專利名稱：電動自行車用低壓交流電動機驅動和控制裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電動自行車用低壓交流電動機驅動和控制裝置。
技術背景常見的電動助力車一般使用有刷或無刷直流電動機，其結構復雜、故障 率高，且直流電機只能工作于"恒轉矩"狀態(tài)，在啟動、爬坡或重載時不能 用減速來提高力矩。同時直流電機本身的效率雖然不低，但它對電動車工況 的適配性不是很好，會導致整體效率下降。而矢量變頻感應電機組合卻能工 作于"恒轉矩"又能工作于"恒功率"狀態(tài)，這就能在需要時保持功率不變 而用降低轉速來增大輸出轉矩。并且矢量變頻感應電機組合能通過傳感器即 時掌握電動車的工況進行實時調整，而使效率提高。雖然用交流感應電機來驅動電動自行車有諸多好處，但以前沒有適合電 動自行車的變頻器，這是因為電動自行車的電池組的電動勢較低(一般為 24v、 36v、 48v等)，而現(xiàn)有變頻器都是為工業(yè)電網設計的，只適合在幾百 伏電壓下工作。也有像專利號為02235115.9的專利所示的裝置在電池組 與變頻器之間加一直流/直流變換裝置來匹配電池組和變頻器，但是這樣的 裝置效率較低，且會帶來現(xiàn)有電動車的成本提高。而對于電動自行車而言， 效率和價格都是致關重要的，所以該裝置對電動自行車來說實用性較差。另外，電動自行車的車輪大小不一，且電機磁極也不盡相同，所以要有 不同的變頻器與之配套。 發(fā)明內容本實用新型目的是提供一種電動自行車用低壓交流電動機驅動和控制 裝置，其蓄電池組、矢量變頻及控制裝置和交流電機直接順序相連，蓄電池 組和矢量變頻及控制裝置之間無需再加DC-DC變換器，既提高了效率，又 降低了成本；所述矢量變頻及控制裝置能根據電動自行車的不同工況進行調 節(jié)，在啟動、爬坡時工作在恒功率低速大轉矩狀態(tài)，使啟動和爬坡更加容易。本實用新型的技術方案是 一種電動自行車用低壓交流電動機驅動和控 制裝置，包括蓄電池組、矢量變頻及控制裝置、交流電機，所述蓄電池組、 矢量變頻及控制裝置和交流電機直接順序相連；所述矢量變頻及控制裝置包 括微控制器、分別與微控制器相連的逆變開關陣列和附加控制裝置、驅動電路。本實用新型進一步的技術方案是 一種電動自行車用低壓交流電動機驅 動和控制裝置，包括蓄電池組、矢量變頻及控制裝置、交流電機，所述蓄電 池組、矢量變頻及控制裝置和交流電機直接順序相連；所述矢量變頻及控制 裝置包括微控制器、分別與微控制器相連的逆變開關陣列和附加控制裝置、 驅動電路；所述低壓交流電動機驅動控制裝置還包括DC-DC變換器，其輸 入端與蓄電池組相連，兩個不同電壓輸出端分別與微控制器和逆變開關陣列 推動級等電路相連；所述附加控制裝置包括電源監(jiān)控模塊、電流檢測模塊、 調速手柄模塊、擴展口模塊、儀表密匙模塊、剎車傳感模塊以及車速控制模 塊。本實用新型更為詳細的技術方案是 一種電動自行車用低壓交流電動機 驅動和控制裝置，包括蓄電池組、矢量變頻及控制裝置、交流電機，所述蓄 電池組、矢量變頻及控制裝置和交流電機直接順序相連；所述矢量變頻及控 制裝置包括微控制器、分別與微控制器相連的逆變開關陣列和附加控制裝 置、驅動電路；所述低壓交流電動機驅動控制裝置還包括DC-DC變換器， 其輸入端與蓄電池組相連，兩個不同電壓輸出端分別與微控制器和逆變開關 陣列推動級等電路相連；所述附加控制裝置包括電源監(jiān)控模塊、電流檢測模 塊、調速手柄模塊、擴展口模塊、儀表密匙模塊、剎車傳感模塊以及車速控 制模塊；所述電源監(jiān)控模塊、電流檢測模塊及調速手柄模塊與微控制器的 AD端相連，擴展口模塊和儀表密匙模塊與微控制器的IIC端相連，擴展口 模塊、剎車傳感模塊以及車速控制模塊與微控制器的IO端相連；所述電源 監(jiān)控模塊還與蓄電池組相連，所述電流檢測模塊與逆變開關陣列的蓄電池組 輸入端電路相連，所述車速控制模塊還與交流電機的轉速傳感器相連。