电动车维修技术及原理.docx

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电动车维修技术及原理

电动车维修

技术及原理

首先要了解一下电动车的整体电路组成

电动车电气原理图（无刷电机）

新增电动自行车电原理图

电动车转把，闸把的结构，信号特征及改制

1．转把的形式、信号特征及其信号改制

   电动车的转把有3根引线：

分别是电源（+5V），地线，转把信号线（线形连续变化信号）。

电动车上使用的转把有光电转把和霍耳转把两种，目前采用霍耳转把的电动车占绝大多数。

霍耳转把的内部电路如图：

常见线性霍尔元件型号有3501350335083515351635173518

    霍耳转把输出电压的大小，取决于霍耳元件周围的磁场强度。

转动转把，改变了霍耳元件周围的磁场强度，也就改变了霍耳转把的输出电压。

在电动车上使用的霍耳转把的信号有以下几种：

转把的种类

输出电压

正把/5V供电

反把／5V供电

单霍耳转把

1.1-4.2（最多）

4.2-1.1（少量）

单霍耳转把

2.6-3.7（极少）

3.7-2.6

单霍耳转把

1-2.5

2.5-1

单霍耳转把

2.5-4

4-2.5

双霍耳转把

0-5

5-0

光电转把

0-5（少量）

5-0

    其中最常用的是以下两种信号的转把：

1-4.2V（俗称正把），4.2-1V（俗称反把）。

两种信号的转把中，是1.0V～4.2V的转把占绝大多数。

其它输出电压的转把，目前市场中存在很少，已成为事实中的非标产品，这种非标的转把在早期的电动车上使用比较多。

因此目前市场上通用的控制器绝大多数是识别1-4.2V转把信号的产品。

当电动车的转把或控制器需要维修更换时，一旦遇到转把信号与控制器不匹配的情况时，这就需要对转把进行改制，使其输出信号能匹配控制器。

    转把输出信号改制：

将转把拆开，改变转把里面磁钢工作面的极性，就可以改变转把输出的电位。

如果转把内有两个磁钢，分别将两个磁钢都转180°，再装好；如果转把内只有1个磁钢，将磁钢取出，反转180°后，装好转把，这样就改变了转把里面霍耳元件工作磁场的起始位置，从而实现了转把输出信号的改制。

如图：

2．闸把的形式与刹车信号及其信号改制

    转把信号是电动车电机旋转的驱动信号，闸把信号是电机停止转动的制动信号。

电动车标准要求电动车在刹车制动时，控制器应能自动切断对电机的供电。

因此电动车闸把上应该有闸把位置传感元件，在有捏刹车把动作时，将刹车信号传给控制器，控制器接受到刹车信号后，立即停止对电机的供电。

    电动车闸把的位置传感元件有机械式微动开关（分机械常开和机械常闭两种）和开关型霍耳感应元件（分刹车低电位和刹车高电位两种）两种。

常见单极性开关霍尔元件型号的型号有：

312231233141314331443161324033613362

其典型内部电路如下：

（开关霍耳元件电路原理图）

一般机械常开的刹车信号是常高电位，当刹车时，闸把内部的微动开关闭合，其信号变成低电位。

一般机械常闭的刹车信号是常低电位，当刹车时，闸把内部的微动开关打开，其信号变成高电位。

一般电子低电位闸把的刹车信号是常高电位，当刹车时，闸把内部的霍耳元件信号翻转，其信号变成低电位。

一般电子高电位闸把的刹车信号是常低电位，当刹车时，闸把内部的霍耳元件信号翻转，其信号变成高电位。

   刹车信号高低电位的变化，是控制器识别电动车是否处于刹车状态，从而判断控制器是否给电机供电。

当电动车的闸把或控制器需要维修更换时，会遇到闸把信号与控制器不匹配的情况时，这就需要对闸把进行改制，使其输出信号能匹配控制器。

因此在维修实践中，不论闸把的形式如何，也不论控制器识别何种刹车信号，应做到能对各种形式的刹车信号进行适当改进，以匹配成控制器能识别的信号。

电动车主要由电机，控制器，电池，充电器四部分组成，人称“四大件”所以接下来，从电机入手

（电动车）直流无刷电机的原理与控制

    直流无刷电机在各个方面得到广泛的应用，处处都可以见到它们的踪影，种类也很繁多，因为本人从事的是电动车方面的行业，故在这里我们主要讲讲电动车上直流无刷电机的原理和控制

