本論文主要探討節能電動健身自行車,所謂”節能”即節省電力達成增加蓄航力的目的,另一功能為可以利用做健身車健身;藉由踩踏腳踏板連動轉速發電機為蓄電池充電,首先說明整個系統架構流程及動作原理並製作控制驅動器,組裝成自行車模擬機測試.

This thesis illustrates how we can research and develop 
on Energy-Saving of Motorized Bicycle.Two functions about Energy-Saving of Motorized Bicycle,the first one is “energy-saving”  staying power of battery increasingly, and the other one is the pedal of bicycle connect generator and rotary the pedal of bicycle to recharge the battery.How to make control driver and explain the principles of every control system block in the control driver.At last manufacture bicycle of simulative machine to try run test. Finally, run test by manufacturing bicycle of simulative machine to show its result.

目 錄
論文封面……………………………………………………………0
中文摘要……………………………………………………………I
英文摘要……………………………………………………………II
銘    謝……………………………………………………………III
圖 目 錄……………………………………………………………VII
符號說明……………………………………….……………………X

第一章 緒論…………………………………………………………1
1-1 研究方向及動機…………………………………………………2
1-2 研究方法…………………………………………………………2
1-3 論文架構…………………………………………………………2

第二章 伺服馬達介紹與原理………………………………………3
2-1 DC伺服馬達(永磁式直流伺服馬達)…………………………3
2-2 同步型(SM)伺服馬達…………………………………………5
2-3 感應型(IM)伺服馬達…………………………………………6
2-4  DC伺服馬達基本原理與控制………………………………7
2-5 同步型(SM)伺服馬達基本原理與控控…………………………………………10
2-6 感應型(IM)伺服馬達基本原理與控制………………………14

第三章 轉速發電機介紹與原理…………………………………19
3-1 發電機…………………………………………………………19 
3-2 發電機的工作原理……………………………………………20
3-3 各種直流發電機的介紹………………………………………24
3-3-1 他激式發電機………………………………………………25
3-3-2 分激直流發電機……………………………………………26
3-3-3 串激直流發電機……………………………………………27
3-3-4 積複激直流發電機…………………………………………29
3-3-5 差複激式直流發電機………………………………………30

第四章 蓄電池介紹與充電原理……………………………………33
4-1蓄電池……………………………………………………………33
4-1-1鉛蓄電池………………………………………………………34
4-1-2鹼蓄電池………………………………………………………35
4-1-3燃料電池………………………………………………………36
4-2充電控制…………………………………………………………39
4-3回生充電控制……………………………………………………39
4-3-1升壓截波器……….…………………………………………40


第五章 運算放大器基本運用………………………………………43
5-1理想放大器特性…………………………………………………43
5-2 OP AMP溫度範圍…………………………………………………44
5-3 OP基本應用………………………………………………………44
5-3-1反相放大器………………………………………………………44
5-3-2同相放大器………………………………………………………44
5-3-3電壓跟隨器………………………………………………………45
5-3-4反相加算電路……………………………………………………45
5-3-5同相加算電路……………………………………………………45
5-3-6差動電路…………………………………………………………46
5-3-7積分電路…………………………………………………………46
5-3-8微分電路…………………………………………………………47
5-3-9減算電路…………………………………………………………48
5-3-10反相偏壓調整電路………………………………………………48
5-3-11正相偏壓調整電路………………………………………………49
5-3-12輸入/輸出保護電路………………………………………………49
5-3-13供應電源穩壓保護………………………………………………51

第六章 驅動器電路板製作及電動自行車的模擬機的測試……………52
6-1多功能節能健身自行車系統方塊圖…………………………………53
6-2多功能節能健身自行車機構接線圖…………………………………55
6-3多功能節能健身自行車電子控制線路圖……………………………57
6-3-1偵測轉速發電機回授電壓…………………………………………58
6-3-2啟動加速及減速……………………………………………………59
6-3-3啟動保護……………………………………………………………61
6-3-4開路保護……………………………………………………………62 
6-3-5電源啟動復歸(RESET)……………………………………………63
6-3-6驅動器過熱保護……………………………………………………64
6-3-7過電流檢測…………………………………………………………65
6-3-8低電壓顯示…………………………………………………………66
6-3-9故障檢出&復歸(RESET)……………………………………………67
6-3-10煞車&故障信號截止………………………………………………68
6-3-11電流回授……………………………………………………………69
6-3-12過電流-輸入信號限制……………………………………………71
6-3-13震盪電路……………………………………………………………72
6-3-14 正負15V切換式電源………………………………………………73
6-4多功能節能健身自行車主驅動線路圖………………………………75
6-5多功能節能健身自行車電瓶充電線路圖……………………………76
6-6自行車電路波形測量…………………………………………………78
6-6-1速度緩衝啟動加速波形……………………………………………78
6-6-2速度緩衝啟動減速波形……………………………………………78
6-6-3速度緩衝啟動加/減速波形…………………………………………79
6-6-4 PWM輸入比較波形…………………………………………………79
6-6-5 PWM輸出波形………………………………………………………80
6-6-6 PWM輸入準位與輸出波形比較……………………………………81
6-6-7 DRIVE 輸出波形1…………………………………………………82
6-6-8 DRIVE 輸出波形2…………………………………………………82
6-6-9 DRIVE 輸出波形3…………………………………………………83
6-6-10 DRIVE 輸出波形4…………………………………………………83
6-6-11 DRIVE 輸出波形5…………………………………………………84
6-6-12 轉速發電機輸入波形………………………………………………84
6-7 自行車模擬機之相片……………………………………………………85
6-7-1電子控制線路板………………………………………………………85
6-7-2自行車主驅動線路板…………………………………………………85
6-7-3組裝完成之控制驅動器………………………………………………86
6-7-4 完成之自行車模擬機全圖……………………………………………86

