距離電動割草機開發完成日 還有78天

這怎麼玩下去? 還沒割草的待機下，就耗掉1/3-1/4的功耗。
如何省電又有效地割草，才是我們最重要的課題!!

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我每天都在寫報告，順便就把這裡當成報告的輸出地點了，

歡迎大家前來看看工程師是如何把一項新產品，從無到有開發出來的。

由於部分內容牽涉到公司的商業機密，部分開發的內容將會進行改寫或保留，但故事的整體性與完整性是不變的。

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今天完成了 三種鐵製刀片的額定轉速無載時的功耗測量

長方形刀片(90mmx300mm)，6000RPM轉速，36V供電，無載消耗電流約2.8A

測試時，當然人要盡量遠離刀片

三叉戟刀片(刃長50mmx外徑300mm)，6000RPM轉速，36V供電，無載消耗電流約2.7A

加速到6000RPM後，才讀取電流值

圓鋸(直徑160mm) ，6000RPM轉速，36V供電，無載消耗電流約2.2A-2.4A

圓鋸的外觀形狀比較均勻，且外徑較小，慣量相對小。
耗電也跟著小一些。

圓鋸在一般的農具行也買得到，但我們還不知道哪個轉速最適合它?


這些都是稍有危險性的工具，操作時一定要小心

測試時，職業性的警覺又來了。圓鋸的刀刃旋轉方向好像不對 ?!

由這個角度看，刀具旋轉的方向是順時針。而這才是正確的鋸片安裝方向

圓鋸刀片的無載耗電量最低

情況有點不妙!!

原來馬達在轉動下是要耗電的，而且耗電量還不小!!

這也就是說，都不要割草的情況下，電動割草機轉在額定轉速6000RPM時，約有85-100W左右的待機功率消耗出現。

相同的電池、相同的馬達，用得最久、割草時間最長者就是贏家。
其中的關鍵者應該就是馬達的控制器了，控制器選對了，所有的狀況就都對了!!
照片是長泓的36V鋰鐵電池

由於是使用電動無刷馬達的關係，馬達可以隨時啟動，大約3-4秒內就可以加到最高速。我們會建議使用者到達要割草區域時，才正式啟動馬達。而且在開始割草的當下，才把轉速拉高，這樣就能節省電力的消耗，進而增加實際割草的時間。

吃油的割草機就沒有這種優勢了，一定要先啟動引擎，讓引擎保持在怠速下運轉，到割草區後用力把油門催下去，開始割草了。但是伴隨著的是揮之不去的油煙味與引擎噪音。

距離電動割草機開發完成日 還有 79 天

真實的割草機實作與量測又來了!!

馬達空載的運轉和有慣量(Inertia)的運轉是完全不一樣的情況
絕對不是你想轉多快就可以多快

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無刷馬達和割草機本體終於結合了。

找到一組割過草的刀片來做試驗，上面仍有高速旋轉的摩擦痕跡。我想用它來測一下實際運轉時的耗電情形。順便觀察一下進入無刷馬達線圈的電流有多少?

今天的測試是由非常穩定的直流電源供應器供電。

手機上的藍芽也打開，可以知道即時的轉速與電流值。

先不要急。

真的，

割草機要轉之前，我們還有一項特別重要的事要做:

"檢查割草機輸出軸的轉動方向!!"

