專利名稱：具有變速功能的馬達控制系統(tǒng)及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明針對目前電動二輪車輛馬達動力系統(tǒng)不易兼顧低速高扭力輸出及最高轉(zhuǎn) 速受到電池電壓限制的缺點所提出的關(guān)于一種具有變速功能的馬達控制系統(tǒng)及其方法，特 別是指能達成低轉(zhuǎn)速高扭力，并維持高轉(zhuǎn)速時仍有適當?shù)呐ち敵龅鸟R達控制器技術(shù)，并 特別適用于不易取得較高電源電壓如電動二輪車輛的應(yīng)用場合。
背景技術(shù)：
目前的直流有刷馬達及直流無刷馬達因為具有轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速容易控制的特點，已被 廣泛運用在目前的許多工業(yè)應(yīng)用及電動二輪車輛的驅(qū)動系統(tǒng)上，然而對于電動二輪車輛或 是其他需要使用電池作為電源供應(yīng)的應(yīng)用場合來說，電源電壓已被電池的串聯(lián)數(shù)所決定 了 ；而基本上，馬達的輸出扭力和繞組輸入電流成正比，但是馬達的最高轉(zhuǎn)速卻是受 限于電源電壓，如圖1所示之用的馬達控制器架構(gòu)，其中最大馬達輸出扭力是由馬達繞組、 磁路設(shè)計及驅(qū)動電流所決定，同理，最大轉(zhuǎn)速也是由馬達1的設(shè)計及電池2的電壓所限制 住，其基本動力輸出特性如圖2所示；再以馬達的基本工作原理來說明，輸出扭力與馬達相(線)電流的關(guān)系如下τ (扭力)=Κτ (扭力常數(shù))*Ia(馬達相電流)至于其轉(zhuǎn)速與電源電壓的關(guān)系如下ω (轉(zhuǎn)速)-Κω (轉(zhuǎn)速常數(shù))*Va (馬達相電壓)因此為達到足夠的扭力輸出，除了提供足夠的相電流外，否則即須靠機械減速系 統(tǒng)以提升輸出扭力。而提高相電流固然有可能提升輸出扭力，但因大電流驅(qū)動下，主要的馬 達損失為繞組的銅損，而繞組銅損的公式如下，Pc (銅損)=Ia2 (馬達相電流)xRp (繞組組抗)其中損失為馬達相電流的平方倍，嚴重影響其效率，并造成馬達大量的溫升，甚而 影響馬達壽命，因此對于電動二輪車輛的運用而言，須同時具備高扭力以及高轉(zhuǎn)速的特性， 除非采用機械變速系統(tǒng)以得到廣泛的扭力與速度范圍，但這意味著需要付出相當?shù)某杀炯?空間來加入機械變速系統(tǒng)；若要達到更高的速度，則必須串聯(lián)更多的電池組，同時PWM/換 相控制電路3要能控制馬達相電流驅(qū)動電路4來提供馬達繞組相當大的電流以產(chǎn)生足夠的 扭力輸出。然而越多的電池串聯(lián)數(shù)代表著電池系統(tǒng)的管理復(fù)雜度升高，而在低速大電流的 操作條件下，較高的電池電壓也將導(dǎo)致較大的切換損失；因此若要同時兼顧低速的大扭力輸出以及最高轉(zhuǎn)速的要求，便需要使用較大規(guī)格 的馬達，或者必須搭配使用機械變速系統(tǒng)，如此一來勢必增加重量及體積，當然也必須付出 額外的成本。由此可見，以上種種難題在移動式載具如電動二輪車輛的應(yīng)用上更是一大阻礙， 因此如何發(fā)展出可使用較低的電源電壓，較小的體積及較低的成本而可取代傳統(tǒng)機械變速 系統(tǒng)的馬達控制器，即為目前相關(guān)產(chǎn)業(yè)界亟思解決的課題。
