Yamaha EC-03 復活記二:原廠控制器更換
上次經過一番努力把電車的大牌領到了，接下來就要處理上坡無力的這個問題，因為原廠的系統有鎖電池，非原廠電池上車之後就是這個樣子，我們也沒那功夫去破解原廠的控制系統，所以最簡單的方式就是把整套原廠的控制系統換掉，只沿用原車的電機還有車架等等，為了要進行這個改裝所以在日本Y拍買了原廠的維修手冊還有零件目錄如下:
所以打定主意之後就開始拆車，首先要把原車的輪鼓電機拆下來，因為原廠的控制器是做在輪鼓電機的旁邊，拆車沒有什麼學問，先把輪胎拆掉，後擋泥板拆掉，後煞車線拆掉，鼓煞的煞車皮拆掉，輪鼓電機的側蓋就可以拆下來，拆下來就可以看到永磁的轉子，最後為了方便測試把整個輪鼓電機的總成由車架上拆下來，細節就不講了，下面就是拆下來的電機總成:
因為我們要把原廠控制器的模組拆掉，還有要測試原本電機上的霍爾感應器因此必須要把永磁的轉子先拆下來，這個部分有點小竅門，因為這個永磁的轉子磁力很強，單要靠手的力量是沒有辦法把轉子拔起來的，看了原廠的維修手冊有寫要拿一個螺紋長度大於2CM的M8螺絲插入中心孔，然後順時針轉動，整個永磁轉子就會被舉升上來，等到高度夠高之後磁力就會減弱，這時候才能用手把轉子取下來，而這個M8的螺絲在電機總成的固定螺絲就有兩根黑色的M8螺絲是符合這個要求的，因此直接拿來用就可以，請看下面的照片:
到這邊要先跳一下，先把直流無刷電機的相關知識做個簡單的說明，要不然接下來的動作大家會看不懂，Youtube 上有非常多的短片，大家可以上去搜尋一下，下面是一個我覺得講得還不錯的，可以看一下建立一些基礎的觀念:
https://www.youtube.com/watch?v=bCEiOnuODac
其實BLDC的控制方式有很多種，有分為有感應器(通常使用霍爾感應器)及無感應器兩大類，在電動摩托車的應用領域，這兩種方式都有人用，不過無感應器的方式在電機啟動的瞬間會比較不順暢，因此大多數的電動車控制器還是會建議要有感應器會比較好，有感應器是為了正確的感應永磁轉子的位置，搭配控制器做正確的切換動作，如此才能夠讓電機正確的運轉，上面的短片用來說明的是個簡化的模型，所以只有一組永磁的磁鐵在轉子上，定子也只有三組線圈，因此要感應轉子的位置只需要在線圈與線圈之間的空隙當中相間隔60度或是120度的位置安放霍爾感應器就可以，至於要選60度或是120度則與控制器的軟體有關係，因為感應器擺放的位置不同，轉子在相同位置讀回地的訊號會有差異，不過都可以用來判斷轉子的位置，也許有人會問如果不要選60度或是120度來放感應器是否可以，理論上應該要怎麼放都可以，但重點是要能夠正確的感應轉子的位置，讓控制器可以在對的時間做切換的動作，不選60度或120度，控制器的軟體應該會比較難寫，實際上我們用在電動摩托車的BLDC複雜度會遠比上面短片中用來說明的模型複雜，定子線圈不會只有三組，永磁轉子也不會只有一組，因此霍爾感應器要如何正確地放對位置就非常重要，下面有一個短片有點意思，這個原作是把汽車的發電機修改之後拿來做直流無刷電機 BLDC使用，因為發電機原本是沒有霍爾感應器的，因此要如何正確地把霍爾感應器放對地方就是他的挑戰，我建議大家先耐心把這段看完:
https://www.youtube.com/watch?v=rQy-hIMY__A
這位原作他在前半段用的就是無感應器的控制方式，其實無感應器只是利用沒通電的那一組線圈上的自感電壓來做控制，所以才能感應轉子的位置，只是相較有感應器的方式還是會多少有一點限制，影片中有特別把60度及120度擺放的霍爾感應器的波形畫出來，這個對於我們之後要判斷原廠EC-03的輪鼓電機它上面原本的霍爾是那一種也很重要，所以我先截圖PO上來說明一下:
大家可以看到在60度擺放的感應器會有000及 111的輸出，而120度擺放的感應器並不會有這種組合的輸出，這個對於我們要判斷EC-03原廠是用哪種方式是個重要的判斷依據，之後會用到，另外一個重點在他的短片中有提到如何計算霍爾感應器擺放的角度，他提到的文件我把Link 也PO在下面:
http://mitrocketscience.blogspot.com/2011/08/hall-effect-sensor-placement-for.html
我們等一下會用這篇文章內的公式來計算EC-03的輪鼓電機霍爾感應器要如何來擺放。
好了跳tone的部分告一段落，我們再拉回EC-03的部分，首先把原廠的控制器先拆掉，這樣我們才能夠量側霍爾感應器及直接送訊號控制馬達，請看下面照片:
原廠控制器拔掉之後就可以把原廠的霍爾感應器線路板輸出拉出來，我們先接到一個霍爾感應器的檢測儀器先看一下，我們要用的是這個，大陸叫修車寶，請看下面照片:
