TWI411198B - 一雙轉子電磁機器之控制 - Google Patents

Description

一雙轉子電磁機器之控制

本發明係關於無刷永磁馬達及產生器，尤其係關於必須在寬速度範圍上操作之彼等馬達及產生器，諸如，用於複合車或工具機中之彼等馬達及產生器。更具體言之，本發明係關於在馬達操作期間對該馬達之控制。

無刷永磁馬達具有一與其速度成比例之反電動勢(EMF)。在高速度下，馬達之反電動勢可比電源可供給之電動勢高得多。高於此速度時，必須添加具有反電動勢之額外異相電流以便消弱馬達之磁場。此被稱為"磁場消弱"，且描述於經讓渡給Unique Mobility公司之美國專利第5,677,605號中。此電流產生電功率損失及熱量，且需要電子器件具有一增加的電流容量。

一試圖解決此問題之方法描述於美國專利第6,998,757中，其中一多轉子同步機器包括安置於一定子鐵心之外周邊及內周邊上之第一及第二轉子。一安裝於該第二轉子內部之機構控制第一與第二轉子之相對旋轉。一具有兩個轉子之電磁機器描述於美國專利第4,739,201中。該等轉子相對於彼此有角度地移位以便減小轉矩脈動，但未描述用於控制或改變轉子之間的相對角位移之機構。具有兩個轉子之另一電磁機器描述於美國專利第6,975,055號中，其中具有場磁鐵之兩個轉子經擰緊至一有螺紋桿上。

然而，此等機器看來似乎均不具有用於調整轉子相對角位移之簡單的、低廉的、能夠在機器運轉之同時操作且可承載高轉矩負載之機構。此外，此等機器均不使用以彼此成180度對準之轉子提供反電動勢之轉子。

因此，本發明之一目標為提供一雙轉子電磁機器，其具有一用於調整轉子相對角位移之簡單且低廉之機構。

本發明之另一目標為提供一雙轉子電磁機器，其具有一能夠在機器運轉之同時操作之機構。

本發明之另一目標為提供一雙轉子電磁機器，其具有可承載高轉矩負載之機構。

此等及其他目標可藉由本發明來達成，其中一電同步機器包括一外殼及可旋轉地支撐於該外殼中之一對機械軸。一第一轉子經固定以用於與第一機械軸一起旋轉，且一第二轉子經固定以用於與第二機械軸一起旋轉。兩個轉子承載永磁場磁極。一第一環形定子安裝於外殼中且環繞該第一轉子。一第二環形定子安裝於外殼中且環繞該第二轉子。兩個定子具有纏繞於其上之定子線圈。一間隙分離該第一定子與該第二定子。一耦接機構耦接至第一及第二機械軸，且可在第一及第二機械軸之旋轉期間操作以調整第二機械軸相對於第一機械軸之角定向。

該耦接機構為一行星式傳動裝置，其具有一耦接至第一機械軸之第一太陽齒輪，一耦接至第二機械軸之第二太陽齒輪，一耦接至該第一太陽齒輪之第一行星齒輪組，一耦接至該第二太陽齒輪之第二行星齒輪組，一可旋轉地支撐該第一及該第二行星齒輪組之行星齒輪架，一固定至外殼且銜接地嚙合第一行星齒輪組之固定環形齒輪，及一由外殼可旋轉地支撐且銜接地嚙合第二行星齒輪組之活動環形齒輪。

一用於控制電同步機器之方法包含確定各自具有一不同長度且各自具有安裝於其周邊上之至少一對磁鐵的兩個轉子之間的所要對準角。在機器之操作期間，使用一行星式機構將機器中之該兩個轉子之間的角對準自動地改變至所要對準角。0度之角對準(亦即，當兩個轉子彼此對準時)使基本速度下之反電動勢能夠等於180度之角對準(亦即，當轉子彼此完全不對準時)下之最大速度下的反電動勢。

