TWI668954B

TWI668954B - Motor controller

Info

Publication number: TWI668954B
Application number: TW107128908A
Authority: TW
Inventors: 劉洲武; 黄柏𤳉
Original assignee: 聯華聚能科技股份有限公司
Priority date: 2018-08-20
Filing date: 2018-08-20
Publication date: 2019-08-11
Also published as: TW202010241A

Abstract

本發明揭示一種馬達控制器，其包含一控制電路與一電壓調整電路，控制電路輸出一控制訊號。電壓調整電路耦接該控制電路與一輸入電源，依據該輸入電源產生一輸出電壓，且電壓調整電路收該控制訊號，依據該控制訊號調整該輸出電壓的一電壓準位，其中，該輸入電源的一電壓準位高於該輸出電壓的該電壓準位，或該輸出電壓的該電壓準位高於該輸入電源的該電壓準位。

Description

馬達控制器

本發明係有關於一種控制器，尤其是一種馬達控制器。

隨著工業自動化技術的快速發展，電動機的控制也成為重要的科技，其中，關於馬達的控制甚為重要。馬達的種類繁多，但大致可分為直流馬達與交流馬達，直流馬達是以直流電作為電源，使線圈通過電流，則線圈旁有永久磁鐵，以電磁感應出轉距使其旋轉。交流馬達的轉速與頻率成正比，因此頻率越高轉速越快，所以，常見的輸送帶上的交流馬達旁邊有變頻器，用來控制傳動轉速等。因此，對於交流馬達的各種控制，例如：馬達的輸出響應、馬達驅動電壓的調變及馬達轉速，皆為業界欲控制的項目，惟，目前無一控制器可以控制上述多項功能。

鑒於上述習知技術的不足，本發明提供一種馬達控制器，可以控制交流馬達的輸出響應、驅動電壓及馬達轉速，且於驅動交流馬達時不為電力源的高低所限。

本發明之目的，在於提供一種馬達控制器，其控制交流馬達的輸出響應、驅動電壓及馬達轉速。

在說明書及後續的申請專利範圍當中使用了某些詞彙指稱特定的元件。所屬本發明技術領域中具有通常知識者應可理解，製造商可能會用不同的名詞稱呼同一個元件。本說明書及後續的申請專利範圍並不以名稱的差異作為區分元件的方式，而是以元件在整體技術上的差異作為區分的準則。在通篇說明書及後續的申請專利範圍當中所提及的「包含」為一開放式用語，故應解釋成「包含但不限定於」。此外，「耦接」一詞在此包含任何直接及間接的電氣連接手段。因此，若文中描述一第一裝置耦接一第二裝置，則代表該第一裝置可直接電氣連接該第二裝置，或可透過其他裝置或其他連接手段間接地電氣連接至該第二裝置。

為使　貴審查委員對本發明之特徵及所達成之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以實施例及配合詳細之說明，說明如後：

請參閱第一圖，其為本發明之馬達控制器之一實施例的示意圖。如圖所示，一電源10耦接（電性連接）一馬達控制器20，且產生一輸入電源S10至馬達控制器20。馬達控制器20耦接一交流馬達30，且依據輸入電源S10產生一驅動電壓S80至交流馬達30，驅動電壓S80的電壓準位變化可以調整交流馬達30的輸出響應。馬達控制器20包含一電壓調整電路40，電壓調整電路40耦接電源10而接收輸入電源S10，且依據輸入電源S10產生一輸出電壓S40。輸出電壓S40的電壓準位可以高於輸入電源S10的電壓準位，或輸入電源S10的電壓準位可以高於輸出電壓S40的電壓準位，所以電壓調整電路40可以為雙向升降壓電路。

馬達控制器20包含一通訊模組50，通訊模組50可以儲存交通工具的各種相關資訊，例如：電池SOC、電池溫度、馬達轉速或/及煞車狀態，且依據各種相關資訊輸出一調整資料S50。馬達控制器20包含一控制電路60，控制電路60耦接通訊模組50而接收調整資料S50，且依據調整資料S50輸出一控制訊號S60。控制電路60耦接電壓調整電路40，於處理調整資料S50後輸出控制訊號S60至電壓調整電路40，所以控制電路60可以為一控制晶片而包含處理電路，處理交通工具的各種相關資訊後，控制電壓調整電路40的輸出電壓S40。控制電路60更依據輸出一調整訊號S62。

馬達控制器20包含一相位電路70，相位電路70耦接控制電路60而接收調整訊號S62，相位電路70依據調整訊號S62輸出一相位訊號S70，所以調整訊號S62用於調整相位訊號S70；相位訊號S70用於調整驅動電壓S80的一輸出相位。馬達控制器20包含一電壓輸出電路80，電壓輸出電路80耦接電壓調整電路40而接收輸出電壓S40，且依據輸出電壓S40輸出驅動電壓S80；再者，電壓輸出電路80耦接相位電路70而接收相位訊號S70，電壓輸出電路80依據相位訊號S70而輸出不同的驅動電壓S80的相位。電壓輸出電路80可以為一六臂電路，包含六個MOS電晶體或六個絕緣柵雙極電晶體（Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT），所以相位電路70如第一圖實施例所示依據調整訊號S62輸出六個相位訊號S70，而六個相位訊號S70的高低準位可以決定驅動電壓S80的輸出相位。

