CN2460352Y - 电动自行车有刷直流电机控制器 - Google Patents

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谷秀山
刘世勋
郭景滨
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一种电动自行车有刷直流电机控制器,包括:电压变换电路输入接调速把及左右刹把开关,输出接PWM产生器的输入;PWM产生器的输出接电子开关的输入,电子开关输出接车的电机控制端,其电流输出信号经限流比较器反馈回电压变换电路的一输入端;电机输出经限速启动输出到PWM产生器的关断端;外接电源开关的电量显示欠压控制输出接PWM产生器的一关断端;PWM产生器输出的脉冲信号经分频器分别接尾灯、电子铃、夜灯控制单元。

Description

电动自行车有刷直流电机控制器
本实用新型涉及一种电动自行车有刷直流电机控制器。
电动自行车是近年来发展起来的一种新型环保型产品，是低噪音、无污染的绿色交通工具。作为电动自行车的四大主要电器部件(电机、电池、控制器、充电器)之一的控制器，可谓电动自行车的心脏。现有电动自行车控制器一般都是对车启动、车速调节等实行简单控制，其缺陷是功能比较单一，使用范围有一定的局限。
本实用新型的目的是提供一种电动自行车有刷直流电机控制器，其采用数字电路，电路简单，可有效地对小于240W的有刷直流低速电机进行无级调速控制、限流启动控制，刹车断电及刹车尾灯闪烁控制、音响控制，夜灯控制、电池盒内低温检测及加热控制、电池电量的监控显示及欠压断电控制，同时具有电机短路、电池短路保护等。
为实现上述目的，本实用新型采取以下设计方案：这种电动自行车有刷直流电机控制器由电压变换电路单元、PWM(脉宽调制)产生器、电子开关、限速启动电路单元、电量显示电路单元构成；电压变换电路单元的输入外接电动自行车的调速把及左、右刹把开关，其输出端接PWM产生器的输入端；PWM产生器的输出接电子开关的输入，电子开关输出接电动自行车的直流电机的控制端，电子开关的取样电阻输出的电流信号经限流比较器反馈回电压变换电路单元的一输入端；电动自行车的直流电机输出经限速启动电路单元的比较器输出到PWM产生器的关断端；外接电源开关的电量显示电路单元欠压控制输出端接PWM产生器的一关断端；PWM产生器输出的脉冲信号经分频器分别接尾灯、电子铃、夜灯控制单元。
为扩大电动自行车的使用范围，其还包括一电池温度检测及加温控制电路单元装置，电池装置中的温度传感器接电池温度检测及加温控制电路单元的输入，电池温度检测及加温控制电路单元输出接加热元件。
为使结构紧凑合理，本实用新型的电子开关、限速启动、电池温度检测及加温控制电路单元装在第二电路板上而置于电动自行车的能防尘防水电池盒塑料座内，其它电路装在第一电路板上置于带夜灯的密封塑料盒内，固定在电动自行车横把中间位置上，上述两部分电路板通过六芯电缆联接。
下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
图1为本实用新型控制原理方框图
图2-A、2-B为本实用新型电路原理图
如图1，本实用新型电动自行车有刷直流电机控制器由电压变换电路单元1、PWM(脉宽调制)产生器2、电子开关4、限速启动电路单元5、电量显示电路单元6构成；电压变换电路单元1的输入外接电动自行车的调速把7及左、右刹把开关8、9，其输出端接PWM产生器2的输入端；PWM产生器的输出接电子开关4的输入，电子开关4输出接电动自行车的直流电机10的控制端，电子开关的取样电阻输出电流信号经限流比较器3反馈回电压变换电路单元的一输入端；电动自行车的直流电机10输出经限速启动电路单元5的比较器输出到PWM产生器的关断端；外接电源开关12的电量显示电路单元6欠压控制输出端接PWM产生器的一关断端；PWM产生器输出的脉冲信号经分频器13分别接尾灯、电子铃、夜灯控制单元14、15、16，稳压单元11为电路提供+5V电源。
本实用新型还包括一电池温度检测及加温控制电路单元装置17，电池装置18中的温度传感器接电池温度检测及加温控制电路单元的输入，电池温度检测及加温控制电路单元输出接加热元件。
为使结构紧凑合理，可将本实用新型的电子开关、限速启动、电池温度检测及加温控制电路单元装在第二电路板上而置于电动自行车的能防尘防水电池盒塑料座内，其它电路装在第一电路板上置于带夜灯的密封塑料盒内，固定在电动自行车横把中间位置上，上述两部分电路板通过六芯电缆联接。
参见图2-A、2-B，本实用新型工作原理如下：
1、调速：电动自行车的调速把输出2.67-3.5V电压经CZ1的2#端、D1、R1送到电压变换电路单元的比较器U1变换成0.6-3.7V电压，由U1/LM358的端子7输出，送到PWM(脉宽调制)产生器U2/SG3524的端子2，由U2产生脉宽为0-43.8μS的脉宽调制信号，由U2/SG3524的端子11、14输出，经R12、C6、CZ3的2#端直接驱动电子开关BG3，当电子开关BG3导通时，直流电机M两端加上直流36V电压，电机转动。在一个脉冲周期(43.8μS)内，电机导电时间长短由脉宽大小决定，从而实现了改变调速把的旋转角度→改变调速把的输出电压→改变脉冲宽度→改变电机导电时间→改变电机转动速度，达到了调速目的。WR1为最高速度调整电阻，WR2为启动角(电机开始转动时对应调速把初始最小角度)调整电阻。
2、限流：
当电机堵转或由于过载，工作电流增大到10A时，从电子开关的取样电阻R30上取出0.1V电压，经CZ3的3#端、R6加到比较器U1/LM358的反相输入端子2，使限流比较器的正相输入端子3的电压低于端子2的电压，限流比较器输出端子1由原来输出为“1”变成为“0”，由D3箝位，将调速控制信号输入端U1/LM358的端子5接地，电压变换电路U1/LM358端子7输出为0伏，PWM产生器输出脉冲宽宽为0μS，故使电子开关关闭，电机停止工作，工作电流下降为0A。