如果方向不對時，

鐵片在高速運轉時，可能會慢慢地讓固定的螺母(反牙)鬆動或脫落

再持續轉下去，整個割草的鐵片是有可能會飛出來傷人的

割草機正式轉動之前務必先確定刀片旋轉的方向

所有的量測設備都準備好了

24V供電時，最高轉速只能到5000RPM，割草的力道可能會小一點

 36V供電，馬達轉速6000RPM時，線電流約是2.5A

穩定的DC POWER SUPPLY，可輸出36V 20A以上

無刷馬達在有負載且有固定慣量的情況下，果然速度沒辦法操到7000RPM以上。

下回，我們就要去量測真正哥草時的電流波形了

距離電動割草機開發完成日 還有80天

長輩經常講年輕人不知天高地厚!!
對啊!!
就是不知輕重，才會有創新的idea出來。

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這周很忙，那就看看照片說說故事了

買齊幾款常用的clutch:三菱、本田和小松



油門開關也買到了


油門線好用嗎? 不知道，要試一下才知曉


有機械式的安全開關，一定要壓下後，油門信號方能啟動
















鋰鐵電池也到了，廠商特別交代:不要用鋰三元的充電器來充鋰鐵電池，很容易讓電池提早故障
剛剛小試了一下，可以將轉速拉到9000RPM以上
















我們測試及挑選的鋰電池一定是最好的!!當然，代價一定也是最高的。
PRO級的割草者建議用這款


有人在割草機的頭端裝上無刷馬達，效果比較好嗎? 正反面意見都有，在此不便評論。
可能要相同狀況同時PK，才可以分出高下

距離電動割草機開發完成日 還有81天

割草機上無刷馬達的最高轉速可以再快一點嗎?答案是可以的，但是要有相當的代價。

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無刷馬達在設計出來時，已經決定了額定的轉速。這也就是說:在額定的電壓供電下，最高轉速已經幾乎是固定的。可是有些時候，我們還是希望能夠再轉快一點，可能嗎?

這和引擎的點火角度類似。一般的引擎的點火角度為了使引擎的效率能夠提高，其點火的角度其實是會隨著曲軸轉速變化的。多年以前有接觸過，只保留這張珍貴的圖。

機車的CDI點火曲線，0-1800RPM時，點火角度都是0度。當轉速超過4500RPM時，點火角度又固定為20度

如果無刷馬達依照正常的Hall信號換相時，轉速就如同幾天前實測的一樣，最高轉速就約在7800RPM上下。如果要再快一點時，還是可以用許多方法去達成的。

我們原先的無刷割草機馬達，最高轉速約落在7800RPM(綠色曲線)

如果硬體完全不更動的情況下，我們可在控制程式上稍做調整，約可以提速5%，大約可以把轉速輕鬆地提高到8000RPM以上。稍做調整這個說法真正來說是很複雜的，晶片執行速度若不夠快時，計算好要輸出控制時，馬達已經又跑了好幾度了...

我們的做法是在Hall信號還沒換相前，就先進行電子換相。也就是定子先產生磁場提前拉動轉子，逼著馬達的轉子再轉快一點，這種稍微加速的手段應該在額定轉速區上施行，轉速低時實施反而會更為耗電!!

經過程式修正後的轉速可以到達8200RPM(綠色曲線)上下

更高轉速意謂著除草效果更厲害了。

但是，還是要考慮到機構件上的培林與齒輪，馬達可以轉那麼快，可能超過8000轉以上，培林受得了嗎?割草機的傘形齒輪端(安裝刀片處)潤滑夠嗎?高速運轉後整體的震動，操作者是否受得了? 這些在我們第二階段實測後，就會得到驗證。

照片裡面有個傘形齒輪，其餘空間充滿了潤滑黃油，在高速運轉下，溫度會很高很高，黃油受得了嗎?

最後，速度提高後還有一個後遺症，可能會更耗電，你可以接受嗎?你有友善地對待電池嗎?這都是電動割草機量產前要考慮的。

距離電動割草機開發完成日 還有82天

開發為何那麼吸引人?
這是因為人類的好奇心，好奇許多新的東西與事物。
進步的主要因素正是好奇。

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終於開始機電整合了。

有人不客氣地說:割草機與電動馬達要直接連結才對? 
不過，我還是要TRY一下離合器，感受一下正統引擎割草機的傳動方式。說不一定會有新的發現!!

為此，我又去買一支引擎專用割草機的附件。也就是買下除了引擎以外的所有機構，剛剛出爐的全新的割草機，它是用一個ㄇ字型的圓盤(俗稱碗公)與引擎連結。

全新引擎割草機的傳動機構

不過，引擎與碗公中間，還有一個重要零件:離合器(Clutch)。當引擎不動時，離合器未撐開，此時引擎的傳動部分是沒有和割草機的轉動連桿接通的。

當引擎轉動時，且轉到某個速度以上時，離合器會因離心力而往外撐開，這時割草機的連桿就跟著轉動了。引擎轉越快時，兩方接合的情況就越密合。

當引擎的轉速不夠時，離合器上的彈簧就發揮作用了，它因離心力不夠，無法有效地將離合器往外撐開，所以割草機的連桿就無法轉動。

離合器的外觀，這個應該是Honda或是三菱專用的(待確認)，兩邊的固定螺絲只將離合器固定在定位，而兩片離合器片會因為高速旋轉而往外撐開

離合器是屬於消耗品，安裝時還要注意轉動方向

無刷馬達的輸出軸要先固定住離合器後，再與割草機的碗公結合

無刷馬達經由離合器去帶動割草機的連桿，這中間還有兩個特速加工的機構要配合與固定。

工程師的好奇心絕對是很重的，改天我一定要故意把離合器上的彈簧取下，再來試試看轉動的情形，模擬一下彈簧彈力過軟時，是否會有其他的問題出現?!