    它的结构图如下：

（这是一个小型直流无刷电机的结构图）当然电动车上的无刷电机线圈更多，不过和下面介绍的原理是一样的。

这样做的目的是为了简化，同时也是为了使大家更易于理解。

其实无刷电机的原理很简单，概括的说就是：

当给内置霍耳传感器接通电源时，这些霍耳传感器将信号输入到控制器，其实这些信号间接反映了转子所处的位置。

控制器对这些信号经过判断之后，作出相应的输出，并给相应的线圈通电，通电产生了磁场。

因为同性相斥，异性想吸的原理，定子和转子就相对移动。

普通无刷电机的定子是线圈（上面连有霍耳传感器），于是转子（磁钢及轮子）受迫转动。

转子一转动，内置霍耳传感器的输出信号便发生改变，控制器又输出不同方向的电流而该输出产生的磁场又刚好再次和固定磁场（磁钢）同性相斥，异性相吸，结果再次迫使转子转动，接着霍耳传感器的输出信号又再次发生改变.......这样周而复使，轮子就不断转动（每次霍耳信号改变，控制器产生的电流方向要与电机所要求的一致才行，也就是相序要匹配，轮子才会朝一个方向运动）。

电机内部霍耳传感器的正电源线即红线一般接5－12v直流电。

而以5V居多。

霍耳的信号线传递电机里面磁钢相对于线圈的位置，根据三个霍耳的信号控制器能知道此时应该如何给电机的线圈供电（不同的霍耳信号，应该给电机线圈提供相对应方向的电流），就是说霍耳状态不一样，线圈的电流方向不一样。

二，无刷电机的运行原理

霍耳信号传递给控制器，控制器通过电机相线（粗线，不是霍耳线）给电机线圈供电，电机旋转，磁钢与线圈（准确的说是缠在定子上的线圈，其实霍耳一般安装在定子上）发生转动，霍耳感应出新的位置信号，控制器粗线又给电机线圈重新改变电流方向供电，电机继续旋转（线圈和磁钢的位置发生变化时，线圈必须对应的改变电流方向，这样电机才能继续向一个方向运动，不然电机就会在某一个位置左右摆动，而不是连续旋转），这就是电子换相。

如图所示

                           图1

                                       图2

                                图3

                       图4

                           图5

电动自行车电机故障的检修

    电机的故障有机械故障与电气故障两大类，机械故障比较容易发现，而电气故障就要通过测量其电压或电流进行分析判断了。

我们现在介绍电机常见故障的检测与排除方法。

一、电机的空载电流大

    将万用表置于直流20A挡位，将红、黑表笔串联接在控制器的电源输入端。

打开电源，在电机不转动的情况下，记录下此时万用表的最大电流数值A1。

    转动转把，使电机高速空载转动10s以上。

等电机转速稳定以后，开始观察并记录此时万用表的最大数值A2。

    电机的空载电流=A2-A1

    各种电机的无故障最大极限空载电流参考表如下：

    当电机的空载电流大于参考表极限数据时，表明电机出现了故障。

电机空载电流大的原因有：

    ①电机内部机械摩擦大。

    ②线圈局部短路。

    ③磁钢退磁。

    我们继续往下做有关的测试与检查项目，可以进一步判断出故障原因或故障部位。

二、电机的空载/负载转速比大于1.5

    打开电源，转动转把，使电机高速空载转动10s以上。

等电机转速稳定以后，用手持式速度/转速测量计测量此时电机的空载最高转速N1。

    在标准测试条件下，行驶200m距离以上，开始测量电机的负载最高转速N2。

空载/负载转速比=N2÷N1

    当电机的空载/负载转速比大于1.5时，说明电机的磁钢退磁已经相当厉害了，应该更换电机里面整套的磁钢,在电动车的实际维修过程中一般是更换整个电机。

三、电机发热

    用非接触式的红外线温度计，或万用表的温度测量挡位（带温度测量的万用表），测量电机端盖的温度超过环境温度25℃以上时，表明电机的温升已经超出了正常范围，一般电机的温升应在20℃以下。

