CN203930382U - 一种节能低噪音电动自行车控制装置 - Google Patents

Abstract

一种节能低噪音电动自行车控制装置。本实用新型所提出的一种节能低噪音电动自行车控制装置，包括微控制器、逆变模块、电流信号调理器、线性降压器、霍尔信号输入接口、转把接口、通信接口、电源接口与输出接口所述微控制器、所述逆变模块、所述电流信号调理器、所述线性降压器、所述霍尔信号输入接口、所述转把接口、所述通信接口、所述转换器、所述电源接口与输出接口以电信号方式连接。本实用新型实现了基于180°正弦波FOC控制技术对电动自行车电机的控制，使电动自行车能够提供超强的扭矩；且介于正弦波控制的正交变化和转子位置测控的实现，克服了电机磁场分布不均衡的问题，使电机的力矩大小始终保持平稳，极大程度得降低了电机噪音。

Description

一种节能低噪音电动自行车控制装置

技术领域

本实用新型涉及电气控制技术领域，具体为一种应用于节能低噪音电动自行车及其电机运转的电气控制装置。

背景技术

随着经济及科学技术的发展，电动自行车已成为了普通民众生活中不可或缺的交通工具。电动自行车相关技术发展亦十分迅猛，然而在电动自行车中电动自行车控制器作为一种控制电动自行车电机运转的电气控制装置，其技术发展仍有许多不足之处。现有技术下, 基于各类控制电路实现的电动自行车电机控制方案，主要有如下缺点：电机输出力矩波动较大进而造成了电动自行车电机耗电多，噪音较大，启动性能较差，不能与性能不断改进的电动自行车电机相匹配。

由于传统控制电路技术方案范性较高，不够智能化，对电动自行车的安全性能提升有限，例如由于机械故障、人为原因或电路故障等导致转把不能归零，会造成飞车事故。基于传统控制电路实现的电动自行车电机控制装置，功能单一，无法做到根据客户自身需求设置相关骑行参数，不能实现人机互动。若要实现功能增加，则会导致控制电路设计过于复杂。

发明内容

本实用新型目的在于克服现有技术存在的缺失和不足，提出一种节能低噪音电动自行车控制装置。

本实用新型所提出的一种节能低噪音电动自行车控制装置，包括微控制器、逆变模块、电流信号调理器、线性降压器、霍尔信号输入接口、转把接口、通信接口、转换器、电源接口与输出接口，所述微控制器、所述逆变模块、所述电流信号调理器、所述线性降压器、所述霍尔信号输入接口、所述转把接口、所述通信接口、所述转换器、所述电源接口与输出接口以电信号方式连接。

所述微控制器包括PWM输出端口，ADC0输入端口， ADC1输入端口，电源输入端口，P0数据输入端口，UART端口。

所述微控制器的PWM输出端口与所述逆变模块的输入端口连接，用于直流斩波，并通过所述输出接口与电机连接。

所述电流信号调理器的输出端口与所述微控制器的ADC0输入端口连接，用于实时采集电机运行的电气参数。

所述线性降压器输出端口与微控制器的VCC端口连接，用于给微控制器提供稳定电源。

所述霍尔信号输入接口与所述微控制器的P0数据输入端口连接，用于实时检测电机转子位置并通过微控制器实时计算电机转速，从而实现电机速度闭环控制。

所述转把接口与微控制器的ADC1输入端口连接，用于行车速度控制，当微控制器测得转把输入电压不在预设范围内时，即判断转把或线路故障，将停止控制器输出，防止了飞车事故的发生，有效提高了电动自行车系统的安全性。

所述通信接口通过所述转换器与所述微控制器的UART端口连接，用于电动自行车控制器与显示面板的实时通信，用户通过显示面板给电动自行车控制器设置最高车速和车轮直径等相关参数，同时电动自行车控制器将行车速度、行驶里程、电池电量以及设备诊断等信息传送给显示面板；所述电源接口分别与所述逆变模块的电源输入端口连接，和所述线性降压器电源输入端口连接。

本实用新型的有益效果在于：通过上述技术方案，本实用新型实现了基于180°正弦波FOC控制技术对电动自行车电机的控制，使电动自行车能够提供超强的扭矩；且介于正弦波控制的正交变化和转子位置测控的实现，克服了电机磁场分布不均衡的问题，使电机的力矩大小始终保持平稳，极大程度得降低了电机噪音。

