CN106329608A - 具有阻尼功能的动态电感装置 - Google Patents

Abstract

一种具有阻尼功能的动态电感装置，包含：一转子、一定子、三相线圈及一动态阻尼电路。三相线圈设置在转子及定子其中之一，且彼此相连接而形成具有一中心点及三接点的Y型绕线。动态阻尼电路具有三个与一直流电源并联的飞轮二极管组及两阻尼电容。每一飞轮二极管组具有彼此串联的一第一飞轮二极管及一第二飞轮二极管，各相线圈的接点连接在对应的第一、第二飞轮二极管之间，该两阻尼电容分别连接在中心点与直流电源的正端之间及中心点与直流电源的负端之间。当转子相对于定子转动时，会使三相线圈产生电流而经由其中两飞轮二极管组对阻尼电容充电，并由阻尼电容将储存的电力回充至直流电源。

Description

具有阻尼功能的动态电感装置

技术领域

本发明涉及一种电感装置，特别是涉及一种具有阻尼功能的动态电感装置。

背景技术

以往的三相直流无刷马达驱动电路，电连接于一直流电源，且在一基本周期内能控制一三相直流无刷马达转动，而当该基本周期结束时，该三相直流无刷马达的三相线圈上会瞬间产生一反电动势，该反电动势形成的大电流会对该直流电源产生高压冲击，易造成该直流电源的烧毁。此外，以往的三相直流无刷马达驱动电路并无法将反电动势回充至直流电源，如此将导致能源的浪费。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有阻尼功能的动态电感装置，有助于将直流无刷马达的驱动电路所产生的反电动势之电能回充至直流电源。

于是，本发明具有阻尼功能的动态电感装置在一些实施态样中，包含一转子、一定子、三相线圈，及一动态阻尼电路。该三相线圈设置在该转子及该定子其中之一，且该三相线圈彼此相连接而形成具有一个中心点及三个接点的Y型绕线。该动态阻尼电路具有三个与一直流电源并联的飞轮二极管组及两个阻尼电容。每一飞轮二极管组具有彼此串联的一第一飞轮二极管及一第二飞轮二极管，每一相线圈的接点连接在对应的该飞轮二极管组的该第一飞轮二极管及该第二飞轮二极管之间，该两阻尼电容分别连接在该中心点与该直流电源的正端之间，以及该中心点与该直流电源的负端之间。当该转子相对于该定子转动时，会使该三相线圈产生电流而经由该其中一飞轮二极管组的第一飞轮二极管，对连接在该直流电源的正端与该中心点之间的该阻尼电容充电，并经由该另一飞轮二极管组的第二飞轮二极管，对连接在该中心点与该直流电源的负端之间的该阻尼电容充电，并由所述阻尼电容将储存的电力回充至该直流电源。

在一些实施态样中，该具有阻尼功能的动态电感装置还包含至少三个设置在该转子及该定子其中另一的磁铁，而该三相线圈分别绕设于三个铁芯，且每一相线圈与其对应的该铁芯之组合即为一阻尼电感。

在一些实施态样中，该直流电源为一蓄电池，该动态阻尼电路还具有一与该蓄电池并联的电解电池，且该动态阻尼电路的所述阻尼电容会先对该电解电池充电，再由该电解电池对该直流电源充电。

在一些实施态样中，该动态阻尼电路的每一飞轮二极管组的该第一飞轮二极管的阴极连接于该直流电源的正端，该第二飞轮二极管的阴极连接于该第一飞轮二极管的阳极，且其阳极连接于该直流电源的负端。