    电机发热的直接原因是由于电流大引起的。

电机电流I，电机的输入电动势E1，电机旋转的感生电动势（又叫反电动势）E2，与电机线圈电阻R之间的关系是：

                                      I=（E1-E2）÷R

    I增大，说明R变小或E2减小了。

R变小一般是线圈短路或开路引起的。

E2减小一般是磁钢退磁引起的或者是线圈短路、开路引起的。

    在电动车的整车的维修实践中，处理电机发热故障的方法，一般是更换电机。

四、电机在运行时内部有机械碰撞或机械噪音

    无论高速电机还是低速电机，在负载运行时都不应该出现机械碰撞或不连续不规则的机械噪音。

不同形式的电机可以参考上表运用不同的方法进行维修。

五、整车行驶里程缩短，电机乏力

    25℃环境温度时,标准试验条件下，用不同形式的电机装配的整车，其续行里程不一样，我们可以参照下表的数据下判断整车的续行里程是否正常。

表格里的数据是新电池充满电时与新电机配合所跑出来的实际续行里程数的60%，如果实际行驶的里程数小于参考数，我们可以判定为整车的续行里程短。

    整车乏力表现为电机上坡力量小，启动时间长，带人试车速度明显减慢。

    整车续行里程短与电机乏力（俗称电机没劲）的原因比较复杂。

但是当我们排除了以上4种电机故障之后，一般说来，整车续行里程短的故障就不是电机引起的了。

这和电池容量的衰减，充电器充不满电池，控制器参数漂移（PWM信号没有达到100%）等有关，这些问题我们在下面的相关章节中介绍。

六、无刷电机缺相

    无刷电机缺相一般是由于无刷电机的霍耳元件损坏引起的。

我们可以通过测量霍耳元件输出引线相对霍耳地线和相对霍耳电源的引线的电阻，用比较法判断是哪只霍耳元件出现故障。

    为保证电机换相位置的精确，一般建议同时更换所有的三个霍耳元件。

更换霍耳元件之前，必须弄清楚电机的相位代数角是120°还是60°，一般60°相角电机的三个霍耳元件的摆放位置是平行的。

而120°相角电机，三个霍耳元件中间的一个霍耳元件是呈翻转180°位置摆放的。

再来就是控制电路

电动车控制器的分类命名及通用模块电路结构参数和典型电路

一、电动车控制器的分类命名

　　控制器的功能主要是控制电机旋转速度，并对整车的电气系统进行有效的保护。

根据所要驱动的电机的形式，参数的不同，要选择的控制器的参数也不同。

国标对电动车用控制器的命名标准如下：

1、  控制器的命名

生产厂家派生代号（1—2号）位大写字母

额定电流（一般2位数字）

额定电压（一般2位数字）

产品名称代号

ZK：

有刷电机用普通型驱动控制器

ZKC：

有刷电机用智能型驱动控制器

WZK：

无刷电机用普通型驱动控制器

WZKC：

无刷电机用智能型驱动控制器

命名举例

ZK3610A：

普通有刷控制器，额定电压36V，额定电流10A，厂家A类产品。

ZK3610C：

普通有刷控制器，额定电压36V，额定电流10A，厂家C类产品。

ZKC2410KA：

智能有刷控制器，额定电压24V，额定电流10A，厂家KA类产品。

WZK3610C：

普通无刷控制器，额定电压36V，额定电流10A，厂家C类产品。

WZKC3610E：

智能无刷控制器，额定电压36V，额定电流10A，厂家E类产品。

2、控制器的结构

一、电动自行车用各种型号的控制器特点如下表：

控制器名称

代表型号

结构

功率管数

价格

骑行模式

功能描述

普通有刷

ZK3610A

简单

1-2

低

单一“电动”骑行功能

欠压、限流/过流

智能有刷

ZKC3610E

简单

1-2

中

“助力”、“电动”、“定速”

欠压、限流/过流、故障自检/显示

普通无刷

WZK3610A

复杂

6

高

单一“电动”骑行功能

欠压、限流/过流

智能无刷

WZKC3610E

复杂

6

高

“助力”、“电动”、“定速”

