TW201640766A - 永磁馬達直流鏈電壓回升抑制控制模組及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本發明是在提供一種永磁馬達直流鏈電壓回升抑制控制方法，利用馬達旋轉速度建立一最小電流命令曲線，據以規範永磁馬達於各轉速下之最小驅動電流，使永磁馬達操作於驅動模式，以避免馬達因下坡、減速及電源再投入所發生之能量回充至直流鏈，藉以穩定直流鏈電壓、避免過電壓保護及降低電瓶衝擊應力。

Description

永磁馬達直流鏈電壓回升抑制控制模 組及其控制方法

本發明是有關於一種永磁馬達控制模組及其控制方法，且特別是有關於一種永磁馬達直流鏈電壓回升抑制控制模組及其控制方法。

由於永磁馬達變頻器具有高效率與低維修成本之優點，再加上環保與節能省碳觀念之推廣訴求，使其成為電動載具驅動器之主流。

然而，永磁馬達中之永久磁鐵在旋轉而切割定子線圈時，永磁馬達會產生隨速度變動之反電動勢，此反電動勢若處理不當將降低電動載具之騎乘舒適性與安全性。

舉例而言，一般基於行車的安全考量，在緊急事件發生或是電動載具下達煞車命令時，必需先關掉永磁馬達驅動訊號，並於狀況解除時再行驅動永磁馬達；而若驅動電 壓過低時，低開度之開關元件將使得永磁馬達的變頻器具升壓轉換器特性而對直流鏈充電。

此外，電動載具滑行於下坡路段時，永磁馬達隨速度變動所產生之反電動勢亦將高於直流鏈電壓而使電流回充，不僅造成直流鏈電壓過高而觸發系統過壓保護，且未控制之回充電流亦將造成電瓶衝擊應力，降低電瓶使用壽命。

習知改善直流鏈電壓的方法如下：利用煞車電阻吸收此電流回充能量，但此方法需要額外裝置費用及維護成本。另有方法是採單向離合器斷開永磁馬達與驅動輪；或進行電流回充控制，但前述方法無法施行於電瓶飽電之時。又或是調整變頻器輸出頻率以穩定直流鏈電壓，但此方法只能應用於本身具備速度控制性能之電動載具系統，無法應用於僅具扭力或電流控制之電動載具系統。

本發明之目的是在於藉由永磁馬達直流鏈電壓回升抑制控制模組及控制方法，以抑制永磁馬達於驅動再投入及下坡滑行下時，導致系統直流鏈電壓回升及能量回充之現象。

根據本發明一結構實施方式是在提供一種永磁馬達直流鏈電壓回升抑制控制模組，其係應用於一電動載具，永磁馬達直流鏈電壓回升抑制控制模組包含一永磁馬達、一馬達轉子位置感測元件、一馬達三相電流感測元件、一電流命令產生單元、一行車限制單元、一電流命令限制單元、一 控制器、一脈波寬度調變單元、一功率開關元件、一錯誤保護單元、一煞車保護單元及一脈波寬度調變禁能單元。永磁馬達連接驅動電動載具。馬達轉子位置感測元件連接永磁馬達，馬達轉子位置感測元件用以量測一馬達轉子位置。馬達三相電流感測元件連接永磁馬達，馬達三相電流感測元件用以量測一馬達三相回授電流。電流命令產生單元用以接收電動載具之一油門開度訊號並產生對應之一馬達電流命令。行車限制單元用以接收電動載具之一行車模式訊號並根據內建之一行車模式電流限制曲線而產生對應之一行車限制電流命令。電流命令限制單元連接電流命令產生單元及行車限制單元，電流命令限制單元將馬達電流命令及行車限制電流命令處理為一原始電流命令。控制器包含一馬達轉子位置轉換單元、一馬達速度估算單元、一最小電流命令單元、一電流相位超前設定單元、一馬達三相電流命令產生單元以及一馬達三相電流控制單元。馬達轉子位置轉換單元連接馬達轉子位置感測元件，馬達轉子位置轉換單元將馬達轉子位置處理為一馬達轉子旋轉角度。馬達速度估算單元連接馬達轉子位置轉換單元，馬達速度估算單元將馬達轉子旋轉角度處理為一馬達旋轉速度。最小電流命令單元連接馬達速度估算單元及電流命令限制單元，最小電流命令單元接收原始電流命令並根據一最小電流命令曲線將原始電流命令處理為一轉速限制電流命令。電流相位超前設定單元連接馬達速度估算單元，電流相位超前設定單元根據一電流相位超前設定表將馬達旋轉速度處理為一電流相位超前角。馬達三相電流命令產生單 元連接最小電流命令單元、電流相位超前設定單元及馬達轉子位置轉換單元，馬達三相電流命令產生單元接收轉速限制電流命令、電流相位超前角及馬達轉子旋轉角度而對應產生一馬達三相電流參考命令。馬達三相電流控制單元連接馬達三相電流命令產生單元及馬達三相電流感測元件，馬達三相電流控制單元接收馬達三相電流參考命令及馬達三相回授電流產生一馬達三相輸出電壓命令。脈波寬度調變單元連接控制器，脈波寬度調變單元將馬達三相輸出電壓命令處理為一功率開關驅動訊號。功率開關元件連接永磁馬達、馬達三相電流感測元件及脈波寬度調變單元，功率開關元件接收功率開關驅動訊號控制永磁馬達。錯誤保護單元用以接收電動載具之一錯誤訊號。煞車保護單元用以接收電動載具之一煞車訊號。脈波寬度調變禁能單元連接錯誤保護單元、煞車保護單元及脈波寬度調變單元，錯誤保護單元及煞車保護單元分別根據錯誤訊號及煞車訊號觸發脈波寬度調變禁能單元，以控制脈波寬度調變單元啟閉功率開關驅動訊號。