当工作电流降为0A时，取样电阻R30上压降为0V。使限流比较器输出端子1由“0”又变成“1”，又打开电压变换电路的调速控制信号输入端，通过这种很强的负反馈控制，将电流限制在10A。
WR3为限流值调整电阻。
3、限速启动
当电机不转时，电机正负极线间无有感应电压，限速启动电路中的比较器U7/LM393的端子5上电压高于端子6上电压，LM393的输出端端子7出电压为“1”，经CZ2的1#端、R11加到PWM产生器U2/SG3524的关断端端子10，SG3524的端子11、14输出脉冲的宽度为0μS，即关闭了电子开关，此时调速不起作用。
当人为推动或脚踏使车轮转动时，只要电机随之转动时速在3km/H以上情况下，电机正负极线间的感应电压经C13、C14、D9在R35上获得压降，使限流启动比较器U7/LM393的端子6上电压高于端子5上电压，U7/LM393的输出端端子7输出电压为0V，打开PWM产生电路，此时转动调速把可实现调速目的。
R35为限速调整电阻，U6为稳压块78L05，为U7提供+5V电源。
4、电量显示
接通电源开关后，当电池电压＞35V时，电量显示电路中的比较器U3/LM324的输入端端子3上电压低于端子2上电压，U3/LM324的输出端端子1输出为0V，LED1(红1)亮，同样LM324的输入端端子12上电压低于端子13上电压，LM324的输出端端子14输出为0V，LED2(红2)亮，LM324的输入端端子10上电压高于端子9上电压，LM324的输出端端子8输出电压为“1”，LED3(绿)不亮。
当电源电压下降到低于35V而大于33V时，U3/LM324的输入端端子3上电压高于端子2上电压，LM324输出端端子1输出为“1”，LED1(红1)不亮，当电源电压继续下降到低于33V而大于31.5V时，U3/LM324的端子12上电压高于端子13上电压，LM324的输出端端子14输出为“1”，LED2(红2)受分频器U4/CD 4060的端子3的1.4HZ脉冲控制断续亮(闪烁)。
当电源电压低于31.5V时，LM324的输入端端子10上电压低于端子9上电压，LM324的输出端端子8输出为“0”，LED3(绿)亮，由D4箝位、使LED2(红2)不亮。同时LM324的端子5上电压高于端子6上电压，使LM324的输出端端子7输出为“1”，经R24加到PWM产生器U2/SG3524的关断端端子10，使调速把不能控制PWM产生器产生调宽脉冲，即关闭了调速电路。D6、C10组成一延时电路且保证LM324的输入端端子9上电压高于端子10端上电压，使输出端端子8输出电压保持为“0”，即可靠欠压状态。
WR4为欠压电压值调整电阻，U5为稳压块78L05，为U3+5V电源。
5、刹车尾灯闪烁控制
不刹车，D8负极不接地，尾灯控制电路中的BG1截止，尾灯LED4(红)、LED5(红)不亮。
刹车时，D8负极经CZ1的3#端接地，由分频器U4/CD4060的端子3输出的1.4HZ的脉冲(占空比1∶1)经R23加到BG1的基极上，使BG1断续导通工作，两个尾灯(红色)LED4、LED5闪烁。
6、夜灯控制
当夜灯开关K2闭合后，由分频器U4/CD4060的端子7输出占空比1∶1的1.4265KHZ脉冲信号，经R27控制BG2的G极，使BG2断续工作(由于工作频率高、人眼分辨不出)，夜灯Lap处于半工作状态，电流减少一半。
7、音响控制
当按音响按钮时，升压变压器TP初级1.2通过电子铃开关加上+36V电压，BG2受U4/CD4060的端子7控制断续工作，工作频率为1.4265KHZ，再经升压变压器TP升压，加到高压陶瓷片上发出响声。
8、电池盒内低温检测及加热控制
对于寒冷地区、电池放电性能降低，为改善环境温度，必须对电池盒内进行加温。
用铂热敏电阻Pt300来检测电池盒内温度。
当盒内温度低于判别温度-5℃时，热传感器TH的电阻值下降，使U7/LM393正相输入端端子3的电压值高于LM393的反相输入端端子2的电压值，比较器LM393的输出端端子1输出为“1”，经R39加到BG4基极，使其导通，继电器JD2912吸合，+36V经J1-1动合接点加到加热元件Z上，通过加热给电池盒内升温。
当温度回升到判别温度-5℃时，传感器TH的电阻值上升，与上相反，比较器LM303的输出端端子1输出为“0”，使BG4截止，继电器JD2912释放，J1-1断开，停止加热。
WR5为判别温度调整电阻。
9、电机短路、电池短路保护
当电机短路或电池盒外正、负极短路时，电流会很大，该控制器安装一个15A保险丝，用以保护电池。
本实用新型控制器电子开关电路(包括散热片)、限速启动电路、电池温度检测及加温控制电路(除继电器)装在第二印刷电路板上，然后卡放在电池盒塑料座内，达到防水防尘目的。
继电器放在一个能防水防尘的密封小盒内，然后固定在电池盒塑料座下端。
控制器其它电路装在第一印刷电路板上，然后固定在一个带有夜灯的密封塑料盒内，该盒固定在电动自行车横把中间位置，调速把线、左右刹车把线、音响按钮把线(各50cm长)直接固定在盒内接线柱CZ1上，用螺丝拧紧固定牢固可靠，使整车布线最短。
由盒内引出一根六芯电缆(60cm长)与电源开关2根线分成三芯CZ2-1和五芯CZ3-1插头，分别与电源开关CZ2-2插座、第二印刷电路板上端CZ3-2插座相插接，第二印刷电路板的下端与电机正负引线、电池正负引线插接，电池盒装置的正、负极、加热控制端通过压簧接点CZ9的1、2、4端与电路的保险丝PUSE、负极CZ8、继电器J1-1接点30相连接。电池盒装置的温度检测端通过压簧接点CZ9的3端与CZ4-2的1端相连，继电器JD2912的线圈86端与CZ4-2的2端相连，再通过CZ4-1与第二印刷电路板直接插接，尾灯用一根二芯电缆与第二印刷电路板直接焊接。
本实用新型的优点在于：采用数字电路，电路简单，性能可靠；结构紧凑合理，控制功能齐全，能防水、防尘。