欠压、限流、电机堵转保护、缺相保护、故障自检/显示

各种控制器的特点不一样，其内部的工作原理也不一样，下面我们分别介绍各种控制器的电路结构与典型的电路图。

二、通用模块电路结构与通用参数

1.典型有刷控制器的模块电路与电路图

一般普通有刷控制器的原理框图如下：

内部稳压电源提供控制器内部电子元件的工作电压。

PWM发生芯片可以根据转把的输入电压输出相应脉冲宽度的方波给MOS管驱动电路。

MOS管驱动电路将PWM信号整形提供给MOS。

MOS管是大电流开关元件，其导通时间与关闭时间，受PWM信号的控制。

欠压保护电路是当电池电压降低到控制器设定值以下时，PWM芯片停止了PWM信号的输出，以保护电池不至于在低电压情况下放电。

限流保护（或过流保护）电路是对控制器输出的最大电流进行限制，以保护电池、控制器、电机等不会出现允许范围以上的大电流。

普通有刷控制器的代表型号是ZK3610A，其典型电路图如下：

对普通有刷控制器来讲，一般有以下通用参数：

标称项目使用参考

额定电压匹配使用的电池额定电压

额定电流允许长时间放电的最大电流

欠压保护电池电压在保护数值以上允许给电机供电

限流／过流保护允许短时间放电的最大电流

使用温度控制器内部元器件能正常工作的温度范围

转把信号可以正常调速的转把信号电压数值

刹车信号刹车时，闸把信号的高低电位

根据电动车实际使用的环境（如温度等）和匹配的部件（如电池电压、转把、闸把、电机功率等），选择参数合适的控制器

2.典型无刷控制器的模块电路与电路图

一般普通无刷控制器的原理框图如下：

内部稳压电源提供控制器内部电子元件的工作电压。

主处理芯片根据无刷电机的霍耳信号对上三路和下三路的MOS管驱动电路给出有选择性的打开与关闭信号，以完成对电机的换向。

同时，根据转把的输入电压大小将相应脉冲宽度的载波信号与下三路MOS管导通信号混合，以达到控制电机速度的目的。

MOS管驱动电路将PWM信号整形放大，提供给MOS。

另外，对于上三路的三个MOS管来说，它们的驱动电平要求高于电池供电电压，因此MOS驱动电路还要具有升压功能，将上三路的MOS管导通信号变成高于电池电压的超高方波信号。

MOS管是大电流开关元件，其导通时间与关闭时间，受导通信号与PWM信号合成的混合信号控制。

欠压保护电路是当电池电压降低到控制器设定值以下时，PWM芯片停止了PWM信号的输出，以保护电池不至于在低电压情况下放电。

限流保护（或过流保护）电路是对控制器输出的最大电流进行限制，以保护电池、控制器、电机等不会出现允许范围以上的大电流。

普通无刷控制器的代表型号是WZK3610A，其典型电路图如下：

对普通无刷控制器来讲，一般有以下通用参数：

标称项目使用参考

额定电压匹配使用的电池额定电压

额定电流允许长时间放电的最大电流

欠压保护电池电压在保护数值以上允许给电机供电

限流／过流保护允许短时间放电的最大电流

使用温度控制器内部元器件能正常工作的温度范围

转把信号可以正常调速的转把信号电压数值

刹车信号刹车时，闸把信号的高低电位

电机相位允许匹配60度/120度相角的无刷电机

其参数的使用可以参考有刷控制器参数的使用说明，需要强调的是无刷控制器相位必须和无刷电机相位一致，电机才能转动。

最具典型的有刷控制器电路图

这里介绍一款最具代表性用LM339制作的有刷控制器电路图.原理见图:

这款有刷控制器采用了故障率非常低的通用元件，是非专用PWM芯片有刷控制器的典型代表。

一般脉宽调功率开关管的占空比（也叫导通比）大，电机转速就高，反之，导通比小，电机转速就低。

决定功率开关管导通比的就是脉宽调制器（PWM），是电压比较器的一种，它的一个输入是速度转把的速度电压信号，另一个是基准电压，基准电压是一个幅度不变的锯齿波（三角波），这些就是最基本的调速电路组成。

