无刷电动自行车控制器及非零启动方法.pdf

一种无刷电动自行车控制器及非零启动方法，所述的控制器主要由壳体、主控板、安装底板、上盖板、线束四部分组成，主控板带有电流检测与速度检测结合的过流保护控制电路，控制电路接出有蓄电池电压值低于设定保护电压值的LED发光显示报警器；还接出有调速电平信号异常的LCD故障显示器；控制器采用了电流检测与速度检测双闭环控制模式，控制器对电机进行电流检测和速度检测，并控制电机的运行；从而使本发明具有智能性强、输出电流平稳、对电机的损耗小、能有效保护电池，提高控制器的使用寿命，且控制器的结构简单合理，性能稳定可靠，有利于推广应用等特点。

1、  一种无刷电动自行车控制器，它主要由壳体、主控板、安装底板、上盖板、线束四部分组成，其特征在于主控板(9)带有电流检测与速度检测结合的过流保护控制电路，控制电路接出有蓄电池电压值低于设定保护电压值的LED发光显示报警器；还接出有调速电平信号异常的LCD故障显示器。

2、  根据权利要求1所述的无刷电动自行车控制器，其特征在于壳体(8)上下端口的上盖板(11)和安装底板(10)四周结合处，以及线束(12)的出线护套处均涂装有密封专用粘合剂(13)。

3、  根据权利要求2所述的无刷电动自行车控制器，其特征在于上盖板上至少设置有两个导流孔(14)。

4、  一种如权利要求1或2或3所述的无刷电动自行车控制器的非零启动方法，该方法是在控制器正常上电时，而且整车行驶速度大于0.5km/h，控制器根据调速电平信号的高低调整输出功率；当蓄电池电压值低于设定保护电压值，控制器切断对电机的功率输出，并通过LED发光显示报警；当无刷电机换向信号和调速电平信号异常时，控制器切断功率输出并在LCD上分别显示异常故障代码；当刹车信号为低电平时，控制器切断功率输出。

5、  根据权利要求4所述的无刷电动自行车控制器的非零启动方法，其特征在于所述的控制器采用了电流检测与速度检测双闭环控制模式，控制器1对电机2进行电流检测3和速度检测4，并控制电机2的运行。

6、  根据权利要求4或5所述的无刷电动自行车控制器的非零启动方法，其特征在于所述的控制器采用专用的采样电路，分别采集电源电平信号和电机的换向信号，通过模拟信号/数字信号转换，然后进行专用程序算法处理，并向LCD提供精确的蓄电池电量的数字信号和整车运行的速度数字信号。