一用於製造電同步機器之方法包含假定給定之指定機器僅具有一轉子而預先確定用於給定之指定機器之總的轉子長度。基於給定之指定所要基本速度及最大速度確定用於該兩個轉子中之每一者之不同的單獨轉子長度。製造具有所確定之不同的單獨轉子長度之電同步機器。基於以下各式來確定該等不同的單獨轉子長度：△＝基本速度/最大速度，且第一轉子之長度＝(0.5＋△/2)*總的轉子長度 第二轉子之長度＝(0.5－△/2)*總的轉子長度

對於用於驅動機器之至少一電子馬達裝置之指定額定電壓，基於基本速度下之反電動勢確定線圈的第一數目，且製造具有所確定之線圈之第一數目的電同步機器。因而，若將需要之線圈之第二數目係基於具有一轉子或在0度對準之情況下具有相等長度之兩個轉子之電同步機器之最大速度下的反電動勢，則線圈之第一數目自線圈之第二數目增加；藉此線圈之經增加之數目減小了機器之電流要求。

參看圖1，一多轉子同步電磁機器10具有一外殼11，外殼11包括一第一端外殼12、一中心外殼14及一第二端外殼16。一圓柱形外殼環18自外殼16之一末端突出且環繞一行星齒輪機構20。一具有一蝸輪24之致動器22附接至外殼環18。

現參看圖2，中心外殼14具有一內套筒30及一外套筒32。一端板19覆蓋外殼環18。複數個水冷卻通道34形成於內套筒30之外周邊表面中，且此等通道34由外套筒32覆蓋及密封。套筒30較佳具有一T狀橫截面形狀，且由一導熱材料(諸如，鋁)形成。套筒30具有一環形中心支柱31，環形中心支柱31自圓柱形輪緣33之內表面徑向向內突出。端外殼12具有一中心開口36。端板19形成一中心盲孔38。軸承40安裝於開口36中，且軸承42安裝於孔38中，且藉此可旋轉地支撐一兩部分機械軸總成44。

機械軸總成44包括一第一中空外機械軸46及一第二實心內機械軸48。第二機械軸48包括一較大直徑部分50及一可旋轉地收納第一機械軸46之較小直徑部分52。機械軸48之較大直徑部分50由軸承40可旋轉地支撐，且部分52之末端53由軸承42可旋轉地支撐。較大直徑部分50經由第一機械軸46延伸至末端53，末端53自第一機械軸46之一軸端向外突出。軸承套筒49在鄰近一接合機械軸48之較大直徑部分與較小直徑部分之軸肩處可旋轉地支撐中空機械軸46之內端。

中空環形定子54及56與機械軸總成44同心地不可旋轉地安裝於外殼11內部且較佳由電工鋼製成。一習知中空環形線圈總成58不可旋轉地安裝於定子54及56內部，且亦與機械軸總成44同心。

一第一轉子60整合至第一機械軸46或安裝於第一機械軸46上且經固定以與第一機械軸46一起旋轉。一第二轉子62與第二機械軸48之較大直徑部分50整合或安裝於第二機械軸48之較大直徑部分50上且經固定以與第二機械軸48之較大直徑部分50一起旋轉，且與第一轉子60軸向間隔開。一氣隙將定子總成54及56與轉子60及62分離。

一環形磁感應環61安裝於機械軸46上鄰接轉子60之一外端面。一環形磁感應環63安裝於機械軸50上鄰接轉子62之一外端面。磁感應環61及63為習知感應環，且可用於提供指示機械軸安裝之位置之信號。馬達較佳具有3相繞組。一控制器(未圖示)基於經感應之機械軸之位置將電流供給至繞組。

現參看圖2及圖5，一行星式傳動裝置20由外殼環18環繞。行星式傳動裝置20包括一形成於第一機械軸46之外端上之第一太陽齒輪72，及一安裝於內機械軸48之末端53上且經固定以藉由花鍵(未圖示)與內機械軸48之末端53一起旋轉之第二太陽齒輪74。太陽齒輪72及74較佳具有相同外徑。一可旋轉行星齒輪架75包括複數個行星齒輪架柱76。第一組行星齒輪78可旋轉地安裝於柱76上以用於與第一太陽齒輪72之齒銜接嚙合。第二組行星齒輪82鄰近行星齒輪78可旋轉地安裝於柱76上以用於與太陽齒輪74之銜接嚙合。一固定環形齒輪84固定至環形外殼18之一內表面且銜接地嚙合第一行星齒輪78。一活動環形齒輪86鄰近固定環形齒輪84而可旋轉地安裝於環形外殼18中。環形齒輪86銜接地嚙合第二行星齒輪82。致動器22之蝸輪24銜接地嚙合形成於環形齒輪86之外表面上之齒。

