高磁阻电机能量回收管理系统及方法与流程

1.本发明涉及高磁阻电机，尤其涉及一种高磁阻电机能量回收管理系统及方法。


背景技术：

2.成为人们首选的代步工具。与自行车不同，电动车不需要用人力来驱动，比自行车省力、快捷，人们可以行驶更长的距离。电动车通常采用马达作为动力组件。目前在电动载具的应用下，其车辆为了减重、高功率密度需求，电机大多以高速化为设计准则，但又为了高功率密度的需求，所以使得电机装置大多以内藏型磁石马达来设计并辅以弱磁控制来实现。
3.弱磁控制顾名思义就是，在电机高速时通过控制器来削弱电机的反电动势使得电池电压仍可高于电机反电动势，进而电流仍可流进电机保持驱动程序。然而，这也伴随着风险：若电机弱磁深度很深，比如说2倍基底转速的弱磁操作，此时若控制器失效、弱磁消失，会造成反电动势为2倍电池电压，而这个2倍电池电压，可能会诱发开关组件的耐压不足而过压烧毁，开关组件耐流不足而过流烧毁，瞬间流往电池的电流很大会导致电池受损。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足提供一种高磁阻电机能量回收管理系统，适用于电机装置。电机装置具有马达、电力供应组件以及开关组件。马达连接电力供应组件以及开关组件。电力供应组件供应马达运转所需的电力。高磁阻电机能量回收管理系统包含检测组件以及控制组件。检测组件连接马达，配置以检测电机装置的参数，此参数包含马达的转速以及开关组件、马达与电力供应组件的电流和电压。控制组件连接检测组件以及开关组件。控制组件配置以控制开关组件的运作状态，以驱动马达以高速运转在一驱动模式下时，依据参数以调降马达的超前角，使马达的反电动势高于电力供应组件的电压，以在马达在驱动模式下运转过程中，马达的一部分的电流回充电力供应组件。
5.在一实施方式中，马达以中速运转时，电机装置开路的反电动势大于电力供应组件的电压但小于开关组件的耐压，进入回升模式。在回升模式下，控制组件依据参数、电力供应组件的回收能力以及电机装置的油门状态，控制开关组件的运作状态，调整马达的超前角，以将参数抑制在安全值范围内。
6.在一实施方式中，马达以低速运转时，电机装置开路的反电动势小于电力供应组件的电压，保持在回升模式下，控制组件控制升压电路将马达的反电动势升压至超过电力供应组件的电压。
7.在一实施方式中，电机装置为电动车。
8.另外，本发明提供一种高磁阻电机能量回收管理方法，适用于电机装置。电机装置具有马达、电力供应组件以及开关组件。电力供应组件供应马达运转所需的电力。高磁阻电机能量回收管理方法包含以下步骤：检测电机装置的一参数，参数包含马达的转速以及开关组件、马达与电力供应组件的电流和电压；控制开关组件的运作状态，以驱动马达以高速
运转在一驱动模式下；在驱动模式下，依据参数以调降马达的超前角，使马达的反电动势高于电力供应组件的电压；以及在驱动模式下，利用马达的一部分的电流回充电力供应组件。
9.在一实施方式中，所述高磁阻电机能量回收管理方法还包含以下步骤：马达以中速运转时，电机装置开路的反电动势大于电力供应组件的电压但小于开关组件的耐压，进入回升模式；以及在回升模式下，依据参数、电力供应组件的回收能力以及电机装置的油门状态，控制开关组件的运作状态，调整马达的超前角，以将参数抑制在安全值范围内。
10.在一实施方式中，所述高磁阻电机能量回收管理方法还包含以下步骤：马达以低速运转时，电机装置开路的反电动势小于电力供应组件的电压，保持在回升模式下；以及将马达的反电动势升压至超过电力供应组件的电压。
11.为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所提供的附图仅用于提供参考与说明，并非用来对本发明加以限制。
附图说明
12.图1为本发明实施例的高磁阻电机能量回收管理系统应用于电机装置的方块图。
13.图2为本发明实施例的高磁阻电机能量回收管理系统的检测组件用于检测电机装置的方块图。
14.图3为本发明实施例的高磁阻电机能量回收管理系统控制电机装置运作在驱动模式或回升模式下的方块图。