線接好了之後，把轉子放線圈上，用手轉動轉子，在上面的儀器就可以看到三組霍爾感應器的輸出，看Ha,Hb,Hc 這三顆燈，看完之後判斷原廠是60度的方式來擺放霍爾感應器，很抱歉這段測試的時候忘了拍Video，只能文字敘述，不過我買的控制器只能支援120度的感應器擺放方式，因此我們需要對原本的霍爾感應器的擺放方式做一下修改，這時候就需要用到上面那篇文章的公式來計算:
先講一下這個原廠輪鼓電機的參數:
18 Slot (其中有三個Slot 是空的，就是放霍爾感應器PCB的那個區域), s:number of slot, s=18
12 Pole, 也就是6個PP
公式1: 360mdeg/PP=n,à360/6=60 mdeg per erot, n=60
公式2: 360mdegree/(3XPP)=m,à360/(3*6)=20 mdeg per 120 edeg (霍爾是120度配置間隔20度), m=20
公式2’: 360mdegree/(6XPP)=m,à360/(6*6)=10 mdeg per 60 edeg (霍爾是60度配置間隔10度)
公式3: 360mdeg/s=x,à360/18=20 mdeg per slot , x=20
公式4: ((m*i)/x)=#, à((20*1)/20)=1 number of slots between hall effect sensors, #=1
依上述計算公式，我們選用120度的霍爾擺放方式，霍爾與霍爾之間的角度差異是20度，如果用定子線圈的槽數來計算的話是間隔一個槽。
下面我們就用量角器把20度角的角度差畫在紙上然後與目前的霍爾感應器比對一下，請看下面照片:
由上面照片可以更加確定原廠的霍爾擺放方式是60度，因為霍爾之間的間隔是10度角，為了解決這個問題，所以我們手工焊接了一塊120角度擺放方式的霍爾感應PCB，霍爾與霍爾之間的夾角為20度，另外特別說明一下我焊接的這一塊PCB上的霍爾感應器由左邊數過來第一個的位置與原廠第一個的位置是相同的，第二個霍爾感應器的位置與原廠第三個的位置是相同的，第三個才是用角度的差異去推算出來的，至於為什麼要這樣做後面會再詳細說明，PCB焊接好之後照片如下:
霍爾感應器先用修車寶檢查一下看看動作是否正常，測試影片如下:
霍爾測完之後當然就是要來測試一下，看接了控制器之後是否可以正常運作，請看下面測試的照片:
左上方的BOX是個配相的輔助儀器，這樣要由36種組合當中選出正確的組合會比較快速，不過運氣還不錯，第一次接的方式就是正確的方式，所以這個儀器沒有派上用場，測完這個輪鼓電機搭配我買的這個控制器功能正常，轉速也可以由電門控制，心理面的大石頭放下一大半，接下來說明一下那個霍爾感應器的位置問題，由上面的公式計算這三個霍爾感應器之間應該是正好一個線圈大小的間隔，可是眼尖的讀者應該可以感覺目前這三個感應器的位置應該是沒有完全對齊線圈與線圈之間的間隙，沒錯! 這部分可以看下面的照片:
因為這個電機放霍爾感應器的區域沒有線圈，所以前面有說少三組線圈，我用紙把真實線圈的大小用紙型畫出來，大家可以看得出來目前霍爾感應器的位置沒有與線圈之間的間隙對齊，反而有一點向前移動，這邊講的向前是以電機轉動的方向來看，目前車輛要前進電機轉動的方向是順時針方向，所以說有提前，如果要對齊線圈之間的間隙，感應器的位置應該要放在第二張照片的紅色的位置才是正確的位置，針對這個問題我也研究了一下，Youtube上也有解答，請看一下這幾段影片:
https://www.youtube.com/watch?v=ntuMgl-kRbk
https://www.youtube.com/watch?v=Zq6nDXtaENc
簡單講把感應器的位置向前提有助於提高轉速(RPM)，不過可能會更耗電而且扭力會下降，不過當初不知道Yamaha 原廠是基於什麼樣的考量把這個輪鼓電機的Timing稍微向前提了一些，但感覺沒有提前很多，也許之後有機會可以再做一個霍爾感應器的PCB是完全對齊線圈之間的間隙，再來比較一下看看扭力是否有差異，至於提前Timing這樣的調整對於轉速有多大的影響，下面這段影片可以給大家很好的解答:
https://www.youtube.com/watch?v=-HvDg_vzN8Y
由這一段可以看到對於轉速影響非常大，不過我想摩托車的輪鼓電機應該不適合這麼激烈的Timing 調整，這邊只是讓大家看一下調整timing 對於轉速的影響，這篇寫到這邊我覺得已經有點太長，而且也有點硬，不過內容應該是很充實的，所以先告一段落，其餘還有配線及電池的部分再分幾段來寫，不過這一篇應該已經把改裝的重點都說到了，這些資訊也是我在網路上搜尋及實驗出來的結果，如果萬一有錯誤也請各先進車友們多多指正，今天先談到這邊，謝謝收看!
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