TWI508113B - 可調式限流控制器 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種變壓器,特別係關於一種可調式限流控制器。
變壓器在電力傳輸及分配系統中扮演非常重要的角色,用以執行電力轉換與聯絡的工作,例如發電廠在輸配電時,需要以高電壓的方式進行傳輸,而接近用戶端時必須逐次降壓為220伏特或110伏特,這些降壓的過程都必須藉由變壓器來達成。此外,在日常生活中,需多電器用品也必須透過內嵌式或外接式變壓器方能正常操作使用。因此,變壓器在高度依賴電器用品的現代生活中,實為不可或缺的要角。
變壓器係於1855年由匈牙利的Ganz公司首度生產,至今已超過一世紀,這段期間,不乏許多各種不同的改良式設計以廣泛應用於各種電器用品,雖然型態均為不同,然而其根本的原理仍為相同,均係利用法拉第定律透過電與磁的轉換,將兩組線圈纏繞在鐵芯上以進行電能與磁能的互換,其中,耦接至電源端的輸入線圈又稱為一次線圈或主線圈(primary coil),而耦接至負載端的輸出線圈則可稱為二次線圈或副線圈(secondary coil)。
理論上電壓器的能源轉換效率為100%,亦即,一次線圈的輸入功率二次線圈的輸出功率應為相同,但實際上,由於電磁感應所產生的磁力線不可能全部侷限於鐵芯內,再加上其他的內部耗損(例如:震動、聲音等等),轉換效率勢必下降。因此輸出功率必然較輸入功率為低。
變壓器的工作原理概略如下所述:當一次線圈接上電源時,流經該線圈的電流會於鐵芯中產生磁通量變化,而另一端的二次線圈則會因為感應電動勢,對應產生電流,其中,感應電動勢、磁通量以及線圈匝數的關係,可由法拉第定律決定。法拉地定律指出,變壓器的輸入電壓與輸出電壓之比例等於一次線圈匝數與二次線圈匝數的比例。因此,若二次線圈的匝數大於一次線圈,則輸出電壓會大於輸入電壓,該變壓器為升壓變壓器(set-up transformer),反之,若二次線圈的匝數小於一次線圈,則輸出電壓會小於輸入電壓,而該變壓器為降壓變壓器(set-down transformer)。據此,變壓器的輸出電壓可藉由調整一次線圈及而二次線圈的匝數比例來決定。
惟,於上述習知變壓器中,當一次線圈與二次線圈的匝數固定後,其輸出電壓與輸入電壓之比例即固定,而無法調整,因此,不同電壓規格的電器用品必須使用不同匝數規格的變壓器,換言之,習知變壓器並無法自由調整、控制所欲輸出的電壓及電流,進而造成資源的浪費以及使用者的不便。
綜上所述,習知變壓器技術中,仍存在部分缺點以待克服。
為了克服上述困難與不便,本發明提供一種可調式限流控制器,具體而言,係一種可調整輸出電壓電流之變壓器。
本發明之主要目的在於提供一種限流控制器,其可供使用者自由調整、控制輸出電壓電流同時避免脈衝電流衝擊,使其以穩定的線性電流曲線且在可控制之電壓電流下作動,以避免後續串接之電子組件在組件作動受限的狀態下接收過高電壓電流突波或是因回授電路所反饋的高電壓電流,特別是針對工業用之高電壓電流及交流電源運用。
本發明之另一目的在於提供交直流馬達一種可調整電流之限流控制器,以利在接續之馬達組件應用上可依所需之定轉矩或扭力控制其電壓電流之輸出,以達到節能省電的功能,同時並可避免利用外力限制運作或是以機械作用抵銷其過大扭力之定轉矩馬達以避免其因長時間於高電壓電流狀態下運作而過熱導致其使用年限縮短的問題。
為了達到上述目的,本發明提供一種可調式限流控制器,其包含:一上基座;一下基座;一第一繞線元件,連接上述上基座與上述下基座之一邊緣;一第一線圈,纏繞於上述第一繞線元件;一第二繞線元件,連接於上述上基座與上述下基座之另一邊緣;一第二線圈,纏繞於上述第二繞線元件;一導磁體,放置於上述下基座上,並於上述第一繞線元件與上述第二繞線元件之間,以供移動而改變上述導磁體與上述下基座之接觸面積。
