TW504893B - Control method for DC brushless motor with both optimum efficiency and maximum torque - Google Patents

Description

五、發明說明（ 《發明背景》· 〜般直流無刷馬達均假設氣隙磁通 ，而用正弦電流波形為輸入 ，刀佈為正弦 佈為禚# 士七a / 疋饭s又氧隙磁通密度分 勺悌％或方波形狀，而用方波 艰在度刀 馬達氣隙磁通分伟須視定、轉 …、而實際 通材料特性mn # P轉子形狀、排列方式及磁 '+特f生而有不肖，並非純 此勉強以4此、* π Μ ^ 万皮或梯形波，因 隹以这些波形輸入電流，不僅 流輪屮县丄A k ^ 坪馬運Μ最少電 取大力矩，且在效率上亦無法提昇。 舉例而言，ί見今的電動機I即有 階段的雷叙I， π缺失存在。現 :電動車輛發展’ t限最大的是電池能量密度不足， :輛續航力不;i，大大限制了電動車的應用因此， k兩電動車馬達的效率，也是現階段的研究、發展重 點。茲說明如后： ·-般馬達都是操作在高轉速、低轉矩的情況，因此 在車輛的應用上，需加上減速機構，一方面將轉速降 至適當的行車速度，-方面可將轉矩提高，但減速機 構的效率不尚’使電動車的整體效率更低。 ⑩為了提高整車效率的考量，因而將馬達直接裝設於 車輪上’這樣可省下減速機構的能量損失；因此這種 直接驅動式車輪馬達，必須設計成高扭力、低轉速的 性能’俾得以提昇車輛在起動及爬坡時的性能。 如上所述（包含到電動車輛的例子），皆因為所輸的波 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2〗0 X 297公t ) 2 (請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁) · 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 504893 Λ7 五、發明說明（） 形並非針對所使用的直流無刷馬達之規格而來 並無任何方式，可針對所使用之直流無刷馬達來尋求^ =用波形；因此，不僅無法發揮馬達以最少電流輸出最 大力矩之功能，且在效率上亦無法提昇。 《發明概述》 本發明係在提供-種「可同時達到最佳效率及最大轉 矩之直流無刷馬達控制方法」，主要係經由對一欲驅動馬達 之結構及尺寸等的分析，俾能以改變輸人馬達電流波形為 其最適且最佳波形的方式來控制該馬達，使能提升馬達的 轉矩，並進而能使其符合起動及爬坡所需的力量。 一至於，若應用於電動車輛，則直驅式車輪馬達係可提 馬電動車輛的效率，特別是當其操作在低轉速、高轉矩的 條件下時，俾使其符合起動及爬坡所需的力量。 本發明針對直流無刷馬達（尤指軸向磁通直流無刷馬 達）叹计出最佳化電流波形，使馬達在限制條件下輸出力 矩能達到最大。其首先以能量法推導出力矩方程式，並依 馬達的特性對方程式進行修正；接著利用磁路模型分析， 導出力矩與輸入電流的關係式；再依不同的驅動架構，提 出二種不同的限制條件，以力矩最大為手段（目標函數）， 4算最佳化的電流波形，最後經模擬証實在銅損限制下的 波形可產生最大的力矩及效率，是三種不同狀況下最佳的 結果 ° (請先閱讀背面之注杳？事項再填寫本頁) ------------------- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本Λ張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2j〇 χ 297公釐 504893 Λ7 ^齊郎>慧时轰局員工消費合作杜印製 五、發明說明（） 一、 以能量法為基礎，斟 A 首春去*抑， 十一般機電磁系統進行分析； 抖 _ . ^ 用保寸糸統在積分上的便利 以磁通鍵與位置表示的力矩方程式，再利用共 將力矩表示法轉換為電流與位置函數如此可 u人、1 A 再推廣到複激磁場系統 及含水久磁鐵的機電磁系統，求出力矩方程式。 二、 -般機電系統的力矩方程式得到後在此第二段， 我們將研究焦點放在直流盔刷 監表 …、刷馬達糸統中，針對直流無刷 f達的特性，分析其力矩方程式，使方程式剩下對正力矩 一項，大幅簡化分析過程；接著要分析氣隙磁通來計算力 矩，利用等效磁路模型，將磁通類比為電流，而由電路解 析技術推導出氣隙磁通。 三、 利用第二段的推導結果，我們在此第三段以一組 實際直流無刷馬達的規格尺寸，代入磁通計算公式，利用 Matiab套裝軟體計算出氣隙磁通及其微分，接著進行電流 最佳化的計算。最佳化的目標是使力矩達到最大，配合馬 達的不同驅動架構，分別提出三種不同的限制條件代入 最佳化程式計算，並分別比較三種架構下在各轉速的性能 表現。最後再簡單地証明，計算所得的結果的確是最佳化 的電流波形。 四、 最佳化的結果是三組不同的電流波形，對應著不 同的馬達性能，我們在此第四段中提出驅動控制架構，說 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2丨〇χ 297公釐） 4 (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) 裝 -線 504893 Λ7 __137____ 五、發明說明（） 明三組電流波形，要如何實現出理想的電流波形。