CN102820778A - 摩托车启动马达的升压控制装置 - Google Patents

摩托车启动马达的升压控制装置 Download PDF

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谢世甲
郭永吉
董育佳
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Abstract

一种摩托车启动马达的升压控制装置，其利用一微控制器来控制一升压回路，该升压回路将一蓄电池的原电压升压后供应至具较高电压规格的一启动马达，以对该启动马达作柔性启动控制。由于较高电压规格的启动马达本身已可提供足够且稳定的扭力至引擎，故该启动马达在启动瞬间不会对该蓄电池产生瞬间高电流需求，因而有利于提高该启动引擎的启动顺畅性与整车电力***及引擎点火的稳定性，并相对降低启动噪音及启动齿轮组的磨耗程度。

Description

摩托车启动马达的升压控制装置
技术领域
本发明关于一种摩托车启动马达的升压控制装置，特别是关于一种利用升压回路作柔性启动控制的摩托车启动马达的升压控制装置。
背景技术
对一般摩托车的引擎构造而言，其通常皆可选择藉由电动或脚踏的方式加以启动。当骑乘摩托车的使用者欲藉由电动方式启动引擎时，使用者可一手按压刹车及另一手按压启动按钮，以利用电池的电力驱使电动马达带动曲轴转动，并使火星塞点火，如此引擎的燃烧室即可开始燃烧油气，以产生动力。另一方面，当使用者欲藉由脚踏方式启动引擎时，使用者则必需以脚踩踏引擎外侧的脚踏杆，以经由助力杆带动启动杆转动，该启动杆伸入引擎传动箱的内部，并具有启动齿轮能转动带动引擎的曲轴转动，进而以上述相似原理启动引擎。
举例来说，请参照图1所示，其揭示一种现有速克达型摩托车的启动马达的控制装置的示意图，其中一速克达型摩托车的引擎10中与电动启动相关的控制装置主要包含：一启动马达11，组装固定于该引擎10的外侧的适当位置；一启动齿轮组12，设于该引擎10内并可被该启动马达11的驱动轴带动而转动；一曲轴13，设于该引擎10内；一启动齿轮盘14，固定在该曲轴13上，并可被该启动齿轮组12带动而转动；一控制电路15，用以控制及启动该启动马达11；一蓄电池16，用以提供电力予该控制电路15；以及，一主开关17，位于该控制电路15及蓄电池16之间，以开启或关闭该控制电路15。
再者，该控制电路15还包含：一启动按钮151、一刹车开关152及一启动继电器153。在电动启动该引擎10时，一摩托车骑士首先以钥匙开启该主开关17，接着以一手按压该刹车开关152，及以另一手按压该启动按钮151，使得该蓄电池16与启动继电器153电性导通，以驱使该启动继电器153作动，进而使该启动马达11通电运转。当该启动马达11的驱动轴的转速达到一预定数值时，则可经由该启动齿轮组12及启动齿轮盘14来带动该引擎10的曲轴13转动，进而使得该引擎10的火星塞(未绘示)可正常点火，以使该引擎10的燃烧室(未绘示)开始燃烧油气，以产生动力。
然而，上述现有速克达型摩托车的启动马达的控制装置在实际使用上仍具有下述问题，例如：上述启动马达的控制装置是使用电压规格为12V(伏特)的启动马达11，其可以直接使用由该蓄电池16提供的12V电压的电源。但是，当该启动按钮151被按压后，该蓄电池16中的电流瞬间大量流到该启动马达11处，而造成该蓄电池16的电压急速下降，使整车电力***及引擎点火的稳定性不佳。若该蓄电池16的蓄电量原本已不足，则极可能造成该引擎10点火失败或该蓄电池16剩余电力流失。再者，由于该蓄电池16的电流瞬间大量供应到该启动马达11处，因此也会造成该启动马达11的驱动轴的启动瞬间扭力过大，而对该启动齿轮组12产生过大的撞击声音，也就是启动噪音。而且，该启动齿轮组12也会因瞬间被带动而增加其齿轮磨损程度，因而降低其使用寿命。
