CN1486885A - 电动车辆的电源供给机构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电动车辆的电源供给机构，即使在拆除了电池、或不从电池向控制装置供电的情况下，也可以使由电动机所产生的供电线的电压稳定，可防止电池的过充电或过电压发生，同时可以保护***构成零部件免受过电压的影响。电动车辆的电源供给机构具有：驱动电路5，其用于驱动永磁式无刷电动机1；控制电路4，其用于控制驱动电路5。电源状态检测电路(启动部)12根据电动机1的供电线的电压值启动控制电路4。由继电器10和再生电阻11构成的稳压装置通过由控制电路4对继电器10进行接通断开控制，来稳定供电线的电压。稳压装置也可以是驱动电路5。

Description

电动车辆的电源供给机构
技术领域
本发明涉及电动摩托车等电动车辆的电源供给机构，特别涉及下述电动车辆的电源供给机构：即使在不从电池向对电动机的驱动进行控制的控制装置供给电力、或拆除了电池的情况下，也可以使由电动机所产生的供电线的电压稳定，可防止电池的过充电或过电压的发生，同时，可以保护***构成零部件免受过电压的影响。
背景技术
电动摩托车中装有用于驱动车轴旋转的电动机(例如永磁式无刷电动机)和接受电池供给的电力并驱动电动机的电源供给机构。该电源供给机构具有再生功能，即在电动摩托车以惯性行驶或在下坡路上行驶时等情况下，把电动机作为发电机使用，并用其所发的电力对电池进行充电。此外，电源供给机构还具有进行稳压控制的功能，即，使供给电动机电力的供电线的电压稳定。
作为装在车辆上的电源装置的过载防止装置，具有特开平5-49101号公报中所记述的车辆用电源保护电路。该车辆用电源保护电路具有这样的结构：控制装置根据电池端电压的状态，对负载的供电进行控制。亦即，控制电路对用作为起动机工作的旋转机械的再生电力充电的电池端电压进行监视。当电池端电压超过基准值时，通过逆变器电路，将来自电池的电力供给负载(冷冻机等设备)，而当电池端电压为基准值或低于基准值时，停止逆变器电路的动作，防止电池的过放电。
但是，电动车辆中，存在着拆除电池、或者在漫长的下坡路上行驶时故意切断从电池供给电动机的电力的可能。在这样的情况下，如果不对供电线的电压进行稳压，就会由于该供电线变为高电压等，很难对构成电源供给机构的零部件如FET(场效应晶体管)等进行保护。
在上述特开平5-49101号公报所记述的车辆用电源保护电路中，控制电路具有总是从电池供给电力的结构，但是没有考虑拆除电池或者切断开关时的情况。因此，即使把上述公报中所述的结构应用到电动车辆中，也难以解决上述问题。
由上可知，希望能够提供一种电动车辆用电源供给机构，即使在拆除了设置在电动车辆上的电池、或者在开关为断开的状态下行驶时，也能稳定供电线的电压，使供电线不会发生过电压。
发明内容
本发明是鉴于上述情况作出的，目的是提供一种电动车辆的电源供给机构，即使在不从电池向控制装置供给电力、或拆除了电池时，也可以使由电动机所产生的供电线的电压稳定，能够保护***的结构零部件免受电池的过充电或过电压的影响。
为解决上述问题，本发明的电动车辆的电源供给机构具有驱动电动机的驱动装置和控制所述驱动装置的控制装置，本发明的第1特征在于，具有：启动部，其根据所述电动机的供电线的电压值，启动所述控制装置；稳压装置，其根据来自所述控制装置的指示，稳定所述供电线的电压。
此外，本发明的第2特征在于，上述稳压装置是在上述供电线和地线之间通过开关设置的再生电阻，上述控制装置对上述开关进行接通断开控制。
而且，本发明的第3特征在于，上述稳压装置是上述驱动装置，上述控制装置对上述驱动装置进行控制，使上述供电线的电压稳定。
根据第1特征，即使在不从电池向控制装置供给电力、或拆除了电池的情况下，也通过启动装置启动控制装置。因此，即使在上述的情况下，也可以使由电动机所产生的供电线的电压稳定，能够保护***的结构零部件免受过电压的影响。
此外，根据第2特征，控制装置通过闭合开关而接入再生电阻，可以使供电线的电压稳定。
根据第3特征，控制装置通过控制驱动装置使供电线的电压稳定，可以稳定供电线的电压。
附图说明
图1是应用本发明的电源供给机构的实施方式的方框图。
图2是电源状态检测电路的一个示例的电路图。
图3是电源状态检测电路的另一示例的电路图。
图4是电源状态检测电路的又一示例的电路图。