除此之外本实用新型还实现了电机的速度、电流双闭环精确控制，降低了温升，减少了耗电量，有效地改善了电动自行车的启动性能。同时本实用新型作为一种电动自行车电机控制装置可进一步提供故障自检、放飞车功能，提高了电动自行车系统的安全性。通过通信接口的设计，实现电动自行车控制器与显示面板的双向通信，做到了根据客户自身需求设置相关骑行参数，达到了人机互动的技术效果。

附图说明

图1为本实用新型一种电动自行车控制装置结构框图；

图2为本实用新型提出的一种电动自行车控制装置中电流信号调理器原理图；

图3为本实用新型提出的一种电动自行车控制装置中线性降压器原理图。

具体实施方法

以下结合附图和实施例对本实用新型进行进一步描述，在本实用新型的实施例中，本实用新型所提出的一种节能低噪音电动自行车控制器结构（如附图1所示），包括微控制器、逆变模块、电流信号调理器、线性降压器、霍尔信号输入接口、转把接口、通信接口、转换器、电源接口与输出接口，所述微控制器、所述逆变模块、所述电流信号调理器、所述线性降压器、所述霍尔信号输入接口、所述转把接口、所述通信接口、所述转换器、所述电源接口与输出接口以电信号方式连接。

所述微控制器包括PWM（脉宽调制）输出端口，ADC0（模数转换器0）输入端口，的ADC1（模数转换器1）输入端口，电源输入端口，数据输入端口P0[27,28,29]，UART（串口）端口。

所述微控制器的PWM（脉宽调制）输出端口与所述逆变模块的输入端口连接，用于直流斩波，并通过所述输出接口与电机连接；所述电流信号调理器的输出端口与所述微控制器的ADC0（模数转换器0）输入端口连接，用于实时采集电机运行的电气参数。

所述线性降压器输出端口与微控制器的VCC（电源输入）端口连接，用于给微控制器提供稳定电源。

所述霍尔信号输入接口与所述微控制器的P0数据输入端口连接，用于实时检测电机转子位置并通过微控制器实时计算电机转速，从而实现电机速度闭环控制。

所述转把接口与微控制器的ADC1（模数转换器1）输入端口连接，用于行车速度控制，当微控制器1测得转把输入电压不在预设范围内时，即判断转把或线路故障，将停止控制器输出，防止了飞车事故的发生，有效提高了电动自行车系统的安全性。

所述通信接口通过所述转换器与所述微控制器的UART（串口）端口连接，用于电动自行车控制器与显示面板的实时通信，用户通过显示面板给电动自行车控制器设置最高车速和车轮直径等相关参数，同时电动自行车控制器将行车速度、行驶里程、电池电量以及设备诊断等信息传送给显示面板。

所述电源接口分别与所述逆变模块的电源输入端口连接，和所述线性降压器电源输入端口连接。

在本实用新型的此项具体实施例中所述微控制器为R7F0C009微控制器，它是RENESAS公司生产的一种专供控制电机的16位微控制器，内有高速晶振电路，多路PWM输出，多路高速10位AD转换器以及多路16位定时器器。

所述逆变模块包括MOS管STB75NF75，它是ST公司生产的N沟道耗尽型电力场效应晶体管，适用于高频斩波电路，其最高漏源电压75V，最高漏极电流75A，最大功率300W。

在本实用新型的此项具体实施例中，电流信号调理器（如附图2所示），由运算放大器LM358、第43电阻R43、第45电阻R45、第61电阻R61、第82电阻R82和第26电容C26组成，其中第45电阻R45与第26电容C26的一端连接到逆变模块的电流信号输出引脚，第26电容C26的另一端接地，第45电阻R45另一端与第82电阻R82的一端连接到运算放大器LM358的IN+引脚，第82电阻R82的另一端接线性压降器的+5V输出端口，第43电阻R43与第61电阻R61的一端连接到运算放大器LM358的IN-引脚，第43电阻R43另一端接地，第61电阻R61另一端接运算放大器LM358的OUT1引脚。