如最佳於圖3中所見，第一轉子60包括一環形轉子部件90及安裝於其周邊上之複數個永久磁鐵91至96。磁鐵91、93及95使其北磁極徑向向外定向。磁鐵92、94及96定位於各別對之磁鐵91、93及95之間，且使其南磁極徑向向外定向。結果，當在轉子60之周邊周圍前進時，每一磁鐵具有一磁極定向，該磁極定向與鄰近磁鐵之磁極定向相對或相對於鄰近磁鐵之磁極定向移位180度。每一轉子具有至少一對磁鐵，其中該對磁鐵中之第一者使其北磁極徑向向外定向且該對磁鐵中之第二者使其南磁極徑向向外定向。該對磁鐵中之第一者與第二者安裝為隔開180度。一對以上之磁鐵將相對於本身類似地定位，且將與任何其他對之磁鐵等距隔開以使得向外輻射之磁極將在轉子之周邊周圍等距隔開之該等磁鐵對之間在北極與南極之間交替。

如最佳於圖4中所見，第二轉子62包括一環形轉子部件100及安裝於其周邊上之複數個永久磁鐵101至106。磁鐵101、103及105使其北磁極徑向向外定向。磁鐵102、104及106定位於各別對之磁鐵101、103及105之間，且使其南磁極徑向向外定向。結果，當在第二轉子62之周邊周圍前進時，每一磁鐵具有一磁極定向，該磁極定向與鄰近磁鐵之磁極定向相對或相對於鄰近磁鐵之磁極定向移位180度。磁鐵91至96及101至106較佳具有相同的角寬度。其亦可具有相同的軸向長度。

如最佳於圖2中所見，定子54及56軸向間隔開，且其間的間隙或間隔由套筒30之支柱31來填充，且一冷卻劑通道35形成於支柱31中以自其導走熱量。如最佳於圖3及圖4中所見，套筒30之支柱31徑向向內延伸且包括複數個槽37，該複數個槽37中之每一者收納線圈58中之一對應者。結果，支柱31除每一線圈58之內端外環繞每一線圈58，以便自線圈58有效地導走熱量。

轉子60及62以馬達速度旋轉。如圖6所示，低於基本速度時，轉子60與62相對於彼此定向以使得其各別磁鐵91至96及101至106之北極與南極在徑向方向中具有相同對準。此使得每一線圈區段58中之電壓產生最大反電動勢。高於基本馬達速度時，藉由旋轉環形齒輪86而使轉子60與62故意相對於彼此不對準。舉例而言，見圖1，逆時針方向旋轉環形齒輪86將使太陽齒輪74、機械軸48及第二轉子62相對於第一轉子60順時針方向旋轉。在馬達10操作之同時，可藉由行星式傳動裝置20改變及控制轉子60與62之對準，且行星式傳動裝置20將承受高功率及轉矩位準下之操作。

較佳地，轉子60及62中之一者及安裝於其上之磁鐵將在軸向方向中比另一轉子及其磁鐵長。舉例而言，在圖2中，轉子62以55%對45%之比率而在軸向上比轉子60長。結果，在基本速度(其中轉子60與62如圖6中所示而對準)下，組合電動勢將為一最大值(100%)。轉子60與62之不對準減小反電動勢之總和。因此，在此相同速度下，若轉子完全不對準，則組合反電動勢將為最大值之10%(55%－45%)。在基本速度之十倍之速度下，若轉子完全不對準，則組合反電動勢將為基本速度下之最大值之100%(10×(55－45))。