於另一實施例中,本發明亦提供另一種之可調式限流控制器,其包含:一上基座;一下基座;一第一繞線元件,連接上述上基座與上述下基座之一邊緣;一第一線圈,纏繞於上述第一繞線元件;一第二繞線元件,設置於上述第一繞線元件之一側,連接上述上基座與上述下基座;一第二線圈,纏繞於上述第二繞線元件;一導磁體,放置於上述下基座上,相對於上述第二繞線元件與上述第一繞線元件之另一側,以供移動而改變上述導磁體與上述下基座之接觸面積。
於本發明又一實施例中,更提供再一種結構之可調式限流控制器,其包含:其包含:一上基座;一下基座;一繞線元件,連接上述上基座及上述下基座之一邊緣;一第一線圈,纏繞於上述繞線元件之一側;一第二線圈,纏繞於上述繞線元件之相對於上述第一線圈之另一側;一導磁體,放置於上述下基座上,相對於上述繞線元件之另一側,以供移動而改變上述導磁體與上述下基座之接觸面積。
本發明將一導磁體放置於下基座之上,而此導磁體並未固定於下基座,亦即,其可任意移動,進而改變其與下基座之接觸面積,當部分導磁體移動至下基座外時,其接觸面積會減小,使得通過導磁體的磁通量降低,進而增加通過繞線元件的磁通量,使磁通密度提高,利用其電流路徑的改變,從而提升限流控制器之輸出電壓電流的大小,尤其是針對細微區間的電流調整並加以限制。因此,可藉由導磁體的移動以控制輸出電壓電流值,俾利於不同電壓規格之應用,例如:應用於馬達的限電流、定轉矩或是提供加工機具較小變化的電流等等。
以上所述係用以闡明本發明之目的、達成此目的之技術手段、以及其產生的優點等等。而本發明可從以下較佳實施例之敘述並伴隨後附圖式及申請專利範圍使讀者得以清楚了解。
本發明將以較佳實施例及觀點加以敘述,此類敘述係解釋本發明之結構,僅用以說明而非用以限制本發明之申請專利範圍。因此,除說明書中之較佳實施例以外,本發明亦可廣泛實行於其他實施例中。
請參閱第一圖所示,其係描繪本發明所揭露之可調式限流控制器之一實施例,其包含上基座101、下基座102、第一繞線元件103、第一線圈104、第二繞線元件105、第二線圈106、及導磁體107。其中,第一繞線元件103及第二繞線元件105與上、下基座101、102構成封閉結構,呈現口字狀,除了由上述四個組件組合而成,亦可為一體成型,其材料必須具有良好的導磁性,較佳為電磁鋼或矽鋼片。第一線圈104及第二線圈106分別纏繞於第一繞線元件103及第二繞線元件105上,並可分別耦接至輸入端及負載端,用以做為一次線圈及二次線圈。其中,第一繞線元件103及第二繞線元件105可包含一繞線架、一鐵芯或其組合。導磁體107較佳為電磁鋼或矽鋼片所組成,其係放置於下基座102上,且並未限制、固定其位置,換言之,使用者可自由控制、移動導磁體107,當導磁體107被移動使其部分懸空於下基座102之外時,導磁體107與下基座102的接觸面積將會減少,故通過導磁體107的磁通量將會降低,而通過第二繞線元件105的磁通量將會增加,使其磁通密度提高,進而提升第二線圈106的感應電壓電流值。因此,當導磁體107與下基座102的接觸面積越小,則第二線圈106所產生的感應電壓電流會越大,反之,當導磁體107與下基座102的接觸面積越大,則第二線圈106所產生的感應電壓電流會越小。據此,可藉由移動導磁體107,以改變第二繞線元件105之磁通量,進而達到控制輸出電壓電流的目的。本實施例受到導磁體107所影響的輸出電壓電流變化較大,故本實施例較適合應用於執行交流馬達的限電流及定轉矩。