請問一下，中南部有CNC加工廠可以配合加工的嗎? 

如果可以承接少量鋁合金試作品的，請再跟我私下聯絡，謝謝!! 感恩!!

距離電動割草機開發完成日 還有83天

如果要作一台有刷的電動割草機，我想輪不到我來做
如果要作一台普通的電動割草機，應該也輪不到我來做

如果要造抄一台別人的電動割草機，應該我也不想做

而如果要作一台只有60分的電動割草機，應該我也做不來的

我想做的割草機應該要有80-90分的等級才對。

便宜的割草機到處都是，我們開發的重點是好的、耐用與高品質的割草機

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這幾天已經拿到了鋰鐵電池的報價，如果真的可以撐很久，那這個價格我還是可以接受的。

馬達驅動板的程式已經完成80%了。

程式可以隨時監控轉速、電壓、電流還有控制板的溫升情況，並且利用收集到的數據進行判斷，最後才來決定割草機的運作，以智能的方式來進行割草，以便更有效地運用電池提供的能量，這些能量是有限的。

機構與電控結合時，所產生的碰撞是可以預期的!!

這張照片很重要，但是屬高機密等級，請偷偷地看一下就好，千萬不要發問

驗明正身，剛剛出爐的無刷馬達驅動板。採用Microchip SAMC21 32bit ARM Cortex M0+架構

多年前Atmel當初找我們(Chipware)做亞洲地區的BLDC Partner是正確的的決定，雖然後來Atmel併入了Microchip，我們還是有許多資源可用

Prototype試作板可以輕鬆驅動500W以內的無刷馬達。下個版本開始就要有個像樣的家亦即裝到機箱裡了。

它不折不扣地是台割草機。但是它一定跟其它的割草機有所不同，因為它是台會思考的割草機，我們會在上面加裝許多額外的感測器，以便獲得更多的數據。我們寫的書也是如此!!

設計無刷馬達驅動器並不如想像中的難。

真正的困難點應該是工程師的長時間投入與觀察，剛剛好我們同時累積了這些知識，還有也累積了足夠的失敗經驗，這也是很重要的一環。跑得很穩健的人，一定有跌倒過，不是嗎?

距離電動割草機開發完成日 還有84天

每個人每天都在寫自己的故事。
當然，每個人都要對自己作的事負責。


我每天都在寫報告，順便就把這裡當成報告的輸出地點了，

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我習慣一進辦公室就把六位半的精密數位電表Agilent 34401A打開
我也習慣一進辦公室就把HP 8560的頻譜打開
接著才是開啟工作用PC的電源
然後，順便將電熱水壺通電，準備每天必喝的黑咖啡。





我們的無刷馬達驅動板在一個月前就測試Ready了，過完農曆年後，我把最重要的通訊的功能UART打開。並且將無刷馬達的幾個重要參數傳到外部裝置上。由於是用電源供應器供電，電壓壓降的成分不高。這裡我們只檢查VR油門值、馬達轉速RPM和電流值Amp。

紅色曲線是VR油門值(0-500)，500時剛好是5.00V
綠色曲線是無刷馬達的轉速值，最高速可達8000RPM
藍色曲線則是無刷馬達的電流值，沒有加載的情況下最大電流約有6A上下

水平橫軸為時間軸。我們用程式定時中斷的方式，每0.125秒由驅動器送出即時的VR、RPM與Amp電流值。
第一次試驗時，用最快的方式把VR轉到最大，當然無刷馬達也立刻轉到最高速。
第二次試驗時，放慢VR的油門，約一秒才加到最大值。這次馬達慢慢加到最高轉速。

請看以下的即時曲線記錄



請留意第三組的電流曲線(藍色)。

馬達加速很快時，你瞬間加入馬達的電流值也會大了許多，由圖中可以看出瞬間的峰值約6.2A。慢慢加速時，電流峰值降低約2A到4.2A左右。當轉速(8000RPM)到達不變時，兩種試驗所耗的電流幾乎相同。

如果您的馬達是用電池供電時，一定要考慮到上述功耗的情況。
你不會想要割草30分鐘後就沒電了。而當你想要有更長的割草時間時，也要考慮到盡量不要突然加速。這些控制要素(加減速曲線)如果能寫到驅動器的程式裡面，將會對電池更加友善，而電池也將回報更長的供電時間。

不過，如果沒有看到這些即時(Real time)的資料，那就很難有這麼多的聯想與程式修正了。
所以，不管最後的結果如何，許多事情先下去做就對了!!