【正文】 技術(shù)參數(shù) 電動(dòng)自行車主要技術(shù)參數(shù)包括四部分： ○ 1 整車主要技術(shù)參數(shù)； ○ 2 蓄電池主要技術(shù)參數(shù)； ○ 3 電動(dòng)機(jī)主要技術(shù)參數(shù)； ○ 4 控制器主要技術(shù)參數(shù)。 整車主要技術(shù)參數(shù) 外形尺寸： 長 寬 高（ mm） 千鶴牌： 24in1840 590 1100 英克萊牌： 24in1735 590 1050 22in1790 590 1100 22in1650 630 1045 前后輪中心距（ mm） 24in1230 22in1205 整車品質(zhì)（ Kg，不應(yīng)大于 40Kg） 一輛電動(dòng)自行車的整車質(zhì)量一般為 3035Kg。 最高車速（ Km/h） 一輛電動(dòng)自行車的最高車速為 20Km/h左右。 9 蓄電池主要技術(shù)參數(shù) 蓄電池的類型：在電動(dòng)自行車中，常用的蓄電池有鉛酸電池，還有鎳氫電池，鋰電池。 標(biāo)稱電壓：在電動(dòng)自行車中，常見蓄電池的標(biāo)稱電壓有 24V、 36V、 48V 三種。 同時(shí)蓄電池使用壽命也是本系統(tǒng)的一個(gè)重要因素，影響蓄 電池壽命的因素可分為三個(gè)方面： 首先 是蓄電池本身的性能和質(zhì)量；其次是電動(dòng)自行車系統(tǒng)中的各個(gè)因素； 第三方面是使用者的使 用情況。如果電動(dòng)機(jī)效率范圍窄，經(jīng)常工作在低效率區(qū)，電動(dòng)機(jī)內(nèi)部容易發(fā)熱，當(dāng)溫度過高時(shí)，磁性材料就會(huì)出現(xiàn)不可逆轉(zhuǎn)的退磁，久而久之效率進(jìn)一步下降，從而進(jìn)入惡性循環(huán)，即使跟換了電池也會(huì)無濟(jì)于事。 電動(dòng)機(jī)額定電壓 常見的電動(dòng)機(jī)額定電壓時(shí) 36V，少數(shù)電動(dòng)機(jī)的額定電壓時(shí) 24V或 48V。 m） 電動(dòng)自行車的輪廓額定輸出轉(zhuǎn)矩為 24in 輪廓額定轉(zhuǎn)矩 22in 輪廓額定轉(zhuǎn)矩 控制器主要技術(shù)參數(shù) 控制的額定電壓 控制器的額定電壓一般為 24V、 36V、 48V 三檔。 電動(dòng)自行車的電機(jī)控制技術(shù) 電動(dòng)自行車是具有電力驅(qū)動(dòng)，腳踏驅(qū)動(dòng)，電力和腳踏并用等功能的綠色環(huán)保交通工具。電動(dòng)自行車的控制框圖如圖 21 所示，蓄電池通過控制器給電機(jī)供電，電機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)自行車行進(jìn)。 21 電動(dòng)自行車控制框圖 電動(dòng)自行車控制器由外圍器件和主芯片組成，主芯片是由 PWM 發(fā)生器電路，功率器件驅(qū)動(dòng)電路，處理電路，過流與欠壓保護(hù)電路，控制功率管導(dǎo)通時(shí)間的驅(qū)動(dòng)電路以及輸入輸出端口等集成在一起而構(gòu)成的計(jì)算機(jī)芯 片。 控制器的設(shè)計(jì)質(zhì)量，特性，所采用的微處理器的功能，功率開關(guān)器件電路及周邊器件布局等，直接關(guān)系到整車的性能和運(yùn)行狀態(tài)，也影響著控制器本身的性能和效率。 控制器 電機(jī) 調(diào)速手柄 傳感器 蓄電池 11 無刷直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)與原理 無刷直流電機(jī)的基本工作原理是利用轉(zhuǎn)子的位置信號(hào)和驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)功率開關(guān)組件，使電樞繞組依一定順序通電，從而在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。 無刷直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)原理如圖 22 所示。其線圈繞在定子上，一般定子繞組制成多相，轉(zhuǎn)子由永磁材料制成。 其定子繞組一般制成多相（三相、四相、五相不等） ,本設(shè)計(jì)選用常用的三相，轉(zhuǎn)子由永久磁鋼按一定的極對(duì)數(shù)（ 2p= 2 , 4 ， ? ? ）組成。 當(dāng) 定子 繞組的某一相通 電時(shí)，該電流與轉(zhuǎn)子永久磁鋼的磁極所產(chǎn)生的磁場(chǎng)相互作用而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，再由位置傳感器將轉(zhuǎn)子位置信號(hào)變換成電信號(hào)，去控制電子開關(guān)線路，從而使定子各相繞組按一定次序?qū)?