TW201401761A - 馬達電源控制系統 - Google Patents

Abstract

本發明係關於一種馬達電源控制系統，用以驅動一馬達運作，至少包含：一電源供應單元，係提供一輸入電壓；一直流/直流轉換單元，係與電源供應單元相連接，用以將輸入電壓轉換成一驅動電壓，以使馬達運作；一轉速偵測單元，係偵測馬達之轉速，以產生一轉速信號；以及一控制單元，係與轉速偵測單元及直流/直流轉換單元相連接，用以將轉速信號與一預設值進行比較，以產生控制信號，當轉速信號大於預設值時，依該轉速信號之值來控制直流/直流轉換單元以線性的方式提升驅動電壓之電壓值，以增加馬達之轉速。

Description

馬達電源控制系統

本發明係關於一種馬達電源控制系統，尤指一種適用於電動車輛之馬達電源控制系統。

由於國際油價不斷創下新高，再加上燃油所造成的空氣污染日益嚴重，因此消費大眾轉而趨向選購能源效率高、且空氣污染低的機動車輛。目前現有的電動車輛欲取代傳統的燃油引擎車輛，其大都使用蓄電池，例如：鉛酸電池、鋰電池等，做為其供電電源。然而電動車輛（例如：機車）最大的問題在於其充電時間過長且不方便、以及續航力不足，所以仍未被普及化使用。

為了解決電動車輛充電時間過長及不方便的問題，因此業界進一步開發出以燃料電池做為供電電源的電動車輛。

目前一般電動車輛其運作方式係藉由供電電源提供一直流電壓（例如：24V）至一馬達驅動電路，以驅動馬達運作，而該馬達係耦接於電動車輛之輪胎，用以帶動輪胎轉動促使電動車輛移動。

該供電電源為了因應馬達不同轉速的運作功率需求，其所輸出的直流電壓係為具有一固定值之高電壓，例如：以48V為其最大的輸出電壓，則電動車輛所配備的電池電壓亦以此為標準值；然而供電電源的整體體積亦隨著輸出電壓的增加而增加，因此習知電動車輛常因配置之供電電源體積過大而無法朝輕巧化發展，且當電動車輛慢速移動時，即馬達處於低轉速狀態時，其供電電源仍持續輸出高電壓，此已造成多餘的能量損耗。

因此，如何發展一種馬達電源控制系統，以改善習知技術之供電電源持續輸出固定之高電壓，造成其體積過大、重量過重，以及當馬達處於低轉速狀態時，會造成多餘的能量損耗等問題，實為目前迫切需要解決之課題。

本發明之主要目的在於提供一種馬達電源控制系統，係於轉速信號大於預設值時，藉由控制信號來控制直流/直流轉換單元以線性的方式提升驅動電壓之電壓值，藉以解決習知技術需使用大體積、重量重、高電壓之供電電源，以及當馬達處於低轉速狀態時，僅提供較低的電壓，避免多餘的能量損耗。

為達上述目的，本發明之一較廣義實施態樣為提供一種馬達電源控制系統，用以驅動一馬達運作，至少包含：一電源供應單元，係提供一輸入電壓；一直流/直流轉換單元，係與電源供應單元相連接，用以將輸入電壓轉換成一驅動電壓，以使馬達運作；一轉速偵測單元，係偵測馬達之轉速，以產生一轉速信號；以及一控制單元，係與轉速偵測單元及直流/直流轉換單元相連接，用以將轉速信號與一預設值進行比較，以產生控制信號，當轉速信號大於該預設值時，依該轉速信號之值來控制直流/直流轉換單元以線性的方式提升驅動電壓之電壓值，以增加馬達之轉速。

體現本發明特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本發明能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本發明之範疇，且其中的說明及圖式在本質上係當作說明之用，而非用以限制本發明之範圍。

請參閱第1圖，係為本發明較佳實施例之馬達電源控制系統之電路架構方塊圖。如圖所示，本發明之馬達電源控制系統1係包含電源供應單元11、直流/直流轉換單元12、轉速偵測單元13以及控制單元14，主要根據馬達2的轉速，依轉速信號Sr來調整所需要的驅動電壓Vd，以符合馬達2的電力需求；至於馬達2係耦接於輪胎3以及馬達驅動模組4，用以帶動輪胎3轉動以使電動車輛移動。

本發明之馬達電源控制系統1可適用於各式電動車輛，但不以此為限，只要是具有馬達之電動交通工具或電動機械器具，例如：電動船、電動飛機、電動割草機等等，均為本發明所適用之範圍。本發明所述之馬達2可為一無刷馬達、一有刷馬達、一輪鼓馬達或是一低轉速馬達，但不以此為限，只要是適用於電動車輛之馬達均為本發明所適用之範圍。

