的电源功率转变为频率可变的交流电功率，对同步电机进行变频调速的系统。与般的交流异步电机不同，无刷电机在运行过程中，转子磁场的转速与定子电流产生的旋转磁场的转速相等，即保持同步。无刷电机的频率不是独立调节的，而是受安装在转子轴上的位置检测器的控制。随着转子位置的不同，位置检测器产生的信号也不同，这些信号经过处理后用来控制逆变桥的正确换流，从而改变电机定子绕组电流的频率，即控制电机转速。般所说的有刷直流电动机是指具有换向器和电刷的直流电动机。在这种电动机中定子侧安装固定主磁极和电刷，转子侧安放电枢绕组和换向器。直流电源的电能通过电刷和换向器进入电枢绕组，产生电枢电流，电枢电流与主磁场相互作用产生转矩，带动负载。然而由于电刷和换向器的存在，结果产生了系列致命的弱点结构复杂，可靠性差，故障多，需要维护，维护又困难，寿命短换向火花形成电磁干扰。无刷直流电动机就是在保留有刷直流电动机的优良性能的基础上，为去除电刷和换向器而研究开发的。由于无刷直流电动机没有电刷和换向器，它的绕组里电流的通断是通过电子换向电路及功率放大器实现的。要在电动机中产生恒定方向的电磁转矩，就应使电枢电流随磁场位置的变化而变化。为实现这点，就需要确认磁极与绕组之间的相对位置信息。般采用位置传感器来完成，由位置传感器将转子磁极的位置信号转换成电信号，然后去驱动功率器件，控制相应绕组电流的通断。与有刷直流电动机不同，无刷直流电动机的永久磁钢磁极安放在转子上，而电枢绕组安装在定子上。位置传感器也有相应的两部分，转动部分和电动机本体中转子同轴连接转动部分通常由电机转子代替，固定部分与定子相连。如图所示，在电动机装配过程中，首先调整好位置传感器的三个信号元件与电机定子三相绕组之间的相对位置，使得转子磁场转到定子相绕组下时，该相绕组才导通，以保证转子磁极下的绕组导体电流方向始终保持致。图无刷直流电动机原理示意图当电动机转子极位于处，则传感器元件感应出信号，使原理图绪论电动自行车的概述电动自行车的产生我国改革开放的深入和社会随着生产力的发展，人们生活节奏的加快，活动范围的不断扩大，人们希望获得种轻便快捷简单安全的交通工具，因此开发无污染的绿色环保电动自行车成为目前的大发展趋势。前几年，人们选择了燃油助动车，但由于燃油助动车采用小容量二冲程汽油发动机为动力，其废气排放浓度是般轿车的倍，其污染问题引起了社会各界和主管部门的高度重视。电动自行车并不是简单地在自行车上加上电池和电动机，而是包括电池控制系统传动系统电机四大块，并且采用了很多的新技术和新材料。单从其驱动装置电机来看就有很高的技术含量。电动自行车的电机经过十多年的发展，曾经有变频电机开关磁阻电机有刷直流电机无刷电机等多种驱动方案。经过市场验证，目前较为成熟的有两大类类是带减速齿轮的有刷电机，有盘式结构和圆柱结构两种另类是不带减速齿轮的直接驱动的无刷直流电机。电动自行车种类电动自行车般分为两类，种是零启动电动自行车，般称为电动自行车，这种电动自行车尽管有脚踏骑行功能，但可以完全靠电动骑行。还有种是智能型电动自行车，这种智能型电动自行车不能完全电动骑行，是需要人力骑行的助力电动自行车，般为比助力即人机对等出力。不过现在有些电动车控制器将这两种功能综合在起，通过功能选择按键可以选择相应的骑行模式。电动自行车所面临的挑战上世纪九十年代，电动自行车在国内露面，尽管不少城市采取不鼓励不禁止的双不政策，但短短几年，便风靡时。在城市公交拥挤不堪，私家车花费太高的现实下，人们发现，快捷省力的电动自行车不失为理想的代步工具。但是，现在绝大多数电动自行车使用铅酸电池，废弃后若得不到有效处理，将严重污染环境，其危害甚至比汽车尾气还要大。而铅酸电池，主要由铅硫酸部分其他金属及塑料组成，其内部所含硫酸浓度接近于纯硫酸，酸液具有高溶解性，这种酸液里含有大量的铅无机盐，随意来的种新型机电体化电机。该电机由定子转子和转子位置检测元件霍尔传感器等组成，既具有交流电机结构简单运行可靠维护方便的特点，又具有直流电机良好的调速特性，并且无机械式换相器，现已广泛应用于各种调速场合。无刷直流电机因其体积小转矩高可靠性高维护方便等优点，在电动自行车等家用设备中得到了广泛的应用。以前没有个专用控制芯片能够对霍尔传感器检测出的位置信号进行译码，它本身更不具备过流过热欠压正反转选择等辅助功能，因此设计者最初采用分立元件组成的庞大的模拟电路来对它进行控制，使得系统的设计调试相当复杂，而且要占用很大面积的电路板，有时候与把控制器内嵌到电机内部的要求相矛盾。后来公司研制了无刷电机控制专用芯，它集译码过流过热欠压正反转选择等诸功能于身，组成的系统所需外围电路比较简单。