端连接PWM波形转换单元输入端，PWM波形转换单元输出端连接功率场效应管栅极，功率场效应管源极连接电池组正极，功率场效应管漏极连接助力马达正压输入端，助力马达负压输入端连接电池组负极。
2、根据权利要求1所述的一种电动助力自行车的助力马达控制装置，其特征在于，所述的脚踏传感单元包括：脚踏传感器和传感信号放大及单向判断电路，所述的脚踏传感器的脚踏信号通过传感信号放大及单向判断电路输入到主控板单元。
3、根据权利要求1所述的一种电动助力自行车的助力马达控制装置，其特征在于，还包括：继电器及其控制电路，用于在非工作状态时完全断开主电路电源；所述继电器的开关触点连接在功率场效应管和电池组正极间，继电器控制电路连接主控板单元的继电器控制信号输出端，实现主控板单元对继电器的控制。
4、根据权利要求1所述的一种电动助力自行车的助力马达控制装置，其特征在于，还包括：电流检测电路，用于在大电流高功率情况下实现电流优先控制模式；电流信号转换电路，用于根据负载大小或路况自动调节助力马达输出功率；电流检测电路串接在马达负压输入端和电池组负极之间，电流检测电路的电流检测信号输出端经电流信号转换电路连接主控板电路的电流检测信号输入端。
5、根据权利要求1所述的一种电动助力自行车的助力马达控制装置，其特征在于，还包括：稳压限流电路、发电开关和发电选择开关；发电选择开关连接主控板的发电信号输入端；稳压限流电路并联在助力马达两端，充电电压输出端连接电池组两极，发电开关串接在助力马达和稳压充电电路之间；主控板发电信号输出端连接发电开关启动信号输入端。
6、根据权利要求1所述的一种电动助力自行车的助力马达控制装置，其特征在于，还包括：稳压电源电路，用于保持主电路的电压稳定；所述的稳压电源电路连接在功率场效应管源极和电池组正极间。
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