本實用新型優(yōu)點是1. 本實用新型其蓄電池組、矢量變頻及控制裝置和交流電機直接順序 相連，蓄電池組和矢量變頻及控制裝置之間無需再加DC-DC變換器，提高 了效率，而且機構簡單、故障率低，降低了電動自行車的生產、維修成本。2. 本實用新型內不含永久磁鐵，當電池沒電時，可以跟自行車一樣輕 松騎行。3. 本實用新型在電動自行車要減速時，調節(jié)速度手柄使電機同步轉速小于車輪實際轉速，電機處在發(fā)電機狀態(tài)而向蓄電池組充電，同時電動自行 車由于能量轉化而減速(動能變電能)。這樣，使電池的行使里程增加，而且 大大減少機械剎車的使用，增長其使用壽命。4. 本實用新型在啟動、爬坡時使電機處在"恒功率"運行，這樣就能 以降低速度來增加力矩。5. 本是實用新型能通過傳感器即時掌握電動車的工況進行實時調整， 如在低速行駛時比高速行駛時所需力矩小，可以減小力矩行駛，進一步提高 效率。


圖1為本實用新型的裝置結構框圖；圖2為本實用新型矢量變頻及控制裝置的原理圖。其中1蓄電池組；2DC-DC變換器；3矢量變頻及控制裝置；4交流 電機；5微控制器；6逆變開關陣列；7附加控制裝置；8電源監(jiān)控模塊；9 電流檢測模塊；IO調速手柄模塊；ll擴展口模塊；12儀表密匙模塊；13剎 車傳感模塊；14車速控制模塊；15轉速傳感器。
具體實施方式

以下結合附圖及實施例對本實用新型作進一步描述實施例如圖1和圖2所示， 一種電動自行車用低壓交流電動機驅動和 控制裝置，包括直接順序相連的蓄電池組1、矢量變頻及控制裝置3和交流 電機4;所述矢量變頻及控制裝置3包括微控制器5、分別與微控制器5相 連的逆變開關俾列6和附加控制裝置7、驅動電路。不同磁極對數(shù)的電機和 不同直徑的車輪組合對應矢量變頻及控制裝置3中不同的微控制器5軟件設 置。所述低壓交流電動機驅動控制裝置還包括DC-DC變換器2，其輸入端 與蓄電池組1相連，兩個不同電壓輸出端分別與微控制器5和逆變開關陣列 6推動級等電路相連。所述附加控制裝置7包括電源監(jiān)控模塊8、電流檢測模塊9、調速手柄 模塊10、擴展口模塊11、儀表密匙模塊12、剎車傳感模塊13以及車速控 制模塊14，同時其還包含有這些裝置的軟件模塊。所述電源監(jiān)控模塊8、電流檢測模塊9及調速手柄模塊10與微控制器5的AD端相連，擴展口模塊11和儀表密匙模塊12與微控制器5的IIC端相 連，擴展口模塊11、剎車傳感模塊13以及車速控制模塊14與微控制器5 的IO端相連；所述電源監(jiān)控模塊8還與蓄電池組1相連，所述電流檢測模 塊9與逆變開關陣列6的蓄電池組1輸入端電路相連，所述車速控制模塊 14還與交流電機4的轉速傳感器15相連。逆變開關陣列6的六只輸出功率管Ql-Q6采用低壓場效應管，以降低 成本。如圖2所示，工作時，電池由POWER接入。由+E分接到DC-DC變 換器2和逆變開關陣列6 (Ql-Q6)。 DC-DC變換器6把電池組電壓變換成 + 15￥和+5￥分別供給微控制器(1(:1)及逆變開關推動級等電路使用。逆變開 關陣列6 (Ql-Q6)受IC1的17、 18、 19、 20、 21、 25腳控制，通過不同 的開關組合輸出所需的三相交流電，再由U、 V、 W三點接到交流電機4上。