根據前述永磁馬達直流鏈電壓回升抑制控制模組之另一實施例，其中電流相位超前設定表係依據電動載具之一行車性能、一電瓶電壓及一行車模式製作而成。最小電流命令曲線係依據馬達旋轉速度及電動載具之一行車路阻製作而成。最小電流命令單元更可根據最小電流命令曲線、電瓶電壓及一馬達溫度產生一最小電流命令表。

根據本發明另一結構實施方式是在提供一種永磁馬達直流鏈電壓回升抑制控制模組，其係應用於一電動載 具，永磁馬達直流鏈電壓回升抑制控制模組包含一永磁馬達、一馬達轉子位置感測元件、一馬達三相電流感測元件、一電流命令產生單元、一行車限制單元、一電流命令限制單元、一控制器、一脈波寬度調變單元、一功率開關元件、一錯誤保護單元、一煞車保護單元及一脈波寬度調變禁能單元。永磁馬達連接驅動電動載具。馬達轉子位置感測元件連接永磁馬達，馬達轉子位置感測元件用以量測一馬達轉子位置。馬達三相電流感測元件連接永磁馬達，馬達三相電流感測元件用以量測一馬達三相回授電流。電流命令產生單元用以接收電動載具之一油門開度訊號並產生對應之一馬達電流命令。行車限制單元用以接收電動載具之一行車模式訊號並根據內建之一行車模式電流限制曲線而產生對應之一行車限制電流命令。電流命令限制單元連接電流命令產生單元及行車限制單元，電流命令限制單元將馬達電流命令及行車限制電流命令處理為一原始電流命令。控制器包含一馬達轉子位置轉換單元、一馬達速度估算單元、一電流相位超前設定單元、一馬達三相電流命令產生單元、一馬達三相電流控制單元及一馬達反電動勢補償單元。馬達轉子位置轉換單元連接馬達轉子位置感測元件，馬達轉子位置轉換單元將馬達轉子位置處理為一馬達轉子旋轉角度。馬達速度估算單元連接馬達轉子位置轉換單元，馬達速度估算單元將馬達轉子旋轉角度處理為一馬達旋轉速度。電流相位超前設定單元連接馬達速度估算單元，電流相位超前設定單元根據一電流相位超前設定表將馬達旋轉速度處理為一電流相位超前角。馬達三相 電流命令產生單元連接電流相位超前設定單元及馬達轉子位置轉換單元，馬達三相電流命令產生單元接收原始電流命令、電流相位超前角及馬達轉子旋轉角度而對應產生一馬達三相電流參考命令。馬達三相電流控制單元連接馬達三相電流命令產生單元及馬達三相電流感測元件，馬達三相電流控制單元接收馬達三相電流參考命令及馬達三相回授電流產生一馬達三相控制電壓命令。馬達反電動勢補償單元連接馬達速度估算單元，馬達反電動勢補償單元根據一馬達反電動勢常數計算馬達旋轉速度對應之一馬達反電動勢補償電壓命令，且馬達反電動勢補償電壓命令及馬達三相控制電壓命令合併為一馬達三相輸出電壓命令。脈波寬度調變單元連接控制器，脈波寬度調變單元將馬達三相輸出電壓命令處理為一功率開關驅動訊號。功率開關元件連接永磁馬達、馬達三相電流感測元件及脈波寬度調變單元，功率開關元件接收功率開關驅動訊號控制永磁馬達。錯誤保護單元用以接收電動載具之一錯誤訊號。煞車保護單元用以接收電動載具之一煞車訊號。脈波寬度調變禁能單元連接錯誤保護單元、煞車保護單元及脈波寬度調變單元，錯誤保護單元及煞車保護單元分別根據錯誤訊號及煞車訊號觸發脈波寬度調變禁能單元，以控制脈波寬度調變單元啟閉功率開關驅動訊號。

根據前述永磁馬達直流鏈電壓回升抑制控制模組之另一實施例，其中電流相位超前設定表係依據電動載具之一行車性能、一電瓶電壓及一行車模式製作而成。

根據本發明一方法實施方式是在提供一種永磁馬達直流鏈電壓回升抑制控制方法，其係應用於一電動載具，永磁馬達直流鏈電壓回升抑制控制方法包含以下步驟：利用一馬達轉子位置感測元件量測一馬達轉子位置；利用一馬達三相電流感測元件量測一馬達三相回授電流；利用一電流命令產生單元接收電動載具之一油門開度訊號並產生對應之一馬達電流命令；利用一行車限制單元接收電動載具之一行車模式訊號並根據內建之一行車模式電流限制曲線而產生對應之一行車限制電流命令；利用一電流命令限制單元將馬達電流命令及行車限制電流命令處理為一原始電流命令；利用一馬達轉子位置轉換單元將馬達轉子位置處理為一馬達旋轉角度；利用一馬達速度估算單元將馬達轉子旋轉角度處理為一馬達旋轉速度；利用一最小電流命令單元根據一最小電流命令曲線將原始電流命令處理為一轉速限制電流命令；利用一電流相位超前設定單元根據一電流相位超前設定表將馬達旋轉速度處理為一電流相位超前角；利用一馬達三相電流命令產生單元接收轉速限制電流命令、電流相位超前角及馬達轉子旋轉角度而對應產生一馬達三相電流參考命令； 利用一馬達三相電流控制單元接收馬達三相電流參考命令及馬達三相回授電流產生一馬達三相輸出電壓命令；利用一脈波寬度調變單元將馬達三相輸出電壓命令處理為一功率開關驅動訊號；以及利用一功率開關元件根據功率開關驅動訊號驅動永磁馬達；利用一錯誤保護單元接收電動載具之一錯誤訊號；利用一煞車保護單元接收電動載具之一煞車訊號；以及利用一脈波寬度調變禁能單元受錯誤保護單元及煞車保護單元分別根據錯誤訊號及煞車訊號而觸發，以控制脈波寬度調變單元啟閉功率開關驅動訊號。

