專利名稱：馬達(dá)/發(fā)電機(jī)一體式的雙向交/直流轉(zhuǎn)換電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是為一種馬達(dá)/發(fā)電機(jī)一體式的雙向交/直流轉(zhuǎn)換電路，尤指一種配合程控功率晶體管導(dǎo)通路徑，達(dá)到轉(zhuǎn)矩可控、加速、起動(dòng)、定電流充電、定電壓充電及脈沖充電等功能的雙向交/直流轉(zhuǎn)換的一體式電路，以應(yīng)用于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力載具、電動(dòng)載具及混合式電動(dòng)載具。
背景技術(shù)：
目前市面上習(xí)用的內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力載具的起動(dòng)系統(tǒng)及充電系統(tǒng)分別由一起動(dòng)馬達(dá)及發(fā)電機(jī)組成。但由于起動(dòng)馬達(dá)及發(fā)電機(jī)為分開(kāi)作動(dòng)，而需各別的硬件控制電路，如此，會(huì)造成載具有著成本高及系統(tǒng)復(fù)雜、體積大及重量大等缺點(diǎn)。因此，較理想狀況則是能夠?qū)ⅠR達(dá)及發(fā)電機(jī)予以結(jié)合，則能有效簡(jiǎn)化系統(tǒng)，并降低系統(tǒng)的體積、重量，進(jìn)而達(dá)到降低成本的效益。
由于將馬達(dá)及發(fā)電機(jī)整合為一體式架構(gòu)，則其配合電路則需具有雙向功率傳輸?shù)墓δ埽硗庠O(shè)計(jì)一雙向交/直流轉(zhuǎn)換電路。如此，亦可改進(jìn)目前習(xí)用起動(dòng)電路及充電電路為獨(dú)立的硬件電路，造成體積及重量無(wú)法有效降低的缺點(diǎn)。此外，習(xí)用的充電電路為定電壓的方式，不但充電時(shí)間長(zhǎng)，且電瓶溫度容易上升，無(wú)法達(dá)成雙向充電或脈沖充電等快速充的功能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是提供一種應(yīng)用于一體式馬達(dá)/發(fā)電機(jī)架構(gòu)的雙向交/直流轉(zhuǎn)換電路，以替代習(xí)用的獨(dú)立電路，并可依不同的載具設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)交、直流馬達(dá)，進(jìn)行起動(dòng)及加速控制使載具前進(jìn)外，亦可在載具的行進(jìn)過(guò)程中，依電瓶的狀態(tài)，進(jìn)行不同速率的充電模式，使電瓶在不同狀態(tài)樣皆可迅速充飽電。
欲達(dá)上述目的所使用的主要技術(shù)手段，是令雙向交/直流轉(zhuǎn)換電路主要包含有一數(shù)字控制邏輯單元，是為轉(zhuǎn)換電路的控制核心，以接受一中央控制單元的命令，改變功率晶體管導(dǎo)通的路徑，進(jìn)而達(dá)到控制電流流經(jīng)電樞的大小的方向；
一功率組件電路單元，是由功率組件及電容組成，用以提供電樞電流的路徑，并調(diào)節(jié)電流的大小，其中電容器負(fù)責(zé)在起動(dòng)、加速、定電流充電及定電流充電時(shí)使用；上述雙向交/直流轉(zhuǎn)換電路的電樞電流的大小及方向?yàn)榭煽兀虼?，此可達(dá)到控制轉(zhuǎn)矩使馬達(dá)加速、起動(dòng)，而發(fā)電機(jī)可做定電流充電，定電壓充電及脈沖充電等功能，對(duì)直流電瓶作快速充電。


圖1是本發(fā)明電路的系統(tǒng)架構(gòu)圖。
圖2是本發(fā)明于驅(qū)動(dòng)馬達(dá)時(shí)的反電動(dòng)勢(shì)與激磁電流的示意圖。
圖3是本發(fā)明于發(fā)電機(jī)充電時(shí)的反電動(dòng)勢(shì)與充電電流的示意圖。