請參閱第二圖，其為本發明之電壓調整電路之一第一實施例的示意圖。如圖所示，電源10可以為一電池12，電池12提供一電池電壓S12至電壓調整電路40。電壓調整電路40包含一脈寬調變電路（PWM）42，脈寬調變電路42耦接控制電路60而接收控制訊號S60，脈寬調變電路42依據控制訊號S60產生一工作訊號S42，工作訊號S42的工作週期（Duty）依據控制訊號S60而調整，換言之，工作訊號S42的工作週期依據第一圖的通訊模組50的調整資料S50而調整。電壓調整電路40包含一電壓產生電路44，電壓產生電路44耦接電池12而接收電池電壓S12，且依據電池電壓S12產生輸出電壓S40。電壓產生電路44耦接脈寬調變電路42而接收工作訊號S42，電壓產生電路44依據工作訊號S42調整輸出電壓S40的電壓準位，所以經由工作訊號S42的控制，輸出電壓S40的電壓準位可以低於或高於電池電壓S12的電壓準位，進而可以調變馬達驅動電壓S80的電壓準位。因此，實施例的馬達控制器20可以利用電壓較低的電力源驅動高電壓交流馬達，或利用電壓較高的電力源驅動低電壓交流馬達。

電壓產生電路44包含一開關SW、一二極體D、一電感性元件L、一電容性元件C及一電阻性元件R，開關SW耦接於電池12與二極體D之間，電感性元件L耦接於開關SW與二極體D之間的電路節點，二極體D耦接電容性元件C及電阻性元件R，二極體D、電感性元件L、電容性元件C及電阻性元件R耦接一參考準位，參考準位為電池12負端電位。所以以經由工作訊號S42的控制開關SW的切換，而控制電壓產生電路44的充放電而決定輸出電壓S40的電壓準位。

請參閱第三圖，其為本發明之電壓調整電路之一第二實施例的示意圖。如圖所示，第二實施例電壓調整電路40的輸出端耦接電壓輸出電路80與控制電路60，而第一實施例電壓調整電路40的輸出端耦接電壓輸出電路80但未耦接控制電路60。如此，馬達控制器20可以利用電壓調整電路40的輸出回授至控制電路60，而偵測輸出電壓S40後利用脈寬調變電路42調整輸出電壓S40，以確保輸出電壓S40符合通訊模組50的調整資料S50。

請參閱第四圖，其為本發明之控制電路之一第一實施例的示意圖。如圖所示，控制電路60包含一運算單元62，運算單元62耦接電壓調整電路40，換言之，運算單元62耦接於電壓產生電路44與電壓輸出電路80之間的電路節點，即控制電路60耦接於電壓產生電路44與電壓輸出電路80之間的電路節點。而且，運算單元62接收一電壓需求命令Vreq；運算單元62運算電壓需求命令Vreq與電壓調整電路40的輸出電壓S40而輸出控制訊號S60至脈寬調變電路42，其中，電壓需求命令Vreq可以為使用者所欲調整輸出電壓S40的命令，或馬達控制器20依據交通工具的相關資訊而產生的命令。

請參閱第五圖，其為本發明之控制電路之一第二實施例的示意圖。如圖所示，控制電路60包含一閉迴路控制電路64，閉迴路控制電路64耦接於運算單元62與脈寬調變電路42之間。運算單元62依據電壓需求命令Vreq與輸出電壓S40而運算出一運算訊號S62，閉迴路控制電路64接收運算訊號S62而產生控制訊號S60至脈寬調變電路42，進而調整驅動電壓S80的電壓準位。

請參閱第六圖，其為本發明之控制電路之一第三實施例的示意圖。如圖所示，控制電路60包含一電壓命令單元66，電壓命令單元66耦接運算單元62，且接收電池SOC、電池溫度、馬達轉速或/及煞車狀態。所以，電壓命令單元66依據電池SOC、電池溫度、馬達轉速或/及煞車狀態而產生電壓需求命令Vreq，換言之，電壓命令單元66可以耦接於通訊模組50與運算單元62之間。因此，由第五圖至第六圖的實施方式中，當交流馬達30超過額定轉速後，可以提升輸出電壓S40而提升驅動電壓S80的電壓準位，克服交流馬達30的反電動勢（電壓），使交流馬達30獲得更多的電流出入，進而提升交流馬達30轉速。再者，當交通工具於高速行進間進行煞車或減速時，交流馬達30的反電動勢較高，如此，從電壓輸出電路80及電壓產生電路44回充至電池12的回充電流較高，因此，控制電路60會依據電池SOC、電池溫度、馬達轉速或/及煞車狀態等資訊，利用電壓調整電路40改變回充電壓且同時調節回充電流，使回充電壓以適當的電壓準位回充電池12，且不影響交通工具的運作。

惟以上所述者，僅為本發明的諸多實施例中之部分實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，故舉凡依本發明之申請專利範圍所述之架構、電路、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。