根據前述永磁馬達直流鏈電壓回升抑制控制方法之一實施例，其中電流相位超前設定表係依據電動載具之一行車性能、一電瓶電壓及一行車模式製作而成。最小電流命令曲線係依據馬達旋轉速度及電動載具之一行車路阻製作而成。前述步驟更包含利用最小電流命令單元根據最小電流命令曲線、電瓶電壓及一馬達溫度產生一最小電流命令表。

根據本發明另一方法實施方式是在提供一種永磁馬達直流鏈電壓回升抑制控制方法，其係應用於一電動載具，永磁馬達直流鏈電壓回升抑制控制方法包含以下步驟：利用一馬達轉子位置感測元件量測一馬達轉子位置；利用一馬達三相電流感測元件量測一馬達三相回授電流； 利用一電流命令產生單元接收電動載具之一油門開度訊號並產生對應之一馬達電流命令；利用一行車限制單元接收電動載具之一行車模式訊號並根據內建之一行車模式電流限制曲線而產生對應之一行車限制電流命令；利用一電流命令限制單元將馬達電流命令及行車限制電流命令處理為一原始電流命令；利用一馬達轉子位置轉換單元將馬達轉子位置處理為一馬達旋轉角度；利用一馬達速度估算單元將馬達轉子旋轉角度處理為一馬達旋轉速度；利用一電流相位超前設定單元根據一電流相位超前設定表將馬達旋轉速度處理為一電流相位超前角；利用一馬達三相電流命令產生單元接收原始電流命令、電流相位超前角及馬達轉子旋轉角度而對應產生一馬達三相電流參考命令；利用一馬達三相電流控制單元接收馬達三相電流參考命令及馬達三相回授電流產生馬達三相輸出電壓命令；利用一馬達反電動勢補償單元根據一馬達反電動勢常數計算馬達旋轉速度對應之一馬達反電動勢補償電壓命令，且馬達反電動勢補償電壓命令及馬達三相控制電壓合併為一馬達三相輸出電壓命令；利用一脈波寬度調變單元將馬達三相輸出電壓命令處理為一功率開關驅動訊號；以及 利用一功率開關元件根據功率開關驅動訊號驅動永磁馬達；利用一錯誤保護單元接收電動載具之一錯誤訊號；利用一煞車保護單元接收電動載具之一煞車訊號；以及利用一脈波寬度調變禁能單元受錯誤保護單元及煞車保護單元分別根據錯誤訊號及煞車訊號而觸發，以控制脈波寬度調變單元啟閉功率開關驅動訊號。

根據前述永磁馬達直流鏈電壓回升抑制控制方法之一實施例，其中電流相位超前設定表係依據電動載具之一行車性能、一電瓶電壓及一行車模式製作而成。

因此，前述永磁馬達直流鏈電壓回升抑制控制模組利用馬達轉子位置感測元件偵測馬達轉子位置，以馬達速度估算單元獲得馬達旋轉速度，最小電流命令單元根據馬達旋轉速度來建立驅動永磁馬達之最小電流命令曲線。此外，亦可透過馬達旋轉速度計算出對應之一馬達反電動勢，所得之反電動勢可直接於馬達反電動勢補償單元進行補償。前述兩方法皆使永磁馬達可隨時操作於驅動模式下，藉此可抵制電動載具於下坡滑行之能量回充；以及避免驅動再投入時驅動永磁馬達之功率開關元件由低開度啟動所產生之升壓特性，達到規避能量回充目的。