另外，该控制电路15的作动与否，全依赖摩托车骑士来按压该启动按钮151来决定。在正常状况下，当该引擎10已经正常运转时(指已达怠速状态)时，摩托车骑士就必须放掉该启动按钮151。然而，该引擎10是否已达正常运转的转速，完全依赖摩托车骑士的个人经验来做判断，因此时常发生手动按压该启动按钮151过久的情况，而导致该蓄电池16处于低电压的供电时间过长，反而导致该启动马达11启动不良或伤害该蓄电池16的蓄电能力与使用寿命；或者，也可能因连续多次按压该启动按钮151的时间皆不足，而导致无法成功启动该引擎10或不断耗尽该蓄电池16的剩余电力。
因此，有必要提供一种改良的摩托车启动马达的控制装置，以解决现有技术所存在的问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种摩托车启动马达的升压控制装置，其利用微控制器来控制升压回路，升压回路将蓄电池的原电压升压后供应至较高电压规格的启动马达，以对此启动马达作柔性启动控制，由于较高电压规格的启动马达本身已可提供足够且稳定的扭力至引擎，故启动马达在启动瞬间不会对蓄电池产生瞬间高电流需求，因而有利于提高启动引擎的启动顺畅性与整车电力***及引擎点火的稳定性，并相对降低启动噪音及启动齿轮组的磨耗程度。
本发明的次要目的在于提供一种摩托车启动马达的升压控制装置，其中一旦摩托车骑士通过启动按钮及刹车开关启动控制电路后，即使接着手动释放启动按钮及/或刹车开关，控制电路的微控制器仍可经由升压回路控制启动马达继续带动引擎曲轴的转动，并在曲轴转动一段预定时间后，立即停止升压回路作动，以关闭启动马达，因而有利于提高启动效率及操作便利性，并降低对蓄电池的耗损程度。
本发明的另一目的在于提供一种摩托车启动马达的升压控制装置，其中在曲轴转动达到预定转速一段预定时间后，或在刹车开关被按压及曲轴转动低于预定转速一段预定时间后，一降压回路可用以将引擎的交流发电机的交流电降压成直流电，以对蓄电池充电，且在升压回路作动期间，微控制器控制降压回路停止充电动作，因而有利于有效控制回充电压，且可确保启动效率。
为达上述的目的，本发明提供一种摩托车启动马达的升压控制装置，其包含一控制电路电性连接于一蓄电池及一启动马达之间，该启动马达用以启动一引擎，其特征在于：该控制电路包含：
一微控制器，电性连接于该蓄电池，该微控制器用以在接收至少一启动开关的至少一启动信号之后先发出一升压控制信号；或者，用以在该引擎的一曲轴转动达到一预定转速后发出一降压控制信号；
一升压回路，接收该升压控制信号，以便将该蓄电池供应的一第一直流电升压成为一第二直流电，并将该第二直流电供应至该启动马达，以利用该启动马达驱动该曲轴转动达到该预定转速，其中该第二直流电的电压值高于该第一直流电的电压值，且该微控制器在该曲轴转动达到该预定转速后即停止发出该升压控制信号；以及
一降压回路，用以在该曲轴转动达到该预定转速后接收该微控制器的降压控制信号，以便将该引擎的一交流发电机的一交流电降压成为一第三直流电，并利用该第三直流电对该蓄电池充电，其中该第三直流电的电压值等于该第一直流电的电压值。
在本发明之一实施例中，该蓄电池供应的第一直流电的电压值为12伏特。
在本发明之一实施例中，该升压回路供应至该启动马达的第二直流电的电压值为48伏特。
在本发明之一实施例中，该交流发电机的交流电的电压值为25伏特。
在本发明之一实施例中，该降压回路降压产生的第三直流电的电压值为12伏特。
在本发明之一实施例中，该控制电路的微控制器、升压回路及降压回路安装在同一模块化电路板上。
在本发明之一实施例中，该启动开关选自一启动按钮、一刹车开关、一主开关或其组合。
在本发明之一实施例中，该预定转速介于每分钟1500至1800转(即1500-1800rpm)之间。
在本发明之一实施例中，该微控制器在该曲轴转动达到该预定转速一段预定时间后才发出该降压控制信号至该降压回路，以对该蓄电池充电。该预定时间例如为10秒或以上。
在本发明之一实施例中，该微控制器另在该刹车开关被按压及该曲轴转动低于该预定转速一段预定时间后亦发出该降压控制信号至该降压回路，以对该蓄电池充电。该预定时间例如为5秒或以上。