图5是应用本发明的电源供给机构的其它实施方式的方框图。
图6是可应用本发明的电动摩托车的一个示例的概略侧面图。
图7是可应用本发明的助力自行车的一个示例的概略侧面图。
图8是图7的电动机的剖面图。
图9是图7的电动机的输出控制电路图。
符号说明
1、114：电动机；2：控制器；3、151：电源电路；4、150：控制电路；5、147：驱动电路；6、117：电池；7：开关；8：角度传感器；9：输出指令用传感器；10：继电器；11：再生电阻；12：电源状态检测电路；13、14：二极管；15：电池剩余量检测电路；20：自动电源切断电路；50：车架；51：主车架；52：侧车架；53：前管；55：转向轴；56：前叉；58F、58R：车轮；59：车把；60：前罩；64：鞍座；65：动力部件；67：后减震器；72：电池部件；101：车架；105：鞍座支柱；108：车把；109：闸把；122：曲柄轴；124：脚蹬；127：链条；132：轮毂(外转子)；135：永久磁铁；137：定子支撑板；138：定子铁芯；139：定子绕组；141：光传感器；143：基板；148a～148f：FET；149a～149f：换向二极管；152：踏力传感器；153：车速传感器；T1～T6：晶体管；ZD1、ZD2：齐纳二极管；TH：电池温度传感器；R1～R7：电阻器
具体实施方式
以下，参考附图对本发明进行详细说明。图1是应用本发明的电源供给机构的实施方式的方框图。本实施方式的电源供给机构具有用于驱动电动机(例如永磁式无刷电动机1)的控制器2。控制器2具有电源电路3、控制电路4和驱动电路5。开关7起到作为向控制器2供电的电源开关的作用，当开关7为接通时，来自电池6的电力通过开关7、二极管13和电源电路3，供给控制电路4，启动控制电路4。
驱动电路5是通过把FET与换向二极管配对进行桥式连接而构成的。控制电路4根据用于检测电动机1的旋转角度的角度传感器8的输出，对驱动电路5的FET的通电进行切换，进而，根据输出指令用传感器9的输出，对FET的电流值进行控制，使得到其所指示的电动机输出。当电动机1作为发电机工作时，继电器10和再生电阻11具有防止电池6过充电的作用。
与电动机1的供电线连接的电源状态检测电路12起到根据供电线的电压值启动控制电路4的作用。二极管13和14用于防止反向电流的发生。
首先，对装有电池6时的本电源供给机构的动作进行说明。当开关7为接通时，来自电池6的电力通过开关7、二极管13和电源电路3，供给控制电路4，启动控制电路4。控制电路4根据检测电动机1的旋转角度的角度传感器8的输出，对驱动电路5的FET的通电进行切换，进而，根据对乘车人的操作进行检测的输出指令用传感器9的输出，控制FET的电流值，使得到输出指令用传感器9的输出所指示的电动机输出。其结果，可根据乘车人的操作，驱动电动机1旋转，使电动车辆行驶起来。
当电动车辆以惯性行驶、或者在下坡路上行驶时等情况下，电动机1作为发电机工作，即进行所谓再生动作。在该再生动作中，驱动电路5的换向二极管作为整流二极管，对电动机1所发的电力进行整流，将其供给电池6，对其进行充电。
当电池6已充满电，供电线的电压变为过电压时，控制电路4对供电线进行稳压，使电池不会发生过充电。即使在电动车辆以惯性行驶、或在陡峭的下坡路上行驶等情况下故意断开开关7时，由于由电源状态检测电路12检测供电线的过电压，通过电源状态检测电路12、二极管14和电源电路3，向控制电路4供电使其启动，因此可以继续进行供电线的稳压。
如上所述，即使断开开关7，控制电路4也会通过电源状态检测电路1 2、二极管14和电源电路3接受电力供给而启动，进行供电线的稳压，使电池不会被过充电。该稳压动作可以如下实现：通过降低驱动电路5的FET的电流、减弱磁场来减少电动机1的发电量；或者接通继电器10来接入再生电阻11，使该再生电阻11上流过电流；或者进行短暂制动；或者把它们组合起来。
其次，对拆除了电池6时的动作进行说明。这种情况下的供电线的稳压动作与装有电池6时的动作基本相同。即，在拆除了电池6的状态下，电动车辆以惯性行驶、或者在陡峭的下坡路上行驶时，由电源状态检测电路12检测发生在供电线的过电压，并通过电源状态检测电路12、二极管14和电源电路3，向控制电路4供电。
从而，即使拆除了电池6，控制电路4也会通过电源状态检测电路12的通路，接受电力供给而被启动，进行供电线的稳压，从而可以保护***的结构零部件免受过电压的影响。