圖4是本發(fā)明于的功率組件與電瓶的結(jié)線示意圖。
圖5是本發(fā)明部份驅(qū)動(dòng)電路與直流電瓶構(gòu)成放電回路的示意圖。
圖6是本發(fā)明部份驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成續(xù)流，調(diào)節(jié)放電回路的示意圖。
圖7是本發(fā)明部份驅(qū)動(dòng)電路與直流電瓶構(gòu)成充電回路的示意圖。
圖8是本發(fā)明部份驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成蓄流，調(diào)節(jié)充電回路的示意圖。
圖9是本發(fā)明直流電瓶對(duì)應(yīng)圖7充電電流波形，及電壓波形。
圖10是本發(fā)明于脈沖充電下的電樞電流波形。
圖11是本發(fā)明于脈沖充電下的等效電路圖。
圖12是本發(fā)明于脈沖充電下的電瓶充電電流波形。
附圖中10-雙向交/直流轉(zhuǎn)換電路11-數(shù)字控制邏輯單元12-功率組件電路單元20-直流電瓶具體實(shí)施方式
本發(fā)明是為一種以程控功率晶體管導(dǎo)通路徑，達(dá)到可起動(dòng)載具、可加減速、可定電流充電、定電壓充電及脈沖充電等功能的雙向交/直流轉(zhuǎn)換的一體式功率轉(zhuǎn)換電路。
首先請(qǐng)參閱圖1所示，本發(fā)明主要是由一中央控制單元11及一功率組件電路單元12組成。其中該功率組件電路單元12是由功率組件及電容構(gòu)成，并供一直流電瓶20連接，以提供電樞電流的路徑，并調(diào)節(jié)電流的大小，該電容器在起動(dòng)、加速、定電流充電及定電壓充電時(shí)使用。而數(shù)字控制邏輯單元11的中央控單元?jiǎng)t是用以控制改變功率組件電路單元12的功率晶體管導(dǎo)通路徑，進(jìn)而控制電流流經(jīng)電樞的大小及方向，如圖2及圖3所示，分別為各線圈反電動(dòng)勢(shì)、激磁電流及充電電流的波形圖。由于電樞電流的大小及方向?yàn)榭煽?，藉此可達(dá)到控制轉(zhuǎn)矩使馬達(dá)加速、起動(dòng)，發(fā)電機(jī)可做定電流充電，定電壓充電及脈沖充電等功能。
再請(qǐng)參閱圖4所示，是為本發(fā)明的功率組件電路單元的一較佳實(shí)施例，是應(yīng)用于三相交流馬達(dá)載具的驅(qū)動(dòng)電路10，其包含有三組晶體管對(duì)(Q1/Q2)(Q3/Q4)(Q5/Q6)，各組晶體管對(duì)是由兩個(gè)串聯(lián)晶體管組成，又，各晶體管對(duì)的兩端分別連接至直流電瓶20的正、負(fù)極，而各晶體管對(duì)(Q1/Q2)(Q3/Q4)(Q5/Q6)的串聯(lián)節(jié)點(diǎn)則連接至對(duì)應(yīng)的線圈的一端，而三線圈的另一端則連接至該數(shù)字控制邏輯單元11；其中各功率晶體管可為MOS、IGBT或BJT晶體管；六飛輪二極管(D1~D6)，是各別逆向連接于各晶體管(Q1~Q6)上；及一儲(chǔ)存電容C，是設(shè)于直流電瓶20的正、負(fù)端子之間。
為方便說(shuō)明本發(fā)明的電路動(dòng)作，是以兩組晶體管對(duì)(Q1/Q2)(Q3/Q4)進(jìn)行說(shuō)明，請(qǐng)參閱圖5所示由于晶體管對(duì)(Q1/Q2)(Q3/Q4)(Q5/Q6)的串聯(lián)節(jié)點(diǎn)與馬達(dá)M內(nèi)的三相線圈連接，故藉由控制各晶體管對(duì)(Q1/Q2)(Q3/Q4)(Q5/Q6)的導(dǎo)通與否，令其中特定線圈通入驅(qū)動(dòng)電流。如欲驅(qū)動(dòng)馬達(dá)使其加速或起動(dòng)，可使馬達(dá)線圈是以一電感La及電阻Ra的等效電路表示的激磁，即，可控制其中兩組晶體管對(duì)(Q1/Q2)(Q3/Q4)的各一晶體管(Q1/Q4)導(dǎo)通，使其與直流電瓶20構(gòu)成放電回路，即一放電激磁電流IR會(huì)由直流電瓶20依序流經(jīng)晶體管Q1及線圈等效電路。由于放電電流流經(jīng)線圈等效電路時(shí)，因?yàn)榈刃щ娐返碾姼薪M件La會(huì)儲(chǔ)存電能Eab，故如圖6所示晶體管Q1與二極管D3可構(gòu)成回路，可使電流維持連續(xù)，達(dá)到調(diào)節(jié)電流的功能。