在本发明之一实施例中，该升压回路包含一电感线圈、一场效应晶体管(MOSFET)、一肖特基势垒二极管(Schottky barrier diode，SBD)以及一电容。
在本发明之一实施例中，该降压回路包含一电压比较回路、一场效应晶体管、三个硅控整流器(SCR)及三对肖特基势垒二极管；及该引擎的交流发电机包含一组三相线圈。
附图说明
图1：现有速克达型摩托车的启动马达的控制装置的示意图。
图2：本发明较佳实施例的摩托车启动马达的升压控制装置的示意图。
图3：本发明较佳实施例的控制电路的示意图。
图3A：本发明较佳实施例的升压回路的示意图。
【主要组件符号说明】
具体实施方式
为了让本发明的上述及其它目的、特征、优点能更明显易懂，下文将特举本发明较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。再者，本发明所提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“内”、“外”或“侧面”等，仅是参考附加图式的方向。因此，这些被使用的方向用语仅是用以说明及理解本发明，而非用以限制本发明。
请参照图2及图3所示，本发明较佳实施例的摩托车启动马达的升压控制装置主要应用于一速克达型、越野型或其它类型的摩托车中，以供电动启动一启动马达21，并接着经由一启动齿轮组22及一启动齿轮盘24来带动一曲轴23转动，进而使得一引擎20的火星塞(未绘示)可正常点火，以使该引擎20的燃烧室(未绘示)开始燃烧油气，以启动该引擎20开始产生动力。
如图2及图3所示，在本发明的较佳实施例中，该升压控制装置主要包含一控制电路25，该控制电路25电性连接于一蓄电池26及该引擎20的启动马达22之间。再者，该控制电路25及蓄电池26之间另包含一主开关27，该主开关27可供以钥匙切换成开路或闭路；同时，该控制电路25另电性连接至少一启动开关，例如分别电性连接至一启动按钮28及一刹车开关29，两者分别用以将摩托车骑士手动按压该启动按钮28及刹车开关29的启动信号传回到该控制电路25。上述主开关27、启动按钮28及刹车开关29皆可做为启动开关，其可如图2及图3所示分别电性连接至该控制电路25，或者类似于图1所示先使各开关相互串联后再与该控制电路25电性连接。
值得注意的是，虽然本发明的启动马达21带动该引擎20的曲轴23转动的方式与图1的现有启动马达11的作动方式相同，但两者的区别在于：本发明的启动马达21的电压规格高于该蓄电池26的电压规格，而现有启动马达11的电压规格(如12V)则相同于现有蓄电池16的电压规格(如12V)。在本发明的较佳实施例中，本发明的启动马达21的电压规格较佳为48V，及本发明的蓄电池26的电压规格较佳为12V，但并不限于此，本发明电压规格的设计目的将于下文另予详细说明。
请再参照图3所示，本发明较佳实施例的控制电路25电性连接于该蓄电池26及启动马达21之间，该控制电路25主要包含一微控制器(microprocessor control unit，MCU)251、一升压回路252及一降压回路253，其中该微控制器251、升压回路252及降压回路253三者较佳以表面固定技术(surface mount technology，SMT)安装在同一模块化电路板(例如一印刷电路板PCB)上，以便缩小整体的体积，进而方便组装于摩托车的适当位置。
如图3所示，本发明较佳实施例的微控制器251是一集成电路(integratedcircuit，IC)芯片的半导体封装构造(semiconductor package)，其具有数根引脚可供分别与上述其它回路或开关电性连接，以接收外部信号或向外发出控制信号。例如，在本发明较佳实施例中，该微控制器251电性连接于该蓄电池26，并可接收该蓄电池26供应的一第一直流电，其中该第一直流电的电压值较佳为12伏特，且该微控制器251可选择直接使用该第一直流电，或先以一内建的降压电路降压至一适当电压(例如5V)后再予以使用。