請參閱第二圖所示,本圖表記載本發明導磁體107與下基座102接觸面積對於輸出電壓電流之影響,其係利用交流馬達做為負載端,並分別針對交流馬達空轉、及鎖死兩種情況進行測試。第一線圈104係耦接至220伏特的電壓源,其電壓恆為220伏特,首先觀察交流馬達於空轉時的況狀,當導磁體107與下基座102完全接觸時,交流馬達所接收的電壓為79伏特,電流為0.18安培;當導磁體107與下基座102之接觸面積降為原本的一半時,交流馬達所接收到的電壓為85伏特,電流為0.2安培;當導磁體107與下基座102之接觸面積減少為原本的四分之一時,交流馬達所接收到的電壓為92伏特,電流為0.22安培;當導磁體107與下基座102無任何接觸時,則交流馬達所接收的電壓為103伏特,電流為0.25安培。由以上測試數據顯可得知,當導磁體107與下基座102之接觸面積越小時,則第二線圈106輸出至負載端的電壓、電流就越高。另外,在交流馬達鎖死的狀況下,其所接收到的電壓較空轉時小、電流較空轉時大,然而,導磁體107與下基座102接觸面積對於輸出電壓電流之影響仍與空轉時一樣,亦即,當導磁體107與下基座102之接觸面積越小,第二線圈106輸出的電壓、電流越高,進而證明本發明之實際功效。
請參閱第三圖所示,第三圖描繪本發明之另一實施例,其包含:上基座201、下基座202、第一繞線元件203、第一線圈204、第二繞線元件205、第二線圈206、及導磁體207。上述之基座201、下基座202、第一繞線元件203與第二繞線元件205構成封閉結構,但使基座201、下基座202越過第二繞線元件205延伸,並形成缺口,以容納導磁體207於缺口內。其中第二繞線元件205位於導磁體207與第一繞線元件203間,第一繞線元件203係設置於下基座202之邊緣,第二繞線元件205係設置於下基座202上,並與第一繞線元件203間隔一段距離,上基座201係設置於第一繞線元件203及第二繞線元件205上,而第一線圈204及第二線圈206分別纏繞於第一繞線元件203及第二繞線元件205上,並可分別耦接至輸入端及負載端,用以做為一次線圈及二次線圈,其中,第一繞線元件203及第二繞線元件205可包含一繞線架、一鐵芯或其組合。上基座201、下基座202、第一繞線元件203、及第二繞線元件205之材料必須具有良好的導磁性,以提供較佳的能源轉換率,其較佳係由電磁鋼或矽鋼片所構成。導磁體207係放置於下基座202之另一邊緣,且並未限制、固定其位置,其材質較佳為電磁鋼或矽鋼片。由於導磁體207僅係放置,而非固定,故使用者可自由移動其位置,當導磁體207被移動使其部分懸空於下基座202之外時,導磁體207與下基座202的接觸面積將會減少,故通過導磁體207的磁通量將會降低,而通過第二繞線元件205的磁通量將會增加,磁通密度將提高,俾使由磁能轉換的電能增加,而提升第二線圈206的感應電壓電流值。因此,可藉由改變導磁體207與下基座202之接觸面積,以達到調整、控制輸出電壓電流之目的。
請參閱第四圖,第四圖描繪本發明之又一實施例,其包含:上基座301、下基座302、鐵芯303、第一線圈304、第二線圈305、及導磁體306。其中上基座301、下基座302、鐵芯303構成未封閉結構,略呈C型,其中一側具有一缺口,以容納導磁體306。鐵芯303係設置於下基座302上,上基座301係設置於繞線元件303上,而第一線圈304與第二線圈305共同纏繞於繞線元件303上,其中,繞線元件303可包含一繞線架、一鐵芯或其組合。於本實施例中,第一線圈304與第二線圈305係以交互重疊的方式纏繞於繞線元件303,惟,本領域之通常知識者應可知悉,第一線圈304與第二線圈305之配置方式亦可選擇其他方式,例如將第一線圈304係纏繞於繞線元件303上側,第二線圈305係纏繞於繞線元件303下側,如第五圖所示,而第上述配置方式亦可相反,亦即將第一線圈304纏繞於繞線元件303之下側,第二線圈305纏繞於繞線元件303之上側,以上的線圈纏繞方式僅係用以說明本發明可實施之態樣,而非限制本發明。