CN1437314A - 可提升永磁式马达转速的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可提升永磁式马达转速的装置，其是在永磁式马达内设置多套用以感测转子部永久磁铁的旋转磁极变换的磁传感器，其中一套磁传感器可使定子部和永磁式转子部产生较强电枢气隙磁通密度的电枢反应，其它另套磁传感器则须提前对应转子部永久磁铁的旋转磁极的变化而使马达产生类似弱磁控制的现象，弱磁现象将使定子部和永磁式转子部产生较弱电枢气隙磁通密度的电枢反应，因此马达的扭力常数KT值降低并导引转子部的旋转转速变快；上述可加快转速的装置可使马达设计于较高的扭力常数KT值，同时当马达须要较高运转转速则使磁感测选择电路输出类似弱磁控制现象的感测输出信号，该弱磁现象的输出信号将使马达产生较低扭力常数KT值并因此提升永磁式马达的运转转速。
Description
技术领域
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，其装置有多套用以感测转子磁铁不同的旋转磁极的变化，并使定子激磁线圈有不同的导通时间差，以及不同强度的马达扭力常数KT值而使同一个马达产生多样不同的马达转速。
背景技术
众所周知，制造一个高运转效率的电动机往往要视其运转工作范围而设计搭配一适当的扭力常数KT值，如下列公式说明：
E＝KE KE＝B D L Z/2
T＝KT Ia KT＝B D L Z/2
其中，
E：反电动势电压(Volt) T：输出扭力(N-m)
KE：反电动势常数 KT：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：叠积厚度(cm) Z：总导体数(匝数)
上式中，扭力常数KT值＝反电动势常数KE值，又反电动势常数KE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KE值将相对较高，额定电枢转速Ω较高时反电动势常数KE值将相对较低，因此马达如果设计在较高额定电枢转速时扭力常数KT值将相对较低，结果马达如果操作在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＝KT Ia)，又马达如果设计一较高的扭力常数KT值则因(KT＝KE)、(E＝KE)式中所述马达将无法达到较高的额定运转转速。
现有马达的扭力常数KT值是单一值，一个马达一般都运转在较低的转速范围，特别情况下才运转在较高的转速范围(例如，轻便型电动助力车)。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KE＝KT、(E＝KE)、(T＝KT Ia)，如果反电动势电压E值不变则扭力常数KT值及反电势常数KE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KT值的变小同时马达若是经常工作在较低的运转速度范围，则因为T＝KT 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＝I2R P：电动机之线圈耗损功率
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＝马达的耗损功率，因此以加大电流的方式加大马达的扭力，马达必然会以平方值使定子线圈的耗损功率P值变得太大，而在线圈的线阻中产生热量，金属线圈的物理现象亦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。
现有马达的定子部是单一线圈的绕线方式，其反电动势常数KE值以及扭力常数KT值皆一定值，因此其KT值及KE值若设计于较高值则电枢转速Ω将相对比例而降低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可提升永磁式马达转速的装置，通过设置多套用以感测转子磁铁不同的旋转磁极的变化，并使定子激磁线圈有不同的导通时间差，以及不同强度的马达扭力常数KT值，使同一个马达产生多样不同的马达转速。
为了实现上述目的，本发明通过将永磁式马达内部设置多套用以感测转子磁铁的旋转磁极变换的磁传感器，定子部其中一套磁传感器的装置位置可使定子激磁线圈的导通时间和转子旋转磁极变换时间差为零或较低，并因此使马达产生最强或较强的扭力常数KT值，另套磁传感器的装置位置则令定子激磁线圈的导通时间和转子旋转磁极变换时间差为较长，亦即令马达产生类似弱磁控制的现象，多套磁传感器的感测信号通过磁感测信号选择电路所控制，并整合输出一感测输出信号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部和永磁式转子部产生不同强度的电枢反应；