再者，该微控制器251可用以接收至少一启动开关(例如该启动按钮28、刹车开关29及/或主开关27)的至少一启动信号，并且在接收该启动信号之后立即发出一升压控制信号，以控制该升压回路252进行升压动作；或者，该微控制器251另也可用以在该曲轴23转动达到一预定转速后立即发出一降压控制信号，以控制该降压回路253进行降压及充电动作。上述的升压、降压及充电动作将于下文另予详细说明。
如图3及图3A所示，本发明较佳实施例的升压回路252由数个SMT电子组件搭配该模块化电路板上的线路图案所构成的回路设计。如图3A所示，在本发明的较佳实施例中，该升压回路252较佳包含一电感线圈L、一场效应晶体管(MOSFET)Q1、一肖特基势垒二极管(Schottky barrier diode，SBD)D0以及一电容C，其中该电感线圈L的一端电性连接在该蓄电池26的正极，及其另一端电性连接到该场效应晶体管Q1的漏极(drain)及该肖特基势垒二极管D0的p端；该场效应晶体管Q1的栅极(gate)电性连接到该微控制器251，及其源极(source)电性连接到该蓄电池26的负极、该电容C的负极及该启动马达21的负极；该肖特基势垒二极管D0的n端电性连接到该电容C的正极及该启动马达21的正极；该电容C较佳为一电解液电容。但是，本发明的升压回路252并不限于此，其亦可能是由其它电子组件构成具有升压作用的电路。
在本实施例中，该升压回路252可接收该微控制器251的升压控制信号，并受该升压控制信号的控制而启动，以便使该蓄电池26供应的一第一直流电Vin通过该电感线圈L及场效应晶体管Q1升压成为一第二直流电Vout，例如当该第一直流电Vin的电压值为12伏特，则升压后的该第二直流电Vout的电压值较佳为48伏特，但并不限于此，只要该第二直流电Vout的电压值在升压后高于该第一直流电Vin的电压值，则皆为本发明可能实施的电压数值。
再者，在该升压回路252产生该第二直流电Vout后，可通过该肖特基势垒二极管D0单向的将该第二直流电Vout输出供应至该电容C及启动马达21，以驱动相同电压规格(48V)的该启动马达21来提供足够且稳定的转动扭力，以便经由该启动齿轮组22及启动齿轮盘24来柔性驱动控制该曲轴23转动达到其预定转速，其中该预定转速例如介于每分钟1500至1800转(即1500-1800rpm)之间，但并不限于此。
如图3所示，本发明较佳实施例的降压回路253由数个SMT电子组件搭配该模块化电路板上的线路图案所构成的回路设计。例如，在本发明的较佳实施例中，该降压回路253较佳至少包含一电压比较回路253a、一场效应晶体管(MOSFET)Q2、三个硅控整流器SCR1、SCR2、SCR3及三对肖特基势垒二极管D11+D12、D21+D22、D31+D32，其中该电压比较回路253a是一集成电路(IC)，其分别电性连接至该蓄电池26的正极、该场效应晶体管Q2的漏极、该微控制器251、该三个硅控整流器SCR1、SCR2、SCR3的栅极(gate)以及该蓄电池26的负极；该场效应晶体管Q2的栅极电性连接至该微控制器251，及其源极电性连接至该三对肖特基势垒二极管D11+D12、D21+D22、D31+D32的n端；该三个硅控整流器SCR1、SCR2、SCR3的阴极(cathode)共电性连接至该蓄电池26的负极、该电压比较回路253a及该三对肖特基势垒二极管D11+D12、D21+D22、D31+D32的p端；该三个硅控整流器SCR1、SCR2、SCR3的阳极(anode)分别电性连接到该引擎20的一交流发电机(ACG)201的三相线圈的第一、第二、第三线圈Y1、Y2、Y3以及分别电性连接到对应的一对肖特基势垒二极管D11+D12、D21+D22、D31+D32之间。但是，本发明的降压回路253并不限于此，其亦可能是由其它电子组件构成具有降压作用的电路。