本案發(fā)明人鑒于上述習(xí)用的方法所衍生的各項缺點，乃亟思加以改良創(chuàng)新，并經(jīng) 多年苦心孤詣潛心研究后，來完成本件具有變速功能的馬達控制系統(tǒng)及其方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種具有變速功能的馬達控制系統(tǒng)及其方法，為了能達 到同時具備低轉(zhuǎn)速大扭力及工作范圍需延伸至高轉(zhuǎn)速的馬達控制系統(tǒng)；且該變速功能的馬 達控制系統(tǒng)及其方法，可使用較低電池電壓，并且在馬達的轉(zhuǎn)速提高到一定程度以上時，可 將輸入電壓升高(不需要串聯(lián)電池來提高輸入電壓)，以及使用相角提前的換相技術(shù)以維 持高轉(zhuǎn)速時仍有適當?shù)呐ち敵?，以適應(yīng)整個寬廣的工作范圍需求。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明公開了一種具有變速功能的馬達控制系統(tǒng)，用于控制及 驅(qū)動電動車的馬達作動，其特征在于包括一狀態(tài)控制模組，接收外部轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)矩控制命令，及馬達所傳送的相位及速度訊 號，及馬達相電流偵測模細所回授的偵測訊號，并依據(jù)命令或偵測訊號來決定PWM的開度 及換相順序，并將控制訊號輸出至直流/直流升壓轉(zhuǎn)換模組及馬達相電流驅(qū)動模組，致使 直流/直流升壓轉(zhuǎn)換模組按照需求提高輸出電壓或按照需求使馬達相電流驅(qū)動模組達成 提前換相的功能；一電源供應(yīng)模組，為一提供直流電壓的電源供應(yīng)設(shè)備；一直流/直流升壓轉(zhuǎn)換模組，由該狀態(tài)控制模組根據(jù)馬達轉(zhuǎn)速決定升壓電路的輸 出電壓后，該直流/直流升壓轉(zhuǎn)換模組能將該電源供應(yīng)模組所輸入的電壓提高至該狀態(tài)控 制模組所要求的輸出目標電壓，并提供給馬達相電流驅(qū)動模組作為驅(qū)動電源之用；一馬達相電流驅(qū)動模組，接收該直流/直流升壓轉(zhuǎn)換模組所提供的電壓，并輸出 驅(qū)動電流至該馬達的馬達繞組，同時可接受該狀態(tài)控制模組所輸入的控制訊號；一相電流偵測模組，能偵測通過該馬達的驅(qū)動電流，并回傳訊號給該狀態(tài)控制模 組。
其中，該狀態(tài)控制模組具有PWM控制電路、換相控制電路及升壓控制電路。其中，該電源供應(yīng)模組為一電池組。還公開了一種具有變速功能的馬達控制方法，其操作方法如下(1)先將馬達設(shè)計為一固定數(shù)值的電源電壓、固定數(shù)值的最大扭力及固定數(shù)值的 最高轉(zhuǎn)速的馬達；( 再藉由一馬達所外接的N 1機械減速機構(gòu)，來將輸出扭力提升N倍，而最高 轉(zhuǎn)速將下降至1/N ；(3)接著針對馬達的轉(zhuǎn)速，在需要操作于較原最高轉(zhuǎn)速更高的工作狀態(tài)時，利用直 流/直流升壓轉(zhuǎn)換模組提升電源供應(yīng)模組的電壓，并于加速或減速時設(shè)定轉(zhuǎn)速磁滯區(qū)間， 藉由加速時的切換電壓命令轉(zhuǎn)速設(shè)定點較減速時的切換電壓命令轉(zhuǎn)速設(shè)定點為高的方式， 完成驅(qū)動電源電壓的設(shè)定；(4)因此若欲將馬達轉(zhuǎn)速提升N倍，則能夠藉由直流/直流升壓轉(zhuǎn)換模組將電源電 壓升至N倍，便可彌補最大輸出轉(zhuǎn)速來達成目標。其中，該直流/直流升壓轉(zhuǎn)換模組所輸出的電壓依據(jù)目標轉(zhuǎn)速而調(diào)整，如此在低 轉(zhuǎn)速大扭力時操作在較低的工作電壓。