图2是电源状态检测电路12的一个示例的电路图。本例是这样一种过电压检测电路：当供电线的电压超过一定值(过电压)时，将供电线连接到电源电路，它由晶体管T1、T2、齐纳二极管ZD1和电阻R1、R2构成。将过电压设定值基本规定为齐纳二极管ZD1的齐纳电压值。
当供电线的电压超过基本由齐纳二极管ZD1的齐纳电压值规定的过电压设定值时，齐纳二极管ZD1导通，晶体管T1导通，进而，晶体管T2导通，将供电线连接到电源电路3。
图3是电源状态检测电路12的另一示例的电路图。本例是这样一种电池过充电检测电路：它根据供电线的电压值和电池6的过充电状态，将供电线连接到电源电路。它由晶体管T3、T4、齐纳二极管ZD2、温敏电阻等电池温度传感器TH以及电阻R3～R6构成。根据该电路，不是将晶体管T3导通因而晶体管T4导通的供电线的电压维持在一定值，而是可以根据电池6的温度使其变化。
当电池6过充电时，由于充电效率降低，其温度上升，电池温度传感器TH的电阻值变小，因此晶体管T3、T4以比供电线的电压值低的值导通。通过利用该电池过充电检测电路，能够可靠地防止供电线的过电压和电池的过充电。并且，齐纳二极管ZD2用于保护晶体管T3或电池温度传感器TH，防止在它们之上施加规定值以上的过电压。
图4是电源状态检测电路12的又一其它示例的电路图。本例是这样一种电池充满电检测电路：其利用组装在电池组BP中的电池剩余量检测电路15，检测电池的充满电状态，并根据该检测结果将供电线连接到电源电路3。
在电池组BP中，除电池6外，还组装有电池剩余量检测电路15和在电池剩余量检测电路15检测出电池6的充满电状态时导通的晶体管T5。此处，当电池剩余量检测电路15检测出电池6的充满电状态时，晶体管T5导通，基极通过电阻R7连接到晶体管T5的集电极的晶体管T6导通，从而将供电线连接到电源电路3。并且，电池6的剩余量可以通过对电池6的充电和放电进行累计来进行检测。
并且，图2至图4的各电源状态检测电路当然可以单独使用，但也可以将它们适当组合起来进行使用。
图5是应用本发明的电源供给机构的其它实施方式的方框图，与图1相同的符号表示相同或等同部分。本实施方式的不同点在于，开关7通过二极管13连接到自动电源切断电路20，电源状态检测电路12通过二极管14连接到自动电源切断电路20，自动电源切断电路20的输出端连接到电源电路3的输入端。电源状态检测电路12起到根据电动机1的供电线的电压值启动控制电路4的启动部的作用。
此处，自动电源切断电路20在开关7接通的情况下，在规定的条件下，自动地切断向电源电路的供电。此外，在电源自动切断的状态下，当自动电源切断电路20输入来自电源状态检测电路12的信号时，再次对电源电路3进行供电。
在装有电池6的情况下，一旦接通开关7，自动电源切断电路20将其作为触发信号，对电源电路3进行供电，用从供电线(电池的(+)端的接线)通过开关7、二极管13、自动电源切断电路20和电源电路3所供给的电力，启动控制电路4。控制电路4根据检测电动机1的旋转角度的角度传感器8的输出，对驱动电路5的FET的通电进行切换，进而，根据检测乘车人的操作的输出指令用传感器9的输出，控制FET的电流值，以得到输出指令用传感器9的输出所指示的电动机输出。
当电动车辆以惯性行驶、或在下坡路上行驶时等情况下，电动机1作为发电机工作，即进行所谓再生动作。在该再生动作中，由电动机1所发的电力通过驱动电路5供给电池6，对其充电。
在开关7为接通状态、电动车辆处于电源自动切断的情况下，在电池6处于充满电的状态时，由于电动车辆以惯性行驶、或者在陡峭的下坡路上行驶，供电线变为过电压时，电源状态检测电路12检测出这一状态，将触发信号输出到自动电源切断电路20。
于是，自动电源切断电路20对电源电路3供给电力，控制电路4通过电源状态检测电路12、二极管14以及自动电源切断电路20，从供电线接受供电而启动，对供电线进行稳压。
从而，在开关7处于断开状态、电动车辆处于电源自动切断的情况下，在电池6处于充满电的状态时，即使电动车辆以惯性行驶、或者在陡峭的下坡路上行驶，供电线压也不会发生过电压，从而防止了电池的过充电，保护***的结构零部件免受过电压的影响。
