CN1392655A

CN1392655A - 可提升永磁式马达转速的装置

Info

Publication number: CN1392655A
Application number: CN01129378A
Authority: CN
Inventors: 许俊甫
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-06-14
Filing date: 2001-06-14
Publication date: 2003-01-22

Abstract

一种可提升永磁式马达转速的装置，其中一套磁传感器使定子线圈的激磁电流和转子磁铁的旋转磁极正交变换而使马达电枢气隙磁通密度值为最高，其它套磁传感器则使定子线圈的激磁电流和转子的旋转磁极非正文变换而使电枢气隙磁通密度值降低并导致电枢转子转速加快。本发明的马达有较大扭力常数K_T值，同时当需要较高运转转速时则切换到使定子线圈和转子磁铁的旋转磁极非正交激磁角度的磁传感器。

Description

可提升永磁式马达转速的装置

本发明涉及一种可提升永磁式马达转速的装置，特别涉及一种永磁式马达安装有多套用以感测转子磁铁，并使定子线圈的激磁电流产生可变换导通角度的磁传感器。

制造一个高运转效率的电动机须视其运转工作范围而设计搭配一适当的扭力常数K_T值，如下列公式说明：

E＝K_E·Q K_E＝B·D·L·Z/2

T＝K_T·Ia K_T＝B·D·L·Z/2

E：反电动热电压(Volt) T：输出扭力(N-m)

K_E：反电动势常数 K_T：扭力常数

Ω：电枢转速(red/sec) Ia：电枢电流(Ampere)

B：气隙磁通密度(Gauss) D：电枢外径(cm)

L：叠层厚度(cm) Z：总导体数(匝数敲)

上式中扭力常数K_T值＝反电动势常数K_E值，又反电动势常数K_E值和电枢转速Ω成反比，因此在固定的反电动势电压E值且额定电枢转速Ω较低时反电动势常数K_E值将相对较高，额定电枢转速Ω较高时反电动势常数K_E值将相对较低。因此马达如果设计于较高额定电枢转速时扭力常数K_T值将相对较低，结果马达如果操作于较低运转速度则必须以较高的电枢电流Ia才能提升扭力T值(T＝K_T·Ia)，又马达如果设计一较高的扭力常数K_T值则因(KT＝K_E)、(E＝K_E·Ω)式中所述马达将无法达到较高的额定运转转速。按照本发明的实施例，可使一个马达不但拥有较高的扭力常数K_T值，也因可切换到提前感测角度的磁传感器而使马达的电枢反应产生弱磁控制的效果而导致电枢气隙磁通密度减少，由前述式中K_E＝B·D·L·Z/2以及E＝K_E·Ω，因电枢气隙磁通密度B值减少反电动势常数K_E值必然下降，所以电枢转速Ω必然会提升。

有鉴于公知马达的扭力常数K_T值是单一值，但是一个马达如果通常工作于较低的转速范围偶而才操作运转于较高的转速范围(例如轻便型电动代步车辆)。为了使马达必要时运转到不常运转使用的最高转速范围，因K_E＝K_T、(E＝K_E·Ω)、(T＝K_T·Ia)，如果反电动势电压E值不变，则扭力常数K_T值及反电势常数K_E值必须降低才能提升该马达转速达到不常运转使用的最高转速范围。但是因为扭力常数K_T值的变小同时马达若是经常工作于较低的运转速度范围，则因为T＝K_T·Ia，也就是电枢电流Ia值必然需提高才可相对比例提升扭力T值。但是，加大的电枢电流Ia值对马达的运转效率并非好事，由下式中可知：

P＝I²·R P＝电动机的线圈损耗功率

I：电枢电流 R＝线圈阻抗

其中电枢电流I的平方值×线圈阻抗＝马达的损耗功率，因此以加大电流的方式加大马达的扭力，马达必然会以电流的平方值而使定子线圈的损耗功率P值变得太大而产生热量于线圈的线阻中，金属线圈的物理现象也因热度的上升而使线圈的阻抗又对应地上升，恶性循环中将使马达变成为高温度且输出功率效率较差的现象。