上述必要时可提升马达转速的弱磁控制效果的装置，因此可使马达具有较大的扭力常数KT值，较大KT值之马达于低速运转时因可相对比例的减少电枢电流Ia值(T＝KT Ia)，因此马达定子线圈的耗损功率也将减少(P＝I2 R)并据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。
采用上述结构后，本发明可使一个马达不但拥有较高的扭力常数KT值，亦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KE＝BDLZ/2以及E＝KEΩ，因电枢气隙磁通密度B值减少反电动势常数KE值必然下降所以电枢转速Ω必然会提升。
附图说明
图1是本发明实施例之一的线路连结示意图
图2是本发明实施例之一的转子部、定子部和复数套磁感测器的位置角度示意图
图3A、3B是本发明实施例之一的内转子部和复数套磁感测器的位置角度立体组合示意图
图4A、4B是本发明实施例之一的外转子部和复数套磁感测器的位置角度立体组合示意图
图5A、5B是本发明实施例之一转子部非电枢反应用的旋转位置感测永久磁铁的示意图
具体实施方式
在图1、2、3A、3B至图5A、5B中，本发明是一种可提升永磁式马达转速的装置，其包含有：
一永磁式马达11，其内包含定子部21供绕组型态的激磁线圈211装置其中，定子部21另具有线槽座212、定位装置213及电路板214等，并可提供多套磁传感器41固定的装置，另亦包含永磁式转子部31，其含有永久磁铁的旋转转子，转子部31是以一转轴311枢接于定子部21，并对应定子部21而电枢反应导磁旋转；另设有一马达驱动控制电路61用以控制永磁式马达11。
多个套磁传感器41，是以各种不同角度设置于定子部21，并感测转子部31永久磁铁磁极的旋转变化，包含有θ1角度的磁传感器411及θ2角度的磁传感器412，并因此可使定子部21激磁线圈211和转子部31旋转磁极也产生不同角度的变化关系，亦即感测信号与激磁线圈211两者间的导通时间差将有同步或提前的现象发生，并因此产生各种不同强度的电枢反应；磁感测信号选择电路51，该电路系经由转速信号端514控制端指令而使多套磁传感器41整合一感测输出信号513，各种感测输出信号513将使定子部21激磁线圈211有不同的导通时间差，各种导通时间差将令定子部21和转子部31产生个别一定值的电枢气隙磁通密度，个别一定值的磁通密度亦将产生个别一定值的扭力常数KT值，因此永磁式马达11将可产生多样化的运转转速；
多套磁传感器41不应限制其装置位置但其中一套的定位装置角度将令定子部21激磁线圈211的导通时间差和转子部31产生最强气隙磁通密度、最大扭力常数KT值的电枢反应，另外至少一套磁传感器41定位装置的角度将令定子部21激磁线圈211的导通时间差和转子部31产生较弱气隙磁通密度、较小扭力常数KT值的电枢反应；
多套磁传感器41不应限制其装置位置但其中一套的定位装置角度将令定子部21激磁线圈211的导通时间差和转子部31产生较强气隙磁通密度、较大扭力常数KT值的电枢反应，另外至少一套磁传感器41定位装置的角度将令定子部21激磁线圈211的导通时间差和转子部31产生较弱气隙磁通密度、较小扭力常数KT值的电枢反应；
其中磁感测信号选择电路51的感测输出信号513的选择，是参考马达运转转速的位阶而产生一转速信号，指令信号端514将视马达运转转速的位阶而令磁感测信号选择电路51自动选择输出不同的感测输出信号513：
其中磁感测信号选择电路51之感测输出信号513的选择，是采人工切换的方式产生切换信号，指令信号端515将视人工选择的状态而令磁感测信号选择电路51切换输出不同的感测输出信号513；
其中磁感测信号选择电路51内含开关器511，是指机械式有接点的形态，开关器511经由切换信号端514、515的指令而输出所需之感测输出信号513；
其中磁感测信号选择电路51内含切换电路是指电子半导体电路，如模拟式IC、数字式IC、微处理芯片CPU等无接点结构的电子集体电路，电子半导体电路经由切换信号端514、515的指令而输出所需之感测输出信号513；
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；
其中转子部31永久磁铁313是以筒形状磁铁沾粘于导磁轭铁312表面以为转子部电枢反应之用，多套磁传感器41对应永久磁铁313的磁极旋转变换而令转子部31对应定子部21而电枢反应并导磁旋转；
其中转子部31永久磁铁313是以多个永久磁铁个体沾粘于导磁轭铁312表面以为转子部电枢反应之用，多套磁传感器41对应永久磁铁313的磁极旋转变换而令转子部31对应定子部21而电枢反应并导磁旋转；
其中转子部31永久磁铁是以多个永久磁铁个体嵌镶装置于导磁轭铁内部以为转子部电枢反应之用，多套磁传感器41对应永久磁铁的磁极旋转变换而令转子部31对应定子部21而电枢反应并导磁旋；