藉由分 析驅動電路的原理及特性，以提出幾種可行的電流控制方 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 式，再來提出整個驅動控制系統的方塊圖，並說明各單元 的實現方式。 《發明目的》 . 本發明之主要目的乃係在提供一種可以用最少電流均 方根值，卻能達到最大力矩輸出，提高馬達效率的「可同 時達到最佳效率及最大轉矩之直流無刷馬達控制方法」。 本發明之次要目的乃亦在提供一種「可同時達到最佳 效率及最大轉矩之直流無刷馬達控制方法」，其可使被直接 裝設於車輪上而省下減速機構能量損失的直流無刷馬達， 不但在效率上可提高，且轉矩亦能大幅提昇，對於電動車 輛在起動或爬坡時的性能而言，乃不會受到限制者，進而 提升電動車輛的續航力。 《發明的詳細說明》 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本發明之上述目的及其各式方法與功效上的特性，將 依據所附圖式之具體實施例予以說明。 具體實施例： 本發明係提供一種「可同時達到最佳效率及最大轉矩 之直流無刷馬達控制方法」，其針對轴向磁通直流無刷馬 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2丨0 X 297公复了 -------- Λ7 B7 五、發明說明（） 二二最佳化電流波形，使馬達在限制條件下輸出力 達到最大。首先，1、以能量法推導出力矩方程式， 型3達=特性對方程式進行修正；2、接著利用磁路模 驅：加槿：力矩與輸入電流的關係式；3、再依不同的 水 #出三種不同隸制條#，以力矩冑大為手段 =標函數）’計算最佳化的電流波形；4、最後經模擬言正 實在鋼損限制下的波形可產生最大的力矩及效率，是三種 不同狀況下最佳的結果。兹在省略第工點後，對第2〜4 點進行說明如下： 用以計算出最佳三相獨立電流波形的依據 (1 )等效馬達磁路模型： 、馬達疋子齒及轉子極數比係為3 : 2，我們可將3齒2 極視為-組’如第一圖所示，一組代表一個電氣週期因 為參數具週期性’所以只需要考慮—個週期即可。 定子齒Λ及Λ，為一組，其電流方向為產生相同的力矩， ¥和_亦同；邊界见及此可視為重疊，從见流出的磁通 立即從见’流入。 «月參閱第一圖所示，其係為第_圖的等效磁路圖，其 中： 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2.10 X 297公釐）6 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) - 線* 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 504893 Λ7 B7 五、發明說明（） Λη =永久磁鐵的内磁阻 Rml =磁鐵間漏磁阻 Rs =定子輛鐵磁阻 ρ η lvgal ,Ivgar =轉子磁通經過A相的氣 隙磁阻 ^gbl5 ^gbr =轉子磁通經過B相的氣 隙磁阻 ^gcl 5^gcr =轉子磁通經過C相的氣 隙磁阻 Ψν =磁鐵的等效磁通源 =氣隙磁通 定子齒的材料是矽鋼片，其導磁係數遠大於空氣的導 磁係數，因此定子軛鐵的磁阻可忽略，磁路可簡化如第三 圖所示。 由於計算上的便利，我們在第三圖中將磁阻換成磁 導，氣隙磁導分為左右兩部分，分別對應左右兩個磁鐵， 表示磁通進入或離開定子齒時的氣隙磁導。 利用電路的解法，可以解出氣隙磁通九；而在解磁路 方程式之前，我們需先求出各磁導的大小，再代入方程式 求解。 (2 )計算三相氣隙磁通： 利用上述所求得的磁導，我們可進一步來求解聯立磁 路方程式，以找出三相氣隙磁通。首先將第三圖再簡化為 如第四圖所示之適合磁路計算的形式。 如第四圖所示，其中四組的三相磁導被並聯成四個磁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2.丨Ο X 297公釐）了 (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) 0 H ϋ n n n 1> ϋ 一 0、> n ϋ n IB _ 504893 Λ7 137 五、發明說明（）導P ^ gxPsx-P⑽+Pm+P喊 (式 01) 而Fl、。糾為四個節點的磁動勢，令F4為零點， 利用電路學中的節點電壓法， 我們可付下列二個方程式： 1·進入F1點的淨磁通為零 0r+(F2-F^IP, (式 02) 2·進入f2點的淨磁通為零 & + (iW1)(2Pwz + j^)== 〇 g丨 + Pgr 3·進入F3點的淨磁通為零 九+Jp3(2p 仏4)=0 三個方程式可以解出6Ρ、 程式 2 3二㈣个外双，丹代入 (式 03) (式 04) 未知數，再代 (請先閱讀背面之注音？事項再填寫本頁) -I I I I I f I-i-r^J· — Φμ =(^ι -F2)-S§lE§L, 就可以求得總氣隙磁通 (式 05) ------- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 而 相氣隙磁通可用分流的方式來求得 Φα Φο

