一種電動摩託車用無刷直流電機控制系統的製作方法
2023-12-03 19:42:11 3
專利名稱：一種電動摩託車用無刷直流電機控制系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電動摩託車用無刷直流電機控制系統。
背景技術：
目前在電動摩託車驅動領域，主要有交流電機和直流電機。交流電機的缺點有運行效率低，調速性能差，同時對於體積小、重量輕的電動摩託車來說，安裝遞變器會佔用很大空間。直流電機包括有刷直流電機和無刷直流電機，有刷直流電機會帶來噪聲、火花、無線電幹擾以及壽命短、維修困難等致命弱點。而目前的電動摩託車用永磁無刷直流電機控制系統主要採用高性能的計算機晶片結合軟體來完成，而摩託車運行速度快，加速、減速頻繁，很容易引起軟體程序跑飛，無法正常控制電機安全運行，系統可靠性較差，而製造成本也很高，無法滿足快速、便宜的電動摩託車的需要。
發明內容為了克服現有電動摩託車電機控制系統效率低，調速性能差、幹擾大、可靠性差、成本高等不足，本實用新型提供了一種結構簡單、功能完善、成本低廉、可靠性高的電動摩託車用無刷直流電機控制系統。本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案一種電動摩託車用無刷直流電機控制系統，包括邏輯控制電路U1、電子測速器U2、智能功率電路U6、單片機U3、緩衝器U4、鎖存器U5、光電耦合器U7-U12，其特徵在於所述的邏輯控制電路Ul —端與電子測速器U2相接，一端與單片機U3相接，一端與鎖存器U5相接，邏輯控制電路Ul還有一端與6個光電耦合器U7-U12相連，同時光電耦合器U7-U12的另一端還與智能功率電路U6相接。單片機U3的10腳、11腳、12腳和13腳分別連著邏輯控制電路Ul的控制電機轉向的3腳、使能控制的7腳、傳感器相差選擇的22腳和制動輸入的23腳。鎖存器U5的2腳、5腳和6腳分別連著邏輯控制電路Ul的4腳、5腳和6腳；緩衝器U4的9腳、7腳和5腳分別連著鎖存器U5的7腳、4腳和3腳。緩衝器U4的14腳、16腳和18腳分別連著鎖存器U5的7腳、4腳和3腳。邏輯控制電路Ul要通過光電耦合器U7-U12與智能功率電路U6相接。本控制系統由主電路和補充電路兩部分構成。主電路功能由純硬體實現，選用MC33035為主控電路，MC33039為電子測速器，IRAMS10UP60A為智能功率電路，MC33035主要完成邏輯控制，MC33039實現閉環速度控制。功率模塊IRAMS10UP60A內部集成了多種功能電路，電機本體的三相繞組為Y聯結，逆變橋電路工作在全控橋兩兩通電方式。電機正常啟動後，電機的正常工作基本都由主電路完成，位置傳感器反饋信號經補充電路進入主控電路MC33035，然後解碼成六路輸出信號去控制逆變橋電路。補充電路主要解決死區啟動和緊急制動問題，提高系統的安全可靠性。補充電路由單片機8751、緩衝器74LS244和鎖存器74LS373組成。本實用新型發明結構簡單、功能完善、成本低廉、可靠性很高。同時本實用新型設計對無刷直流電機在其它領域的應用也有一定的幫助和借鑑。
圖I是本實用新型的電路框圖。圖2是本實用新型的電路原理圖。圖3是本實用新型的執行流程圖。圖4是本實用新型的脈寬調製電路圖。圖5是本實用新型的脈寬調製時序圖。·具體實施方式
本實用新型的電路框圖如圖I所示。系統由主電路和補充電路兩部分構成，電機的正常工作基本都由主電路完成，補充電路主要解決啟動死區問題和緊急制動問題。本實用新型的執行流程如圖3所示，從圖3可以看出，只有電機非正常啟動和緊急制動兩種情況下，由補充電路協助主電路來執行，其它情況下，系統功能主要由主電路來完成。主電路都是由硬體來實現，性價比高，穩定性好。本實用新型的整體電路原理圖如圖2所示。在電機正常啟動的情況下，8751控制74LS244和74LS373，讓電機轉子位置傳感器送來的三相位置檢測信號順利進入MC33035，同時也送入MC33039。送入MC33035的信號經晶片內部解碼電路結合正反轉、起停、制動和電流檢測等控制邏輯信號狀態，經過運算後，產生6路控制信號，再送入功率模塊IRAMS10UP60A，經過驅動電路整形、放大後，施加到逆變器的6個開關管上，使其產生出供電機正常運行所需的三相方波電流。