或者，若每一轉子上之磁鐵具有相同長度、尺寸及形狀，且具有相同磁性，則可使轉子完全不對準(對於承載6個磁鐵之轉子，不對準60度)，或使得轉子60上之北極與轉子62上之南極對準，且將不產生反電動勢。因此，馬達10可經組態以在超速操作期間不產生反電動勢電壓，且藉此防止電壓過載及線圈58之短路。

本發明之一實施例控制馬達低於及高於基本速度之操作期間的轉子之分度以達成所要位準之反電動勢電壓(若存在)。控制轉子之分度包括控制轉子相對於彼此之對準。基本速度可為在轉子對準時產生最大可接受之反電動勢之任何選定速度。

低於基本速度時，轉子將彼此對準，使得第一轉子上之北極與第二轉子上之北極對準。若轉子在高於基本速度時對準，則馬達將產生比所要反電動勢多的反電動勢。因此，高於基本速度時，轉子將經分度以使得反電動勢保持大致恆定。市售馬達控制器不需要恆定反電動勢。然而，在本發明之一實施例中，具有一相當恆定之反電動勢允許控制器以較低電流操作。

若轉子具有相等長度，則當轉子在180度下對準時，反電動勢將變成0。然而，若轉子不具有相等長度，則藉由下式確定180度下之反電動勢： V ₁₈₀ ＝V ₀ △其中△為反電動勢比率，其藉由轉子長度來確定a 為第一轉子之長度b 為第二轉子之長度V ₀ 為0度對準下之反電動勢V ₁₈₀ 為180度對準下之反電動勢。

自上述內容，可藉由基本速度及最大速度確定轉子之較佳長度。速度比率可界定為： 其中R _speed 為速度比率。若R _speed 設定為等於△，且對準角設定為等於180，則最大速度下之反電動勢將與對準轉子在基本速度下之反電動勢相同。

自上述內容，可藉由下式確定長度a與b：第一轉子之長度＝(0.5＋△/2)*總的轉子長度 第二轉子之長度＝(0.5－△/2)*總的轉子長度。

可藉由預先確定如為一僅具有一轉子之給定之指定電同步機器所需的總的轉子長度而組態、設計及製造電同步機器。接著可視一給定之所要基本速度及最大速度而確定每一轉子之不同的單獨轉子長度。第一轉子長度加上第二轉子長度之總和等於預先確定之總的轉子長度。

存在一數學恆等式：a sinx ＋b sin(x ＋α )＝c sin(x ＋β )其中 且 其中：a為第一正弦波之量值b為第二正弦波之量值c為所得正弦波之量值α為第一正弦波與第二正弦波之間的相角。

較佳實施例之系統不使用β 關係。

在一實施例中，轉子之長度與正弦波之量值成比例。因此，"a"為第一轉子之長度除以兩個轉子之總長度。換言之，若第一轉子為50 mm且第二轉子為50 mm，則a為50/100＝0.50。若第一轉子為30 mm且第二轉子為70 mm，則a為30/100或0.30。值"b"為第二轉子之長度除以兩個轉子之總長度。在一較佳實施例中，"a"及"b"經界定以使得"a"加上"b"將始終等於1。

對於兩個轉子為相同長度之狀況，a＝b＝0.50：α為一轉子相比於第二轉子轉位之角度。哪一轉子在另一者之前分度無關緊要。

c將相比於馬達在轉子對準時將產生多少反電動勢來確定馬達產生多少反電動勢。自上述恆等式，c之最大值為1，且當α＝0°時，cosα＝1時出現。

若馬達正以比基本速度慢之速度運轉，則c將設定為等於1，且轉子將對準，從而具有一為0°之分度角。若馬達正以比基本速度快之速度運轉，則反電動勢將減小。

對於標準永磁機器，反電動勢係基於以下等式：E ＝k _E ω _m 其中E為反電動勢，k _E 為電壓常數，且ω _m 為馬達速度。

當機器之速度高於基本速度時，對於此實施例中所描述之機器，上述等式可修改成：E ＝c (ω )k _E ω _m 其中E保持為恆定反電動勢，且c(ω )為一變數，其可計算為： 其中ω _b 為機器之基本速度。