，定子相電流隨轉(zhuǎn)子位置的變化而按一定的次序換相。 因此平常所說的無刷直流電動(dòng)機(jī)，就其基本結(jié)構(gòu)而言，可以認(rèn)為是一臺(tái)由電 12 子開關(guān)線路、電動(dòng)機(jī)本體及位置傳感器三部分組成的電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。 圖 23 無刷直流電機(jī)的工作原理簡(jiǎn)圖 無刷直流電機(jī)借助轉(zhuǎn)子的位置傳感器信號(hào)，通過電子換相線路去驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的功率開關(guān)組件，使電樞繞組依次得電，從而在定子上產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，拖動(dòng)永磁轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。 無刷直流電機(jī)為了實(shí)現(xiàn)無電刷換相，首先要求把一般直流電機(jī)的電樞繞組放在定子上，這與有刷直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)剛好相反。所以，無刷直流電機(jī)除了由定子、轉(zhuǎn)子組成電機(jī)本體外，還需要由位置傳感器、控制電路以及功率邏輯開關(guān)共同構(gòu)成的換向裝置，使得無刷直流電機(jī)的運(yùn)行過程中定子繞組所產(chǎn)生的磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)動(dòng)中的轉(zhuǎn)子磁鋼所產(chǎn)生的永久磁場(chǎng)，在空間始終保持在 090 左右的電角度，從而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩推動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)。 因此可知，直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法有三種： 直流電源 邏輯變換 功率驅(qū)動(dòng) 電動(dòng)機(jī)本體 轉(zhuǎn)子位置傳感器 13 (1) 調(diào)節(jié)電樞供電電壓 U 。對(duì)于要求在一定范圍內(nèi)無級(jí)平滑調(diào)速系統(tǒng)來說，這種方法最好。 (2) 改變電機(jī)的主磁通 ? 。因?yàn)闊o刷直流電動(dòng)機(jī)的定子磁場(chǎng)多由永磁鐵產(chǎn)生，所以這種調(diào)速方法不適用于無刷直流電動(dòng)機(jī)。 在電動(dòng)機(jī)電樞回路外串電阻進(jìn)行調(diào)速的方法，設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便。改變電阻調(diào)速缺點(diǎn)很多，目前很少采用，僅在有些起重機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)及電車等調(diào)速性能要求不高或低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間不長的傳 動(dòng)系統(tǒng)中采用。 因此，自動(dòng)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)往往以調(diào)壓調(diào)速為主，必要時(shí)把調(diào)壓調(diào)速和弱磁調(diào)速兩種方法配合起來使用，而對(duì)于無刷直流電動(dòng)機(jī)，其調(diào)速多采用調(diào)壓調(diào)速。 無刷直流電機(jī)的位置檢測(cè) 無刷直流電機(jī)運(yùn)行是通過逆變器功率器件隨轉(zhuǎn)子不同位置相應(yīng)改變其不同觸發(fā)狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)的。轉(zhuǎn)子的位置檢測(cè)最直接、有效的方法就是利用位置傳感器得到不同的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)。直流無刷電動(dòng)機(jī)（ BLDC）的位置傳感器主要包括三種：光點(diǎn)式位置傳感器 、電磁式位置傳感器、 以及霍爾式位置傳感器。所以，在早期時(shí)候用的多，現(xiàn)在已逐漸退出應(yīng)用。遮光板上開有 120 度的扇形開口，數(shù)目等于無刷直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子磁極的級(jí)對(duì)數(shù)。