15.图4为本发明实施例的高磁阻电机能量回收管理方法的第一步骤流程图。
16.图5为本发明实施例的高磁阻电机能量回收管理方法的第二步骤流程图。
17.图6为本发明实施例的马达、开关组件与电池的电路布局图。
18.图7为本发明实施例的马达的电路图。
19.图8为本发明实施例的开关组件的电流流动的示意图。
20.图9为本发明实施例的马达、开关组件与电池的电流的波形图。
21.图10为本发明实施例的高磁阻电机能量回收管理系统检测的马达的转速对时间的曲线图。
22.图11为本发明实施例的高磁阻电机能量回收管理系统检测的马达的扭力对时间的曲线图。
23.图12为本发明实施例的高磁阻电机能量回收管理系统的第一实测数据图。
24.图13为本发明实施例的高磁阻电机能量回收管理系统的第二实测数据图。
具体实施方式
25.以下是通过特定的具体实施例来说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容了解本发明的优点与效果。本发明可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不背离本发明的构思下进行各种修改与变更。另外，本发明的附图仅为简单示意说明，并非依实际尺寸的描绘，事先声明。以下的实施方式将进一步详细说明本发明的相关技术内容，但所公开的内容并非用以限制本发明的保护范围。另外，本文中所使用的术语“或”，应视实际情况可能包含相关联的列出项目中的任一个或者多个的组合。
26.请参阅图1至图3以及图7，其中图1为本发明实施例的高磁阻电机能量回收管理系统应用于电机装置的方块图；图2为本发明实施例的高磁阻电机能量回收管理系统的检测组件用于检测电机装置的方块图；图3为本发明实施例的高磁阻电机能量回收管理系统控制电机装置运作在驱动模式或回升模式下的方块图；图7为本发明实施例的马达、开关组件与电池的电路布局图。
27.如图1所示，本发明实施例的高磁阻电机能量回收管理系统可包含检测组件20以及控制组件30，适用于电机装置10例如但不限于电动车。检测组件20可连接电机装置10，以检测电机装置10的状态数据。控制组件30可依据检测到的电机装置10的状态数据，控制电机装置10运作。
28.如图2所示，电机装置10可具有马达11以及电力供应组件12。电力供应组件12例如但不限为一或多个电池，或由多个电池组成的电池组。电力供应组件12可连接马达11，以供应马达11运转所需的电力。
29.侦测检测组件20可检测电机装置10的马达11以及电力供应组件12，以取得电机装置10的马达11与电力供应组件12的参数21，此参数21可包含马达11的转速211、马达11以及电力供应组件12的电流212和电压213。
30.马达11的每一相连接一组上桥开关111和下桥开关112。若有需要，检测组件20可连接开关组件110，以检测开关组件110的电压和电流，可包含在如图3所示的参数21。
31.如图3所示，检测组件20可连接控制组件30，以将检测的参数21传输至控制组件30。控制组件30可连接开关组件110，并可依据参数21以控制开关组件110运作，以驱动马达11运转在驱动模式301或回升模式302下。
32.举例而言，在本实施例中，马达11可采用三相马达。如图3所示的开关组件110可包含如图6所示的上桥开关1h、2h、3h以及下桥开关1l、2l、3l，皆可例如为金属氧化物半导体场效晶体管(mosfet)。
33.如图6和图7所示，上桥开关1h以及下桥开关1l连接马达的u相线圈cou的一端。上桥开关2h以及下桥开关2l连接马达的v相线圈cov的一端。上桥开关3h以及下桥开关3l连接马达的w相线圈cow的一端。如图7所示，马达的u相线圈cou、v相线圈cov、w相线圈cow三者的另一端连接至一共接点。具有电压vbatt的电池连接上桥开关1h、2h、3h以及下桥开关1l、2l、3l。如图7所示，马达转动时，马达的u相线圈cou、v相线圈cov、w相线圈cow分别会产生反电动势eu、ev、ew，如图8所示在u相和v相产生反电动势euv。