有鉴于公知马达的定子部是单一线圈的绕线方式，其反电动势常数K_E值以及扭力常数K_T值都是一定值，因此其K_T值及K_E值若设计于较高值则电枢转速Ω将按相对比例降低。按照本发明的实施例，将永磁式马达内部安装多套用以感测转子磁铁的旋转磁极变换的磁传感器，定子部其中至少一套以上的磁传感器必须安装于可使定子线圈的激磁电流切换角度和转子旋转磁极异步正交切换角度的位置，非正交切换的传感器所感测到的信号输出到马达驱动控制电路，驱动控制电路据此信号将使马达定子线圈激磁电流造成弱磁控制的效果而使转子的运转转速加快；上述必要时可提升马达转速的漏磁控制效果的装置，因此可使马达以正常激磁电流切换角度的磁传感器而使马达设计于较大的扭力常数K_T值，较大K_T值的马达于低速运转时因可相对比例的减少电枢电流Ia值(T＝K_T·Ia)，因此马达定子线圈的损耗功率也将减少(P＝I²·R)并因此降低马达的工作温度和提升马达低速运转时的运转效率。

附图的简单说明

图1为本发明实施例的线路连结示意图；

图2为本发明实施例的转子部、定子部和多套磁感测器的位置角度示意图；

图3A、B为本发明实施例的内转子部、外定子部和多套磁传感器的位置角度立体组合示意图；

图4A、B为本发明实施例的外转子部、内定子部和多套磁传感器的位置角度立体组合示意图。

请参阅图1至图4所示，本发明的一种可提升永磁式马达转速的装置包含有：

一永磁式马达11，其内部包含有定子部21是供绕组型态的定子线圈211安装于定子线槽座212，线槽座212并提供定位装置213供磁传感器电路板214固定对位，永磁式转子部31是提供转轴311、导磁轭铁312、筒形磁铁313结合成同心圆的旋转转子31，筒形磁铁313对应定子激磁线圈而电枢反应导磁旋转；

多套磁传感器41，是对应转子磁铁313而感测多套磁感测信号，该信号并使定子线圈211对应转子磁铁旋转磁极的变换可产生各种激磁电流切换角度的磁传感器411、412，多套磁传感器41都定位安装于上述磁传感器电路板214；

磁感测角度选择电路51，是一经由控制端515指令而选择多个磁传感器41其中之一感测信号的电路51，多套磁传感器41的感测信号都输入于开关器的输入端512，开关器的输出端513则仅供其中一套磁传感器的信号输出，输出的感测信号则经由马达驱动控制电路61使马达定子线圈211和转子磁铁313起激磁电枢反应而进行运转；

其中可控制开关器511是指继电器有接点的形态，开关器511经由磁感测信号选择电路51的切换控制并仅输出多套磁传感器41其中之一的感测信号；

其中可控制开关器511是指电子半导体无接点的形态，开关器511经由磁感测信号选择电路51的切换控制并仅输出多套磁传感器41其中之一的感测信号；

其中多套磁传感器41的输出信号的选择，是参考马达运转转速的位级而产生一切换控制信号，该切换控制信号应输入磁感测信号选择电路51的控制端515，磁感测信号选择电路51将视马达运转转速的位级而自动切换开关器511；

其中多套磁传感器41的输出信号的选择，是采用人工切换方式将切换控制信号输入磁感测信号选择电路51的控制端515，磁感测信号选择电路51将视人工切换的控制信号而切换开关器511；