本發明之電源供應單元11係為一燃料電池，但不以此為限，亦可為蓄電池（鉛酸電池、鋰電池等）、或是以再生能源（太陽能、風能等）所產生的電能等，其係提供一直流輸入電壓Vin。直流/直流轉換單元12係與電源供應單元11、馬達驅動模組4以及控制單元14相連接，用來將電源供應單元11所提供之輸入電壓Vin轉換成一驅動電壓Vd，並傳送至馬達驅動模組4，以使馬達驅動模組4根據該驅動電壓Vd來驅使馬達2運轉。

至於，轉速偵測單元13可為但不限為一感應器（Sensor），主要用來偵測馬達2運轉時之轉速，以產生轉速信號Sr。而控制單元14則與轉速偵測單元13及直流/直流轉換單元12相連接，其係接受轉速信號Sr，並將此轉速信號Sr與其內部預先設定之一預設值進行比較，並根據比較結果產生一控制信號Sc。

另外，本發明之直流/直流轉換單元12係為一可調整輸出電壓值之直流/直流升壓轉換電路（Adjustable Output DC/DC Boost Converter），其係受控於控制單元14，即因應控制信號Sc來調整驅動電壓Vd之電壓值。

請參閱第1圖到第3圖，其中第2圖係為本發明較佳實施例之轉速信號Sr與驅動電壓Vd之關係圖，第3圖係為本發明較佳實施例之控制信號Sc與驅動電壓Vd之關係圖，當轉速偵測單元13偵測馬達2的轉速後，即傳送轉速信號Sr予控制單元14，經其比較結果為轉速信號Sr低於該預設值時，表示目前馬達2處於低轉速運作狀態，即電動車輛為低速移動，此時控制信號Sc即控制直流/直流轉換單元12使其輸出之驅動電壓Vd為具有一固定值之低電壓，例如：24V，因此本發明只需使用低電壓輸出之電源供應單元11，除了可達到縮小體積、減輕重量、以及降低成本外，當馬達2處於低轉速運作時，控制該直流/直流轉換單元12輸出一固定值之低電壓，此與習知技術之供電電源於馬達2低轉速時，仍輸出高電壓所造成的能量損耗相較，本發明並不會造成多餘能量的浪費，而可達到節省能源的功效。

舉例而言，如第2圖及第3圖所示，於本實施例中，控制單元14之預設值係設定為300 rpm，因此當轉速信號Sr低於300 rpm時，控制單元14即傳送數值為0的控制信號Sc予直流/直流轉換單元12，使直流/直流轉換單元12輸出之驅動電壓Vd仍維持於24 V，即具有一固定值之低電壓，可提供電動車輛時速介於0-25公里時的功率需求。

請參閱第4圖，係為馬達2處於低轉速運作狀態，使用本發明與習知技術之電動車輛於實際道路測試時，其能量所耗損之示意圖，其中橫軸代表電動車輛運行的時間，縱軸代表電動車輛移動所耗損的能量，而實線代表使用本發明技術之曲線，虛線代表使用習知技術之曲線；當時間在2.5秒時，係電動車輛剛啟動並持續加速，一直到時間為8.5秒時，馬達轉速約為267 rpm，而電動車輛的時速已達20公里，此時本發明控制單元14根據馬達轉速267 rpm判斷馬達目前處於低轉速狀態，因此控制直流/直流轉換單元12輸出之驅動電壓Vd仍維持於24 V，即具有一固定值之低電壓；如圖所示，由實線的曲線可知使用本發明技術的電動車所耗損的能量約為11,000焦耳，而習知技術供電電源為了因應馬達不同轉速的運作功率需求，於馬達低轉速狀態時其所輸出的直流電壓仍持續維持為具有一固定值之高電壓，例如：48V，由虛線的曲線可知使用習知技術之電動車輛所耗損的能量竟高達19,000焦耳。由上述的比較結果可知，使用本發明技術可節省約8,000焦耳的能量，此與習知技術相較，確可達到節省能源的功效。

請再參閱第2圖及第3圖，當控制單元14的比較結果為轉速信號Sr高於該預設值時，即發出控制信號Sc，表示馬達2的運作狀態由低轉速變成高轉速，即電動車輛處於高速移動，則直流/直流轉換單元12將因應該控制信號Sc的控制而以線性的方式提升驅動電壓Vd之電壓值，且控制信號Sc的數值大小係根據轉速信號Sr的數值大小來做調整，使得直流/直流轉換單元12所輸出之驅動電壓Vd的電壓值實質上可以剛好符合馬達2所需的功率，可避免多餘能量的浪費而達到節省能源的功效。