34.如图3所示的检测组件20可检测如图8和图9所示的电池的电压vbatt以及马达的三相u、v、w的电压，可检测流经电池的电流ibatt以及流经三相马达的电流、上桥开关1h、2h、3h以及下桥开关1l、2l、3l的电流，例如流经马达u相和v相的电流iuv、ion、ioff，可包含在如图3所示检测组件20所产生的参数21中。
35.如图2和图3所示，控制组件30可控制开关组件110运作，例如开启并控制任一相的上桥开关1h、2h、3h运作，以驱动马达11以高速运转在驱动模式301下，并可依据从检测组件20取得检测到的参数21的转速211，判断马达11目前以高速、中速或低速运转。
36.值得注意的是，当马达11以高速运转在驱动模式301下时，控制组件30可依据检测到的参数21，以调降马达11的超前角，使马达11的反电动势高于电力供应组件12例如电池的电压。如此，在马达11在驱动模式301下高速运转的同时，马达11的一部分的电流212回流
至电力供应组件12，以回充电力供应组件12，借以达到能量回收的目的。举例而言，驱动马达11运转的电流从马达11的u相流至马达11的v相，而电力供应组件12回收的电流从马达的v相回流至马达11的u相，在此仅举例说明，本发明不以此为限。
37.在电力供应组件12回收能量的同时，马达11可保持运转在驱动模式301下，避免用户因为油门命令的改变，使控制组件30反复地在驱动模式301以及回升模式302之间切换马达11的运作状态，造成反电动势超过控制组件30的极限，而损坏控制组件30或其他电路组件。
38.控制组件30可控制开关组件110运作，例如开启并控制任一相的下桥开关112运作，以驱动马达11以中速运转。此时，电机装置10开路的反电动势大于电力供应组件12例如电池的电压但小于开关组件110的电压，进入回升模式302。在回升模式302下，控制组件30依据检测组件20检测到的参数21，调整例如调升马达11的超前角，以调整从马达11流回电力供应组件12的回升电压和回升电流，以抑制马达11、电力供应组件12、开关组件110、控制组件30等等电路组件的电压、电流等其他参数21在一安全值范围内。
39.控制组件30可控制开关组件110运作，例如开启并控制任一相的下桥开关112运作，以驱动马达11以低速运转。此时，电机装置10开路的反电动势小于电力供应组件12例如电池的电压。控制组件30可依据检测组件20检测到的参数21以控制开关组件110运作，以驱动马达11保持在回升模式下，并可调整回升电流量。若有需要，控制组件30可控制一升压电路(未图标)调升马达11的电压至反电动势超过电力供应组件12的电压。
40.若用户瞬间加大油门时，控制组件30可快速提升马达11的超前角，以提高流至马达11的电流212，使得电力供应组件12的能量进入马达11，整车加速，但需抑制电路组件的参数21在安全值范围内，以避免电路组件损坏。
41.请参阅图4，其为本发明实施例的高磁阻电机能量回收管理方法的第一步骤流程图。
42.如图4所示，本发明实施例的高磁阻电机能量回收管理方法可包含以下步骤s101～s115，其可适用于上述的高磁阻电机能量回收管理系统。
43.在步骤s101，利用控制组件30控制开关组件110运作，以驱动马达11运转。
44.在步骤s103，利用控制组件30取得电力供应组件12例如电池的能量回收能力资信，例如电池的耐压、可回收的电流量，并可取得控制组件30、开关组件110、马达11等电路组件可承受的电压即耐压、电流等相关资信。
45.在步骤s105，利用检测组件20检测电机装置10例如电动车的油门状态资信，如检测使用者是否踩踏油门、踩踏油门的时间点和时间长度等。另外，检测组件20可检测马达11的转速211，并可检测马达11、电力供应组件12例如电池以及开关组件110的电流、电压等参数21，并将取得的油门资信和检测到的参数21传输至控制组件30。