A pgc (式00 (式 07) (式 08) 本紙張尺錢时目目家標準（CNS)A4麟（gTi97⑽y ^04893 (式 09) 為二相之氣隙磁通函數 Λ7 137 五、發明說明（） (3 )計算最佳電流波形 (3· 1)目標函數 = N(Ia de 'b de - άθ 其中厂、/,、/c為待決定之相電流，都為定轉子 角度0的函數。也、么、i从一· - (3· 2 )限制條件 為了防止定子銅繞線電流過大’而限制總銅損 發熱量）。 〜 對正力矩和電流的關係，如下所示 T--Nld~t (式 10) 顯然，我們在$較大的位置通入電流所得的力矩，比 在ϋ較小的位置通入電流所得的力矩大。 經由比較其他經常使用的兩種馬達驅動架構，即： (1) 三相Υ接繞組，方波驅動電流，且為限定其最大電流· (2) 三相獨立繞組，方波驅動電流，且為限定其最大電漭。 但由此兩種架構所得的電流波形來看，要得到這此 制條件下的最大力矩，輸入的電流都是最大電流下的方波 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） -----------· I I-----訂·！-- {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 504893 Λ7 B7 五、發明說明（） 波形，但這樣的結果並不符合：“在磁通微分大的地方通 大電流，在磁通微分小的地方通小電流”‘的概念；為了符 此概念，一定要把最大電流限制的條件去除。 乘大電流的限制是為了防止電流過大，產生過量的熱 而將馬達燒毀，箬我們不限制電流大小，但限制總銅損（總 f熱量），如此就可實現上述概念，在磁通微分大的地方通 入較大電流，而多產生的熱量可以利用電流較小的時候散 去，而不會對馬達造成損害。 限制一週期内的總銅損，不得超過以銅線所能通過的 最大電流/max在一週期内產生的總熱量，限制條件如下： jTdiTc (式 11) fjilde ^ fjil%de (式 12) £πicde ^/Ί^άθ (式 13) 即限制一週期内總銅損，不得超過銅線以單位面積所 能通過之最大電流量U的總耗熱量。 1驅動電壓限制 馬達在運轉時，會產生和轉速成正比的反電動勢，而 反電動勢的電壓加上線上的壓降不得超過電池供應電壓， 其方程式為 个取浪尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂---------線蟲 經濟部智慧財產局員工消費合作4JL印製 (式 14) A7 五、發明說明（ dk 其中 為電氣轉速 的磁通鏈 尺為早相繞組電阻 KCC為電源供應電壓 “C ('3) ^「商用軟體matub」中最佳化指令 :什叙來求出在限制條件『3.2a :銅損限制』和 3· 2b :驅動電壓限制之 = 力矩函數在最大值時，其 —相獨立電流W6、（，各為何種函數。 "I - (4 )計算結果： 在“直接三相獨立驅動扁平式直流無刷轴向磁通車輪 馬達”的設計尺寸下（請參閱第五圖之附表所示），經由上 述之（3.3)方式的計算’得到如第六圖所示之三相最佳電 流波形。 最佳波形所產生的力矩與其他方波輸入波形來比較， 其所得力矩為最大，如第七圖係表示不同輸入波形，第八 圖係表示在不同輸入波形下的力矩大小。 (5)最佳波形之輔助理論證明： 如第九圖所示，係比較電流及磁通微分的波形，從圖 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2〗0 X 297公釐）工工 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