100‧‧‧電瓶

200‧‧‧穩壓電容

300‧‧‧功率開關元件

400‧‧‧永磁馬達

500‧‧‧電動載具傳動機構

600‧‧‧電動載具驅動輪

700‧‧‧馬達三相電流感測元件

800‧‧‧馬達轉子位置感測元件

900‧‧‧微處理系統

910‧‧‧電流命令產生單元

920‧‧‧行車限制單元

930‧‧‧電流命令限制單元

940‧‧‧控制器

941‧‧‧馬達轉子位置轉換單元

942‧‧‧馬達速度估算單元

943‧‧‧最小電流命令單元

944‧‧‧電流相位超前設定單元

945‧‧‧馬達三相電流命令產生單元

946‧‧‧馬達三相電流控制單元

947‧‧‧馬達反電動勢補償單元

950‧‧‧脈波寬度調變單元

960‧‧‧錯誤保護單元

970‧‧‧煞車保護單元

980‧‧‧脈波寬度調變禁能單元

I _fb ‧‧‧馬達三相回授電流

θ _p ‧‧‧馬達轉子位置

I _A ‧‧‧馬達電流命令

I _c ‧‧‧行車限制電流命令

‧‧‧原始電流命令

θ _γ ‧‧‧馬達轉子旋轉角度

ω _γ ‧‧‧馬達旋轉速度

‧‧‧轉速限制電流命令

LA‧‧‧電流相位超前角

I ^*‧‧‧馬達三相電流參考命令

V ^*‧‧‧馬達三相輸出電壓命令

‧‧‧馬達三相控制電壓命令

S _E ‧‧‧錯誤訊號

S ₁~S ₆‧‧‧功率開關驅動訊號

V _bat ‧‧‧電瓶電壓

S _B ‧‧‧煞車訊號

‧‧‧馬達反電動勢補償電壓命令

T _m ‧‧‧馬達溫度

S _C ‧‧‧行車模式訊號

S _A ‧‧‧油門開度訊號

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下： 第1圖係繪示依照本發明一實施方式的一種永磁馬達直流鏈電壓回升抑制控制模組之示意圖；第2圖係繪示第1圖之永磁馬達直流鏈電壓回升抑制控制模組中最小電流命令表之示意圖；第3圖係繪示第1圖之永磁馬達直流鏈電壓回升抑制控制模組之控制流程圖；第4圖係繪示依照本發明另一實施方式之永磁馬達直流鏈電壓回升抑制控制模組之控制器的示意圖；第5圖係繪示第4圖之永磁馬達直流鏈電壓回升抑制控制模組之控制流程圖。

請參照第1圖，其係繪示依照本發明一實施方式的一種永磁馬達直流鏈電壓回升抑制控制模組之示意圖。永磁馬達直流鏈電壓回升抑制控制模組，其係應用於一電動載具，永磁馬達直流鏈電壓回升抑制控制模組包含一電瓶100、一穩壓電容200、一功率開關元件300、一永磁馬達400、一電動載具傳動機構500、一電動載具驅動輪600、一馬達三相電流感測元件700、一馬達轉子位置感測元件800、一微處理系統900。

電瓶100用以提供永磁馬達400驅動之電力。

穩壓電容200連接電瓶100，可濾掉雜訊以提供穩定直流電源。

功率開關元件300連接穩壓電容200，電瓶100所提供之電流透過功率開關元件300進行脈波寬度調變產生馬達三相電壓以驅動永磁馬達400。第1圖上所繪示之功率開關元件300之電路結構僅為示意，其實際應為六個功率電晶體組成。

永磁馬達400產生之機械動力由電動載具傳動機構500帶動電動載具驅動輪600，驅使電動載具前進。

馬達三相電流感測元件700連接功率開關元件300及永磁馬達400，馬達三相電流感測元件700用以量測一馬達三相回授電流I _fb 。

馬達轉子位置感測元件800連接永磁馬達400以量測一馬達轉子位置θ _p 。

利用脈波寬度調變技術控制功率開關元件300之開關頻率及換相時間之控制技術，電動載具傳動機構500帶動電動載具驅動輪600之機構之驅動技術，馬達三相電流感測元件700以及馬達轉子位置感測元件800之感測技術，均為已公開之習知技術，於此不再多予贅述。

微處理系統900包含一電流命令產生單元910、一行車限制單元920、一電流命令限制單元930、一控制器940、一脈波寬度調變單元950、一錯誤保護單元960、一煞車保護單元970以及一脈波寬度調變禁能單元980。

電流命令產生單元910用以接收電動載具之一油門開度訊號S _A 並產生對應之一馬達電流命令I _A 。

行車限制單元920用以接收電動載具之一行車模式訊號S _C 並根據內建之一行車模式電流限制曲線而產生對應之一行車限制電流命令I _c 。這裡所指的行車模式訊號為目前電動載具本身電腦預先設定之智慧模式，例如加速模式、節能模式或正常模式等。

電流命令限制單元930連接電流命令產生單元910、行車限制單元920及控制器940，電流命令限制單元930將馬達電流命令I _A 及行車限制電流命令I _c 處理為一原始電流命令。

控制器940包含一馬達轉子位置轉換單元941、一馬達速度估算單元942、一最小電流命令單元943、一電流相位超前設定單元944、一馬達三相電流命令產生單元945以及一馬達三相電流控制單元946。馬達轉子位置轉換單元941連接馬達轉子位置感測元件800，馬達轉子位置轉換單元941將馬達轉子位置θ _p 處理為一馬達轉子旋轉角度θ _γ 。馬達速度估算單元942連接馬達轉子位置轉換單元941，馬達速度估算單元942將馬達轉子旋轉角度θ _γ 處理為一馬達旋轉速度ω _γ 。最小電流命令單元943連接馬達速度估算單元942以及電流命令限制單元930以接收原始電流命令及馬達旋轉速度ω _γ ，最小電流命令單元943根據一最小電流命令曲線將原始電流命令處理為一轉速限制電流命令。電流相位超前設定單元944連接馬達速度估算單元942，電流相位超前設定單元944根據一電流相位超前設定表將馬達旋轉速度ω _γ 對應輸出一電流相位超前角LA。馬達三相電流命令產生單元945連接最小電流命令 單元943、電流相位超前設定單元944及馬達轉子位置轉換單元941，馬達三相電流命令產生單元945接收轉速限制電流命令、電流相位超前角LA及馬達轉子旋轉角度θ _γ 而對應產生一馬達三相電流參考命令I ^*。馬達三相電流控制單元946連接馬達三相電流命令產生單元945，馬達三相電流控制單元946接收馬達三相電流參考命令I ^*及馬達三相回授電流I _fb 產生一馬達三相輸出電壓命令V ^*。