在本实施例中，该降压回路253主要用以在该曲轴23转动达到该预定转速后由该电压比较回路253a接收该微控制器251发出的降压控制信号，以便将该引擎20的一交流发电机201的三相线圈的第一、第二、第三线圈Y1、Y2、Y3所产生的一交流电(AC)经由该对肖特基势垒二极管D11+D12、D21+D22、D31+D32作单向整流，及经由该三个硅控整流器SCR1、SCR2、SCR3作为闸流体(thyristor)组件辅助单向整流，最后由该微控制器251控制该场效应晶体管Q2将整流后的直流电再降压成为一第三直流电(DC)，并利用该第三直流电对该蓄电池26进行充电，其中该第三直流电的电压值等于该第一直流电的电压值，例如该交流电的电压值设为25伏特，而该第三直流电的电压值则设定为12V，即相同于该第一直流电的电压值。
请再参照图2、3及图3A所示，当一摩托车骑士欲使用本发明较佳实施例的摩托车启动马达的升压控制装置来发动一摩托车的引擎20时，该蓄电池26已预先供应一第一直流电(例如12V)至该控制电路25的微控制器251，但该微控制器251尚暂时处于待机状态。接着，摩托车骑士以钥匙开启该主开关27，并以一手按压该刹车开关29，及以另一手按压该启动按钮28，因而产生至少一启动信号，使得该控制电路25的微控制器251在接收该启动信号之后立即发出一升压控制信号，以控制该升压回路252进行升压动作。
在进行升压时，该升压回路252接收该微控制器251的升压控制信号，并受该升压控制信号的控制而启动，以便将该蓄电池26供应的第一直流电(12V)升压成为一第二直流电(例如48V)。之后，再将该第二直流电单向输出供应至该启动马达21，以驱动相同电压规格(48V)的该启动马达21，进而提供足够且稳定的转动扭力，以便经由该启动齿轮组22及启动齿轮盘24来柔性驱动控制该曲轴23转动达到其预定转速(例如1500-1800rpm)或以上。
值得注意的是，一旦摩托车骑士通过该启动按钮28及/或刹车开关29启动该控制电路25的微控制器251后，即使摩托车骑士接着手动释放该启动按钮28及/或刹车开关29，该微控制器251仍可控制该启动马达21继续带动该引擎20的曲轴23转动，直到一曲轴转速侦测器202侦测到该曲轴23已转动达到该预定转速一段预定时间(例如10秒或以上)为止。同时，在该升压回路252进行升压供电期间，该微控制器251并不发出降压控制信号，也就是此时该降压回路253是处于待机状态而尚未运作，如此可减少该微控制器251的负载，或避免该引擎20因该交流发电机201进行发电而影响该曲轴23的转速。
在该曲轴转速侦测器202侦测到该曲轴23转动一段预定时间(10秒或以上)后，该引擎20的火星塞(未绘示)已完成点火使该引擎20的燃烧室(未绘示)燃烧油气，并驱动汽缸活塞以产生动力，使摩托车能正常行驶。因此，在预定时间后，该微控制器251立即停止发出该升压控制信号，以控制该升压回路252停止升压动作，进而停止供应该第二直流电给该启动马达21，使得该启动马达21停止转动。同时，该微控制器251则发出一降压控制信号至该降压回路253，以利用该降压回路253将该引擎20的交流发电机201的交流电(例如25V-AC)降压成为第三直流电(例如12V-DC)，并利用该第三直流电对该蓄电池26进行充电。再者，在另一情况下，当该刹车开关29被按压及该引擎20的曲轴23转动低于该预定转速(例如1500-1800rpm)一段预定时间(例如5秒或以上)后，该微控制器251亦可发出该降压控制信号至该降压回路253，以利用该降压回路253对该蓄电池26充电。
如上所述，相较于现有速克达型摩托车的启动马达的控制装置的技术问题，图2至图3A的本发明利用该微控制器251来控制该升压回路252，该升压回路252将该蓄电池26的原电压(12V)升压后供应至较高电压规格(48V)的启动马达21，以对此启动马达21作柔性启动控制，由于较高电压规格的启动马达21本身已可提供足够且稳定的扭力至该引擎20，故该启动马达21在启动瞬间不会对该蓄电池26产生瞬间高电流需求，因而有利于提高启动该引擎20的启动顺畅性与整车电力***及引擎点火的稳定性，并相对降低启动噪音及启动齿轮组22的磨耗程度。