其中，當轉(zhuǎn)速漸漸升高后，相電流將隨之下降，馬達控制系統(tǒng)將操作在高電壓低電 流的工作條件中。其中，使用相角提前的換相技術(shù)進一步增加馬達轉(zhuǎn)速提高工作范圍，使馬達在換 相點位置感應(yīng)器訊號產(chǎn)生之前，主動提前驅(qū)動馬達的下一相繞組，達成弱磁控制的效果，即 能夠提升馬達操作轉(zhuǎn)速范圍。通過上述結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的具有變速功能的馬達控制系統(tǒng)及其方法具有以下技術(shù)效 果1、藉由一個直流/直流升壓轉(zhuǎn)換模組將輸入電壓升高以及藉由該狀態(tài)控制模組 使用相角提前的換相技術(shù)，以維持電動二輪車輛馬達動力系統(tǒng)高轉(zhuǎn)速時仍有適當?shù)呐ち?出；2、當電動二輪車輛馬達動力系統(tǒng)在輸出足夠的扭力時，仍維持在適當?shù)男史秶?內(nèi)，因此利用直流/直流升壓轉(zhuǎn)換器，適當提高轉(zhuǎn)速至所希望的工作速度范圍，并可改善低 速大扭力的工作效率，更可確保能達到足夠的工作速度，且不需復(fù)雜的機械變速系統(tǒng)；3、所述直流/直流升壓轉(zhuǎn)換模組的輸出電壓可依據(jù)目標轉(zhuǎn)速而調(diào)整，如此在低轉(zhuǎn) 速大扭力時，可操作在較低的工作電壓，相較于直接使用高電壓(即串連較多電池)并操作 在低速高扭力條件下，其中所使用的開關(guān)元件的損失及所承受的電氣應(yīng)力仍然較輕；同時 因為無需一直啟動直流/直流升壓轉(zhuǎn)換模組，也可減少該直流/直流升壓轉(zhuǎn)換模組的損失， 而當馬達轉(zhuǎn)速漸漸升高后，則相電流將隨的下降，馬達控制系統(tǒng)將操作在高電壓低電流的 工作條件。4、所述馬達相電流驅(qū)動模組所需的輸入電壓(即直流/直流升壓轉(zhuǎn)換模組的輸出 電壓)會受到馬達特性參數(shù)、轉(zhuǎn)速、溫度、甚至是所要輸出扭力的大小而有所影響，計算上 若要考慮所有影響因素時，將造成該控制單元運算負擔(dān)的增加，若是軟體運算和硬體的反 應(yīng)速度甚至路況因素交互作用時，更有可能產(chǎn)生系統(tǒng)不穩(wěn)定的疑慮。況且電動二輪車輛受 限于成本因素通常無法使用運算能力非常強大的微電腦或單晶片來處理相關(guān)的復(fù)雜運算。 因此本發(fā)明只需針對馬達的轉(zhuǎn)速，在需要操作于較原最高轉(zhuǎn)速更高的工作狀態(tài)時，利用直 流/直流升壓轉(zhuǎn)換模組提升電源供應(yīng)模組的電壓，并于加速或減速時適當?shù)脑O(shè)定轉(zhuǎn)速磁滯 區(qū)間，藉由加速時的切換電壓命令轉(zhuǎn)速設(shè)定點較減速時的切換電壓命令轉(zhuǎn)速設(shè)定點為高的 方式，直接得到馬達相電流驅(qū)動模組的驅(qū)動電源電壓目標值，因此本發(fā)明不需考慮其它因 素，僅需簡單的控制方法，即可用較低的成本達成上述性能改善的目的。5、若欲使直流無刷馬達于較高轉(zhuǎn)速域時進一步有較大的動力輸出，除上述使用直 流/直流升壓轉(zhuǎn)換模組提高馬達相電流驅(qū)動模組的輸入電壓外，可再結(jié)合相角提前的換相 技術(shù)，使馬達在一定轉(zhuǎn)速以上時，利用軟體程式使馬達在換相點位置感應(yīng)器訊號產(chǎn)生之前， 主動提前驅(qū)動馬達的下一相繞組，達成弱磁控制的效果，可進一步提升約30%的馬達操作 轉(zhuǎn)速范圍。6、雖然本發(fā)明采用無感測器(Sensorless)換相技術(shù)達成提前換相的功能，但因 此功能僅操作于較高轉(zhuǎn)速域，此時馬達系統(tǒng)已蓄積較大的轉(zhuǎn)動動能，不會瞬間改變轉(zhuǎn)速，因 此較零轉(zhuǎn)速啟動或全程使用無感測器換相技術(shù)的可靠度高出許多。