在图5的实施方式的电源状态检测电路12中，可以采用图2至图4所示的电源状态检测电路或它们的组合。此外，自动电源切断电路20也可以这样来构成：即使在开关7处于断开状态下时，当有信号从电源状态检测电路12输入时，自动对电源电路3供电。
图6是可应用本发明的电动摩托车的一个示例的概略侧面图。在该图中，车架50大致由主车架51和侧车架52构成，侧车架52从主车架51起左右分开向后方延伸。主车架51的前端部连接着前管53，并由角撑板54加固。在前管53上支撑有可以自由转动的转向轴55，转向轴55的下端部连接着前叉56。
在前叉56的下部安装有由车轴57支撑的车轮58F，在上部设有车把59。转向轴55、前叉56和车把59构成了操纵方向的装置。
前叉56的上部由前罩60所覆盖。在前罩60的上方，设有车把罩61。从车把罩61起向车体左右突出车把59的把手部分。
在前罩60的下部连接着中央罩62。在中央罩62的后部连接着主体罩63。在主体罩63的上方支撑着鞍座64，此外，由主体罩63覆盖动力部件65上方的车体后部。动力部件65包括作为驱动装置的电动机和变速机构。
动力部件65支撑着后轮58R。此外，在动力部件65和侧车架52之间，通过上部安装支架66，安装有后减震器67。侧车架52连接着安装管68，由安装管68通过枢轴69支撑着动力部件65。在主体罩63的后部设有车号牌安装部70和尾灯71。
主车架51的下部配置有电池部件72，其由支架73、74支撑的同时，还由固定带75F、75R、75C固定其前后和中部。此外，电池部件72由盖76F、76R覆盖其下部。
动力部件65利用流经导管77的空气进行风冷，电池部件72利用流经后导管78和排风机79的空气进行风冷。
来自电池部件71的电力通过配置在适当位置的电源供给机构，供给动力部件65的电动机。并且，根据设置在车把59上的节流阀手柄的操作，输出对电源供给机构的输出指令。
本发明也可以通过把输出指令用传感器9作为踏力传感器，应用于助力自行车。图7是可应用本发明的助力自行车的一个示例的概略侧面图。
助力自行车的车架101具有：位于车体前方的前管102；从前管102向后下方延伸的下管103；与下管103连接并向后方延伸的后叉104；从下管103的最下端起向上竖立的鞍座支柱105。
前管102支撑着可自由转动的前叉106。在前叉106的下端，通过转轴支撑着前轮107，在前叉106的上端安装有车把108。在车把108上设置有闸把109，从闸把109引出的闸绳110，与固定在前叉106上的前闸111相连接。后闸用闸把也设置在车把108上，但图示予以省略。在闸把109上设置对该闸把的操作进行检测的制动传感器(图中未示)。
在鞍座支柱105的上端连接的左右一对拉条112向后下方延伸，在其下端近旁连接着后叉104。后叉104和拉条112相连接的构件支撑着后轮113的内装变速机的圆柱体130，进而，作为辅助动力源，电动机114由上述构件支撑并与内装变速机的圆柱体130设置在同一轴上。电动机114例如可以是具有发电机作用的永磁式无刷电动机。
在鞍座支柱105上安装有具有鞍座115的支撑轴116，并可以调整鞍座115的高度。在鞍座115的下方，在鞍座支柱105和后轮113之间，设置有向电动机114供给电力的电池117。该电池117被保持在鞍座支柱105上固定的支架118上。在支架118上设置有供电部119，该供电部119在用未图示的电线连接到电动机114的同时，连接着电池117的电极。电池117的上部，通过由绑带120和带扣配件121构成的紧固件支撑在鞍座支柱105上。
在下管103和鞍座支柱105的交叉部支撑着向车体的左右延伸的曲柄轴122，曲柄轴122通过曲柄123连接着脚蹬124。曲柄轴122通过未图示的踏力传感器连接着驱动链轮125，施加于脚蹬124的踏力通过踏力传感器传递到驱动链轮125上。在后轮113的轮毂上设置有从动链轮126，在驱动链轮125和从动链轮126之间挂有链条127。链条127的拉紧侧和驱动链轮125被链罩128所覆盖。在曲柄轴122上设有曲柄轴122的旋转传感器。
图8是电动机114的剖面图。在从后叉104的后端和拉条112下端的接合部起向后方伸出的平板129上，由轴131支撑着内装变速机的圆柱体130。在内装变速机的圆柱体130的外周嵌合有轮毂132。轮毂132是具有内筒和外筒的环状体，内筒的内周面与内装变速机的圆柱体130的外周接触。在轮毂132的侧面上，通过螺栓134固定从内装变速机的圆柱体130伸出的连接板133。在轮毂132的外筒的内周，按规定的间隔，配置有构成了电动机114的转子侧磁极的钕磁铁135。亦即，外筒构成了保持钕磁铁135的转子铁芯。
