CN2569429Y - 电动车辆专用电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型有关于一种通过调变绕组接续模式致能而提高其较佳动力输出的电动车辆专用电机，主要在电机内设计成拥有多个独立绕组，以及该多个绕组间的接续模式，由一控制器依实际使用状况，以继电器或电子开关来适时切换该多个绕组间的串、并联或串并联组合的相互联接关系，进而使电机串组联设的总绕数得以变化；通过此，使该电枢电流通过该绕组时，即会致能产生动力输出，同时使输出的动力具多种型态，以完成对电机特性的改变，而满足不同运行状态对电机动力输出值的各种要求。

Description

电动车辆专用电机

技术领域

本实用新型有关于一种通过调变绕组接续模式致能而提高其较佳动力输出的电动车辆专用电机，特别是指一种在电机内设计成拥有多个绕组，令该绕组间的相互联接关系，可通过一控制器切换，进而使电机联设的总绕组数产生变化，以完成其较佳动力输出的要求者。

背景技术

按，电动车辆的发展日新月异，然影响其精进的最重要因素，其一为电池的品质，其二为马达的性能，就前者而言，在电池制造业努力的研究创新，已有相当好的蓄电能力和使用寿命，充电时间也大幅缩短，且其续航力亦大增，但就马达而言，虽经不断演进，在效率和性能稍有进步，但对于扭力的提高和欲解决的爬升角度、爬坡力不足的问题仍然存在，在常用的改善方式，不论其为电机外挂皮带、链条或为轮圈式电机型式，利用马达的输出轴心设有一行星齿轮组或称变速装置，当轴心受电机驱转可带动其连动，通过由机械的方式将马达减速，以取得较佳的动力输出，进而改善其低速时的扭力表现。因此，就上述电机的应用，为满足不同的输出转速和输矩的要求，或保证一定输出功率下的转速、转矩要求，以及保证电机的较高运行效率和较理想的运行状态时，采用如前述的机械式变速传动机构，通过改变机械变速机构的变速比，而达到所需求的最终输出转速和转矩要求和其相互匹配性，但就该技术而言，主要通过机械的方式，以取得较佳动力和扭力的输出，但就能量不减原理，该机械的变速传动方式，会影响其马力的输出(就电机而言，该变速和传动的机械损一般约会减损其输出马力约15～20％之间)，而严重影响其电能的使用效率和功率因素，也使马达的性能无法发挥到极致，同时会产生运行的吵杂，宁静度也不佳。

实用新型内容

本实用新型的主要目的，是提供一种通过调变绕组接续模式致能而提高其较佳动力输出的电动车辆专用电机，将电机设计成拥有多个独立绕组型式，在电机运行中，经由外部的控制器对这些独立绕组相互联接方式的改变，从而使电机的总串组联设的总绕组数得以变化，以满足多种运行状态下对电机输出特性和动力提供等不同的要求。

本实用新型的次一目的，是提供一种通过调变绕组接续模式致能而提高其较佳动力输出的电动车辆专用电机，其中该通过控制器调变该独立绕组相互联接，进而改变电机总串组联设的总绕组数，以达较佳的动力输出模式，可以替代常用机械式传动变速的缺点，可减除机械传动的动能损耗，改善了低转速时扭力不足缺点，同时也增加电机的动力输出和性能表现，从而达到与所要求的最终输出速度和转矩的要求相互匹配。

本实用新型的再一目的，是提供一种通过调变绕组接续模式致能而提高其较佳动力输出的电动车辆专用电机，通过多个绕组具多模式的调变特性，而得到更大范围的适应，以及在受限定的实际供电电压、电流值的供电模式下，利用其串接的特性，满足对输出大转矩的要求，尤其是低速时；另者，由于电机内拥有多个独立绕组，在当输出一定的动力要求时与常用单一绕组的比较下，其内部的电枢绕组都得以充分利用，同时通过各电枢绕组对电枢电流的分流效应下，使各独立电枢绕组所通过的电流减少，但其实际输出的动力总和不变，使电机以更加有利的条件(例如：温升、电流、效率)进行长期或短期工作，也增加电机的使用寿命和安全性。

本实用新型的又一目的，是提供一种通过调变绕组接续模式致能而提高其较佳动力输出的电动车辆专用电机，其中该电机可为直流无刷电机或直流有刷电机，在直流无刷电机中将该独立绕组的接头引至外部，并通过控制器针对不同型态的连接方式，设计成多功能换向效能，以保证各绕组在电路回路中作为支路的独立性；另，采直流有刷电机者，针对不同的独立绕组数，具有多组独立换向功能的换向器(例如单面多环换向器、双面多环换向器等)，并设计有与之匹配的电刷，以实现该控制器对该多个绕组间的联接方式相互转换的控制；故本实用新型具较佳的匹配性，而且结构简单、节约电机内部占用空间、也降低制造成本。