Μ濟部財產局員工消費奋作杜印製 504893 A7 五、發明說明（ t可看出電流波形和磁通微分波形相同，兩者僅差一常 數。事實上，只要利用簡單的科西不等式（Cauchy Inequal i ty)的概念，就可以了解為何和磁通微分波形相同 的電流波形可以得到最大的力矩。 科西不專式可以下式表示，對於afc兩數列 (al +a2 + ······)(W +½2.…)^(alxbl + a2xb2 + ······)2 (式 15) 兩數列平方和的乘積大於等於其乘積和的平方，且當兩數 列成比例，也就是 al al a3 ----- - bl b2 b3 (式 16) 時，〇1χω + β2χ62 +……)2會有最大值 為 依據方程式（式1 0 )，直流無刷馬達的對正力矩方程式

T =NI d(L άθ (式Π) 經濟部財產局員工消费备作社印製 力矩的產生是瞬間電流乘以磁通微分及繞組i數，若 要計算一週期的平均力矩，可用積分的方式求得

T avg 2π (式 18) 但實際在計算時，平均力矩是用有限個位置點（或時 點）相加而得： 間 ----i — —— — —— I — I— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）i 2 504893

T (式 19) 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 A7 五★發明說明（ g(D + /(2^(2). η /對照方程式（式15)及（式17)，電流對應到數列〃，磁 通微分對應到數列6，f電流與磁通微分成比例時，可得 到最大的力矩。 ! t ; 比方程式（式1 5)並沒有特殊的限制條件，對於任意數列 白可使用’因此對於任意尺寸的直流無刷馬達，只要它的 f释可以方程式（式10)或（式17)表示，皆可經由計算磁通 微分’得到最佳驅動電流波形，使馬達輸出最大力矩。 本發明係在於提供出一種直流無刷馬達（尤指直接三 相獨立驅動直流無刷馬達最佳電流波形，並以-具有 數位Λ號處理專功能的控制S (例如德州儀公司的數位 訊號處理器TMS320F240,然而並非被限定於只能使用此種 控制器，舉凡可達到類似功效及目的的任何控制器，均可 使用）和驅動電子電路加以實現。最佳波形計算方式及最 佳波形已如上述，至於如何實現，茲說明如后： 其一：驅動控制架構 A ·如第十圖所示，為驅動控制系統的方塊圖。控制器 在接受油門命令後，配合回授的電流、位置，輸出適當訊 號到控制開關，以控制流入直流無刷馬達的電流大小。 其中，控制器（F240係為其型號）中儲存了馬達最佳 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 2W公釐）工3 (請先閲讀背面乏注意事項再填寫本頁)