在一些实施态样中，该转子是设于该定子的外围而环绕该定子旋转，且所述磁铁是设置于该转子，而所述阻尼电感则是设置于该定子。

本发明的有益效果在于：借由转子相对于定子转动，会使三相线圈产生电流，并对动态阻尼电路的所述阻尼电容充电，然后所述阻尼电容能将储存的电能顺利回充至直流电源。

附图说明

图1是本发明具有阻尼功能的动态电感装置的一实施例及一三相直流无刷马达的示意图；

图2是一动态电感装置示意图，说明采Y型绕线的三相线圈及其对应的铁芯设置于一转子，多个磁铁设置于一定子；

图3是一电路图，说明该实施例的一动态阻尼电路及一驱动电路的结构；

图4是一三相线圈绕线示意图，说明采Δ型绕线的三相线圈；

图5是一电路动作图，说明该实施例的驱动电路的驱动方式；

图6是一动态电感装置示意图，说明Y型绕线的三相线圈产生电流；及

图7是一电路动作图，说明该实施例的驱动电路及动态阻尼电路的驱动方式。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。

参阅图1、图2与图3，是本发明具有阻尼功能的动态电感装置之一实施例，在本实施例中，动态电感装置3是被一直流无刷马达1带动而运作。

该动态电感装置3包括一定子31、一转子32、一Y型三相线圈33、三个铁芯34、四个磁铁35，及一动态阻尼电路4。具体来说，转子32能绕定子31旋转且借由一转轴5与该直流无刷马达1的转子11相连接，因此，当转子11转动时，能通过转轴5而带动转子32旋转；且较佳地，在实际应用上，转子32是设于定子31的外围环绕定子31旋转。Y型三相线圈33设置于定子31上，且其三相线圈Lr、Lt、Ls彼此相连接而形成具有一个中心点N及三个接点R、S、T的Y型绕线。所述铁芯34亦设置于定子31上，并分别对应于三相线圈Lr、Lt、Ls，换句话说，三相线圈Lr、Lt、Ls是分别绕设于对应的所述铁芯34(注：由于图2为本实施例的等效示意图，因此线圈实际绕设铁芯的态样未示出)，且每一相线圈Lr、Lt、Ls与其对应的铁芯34之组合即为一阻尼电感，该阻尼电感的具体结构及特性已揭露于中国台湾公告第M470365号专利，一并列入本案参考。而所述磁铁35为永久磁铁，并彼此相间隔地设置于转子32。值得一提的是，三相线圈Lr、Lt、Ls也可以设置在转子32上，随转子32旋转，并以有刷方式将三相线圈Lr、Lt、Ls产生的电能输出。

如图3所示，该动态阻尼电路4包括三个与一直流电源V_DC并联的飞轮二极管组(为方便说明，以下称R相飞轮二极管组、S相飞轮二极管组及T相飞轮二极管组)、两个阻尼电容Cd，及一电解电池Va。其中每一飞轮二极管组具有彼此串联的一第一飞轮二极管D1及一第二飞轮二极管D2，且该三相线圈Lr、Lt、Ls的接点R、S、T分别连接在相对应的各飞轮二极管组的第一飞轮二极管D1及第二飞轮二极管D2之间。详细来说，每一飞轮二极管组的第一飞轮二极管D1的阴极电连接于直流电源V_DC的正端，而第二飞轮二极管D2的阴极则电连接于第一飞轮二极管D1的阳极，且其阳极连接于直流电源V_DC的负端。

该两阻尼电容Cd分别连接在该三相线圈Lr、Lt、Ls的中心点N与该直流电源V_DC的正端之间，以及该中心点N与该直流电源V_DC的负端之间，需说明的是，所述阻尼电容Cd的具体结构及特性已揭露于中国台湾公告第M477033号专利，一并列入本案参考。而该电解电池Va与该直流电源V_DC并联，即该电解电池Va的正端与该直流电源V_DC的正端相接，该电解电池Va的负端与该直流电源V_DC的负端相接。在本实施例中，直流电源V_DC为一蓄电池，因此储存于电解电池Va的电能可回充至该直流电源V_DC。

参阅图1与图4，该直流无刷马达1包括一转子11、一定子12、一Δ型三相线圈13，及一驱动电路2(见图3)。转子11能绕定子12旋转，而Δ型三相线圈13是设置于定子12上，并采用Δ型绕线，且其三相线圈Lu、Lv、Lw的头尾相接而形成有三个接点U、V、W。