Claims (3)

1、一种电动自行车有刷直流电机控制器，其特征在于：它由电压变换电路单元、PWM脉宽调制产生器、电子开关、限速启动电路单元、电量显示电路单元构成；
电压变换电路单元的输入外接电动自行车的调速把及左、右刹把开关，其输出端接PWM产生器的输入端；
PWM产生器的输出接电子开关的输入，电子开关输出接电动自行车的直流电机的控制端，电子开关的取样电阻输出信号经限流比较器反馈回电压变换电路单元的一输入端；
电动自行车的直流电机输出经限速启动电路单元的比较器输出到PWM产生器的关断端；
外接电源开关的电量显示电路单元欠压控制输出端接PWM产生器的一关断端；
PWM产生器输出的脉冲信号经分频器分别接尾灯、电子铃、夜灯控制单元。
2、根据权利要求1所述的一种电动自行车有刷直流电机控制器，其特征在于：其还包括一电池温度检测及加温控制电路单元装置，电池装置中的温度传感器接电池温度检测及加温控制电路单元的输入，电池温度检测及加温控制电路单元输出接加热元件。
3、根据权利要求1所述的一种电动自行车有刷直流电机控制器，其特征在于：所述的电子开关、限速启动、电池温度检测及加温控制电路单元装在第二电路板上而置于电动自行车的能防尘防水电池盒塑料座内，其它电路装在第一电路板上置于带夜灯的密封塑料盒内，固定在电动自行车横把中间位置上，上述两部分电路板通过六芯电缆联接。
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