为达到上述目的，本实用新型提供一种通过调变绕组接续模式致能而提高其较佳动力输出的电动车辆专用电机，主要在电机内设计成拥有多个独立绕组，以及该多个绕组间的接续模式，是由一控制器依实际使用状况来适时切换该多个绕组间的相互连接关系，进而使电机串组联设的总绕数得以变化；通过此，令该电枢电流通过该绕组时，即会致能产生动力输出，同时使输出的动力具多种型态，以完成对电机特性的改变，而满足不同运行状态对电机动力输出值的各种要求。

附图说明

图1为电机工作原理的等效电路图；

图2为串联不同绕组数的输出转矩和输入电流的关系曲线图；

图3为说明本实用新型作动原理和绕组连接的等效关系示意图；

图4为本实用新型采用二独立绕组并通过电子开关切换绕组间产生串、并联连接关系变化，而改变电机串组联设的总绕组的实施示意图；

图5为本实用新型采用二独立绕组设于一直流有刷电机内的使用状态参考图；

图6为可与图5的直流有刷电机匹配使用的多环换向器的上俯视配置参考图。

1：电机

10：心轴

11：定子

12、13：绕组

121、131：电刷

14、15：换向器

A：控制器

具体实施方式

首先请参阅图1所示，在常见电机的绕组在电路呈单一固定型态，即其串联绕组圈(或称匝)数为一固定值，因此当电机的绕组和结构确定后，电机的输出特性也就跟着确定了，请参考图2所示，为电机原理得知电机的输出转矩M为电枢绕组电流I乘上绕组圈数N1、N2(该电损、磁损略计)，所以可得一结论：对于电机而言，要于工作状态时输出转矩得以增加或减少，则只能通过增加或减少相对应的绕组(即电枢)电流来达到，由此乃可再行推得，当电源V所供给的电流为一确定值时，此电机所能输出的最大转矩也随之确定，这个状况在电机低速时，因为电机的工作效率(即功率因素)低，且当工作负载增加时，由于不能对电压的最大输出转矩进行改变，这不但限制了电机的使用范围，也使得实际使用时发生低速时转矩(即扭力)不足的缺点。

因此，本实用新型为改善上述惯例缺点，就是将电机设计内拥有多个独立绕组，其组成的概念和原理(请参照图3所示，为了方便说明起见，我们假设其两绕组L1和L2绕组的圈数N1＝N2)，在图3A中，可看出在独立绕组L1、L2及具有圈数为N1、N2中通电流I，则两绕组L1、L2所产生的转矩M1、M2分别为M1＝I×N1，M2＝I×N2，因该两绕组L1、L2为个别独立，虽其各别产生M1、M2的转矩，但由于其间无任何连组结合关系，故图3A中，主要简述了绕组圈数(N1、N2)和产生的转矩(M1、M2)的关系；另图3B和图3C所示，进一步说明本实用新型的作动原理和绕组连接的等效关系示意图，在本实用新型的电机中设计成拥有多个独立绕组，在此以设置有二个绕组L1、L2及其具圈数为N1、N2为例，当将二绕组L1、L2采并联连接时，由于分流的关系，该流经绕组L1、L2的电流等

I，由于绕组L1、L2为并联关系(如图3B)，则其产生的转矩总和为 $(\frac{1}{2}I\×N1)+(\frac{1}{2}I\×N2),$ 依其计算式可简易了解，其转矩总和为

I×(N1+N2)乃和采用设计一单独绕组(L1或L2)并通以电流I时相当(N1＝N2)，但此时我们发现，在获致相同转矩输出时，通过绕组的电流已经减少为一半即 I，因此可得一结论：本实用新型在并联二独立绕组在达到与原设单一绕组具相同转矩时，可以使通过的电流减少，缘此，当通过电流降低，也相对使电机温升可控制在一稳定和较佳的有利工作状态(按，电机的温度升高，相对的使绕阻的阻抗增大、电流变小，其功率因数和电机的工作效率也同步降低)，进而增加电机的使用寿命和持续使用的时间；又，如图3C所示，将该二绕组L1，L2串接，所以我们可简化的将二绕组视为合一，其总绕设圈数为N1+N2，当通以电流I，发现其产生的总转矩和为I×(N1+N2)依其计算式可了解其转矩总和为采用一单独绕组(L1或L2)并通以电流I的两倍(N1＝N2)，因此，可得一结论：本实用新型在串联二独立绕组时，其通以定额电流时，其产生的总转矩为原设单一绕组的两倍；缘此特性并用于电机上，在不增加电流供应的前提下，通过串接多个独立绕组，可有效增加其转矩，当然，也使其动力输出和扭力得提高，并维持较佳的性能。