前述所指之馬達轉子旋轉角度θ _γ 係將馬達轉子位置θ _p 經馬達轉子位置轉換單元941轉換得到之連續角度，此馬達轉子旋轉角度θ _γ 輸出至馬達速度估算單元942，藉由計算馬達轉子旋轉角度θ _γ 之變化率可估得馬達旋轉速度ω _γ 。最小電流命令單元943之最小電流命令曲線係可事先針對馬達旋轉速度ω _γ 與電動載具之行車路阻調校而得，以來自馬達速度估算單元942之查表獲得各轉速下馬達電流最小值，電動載具之行車路阻力例如上坡需要爬坡力，加速需要加速扭力，速度快則會產生風阻力等。電流相位超前設定單元944之電流相位超前設定表係根據電動載具之行車性能與其他條件諸如電瓶100之電壓、行車模式等調校而得。舉例來說，電動載具之行車性能調校意即電動載具速度與油門開度訊號S _A 關係，需調整此電流相位超前設定表使得電動載具輸出扭力與油門開度訊號S _A 成正比，藉此提升電動載具操控性。

脈波寬度調變單元950連接控制器940之馬達三相電流控制單元946以及功率開關元件300，脈波寬度調變單元950根據馬達三相輸出電壓命令V ^*對應輸出為一功率開關驅 動訊號S ₁~S ₆，功率開關元件300根據功率開關驅動訊號S ₁~S ₆以驅動永磁馬達400。

錯誤保護單元960用以接收電動載具之一錯誤訊號S _E ，錯誤訊號S _E 為電動載具之任何異常訊號如馬達過熱、電池保護或判斷為有重大危安須立即停止電動載具的狀態。

煞車保護單元970用以接收電動載具之一煞車訊號S _B 。

脈波寬度調變禁能單元980連接錯誤保護單元960、煞車保護單元970及脈波寬度調變單元950，錯誤保護單元及煞車保護單元分別根據錯誤訊號S _E 及煞車訊號S _B 觸發脈波寬度調變禁能單元980，以控制脈波寬度調變單元950啟閉功率開關驅動訊號S ₁~S ₆。也就是說基於安全考量上，當錯誤訊號S _E 及煞車訊號S _B 輸入微處理系統900時，錯誤保護單元960及煞車保護單元970會觸發脈波寬度調變禁能單元980而禁能脈波寬度調變單元950，使功率開關驅動訊號S ₁~S ₆關閉。

請再一併參照第2圖，其係繪示前述永磁馬達直流鏈電壓回升抑制控制模組中最小電流命令表之示意圖。前述實施方式中，永磁馬達直流鏈電壓回升抑制控制模組之最小電流命令單元943係可根據最小電流命令曲線來取得各轉速下永磁馬達400之電流最小值，然而轉速限制電流命令之取得除以馬達旋轉速度ω _γ 為輸入變數外，亦可搭配一電瓶電壓V _bat 及一馬達溫度T _m 等條件，建立多維度之一最小電流命令查表。

請第1圖及第3圖，其係繪示前述永磁馬達直流鏈電壓回升抑制控制模組之控制流程圖，其步驟如下：S110步驟：利用馬達轉子位置轉換單元將永磁馬達之馬達轉子位置處理為馬達旋轉角度；S120步驟：利用馬達速度估算單元將馬達轉子旋轉角度處理為馬達旋轉速度；S130步驟：利用最小電流命令單元根據最小電流命令曲線將電動載具之原始電流命令處理為轉速限制電流命令；S140步驟：利用電流相位超前設定單元根據電流相位超前設定表將馬達旋轉速度處理為電流相位超前角；S150步驟：利用馬達三相電流命令產生單元接收轉速限制電流命令、電流相位超前角及馬達轉子旋轉角度而對應產生馬達三相電流參考命令；S160步驟：利用馬達三相電流控制單元接收馬達三相電流參考命令及馬達三相回授電流產生馬達三相輸出電壓命令；S170步驟：利用脈波寬度調變單元將馬達三相輸出電壓命令處理為功率開關驅動訊號；以及S180步驟：利用功率開關元件根據功率開關驅動訊號驅動永磁馬達。

在此特別說明，為了使第3圖上之各流程步驟更加清楚及方便說明，故於流程步驟之內容省略前述各元件、訊號及命令之編號。本實施方式所提出之永磁馬達直流鏈電壓回升抑制控制模組其抑制能量回充之控制均實現於微處理 系統900當中，其利用馬達旋轉速度ω _γ 以及其對應之電流來建立最小電流命令曲線，此最小電流命令曲線可等效為永磁馬達400之扭力命令、功率開關元件300之開度命令，或其他以微幅驅動永磁馬達400消耗回充能量之控制方式。

請參照第4圖，其係繪示本發明另一實施方式之永磁馬達直流鏈電壓回升抑制控制模組之控制器940的示意圖。由於本實施方式之永磁馬達直流鏈電壓回升抑制控制模組之除了控制器940以外，其餘元件、訊號與連接方式均與前述實施方式相同，故不再重複說明。

本實施方式之控制器940包含一馬達轉子位置轉換單元941、一馬達速度估算單元942、一電流相位超前設定單元944、一馬達三相電流命令產生單元945、一馬達三相電流控制單元946以及一馬達反電動勢補償單元947。