再如图3所示，该驱动电路2能驱动该直流无刷马达1且与一直流电源V_DC电耦接，并包括三个与该直流电源V_DC并联的桥臂(为方便说明，以下称U相桥臂、V相桥臂及W相桥臂)以及六个阻尼电容Cd。其中每一桥臂具有两飞轮二极管D，且该三相线圈Lu、Lv、Lw的三个接点U、V、W各别连接在相对应的各该桥臂之间。而所述阻尼电容Cd各别对应连接在每一相线圈Lu、Lv、Lw的中心接点Un、Vn、Wn与直流电源V_DC的正端之间，以及中心接点Un、Vn、Wn与直流电源V_DC的负端之间。需说明的是，该直流无刷马达1的具体结构及实施方式已揭露于中国台湾公告第M465724号专利，一并列入本案参考。

以下说明本实施例动态电感装置及三相直流无刷马达的运作方式。

参阅图1与图5，当驱动电路2在一基本周期内，经由U相桥臂和V相桥臂对U相线圈激磁时，U相线圈将产生磁力推动直流无刷马达1的转子11运转。同时转子11通过转轴5而带动该动态电感装置3的转子32旋转。

参阅图1与图6，在本实施例中，由于动态电感装置3的转子32上设有磁铁35，而定子31上的三相线圈Lr、Lt、Ls(见图2)分别绕设于对应的铁芯34；因此，当动态电感装置3的转子32相对于定子31转动时，会使三相线圈Lr、Lt、Ls产生电流，例如线圈Lr产生电流，其接点R呈正极而中心点N呈负极，而线圈Lt产生电流，其中心点N呈正极而接点T呈负极。搭配参阅图7，其中线圈Lr的电流会经由R相飞轮二极管组的第一飞轮二极管D1，对连接在直流电源V_DC的正端与中心点N之间的该阻尼电容Cd充电，而线圈Lt的电流会经由T相飞轮二极管组的第二飞轮二极管D2，对连接在中心点N与直流电源V_DC的负端之间的该阻尼电容Cd充电，且所述阻尼电容Cd会先对该电解电池Va充电(因为此时电解电池Va的电压准位低于直流电源V_DC)，直到电解电池Va的电压准位高于直流电源V_DC时，电解电池Va即对该直流电源V_DC充电。

然后，如图7所示，当该驱动电路2的基本周期结束，驱动电路2停止对U相线圈激磁的瞬间，U相线圈会产生反电动势Vu1、Vu2分别经由U相桥臂及V相桥臂对设在驱动电路2中的阻尼电容Cd充电。

然而，上述反电动势所产生并储存在驱动电路2的阻尼电容Cd中的电压电位通常低于直流电源V_DC，因此阻尼电容Cd无法将储存其中的电能顺利回充至直流电源V_DC，不过，由于本实施例的动态阻尼电路4的所述阻尼电容Cd与驱动电路2的阻尼电容Cd并联，且动态阻尼电路4在作动过程中，能够使其中的所述阻尼电容Cd的电压电位持续高于直流电源V_DC，而将驱动电路2的阻尼电容Cd的电压电位亦提升至与其同等电位，使得驱动电路2的所述阻尼电容Cd所储存的电力能顺利回充至该直流电源V_DC，以助于省电且将电能回收再利用。需说明的是，驱动电路2产生之反电动势所形成的电流为高频的交流电流，而动态阻尼电路4产生的电流为低频的交流电流，上述交流电通过所述阻尼电容Cd及电解电池Va的作用即可转换为直流电，且无法逆转换，如此情况即为本发明的阻尼效应。此外，由电感器的能量公式：(E：电感器储存能量、L：电感值、I：电流值)可知，当动态电感装置3产生电流时，会使电流值I上升，进而导致电感值L下降，电感值L的变化即说明本实施例的动态电感装置3为一种「动态阻尼电感」，因此，虽然其构造类似发电机，例如三相直流无刷马达之结构，但在本实施例中并非做为发电机使用，因此不会形成额外的负载。