通过上述特性并以一较佳实施例来说明其应用的效能，其中图4A和图4B中，乃揭露了电池组V可供应电机内拥有的独立绕组L1、L2所需的电流I，以及一控制器A可依实际状况由人工或自动的方式控制电子开关T1、T2和T3的启闭，进而切换绕组L1、L2的联设关系，即当电子开关T1与T2同时闭合，开关T3断开时，绕组L1和L2成并联连接，如图5A；当T1与T2同时断开T3闭合时，绕组L1和L2乃成串联连接，如图5B，由以上的实施例可知，通过由一控制器从P可以实现电机的绕组L1、L2可以适时的切换变化成并联或串联连接；是此，在本实用新型中设计有多个独立绕组时，透过简易的切换其绕组的接续模式，即可以满足前述的绕组具有并联、串联的接续模式调变的实用效能。

当然，在本实用新型的适用，可用于直流无刷电机和直流有刷电机，其中该具有多个独立绕组的直流无刷电机，是将独立绕组L1、L2的接头引至外部，并通过由该控制器针对不同型态的连接方式，设计具有多功能换向效能，以保证各绕组L1、L2在电路回路中作为支路的独立性。

另，当本实用新型运用于直流有刷电机时，其中该具有多个独立绕组的直流有刷电机，针对不同的独立绕组数，具有多组独立换向功能的换向器(容后述明)，例如单面多环换向器或双面多环换向器等(请参考图6)，并设计有与之匹配的电刷，以实现该控制器A对该多个绕组L1、L2间的联接方式具有相互转换的控制。

再请参阅图5，为本实用新型采用二绕组容设于一直流有刷电机内的使用状态图，而该电机以外转子电机作为示范说明(所谓外转子电机，即定子固装于心轴上，以驱动其外围转子带动与其驳接的轮体)，由该图中可看出，该电机1的定子11固装在心轴10上，其内部包含有二绕组12、13，绕组12、13上方具电刷121、131与换向器14、15相接引，且该二绕组12，13间以及其与定子11相邻壁面，均有绝缘垫16使该绕组12、13乃自成一独立的回路，以保证各绕组12、13的分层清晰，并充份利用其空间，又，该换向器14、15的布局，可参考使用如图6所示，当电机1接引电流时(请参考图4)由于换向器系为单(或双)面多环换向器，其两瑞系与控制器A相连，通过此，今该控制器A即可依实际需求，而使该二绕组12、13进行串、并联连接关系的变换，如此即可在一般状态采用将绕组12、13并联，达到以较低的电流，即可维持其动力输出；另，当电机转速降低或负载增加时，可切换使绕组12、13形成串联连接，进而有效提高其转矩和扭力输出；另，申请人要加以说明的是，本实用新型的适用并不局限在有刷电机的型态，其亦可适用于无刷电机，当使用无刷电机时，可将该绕组12、13的线路接头引至外部，再和一具多功能换向效能的换向器(图未示)连接，即可保证各绕组12、13在电路回路中为一独立性支路，且由前述的控制器作多功能的换向，同样也能提供绕组12、13形成串、并联连接关系的变化。

Claims (7)

1、一种通过调变绕组接续模式致能而提高其较佳动力输出的电动车辆专用电机，其特征是，主要在电机内设计成拥有多个独立绕组，以及该多个绕组间的接续模式，是由一控制器依实际使用状况来适时切换该多个绕组间的相互连接关系，进而使电机串组联设的总绕数得以变化。

2、如权利要求1所述的通过调变绕组接续模式致能而提高其较佳动力输出的电动车辆专用电机，其特征是，该多个不同绕组彼此之间在电路中相互独立，能以个别的形式被进行串、并联或串并联组合，而使电机联设的总绕组得以变化。

3、如权利要求1所述的通过调变绕组接续模式致能而提高其较佳动力输出的电动车辆专用电机，其特征是，该控制器依据实际的运行状态，通过其电路以继电器或电子开关切换该多个绕组间采不同串、并联或串并联组合连接关系的模式，进而使电机联设的总绕组数得以变化，以满足对电机动力输出值的各种要求。

4、如权利要求1所述的通过调变绕组接续模式致能而提高其较佳动力输出的电动车辆专用电机，其特征是，该具有多个独立绕组的电机，为直流无刷电机。

5、如权利要求1所述的通过调变绕组接续模式致能而提高其较佳动力输出的电动车辆专用电机，其特征是，该具有多个独立绕组的电机，为直流有刷电机。

6、如权利要求4所述的通过调变绕组接续模式致能而提高其较佳动力输出的电动车辆专用电机，其特征是，该具有多个独立绕组的直流无刷电机，是将独立绕组的接头引至外部，并通过由该控制器针对不同型态的连接方式，设计具有多功能换向效能。

7、如权利要求5所述的通过调变绕组接续模式致能而提高其较佳动力输出的电动车辆专用电机，其特征是，该具有多个独立绕组的直流有刷电机，是针对不同的独立绕组数，具有多组独立换向功能的换向器，并设计有与之匹配的电刷。

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