其中定子部21是指马达的外定子部、转子部31是指永磁式内转子部，即是永磁内转子式马达；

其中定子部21是指马达的内定子部、转子部31是指永磁式外转子部，即是永磁外转子式马达。

多套磁传感器41之中的一套是定位安装于相邻定子齿部的中心角度的位置(θ1)411，该位置感测转子磁铁313旋转磁极变换的感测信号将使定子线圈211的激磁电流切换角度和转子磁铁313的旋转磁极正交变换，两者电枢反应产生对应流通的气隙磁通密度应为最高，另外至少一套以上的磁传感器41定位安装于相邻定子齿部非中心角度(θ2)412的位置，该位置感测转子磁铁313旋转磁极变换的感测信号将使定子线圈211的激磁电流切换角度和转子磁铁313的旋转磁极非正交变换，两者电枢反应产生对应流通的气隙磁通密度将降低：

以上所述仅为本发明的最佳可行的实施例，并不因此即限制本发明专利权利要求书保护范围，因此凡是运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变化，均同理都包含在本发明的范围内。

Claims

1.一种可提升永磁式马达转速的装置包含有：

一永磁式马达，其内部包含有定子部是供绕组型态的定子线圈安装于定子线槽座，线槽座提供定位装置供磁传感器电路板固定对位，永磁式转子部是提供转轴、导磁轭铁、筒形磁铁结合成同心圆的旋转转子，筒形磁铁对应定子激磁线圈而电枢反应导磁旋转；

多套磁传感器，是对应转子磁铁而感测多套磁感测信号，该信号使定子线圈对应转子磁铁旋转磁极的变换可产生各种激磁电流切换角度的磁传感器，多套磁传感器都定位安装于上述磁传感器电路板：

磁感测信号选择电路，是一经由控制端指令而使选择多个磁传感器其中之一感测信号的电路，多套磁传感器的感测信号都输入到开关器的输入端，开关器的输出端则仅供其中一套磁传感器的信号输出，输出的感测信号则经由马达驱动控制电路使马达定子线圈和转子磁铁起激磁电枢反应而进行运转。

2.根据权利要求1所述的可提升永磁式马达转速的装置，其特征在于所述的开关器是继电器有接点的形态，开关器经由磁感测信号选择电路的切换控制并仅输出多套磁传感器其中之一的感测信号。

3.根据权利要求1所述的可提升永磁式马达转速的装置，其特征在于所述的开关器是电子半导体无接点的形态，开关器经由磁感测信号选择电路的切换控制并仅输出多套磁传感器其中之一的感测信号。

4.根据权利要求1所述的可提升永磁式马达转速的装置，其特征在于所述的多套磁传感器的输出信号的选择，是参考马达运转转速的位级而产生一切换控制信号，该切换控制信号输入磁感测信号选择电路的控制端，磁感测信号选择电路将根据马达运转转速的位级而自动切换开关器。

5.根据权利要求1所述的可提升永磁式马达转速的装置，其特征在于所述的多套磁传感器的输出信号的选择，是采用人工切换的方式将切换控制信号输入磁感测信号选择电路的控制端，磁感测信号选择电路将根据人工切换的控制信号而切换开关器。

6.根据权利要求1所述的可提升永磁式马达转速的装置，其特征在于所述的定子部是马达的外定子部、转子部是永磁式内转子部，即是永磁内转子式马达。

7.根据权利要求1所述的可提升永磁式马达转速的装置，其特征在于所述的定子部是马达的内定子部、转子部是永磁式外转子部，即是永磁外转子式马达。

8.根据权利要求1所述的可提升永磁式马达转速的装置，其特征在于所述的多套磁传感器的其中一套是定位安装于相邻定子齿部的中心角度的位置，在该位置感测转子磁铁旋转磁极变换的感测信号将使定子线圈的激磁电流切换角度和转子磁铁的旋转磁极正交变换，两者电枢反应产生对应流通的气隙磁通密度为最高，另外至少一套以上的磁传感器定位安装于相邻定子齿部非中心角度的位置，在该位置感测转子磁铁旋转磁极变换的感测信号将使定子线圈的激磁电流切换角度和转子磁铁的旋转磁极非正交变换，两者电枢反应产生对应流通的气隙磁通密度将降低。