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電動機車 馬達控制 技術剖析

班級 : 夜四技自控乙班 學號 : 99912109 姓名 : 林峻廷 指導 老師 : 劉雲輝. 電動機車 馬達控制 技術剖析. 在環保意識抬頭之下，多數人希望能以電動機車取代空氣污染高的傳統機車，因而極力發展電動機車。目前常見電動機車馬達有刷直流馬達與無刷直流馬達兩種，兩種都有良好的操控性。 馬達除了要有優秀的性能還必須配合良好的控制器與驅動電路，才可產生整合性能優良的電動動力系統。. 摘要.

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電動機車 馬達控制 技術剖析

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  1. 班級: 夜四技自控乙班 學號:99912109 姓名: 林峻廷 指導老師: 劉雲輝 電動機車馬達控制技術剖析

  2. 在環保意識抬頭之下，多數人希望能以電動機車取代空氣污染高的傳統機車，因而極力發展電動機車。目前常見電動機車馬達有刷直流馬達與無刷直流馬達兩種，兩種都有良好的操控性。在環保意識抬頭之下，多數人希望能以電動機車取代空氣污染高的傳統機車，因而極力發展電動機車。目前常見電動機車馬達有刷直流馬達與無刷直流馬達兩種，兩種都有良好的操控性。 馬達除了要有優秀的性能還必須配合良好的控制器與驅動電路，才可產生整合性能優良的電動動力系統。 摘要

  3. 國內電動機車的研發歷史，最早是在位於觀音山五股工業區的康陽機車，在十九年前即開始投入電動機車研發，而在民國81年前在台灣開始上市推廣（City Bike電動機車），不過在國內銷售並不好，且呈虧損狀態，故目前仍以外銷歐洲為主；另外，經濟部能源委員會亦於民國八十年七月起委託工研院機械所與三陽、光陽、山葉、台鈴、展葉、永豐等六家機車業者及士林、台全等電機業者合作投入開發ZES2000雛型電動機車，而於民國84年成功研發完成（後改稱為EC1）。 文獻背景

  4. 電動機車種藉由隨車搭載的電池提供電力，以使控制器控制馬達轉動，復經傳動機構驅動行駛的交通工具電動機車種藉由隨車搭載的電池提供電力，以使控制器控制馬達轉動，復經傳動機構驅動行駛的交通工具 電動車原理

  5. 電動機車剖面圖 有刷直流馬達 動力馬達 無刷直流馬達

  6. 無刷 有刷

  7. 直流有刷馬達：有碳刷，定子是永久磁鐵，旋 轉部分（轉子）是電樞，由繞組與鐵心所構成， 因流過電流而產生轉矩。 直流無刷馬達：無碳刷，轉子為永久磁鐵，繞組(電樞)在定子上。

  8. 有刷直流電馬達剖面圖

  9. 無刷直流馬達剖面圖and結構圖 無刷直流馬達剖面圖 無刷直流馬達結構圖

  10. 直流有刷馬達與直流無刷馬達比較表

  11. 脈波寬度調變(PWM) 所謂脈波寬度調變信號就是一連串可以調整脈波寬度的訊號，它可以用簡單的方法改變某個方波的比例， 也就是工作週期。 對有刷直流馬達來說，PWM主要是要對電橋上的四組功率晶體做ON或OFF的動作，藉此控制馬達轉速或是方向。 當ON的時間越長相對的電壓提升，流進馬達的電流跟著增加，馬達輸出的扭矩就會變大，當扭矩大於外部負載時就會產生角速度，馬達轉速就會加快，反之ON的時間越短，轉速就會跟著變慢；方向控制方面，以有刷直流馬達常用的H電橋為例，如下圖1所示，當開關不同功率晶體使電流流經馬達方向改變時，就會使馬達產生正轉或反轉。 圖1

  12. 為了避免功率晶體Q1在ON/OFF交換時間時，發生與功率晶體Q4同時ON的狀況造成短路，PWM則有了Dead-Band功能，可在發生為了避免功率晶體Q1在ON/OFF交換時間時，發生與功率晶體Q4同時ON的狀況造成短路，PWM則有了Dead-Band功能，可在發生 短路時間段強制為OFF，如圖2，圖3所示。 ON Q1 理想的 電晶體 OFF ON Q4 OFF ON 實際的 電晶體 OFF 圖3 PWM使用Dead-Band輸出波形 ON OFF 圖2 PWM輸出波形

  13. 由於無刷直流馬達是為多相馬達，需靠霍爾元件來感測轉子位置，再以PWM來控制馬達，以三相無刷直流馬達為例，如圖4所示，三個霍爾元件依據其排列安裝方式，可分成具相互成60度角或120度角兩種，因此每隔馬達旋轉角度60度或120度時，其中有一個元件就會變換其狀態，再根據輸出訊號狀態，PWM將輸出控制訊號至對應功率晶體，產生正確換相步驟。由於無刷直流馬達是為多相馬達，需靠霍爾元件來感測轉子位置，再以PWM來控制馬達，以三相無刷直流馬達為例，如圖4所示，三個霍爾元件依據其排列安裝方式，可分成具相互成60度角或120度角兩種，因此每隔馬達旋轉角度60度或120度時，其中有一個元件就會變換其狀態，再根據輸出訊號狀態，PWM將輸出控制訊號至對應功率晶體，產生正確換相步驟。 圖4 無刷直流馬達伺服系統

  14. 圖 10 有 刷 直 流 馬 達 伺 服 系 統 有刷直流馬達主要由PWM去控制電橋上的四組功率晶體來進行正反向及速度的控制。 由於單純PWM控制可能無法達到理想的狀態，此時可以加入電流的回授補償讓PWM效率提高。另外速度回授與位置回授可透過光學編碼器來得到。對伺服馬達的控制應用上，使用多重迴路的控制設計，是有必要的，因為只有將內層反應速度較快的控制迴路，控制得宜之後，方能使外層的迴路自然的擁有良好的響應。

  15. 結論 國外開發的電動機車最快時速已可達160km/h[8]，續航力也可達到160km，甚至在幾年前也開始了電動機車的賽事，這已經打破了大家對電動機車的刻板印象，沒想到電動機車也可以如此狂飆，往後電動機車的發展勢必蔚為風潮。 國內目前正積極的投入金錢與人力開發性能更加優異的電動機車，只要在馬達、馬達控制與新型電池開發能有所突破，使得馬力與續航力能更加提升，未來電動機車要全面取代傳統機車不再是遙不可及的想法。

  16. 參考文獻 ● Jianbo Cao, Binggang Cao, ZhifengBai,andWenzhi Chen, “Energy-RegenerativeFuzzy Sliding Mode Controller DesignforUltracapacitor-Battery Hybrid Power ofElectric Vehicle,” in Proc. InternationalConference on Mechatronics andAutomation, pp. 1570-1575, Sept., 2007. ● 「直流有刷馬達基本構造」，國立成功大學馬達科技研究中心，2008，取自 http://emotors.ncku.edu.tw/ ●孫清華編譯，「最新無刷直流馬達」，全華科技圖書，2001。 ●吳南億，「以位數信號處理器為基礎之電動機車無刷馬達驅動器」，國立中山大學電機所碩士論文，2000。 “TMS320F2809, TMS320F2808,TMS320F2806, TMS320F2802, TMS320F2801, UCD9501, TMS320C2802,TMS320C2801 Digital Signal ProcessorsData Manual”, Texas Instruments, 2006. ●

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