文档介绍：第一章电动自行车的电系统
电动自行车是在自行车的基础上发展而来的,它保留了自行车原有的人力驱动系统,增加了由电池供电、直流电机驱动的电系统。电动自行车的电系统可用下面的框图表示:
图 1-1 电动车电系统框图
通常把电机、控制器、电池和充电器称为电动自行车的四大件。以下对电系统中的各个部分做一概要的介绍。
调速转把
调速转把实际上是个可调节的电压输出器,它由控制器供电,再输出一个电压给控制器作为控制电机转速的信号。手把在初始位置时,有一个最低输出电压(约1V),控制器禁止输出。随转动角度的增加,输出电压也增加,到了某一值后(),控制器就指挥电机启动和调速了。
能做可调电压输出器的器件或装置很多,比如可变电阻等。但可变电阻是接触式的,有磨损快或耗能大的缺点;而其它装置或是过于复杂,或不易做成转把式结构。因此用的最多的是线性霍耳集成电路,它是利用霍耳效应做成的器件。霍耳效应可用图1-2来说明:
一块长方形半导体材料,沿长度L方向流过电流IH,垂直放入磁场B中,运动的电荷受到磁力作用,会在材料的两侧边堆积,形成电压E,叫霍耳电压。电流IH越大,或是磁感应强度越大,霍耳电压E越大。实际上,E只有微伏或毫伏级,要放大以后才能使用。将半导体材料与放大器集成在一起,就构成了霍耳集成器件,简称霍耳。
图1-2 霍耳效应原理图
图1-3是它的外型和内部电路框图。
GND
U0
Ucc

图1-3霍耳集成元件外观和内部电路框图
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转动调速转把的过程,就是将磁钢移向霍耳的过程,其内部半导体材料上产生的霍耳电压经放大器放大后输出为U0。磁钢靠霍耳越近,霍耳电压越高,放大器输出电压也越大(线性放大器),直至达到饱和状态(U0不再增加)。调速转把的内部结构如图1-3。顺便指出,磁钢移向霍耳的时候,磁极极性要符合规定,否则元件不能工作。
图中,1为小磁柱,2为霍耳器件,3为手柄芯,4为手柄转套。

图1-4调速转把
U0的最大值与磁柱的磁感应强度和供电电压有关。常用调速转把在5伏供电时, -。设计控制器时,此电压范围十分重要,因为控制器只利用其中的一部分,-,并在设计时就已确定了。这样,无论是更换转把或控制器,都可能造成不匹配。常见现象是,转把转过较大角度电机才启动,或是转把在后段无效调节的范围过大。出现此类现象时要告之控制器厂或调速转把厂解决。
二、刹(闸)把
刹把的作用相当于一个开关,可用机械开关,也可用电子开关。一般的,不捏合刹把时,开关是断开状态;反之,开关闭合。电子开关使用一种开关型霍耳元件,其内部放大器是比较放大器而不是线性放大器,输出只有两种状态,或是0状态,或高电平状态。即:捏合刹把,开关连通;反之,输出端呈高电阻状态,相当于开关断开。控制器根据开关状态决定是否禁止电机的输出。
三、控制器
控制器最主要的功能是,接收调速转把的输出电压,对电机进行无级调速。除此之外,控制器的基本功能还包括欠压保护和限流保护。由于电机种类不同,控制器可分为有刷控制器和无刷控制器两大类。
几年前,控制器的控制电路多用硬件电路做成,而现在,单片机(又称MCU)则获得了更广泛的运用。这是因为:1、可以根据需要对单片机编程,经济、方便地实现多种功能或调整参数;2、有利于防止产品被抄袭;3、单片机的性价比很适当。在单片机使用的基础上,如今的控制器增加了许多功能,比如,电机堵转保护,功能自检,能耗制动刹车、提供车速显示输出,等等。
控制器功率电路中的功率管主要用在大电流的开关状态,是控制器中负担最重,损坏率最高的器件,价格占总成本比率也很高。现在使用的功率管是一种电压控制型器件,叫金属氧化物场效应管,简称MOS管。它的工作频率高,驱动能耗低,导通后管压降很小,能并联使用,是20年前左右由国外公司研发出来的,我们现在也只能进口。如果没有这种器件,我们今天的控制器体积将增大不少,可靠性会下降很多,甚至做不出满足需要的控制器。除选用质量高的管子外,根据工作电压和电机功率选用适当规格的管子也十分重要,必要时,可以并联使用,以增大输出电流。
有刷控制器只有一路功率开关,一个功率管,而无刷控制器有三路开关,每一路都有两个开关管。它比有刷控制器多了位置传感器的译码和换向功能,也多了两路驱动电路和升压电路。所以无刷控制器线路复杂,元器件多,价格一般为同功率等级有刷控制器的三倍左右。
控制器应具有较好的结构设计,能防水、散热快,以及便于安装和拆卸等。
选用控制器一般要注意以下几点:
应将使用电机的参数、整车重量、仪表盘、喇叭的类型和参数、电池电压等具体情况明确提供给生产控制器的厂商,必要时还要提供电机和仪表盘样品,这其中都存在与控制器匹配的问题。
选用信