A7 B7 五、發明說明（ 波形的數值（已如前述），去 4」田油門（可變電阻）命令輸入時， 即可將最大波形數值乘卜舲λ & χ ’ 禾上輪入命令的電壓值，而此電壓值 就是電流放大或縮小的增益值。 由於最佳波形疋定子轉子相對位i的函數，此時另須 知道轉子和定子的相對位置，以便乘上正確波形值。 Β·位置感測器 疋、轉子相對位置量測’在本具體實施例中所使用的 位置感測器為反射型光遮斷器，其利用白色易反射光、黑 心吸收光的特性’將黑白相間的反射物貼待測物上，再 藉由吸收光量的多寡，輸出高電位或低電位，就可表示所 在位置。 反光片分内外二圈，如第十一圖所示，内圈是八對黑白 相間條碼’外圈是七百二十對黑白相間條碼，0圈黑條碼 表示波形數值均為正值，白條碼表示波形數值均為負值。 外圍條碼則讀出詳細的定轉子相對角度位置，並在前述控 制器（TMS320F240數位訊號處理器）中存放的數值表中， 找到最佳波形在該定轉子相對角度位置的數值，與增益值 (油門命令）相乘後送入馬達驅動器，並進入馬達正確的 繞線中，完成最佳波形的驅動。 C·電流回授為了是檢查進入馬達繞線的電流大小是 否和最佳電流波形大小相同，否則將利用控制器 (TMS320F240 )中的控制電路加以修正。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格(210 X 297公釐） ~ - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) · *_1 .«_1 tmmm ϋ ϋ n Awmmm '· .^1 A— .ϋ i_i *1··- i p 經濟部S財1局員工消費合作社印製 Λ7

發明說明（ D ·保護電路县i · 小’避免燒壞電子元件而了 ：：驅動器電流或電壓突波大 、 件而抆叶之保護裝置。 因此： 而言，鋼損限制條件所得的電流波形（如第六 之疋各#條件下的最佳結果’在馬達操作在額定轉速 ”表現出的效率都是最佳的，而更重要的是它的 '力矩比起傳統三相γ接下的方波驅動波形，要高 f 出約 25% (從 6 911 p . 、 < Kg_m 增加到 7.789 Kg-m)，確然可 X在田本發明應用於電動車輛時，能解決電動車輛起動 力矩不足的問題。 ' 2·除了數值計算的結果分析外，我們也可以用簡單的數學 來證明銅損限制下計算出的電流，其波形會和磁通微分 波形成一比·例，且所產生的力矩是該馬達輸出力矩的極 限’除非不顧馬達壽命強制通入更電流，否則無法藉由 驅動電流的改變來增加力矩輸出。 3 ·若要實現計算出的輸入電流波形，就必需進行電流控 制，由於馬達為電感性負裁，電壓訊號無法直接變成電 流輸入命令，因此需使用電流型PWM(脈寬調變）控制。 使用F240之控制器（或其它具類似功能的控制器），配 合反射式的光遮斷器，即可實現三相Y接及三相獨立的 電流波形結果。而要實現銅損限制的不規則電流波形， 需要精讀的位置感測器，成本較高；若不願使用較精密 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公楚）1 5 (請先閱讀背面之法康拳項存填寫本 ιτί 睡濟郎智慧財廑局貝工消費合作杜印« 504893 A7