其中转子部31永久磁铁是另指和转子部31同心、同步旋转，但非供电枢反应用的永久磁铁314，其是供转子旋转位置感测之用，多套磁传感器41对应该永久磁铁314的磁极旋转变换而使转子部31电枢反应用的永久磁铁313对应定子部21而电枢反应并导磁旋转。
以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，并非用于限制本发明的专利范围，故举凡运用本发明说明书及附图内容所为之等效结构变化，均同理皆包含于本发明的范围内。
Claims (13)
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，其内包含定子部供绕组型态的激磁线圈设置在其中，并可提供多套磁传感器固定的装置，还包含转子部其含有永久磁铁的旋转转子，转子部对应定子部而电枢反应导磁旋转；
所述磁传感器，以各种不同角度设置在定子部并感测转子部永久磁铁磁极的旋转变化，并使定子部激磁线圈和转子部旋转磁极产生不同角度的变化关系，由于感测信号与激磁线圈两者间的导通时间差存在同步或提前现象，因此产生各种不同强度的电枢反应；
磁感测信号选择电路，该电路通过控制端指令而使所述套磁传感器整合一感测输出信号，各种感测输出信号使定子部激磁线圈有不同的导通时间差，各种导通时间差使定子部和转子部产生个别一定值的电枢气隙磁通密度，个别一定值的磁通密度还产生个别一定值的扭力常数KT值，因此永磁式马达将可产生多样化的运转转速。
2、如权利要求1所述的可提升永磁式马达转速的装置，其特征在于：所述磁传感器不应限制其装置位置但其中一套的定位装置角度将令定子部激磁线圈的导通时间差和转子部产生最强气隙磁通密度、最大扭力常数KT值的电枢反应，另外至少一套磁传感器定位装置的角度使定子部激磁线圈的导通时间差和转子部产生较弱气隙磁通密度、较小扭力常数KT值的电枢反应。
3、如权利要求1所述的可提升永磁式马达转速的装置，其特征在于：所述磁传感器不应限制其装置位置但其中一套的定位装置角度将令定子部激磁线圈的导通时间差和转子部产生较强气隙磁通密度、较大扭力常数KT值的电枢反应，另外至少一套磁传感器定位装置的角度将令定子部激磁线圈的导通时间差和转子部产生较弱气隙磁通密度、较小扭力常数KT值的电枢反应。
4、如权利要求1所述的可提升永磁式马达转速的装置，其特征在于：所述磁感测信号选择电路的感测输出信号的选择，是参考马达运转转速的位阶而产生一转速信号，指令信号端将视马达运转转速的位阶而使磁感测信号选择电路自动选择输出不同的感测输出信号。
5、如权利要求1所述的可提升永磁式马达转速的装置，其特征在于：所述磁感测信号选择电路的感测输出信号的选择，是采人工切换的方式产生切换信号，指令信号端将视人工切换的状态而便磁感测信号选择电路选择输出不同的感测输出信号。
6、如权利要求1所述的可提升永磁式马达转速的装置，其特征在于：所述磁感测信号选择电路内含开关器，是指机械式有接点的形态，开关器通过切换信号的指令而输出所需的感测输出信号。
7、如权利要求1所述的可提升永磁式马达转速的装置，其特征在于：所述磁感测信号选择电路内含切换电路，是指电子半导体电路，如模拟式IC、数字式IC、微处理芯片CPU等无接点结构的电子集体电路，电子半导体电路通过切换信号的指令而输出所需的感测输出信号。
8、如权利要求1所述的可提升永磁式马达转速的装置，其特征在于：定子部是指马达的外定子部，转子部是指永磁式内转子部，即是永磁内转子式马达。
9、如权利要求1所述的可提升永磁式马达转速的装置，其特征在于：定子部是指马达的内定子部，转子部是指永磁式外转子部，即是永磁外转子式马达。
10、如权利要求1所述的可提升永磁式马达转速的装置，其特征在于：转子部永久磁铁是以筒形状磁铁粘于导磁轭铁表面以为转子部电枢反应之用，所述磁传感器对应该永久磁铁的磁极旋转变换而使转子部对应定子部而电枢反应并导磁旋转。
11、如权利要求1所述的可提升永磁式马达转速的磁装置，其特征在于：转子部永久磁铁是以多个永久磁铁个体粘于导磁轭铁表面以为转子部电枢反应之用，所述套磁传感器对应该永久磁铁的磁极旋转变换而使转子部对应定子部而电枢反应并导磁旋转。
12、如权利要求1所述的可提升永磁式马达转速的装置，其特征在于：转子部永久磁铁是以多个永久磁铁个体嵌镶于导磁轭铁内部以为转子部电枢反应之用，所述磁传感器对应该永久磁铁的磁极旋转变换而使转子部对应定子部而电枢反应并导磁旋转。
13、如权利要求1所述的可提升永磁式马达转速的装置，其特征在于：转子部永久磁铁是指和转子部同心、同步旋转但非供电枢反应用的永久磁铁，其是供转子旋转位置感测之用，所述磁传感器对应该永久磁铁的磁极旋转变换而使转子部电枢反应用的永久磁铁对应定子部而电枢反应并导磁旋转。
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