另一方面，送入MC33039的信號經F/V轉換，得到一個頻率與電機轉速成正比的脈衝信號，脈衝信號通過簡單的濾波後形成轉速反饋信號，利用MC33035中的誤差放大器即可構成一個簡單的P調節器，實現電機轉速的閉環控制，以提高電機的機械特性硬度。當電機進入死區無法正常啟動時，8751檢測到的電機轉子位置傳感器信號是一組不變的信號(即死區編碼)，查表找出死區編碼的下一組編碼，由補充電路輸出到MC33035，隨後重新給出啟動信號，電機啟動；在電機要求緊急制動時，根據MC33035驅動原理，只需由補充電路在制動時強迫位置傳感器的輸出編碼保持不變，便能強迫電流不換相，進行緊急制動。圖2中除了上面介紹的集成電路外，還有一些分離元件，R1，C1這兩個元件的選擇要依據電動機極對數和電動機最高轉速來確定；R2，C2這兩個元件跟R1，Cl 一樣，構成另外一個單穩態電路。這個單穩態電路是利用電容C2的衝放電來產生鋸齒波的，鋸齒波頻率一般為5KHZ 20KHZ，確定鋸齒波頻率的原則是既要能抑制雜波的幹擾，又要不影響功率管的效率；R3，C3這兩個元件構成一個低通濾波電路，主要作用是把方波脈衝的直流成分取出來；R8，R9，R21，這三個電阻主要是為了限制電動機電流，C5是濾波電容；R20為可調電位器，以提供電動機速度控制所需要的輸入電壓；R10，C6實現系統的故障暫時鎖定功能；PC817實現隔離和電平轉換，以滿足電動機驅動晶片IRAMS10UP60A的電位要求。本實用新型的脈寬調製電路如圖4所示。該控制系統採用PWM方式控制電機的轉矩和轉速，在MC33035的外圍加上電容、電阻及可調電位器即可產生我們所需要的閉環脈寬調製信號。PWM信號的頻率可以由改變R2和C2來調節，其頻率由 公式決定。脈寬調製時序圖如圖5所示。
權利要求1.一種電動摩託車用無刷直流電機控制系統，包括邏輯控制電路U1、電子測速器U2、智能功率電路U6、單片機U3、緩衝器U4、鎖存器U5、光電耦合器U7-U12，其特徵在於所述的邏輯控制電路Ul—端與電子測速器U2相接，一端與單片機U3相接，一端與鎖存器U5相接，邏輯控制電路Ul還有一端與6個光電耦合器U7-U12相連，同時光電耦合器U7-U12的另一端還與智能功率電路U6相接。
2.如權利要求I所述的一種電動摩託車用無刷直流電機控制系統，其特徵是單片機U3的10腳、11腳、12腳和13腳分別連著邏輯控制電路Ul的控制電機轉向的3腳、使能控制的7腳、傳感器相差選擇的22腳和制動輸入的23腳。
3.如權利要求I所述的一種電動摩託車用無刷直流電機控制系統，其特徵是鎖存器U5的2腳、5腳和6腳分別連著邏輯控制電路Ul的4腳、5腳和6腳；緩衝器U4的9腳、7腳和5腳分別連著鎖存器U5的7腳、4腳和3腳。
4.如權利要求I所述的一種電動摩託車用無刷直流電機控制系統，其特徵是緩衝器U4的14腳、16腳和18腳分別連著鎖存器U5的7腳、4腳和3腳。
5.如權利要求I所述的一種電動摩託車用無刷直流電機控制系統，其特徵是邏輯控制電路Ul要通過6個光電耦合器U7-U12與智能功率電路U6相接。
專利摘要本實用新型提供了一種電動摩託車用無刷直流電機控制系統，提出了一種基於單片機和專用晶片的電機控制系統。系統由主電路和補充電路兩部分構成，電機的正常工作基本都由主電路完成，補充電路主要解決啟動死區問題和緊急制動問題，讓系統更加安全可靠。主電路主要由主控電路MC33035，電子測速器MC33039和智能功率電路IRAMY20UP60B構成，MC33035主要完成邏輯控制，MC33039直接利用三相繞組無刷直流電機轉子位置傳感器的三個方波輸出信號，實現閉環速度控制。功率模塊IRAMS10UP60A內部集成了多種功能電路，電機本體的三相繞組為Y聯結，逆變橋電路工作在全控橋兩兩通電方式。補充電路由單片機8751、緩衝器74LS244和鎖存器74LS373組成。本實用新型發明結構簡單、功能完善、成本低廉、可靠性很高。
文檔編號H02P6/00GK202721640SQ201220187290
公開日2013年2月6日 申請日期2012年4月27日 優先權日2012年4月27日
發明者韋敏 申請人:西安石油大學