CN201336645Y - 一种超静音电动自行车直流无刷电机控制器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种超静音电动自行车直流无刷电机控制器，其与所述直流无刷电机的三相霍尔传感器连接，所述控制器包括基于调速把手信号、刹车信号及所述三相霍尔传感器的反馈信号产生驱动信号的空间矢量脉冲宽度调制信号发生器、与所述空间矢量脉冲宽度调制信号发生器连接对所述驱动信号进行放大的三相桥式驱动电路、以及与所述三相桥式驱动电路连接由所述放大后的驱动信号控制产生使所述直流无刷电机旋转的三相输出信号的三相逆变桥。本实用新型通过空间矢量脉冲宽度调制方式合成矢量来驱动电动自行车直流无刷电机，极大的降低了电机输出转矩的脉动，从而实现静音启动，平滑的加速和舒适的骑行过程，电机的输出转矩和效率都得到有效提高。
Description
技术领域
本实用新型涉及电动自行车，更具体地说，涉及一种超静音电动自行车直流无刷电机控制器。
背景技术
现有的电动自行车直流无刷控制器都是采用六步换相法来驱动电动自行车直流无刷电机，这种驱动方式逻辑简单且易于实现，主要是根据三相霍尔传感器的反馈信号进行电子换相。如果从矢量的角度看，每转过360度电角度，只能产生六个方向固定的矢量来驱动电机旋转，也就是每60度内产生一个方向固定的矢量，它们作用的结果是产生一个正六边形的旋转磁场。六步换相法特别适合于反电动势波形接近梯形波的直流无刷电机。
但是，由于现在用于电动自行车的直流无刷电机反电动势波形都接近正弦波，以不连续的六边形旋转磁场去驱动作连续圆周运动的电机转子旋转，必定会导致这种直流无刷电机的输出转矩产生脉动，并由此带来一系列问题，主要是启动噪音大，震动导致骑行过程舒适感不佳，以及影响电机输出转矩和运行效率的提高。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述采用六步换相法会导致输出转矩产生脉动而带来一系列问题的缺陷，提供一种超静音电动自行车直流无刷电机控制器。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种超静音电动自行车直流无刷电机控制器，其与所述直流无刷电机的三相霍尔传感器连接，所述控制器包括基于调速把手信号、刹车信号及所述三相霍尔传感器的反馈信号产生驱动信号的空间矢量脉冲宽度调制信号发生器、与所述空间矢量脉冲宽度调制信号发生器连接对所述驱动信号进行放大的三相桥式驱动电路、以及与所述三相桥式驱动电路连接由所述放大后的驱动信号控制产生使所述直流无刷电机旋转的三相输出信号的三相逆变桥。
在本实用新型所述的超静音电动自行车直流无刷电机控制器中，所述空间矢量脉冲宽度调制信号发生器设有调速把手信号、刹车信号及所述三相霍尔传感器的反馈信号的输入接口。
在本实用新型所述的超静音电动自行车直流无刷电机控制器中，所述三相逆变桥包括串联在电源与地之间的金属氧化物半导体场效应管Q1和Q4、Q2和Q5、Q3和Q6，所述金属氧化物半导体场效应管Q1和Q4、Q2和Q5、Q3和Q6的栅极连接所述放大后的驱动信号，所述直流无刷电机的三相输入分别连接在所述金属氧化物半导体场效应管Q1与Q4之间、Q2与Q5之间、Q3与Q6之间。
实施本实用新型的超静音电动自行车直流无刷电机控制器，具有以下有益效果：通过空间矢量脉冲宽度调制方式合成矢量来驱动电动自行车直流无刷电机，极大的降低了电机输出转矩的脉动，从而实现静音启动，平滑的加速和舒适的骑行过程，电机的输出转矩和效率都得到有效提高。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：
图1是本实用新型的超静音电动自行车直流无刷电机控制器的原理图；
图2A-2F分别是空间矢量脉冲宽度调制信号发生器各个角度范围内输出波形的示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
本实用新型在现有控制器的基础上，采用SVPWM(即空间矢量脉冲宽度调制)信号发生器替换六步换相信号发生器，通过合成矢量的方式，来产生任意角度的矢量。相同时间内产生的矢量越多，那么这些矢量在每个360度电角度内构成的多边形边数越多，所产生的旋转磁场就越接近于圆形，以接近连续的圆形旋转磁场来驱动作连续圆周运动的电机转子旋转，可以有效的抑制电机输出转矩的脉动，实现电动自行车启动噪音更低，骑行舒适感更好，电机输出转矩和运行效率更高的目的。
如图1所示，图中示出了本实用新型的超静音电动自行车直流无刷电机控制器1。所示的控制器1与直流无刷电机4的三相霍尔传感器5连接，接收来自三相霍传感器5的反馈信号。根据本实用新型，控制器1包括基于调速把手信号2、刹车信号3及三相霍尔传感器5的反馈信号产生驱动信号的空间矢量脉冲宽度调制信号发生器6、与空间矢量脉冲宽度调制信号发生器6连接对驱动信号进行放大的三相桥式驱动电路7、以及与三相桥式驱动电路7连接由放大后的驱动信号控制产生使直流无刷电机4旋转的三相输出信号的三相逆变桥8。此外，SVPWM信号发生器6设有调速把手信号2、刹车信号3及三相霍尔传感器5的反馈信号的输入接口。