特别要说明的是，本实施例可应用在电动交通载具，例如电动机车上，该直流无刷马达1即作为一般的驱动马达使用，而该动态电感装置3则可设置于轮轴的地方，如此一来，当直流无刷马达1驱使轮轴转动时，该动态电感装置3的转子32也能跟着转动，并将动态阻尼电路4的所述阻尼电容Cd及该驱动电路2的所述阻尼电容Cd所储存的电能顺利回充至直流电源V_DC，例如电动机车的蓄电池，以助于增加电动机车的续航力。

值得一提的是，该直流无刷马达1的驱动电路2产生之反电动势提供了电压，而该动态电感装置3提供了电流，通过电压与电流的相乘，即能够大幅提升电功率，进而使电动机车产生更有力的操控性能。

综上所述，直流无刷马达1因为由三相线圈Lu、Lv、Lw所产生的交流型态的反电动势可循飞轮二极管D形成的放电路径对所述阻尼电容Cd充电而释放能量，使驱动电路2不致产生高温，并使直流电源V_DC不致因遭受高温而影响其使用寿命。再者，通过该动态电感装置3的动态阻尼电路4的所述阻尼电容Cd提升该驱动电路2的所述阻尼电容Cd的电位，使该驱动电路2的所述阻尼电容Cd能顺利回充至该直流电源V_DC，以助于省电且有效回收电能，故确实能达成本发明之目的。

惟以上所述者，仅为本发明的实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即大凡依本发明权利要求书及专利说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (5)

1.一种具有阻尼功能的动态电感装置，其特征在于：该动态电感装置包含

一转子；

一定子；

三相线圈，设置在该转子及该定子其中之一，且该三相线圈彼此相连接而形成具有一个中心点及三个接点的Y型绕线；及

一动态阻尼电路，具有三个与一直流电源并联的飞轮二极管组及两个阻尼电容，每一飞轮二极管组具有彼此串联的一第一飞轮二极管及一第二飞轮二极管，每一相线圈的接点连接在对应的该飞轮二极管组的该第一飞轮二极管及该第二飞轮二极管之间，该两阻尼电容分别连接在该中心点与该直流电源的正端之间，以及该中心点与该直流电源的负端之间，当该转子相对于该定子转动时，会使该三相线圈产生电流而经由该其中一飞轮二极管组的第一飞轮二极管，对连接在该直流电源的正端与该中心点之间的该阻尼电容充电，并经由该另一飞轮二极管组的第二飞轮二极管，对连接在该中心点与该直流电源的负端之间的该阻尼电容充电，并由所述阻尼电容将储存的电力回充至该直流电源。

2.如权利要求1所述的具有阻尼功能的动态电感装置，其特征在于：该具有阻尼功能的动态电感装置还包含至少三个设置在该转子及该定子其中另一的磁铁，而该三相线圈分别绕设于三个铁芯，且每一相线圈与其对应的该铁芯之组合即为一阻尼电感。

3.如权利要求1所述的具有阻尼功能的动态电感装置，其特征在于：该直流电源为一蓄电池，该动态阻尼电路还具有一与该蓄电池并联的电解电池，且该动态阻尼电路的所述阻尼电容会先对该电解电池充电，再由该电解电池对该直流电源充电。

4.如权利要求1所述的具有阻尼功能的动态电感装置，其特征在于：该动态阻尼电路的每一飞轮二极管组的该第一飞轮二极管的阴极连接于该直流电源的正端，该第二飞轮二极管的阴极连接于该第一飞轮二极管的阳极，且其阳极连接于该直流电源的负端。

5.如权利要求2所述的具有阻尼功能的动态电感装置，其特征在于：该转子是设于该定子的外围而环绕该定子旋转，且所述磁铁是设置于该转子，而所述阻尼电感则是设置于该定子。