圖1為習(xí)知的馬達控制器的系統(tǒng)架構(gòu)圖；圖2為習(xí)知的馬達動力輸出特性圖；圖3為本發(fā)明具有變速功能的馬達控制系統(tǒng)及其方法的系統(tǒng)架構(gòu)圖；圖4為本發(fā)明具有變速功能的馬達控制系統(tǒng)僅使用直流/直流升壓轉(zhuǎn)換模組時的 馬達動力輸出特性圖；以及圖5為本發(fā)明具有變速功能的馬達控制系統(tǒng)同時使用直流/直流升壓轉(zhuǎn)換模組及 提前換相后的馬達動力輸出特性圖。
具體實施例方式請參閱圖3為本發(fā)明具有變速功能的馬達控制系統(tǒng)及其方法的系統(tǒng)架構(gòu)圖，如圖 中所示，其中包括一馬達5，內(nèi)建一馬達繞組，可傳送相位及速度訊號；另外該馬達5可為直流有刷 馬達、直流無刷馬達、交流馬達及輪轂式馬達等馬達裝置；一控制命令接收端6，負責(zé)接收控制該馬達5的轉(zhuǎn)速命令或轉(zhuǎn)矩命令；—狀態(tài)控制模組7，接收外部控制命令接收端6轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)矩控制命令，及馬達5所 傳送的相位及速度訊號，及馬達相電流偵測模組11所回授的偵測訊號，并依據(jù)命令或偵測 訊號來決定PWM的開度及換相順序，并可將控制訊號輸出至直流/直流升壓轉(zhuǎn)換模組9及 馬達相電流驅(qū)動模組10，致使直流/直流升壓轉(zhuǎn)換模組9可按照需求提高輸出電壓或按照 需求使馬達相電流驅(qū)動模組10達成提前換相的功能；一電源供應(yīng)模組8，為一可提供直流電壓的電源供應(yīng)設(shè)備，例如電池等電源供應(yīng)設(shè)備；一直流/直流升壓轉(zhuǎn)換模組9，由該狀態(tài)控制模組7根據(jù)馬達轉(zhuǎn)速決定升壓電路的 輸出電壓后，該直流/直流升壓轉(zhuǎn)換模組9能將該電源供應(yīng)模組8所輸入的電壓提高至該 狀態(tài)控制模組7所要求的輸出電壓；一馬達相電流驅(qū)動模組10，接收該直流/直流升壓轉(zhuǎn)換模組9所提供的電壓，并輸 出驅(qū)動電流至該馬達5內(nèi)建的馬達繞組，便可達成適度提升馬達轉(zhuǎn)速，以達成類似變速器 的功能；而該狀態(tài)控制模組7亦能控制該馬達相電流驅(qū)動模組10的開關(guān)，并當該狀態(tài)控制 模組啟動提前換相的運算功能時，于該馬達5在換相點位置感應(yīng)器訊號產(chǎn)生之前，經(jīng)由該 馬達相電流驅(qū)動模組10主動提前驅(qū)動該馬達5的下相繞組，以達成弱磁控制的效果，并能 進一步提升較高轉(zhuǎn)速域的馬達動力輸出；一相電流偵測模組11，能偵測通過該馬達5的驅(qū)動電流，并回傳訊號給該狀態(tài)控 制模組7。值得一提的是，該狀態(tài)控制模組7內(nèi)建有PWM(Pulse Width Modulation脈波寬度 調(diào)變)控制電路、換相控制電路及升壓控制電路，而詳細控制內(nèi)容如下(I)PWM控制電路，主要用于馬達的扭力控制，因馬達的扭力與輸入至馬達繞組的 電流成正比，故若要改變馬達的扭力，只要改變輸入電流值便可，因此在電源與馬達間插入 電晶體開關(guān)元件，當控制相關(guān)繞組的開關(guān)元件導(dǎo)通時，流入該馬達繞組的電流便會上升；而 當開關(guān)截止時，該馬達繞組的電流便會下降，藉由相電流偵測模組偵測馬達相電流到達相 對所欲輸出的扭力值時，即適當控制ON時間及OFF時間的比例；以達成自由控制馬達輸入電流的目的，亦即達成馬達輸出扭力控制的目的。而使用不改變單位時間所發(fā)生的ON次數(shù) 而改變ON狀態(tài)的時間長度，則稱的為脈沖寬度調(diào)變(Pulse-Width Modulation，PWM)。