在本实用新型的此项具体实施例中，线性降压器（如附图3所示），由集成三端稳压块LM317、稳压芯片L7805、稳压芯片LM1117、第1电阻R1、第5电阻R5、第7电阻R7、第4电容C4、第6电容C6、第7电容C7、第8电容C8和第9电容C9，第1电阻R1的一端接电源接口9，第1电阻R1的另一端与第4电容C4的一端连接到集成三端稳压块LM317的3脚，第4电容C4的另一端接地，第5电阻R5与第7电阻R7的一端连接到集成三端稳压块LM317的1脚，第7电阻R7的另一端接地，第5电阻R5的另一端与第6电容C6的一端连接到集成三端稳压块LM317的2脚，集成三端稳压块LM317的2脚接稳压芯片L7805的1脚，第6电容C6的另一端接地，稳压芯片L7805的2脚与稳压芯片LM1117的3脚连接到地，第7电容C7的一端与稳压芯片L7805的3脚连接到稳压芯片LM1117的1脚，第8电容C8和第9电容C9并联在稳压芯片LM1117的2脚与地之间。

在本实用新型的此项具体实施例中，本实用新型所提出的一种电动自行车控制装置实现了电子换相、无极调速、刹车断电、限速、助力、消除换相噪音等基本功能。可使永磁无刷电机的力矩特征和效率曲线明显得到优化，产品具有转换效率高、发热量小、安全可靠的优点，同时在控制安全性方面还增加了限流驱动、过流保护、电池欠压保、节能和降低温升以及附加故障检测等功能，可确保电动自行车辆真正实现无噪音、无振动平稳舒适运行的效果，是理想的低成本电动自行车控制方案。

Claims (3)

1.一种节能低噪音电动自行车控制装置，其特征在于，包括微控制器、逆变模块、电流信号调理器、线性降压器、霍尔信号输入接口、转把接口、通信接口、转换器、电源接口与输出接口，所述微控制器、所述逆变模块、所述电流信号调理器、所述线性降压器、所述霍尔信号输入接口、所述转把接口、所述通信接口、所述转换器、所述电源接口与输出接口以电信号方式连接；

所述微控制器包括脉宽调制输出端口，模数转换器0输入端口，模数转换器1输入端口，电源输入端口，数据输入端口P0，串口端口；

所述微控制器的PWM输出端口与所述逆变模块的输入端口连接，并通过所述输出接口与电机连接；

所述电流信号调理器的输出端口与所述微控制器的ADC0输入端口连接；

所述线性降压器输出端口与所述微控制器的VCC端口连接；

所述霍尔信号输入接口与所述微控制器的数据输入端口P0连接；

所述转把接口与所述微控制器的ADC1输入端口连接；

所述通信接口经所述转换器与所述微控制器的UART端口连接；

所述电源接口分别与所述逆变模块的电源输入端口连接，和所述线性降压器电源输入端口连接。

2.根据权利要求1所述的一种节能低噪音电动自行车控制装置，其特征在于，所述电流信号调理器由运算放大器LM358、第43电阻R43、第45电阻R45、第61电阻R61、第82电阻R82和第26电容C26组成，其中第45电阻R45与第26电容C26的一端连接到逆变模块的电流信号输出引脚，第26电容C26的另一端接地，第45电阻R45另一端与第82电阻R82的一端连接到运算放大器LM358的IN+引脚，第82电阻R82的另一端接线性压降器的+5V输出端口，第43电阻R43与第61电阻R61的一端连接到运算放大器LM358的IN-引脚，第43电阻R43另一端接地，第61电阻R61另一端接运算放大器LM358的OUT1引脚。

3.根据权利要求1所述的一种节能低噪音电动自行车控制装置，其特征在于，所述线性降压器由集成三端稳压块LM317、稳压芯片L7805、稳压芯片LM1117、第1电阻R1、第5电阻R5、第7电阻R7、第4电容C4、第6电容C6、第7电容C7、第8电容C8和第9电容C9组成，第1电阻R1的一端接电源接口，第1电阻R1的另一端与第4电容C4的一端连接到集成三端稳压块LM317的3脚，第4电容C4的另一端接地，第5电阻R5与第7电阻R7的一端连接到集成三端稳压块LM317的1脚，第7电阻R7的另一端接地，第5电阻R5的另一端与第6电容C6的一端连接到集成三端稳压块LM317的2脚，集成三端稳压块LM317的2脚接稳压芯片L7805的1脚，第6电容C6的另一端接地，稳压芯片L7805的2脚与稳压芯片LM1117的3脚连接到地，第7电容C7的一端与稳压芯片L7805的3脚连接到稳压芯片LM1117的1脚，第8电容C8和第9电容C9并联在稳压芯片LM1117的2脚与地之间。