I 財 產 % % 印 五、發明說明（） 的感測器來做位置感測，則可以將電流波形稍作簡化， 以一梯形波來近似最佳化的不規則波#。如第十二圖所 示，實線是最佳化計算後的電流波形，而虛線則是一近 似的梯形波；要實現近似波形，只需要感測到八個狀態 轉換點即可達成。 ， / -:;.; , $·若考慮驅動器的製作，則三相¥接是較佳的選擇，它只 需要六個功率晶體即可完成驅動控制，是最經濟的方 ;式；三相獨立則需要三個獨立的全橋電路，共十二個晶 體來驅動；銅損限制電流波形的實現上，除了需要十二 個功率晶體外，晶體的電流容量也要增加，才能負荷其 較大的瞬間電流。因此在實際的應用上，必需在馬達硅 能和成本上作一取捨。 綜上所述，本發明所提供之一種可同時達到最佳效率 矩之直流無刷馬達控制方法，其突破了傳統在提 升效率與加大轉矩兩方面無法兼顧之襄臼及缺 人2全新的控制方式；且當其應用於電動車輛時，確 5其起動及爬坡時所需的力量，進而提升電、 =利其確具新穎性並已有效改善傳統之缺失，誠符合發明 專利之要件，爰依法提出發明專利申 專利，實為感禱。 1 Μ鈞局惠予 惟以上所述者，僅係本發明之_ 已，舉凡利用本發明上述之方法、形狀、步驟= 靖 _ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規袼（21〇 χ 297公釐 6 504893 經濟部財產局員主消費合作杜印製 A7 B7 五、發明說明（） 皆應包含於本案之權利範圍内。 f 圖式的簡單說明 t 第一圖係為於一電氣周期内的定、轉子及其磁通示意 圖； 第二圖係為第一圖之等效磁路圖； 第二圖 係為經過簡化後的等效磁路圖； 第四圖係為再簡化的磁路模型； 第五圖係為所使用馬達之規格及其規袼表； 第六圖係為銅損限制下三相電流波形； 第七圖係為三相丫接、三相獨立與鈉損限制的電流波 形比較； 第八目係為三相Y接、三相獨立與銅損限制的力矩波 形比較； 第九圖係為電流與磁通微分之比較； 第十圖係為驅動控制系統方塊圖； 第十一圖係為位置感測反光片圖； 第十一圖係為最佳波形與近似波形圖； 本紙張尺度適用中國國^^^制規格⑵心297 ~------ (請先閱讀背面之注意事項冉填寫本頁)

Claims (1)