其中馬達轉子位置轉換單元941、馬達速度估算單元942、電流相位超前設定單元944、馬達三相電流命令產生單元945及馬達三相電流控制單元946其連接關係及訊號處理與前述實施方式相同。其與前述實施方式不同在於以馬達反電動勢補償單元947取代最小電流命令單元，而馬達旋轉速度ω _γ 、原始電流命令以及電流相位超前角LA輸入馬達三相電流命令產生單元945，以下僅就此不同點說明之，其餘相同部分不再加以贅敘。馬達反電動勢補償單元947接收馬達速度估算單元942產生之馬達旋轉速度ω _γ ，根據馬達反電動勢常數計算得知馬達旋轉速度ω _γ 所對應之馬達反電動勢並輸出對應之一馬達反電動勢補償電壓命令。此馬達反電動勢補償電 壓命令加上由馬達三相電流控制單元946產生之一馬達三相控制電壓命令形成馬達三相輸出電壓命令V ^*，藉此輸入脈波寬度調變單元產生對應之功率開關驅動訊號。因此，馬達反電動勢補償電壓命令之補償使永磁馬達可於各轉速下均至少維持一輸出電壓，故可抑制反電動勢回充而造成直流鏈電壓過高之現象。

請一併再參照第5圖，其係繪示前述實施方式永磁馬達直流鏈電壓回升抑制控制模組之控制器的控制流程圖。其步驟如下：S210步驟：利用馬達轉子位置轉換單元將永磁馬達之馬達轉子位置處理為馬達旋轉角度；S220步驟：利用馬達速度估算單元將馬達轉子旋轉角度處理為馬達旋轉速度；S230步驟：利用電流相位超前設定單元根據電流相位超前設定表將馬達旋轉速度處理為電流相位超前角；S240步驟：利用馬達三相電流命令產生單元接收原始電流命令、電流相位超前角及馬達轉子旋轉角度而對應產生馬達三相電流參考命令；S250步驟：利用馬達三相電流控制單元接收馬達三相電流參考命令及馬達三相回授電流產生馬達三相控制電壓命令；以及S260步驟：利用馬達反電動勢補償單元根據馬達反電動勢常數計算馬達旋轉速度對應之馬達反電動勢補償電壓命 令，使控制器根據馬達反電動勢補償電壓命令及馬達三相控制電壓命令輸出馬達三相輸出電壓命令。

在此特別說明，為了使第5圖上之各流程步驟更加清楚及方便說明，故於流程步驟之內容省略前述各元件、訊號及命令之編號。本發明所提出之永磁馬達直流鏈電壓回升抑制控制模組其抑制能量回充之控制，係以馬達旋轉速度ω _γ 估算永磁馬達之反電動勢後，再將所得之反電動勢直接於控制器940中直接進行補償。

因此，本發明應用於電動載具之永磁馬達直流鏈電壓回升抑制控制模組及控制方法，係以永磁馬達轉速資訊建立最小電流命令曲線以及永磁馬達隨轉速變動之反電動勢，據以規範永磁馬達於各轉速下之最小驅動電流命令，使永磁馬達操作於驅動模式，以避免馬達因下坡、減速及電源再投入所發生之能量回充至直流鏈，藉以穩定直流鏈電壓、避免過電壓保護及降低電瓶衝擊應力。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧電瓶

200‧‧‧穩壓電容

300‧‧‧功率開關元件

400‧‧‧永磁馬達

500‧‧‧電動載具傳動機構

600‧‧‧電動載具驅動輪

700‧‧‧馬達三相電流感測元件

800‧‧‧馬達轉子位置感測元件

900‧‧‧微處理系統

910‧‧‧電流命令產生單元

920‧‧‧行車限制單元

930‧‧‧電流命令限制單元

940‧‧‧控制器

941‧‧‧馬達轉子位置轉換單元

942‧‧‧馬達速度估算單元

943‧‧‧最小電流命令單元

944‧‧‧電流相位超前設定單元

945‧‧‧馬達三相電流命令產生單元

946‧‧‧馬達三相電流控制單元

950‧‧‧脈波寬度調變單元

960‧‧‧錯誤保護單元

970‧‧‧煞車保護單元

980‧‧‧脈波寬度調變禁能單元

I _fb ‧‧‧馬達三相回授電流

θ _p ‧‧‧馬達轉子位置

I _A ‧‧‧馬達電流命令

I _c ‧‧‧行車限制電流命令

‧‧‧原始電流命令

θ _γ ‧‧‧馬達轉子旋轉角度

ω _γ ‧‧‧馬達旋轉速度

‧‧‧轉速限制電流命令

LA‧‧‧電流相位超前角

I ^*‧‧‧馬達三相電流參考命令

V ^*‧‧‧馬達三相輸出電壓命令

S ₁~S ₆‧‧‧功率開關驅動訊號

S _A ‧‧‧油門開度訊號

S _C ‧‧‧行車模式訊號

S _E ‧‧‧錯誤訊號

S _B ‧‧‧煞車訊號

Claims (10)