請(qǐng)?jiān)賲㈤唸D7所示，為上述的功率組件電路單元實(shí)施例的另一種充、放回路的構(gòu)成方式，具有達(dá)到定電流充電、定電壓充電的功能。即(仍以兩晶體管對(duì)(Q1/Q2)(Q3/Q4)說(shuō)明之)，當(dāng)發(fā)電機(jī)在一定轉(zhuǎn)速內(nèi)輸出電壓時(shí)，控制其中一晶體管Q1導(dǎo)通，以與直流電瓶20構(gòu)成充電回路，即直流電瓶20的充電電流IR會(huì)經(jīng)過(guò)導(dǎo)通晶體管Q1、另一晶體管對(duì)的晶體管Q4的逆向飛輪二極管D4。請(qǐng)?jiān)倥浜蠄D8所示，是可控制與充電回路中導(dǎo)通晶體管Q2連接的另一晶體管Q4的逆向飛輪二極管D4導(dǎo)通，使得線圈等效電路與直流電瓶20構(gòu)成一個(gè)蓄能充電回路，以將反電動(dòng)勢(shì)Eab透過(guò)導(dǎo)通的晶體管Q2，進(jìn)行電樞蓄能，儲(chǔ)存電磁能。請(qǐng)配合圖9所示，是為三相線圈(La)(Lb)(LC)在馬達(dá)為發(fā)電機(jī)狀態(tài)下，量測(cè)而得的電壓波形，由圖式可知，藉由本發(fā)明設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路10，可提供定電壓作為充電電源，不會(huì)對(duì)直流電瓶造成損壞，定電流亦同。
由于馬達(dá)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，三組晶體管對(duì)的晶體管需順序地交替啟/閉。是以，前述的充、放電回路會(huì)持續(xù)交替進(jìn)行。而觀察各線圈輸出的反電動(dòng)勢(shì)會(huì)構(gòu)成一交流波形，如圖3的實(shí)線所示。而在同一個(gè)時(shí)間內(nèi)，馬達(dá)的任二個(gè)線圈的反電動(dòng)勢(shì)會(huì)分別處于一正、一負(fù)電壓，透過(guò)電感蓄能而提供該直流電瓶一足夠大的定電壓電源。如圖10所示，當(dāng)馬達(dá)處于發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下的電樞電流，在電流下降緣處，即代表下一周期換相即將的開(kāi)始，而此時(shí)直流電瓶即開(kāi)始充電，因此若將原電容去除如圖11所示，將可形成一種脈沖充電波形，如圖12所示，此種脈沖充電即可令直流電瓶達(dá)到快速充電的效果。
綜上所述，本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)電路不但可驅(qū)動(dòng)載具的馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)，亦能有效地將馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)三相線圈產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)作為直流電瓶的充電電源，又，該反電動(dòng)勢(shì)為一定電壓，而在馬達(dá)換相時(shí)，能利用本電路隨時(shí)對(duì)直流電瓶進(jìn)行不同的充電策略，藉此，本發(fā)明可有效地延緩電動(dòng)載具直流電瓶的電量下降，增加載具的蓄航力。