這樣，隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)，遮光板使光敏接收組件輪流接收光信號(hào)，產(chǎn)生不同的輸出，所以根據(jù)輸出就可以判斷轉(zhuǎn)子所處的 位置?；魻栃?yīng)，在長方形半導(dǎo)體薄片上通入電流 I，當(dāng)在垂直于薄片的方向上施加磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B的磁場(chǎng)時(shí)，則在與電流 I 和磁場(chǎng)強(qiáng)度 B 構(gòu)成的平面相垂直的方向上產(chǎn)生一個(gè)電動(dòng)勢(shì) E，稱為霍爾電動(dòng)勢(shì)，其大小為： BIKE ??? 其中 K 為靈敏度系數(shù) 當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度方向與半導(dǎo)體薄片不垂直，而是成 ? 角時(shí)，霍爾電動(dòng)勢(shì)大的大小改為： ?co s???? BIKE 圖 24 霍爾位置傳感器的工作原理圖 所以，利用永磁轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)，對(duì)霍爾半導(dǎo)體通入直流電，當(dāng)轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)大小和方向隨著它的位置不同而發(fā)生變化時(shí)，霍爾半導(dǎo)體就會(huì)輸出霍爾電動(dòng)勢(shì)，其大小和相位隨轉(zhuǎn)子位置而發(fā)生變化，從而起到了檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置的作用。在本次開發(fā)的控制系統(tǒng)中，也是采用霍爾式傳感器來檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子 位置。 工作電壓范圍寬， 10V30V 片內(nèi) 含 有欠壓鎖定 片內(nèi)有基準(zhǔn)電壓源 具有熱保護(hù)和限流電路 大電流驅(qū)動(dòng)器 能 方便地選擇相角 外圍控制電路簡(jiǎn)單 使用和調(diào)節(jié)方便 性價(jià)比高 110 1120BTATCT正轉(zhuǎn)/ 反轉(zhuǎn)SASBSC基準(zhǔn)電壓輸出振蕩器轉(zhuǎn)速控制腳內(nèi)部放大器輸入 內(nèi)部放大器輸出過流信號(hào)輸入地VC CCBBBAB60 176。 選擇使能端MC 33 03 3 圖 31 MC33033引腳 圖 MC33033是一種 20引腳雙列直插式封裝，其引腳圖如圖 31所示。 16 3腳：正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)輸人端，它可改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向。 7腳：這是基準(zhǔn)電壓輸出端 。 9腳：轉(zhuǎn)速控制端。 11腳：內(nèi)部放大器輸出端。 13腳： 地。 18腳：相角調(diào)整端。 MC33033內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖 32所示． 該芯片由轉(zhuǎn)子位置譯碼器、具有傳感器供電的基準(zhǔn)電壓源、振蕩器、誤差放大器、脈寬調(diào)制 （ PWM） 比較器、集電極開路輸出的三個(gè)上驅(qū)動(dòng)輸出和具有大電流輸出的三個(gè)下驅(qū)動(dòng)輸出、負(fù)電壓保護(hù) 、 過熱和過流保護(hù)等組成 。 由于傳感器輸入端直接與集電極的霍爾開關(guān)或光耦合器界面，另外片內(nèi) 有上拉電阻，所以能減少芯片外圍所器器件的個(gè)數(shù) 。、 120186?；?360186。 因?yàn)橛?6種有效輸 入 碼 ，圖 32 MC33033 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 17 譯碼器以 60186。 用正轉(zhuǎn) 、 反轉(zhuǎn)的輸入 (引腳 3)來改變電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向 。 電動(dòng)機(jī)開 /關(guān)控制是輸出使能引腳 19來控制的。 誤差放大器 誤差放大器具有直流電壓增益高 (80dB)、輸入共模電壓范圍寬和增益帶寬為 ， 因此在大多數(shù)開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，可把該放大器設(shè)計(jì)成電壓跟隨器，其同相輸入連至設(shè)定速度的電壓源 。 欠壓鎖定 片內(nèi)具有雙欠壓鎖定電路，該電路能防止在欠電壓情況下?lián)p壞集成塊和外部功放晶體管，并能保證集成電路和傳感器的正常運(yùn)行 。 