电动自行车及其控制器简介

　　电动自行车自从20世纪80年代发明以来经历了一个漫长的发展过程，在20世纪90年代北京的道路上曾经出现过电动自行车，但由于很多技术并没有过关以及交通管理上的一些问题，逐渐在马路上消失了。当时主要的问题是电源没过关，那时的电动自行车使用的电源是汽车用的铅酸蓄电池，维护非常麻烦，除了要及时充电外，还要经常换蒸馏水，而且电池体积重量都很大。到了最近，电源问题得到较好的解决，于是电动自行车就得到了迅速的发展。电动自行车有很多的优点，它不像汽车、摩托车那样有废气及噪音污染，速度低、易于驾驶，一般只要会骑自行车，用不了一个小时就能掌握电动自行车的操作，因此特别适合妇女及老人的使用。当然不用讳言，电动自行车虽然对环境没有直接污染。但若对废旧电池处理不好，和汽车的蓄电池一样对环境也会造成很大的污染，因此在我国有些城市对电动自行车的发展进行了限制。但我想，随着电池行业的发展以及找到对废旧电池的更好处理方法，电动自行车还会继续得到发展。

　　电动自行车由车架、电机、电源、控制器四部分组成（见图1）。

　　1.车架 电动自行车的车架虽然与普通自行车相似，但由于电动自行车的车速较快（虽然规定的电动自行车的最快速度为20公里，但大多电动自行车可达25～30公里）、自重较大（主要是增加了电机及电池的重量，一般电动自行车的自重在25～40公斤左右）。因此电动自行车的车架要比普通自行车结实，选用较粗的钢管作为结构件，制动器（刹车）的制动力也比普通自行车大。为了增加骑行的舒适度，前后叉通常都加有减震器，并且为了安全，装有转把锁、电池锁等锁具，并且与摩托车一样，装有仪表板、前大灯、转向灯以及加速手把（“油门”）、控制按钮、带电开关的制动手把等控制设备。此外车架上还要考虑安放电池及控制器等舱体。

　　2.电机 电动自行车大都使用轮毂电机，即把电机做成轮毂的样子，直接驱动后轮，从而降低了成本，又提高了驱动效率。部分电动自行车采用高速电机加减速器的方案，这种方案由于使用了减速器，牵引力较大，所以爬坡的能力较大。同时电机运行的效率较高。当然，这种结构增加了成本。

　　在电动自行车中使用的电机有三种类型：高效低速稀土永磁直流无刷电机、高效低速稀土永磁直流有刷电机、高效高速稀土永磁直流有刷电机。轮毂电机都是低速电机，高速电机都带减速器。而有刷与无刷是指电机的换向的方法。我们知道直流电机在转动的过程中绕组中的电流要不断地改变方向以使转子向一个方向转动。普通的直流电机是用电刷与换向器通过机械接触进行换向，这就是我们前面所说的有刷电机，而无刷电机则是通过传感器（通常用霍尔磁传感器）检测出绕组的位置，并通过单片机或专用的集成电路接通相应的功率器件给绕组供电。这种电机由于没有电刷与换向器的机械接触与磨损，不需要经常换电刷等易损件，从而提高了电机的寿命，减少了维修的费用。这在电动自行车上是非常重要的，因为在电动自行车上要打开轮毂电机是非常困难的。此外，无刷电机在运行时不会像有刷电机那样产生火花，干扰车上的电器设备（仪表、控制器）。但是，无刷电机需要比较复杂的控制器，因此控制器的成本要比有刷电机的高，但考虑到整车性能以及维护方面的方便，目前绝大多数的电动自行车都使用高效低速稀土永磁无刷电机作为动力。

图2是一种高效低速稀土永磁无刷电机的结构，电机的转动部分是转子，与普通电机不同，这种电机的绕组在定子上，而转子上嵌有三组稀土制成的高磁强永磁体，一般为24块，它的磁场强度决定了电机的效率和驱动力的大小，所以用户不要随意打开电机，不仅由于定子与转子之间的磁力很大卸开后没有专用工具很难装好，而且定子卸走后会使磁钢退磁，从而降低了电机的性能。定子上绕有绕组的铁芯及用于固定到车架的空心轴，在定子的边缘装有三个霍尔器件作为转子的位置传感器。所有接线都从固定轴的中孔中引出。引出线分两组，比较粗的一组是电机的驱动线，用来驱动电机。要求能持续通上10A并在瞬时有通过30A电流的能力。这一组三条线A、B、C分别连接到星形连接的三相电机绕组的接线端。另一组接线通常连在一个5线插头上（虽然目前还没有一个标准，但为了能使各种电机与不同厂家的控制器相接或者说为了使各种控制器能与不同厂家的电机相连接，这些连接器的规格、定义都在靠拢。），该组接线用于检测绕组的位置，其中1为检测器电源，通常为12V或5V，5为地，2、3、4为绕组相应的霍尔位置检测器的输出a、b、c，它们与绕组的响应关系用颜色标记