10‧‧‧電源

12‧‧‧電池

20‧‧‧馬達控制器

30‧‧‧交流馬達

40‧‧‧電壓調整電路

42‧‧‧脈寬調變電路

44‧‧‧電壓產生電路

50‧‧‧通訊模組

60‧‧‧控制電路

62‧‧‧運算單元

64‧‧‧閉迴路控制電路

66‧‧‧電壓命令單元

70‧‧‧相位電路

80‧‧‧電壓輸出電路

C‧‧‧電容性元件

D‧‧‧二極體

L‧‧‧電感性元件

R‧‧‧電阻性元件

S10‧‧‧輸入電源

S12‧‧‧電池電壓

S40‧‧‧輸出電壓

S42‧‧‧工作訊號

S50‧‧‧調整資料

S60‧‧‧控制訊號

S62‧‧‧調整訊號

S70‧‧‧相位訊號

S80‧‧‧驅動電壓

SW‧‧‧開關

Vreq‧‧‧電壓需求命令

第一圖：其為本發明之馬達控制器之一實施例的示意圖；第二圖：其為本發明之電壓調整電路之一第一實施例的示意圖；第三圖：其為本發明之電壓調整電路之一第二實施例的示意圖；第四圖：其為本發明之控制電路之一第一實施例的示意圖；第五圖：其為本發明之控制電路之一第二實施例的示意圖；及第六圖：其為本發明之控制電路之一第三實施例的示意圖。

Claims

一種馬達控制器，其包含：一控制電路，輸出一控制訊號；一電壓調整電路，耦接該控制電路與一輸入電源，依據該輸入電源產生一輸出電壓，接收該控制訊號，依據該控制訊號調整該輸出電壓的一電壓準位，該輸入電源的一電壓準位高於該輸出電壓的該電壓準位，或該輸出電壓的該電壓準位高於該輸入電源的該電壓準位；一脈寬調變電路，產生一工作訊號，耦接該控制電路而接收該控制訊號，依據該控制訊號調整該工作訊號的一工作週期，該輸出電壓的該電壓準位依據該工作訊號的該工作週期而調整；一電壓輸出電路，耦接該電壓調整電路，接收該輸出電壓，依據該輸出電壓輸出一驅動電壓；及一相位調整電路，耦接該電壓輸出電路，輸出一相位訊號至該電壓輸出電路，該相位訊號調整該驅動電壓的一輸出相位，耦接該控制電路而接收一調整訊號，依據該調整訊號調整該相位訊號。
如申請專利範圍第1項所述之馬達控制器，其包含：一電壓產生電路，耦接該脈寬調變電路與該輸入電源，接收該輸入電源，依據該輸入電源產生該輸出電壓，接收該工作訊號，依據該工作訊號的該工作週期調整該輸出電壓的該電壓準位。
如申請專利範圍第1項所述之馬達控制器，其包含：一通訊模組，耦接該控制電路，輸出一調整資料至該控制電路，該控制電路依據該調整資料調整該輸出電壓的該電壓準位。
如申請專利範圍第1項所述之馬達控制器，其中，該控制電路耦接於一電壓產生電路與一電壓輸出電路之間的一電路節點，接收該輸出電壓，依據該輸出電壓產生該控制訊號而調整一驅動電壓的一電壓準位。
一種馬達控制器，其包含：一控制電路，輸出一控制訊號，該控制電路包含一電壓命令單元及一運算單元，該電壓命令單元接收一命令訊號，產生一電壓需求訊號；及一電壓調整電路，耦接該控制電路與一輸入電源，依據該輸入電源產生一輸出電壓，接收該控制訊號，依據該控制訊號調整該輸出電壓的一電壓準位，該輸入電源的一電壓準位高於該輸出電壓的該電壓準位，或該輸出電壓的該電壓準位高於該輸入電源的該電壓準位；其中，該運算單元耦接該電壓命令單元，及耦接於一電壓產生電路與一電壓輸出電路之間的一電路節點，接收該電壓需求訊號與該輸出電壓，依據該電壓需求訊號與該輸出電壓產生該控制訊號，而調整一驅動電壓的一電壓準位。
一種馬達控制器，其包含：一控制電路，輸出一控制訊號，該控制電路包含一電壓命令單元、一運算單元及一閉迴路控制電路，該電壓命令單元接收一命令訊號，產生一電壓需求訊號；及一電壓調整電路，耦接該控制電路與一輸入電源，依據該輸入電源產生一輸出電壓，接收該控制訊號，依據該控制訊號調整該輸出電壓的一電壓準位，該輸入電源的一電壓準位高於該輸出電壓的該電壓準位，或該輸出電壓的該電壓準位高於該輸入電源的該電壓準位；其中，該運算單元耦接該電壓命令單元，及耦接於一電壓產生電路與一電壓輸出電路之間的一電路節點，接收該電壓需求訊號與該輸出電壓，依據該電壓需求訊號與該輸出電壓產生一運算訊號；該閉迴路控制電路耦接該運算單元，接收該運算訊號，依據該運算訊號產生該控制訊號，而調整一驅動電壓的一電壓準位。