46.在步骤s107，利用控制组件30判断马达11目前的转速211是否大于一倍基底转速例如但不限于4000转。若否，即控制组件30判断马达11的转速211等于或小于一倍基底转速时，执行步骤s109。若是，即控制组件30判断马达11的转速211大于一倍基底转速时，执行步骤s113。
47.在步骤s109，利用控制组件30判定马达11以低转速211运转，开关组件110等其他电路组件在安全状态下，即电路组件的实际运作电压不会超过本身的耐压，不会造成电路
组件损坏。
48.在步骤s111，在马达11的电压过低时，可利用控制组件30控制一升压模块，将马达11的反电动势升压至超过电力供应组件12例如电池的电压。
49.在步骤s113，利用控制组件30判定马达11目前的转速211过高，导致开关组件110等其他电路组件在非安全状态下。
50.在步骤s115，利用控制组件30依据在步骤s103以及步骤s105中取得的资信和检测到的参数21，以调整马达11的超前角。
51.请参阅图5，其为本发明实施例的高磁阻电机能量回收管理方法的第二步骤流程图。本发明实施例的高磁阻电机能量回收管理方法可还包含以下步骤s203～s211，其可执行如图4和图5所示的步骤s113之后并在步骤s115之前，适用于上述的高磁阻电机能量回收管理系统。
52.在步骤s203，利用控制组件30判断马达11目前的转速211是否大于n倍基底转速，其中n大于1，例如但不限于2倍基底转速(n＝2)，以一倍基底转速为4000为例时，2倍基底转速为8000转。
53.若是，即控制组件30判断马达11目前的转速211大于n倍基底转速(例如但不限于n＝2)，执行步骤s205。若否，即控制组件30判断马达11目前的转速211大于1倍基底转速但小于n倍基底转速时，执行步骤s209。
54.在步骤s205，判定马达11以高速运转。
55.在步骤s207，保持驱动马达11以高速运转在驱动模式301下。在驱动模式301下，执行步骤s115以调降马达11的超前角，使得马达11的反电动势高于电力供应组件12例如电池的电压。如此，在马达11运转的同时，马达11的一部分电流回充电力供应组件12。
56.在步骤s209，判定马达11以中速运转。
57.在步骤s211，使马达11进入回升模式302。在进入回升模式302下，执行步骤s115以调整马达11的超前角，以使马达11的电流回流至电力供应组件12例如电池，以回充电力供应组件12。
58.请参阅图10～图13，其中图10为本发明实施例的高磁阻电机能量回收管理系统检测的马达的转速对时间的曲线图；图11为本发明实施例的高磁阻电机能量回收管理系统检测的马达的扭力对时间的曲线图；图12和图13为本发明实施例的高磁阻电机能量回收管理系统的实测数据图。
59.如图10～图12所示，当前述马达以8000rpm的转速运转在驱动模式下(正常驱动)时，调降马达的扭力，将马达的超前角beta调降10度，使得流经马达的上桥开关的电流iph从100a降至30a，使得电动车减速。电动车的加减速越快，电流iph与超前角beta的反应将会更剧烈。
60.当马达以6000rpm的转速运转在驱动模式下(正常驱动)时，将马达的超前角beta调降10度，进入回升模式，50a的电流从马达回流至电池，使得电池的电压vd上升，以达到回收能量的目的。
61.如图13所示，当马达以4000rpm的转速运转时，随着扭力和超前角beta的调整，将改变经马达的上桥开关的电流iph、流至电池的电流idc以及电池的电压vd，以控制马达运转在驱动模式或回升模式下。
62.本发明的其中一有益效果在于，本发明所提供的高磁阻电机能量回收管理系统及其方法，其在不增加电路组件成本条件下，抑制电路组件的电压、电流等参数在安全值范围内，增强电机装置的稳定性，避免电路组件损坏，同时兼具电机高、中、低速的能量回收管理。
63.以上所公开的内容仅为本发明的优选可行实施例，并非因此局限本发明的权利要求书，所以凡是运用本发明说明书及附图内容所做的等效技术变化，均包含于本发明的权利要求书内。