再者，在本发明中，一旦摩托车骑士通过该启动按钮28及刹车开关29启动该控制电路25后，即使接着手动释放该启动按钮28及/或刹车开关29，该控制电路25的微控制器251仍可经由该升压回路252控制该启动马达21继续带动该引擎20的曲轴23转动，并在该曲轴23转动一段预定时间后，立即停止该升压回路252作动，以关闭该启动马达21，因而有利于提高启动效率及操作便利性，并降低对该蓄电池26的耗损程度。
另外，在本发明中，在该曲轴23转动达到预定转速(1500至1800rpm)一段预定时间(例如10秒或以上)后，或在该刹车开关29被按压及该曲轴23转动低于预定转速一段预定时间(例如5秒或以上)后，该降压回路253可用以将该引擎20的交流发电机201的交流电(例如25V)降压成直流电(例如12V)，以对该蓄电池20反馈充电，且在该升压回路252作动期间，该微控制器251也控制该降压回路253停止充电动作，因而有利于有效控制回充电压，且可确保启动效率。
虽然本发明已经用较佳实施例来揭露，但是其并非用以限制本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，可作各种变更与修改，因此本发明的权利要求当视所附权利要求所界定者为准。

Claims (10)

1.一种摩托车启动马达的升压控制装置，其包含控制电路电性连接于蓄电池及启动马达之间，该启动马达用以启动一引擎，其特征在于：该控制电路包含：
微控制器，电性连接于该蓄电池，该微控制器用以在接收至少一启动开关的至少一启动信号之后先发出升压控制信号；或者，用以在该引擎的曲轴转动达到预定转速后发出降压控制信号；
升压回路，接收该升压控制信号，以便将该蓄电池供应的第一直流电升压成为第二直流电，并将该第二直流电供应至该启动马达，以利用该启动马达驱动该曲轴转动达到该预定转速，其中该第二直流电的电压值高于该第一直流电的电压值，且该微控制器在该曲轴转动达到该预定转速后即停止发出该升压控制信号；以及
降压回路，用以在该曲轴转动达到该预定转速后接收该微控制器的降压控制信号，以便将该引擎的交流发电机的交流电降压成为第三直流电，并利用该第三直流电对该蓄电池充电，其中该第三直流电的电压值等于该第一直流电的电压值。
2.如权利要求1所述的摩托车启动马达的升压控制装置，其中该蓄电池供应的第一直流电的电压值以及该降压回路降压产生的第三直流电的电压值皆为12伏特。
3.如权利要求1或2所述的摩托车启动马达的升压控制装置，其中该升压回路供应至该启动马达的第二直流电的电压值为48伏特。
4.如权利要求1所述的摩托车启动马达的升压控制装置，其中该控制电路的微控制器、升压回路及降压回路安装在同一模块化电路板上。
5.如权利要求1所述的摩托车启动马达的升压控制装置，其中该启动开关选自启动按钮、刹车开关、主开关或其组合。
6.如权利要求1所述的摩托车启动马达的升压控制装置，其中该预定转速介于每分钟1500至1800转之间。
7.如权利要求6所述的摩托车启动马达的升压控制装置，其中该微控制器在该曲轴转动达到该预定转速一段预定时间后才发出该降压控制信号至该降压回路，以对该蓄电池充电；其中该预定时间为10秒或以上。
8.如权利要求6所述的摩托车启动马达的升压控制装置，其中该微控制器在该刹车开关被按压及该曲轴转动低于该预定转速一段预定时间后发出该降压控制信号至该降压回路，以对该蓄电池充电；其中该预定时间例如为5秒或以上。
9.如权利要求1所述的摩托车启动马达的升压控制装置，其中该升压回路包含电感线圈、场效应晶体管、肖特基势垒二极管以及电容。
10.如权利要求1所述的摩托车启动马达的升压控制装置，其中该降压回路包含电压比较回路、场效应晶体管、三个硅控整流器及三对肖特基势垒二极管；及该引擎的交流发电机包含一组三相线圈。
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