(2)換相控制電路，因為直流無刷馬達是以改變各相繞組的激磁電流順序，以取代 直流有刷馬達及換相片的功能，達成連續(xù)運轉(zhuǎn)的目的，因此必須偵測馬達轉(zhuǎn)子的相角位置， 以正確的順序驅(qū)動馬達各相繞組，否則會影響馬達的運轉(zhuǎn)。同時利用計算換相的頻率，可得 出馬達的轉(zhuǎn)速，進而提供升壓馬達控制電路計算驅(qū)動電源電壓的資訊。至于直流有刷馬達， 此換相控制電路的功能則轉(zhuǎn)變成轉(zhuǎn)速計算的功能。(3)升壓控制電路，系可以根據(jù)該馬達的轉(zhuǎn)速來決定直流/直流升壓轉(zhuǎn)換模組的 驅(qū)動電源電壓，而該直流/直流升壓轉(zhuǎn)換模組的驅(qū)動電源電壓的計算只需將整個轉(zhuǎn)速操作 范圍區(qū)分成數(shù)個區(qū)間，利用加速或減速不同切換點的類似磁滯現(xiàn)象的設(shè)定方式，即可輕易 完成驅(qū)動電源電壓的設(shè)定。如圖4所示，為加入該直流/直流升壓轉(zhuǎn)換模組9后的馬達動 力輸出特征，使該馬達5加速時，若欲提升該驅(qū)動電源電壓，則該馬達5的切換轉(zhuǎn)速點需設(shè) 定在該馬達5減速時，欲降低該驅(qū)動電源電壓值為高的轉(zhuǎn)速。(4)另外當直流無刷馬達要進入較高轉(zhuǎn)速域時，該提前換相運算電路會啟動提前 換相的運算功能，使該馬達5在換相點位置感應(yīng)器(例如Hall Sensor)訊號產(chǎn)生之前，主 動提前驅(qū)動該馬達5的下一相繞組，達成弱磁控制的效果，可進一步提升較高轉(zhuǎn)速域的馬 達動力輸出(如圖5所示，為加入該直流/直流升壓轉(zhuǎn)換模組9以及使用相角提前換相技 術(shù)后的馬達動力輸出特征)。值得一提的是，本發(fā)明的實施例如下所述1.本發(fā)明所應(yīng)用的電動載具使用電池電壓為48V，最大輸出扭力為120N-M，最高 轉(zhuǎn)速為600RPM，當使用具有變速功能的馬達控制系統(tǒng)及其方法時，可先將馬達5改設(shè)計為 48V電源電壓，而最大扭力為40N-M，最高轉(zhuǎn)速為600RPM的直流無刷馬達；2.先經(jīng)由一馬達5所外接的3 1機械減速機構(gòu)(減速齒輪)將輸出扭力提升3 倍到120N-M，但此時動力系統(tǒng)的最高轉(zhuǎn)速將下降至200RPM ；3.而當馬達5轉(zhuǎn)速加速至500RPM時，即將該直流/直流轉(zhuǎn)換模組的輸出驅(qū)動電 源電壓由原本未啟動時的48V提升8V成為56V，當繼續(xù)加速至600RPM時則再增加8V成為 64V，依此類推直至1100RPM時，則該直流/直流轉(zhuǎn)換模組9的輸出驅(qū)動電源電壓成為96V。 而當馬達5減速至1050RPM時，則將此輸出驅(qū)動電源電壓由96V降低8V成為88V，依此類推 當馬達5轉(zhuǎn)速降低至450RPM時，則該直流/直流轉(zhuǎn)換模組9的輸出驅(qū)動電源電壓成為48V， 亦即不需再執(zhí)行升壓動作；4.另外，若動力系統(tǒng)欲達到400RPM的轉(zhuǎn)速，則可藉由該直流/直流升壓轉(zhuǎn)換模組 9將電源電壓升至96V，使該馬達5的未減速前的最高速度為1200RPM使可達成。同理，若 動力系統(tǒng)欲達到600RPM最大轉(zhuǎn)速時，只需將電源電壓升至144V，使該馬達5的未減速前的 最高速度為1800RPM便可達成。5.若欲進一步使該馬達5轉(zhuǎn)速操作在1800RPM以上時，則可使用相角提前的換相 技術(shù)，當該馬達5加速超過1700RPM轉(zhuǎn)速以上時，利用軟體程式使該馬達5在換相點位置感 應(yīng)器訊號產(chǎn)生之前10%的時間，主動提前驅(qū)動該馬達5的下一相繞組，達成弱磁控制的效 果。