1. 504893 g88 __ Bl_ 六、申請專利範圍 1 種可同時達到最佳效率及最大轉矩之直流無刷 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 馬達控制方法，其主要係利用一可使馬達力矩及效率達到 最匕之手奴，並針對欲行驅動之直流無刷馬達的實際設 计尺寸以及特定的限制條件··（1)將銅損限制在小於銅線 最大能承受的功率及(2)將驅動電壓限制在小於最大電源 伏特數’以取得最佳的電流波形；輸人此最佳的電流波形， 乃可使該馬達發揮其最大功能、最高運轉效率，即在最少 功率損失下，能產生最大力矩。 2依申明專利範圍第1項所述之可同時達到最佳效 率及最大_之直流無刷馬達控制方法，#中之手段為各 相電流、氣隙磁通量之變化及銅線E數彼此相乘後的總 和其中相電流與氣隙磁通量之變化都隨定子轉子相對角 度而變化’當各相電流在不同相對角度下調整到某大小值 時，可使所述之手段同時達到最佳效率及最大轉矩，此時 各相電流即為最佳的電流波形。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 3依申明專利範圍第2項所述之可同時達到最佳效 率及最大轉矩之直流無刷馬達控制方法其中之最佳電流 波形，係與馬達氣隙磁通密度變化成正比。 4、依申請專利範圍第2項所述之可同時達到最佳效 率及最大轉矩之直流無刷馬達控制方&，其係須進一步調 整其直流無刷馬達之設計尺寸或參數，來找出可使馬達運 轉所能達到最大力矩下的最少電流；&電流隨馬達定子和 轉子相對位置而改變，為一非正弦、方波或其他正規形狀 • % 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） "'~ 18 504893 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 的波形，而為接近與氣隙磁通密度變化正比例的波形；此 電机波形與最初馬達設計尺寸參數有關，輸入此特定電流 形可使馬達發揮其最大功能、最高運轉效率，即在最 少功率損失下，能產生最大力矩。 “ 5依申請專利範圍第4項所述之可同時達到最佳效 率及最大轉矩之直流無刷馬達控制方法，其中之尺寸參數 係包括馬達定子與轉子相對角度、定子齒長寬高、轉子磁 鐵長厚寬、内外半徑、磁阻、線圈Ε數、及電流大小。 6、 依申請專利範圍第i、2、3、4或5項所述之 可同時達到最錢率及最大轉矩之直流無刷馬達控制方 法，其係T應用於電動機車或電動汽車等使用料來驅動 之物件上。 7、 依申請專利範圍第6項所述之可同時達到最佳效 率及最大轉矩之直流無刷馬達控制方法，其係將該馬達裝 设於可直接帶動車輪之適當位置處。 8、 依申請專利範圍第6項所述之可同時達到最佳效 率及最大轉矩之直流無刷馬達控制方法，其主要係將直流 無刷馬達直接裝設於車輪，且所述之最佳波形係儲存於馬 達驅動器内，俾使馬達在最少功率損失下產生最大力矩，' 並能符合其起動及爬坡時所需的力量，進而提升電動車輛 的續航力。 9、 依申請專利範圍第1項所述之一種可同時達到最 佳效率及最大轉矩之直流無刷馬達控制方法，其中之限制 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 丨 _丨_· ,丨_!丨丨訂--- - - 丨線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 19 504893 __S__ 六、申請專利範圍 條件係可進一步增加··驅動電壓限制，以符合驅動電源之 要求。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員Η消費合作杜印製 1 0、一種可同時達到最佳效率及最大轉矩之直流無刷 馬達控制方法，其先以能量法推導出力矩和各相電流、氣 隙磁通量之變化、銅線阻數及的乘積和馬達之設計尺寸參 數之間的關係，並依馬達的特性調整最佳電流波形及馬達 之设計尺寸參數，該尺寸參數包括馬達定子與轉子相對角 度、定子齒長寬高、轉子磁鐵長厚寬、内外半徑、磁阻、 線圈阻數、及電流大小；將馬達實體分割成塊後，每塊材 料視為電阻（類比磁阻）、電力源（類比成由磁鐵來的磁力 來源）等，連接成串，構成磁路模型分析，導出力矩與輸 入電流的關係式；電流輸入分兩種方式，馬達線圈連接亦 分成兩種連接方式，搭配之後構成三種驅動架構，（1)三相 Y接線圈、限制最大方波電流（2)三相獨立線圈、限制最大 方波電流（3)二相獨立線圈、限制最大銅損電流，此時進 一步增加驅動電壓限制並以力矩最大為手段，而求得最佳 化的電流波形；最後証實··在銅損限制下的波形係可產生 最大的力矩及效率，是三種不同狀況下最佳的結果。 1 1、依申請專利範圍第1項所述之一種可同時達到最 佳效率及最大轉矩之直流無刷馬達控制方法，其係可進一 步藉由其做為控制用之開關（全橋驅動電路中的開關）的導 通或不導通兩種狀態，來控制其電流的上升或下降，因此， 利用三角波PWM(脈寬調變）來進行電流的控制，使電流得 ^紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 嫌 --- 504893

   /、、申吻專利範圍 能上升或下降以形成 油門命令； τ㈣電動機車或電動汽車之油門的 "由門Ρ ”頁透過一控制器做為PWM的控制 當控制器接受油門命令後，配合回授的電流、位置，輪出 適當訊唬控制前述之開關，以控制流入直流無刷馬達的電 流大小；如此’即可達到類似旋轉油門之同樣功能者。 -----1----------------訂---I-----^ —^^1 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CN0)A4規格（210 X 297公釐）2工