在轮毂132的内筒的外周嵌合有轴承136，在该轴承136的外周嵌合有定子支撑板137。在定子支撑板137的外周配置着定子138，并通过螺栓140安装。配置定子138，使其与转子铁芯亦即轮毂132的外筒之间具有规定的间隙，在该定子138上缠绕着三相绕组139。
在定子支撑板137的侧面设有光传感器141。当轮毂132旋转时，通过设置在该轮毂132上的环状部件142，断续地阻断光路，其结果，输出脉冲波形信号。环状部件142具有规则的矩形齿状，使其在旋转时可断续地阻断光传感器141的光路。根据上述脉冲波形信号，检测作为转子的轮毂132的位置信号。光传感器141设置在对应于电动机114的各相的3个位置，起着作为电动机114的磁极传感器和旋转传感器的作用。
此外，在定子支撑板137的侧面设有控制基板143，根据来自作为磁极传感器的光传感器141的位置信号，进行对三相绕组139的供电控制。在该控制基板143上安装有CPU或FET等控制元件。并且，控制基板143也可以与光传感器141用的安装基板一体化。
在轮毂132的外周固定有辐条144，该辐条144与图中未示的后轮轮圈相连接。而且，在定子支撑板137的、与安装有控制基板143等的一侧相反一侧，通过螺栓145固定有支架146，利用图中未示的螺栓将支架146连接在车架的平板129上。
在轮毂132上，设有镶嵌着透明树脂(透明镜片)132A的窗口，在固定于定子支撑板137上的固定罩137A上，同样也设有镶嵌着透明镜片137B的窗口。
这样，设置由与后轮113的轴131同轴配置的定子和转子构成的三相无刷电动机114，产生附加到通过链条127、从动链轮126和内装变速机的圆柱体130所传递的输入上的辅助动力。并且，电动机114也可以设置在前轮上。
图9是电动机114的输出控制电路图。在该图中，电动机114具有三相定子绕组139，作为驱动电路的逆变器147具有连接到定子绕组139的6个FET148a～148f以及换向二极管149a～149f。电动机114把电池117作为驱动用电源。
控制电路150利用通过电源电路151所供给的电力来启动，把踏力传感器152的输出作为输入，对用于根据当时的踏力产生电动机驱动力的FET148a～148f进行通电控制。并且，也可以进一步根据由车速传感器153所检测的车速，进行该通电控制。把逆变器147的换向二极管149a～149f作为整流二极管，对由于电动机114的转子的旋转而在定子绕组139中产生的再生电力进行整流，然后供给电池117，对其进行充电。
本发明并不限于图6至图9所示的电动摩托车和助力自行车，也可以应用于其它电动车辆，并且对来自电池的电力不供给控制装置的情况和拆除了电池的情况进行了考虑。
并且，若只有当供电线的电压在规定值以上时，才向控制装置供电并使其启动的话，还可以达到节省能源的效果，若为了进行这样的启动而采用图2所示的使用了只有在供电线的电压在规定值以上时才导通的齐纳二极管的电源状态检测电路的话，可以进一步提高节省能源的效果。此外，作为电动机，上面以无刷电动机为例进行了说明，但只要是在再生动作等中具有同样功能，也可以使用有刷电动机。
从以上说明可知，根据本发明，即使在不从电池向控制装置供电、或拆除了电池时，也可以使由电动机所产生的供电线的电压稳定，在可以防止电池过充电或过电压发生的同时，还可以保护***的结构零部件免受过电压的影响。

Claims (3)

1.一种电动车辆的电源供给机构，具有驱动电动机的驱动装置和控制所述驱动装置的控制装置，其特征在于，具有：
启动部，其根据所述电动机的供电线的电压值，启动所述控制装置；
稳压装置，其根据来自所述控制装置的指令，稳定所述供电线的电压。
2.如权利要求1所述的电动车辆的电源供给机构，其特征在于，
所述稳压装置是在所述供电线和地线之间通过开关设置的再生电阻，所述控制装置对所述开关进行接通断开控制，使所述供电线的电压稳定。
3.如权利要求1或2所述的电动车辆的电源供给机构，其特征在于，
所述稳压装置是所述驱动装置，所述控制装置控制所述驱动装置，使所述供电线的电压稳定。
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