以電輔車而言,電機馬達當然是重點,但是無刷馬達控制器更是重點中的靈魂,只要這個控制器稍微有個問題,就會讓您頭痛欲裂,整台車沒有電控,比不上單純的腳踏車,又大又笨重,習慣了騎電輔單車後,實在很受不了電控出問題的日子。記得有次出門騎車,車子騎到東豐自行車道入口後,突然電力歸零,沒有電動輔助後,立即想到回家,但是從東豐自行車道騎回到台中松竹路,雖然是下坡路程,16.7公里的路程也騎得我雙腿痠痛。
電輔車的電機馬達,從早期的有刷馬達,後來進化到無刷電機馬達,目前更進化成有齒輪無刷馬達,同樣的所使用的控制也是從有刷馬達控制器,方波無刷馬達控制器,正弦波無刷馬達控制器,矢量正弦波三模無刷馬達控制器一路進化著。
以下的無刷馬達控制器說明是從對岸的電子論壇上複製過來的,參考一下:
一、簡介
無刷直流電機是在有刷直流電動機的基礎上發展起來的,具有無極調速、調速規模廣、超載能力強、線性度好、壽命長、體積小、重量輕、出力大等長處,處理了有刷電機存在的一系列問題,廣泛使用於工業設備、儀器儀錶、家用電器、機器人、醫療設備等各個領域。因為無刷電機沒有電刷進行主動換向,因而需求運用電子換向器進行換向。無刷直流電機驅動器完成的便是這個電子換向器的功用。
二、主流的無刷電機控制方法
目前主要有三種:FOC(又稱為向量控制、磁場定向控制)、方波控制(也稱為梯形波控制、120°控制、六步換向控制)和電壓正弦波控制。那麼這3種控制方法都各有什麼優缺陷呢?
1. 方波控制
方波控制運用霍爾感測器或者無感估算演算法取得電機轉子的位置,然後依據轉子的位置在360°的電氣週期內,進行6次換向(每60°換向一次)。每個換向方位電機輸出特定方向的力,因而可以說方波控制的位置精度是電氣60°。因為在這種方法控制下,電機的相電流波形接近方波,所以稱為方波控制。
方波控制方法的長處是控制演算法簡單、硬體成本較低,運用功能普通的控制器便能取得較高的電機轉速;缺陷是轉矩脈動大、存在必定的電流雜訊、功率達不到最大值。方波操控適用於對電機滾動功能要求不高的場合。 如下圖一所示為方波控制的電流波形:

2. 一般正弦波控制
一般正弦波控制方法運用的是SVPWM波,輸出的是3相正弦波電壓,理論上相應的電流也是正弦波電流,但是因為沒有對電流進行控制,所以電流波形並不一定是真正的正弦波。這種方法沒有方波控制換向的概念,或許以為一個電氣週期內進行了無限多次的換向。顯然,一般正弦波控制比較方波控制,其轉矩脈動較小,電流諧波少,控制起來感覺比較“細膩”,可是對控制器的功能要求稍高於方波控制,而且電機功率不能發揮到最大值。 如下圖二所示為一般正弦控制時對應的電流波形及調製波波形(馬鞍波)。

3. FOC控制
正弦波控制完成了電壓向量的控制,可是無法控制電流的方向。FOC控制方法可以認為是正弦波控制的升級版別,完成了電流向量的控制,也即完成了電機定子磁場的向量控制。
因為控制了電機定子磁場的方向,所以可以使電機定子磁場與轉子磁場時間保持在90°,完成必定電流下的最大轉矩輸出。FOC控制方法的長處是:轉矩脈動小、功率高、雜訊小、動態響應快;缺陷是:硬體成本較高、對控制器功能有較高要求,電機參數需匹配。 下圖三所示為FOC控制時電機的相電流波形。

三、更適合未來的FOC控制
FOC是現在無刷直流電機(BLDC)和永磁同步電機(PMSM)高效控制的最佳選擇。FOC精確地控制磁場方向,使得電機轉矩平穩、雜訊小、功率高,而且具有高速的動態回應。因為FOC的優勢顯著,現在已在許多使用上逐步代替傳統的控制方法,在運動控制職業中備受矚目,例如伺服控制領域。
FOC依照電機有無感測器來區分可以分為有感測器FOC和無感測器FOC。
關於有感測器FOC,因為電機的感測器(一般為霍爾感測器或編碼器等)能反應電機轉子的位置資訊,因而在控制中可以不運用位置估算演算法,控制起來相對無感測器FOC簡單,可是對帶感測器的電機使用來說,往往對控制功能要求較高。
關於無感測器FOC,因為電機不帶任何感測器,因而不能通過簡單讀取感測器的測量值來得到電機轉子的位置資訊,所以在控制中需求通過收集電機相電流,運用位置估算演算法來獲取轉子位置。雖然無感FOC的控制難度較大,可是它可以防止感測器損壞的危險,而且省去了感測器的本錢,一起簡化了電機與驅動板之間的佈線。
以上的說明,文字是繁體中文,但坦白說有些地方有看沒有很清楚,這種控制器使用的是 功率FET 做電機三相輸出功率控制,應該只是控制軟體的不同,但寫得好像要增加很多硬體零件似的,當然是多要錢。我記得早期的汽車電腦噴射控制電腦是 8 位元的,市區開車 10公里/升,但現在汽車電腦噴射控制電腦是 32,64 位元的,市區開車也是 10公里/升,市區大部分時間開車都是差不多,有差別的只是高速公路行駛,這樣有差嗎?
目前使用上覺得除了有齒輪的電機馬達使用早期的方波控制器會卡頓,但換上正弦波控制器後,就不會卡頓,這樣差別最大。所謂的 矢量FOC正弦波控制器 還沒有買過來測試過,說不出好壞。目前網路賣場上的規格很亂,說明也很亂,價錢更亂,只憑一張圖片就在賣產品的賣家很多,一問下去什麼資料也沒有,電氣規格也沒有,產品特性不清楚,這樣也在賣貨品?或許等日後狀況比較明確再買來測試一下。
現在網路賣場上,所謂 三模正弦波控制器,就是 1.正弦波 2.方波 3.無霍爾元件(損壞)都可正常工作的無刷電機控制器,但是這裡有個重點,當正弦波控制器您的電機馬達內部的霍爾相位感測元件 正常時,控制器輸出正弦波電流電機馬達靜音,但當您的霍爾零件壞了,控制器輸出方波電流,同時電機馬達不靜音。
個人的使用經驗,廠牌 科頤諾 三模控正弦波控制器使用在2個新品電機馬達時,連接上霍爾感測器的 5 pin 連接頭,輸出都很正常。但我還有一個舊的前驅電機馬達,當連接上霍爾5pin連接頭時,整個當掉,電機馬達不轉了,但是單獨將這個霍爾5pin連接頭拆掉後,在無霍爾狀態下電機馬達的控制變得正常,除了電輔車騎乘時,油門把手轉動時電機馬達會有聲音(不是齒輪聲音)外,也不會卡頓,表現的都很正常,所以我也懶得去修理這個前驅電機馬達的霍爾感測元件。

網路賣場上查詢到的圖片,但賣場上名稱還是正弦波控制器,究竟在賣什麼? 大概賣家不知道,買家我當然就更不清楚。
無刷馬達控制器維修 ( 4 月份時的維修紀錄)

















































































































