可如下處理上述恆等式：c ² ＝a ² ＋b ² ＋2ab cosα 2ab cosα ＝c ² －(a ² ＋b ² ) ∴

當馬達速度高於基本速度改變時，將藉由上述等式減小c。括號中之值之反餘弦將給出轉子對準所需之角度。

在一實施例中，在機器運轉之同時由一處理器執行反餘弦計算。在其他實施例中，使用一先前藉由基於機器之速度執行計算而產生之查找表。該查找表具有對於為獲得所要反電動勢而使轉子對準所需之馬達速度之遞增的所要角度。

在其他實施例中，基於機器之感應到的反電動勢確定轉子之所要分度角。此可藉由量測機器之反電動勢(諸如，藉由使用一A/D轉換器)來進行。當機器之反電動勢高於基本速度下之反電動勢時，將遞增所要的分度角，直至反電動勢正確為止。在感應反電動勢之實施例中，可消除本文中所描述之轉子位置感應器中之一者或兩者。

無論機器運轉時的轉子之間的角不對準由處理器確定，還是使用查找表確定，還是藉由量測機器之反電動勢確定，均將確定值以致動器所需之形式輸入以使得轉子基於所確定值而改變對準。致動器接收一信號，且回應於彼信號而改變轉子之相對角位置。

在一用於控制轉子相對於彼此之相對角位置之實施例中，一環形齒輪為固定的，且第二環形齒輪為可旋轉的。藉由移動可旋轉之環形齒輪使轉子對準。可藉由對環形齒輪施加轉矩之圓柱體來使此環形齒輪旋轉。該圓柱體可為液壓致動的、氣動的或電動的。圖7說明具有一可由圓柱體701調整之環形齒輪之組態。

或者，可藉由一蝸輪來使環形齒輪旋轉，蝸輪嚙合環形齒輪且使環形齒輪旋轉。具有環形齒輪之組態展示於圖1及圖2中。致動器22驅動蝸輪24。

一用於控制一電同步機器之方法確定各自具有不同軸向長度且各自具有安裝於其周邊上之至少一對磁鐵的兩個轉子之間的所要對準角，且在機器之操作期間將機器中之該兩個轉子之間的角對準自動地改變至所要對準角。所要對準角之確定係基於機器之速度及反電動勢中之至少一者。利用處理器、查找表及機器之感應到之反電動勢中的至少一者進行該確定。該方法可進一步需要確定機器之速度是否大於基本速度，且在機器之速度大於該基本速度時確定所要對準角。藉由回應於機器之當前速度而自動地改變機器中之兩個轉子之間的角對準來控制機器之反電動勢。當機器之速度自基本速度增加時，使所得反電動勢保持恆定在機器在基本速度下運轉時所產生之基本反電動勢。

一用於控制電同步機器之系統包含一用於感應機器之當前狀態之感應器，其中該當前狀態包含機器之速度、機器之反電動勢及各自具有不同軸向長度且各自具有安裝於其周邊上之至少一對磁鐵的兩個轉子之間的對準角中的至少一者；及一用於在機器之操作期間回應於接收基於當前狀態之輸入而自動地改變機器中之兩個轉子之間的角對準的致動器。機器之反電動勢係藉由致動器回應於機器之當前速度而自動地改變機器中之兩個轉子之間的角對準來控制。

一用於控制電同步機器之系統包含用於基於機器之速度確定各自具有不同軸向長度之兩個轉子之間的所要對準角之控制邏輯；及一用於回應於機器之操作期間之速度的改變而將機器中之兩個轉子之間的角對準自動地改變經確定之所要對準角的致動器。控制邏輯在機器之速度大於基本速度時確定所要對準角，且致動器回應於高於基本速度之速度之改變而自動地改變角對準。機器之反電動勢係藉由致動器回應於機器之當前速度而自動改變機器中之兩個轉子之間的角對準來控制。