當(dāng)與功率 MOSFET器件接口時(shí)，該電壓能確保獲得低接通漏源電阻 所 需要的柵極驅(qū)動(dòng)。 如基準(zhǔn)電壓輸出低于 ，那末傳感器將不能正常運(yùn)行．如果兩個(gè)比較器中有一個(gè)測(cè)出處于欠電壓的狀態(tài) ，那么 上驅(qū)動(dòng)輸出截止 ， 下驅(qū)動(dòng)輸出為低電平 ， 每一個(gè)比較器均有滯后環(huán)，以防跨越門限電壓時(shí)發(fā)生振蕩，從而可提高芯片 的抗干擾能力 。 源電流和吸電流為100mA。 輸出開關(guān)導(dǎo)通時(shí)檢測(cè)定子電流，一旦發(fā)生過電流很快地使開關(guān)斷開 ， 圖中敏感電阻 R5與 Q Q Q6相連．電阻上的電壓由引腳 l2輸入并與片內(nèi) 100mV基準(zhǔn)電壓相比較，如果電流超過門 限 值，比較器使下部的鎖存器復(fù)位，從而使導(dǎo)通狀 態(tài)終止。當(dāng)柵極電壓為零時(shí)漏源極之間存在導(dǎo)電溝道的稱耗盡型。 在 MOSFET 中，主要是 N 溝道增強(qiáng)型。 圖 33 N溝道 MOSFET（左） P溝道 MOSFET（右） MOSFET 在導(dǎo)通時(shí)只有一種極性的載流子（也就是多子）參與導(dǎo)電，是單極型晶體管。 MOSFET 的漏極伏安特性。如圖 34 所示。 MOSFET 的工作在開關(guān)狀態(tài)，即在截止區(qū)和非飽和區(qū)之間來回轉(zhuǎn)換。 （ 2）動(dòng)態(tài)特性 MOSFET 的開關(guān)過程波形，如圖 35 IDUTUG SUD S0=截 止 區(qū)飽 和 區(qū)非 飽 和 區(qū) 圖 34 MOSFET 的輸出特性 19 圖 35 MOSFET 的開關(guān)過程波形 當(dāng)GSu上升到開啟電壓TU時(shí)，開始出現(xiàn)漏極電流 iD。此后 iD隨的GSu上升而上升。 MOSFET 的開通時(shí)間 ton 為開通延遲時(shí)間與上升時(shí)間之和。此后 Cin 繼續(xù)放電，GSu從 UGSP 繼續(xù)下降， iD減小，到GSuTU時(shí)溝道才消失 ,iD下降到零。 MOSFET 的的關(guān)斷時(shí)間 tof 為關(guān)斷延遲時(shí)間和下降時(shí)間之和。但是，在開關(guān)過程中需要對(duì)輸入電 容沖放電，仍需要一定的驅(qū)動(dòng)功率。 功率器件的選擇 （ 1） 門極可關(guān)斷晶閘管 (GTO 目前已達(dá) 9kV/25kA/800hZ 及 6hZ/6kA/1kHz 的水平。與對(duì)稱 GTO 相比，非對(duì)稱 GTO通態(tài)壓降小、抗浪涌電流能力強(qiáng)、易于提高耐壓能力（ 3000v 以上）。 （ 2）大功率晶體管（ GTR） 20 GTR 是一種電流控制的雙極雙結(jié)電力電子器件，產(chǎn)生于本世紀(jì) 70 年代，其額定值已達(dá) 1800V/800A /2kHz、 1400v/600A/5kHz、 600V/3A /100kHz 。 GTR 的缺點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)電流較大、耐浪涌電流能力差、易受二次擊穿而損壞。 （ 3）功率 MOSFET 功率 MOSFET 是一種電壓控制型單極晶體管，它是通過柵極電壓來控制漏極電流的，因而它的一個(gè)顯著特點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單、驅(qū)動(dòng)功率??； 僅由多數(shù)載流子導(dǎo)電，無少子存儲(chǔ)效應(yīng)，高頻特性好，工作頻率高達(dá) 100kHz 以上，為所有電力電子器件中頻率之最，因而最適合應(yīng)用于開關(guān)電源、高頻感應(yīng)加熱等高頻場(chǎng)合；沒有二次擊穿問題，安全工作區(qū)廣，耐破壞性強(qiáng)。 目前制造水平大概是1kV/2A/2MHz 和 60V/200A/2MHz 。通過施加正向門極電壓形成溝道、提供晶體管基極電流 使 IGBT 導(dǎo)通；反之，若提供反向門極電壓則可消除溝道、使 IGBT 因流過反向門極電流而關(guān)斷。它的研制成功為提高電力電子裝置的性能，特別是為逆變器的小型化、高效化、低噪化提供了有利條件。 IGBT 的通態(tài)壓降同 GTR 相近，但比功率 MOSFET 低得多； IGBT 的電流、電壓等級(jí)與 GTR 接近， 而比功率 MOSFET 高。因?yàn)?MOSFET 是用柵極電壓來控制漏極電流的，因此它的第一個(gè)特點(diǎn)就是驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單，需要的驅(qū)動(dòng)功率小 。 另外 MOSFET 的熱穩(wěn)定性優(yōu)于 GTR。 但是 MOSFET 的電流容量小，耐壓低，一般只適用于功率不超過 10kW 的電