生产厂家一般还扩充一些电路，这些电路有的是增加了部分功能，有的则是完善了某些性能。

               该控制器以PWM为中心，前面有三角波发生器、电瓶欠压检测、电机过电流检测，后面有驱动、功率开关等。

每部分都是独立的，检查调试都比较方便。

三角波发生器由IC1A、R8,R9,R14,R15,R16,C8、D6、组成施密特振荡器，C8上产生三角波。

脉宽调制器是IC1B，它的输入之一6脚来自C8上的三角波；输入之二7脚是来自速度转把的速度信号。

1脚输出调宽脉冲，送互被推挽放大器。

互补推挽驱动由Q1,Q2组成，脉冲高电平到来，上管NPN管Q1导通，12V加到功率管T1的栅极，T1导通；脉冲低电平到来，Q1截止，下管PNP管Q2导通，将T1栅极的电荷迅速放掉，T1截止。

电池欠压保护由IC2C组成电压比较器，当电瓶电压低于31.5V时，它的14脚变为低电位，相当于将转把速度信号降到接近0V，通过PWM和驱动，最终使VDMOS截止。

过电流保护由IC2D组成电压比较器，当过电流时，R17右端电位变低，通过R18加到IC2D11脚，比较器翻转13脚变为低电位，同样相当于将转把速度信号降到接近零状，通过PWM和驱动，最终使VDMOS截止,电机慢慢停转.

几款有刷电动自行车控制器

伟星有刷电机控制器

一款带继电器的有刷电机控制器

ZKC3615MZ有刷电机控制器

新旭WMB型24V280W有刷电机控制器

电动自行车无刷控制器电原理图

电动车无刷电机控制器专用芯片33035各管脚的作用

直流无刷电机控制器MC33035的原理及应用

1概述

MC33035无刷直流电机控制器采用双极性模拟工艺制造，可在任何恶劣的工业环境条件下保证高品质和高稳定性。

该控制器内含可用于正确整流时序的转子位置译码器，以及可对传感器的温度进行补偿的参考电平，同时它还具有一个频率可编程的锯齿波振荡器、一个误差信号放大器、一个脉冲调制器比较器、三个集电极开路顶端驱动输出和三个非常适用于驱动功率场效应管（MOSFET）的大电流图腾柱式底部输出器。

此外，MC33035还有欠锁定功能，同时带有可选时间延迟锁存关断模式的逐周限流特性以及内部热关断等特性。

其典型的电机控制功能包括开环速度、正向或反向、以及运行使能等。

2管脚排列及功能定义

MC33035的管脚排列如图1所示，各引脚功能定义见表1。

图1

表1MC33035的管脚功能定义

输         入

输       出

60度

SA     SB     SC

120度

SA     SB     SC

正向/反向使能电流检测

顶部驱协

AT     BT     CT

底部驱动

AB     BB     CB

1      0      0

1      0      0

1          1          0

0      1      1

0      0      1

1      1      0

1      1      0

1          1          0

1      0      1

0      0      1

1      1      1

0      1      0

1          1          0

1      0      1

1      0      0

0      1      1

0      1      1

1          1          0

1      1      0

1      0      0

0      0      1

0      0      1

1          1          0

1      1      0

0      1      0

0      0      0

1      0      1

1          1          0

0      1      1

0      1      0

1      0      0

1      0      0

0          1          0

1      1      0

1      0      0

1      1      0

1      1      0

0          1          0

1      1      0

0      1      0

1      1      1

0      1      0

0          1          0

0      1      1

0      1      0

0      1      1

0      1      1

0          1          0

0      1      1

0      0      1

0      0      1

0      0      1

0          1          0

1      0      1

0      0      1

0      0      0

1      0      1

0          1          0

1      0      1

1      0      0

1      0      1

1      1      1

X          X          X

1      1      1

0      0      0

0      1      0

0      0      0

X          X          X

1      1      1

0      0      0

V      V      V

V      V      V

X          0          X

1      1      1

0      0      0

V      V      V

V      V      V

X          1          X

1      1      1

0      0      0

表中,V表示六个有效传感器或驱动组合中的一个，X表示无关；输入逻辑0定义为小于85mV，逻辑1为于115mV

表2三相六步换向器真值表

3工作原理

MC33035的内部结构框图如图2所示。

MC33035内部的转子位置译码器主要用于监控三个传感器输入，以便系统能够正确提供高端和低端驱动输入的正确时序。

传感器输入可直接与集电极开路型霍尔效应开关或者光电耦合器相连接。

此外，该电路还内含上拉电阻，其输入与门限典型值为2.2V的TTL电平兼容。

用