圖8為將如何確定分度角之流程圖。過程自801開始且確定馬達之速度是否大於基本速度(802)。若馬達之速度大於基本速度，則將"c"計算為等於基本速度除以馬達速度之反電動勢比率(803)。在步驟804處，利用用於給定馬達之常數"a"及"b"。此等常數可自馬達之製造商得到。常數"a"為轉子1比率，其為轉子1之長度除以總的轉子長度。常數"b"為轉子2比率，其等於1－"a"。在步驟806處，如先前所描述而計算對準角。處理將接著繼續至如圖9中所展示之對準子例程810。然而，返回參看步驟802，若馬達速度不大於基本速度，則對準角等於零(步驟807)。處理繼續至如圖9中所展示之對準子例程810。

圖9為對準子例程810及將如何確定系統之誤差之流程圖。分別在步驟811及812輸入轉子1及轉子2之電角。藉由自轉子1之電角減去轉子2之電角來確定相對位置(步驟814)。藉由自對準角減去相對位置來確定誤差(步驟815)。處理以分度子例程(步驟820)而繼續。

圖10為分度子例程820及一旦已知誤差時可如何出現分度之流程圖。決策步驟822確定誤差之絕對值是否大於滯後帶。若誤差之絕對值不大於滯後帶，則例程在步驟826處退出。若誤差之絕對值大於滯後帶，則確定分度角是否過小(823)。若分度角過小，則在步驟825處增加分度角。若分度角並不過小，則在步驟824處減小分度角。例程在步驟826處退出。

圖11A為一實施例之流程圖。一用於控制電同步機器之方法確定各自具有不同軸向長度且各自具有安裝於其周邊上之至少一對磁鐵的兩個轉子之間的所要對準角(210)，且在機器之操作期間將機器中之該兩個轉子之間的角對準自動地改變至所要對準角(212)。所要對準角之確定210係基於機器之速度201及反電動勢202中之至少一者。利用處理器211、查找表212及機器之感應到的反電動勢213中的至少一者進行該確定。該方法可進一步需要確定機器之速度是否大於基本速度(220)。若機器之速度不大於基本速度，則將角對準調整至或保持在0度(223)。若速度大於基本速度，則改變角對準(222)。藉由回應於機器之當前速度而自動地改變機器中之兩個轉子之間的角對準來控制機器之反電動勢。當機器之速度自基本速度增加時，使所得反電動勢保持恆定在機器在基本速度下運轉時所產生之基本反電動勢。

圖11B為一較佳實施例之方塊圖。一用於控制電同步機器之系統240包含一用於感應機器之當前狀態之感應器250，其中該當前狀態包含機器之速度251、機器之反電動勢252及各自具有不同軸向長度且各自具有安裝於其周邊上之至少一對磁鐵的兩個轉子之間的對準角253中的至少一者；及一用於在機器之操作期間且回應於接收基於當前狀態之輸入而自動地改變機器中之兩個轉子之間的角對準的致動器260。機器之反電動勢係藉由致動器回應於機器之當前速度而自動地改變機器中之兩個轉子之間的角對準來控制。

一用於控制電同步機器280之系統240可進一步包含用於基於機器之速度確定各自具有不同軸向長度之兩個轉子之間的所要對準角之控制邏輯270；及一用於回應於機器之操作期間之速度的改變而將機器中之兩個轉子之間的角對準自動地改變所確定之所要對準角的致動器260。控制邏輯270在機器之速度大於基本速度時確定所要對準角，且致動器260回應於高於基本速度之速度之改變而自動地改變角對準。機器之反電動勢係藉由致動器回應於機器之當前速度而自動地改變機器中之兩個轉子之間的角對準來控制。

圖12為本發明之一實施例之控制邏輯的流程圖。由一感應器感應機器之速度(901)且將速度輸入控制邏輯，控制邏輯確定速度是否高於基本速度(903)。若速度不高於基本速度，則繼續感應速度(901)，直至確定速度高於基本速度(903)為止。若速度高於基本速度，則控制邏輯確定轉子之相對旋轉以達成所要角對準(905)。可根據本文中所提供之計算利用微碼、程式碼指令及處理器或利用先前所產生之用於給定機器之查找表進行此確定。控制邏輯基於輸入確定是否需要調整轉予以達成此所要角對準(907)。若不需要，則控制返回至步驟901。若需要，則向致動器發送信號以基於所確定之所要角對準旋轉一轉子相對於另一轉子之角位置(909)。量測反電動勢(911)。控制邏輯確定所量測之反電動勢是否處於所要位準(913)。若所量測之反電動勢不處於所要位準，則調整轉子之相對角對準(909)，且控制返回至量測反電動勢(911)。若確定反電動勢處於所要位準(913)，則控制進行至步驟903以確定速度是否高於一基本速度(903)。

