專利名稱：一種電動摩托車用無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電動摩托車用無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前在電動摩托車驅(qū)動領(lǐng)域，主要有交流電機(jī)和直流電機(jī)。交流電機(jī)的缺點(diǎn)有運(yùn)行效率低，調(diào)速性能差，同時(shí)對于體積小、重量輕的電動摩托車來說，安裝遞變器會占用很大空間。直流電機(jī)包括有刷直流電機(jī)和無刷直流電機(jī)，有刷直流電機(jī)會帶來噪聲、火花、無線電干擾以及壽命短、維修困難等致命弱點(diǎn)。而目前的電動摩托車用永磁無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)主要采用高性能的計(jì)算機(jī)芯片結(jié)合軟件來完成，而摩托車運(yùn)行速度快，加速、減速頻繁，很容易引起軟件程序跑飛，無法正?？刂齐姍C(jī)安全運(yùn)行，系統(tǒng)可靠性較差，而制造成本也很高，無法滿足快速、便宜的電動摩托車的需要。
發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有電動摩托車電機(jī)控制系統(tǒng)效率低，調(diào)速性能差、干擾大、可靠性差、成本高等不足，本實(shí)用新型提供了一種結(jié)構(gòu)簡單、功能完善、成本低廉、可靠性高的電動摩托車用無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案一種電動摩托車用無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)，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(jī)U3、緩沖器U4、鎖存器U5、光電耦合器U7-U12，其特征在于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(jī)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(gè)光電耦合器U7-U12相連，同時(shí)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(jī)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(jī)轉(zhuǎn)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；緩沖器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。緩沖器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(tǒng)由主電路和補(bǔ)充電路兩部分構(gòu)成。主電路功能由純硬件實(shí)現(xiàn)，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(shí)現(xiàn)閉環(huán)速度控制。功率模塊IRAMS10UP60A內(nèi)部集成了多種功能電路，電機(jī)本體的三相繞組為Y聯(lián)結(jié)，逆變橋電路工作在全控橋兩兩通電方式。電機(jī)正常啟動后，電機(jī)的正常工作基本都由主電路完成，位置傳感器反饋信號經(jīng)補(bǔ)充電路進(jìn)入主控電路MC33035，然后譯碼成六路輸出信號去控制逆變橋電路。補(bǔ)充電路主要解決死區(qū)啟動和緊急制動問題，提高系統(tǒng)的安全可靠性。補(bǔ)充電路由單片機(jī)8751、緩沖器74LS244和鎖存器74LS373組成。本實(shí)用新型發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、功能完善、成本低廉、可靠性很高。同時(shí)本實(shí)用新型設(shè)計(jì)對無刷直流電機(jī)在其它領(lǐng)域的應(yīng)用也有一定的幫助和借鑒。

圖I是本實(shí)用新型的電路框圖。圖2是本實(shí)用新型的電路原理圖。圖3是本實(shí)用新型的執(zhí)行流程圖。圖4是本實(shí)用新型的脈寬調(diào)制電路圖。圖5是本實(shí)用新型的脈寬調(diào)制時(shí)序圖?！?b>具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的電路框圖如圖I所示。系統(tǒng)由主電路和補(bǔ)充電路兩部分構(gòu)成，電機(jī)的正常工作基本都由主電路完成，補(bǔ)充電路主要解決啟動死區(qū)問題和緊急制動問題。本實(shí)用新型的執(zhí)行流程如圖3所示，從圖3可以看出，只有電機(jī)非正常啟動和緊急制動兩種情況下，由補(bǔ)充電路協(xié)助主電路來執(zhí)行，其它情況下，系統(tǒng)功能主要由主電路來完成。主電路都是由硬件來實(shí)現(xiàn)，性價(jià)比高，穩(wěn)定性好。本實(shí)用新型的整體電路原理圖如圖2所示。在電機(jī)正常啟動的情況下，8751控制74LS244和74LS373，讓電機(jī)轉(zhuǎn)子位置傳感器送來的三相位置檢測信號順利進(jìn)入MC33035，同時(shí)也送入MC33039。送入MC33035的信號經(jīng)芯片內(nèi)部譯碼電路結(jié)合正反轉(zhuǎn)、起停、制動和電流檢測等控制邏輯信號狀態(tài)，經(jīng)過運(yùn)算后，產(chǎn)生6路控制信號，再送入功率模塊IRAMS10UP60A，經(jīng)過驅(qū)動電路整形、放大后，施加到逆變器的6個(gè)開關(guān)管上，使其產(chǎn)生出供電機(jī)正常運(yùn)行所需的三相方波電流。另一方面，送入MC33039的信號經(jīng)F/V轉(zhuǎn)換，得到一個(gè)頻率與電機(jī)轉(zhuǎn)速成正比的脈沖信號，脈沖信號通過簡單的濾波后形成轉(zhuǎn)速反饋信號，利用MC33035中的誤差放大器即可構(gòu)成一個(gè)簡單的P調(diào)節(jié)器，實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的閉環(huán)控制，以提高電機(jī)的機(jī)械特性硬度。