1. 一種永磁馬達直流鏈電壓回升抑制控制模組，其係應用於一電動載具，該永磁馬達直流鏈電壓回升抑制控制模組包含：一永磁馬達，連接驅動該電動載具；一馬達轉子位置感測元件，其連接該永磁馬達，該馬達轉子位置感測元件用以量測一馬達轉子位置；一馬達三相電流感測元件，其連接該永磁馬達，該馬達三相電流感測元件用以量測一馬達三相回授電流；一電流命令產生單元，該電流命令產生單元用以接收該電動載具之一油門開度訊號並產生對應之一馬達電流命令；一行車限制單元，該行車限制單元用以接收該電動載具之一行車模式訊號並根據內建之一行車模式電流限制曲線而產生對應之一行車限制電流命令；一電流命令限制單元，其連接該電流命令產生單元及該行車限制單元，該電流命令限制單元將該馬達電流命令及該行車限制電流命令處理為一原始電流命令；一控制器，包含：一馬達轉子位置轉換單元，其連接該馬達轉子位置感測元件，該馬達轉子位置轉換單元將該馬達轉子位置處理為一馬達轉子旋轉角度；一馬達速度估算單元，其連接該馬達轉子位置轉換單元，該馬達速度估算單元將該馬達轉子旋轉角度處理為一馬達旋轉速度； 一最小電流命令單元，其連接該馬達速度估算單元及該電流命令限制單元，該最小電流命令單元接收該原始電流命令並根據一最小電流命令曲線將該原始電流命令處理為一轉速限制電流命令；一電流相位超前設定單元，其連接該馬達速度估算單元，該電流相位超前設定單元根據一電流相位超前設定表將該馬達旋轉速度處理為一電流相位超前角；一馬達三相電流命令產生單元，其連接該最小電流命令單元、該電流相位超前設定單元及該馬達轉子位置轉換單元，該馬達三相電流命令產生單元接收該轉速限制電流命令、該電流相位超前角及該馬達轉子旋轉角度而對應產生一馬達三相電流參考命令；以及一馬達三相電流控制單元，其連接該馬達三相電流命令產生單元及該馬達三相電流感測元件，該馬達三相電流控制單元接收該馬達三相電流參考命令及該馬達三相回授電流產生一馬達三相輸出電壓命令；一脈波寬度調變單元，其連接該控制器，該脈波寬度調變單元將該馬達三相輸出電壓命令處理為一功率開關驅動訊號；一功率開關元件，其連接該永磁馬達、該馬達三相電流感測元件及該脈波寬度調變單元，該功率開關元件接收該功率開關驅動訊號控制該永磁馬達；一錯誤保護單元，該錯誤保護單元用以接收該電動載具之一錯誤訊號； 一煞車保護單元，該煞車保護單元用以接收該電動載具之一煞車訊號；以及一脈波寬度調變禁能單元，其連接該錯誤保護單元、該煞車保護單元及該脈波寬度調變單元，該錯誤保護單元及該煞車保護單元分別根據該錯誤訊號及該煞車訊號觸發該脈波寬度調變禁能單元，以控制該脈波寬度調變單元啟閉該功率開關驅動訊號。
2. 如申請專利範圍第1項所述之永磁馬達直流鏈電壓回升抑制控制模組，其中該電流相位超前設定表係依據該電動載具之一行車性能、一電瓶電壓及一行車模式製作而成，該最小電流命令曲線係預先依據該馬達旋轉速度及該電動載具之一行車路阻製作而成。
3. 如申請專利範圍第2項所述之永磁馬達直流鏈電壓回升抑制控制模組，其中該最小電流命令單元更根據該最小電流命令曲線、該電瓶電壓及一馬達溫度產生一最小電流命令表。
4. 一種永磁馬達直流鏈電壓回升抑制控制模組，其係應用於一電動載具，該永磁馬達直流鏈電壓回升抑制控制模組包含：一永磁馬達，連接驅動該電動載具； 一馬達轉子位置感測元件，其連接該永磁馬達，該馬達轉子位置感測元件用以量測一馬達轉子位置；一馬達三相電流感測元件，其連接該永磁馬達，該馬達三相電流感測元件用以量測一馬達三相回授電流；一電流命令產生單元，該電流命令產生單元用以接收該電動載具之一油門開度訊號並產生對應之一馬達電流命令；一行車限制單元，該行車限制單元用以接收該電動載具之一行車模式訊號並根據內建之一行車模式電流限制曲線而產生對應之一行車限制電流命令；一電流命令限制單元，其連接該電流命令產生單元及該行車限制單元，該電流命令限制單元將該馬達電流命令及該行車限制電流命令處理為一原始電流命令；一控制器，包含：一馬達轉子位置轉換單元，其連接該馬達轉子位置感測元件，該馬達轉子位置轉換單元將該馬達轉子位置處理為一馬達轉子旋轉角度；一馬達速度估算單元，其連接該馬達轉子位置轉換單元，該馬達速度估算單元將該馬達轉子旋轉角度處理為一馬達旋轉速度；一電流相位超前設定單元，其連接該馬達速度估算單元，該電流相位超前設定單元根據一電流相位超前設定表將該馬達旋轉速度處理為一電流相位超前角；一馬達三相電流命令產生單元，其連接該電流相位超前設定單元及該馬達轉子位置轉換單元，該馬達三相電流 