第七章 結論…………………………………………………………………87

參考資料與文獻……………………………………………………………89















圖目錄
圖2-1  DC伺服馬達……………………………………………………………4
圖2-2  永磁式交流伺服馬達構造……………………………………………5
圖2-3  IM型伺服馬達的剖面圖………………………………………………6
圖2-4  弗萊明左手定則…………………………………………………………7
圖2-5  直流馬達的基本工作原理………………………………………………8
圖2-6  直流馬達電氣機構與動力機構關係圖…………………………………9
圖2-7  無刷直流無刷直流伺服馬達…………………………………………………11
圖2-8  直流馬達特性曲線圖…………………………………………………………13
圖2-9 馬達之工作原理…………………………………………………………14
圖2-10 永磁式交流伺服馬達控制方塊圖………………………………………15
圖2-11 永磁式交流伺服馬達扭矩產生之原理…………………………………18

圖3-1發電機………………………………………………………………………20
圖3-2弗來明右手定則……………………………………………………………20
圖3-3線圈匝數與發電量之比較…………………………………………………21
圖3-4線圈在磁場運動產生交流電………………………………………………22
圖3-5電動勢與線圈旋轉角度的關係……………………………………………23
圖3-6直流發電機等效電路………………………………………………………24
圖3-7簡化後的等效電路…………………………………………………………25
圖3-8他激式直流發電機…………………………………………………………25
圖3-9他激式直流發電機外部特性曲線…………………………………………26
圖3-10他激式直流發電機外部特性曲線…………………………………………26
圖3-11分激直流發電機電壓建立過程……………………………………………27
圖3-12場電阻對直流發電機無載端電壓的影響…………………………………27
圖3-13分激直流發電機外部特性曲線……………………………………………28
圖3-14 串激直流發電機等效電路………………………………………………28
圖3-15 串激直流發電機外部特性………………………………………………29
圖3-16 長並聯積複激直流發電機等效電路……………………………………29
圖3-17 短並聯積複激直流發電機等效電路……………………………………30
圖3-18 積複激直流發電機外部特性曲線………………………………………30
圖3-19長並式差複激發電機的等效電路………………………………………31
圖3-20差複激發電機的輸出特性曲線…………………………………………32

圖4-1蓄電池……………………………………………………………………33
圖4-2典型蓄電池的放電率與容量曲線………………………………………34
圖4-3燃料電池單體……………………………………………………………38
圖4-4電池充電流程圖…………………………………………………………39
圖4-5燃料電池單體…………………………………………………………40
圖4-6升壓模式一……………………………………………………………41
圖4-7升壓模式二……………………………………………………………42

圖5-1 反相放大器……………………………………………………………44
圖5-2 同相放大器……………………………………………………………44
圖5-3 電壓跟隨器……………………………………………………………45
圖5-4 反相加算電路…………………………………………………………45
圖5-5 同相加算電路…………………………………………………………45
圖5-6 差動電路………………………………………………………………46
圖5-7 積分電路………………………………………………………………47
圖5-8 微分電路………………………………………………………………47
圖5-9 減算電路………………………………………………………………48
圖5-10 反相偏壓調整電路……………………………………………………48
圖5-11 正相偏壓調整電路……………………………………………………49
圖5-12 二極體限流保護電路…………………………………………………50
圖5-13 輸出短路保護電路……………………………………………………50
圖5-14(a) 二極體鉗位…………………………………………………………50
圖5-14(b) 限制輸入……………………………………………………………50
圖5-15 供應電源穩壓保護………………………………………………………51