當(dāng)電機(jī)進(jìn)入死區(qū)無法正常啟動時(shí)，8751檢測到的電機(jī)轉(zhuǎn)子位置傳感器信號是一組不變的信號(即死區(qū)編碼)，查表找出死區(qū)編碼的下一組編碼，由補(bǔ)充電路輸出到MC33035，隨后重新給出啟動信號，電機(jī)啟動；在電機(jī)要求緊急制動時(shí)，根據(jù)MC33035驅(qū)動原理，只需由補(bǔ)充電路在制動時(shí)強(qiáng)迫位置傳感器的輸出編碼保持不變，便能強(qiáng)迫電流不換相，進(jìn)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(gè)元件的選擇要依據(jù)電動機(jī)極對數(shù)和電動機(jī)最高轉(zhuǎn)速來確定；R2，C2這兩個(gè)元件跟R1，Cl 一樣，構(gòu)成另外一個(gè)單穩(wěn)態(tài)電路。這個(gè)單穩(wěn)態(tài)電路是利用電容C2的沖放電來產(chǎn)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干擾，又要不影響功率管的效率；R3，C3這兩個(gè)元件構(gòu)成一個(gè)低通濾波電路，主要作用是把方波脈沖的直流成分取出來；R8，R9，R21，這三個(gè)電阻主要是為了限制電動機(jī)電流，C5是濾波電容；R20為可調(diào)電位器，以提供電動機(jī)速度控制所需要的輸入電壓；R10，C6實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的故障暫時(shí)鎖定功能；PC817實(shí)現(xiàn)隔離和電平轉(zhuǎn)換，以滿足電動機(jī)驅(qū)動芯片IRAMS10UP60A的電位要求。本實(shí)用新型的脈寬調(diào)制電路如圖4所示。該控制系統(tǒng)采用PWM方式控制電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，在MC33035的外圍加上電容、電阻及可調(diào)電位器即可產(chǎn)生我們所需要的閉環(huán)脈寬調(diào)制信號。PWM信號的頻率可以由改變R2和C2來調(diào)節(jié)，其頻率由 公式?jīng)Q定。脈寬調(diào)制時(shí)序圖如圖5所示。
權(quán)利要求1.一種電動摩托車用無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)，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(jī)U3、緩沖器U4、鎖存器U5、光電耦合器U7-U12，其特征在于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(jī)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(gè)光電耦合器U7-U12相連，同時(shí)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(quán)利要求I所述的一種電動摩托車用無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征是單片機(jī)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(jī)轉(zhuǎn)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(quán)利要求I所述的一種電動摩托車用無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征是鎖存器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；緩沖器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(quán)利要求I所述的一種電動摩托車用無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征是緩沖器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(quán)利要求I所述的一種電動摩托車用無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征是邏輯控制電路Ul要通過6個(gè)光電耦合器U7-U12與智能功率電路U6相接。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種電動摩托車用無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)，提出了一種基于單片機(jī)和專用芯片的電機(jī)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)由主電路和補(bǔ)充電路兩部分構(gòu)成，電機(jī)的正常工作基本都由主電路完成，補(bǔ)充電路主要解決啟動死區(qū)問題和緊急制動問題，讓系統(tǒng)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(gòu)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(jī)轉(zhuǎn)子位置傳感器的三個(gè)方波輸出信號，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)速度控制。功率模塊IRAMS10UP60A內(nèi)部集成了多種功能電路，電機(jī)本體的三相繞組為Y聯(lián)結(jié)，逆變橋電路工作在全控橋兩兩通電方式。補(bǔ)充電路由單片機(jī)8751、緩沖器74LS244和鎖存器74LS373組成。本實(shí)用新型發(fā)明結(jié)構(gòu)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(yōu)先權(quán)日2012年4月27日
發(fā)明者韋敏 申請人:西安石油大學(xué)