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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:陳林熖
研究生(外文):Chen,Lin-Yan
論文名稱:電動輔助自行車調速及動能回收系統之研製
論文名稱(外文):Design Of The Velocity Controller And Energy Recycle System For Electric Bicycles
指導教授:陶金旺
指導教授(外文):Tao,Chin-Wang
口試委員:李永勳莊鎮嘉黃義盛黃旭志
口試委員(外文):Lee,Yuang-ShungChuang,Chen-ChiaHuang,Yi-ShengHuang, Hsu-Chih
口試日期:2012-06-28
學位類別:碩士
校院名稱:國立宜蘭大學
系所名稱:電機資訊學院碩士在職專班
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:93
中文關鍵詞:電動自行車動能回收再生煞車無刷直流馬達
外文關鍵詞:electric bicyclekinetic energy recycleregenerative brakingbrushless DC motor
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本論文主要針對電動輔助自行車常用的無刷直流馬達,研製一具有調速及過速動能回收功能的綠能再生系統。本文提出的方法,是在不需更換原無刷馬達驅動器(inverter)及控制器的情況下,於直流電源供應側加入一雙向電壓轉換系統來調控車速,並且透過此系統,將人力踩踏或下坡時所產生的過速動能,轉換成電能,回存至蓄電池端。最後,將此再生系統,加入一般市售的電動腳踏車中應用,並且進行整合測試,由測試結果驗證此系統之正確性與可行性。
The aim of this thesis is to develop a green energy recycle system for an electric bicycle. A bidirectional converter is designed to adjust the speed and to recycle the over–speed kinetic energy. Without changing the commercial electric bicycle system, the proposed converter can be easily applied. The correctness and feasibility is verified by the experiments with the designed bidirectional converter added on the electric bicycle GIANT-Lafree 432.
誌 謝 I
摘 要 II
Abstract III
目 錄 IV
圖目錄 IX
表目錄 XIII

第一章 諸論
1.1 研究動機 1
1.2 系統架構 2
1.3 本文大綱 5

第二章 無刷直流馬達
2.1 前言 6
2.2 無刷直流馬達之優點 6
2.3 無刷直流馬達機械結構介紹 7
2.3.1 轉子(Rotor) 8
2.3.2 定子(Stator) 8
2.4 無刷直流馬達數學模型 10
2.5 轉子位置檢測 12
2.5.1 有感式轉子位置檢測 12
2.5.2 無感式轉子位置檢測 13

第三章 無刷直流馬達-驅動器(inverter)
3.1 前言 14
3.2 驅動器基本架構介紹 14
3.3 六步方波驅動 15
3.4 轉速調變分析 21
3.5 動能回充分析 23
3.5.1 正常調速驅動模式 23
3.5.2 動能回充驅動模式 24

第四章 DC-DC電壓轉換器(converter)
4.1 前言 27
4.2 DC-DC 轉換器控制原理 27
4.3 降壓式轉換器(Buck converter)分析 30
4.3.1 電壓與電流的關係分析 31
4.3.2 當降壓式轉換器操作於穩態之特性 32
4.3.3 降壓式轉換器分析前之假設 32
4.3.4 開關閉合之分析 33
4.3.5 開關打開時合之分析 34
4.3.6 輸出電壓之分析 35
4.3.7 連續電流操作下所需之最小電感值分析 35
4.3.8 輸出電壓漣波分析 37
4.3.9 設計考量 39
4.4 升壓式轉換器(Boost converter)分析 40
4.4.1 電壓與電流關係分析前之假設 40
4.4.2 開關閉合時分析 41
4.4.3 開關打開時分析 41
4.4.4 輸出電壓之分析 42
4.4.5 電感器電流平均值分析 43
4.4.6 連續電流操作下所需之最小電感值分析 44
4.4.7 輸出電壓漣波分析 46

第五章 調速及過速動能回收系統
5.1 前言 47
5.2 系統之電力電路分析與設計 47
5.2.1 設計概念 47
5.2.2 調速電路分析 48
5.2.3 動能回收電路分析 49
5.3.4 調速及動能回收系統電力電路 51
5.3.5 調速及動能回收系統之能量流 51
5.4 控制器之設計 52
5.4.1 控制構想 52
5.4.2 控制策略 53
5.5 調速及過速動能回收系統硬體電路之研製 57
5.5.1 規格訂定與電力電路元件參數的選擇 58
5.5.2 MOSFET開關元件 59
5.5.3 PWM控制電路之設計 59
5.5.4 系統硬體電路 61
5.5.5 電路板製作 62
5.5.6 實際完成硬體電路 63

第六章 系統整合與實測結果
6.1 系統整合 65
6.2 系統測試 66
6.2.1 調速功能測試 66
6.2.3 過速動能回收功能測試 68
6.2.2 過速動能回收功能-動態道路行駛測試 70

第七章 結論及未來研究方向
7.1 結論 73
7.2 未來研究方向 73

參考文獻 74

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[2] 電動腳踏車規格。民國100年11月,取自:美利達工業股份有限公司 http://www.merida.tw/
[3] 電動腳踏車規格。民國100年11月,取自:必翔實業股份有限公司 http://www.pihsiang.com.tw/
[4] 電動腳踏車規格。民國100年11月,取自:東庚企業股份有限公司 http://www.db-life.com/
[5] 電動腳踏車規格。民國100年11月,取自:省多力實業有限公司 http://www.sdl.tw.ttnet.net/
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[8] Yen-Shin Lai and Yong-Kai Lin, “A Unified Approach to Zero-Crossing Point Detection of Back EMF for Brushless DC Motor Drives without Current and Hall Sensors,” IEEE Trans. on Power Electronics, vol. 26, no. 6, pp.1704-1713, June 2011.
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[11] V. Gradinaru, L. Tutelea, and I. Boldea, “25 kW, 15 krpm, 6/4 PMSM: Optimal design and torque pulsation reduction via FEM”, IEEE Optimization of Electrical and Electronic Equipment (OPTIM), 2008 11th International Conference, pp.249–256, May 2008.
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[14]J. Shao, D. Nolan, M. Teissier, and D. Swanson, “A novel microcontroller-based sensorless brushless DC (BLDC) motor drive for automotive fuel pumps,” IEEE Trans. on Industry Applications, vol. 39, no. 6, November/December 2003.
[15] 江炫樟,電力電子學,全華圖書,第三版,2003.
[16] 王順忠,電力電子學,東華書局,1998.
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