无刷电动自行车控制器及非零启动方法
技术领域
本发明涉及的是一种无刷电动自行车的控制器结构以及控制器的非零启动方法。
背景技术
目前电动自行车行业广泛采用的控制器为有刷轮毂电机，与之对应的为有刷控制器。有刷电机因其成本较低，控制器结构比较简单，较早应用于电动自行车，但它也有自身的缺陷，从而限制了它的大范围应用。随着技术的发展和用户需求的日益提高，一种高性能、高可靠的轮毂电机——直流无刷轮毂电机逐步应用于电动自行车行业，该电机采用了电子换向，从而代替了有刷电机的碳刷换向，因此换向效率高，电机永不磨损，与之对应的控制器为无刷电动车控制器。现国内虽然有许多企业在开发、生产无刷电动自行车控制器，但由于这种产品还很不成熟，产品的可靠性上存在有许多缺陷，直接影响到这类控制器产品在电动自行车上的推广应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种智能性强、输出电流平稳、对电机的损耗小、结构简单合理的无刷电动自行车控制器及非零启动方法。这种无刷电动自行车控制器，它主要由壳体、主控板、安装底板、上盖板、线束四部分组成，其特征在于主控板带有电流检测与速度检测结合的过流保护控制电路，控制电路接出有蓄电池电压值低于设定保护电压值的LED发光显示报警器；还接出有调速电平信号异常的LCD故障显示器。
所述的壳体上下端口的上盖板和安装底板四周结合处，以及线束的出线护套处均涂装有密封专用粘合剂。
所述的上盖板上还至少设置有两个导流孔。
一种无刷电动自行车控制器的非零启动方法，该方法是在控制器正常上电时，而且整车行驶速度大于0.5km/h，控制器根据调速电平信号的高低调整输出功率；当蓄电池电压值低于设定保护电压值，控制器切断对电机的功率输出，并通过LED发光显示报警；当无刷电机换向信号和调速电平信号异常时，控制器切断功率输出并在LCD上分别显示异常故障代码；当刹车信号为低电平时，控制器切断功率输出。
所述的控制器采用了电流检测与速度检测双闭环控制模式，控制器对电机进行电流检测和速度检测，并控制电机的运行。
所述的控制器采用专用的采样电路，分别采集电源电平信号和电机的换向信号，通过模拟信号/数字信号转换，然后进行专用程序算法处理，并向LCD提供精确的蓄电池电量的数字信号和整车运行的速度数字信号。
本发明通过非零启动方式对直流电机的速度进行控制，使输出电流更加平稳，从而减少对电机的损耗，有效的保护了电池的同时，又提高了控制器的使用寿命。另外，该控制器还具有欠电压保护和回升电压的检测功能，输出电流平滑，骑行平稳，爬坡能力强。控制器外壳上盖板四周采用专用硅橡胶灌封，并在上盖板附图位置打孔，解决了下雨天控制器易损坏的问题。与现有技术相比，具有智能性强、输出电流平稳、对电机的损耗小、能有效保护电池，提高控制器的使用寿命，且控制器的结构简单合理，性能稳定可靠，有利于推广应用等特点。
附图说明
图1是现有普通控制器单一闭环控制模式方框原理图。
图2是本发明控制器双闭环模式方框原理图。
图3是本发明LCD液晶显示器显示图。
图4是本发明控制器的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作详细的介绍：图1所示，普通的控制器采用单一电流闭环控制模式，其最大保护电流参数恒定不变。控制器1对电机2进行电流检测3，并控制电机2。采用该种控制模式只是简单对电机的过流状态进行了控制，而没有根据电动自行车在实际使用过程中各种使用要求进行深入的分析。在电动车骑行的实际过程中，骑车人能够在电动自行车上保持平衡而且能接受的最低速度为5km/h，持续长时间低于此速度，控制器对电机保持大功率输出不仅意义不大，而且各电器部件长时间处于过流状态因过热等影响将直接影响整车的使用寿命
图2所示，本发明所述的控制器采用了电流检测与速度检测双闭环控制模式，控制器1对电机2进行电流检测3和速度检测4，并控制电机的运行。采用这种控制模式，最大电流的控制参数I_MAX是一个时变参数，与整车的行驶速度V保持正相关的函数关系：I_MAX＝K*V；如果整车处于加速过程，最大电流的上限值是不断增大的，如果整车处于减速过程，最大电流的上限值不断减小，保证了整车最大电流的控制与整车实际运行情况的快速跟踪响应，提高了整车工作的可靠性。
普通电动自行车采用零启动方式，只依据调速电平信号的高低控制功率的输出。在整车的实际使用过程中，在大负载工作条件下，采用这种启动方式整个驱动回路部分在驱动瞬间将出现超过额定工作电流10％～20％的峰值电流，这种峰值电流将对蓄电池、控制器、电机造成不可逆的损伤，严重影响了各电器部件的工作可靠性。根据电机控制地理论，结合电动自行车消费者实际使用的接受条件，本发明所述的控制器采用了非零启动模式。控制器对电机的功率输出不仅接受调速信号的控制，而且进行对电机转速的条件判断，只有当整车的运行速度满足＞0.5km/h时，才进行正常的功率输出，实现了整车的软启动模式，从而减小启动瞬间峰值电流的冲击，提高了整车运行的可靠性。
本发明所述的非零启动方法，它是在控制器正常上电时，而且整车行驶速度大于0.5km/h，控制器根据调速电平信号的高低调整输出功率；当蓄电池电压值低于设定保护电压值，控制器切断对电机的功率输出，并通过LED发光显示报警；当无刷电机换向信号和调速电平信号异常时，控制器切断功率输出并在LCD上分别显示异常故障代码；当刹车信号为低电平时，控制器切断功率输出。
图3所示，普通无刷控制器驱动电量显示仪表和速度仪表只是提供给显示仪表简单的电平信号，没有精确的量化概念。本发明所述的控制器采用专用的采样电路，分别采集电源电平信号和电机的换向信号，通过模拟信号/数字信号转换，然后进行专用程序算法处理，能够向LCD(液晶显示器)提供精确的蓄电池电量的数字信号和整车运行的速度数字信号，其显示结果见图3所示。图中设置了5段电压显示范围，当蓄电池电压处于不同的域值范围时，分别显示出相应的段码；根据无刷直流电机内霍尔换向信号在电机转动过程中换向频率的变化能够准确捕捉到整车运行的速度信号然后通过直观的数字显示，速度的计算精度可以精确到±0.1m；里程累计与速度计算是直接相关量S＝V*T精确的速度计算保证了里程累积值的准确性，而且我司的控制器行驶累积里程数据具有掉电保护的功能，在电源切断后数据可以进行及时的存储，保证下次上电时能够被正确的读出和显示。
非零启动型无刷控制器主要用于电动自行车控制部分实现了无刷直流电机的驱动、保护以及在整车行驶过程中对蓄电池电量、调速信号、电机的换向信号、电机的转速的检测和整车的行驶里程计算，并通过驱动LCD(液晶显示器)、LED(发光二极管)等显示部件实时显示出电池的电量值5、整车行驶速度6、整车累计行驶里程值7、故障类型值和过流、欠压等保护信号
图4所示，本发明所述的无刷电动自行车控制器，它主要由壳体8、主控板9、安装底板10、上盖板11、线束12四部分组成。主控板9带有电流检测与速度检测结合的过流保护控制电路，控制电路接出有蓄电池电压值低于设定保护电压值的LED发光显示报警器；还接出有调速电平信号异常的LCD故障显示器。所述的壳体8上下端口的上盖板11和安装底板10四周结合处，以及线束12的出线护套处均涂装有密封专用粘合剂13。另外本发明还在上盖板8上至少设置有两个导流孔14。
本发明所述的控制器采用化学性能稳定的专用粘合剂对上盖板和安装底板的四周结合处和线束的出线护套处进行涂装密封，改变了传统控制器只采用螺钉紧固密封的结构设计，提高了控制器整体结构的防水性能；另外根据控制器的底板在上盖板在下的实际安装位置在上盖板的两个端点处设计了两个直径为φ3的导流孔，当有少量水珠沿线束渗入控制器时，会经此导流孔流出，从而进一步提高了控制器整体的工作可靠性。