同理，當該馬達5轉(zhuǎn)速下降至1600RPM時則取消此換相提前的驅(qū)動方式。值得一提的是，本發(fā)明可以使用一個40N-M輸出扭力且原最高轉(zhuǎn)速為600RPM的48V馬達，達成120N-M的輸出目標，同時不需增加電池電壓便可達到超過600RPM的最大轉(zhuǎn) 速，達成類似機械變速器的功能；而當我們以N 1的減速比(應(yīng)用機械減速機構(gòu)進行減 速)增加輸出扭力時，僅需利用直流/直流升壓器將電源電壓提升N倍便可彌補最大輸出 轉(zhuǎn)速達到目標；值得一提的是，當使用輪轂式馬達時，可利用內(nèi)建減速齒輪機構(gòu)達成上述的功能。本發(fā)明所提供的具有變速功能的馬達控制系統(tǒng)及其方法，與其他習(xí)用技術(shù)相互比 較時，更具備下列優(yōu)點1.本發(fā)明的具有變速功能的馬達控制系統(tǒng)及其方法，系為使用一具有電源升壓功 能的馬達控制系統(tǒng)，可將電動二輪車輛馬達動力系統(tǒng)轉(zhuǎn)速提升至目標值，以達成類似變速 器的功能。2.本發(fā)明的具有變速功能的馬達控制系統(tǒng)及其方法，系能使用較低電池電壓，并 且在馬達的轉(zhuǎn)速提高到一定程度以上時，可將輸入電壓升高(不需要串聯(lián)電池來提高輸入 電壓)，以維持高轉(zhuǎn)速時仍有適當?shù)呐ち敵?，以適應(yīng)整個寬廣的工作范圍需求。3.本發(fā)明對于馬達相電流驅(qū)動模組所需的輸入電壓(即直流/直流升壓轉(zhuǎn)換模 組的輸出電壓)目標值計算只需將整個轉(zhuǎn)速操作范圍區(qū)分成數(shù)個區(qū)間，利用加速或減速不 同切換點的類似磁滯現(xiàn)象的設(shè)定方式，即可輕易完成驅(qū)動電源電壓的設(shè)定，且可容忍直流/ 直流升壓轉(zhuǎn)換模組較大的工作誤差。4.本發(fā)明在較高轉(zhuǎn)速域結(jié)合相角提前的換相技術(shù)后，可進一步提升較高轉(zhuǎn)速域的 馬達動力輸出，較未使用本發(fā)明技術(shù)的馬達動力系統(tǒng)大幅提升中高轉(zhuǎn)速的功率輸出，且不 需犧牲低轉(zhuǎn)速域的效率及扭力。上列詳細說明系針對本發(fā)明的一可行實施例的具體說明，惟該實施例并非用以限 制本發(fā)明的專利范圍，凡未脫離本發(fā)明技藝精神所為的等效實施或變更，均應(yīng)包含于本案 的專利范圍中。綜上所述，本案不但在技術(shù)思想上確屬創(chuàng)新，并能較習(xí)用物品增進上述多項功效， 應(yīng)以充分符合新穎性及進步性的法定發(fā)明專利要件，愛依法提出申請，懇請貴局核準本件 發(fā)明專利申請案，以勵發(fā)明，至感德便。8
權(quán)利要求
1.一種具有變速功能的馬達控制系統(tǒng)，用于控制及驅(qū)動電動車的馬達作動，其特征在 于包括一狀態(tài)控制模組，接收外部轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)矩控制命令，及馬達所傳送的相位及速度訊號，及 馬達相電流偵測模組所回授的偵測訊號，并依據(jù)命令或偵測訊號來決定PWM的開度及換相 順序，并將控制訊號輸出至直流/直流升壓轉(zhuǎn)換模組及馬達相電流驅(qū)動模組，致使直流/直 流升壓轉(zhuǎn)換模組按照需求提高輸出電壓或按照需求使馬達相電流驅(qū)動模組達成提前換相 的功能；一電源供應(yīng)模組，為一提供直流電壓的電源供應(yīng)設(shè)備；一直流/直流升壓轉(zhuǎn)換模組，由該狀態(tài)控制模組根據(jù)馬達轉(zhuǎn)速決定升壓電路的輸出電 壓后，該直流/直流升壓轉(zhuǎn)換模組能將該電源供應(yīng)模組所輸入的電壓提高至該狀態(tài)控制模 組所要求的輸出目標電壓，并提供給馬達相電流驅(qū)動模組作為驅(qū)動電源之用；一馬達相電流驅(qū)動模組，接收該直流/直流升壓轉(zhuǎn)換模組所提供的電壓，并輸出驅(qū)動 電流至該馬達的馬達繞組，同時可接受該狀態(tài)控制模組所輸入的控制訊號；一相電流偵測模組，能偵測通過該馬達的驅(qū)動電流，并回傳訊號給該狀態(tài)控制模組。