電流檢測電路從AT點獲取電流信號，整理后提供給微控制器IC1，使 其能適時監(jiān)控電動車。同時，電壓檢測電路從+E點獲取電池的信息對電池 進行監(jiān)控。微控制器IC1同時管理著其他附加控制裝置。本實用新型蓄電池組、矢量變頻及控制裝置和交流電機直接順序相連， 蓄電池組和矢量變頻及控制裝置之間無需再加DC-DC變換器，既提髙了效 率，又降低了成本；所述矢量變頻及控制裝置能根據電動自行車的不同工作 狀態(tài)進行調節(jié)，在啟動、爬坡時工作在恒功率低速大轉矩狀態(tài)，使啟動和爬 坡更加容易；在電動自行車要減速時，調節(jié)速度手柄使電機同步轉速小于車 輪實際轉速，電機處在發(fā)電機狀態(tài)而向蓄電池組充電，同時電動自行車由于 能量轉化而減速(動能變電能)。這樣，使電池的行使里程增加，而且大大減 少機械剎車的使用，增長其使用壽命。
權利要求1.一種電動自行車用低壓交流電動機驅動和控制裝置，包括蓄電池組(1)、矢量變頻及控制裝置(3)、交流電機(4)，其特征在于所述蓄電池組(1)、矢量變頻及控制裝置(3)和交流電機(4)直接順序相連；所述矢量變頻及控制裝置(3)包括微控制器(5)、分別與微控制器(5)相連的逆變開關陣列(6)和附加控制裝置(7)、驅動電路。
2. 根據權利要求1所述的電動自行車用低壓交流電動機驅動和控制裝 置，其特征在于所述低壓交流電動機驅動控制裝置還包括輔助DC-DC變 換器(2)，其輸入端與蓄電池組(1)相連，兩個不同電壓輸出端分別與微 控制器(5)和逆變開關陣列(6)推動級等電路相連。
3. 根據權利要求1所述的電動自行車用低壓交流電動機驅動和控制裝 置，其特征在于所述附加控制裝置(7)包括電源監(jiān)控模塊(8)、電流檢 測模塊(9)、調速手柄模塊(10)、擴展口模塊(11)、儀表密匙模塊(12)、 剎車傳感模塊(13)以及車速控制模塊(14)。
4. 根據權利要求3所述的電動自行車用低壓交流電動機驅動和控制裝 置，其特征在于所述電源監(jiān)控模塊(8)、電流檢測模塊(9)及調速手柄 模塊(10)與微控制器(5)的AD端相連，擴展口模塊(11)和儀表密匙 模塊(12)與微控制器(5)的IIC端相連，擴展口模塊(11)、剎車傳感模 塊(13)以及車速控制模塊(14)與微控制器(5)的IO端相連；所述電源 監(jiān)控模塊(8)還與蓄電池組(1)相連，所述電流檢測模塊(9)與逆變開 關陣列(6)的蓄電池組(1)輸入端電路相連，所述車速控制模塊(14)還 與交流電機(4)的轉速傳感器(15)相連。
專利摘要本實用新型公開了一種電動自行車用低壓交流電動機驅動和控制裝置，包括蓄電池組、矢量變頻及控制裝置、交流電機，所述蓄電池組、矢量變頻及控制裝置和交流電機直接順序相連；所述矢量變頻及控制裝置包括微控制器、分別與微控制器相連的逆變開關陣列和附加控制裝置、驅動電路。本實用新型蓄電池組和矢量變頻及控制裝置之間無需再加DC-DC變換器，既提高了效率，又降低了成本；所述矢量變頻及控制裝置能根據電動自行車的不同工作狀態(tài)進行調節(jié)，在啟動、爬坡時工作在恒功率低速大轉矩狀態(tài)，使啟動和爬坡更加容易；在電動自行車減速時，電機處在發(fā)電機狀態(tài)而向蓄電池組充電，使電池的行駛里程增加。
文檔編號H02P27/04GK201113914SQ20072004693
公開日2008年9月10日 申請日期2007年9月3日 優(yōu)先權日2007年9月3日
發(fā)明者崔偉斌 申請人:崔偉斌