圖6-1自行車系統方塊圖…………………………………………………………53
圖6-2自行車機構接線圖…………………………………………………………55
圖6-3自行車電子控制線路圖……………………………………………………57
圖6-4偵測轉速發電機回授電壓…………………………………………………58
圖6-5啟動加速及減速……………………………………………………………59
圖6-6啟動保護……………………………………………………………………61
圖6-7開路保護……………………………………………………………………62 
圖6-8電源啟動復歸(RESET)………………………………………………………63
圖6-9驅動器過熱保護……………………………………………………………64
圖6-10過電流檢測…………………………………………………………………65
圖6-11低電壓顯示…………………………………………………………………66
圖6-12故障檢出&復歸(RESET)……………………………………………………67
圖6-13煞車&故障信號截止………………………………………………………68
圖6-14 電流回授線路……………………………………………………………69
圖6-15 理想的半波整流電路(負輸出)…………………………………………70
圖6-16 理想的半波整流電路Vo對Ei輸出特性………………………………70
圖6-17 過電流-輸入信號限制線路………………………………………………71
圖6-18 震盪電路線路……………………………………………………………72
圖6-19 正負15V切換式電源線路………………………………………………73
圖6-20  IC-34063內部方塊架構圖……………………………………………74
圖6-21自行車主驅動線路圖……………………………………………………75
圖6-22電瓶充電線路……………………………………………………………76
圖6-23充電流程圖………………………………………………………………76
圖6-24速度緩衝啟動加速波形…………………………………………………78
圖6-25 速度緩衝啟動減速波形…………………………………………………78
圖6-26速度緩衝啟動加/減速波形………………………………………………79
圖6-27 PWM輸入比較波形…………………………………………………………79
圖6-28 PWM輸出波形………………………………………………………………80
圖6-29 PWM輸入準位與輸出波形比較……………………………………………81
圖6-30 DRIVE 輸出波形1…………………………………………………………82
圖6-31 DRIVE 輸出波形2…………………………………………………………82
圖6-32 DRIVE 輸出波形3…………………………………………………………83
圖6-33 DRIVE 輸出波形4…………………………………………………………83
圖6-34 DRIVE 輸出波形5…………………………………………………………84
圖6-35轉速發電機輸入波形………………………………………………………84
圖6-36自行車電子控制電路板……………………………………………………85
圖6-37自行車主驅動線電路板……………………………………………………85
圖6-38組裝完成之自行車控制驅動器……………………………………………86
圖6-39完成之自行車模擬機全圖…………………………………………………86
圖6-40偵測轉速發電機回授電壓電路之二………………………………………88

參考資料與文獻

[1]	Ping-Ho Chen, “Application of Fuzzy Intelligence to Elebike Control Design,” IEEE International Conference on Volume 1, page:199-206, 1997.
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[9]	吳南憶, 以數位信號處理器為基礎之電動機車無刷馬達驅動器, 國立中山大學碩士論文, 2002.
[10]	石富存, 以數位信號處理器為基礎之無刷直流馬達弱磁控制, 國立中山大學碩士論文, 2002.

[11]	作者：Stephen J. Chapman譯者：王順忠、陳秋麟
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[12]	蘇奕肇 編譯, 精選類比實用電路集, 全華科技圖書, 1984.
[13]	阮齊宏 編著, 變電工程, 聯經出版, 1986.
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[16]	許中平, 黃煌嘉 編譯, 控制用電動機應用, 全華科技圖書, 1987.
[17]	許中平, 劉錦坤 編譯, 控制用電動機應用(續篇), 全華科技圖書, 1987.
[18]	魏炳坤 編譯, 電子電路專題製作, 全華科技圖書, 1987.
[19]	陳廷國 編譯, 數位與類比控制, 全華科技圖書, 1987.
[20]	杜光宗 編譯, 小型馬達控制IC, 建宏出版社, 1988.
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[24]	鄒應嶼 博士, 交流伺服驅動系統簡介, 交大控制工程系所, 1995.
[25]	鄒應嶼 博士, 直流電動機的工作原理與特性, 交大控制工程系所, 1996.
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[27]	洪芳州 編譯, 電動機技術應用百科, 全華科技圖書, 1996.
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[29]	林助訓, 蕭進松 編譯, 電動機控制, 高立圖書, 2000.
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[33]	王崇飛 ,直流電動機簡介,元智大學機械系大四自動化機械設計實務課程教材.http://designer.mech.yzu.edu.tw/article/articles/course/(2000-05-05)%20%E7%9B%B4%E6%B5%81%E9%9B%BB%E5%8B%95%E6%A9%9F%E7%B0%A1%E4%BB%8B.htm
[34]	王培聿，何宗祐，謝曜璟 smart 化學專題報告主題一 ＜氫電池＞