无刷直流电机控制器结构有多种形式，最初是采用分离元件组成的庞大而复杂的模拟控制电路，由于调试难度大，稳定性差，已逐渐被淘汰以微机单片机为核心构成的数字控制电路调速控制功能强，但存在着运算速度慢的缺陷，般只适用于复杂的运行控制场合新型电机控制专用芯片的出现，给无刷直流电机调速装置的设计带来了极大的便利，这种集成模拟控制芯片控制功能强保护功能完善工作性能稳定，组成的系统所需外围电路简单抗干扰能力强，特别适用于工作环境恶劣对控制器体积价格性能比要求较高的场合。无刷直流电机的分类无刷直流电机的电枢线圈是经由电子换向器接到直流电源的，因而可以归为直流电机的种。近年来，有人从供电变流器的角度将它归为交流同步电机的种，因为无刷直流电机的转速变化以及电枢绕组中的电流变化是和变流器的频率致的。因此，按照它们的工作特性，可以把无刷直流电机分为以下两类具有直流电动机特性的无刷直流电动机这类电动机有直流电源供电，借助位置传感器来检测主转子的位置，所检测出的信号去触发相应的电子换向线路以实现无接触式换流。显然这种无刷直流电机与普通有刷直流电机相似，具有效率高起动性能好和调速性能好等优点。具有交流电动机特性的无刷直流电动机这类电动机由直流电源供电，但通过逆变器将直流电变换成交流电，然后去驱动般的异步电动机或同步电动机，它采用控制逆变器的频率来控排放将严重污染土壤和水源，并产生铅蒸气，对空气环境生态平衡造成破坏。据统计，组电动车的废电池会污染上万吨水。铅不易被排出体外，还会引发人体代谢生殖及神经等方面的疾病，而人体的铅含量旦超标，就会导致智力下降胎儿畸形，易诱发儿童的恶性肿瘤，甚至导致死亡。因此，目前有部分厂商开始使用锂电池作为电动车的动力源，但锂电池的价格普遍会比铅酸电池高很多，厂家推出这类产品后，是否能够被消费者接收还有待市场的检验。发展趋势及其应用目前，些跨行业的大集团，特别是摩托车家电等行业都注意电动自行车的市场空间，组织人力财力的投入，研究开发电动自行车，再加上批装配型的小型企业出现，现在全国有近家的生产厂，电动自行车产业大有哄而起蜂拥而上的趋势。但电动自行车的第三次升温，首先得益于政府的支持，交通管理部门将电动自行车列为非机动车，使其享受与自行车相同的上牌管理待遇。市民购买使用电动自行车如同购买自行车样方便，无需行使证驾驶证，无需每年验车。电动自行车第三次起跑的关键动力是市场需求，近年来，市场范围不断扩大，部分工薪族购买省力轻便的代步工具的需求越来越旺，各城市注重城市环境，对燃油车停止上牌，逐步淘汰。随着各企业回收废旧电池统处理，认同电动自行车是绿色环保交通工具的政府部门以及消费者也越来越多，这就进步促使电动自行车走进了千家万户，电动自行车虽然前景喜人，但各路诸侯市场分割，市场竞争将日趋激烈，甚至白炽化。总之，如果说年以前的电动车厂家和电脑装机商样，就是采购回来堆东西，组装成车子而没有什么可圈可点的技术含量的话，那么年恐怕就是个分水岭，随着竞争的激烈和品牌效应的逐渐形成，更加重要的是零配件供货的涨价将在最大程度上压缩整个厂家的利润，优胜劣汰的速度必将加剧。课题的研究目的本课题主要介绍以为核心构成的无刷直流电机控制器的设计，主要涉及核心控制电路的构成的驱动调速电路的实现保证系统运行可靠性的抗干扰等方面的内容。而研究出高效率的绿色环保的电动自行车才是本课题的最终目的。无刷直流电动机概述无刷直流电机的发展近年来，随着石油能源的日趋紧张以及人们环保意识的增强，电动自行车越来越受欢迎。用无刷电机驱动已成为电动车的发展方向。永磁直流无刷电机是近年来迅速成熟起到逆变器的个开关管上，使其产生出供电机正常运行所需的三相方波交流电流。调速电路电动自行车的行驶速度是由调速手把来控制的，通过旋转电动车的手把来调节开车的速度。这里的调速手把的控制是接到控制芯片的管脚上，通过调节可变电阻的大小来实现电压的变化，从而达到调节速度的目的。但是，速度是不可能无限的调大的，比如在上坡的时候是不能完全依赖电动车的，同时必须借助于人自身的力量来增加电动车的动力，以保护电动车，延长寿命。图调速电路具体调速电路图如图所示图中在的手把中相当于有个可变电阻，当旋转手把时，电阻产生变化，从而电压变化，达到速度调节的目的。中的脚接到芯片的参考电压上，为电路提供电源脚接地，形成个完整的回路。脚通过电阻接到误差信号放大器反向输入端，电容是起到抗干扰的作用。刹车电路刹车控制采用实时响应方式，当系统检测到刹车信号后，立即使输出的信号变为零脉宽，使电子开关断开，电机失电。同时借助于自行车本身的制动系统，使自行车停止前进。这时系统应处于等待状态，刹车信号消失后，系统恢复当时所需的脉宽。但如果刹车信号消失时，车把给定的是最大速度值，则系统应采用软启动方案，以防止自行车急速前冲。图所示为刹车电路图刹车电路图中为电子刹车，电子刹车是将光耦接到的使能端管脚。当光耦的左端为高电平时，二极管发光，右端导通，由于