為此，本發(fā)明符合發(fā)明專利的產(chǎn)業(yè)上利用性、新穎性及進(jìn)步性等專利要件，爰依法具文提出申請(qǐng)。
權(quán)利要求
1.一種馬達(dá)/發(fā)電機(jī)一體式的雙向交/直流轉(zhuǎn)換電路，其特征在于，是包含有一功率組件電路單元，由功率組件及電容構(gòu)成，并供一直流電瓶連接，以提供電樞電流的路徑，并調(diào)節(jié)電流的大小，該電容器在起動(dòng)、加速、定電流充電及定電壓充電時(shí)使用；一數(shù)字控制邏輯單元，是包含一控制改變功率組件電路單元的功率晶體管導(dǎo)通路徑的數(shù)字控制邏輯單元，以控制電流流經(jīng)電樞的大小的方向；上述數(shù)字控制邏輯單元是藉由功率組件電路單元控制電樞電流的大小及方向，以控制轉(zhuǎn)矩使馬達(dá)加速、起動(dòng)，并使發(fā)電機(jī)對(duì)直流電瓶進(jìn)行定電流充電，定電壓充電及脈沖充電作用。
2.如權(quán)利要求第1項(xiàng)所述可對(duì)直流電瓶回充電源的電動(dòng)載具馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，是主要由三組晶體管對(duì)及六輪飛二極管組成，各組晶體管對(duì)是由兩個(gè)串聯(lián)晶體管組成，又，各晶體管對(duì)的兩端分別連接至一直流電瓶的正、負(fù)極，而各晶體管對(duì)的串聯(lián)節(jié)點(diǎn)則連接至對(duì)應(yīng)的線圈的一端，而三線圈的另一端則連接至該數(shù)字控制邏輯單元；而各飛輪二極管是逆向連接于各晶體管間。
3.如權(quán)利要求第1項(xiàng)所述可對(duì)直流電瓶回充電源的電動(dòng)載具馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，進(jìn)一步包含有一儲(chǔ)存電容，是設(shè)于直流電瓶的正、負(fù)端子之間。
4.如權(quán)利要求第1、2或3項(xiàng)所述可對(duì)電動(dòng)載具馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，各晶體管是為MOS功率晶體管。
5.如權(quán)利要求第1、2或3項(xiàng)所述可對(duì)電動(dòng)載具馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，各晶體管是為IGBT功率晶體管。
6.如權(quán)利要求第1、2或3項(xiàng)所述可對(duì)電動(dòng)載具馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，各晶體管是為BJT功率晶體管。
全文摘要
本發(fā)明是一種馬達(dá)/發(fā)電機(jī)一體式的雙向交/直流轉(zhuǎn)換電路，是用以將直流電能輸入至交/直流馬達(dá)，做為加速或起動(dòng)電能的用，亦可將交、直流發(fā)電機(jī)的電能回充至直流電瓶進(jìn)行充電；其中本發(fā)明是以數(shù)字信號(hào)處理器改變功率晶體管導(dǎo)通路徑及電壓、電流回授電路，使得本發(fā)明具有變轉(zhuǎn)矩加速、起動(dòng)、定電流充電、定電壓充電及脈沖充電等功能；是以，本發(fā)明以最精簡(jiǎn)的單一硬件電路，配合程序，達(dá)到雙向交/直流轉(zhuǎn)換電路的多項(xiàng)功能，達(dá)到降低體積、重量及成本，并提升系統(tǒng)可靠度及效率。
文檔編號(hào)H02P7/00GK1630181SQ20031012150
公開(kāi)日2005年6月22日 申請(qǐng)日期2003年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月16日
發(fā)明者蔡明祺, 陳正虎, 林瑞禮, 王明賢 申請(qǐng)人:基益企業(yè)股份有限公司