即當轉速信號Sr高於300 rpm時，控制單元14即傳送數值介於0～5之間的控制信號Sc予直流/直流轉換單元12，而對應輸出的驅動電壓Vd之電壓值則介於24～53 V之間，可提供電動車輛時速介於25～60公里時的功率需求；舉例而言，當轉速信號Sr為800 rpm時，控制單元14所輸出的控制信號Sc數值約為4.5，而直流/直流轉換單元12因應控制信號Sc數值為4.5則將驅動電壓Vd之輸出電壓值以線性的方式由24V提升至48V，以輸出符合馬達2所需求的功率。

當然，上述所揭露關於控制信號Sc、轉速信號Sr、預設值以及驅動電壓Vd的數值及範圍僅為本發明之一較佳實施態樣，並非為本發明之限制，可根據不同電動車輛、電動交通工具或電動機械器具等的需求而調整。

綜上所述，本發明所提供之馬達電源控制系統係當馬達處於低轉速狀態時，控制直流/直流轉換單元所輸出之驅動電壓係為具有一固定值之低電壓，因此本發明只需使用低電壓輸出之電源供應單元，可達到縮小體積、減輕重量、降低成本以及節省能源的目的；而且，本發明之控制單元係於轉速信號大於預設值時，才控制直流/直流轉換單元以線性的方式提升驅動電壓之電壓值，使得直流/直流轉換單元所輸出之驅動電壓的電壓值實質上可以剛好符合馬達所需要的功率，可避免多餘能量的浪費而達到節省能源的功效，以解決習知技術需使用大體積、大電量之供電電源，以及當馬達處於低轉速狀態時會造成多餘的能量損耗的問題。因此，本發明之馬達電源控制系統極具專利之要件，爰依法提出申請。

縱使本發明已由上述實施例詳細敘述而可由熟悉本技藝人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。

1．．．馬達電源控制系統

11．．．電源供應單元

12．．．直流/直流轉換單元

13．．．轉速偵測單元

14．．．控制單元

2．．．馬達

3．．．輪胎

4．．．馬達驅動模組

Vin．．．輸入電壓

Vd．．．驅動電壓

Sr．．．轉速信號

Sc．．．控制信號

第1圖係為本發明較佳實施例之馬達電源控制系統之電路架構方塊圖。

第2圖係為本發明較佳實施例之轉速信號與驅動電壓之關係圖。

第3圖係為本發明較佳實施例之控制信號與驅動電壓之關係圖。

第4圖係為馬達處於低轉速運作狀態，使用本發明與習知技術之電動車輛於實際道路測試時，其能量所耗損之示意圖。

1．．．馬達電源控制系統

11．．．電源供應單元

12．．．直流/直流轉換單元

13．．．轉速偵測單元

14．．．控制單元

2．．．馬達

3．．．輪胎

4．．．馬達驅動模組

Vin．．．輸入電壓

Vd．．．驅動電壓

Sr．．．轉速信號

Sc．．．控制信號

Claims (8)

1. 一種馬達電源控制系統，用以驅動一馬達運作，至少包含：
   　一電源供應單元，係提供一輸入電壓；
   　一直流/直流轉換單元，係與該電源供應單元相連接，用以將該輸入電壓轉換成一驅動電壓，以使該馬達運作；
   　一轉速偵測單元，係偵測該馬達之轉速，以產生一轉速信號；
   　一控制單元，係與該轉速偵測單元及該直流/直流轉換單元相連接，用以將該轉速信號與一預設值進行比較，以產生一控制信號，當該轉速信號大於該預設值時，依該轉速信號之值來控制該直流/直流轉換單元以線性的方式提升該驅動電壓之電壓值，以增加該馬達之轉速。
2. 如申請專利範圍第1項所述之馬達電源控制系統，其中於該轉速信號低於該預設值時，該直流/直流轉換單元所輸出之該驅動電壓係為具有一固定值之低電壓。
3. 如申請專利範圍第1項所述之馬達電源控制系統，其中該直流/直流轉換單元係為一可調整輸出電壓值之直流/直流升壓轉換電路。
4. 如申請專利範圍第1項所述之馬達電源控制系統，其中當該轉速信號大於該控制單元之該預設值時，該控制信號的數值大小係根據該轉速信號之數值來調整。
5. 如申請專利範圍第1項所述之馬達電源控制系統，其係適用於電動車輛、電動交通工具或電動機械器具等其中之一。
6. 如申請專利範圍第1項所述之馬達電源控制系統，其中該電源供應單元係可為燃料電池、蓄電池、或是以再生能源所產生的電能等其中之一。
7. 如申請專利範圍第1項所述之馬達電源控制系統，其中該馬達係可為無刷馬達、有刷馬達、輪鼓馬達或低轉速馬達等其中之一。
8. 如申請專利範圍第1項所述之馬達電源控制系統，其中更包括有一馬達驅動模組，係與該馬達相連接，用以驅動其運轉。