圖13為用於製造電同步機器之製程流程圖。接收關於一給定電同步機器之規格之輸入(包括尺寸)(951)。對於給定之指定機器，確定一轉子將需要的總的轉子長度(961)。接收指定用於給定之電同步機器之基本速度及最大速度的輸入(952)。自此輸入(952)及自所確定之總的轉子長度(961)確定不同轉子長度(962)。接收指定用於驅動機器之至少一裝置之額定電壓的輸入(953)。自此確定基本速度下所需之線圈之數目。製造一具有不同轉子長度及所確定之線圈之數目的電同步機器(970)。

包含具有不同軸向長度之轉子之上述實施例的一優點在於：當轉子完全不對準時(亦即，各自之一對磁鐵彼此在180度對準)時，電同步機器可接著提供一反電動勢。

上述實施例之一優點在於：可將馬達(亦即，電同步機器)設計為在低速度下需要顯著少之電流。給定轉子及定子設計，馬達中之線圈之數目受機器之額定最大反電動勢限制。在習知永磁機器中，此最大值在最高額定速度下出現。在本文中之實施例中，此最大值在一較低基本速度下出現。所描述之實施例允許在高於基本速度之速度下減小機器之反電動勢，從而使得能夠將反電動勢保持恆定為基本速度下之反電動勢。因此，可增加線圈之數目。舉例而言，若機器之反電動勢削減一半，則線圈之數目可加倍。

機器之電流要求由線圈之數目及機器之安培回轉要求來確定。電流要求為安培回轉要求除以線圈之數目。因此，若線圈之數目加倍，則電流要求削減一半。類似地，若可將反電動勢減小至三分之一，則線圈可為三倍，且電流要求將減小至原始電流要求之三分之一。因而，可將電流要求減小與反電動勢減小之百分比量相同之百分比量。類似地，可將電流要求減小與線圈之數目增加之百分比量相同的百分比量。此減小功率電子器件之電流要求。

上述內容之另一優點在於：若線圈之數目未增加，則功率電子器件之電壓要求可減小。最大反電動勢將較低，且因此可使用額定電壓較低之裝置。上述兩者將減小功率電子器件之成本。

應注意，術語"角對準"係指一轉子上之磁鐵之定向與另一轉子上之磁鐵之定向產生的角度。若轉子以使得在其間達成一特定相對角之方式對準，則轉子可稱作處於角對準。若角度為除0度以外之任何值，則轉子亦可稱為不對準。術語不對準與對準在本文中可互換地使用以描述某一度數之相對角偏移或位移。角對準包括0度之對準及任何度數之不對準。

雖然已結合一特定實施例描述本發明，但應瞭解，對於熟習此項技術者而言，根據前述描述，許多替代、修改及變化將係顯而易見的。舉例而言，轉子及磁鐵可具有不同尺寸、形狀及材料，或轉子可承載較少或較多磁鐵。因此，本發明意欲包含屬於附加申請專利範圍之精神及範疇內之所有該等替代、修改及變化。