命令產生單元接收該原始電流命令、該電流相位超前角及該馬達轉子旋轉角度而對應產生一馬達三相電流參考命令；一馬達三相電流控制單元，其連接該馬達三相電流命令產生單元及該馬達三相電流感測元件，該馬達三相電流控制單元接收該馬達三相電流參考命令及該馬達三相回授電流產生一馬達三相控制電壓命令；以及一馬達反電動勢補償單元，其連接該馬達速度估算單元，該馬達反電動勢補償單元根據一馬達反電動勢常數計算該馬達旋轉速度對應之該馬達反電動勢補償電壓命令，且該馬達反電動勢補償電壓命令及該馬達三相控制電壓命令合併為一馬達三相輸出電壓命令；一脈波寬度調變單元，其連接該控制器，該脈波寬度調變單元將該馬達三相輸出電壓命令處理為一功率開關驅動訊號；一功率開關元件，該功率開關元件連接該永磁馬達、該該馬達三相電流感測元件及該脈波寬度調變單元，該功率開關元件接收該功率開關驅動訊號控制該永磁馬達；一錯誤保護單元，該錯誤保護單元用以接收該電動載具之一錯誤訊號；一煞車保護單元，該煞車保護單元用以接收該電動載具之一煞車訊號；以及一脈波寬度調變禁能單元，其連接該錯誤保護單元、該煞車保護單元及該脈波寬度調變單元，該錯誤保護單元及該煞車保護單元分別根據該錯誤訊號及該煞車訊號觸發該脈波 寬度調變禁能單元，以控制該脈波寬度調變單元啟閉該功率開關驅動訊號。
5. 如申請專利範圍第4項所述之永磁馬達直流鏈電壓回升抑制控制模組，其中該電流相位超前設定表係依據該電動載具之一行車性能、一電瓶電壓及一行車模式製作而成。
6. 一種永磁馬達直流鏈電壓回升抑制控制方法，其係應用於一電動載具，該永磁馬達直流鏈電壓回升抑制控制方法包含以下步驟：利用一馬達轉子位置感測元件量測一馬達轉子位置；利用一馬達三相電流感測元件量測一馬達三相回授電流；利用一電流命令產生單元接收該電動載具之一油門開度訊號並產生對應之一馬達電流命令；利用一行車限制單元接收該電動載具之一行車模式訊號並根據內建之一行車模式電流限制曲線而產生對應之一行車限制電流命令；利用一電流命令限制單元將該馬達電流命令及該行車限制電流命令處理為一原始電流命令；利用一馬達轉子位置轉換單元將該馬達轉子位置處理為一馬達旋轉角度； 利用一馬達速度估算單元將該馬達轉子旋轉角度處理為一馬達旋轉速度；利用一最小電流命令單元根據一最小電流命令曲線將該原始電流命令處理為一轉速限制電流命令；利用一電流相位超前設定單元根據一電流相位超前設定表將該馬達旋轉速度處理為一電流相位超前角；利用一馬達三相電流命令產生單元接收該轉速限制電流命令、該電流相位超前角及該馬達轉子旋轉角度而對應產生一馬達三相電流參考命令；利用一馬達三相電流控制單元接收該馬達三相電流參考命令及該馬達三相回授電流產生一馬達三相輸出電壓命令；利用一脈波寬度調變單元將該馬達三相輸出電壓命令處理為一功率開關驅動訊號；以及利用一功率開關元件根據該功率開關驅動訊號驅動該永磁馬達；利用一錯誤保護單元接收該電動載具之一錯誤訊號；利用一煞車保護單元接收該電動載具之一煞車訊號；以及利用一脈波寬度調變禁能單元受該錯誤保護單元及該煞車保護單元分別根據該錯誤訊號及該煞車訊號而觸發，以控制該脈波寬度調變單元啟閉該功率開關驅動訊號。
7. 如申請專利範圍第6項所述之永磁馬達直流鏈電壓回升抑制控制方法，其中該電流相位超前設定表係依據 該電動載具之一行車性能、一電瓶電壓及一行車模式製作而成，該最小電流命令曲線係依據該馬達旋轉速度及該電動載具之一行車路阻製作而成。
8. 如申請專利範圍第7項所述之永磁馬達直流鏈電壓回升抑制控制方法，其步驟更包含利用該最小電流命令單元根據該最小電流命令曲線、該電瓶電壓及一馬達溫度產生一最小電流命令表。
9. 一種永磁馬達直流鏈電壓回升抑制控制方法，其係應用於一電動載具，該永磁馬達直流鏈電壓回升抑制控制方法之步驟包含：利用一馬達轉子位置感測元件量測一馬達轉子位置；利用一馬達三相電流感測元件量測一馬達三相回授電流；利用一電流命令產生單元接收該電動載具之一油門開度訊號並產生對應之一馬達電流命令；利用一行車限制單元接收該電動載具之一行車模式訊號並根據內建之一行車模式電流限制曲線而產生對應之一行車限制電流命令；利用一電流命令限制單元將該馬達電流命令及該行車限制電流命令處理為一原始電流命令；利用一馬達轉子位置轉換單元將該馬達轉子位置處理為一馬達旋轉角度； 利用一馬達速度估算單元將該馬達轉子旋轉角度處理為一馬達旋轉速度；利用一電流相位超前設定單元根據一電流相位超前設定表將該馬達旋轉速度處理為一電流相位超前角；利用一馬達三相電流命令產生單元接收該原始電流命令、該電流相位超前角及該馬達轉子旋轉角度而對應產生一馬達三相電流參考命令；利用一馬達三相電流控制單元接收該馬達三相電流參考命令及該馬達三相回授電流產生一馬達三相控制電壓命令；利用一馬達反電動勢補償單元根據一馬達反電動勢常數計算該馬達旋轉速度對應之一馬達反電動勢補償電壓命令，且該馬達反電動勢補償電壓命令及該馬達三相控制電壓合併為一馬達三相輸出電壓命令；利用一脈波寬度調變單元將該馬達三相輸出電壓命令處理為一功率開關驅動訊號；利用一功率開關單元根據該功率開關驅動訊號驅動該永磁馬達；利用一錯誤保護單元接收該電動載具之一錯誤訊號；利用一煞車保護單元接收該電動載具之一煞車訊號；以及利用一脈波寬度調變禁能單元受該錯誤保護單元及該煞車保護單元分別根據該錯誤訊號及該煞車訊號而觸發，以控制該脈波寬度調變單元啟閉該功率開關驅動訊號。
10. 如申請專利範圍第9項所述之永磁馬達直流鏈電壓回升抑制控制方法，其中該電流相位超前設定表係依據該電動載具之一行車性能、一電瓶電壓及一行車模式製作而成。