从图1中可以看出，三相逆变桥8包括串联在电源VCC与地GND之间的MOSFET(即金属氧化物半导体场效应管)Q1和Q4、Q2和Q5、Q3和Q6，MOSFET Q1和Q4、Q2和Q5、Q3和Q6的栅极连接所述放大后的驱动信号，直流无刷电机4的三相输入分别连接在所示的MOSFET Q1与Q4之间、Q2与Q5之间、Q3与Q6之间。用于合成矢量的控制信号由SVPWM信号发生器6产生后，经过三相桥式驱动电路7和三相逆变桥8后，输出到电动自行车直流无刷电机，驱动电机运行。
本实用新型的直流无刷电动自行车矢量控制器1由SVPWM信号发生器6以及三相桥式驱动电路7和三相逆变桥8构成。SVPWM信号发生器6根据外部输入的三相霍尔传感器5的反馈信号获得6个离散的电机转子精确角度位置和当前转子的角速度，通过内部运算处理可以获得任意时刻转子所处角度位置为a。同时，SVPWM信号发生器6根据外部输入的调速把手信号2，确定合成矢量的幅值大小Uout。在获得此时电机转子所处的角度位置a和合成矢量的幅值大小Uout后，利用六个基本非零矢量中相邻的两个矢量以及两个零矢量，在一个PWM输出周期的时间Tpwm内，按所需时间依次输出两个相邻矢量Ux、Uy及零矢量U0，就可已通过时间组合的方式，来合成所需要的任意角度的矢量，连续驱动电机旋转。Ux、Uy及Uzero的作用时间分别为Tx、Ty及Tzero。
现以转子旋转到30度位置来说明，此时SVPWM信号发生器6根据接收到的三相霍尔传感器5的反馈信号，计算出所需合成矢量的角度为a＝30度，则两个相邻基本矢量为U0及U60；同时，根据调速把手信号2计算得到需要输出的合成矢量的大小为Uout，然后可以通过下列公式求出U0、U60及Uzero的作用时间分别为T0、T60及Tzero：
T0＝[1/(U0*sin(60))]*Tpwm*Uout*sin(60-a)；
T60＝[1/(U60*sin(60))]*Tpwm*Uout*sin(a)；
Tzero＝Tpwm-t1-t2；
最终，SVPWM信号发生器6的输出波形见图2A，其它角度合成矢量输出波形产生方式可依此类推，分别如图2B至2F所示。
SVPWM信号发生器6输出的控制信号经过三相桥式驱动电路7放大后，直接送往三相逆变桥8，控制MOSFET Q1-Q6的开通和关闭，在受控电机内部合成出所需矢量，然后驱动电机旋转。由于是每个PWM周期合成出一个新的控制矢量，所以产生的旋转磁场更接近圆形，从而实现静音启动以及平滑的加速和舒适的骑行过程，电机的输出转矩和效率都得到有效提高。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡是本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (3)
1、一种超静音电动自行车直流无刷电机控制器，其与所述直流无刷电机(4)的三相霍尔传感器(5)连接，其特征在于，所述控制器(1)包括基于调速把手信号(2)、刹车信号(3)及所述三相霍尔传感器(5)的反馈信号产生驱动信号的空间矢量脉冲宽度调制信号发生器(6)、与所述空间矢量脉冲宽度调制信号发生器(6)连接对所述驱动信号进行放大的三相桥式驱动电路(7)、以及与所述三相桥式驱动电路(7)连接由所述放大后的驱动信号控制产生使所述直流无刷电机(4)旋转的三相输出信号的三相逆变桥(8)。
2、根据权利要求1所述的超静音电动自行车直流无刷电机控制器，其特征在于，所述空间矢量脉冲宽度调制信号发生器(6)设有调速把手信号(2)、刹车信号(3)及所述三相霍尔传感器(5)的反馈信号的输入接口。
3、根据权利要求1所述的超静音电动自行车直流无刷电机控制器，其特征在于，所述三相逆变桥(8)包括串联在电源VCC与地GND之间的金属氧化物半导体场效应管Q1和Q4、Q2和Q5、Q3和Q6，所述金属氧化物半导体场效应管Q1和Q4、Q2和Q5、Q3和Q6的栅极连接所述放大后的驱动信号，所述直流无刷电机(4)的三相输入分别连接在所述金属氧化物半导体场效应管Q1与Q4之间、Q2与Q5之间、Q3与Q6之间。
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2008
- 2008-11-28 CN CNU2008202141273U patent/CN201336645Y/zh not_active Expired - Lifetime
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Granted publication date: 20091028 |
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