雖然已描述較佳實施例，但顯而易見，可在不脫離如在隨附申請專利範圍中所界定的本發明之範疇之情況下作出各種修改。

10．．．多轉子同步電磁機器

11．．．外殼

12．．．第一端外殼

14．．．中心外殼

16．．．第二端外殼

18．．．圓柱形外殼環/環形外殼

19．．．端板

20．．．行星齒輪機構/行星式傳動裝置

22．．．致動器

24．．．蝸輪

30．．．內套筒

31．．．環形中心支柱

32．．．外套筒

33．．．圓柱形輪緣

34．．．水冷卻通道

35．．．冷卻劑通道

36．．．中心開口

37．．．槽

38．．．中心盲孔

40．．．軸承

42．．．軸承

44．．．機械軸總成

46．．．第一中空外機械軸

48．．．第二實心內機械軸

49．．．軸承套筒

50．．．第二機械軸之較大直徑部分

52．．．第二機械軸之較小直徑部分

53．．．較小直徑部分之末端/內機械軸之末端

54．．．中空環形定子/定子總成

56．．．中空環形定子/定子總成

58．．．中空環形線圈總成/線圈/線圈區

60．．．第一轉子

61．．．環形磁感應環

62．．．第二轉子

63．．．環形磁感應環

72．．．第一太陽齒輪

74．．．第二太陽齒輪

75．．．行星齒輪架

76．．．行星齒輪架柱

78．．．第一組行星齒輪

82．．．第二組行星齒輪

84．．．固定環形齒輪

86．．．活動環形齒輪

90．．．環形轉子部件

91．．．永久磁鐵

92．．．永久磁鐵

93．．．永久磁鐵

94．．．永久磁鐵

95．．．永久磁鐵

96．．．永久磁鐵

100．．．環形轉子部件

101．．．永久磁鐵

102．．．永久磁鐵

103．．．永久磁鐵

104．．．永久磁鐵

105．．．永久磁鐵

106．．．永久磁鐵

201．．．機器之速度

202．．．反電動勢

211．．．處理器

212．．．查找表

213．．．機器之感應到的反電動勢

240．．．系統

250．．．感應器

251．．．機器之速度

252．．．機器之反電動勢

253．．．對準角

260．．．致動器

270．．．控制邏輯

280．．．電同步機器

701．．．圓柱體

圖1為一體現本發明之電磁機器之透視圖，其中已移除端板；圖2為圖1之電磁機器之剖視圖；圖3為沿著圖2之線3－3截取之視圖；圖4為沿著圖2之線4－4截取之視圖；圖5為圖1之電磁機器之端視圖；圖6為圖1之轉子總成之透視圖；圖7為本發明之一實施例之電磁機器的透視圖，該電磁機器利用一螺線管改變轉子之相對角位置；圖8為用於確定分度角之控制邏輯之流程圖；圖9為對準子例程之流程圖；圖10為分度子例程之流程圖；圖11A為本發明之一實施例之控制邏輯的流程圖；圖11B為本發明之一實施例之系統的方塊圖；且圖12為本發明之一實施例之控制邏輯的流程圖。

圖13為用於製造電同步機器之製程流程圖。

10．．．多轉子同步電磁機器

12．．．第一端外殼

14．．．中心外殼

16．．．第二端外殼

18．．．圓柱形外殼環/環形外殼

20．．．行星齒輪機構/行星式傳動裝置

22．．．致動器

24．．．蝸輪

Claims (5)

1. 一種用於製造一電同步機器之方法，其包含：預先確定一用於一給定之指定機器之一第一轉子長度及一第二轉子長度的總轉子長度；依據該給定之指定機器的一所要基本速度及最大速度，而確定用於每一轉子之一第一組不同的單獨轉子長度，其中該最大速度與該所要基本速度不同；及製造該具有該第一組經確定之不同單獨轉子長度之電同步機器。
2. 如請求項1之方法，其中△=基本速度/最大速度，且第一轉子之長度=(0.5+△/2)*總轉子長度第二轉子之長度=(0.5-△/2)*總轉子長度。
3. 如請求項1之方法，其進一步包含：對於驅動該機器之至少一電子馬達裝置之一指定額定電壓，基於該基本速度下之一反電動勢確定線圈之一第一數目；及製造該具有該經確定之線圈之第一數目的電同步機器。
4. 如請求項3之方法，其中若所需之線圈之一第二數目係基於該最大速度下之該反電動勢，則使線圈之該第一數目自線圈之該第二數目增加，藉此線圈之該經增加之數目減小該機器之電流要求。
5. 如請求項1之方法，其中該電同步機器經製造以具有用於一第二所要基本速度及一第二最大速度的經確定之一 第二組不同單獨轉子長度，該第二組不同單獨轉子長度具有與該第一組不同單獨轉子長度相同的結合總轉子長度，其中該第二最大速度不同於該第二所要基本速度。