2.如權(quán)利要求1所述的具有變速功能的馬達控制系統(tǒng)，其特征在于，該狀態(tài)控制模組 具有PWM控制電路、換相控制電路及升壓控制電路。
3.如權(quán)利要求1所述的具有變速功能的馬達控制系統(tǒng)，其特征在于，該電源供應(yīng)模組 為一電池組。
4.一種具有變速功能的馬達控制方法，其操作方法如下(1)先將馬達設(shè)計為一固定數(shù)值的電源電壓、固定數(shù)值的最大扭力及固定數(shù)值的最高 轉(zhuǎn)速的馬達；(2)再藉由一馬達所外接的N 1機械減速機構(gòu)，來將輸出扭力提升N倍，而最高轉(zhuǎn)速 將下降至1/N；(3)接著針對馬達的轉(zhuǎn)速，在需要操作于較原最高轉(zhuǎn)速更高的工作狀態(tài)時，利用直流/ 直流升壓轉(zhuǎn)換模組提升電源供應(yīng)模組的電壓，并于加速或減速時設(shè)定轉(zhuǎn)速磁滯區(qū)間，藉由 加速時的切換電壓命令轉(zhuǎn)速設(shè)定點較減速時的切換電壓命令轉(zhuǎn)速設(shè)定點為高的方式，完成 驅(qū)動電源電壓的設(shè)定；(4)因此若欲將馬達轉(zhuǎn)速提升N倍，則能夠藉由直流/直流升壓轉(zhuǎn)換模組將電源電壓升 至N倍，便可彌補最大輸出轉(zhuǎn)速來達成目標。
5.如權(quán)利要求4所述的具有變速功能的馬達控制方法，其特征在于，該直流/直流升壓 轉(zhuǎn)換模組所輸出的電壓依據(jù)目標轉(zhuǎn)速而調(diào)整，如此在低轉(zhuǎn)速大扭力時操作在較低的工作電 壓。
6.如權(quán)利要求4所述的具有變速功能的馬達控制方法，其特征在于，當轉(zhuǎn)速漸漸升高 后，相電流將隨之下降，馬達控制系統(tǒng)將操作在高電壓低電流的工作條件中。
7.如權(quán)利要求4所述的具有變速功能的馬達控制方法，其特征在于，使用相角提前的 換相技術(shù)進一步增加馬達轉(zhuǎn)速提高工作范圍，使馬達在換相點位置感應(yīng)器訊號產(chǎn)生之前， 主動提前驅(qū)動馬達的下一相繞組，達成弱磁控制的效果，即能夠提升馬達操作轉(zhuǎn)速范圍。
全文摘要
一種具有變速功能的馬達控制系統(tǒng)及其方法，包含了一狀態(tài)控制模組、一直流/直流升壓轉(zhuǎn)換模組、一馬達相電流驅(qū)動模組、一相電流偵測模組及一電源供應(yīng)模組，其中該電源供應(yīng)模組可以使用電池提供較低電壓，并且在馬達的轉(zhuǎn)速提高到一定程度以上時，藉由一個直流/直流升壓轉(zhuǎn)換模組將輸入電壓升高以及藉由該狀態(tài)控制模組使用相角提前的換相技術(shù)，來維持電動二輪車輛馬達動力系統(tǒng)高轉(zhuǎn)速時仍有適當?shù)呐ち敵?，并在適當?shù)囊?guī)劃下，可取代傳統(tǒng)需使用機械變速系統(tǒng)的應(yīng)用場合，以達成簡化系統(tǒng)及節(jié)省成本的目的。
文檔編號H02P6/08GK102055387SQ201010518909
公開日2011年5月11日 申請日期2010年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月4日
發(fā)明者楊志清, 謝祥志, 陳主勇, 馬斌嚴 申請人:宇泉能源科技股份有限公司