導磁體306係放置於下基座302上,且並未限制、固定其位置,其材質較佳為電磁鋼或矽鋼片。由於導磁體306僅係放置,而非固定,故使用者可自由移動其位置,當導磁體306被移動使其部分懸空於下基座302之外時,導磁體306與下基座302的接觸面積將會減少,故通過導磁體306的磁通量將會降低,而通過繞線元件303的磁通量將會增加,故磁通密度將提高,俾使由磁能轉換的電能增加,進而提升第二線圈305的感應電壓電流值。因此,可藉由改變導磁體306與下基座302之接觸面積,以達到調整、控制輸出電壓電流的目的。本實施例之限流控制器第一線圈304與第二線圈305之間的磁通路徑最短,故能源轉換效率最高,且受到導磁體306所影響的電壓電流變化較小,故較適合應用於需要定電流的加工機具。
上述敘述係為本發明之較佳實施例。此領域之技藝者應得以領會其係用以說明本發明而非用以限定本發明所主張之專利權利範圍。其專利保護範圍當視後附之申請專利範圍及其等同領域而定。凡熟悉此領域之技藝者,在不脫離本專利精神或範圍內,所作之更動或潤飾,均屬於本發明所揭示精神下所完成之等效改變或設計,且應包含在下述之申請專利範圍內。
101...上基座
102...下基座
103...第一繞線元件
104...第一線圈
105...第二繞線元件
106...第二線圈
107...導磁體
201...上基座
202...下基座
203...第一繞線元件
204...第一線圈
205...第二繞線元件
206...第二線圈
207...導磁體
301...上基座
302...下基座
303...繞線元件
304...第一線圈
305...第二線圈
306...導磁體
第一圖係描繪本發明限流控制器之一實施例;
第二圖記載本發明導磁體107與下基座102接觸面積對於輸出電壓電流之影響;
第三圖係描繪本發明限流控制器之另一實施例;
第四圖係描繪本發明限流控制器之又一實施例;
第五圖係描繪本發明限流控制器之再一實施例。
101...上基座
102...下基座
103...第一繞線元件
104...第一線圈
105...第二繞線元件
106...第二線圈
107...導磁體
Claims (11)
- 一種可調式限流控制器,其包含:一第一繞線元件,位於第一側;一第一線圈,纏繞於該第一繞線元件;一第二繞線元件,位於第二側;一第二線圈,纏繞於該第二繞線元件;一導磁體,配置於該第一繞線元件與該第二繞線元件之間,且該導磁體可藉改變位置而調整磁通量,其中該導磁體藉由遠離該第一繞線元件及該第二繞線元件以增加該第二繞線元件之磁通量。
- 如請求項1所述之可調式限流控制器,其中,該導磁體係由電磁鋼或矽鋼片所構成。
- 如請求項1所述之可調式限流控制器,更包含上基座及下基座,均係由電磁鋼或矽鋼片所構成。
- 一種可調式限流控制器,其包含:一第一繞線元件;一第一線圈,纏繞於該第一繞線元件;一第二繞線元件,設置於該第一繞線元件之一側;一第二線圈,纏繞於該第二繞線元件;一導磁體,配置於該第二繞線元件之一側,俾使該第二繞線元件位於該第一繞線元件與該導磁體之間,其中該 導磁體可藉改變位置而調整磁通量,其中該導磁體藉由遠離該第二繞線元件以增加該第二繞線元件之磁通量。
- 如請求項4所述之可調式限流控制器,其中,該導磁體係由電磁鋼或矽鋼片所構成。
- 如請求項4所述之可調式限流控制器,更包含上基座及下基座,均係由電磁鋼或矽鋼片所構成。
- 一種可調式限流控制器,其包含:一繞線元件配置於一側;一第一線圈及一第二線圈,共同纏繞於該繞線元件之上;及一導磁體,相對設置於該繞線元件之另一側,其中該導磁體可藉改變位置而調整磁通量,其中該導磁體藉由遠離該繞線元件以增加該繞線元件之磁通量。
- 如請求項7所述之可調式限流控制器,其中,該導磁體係由電磁鋼或矽鋼片所構成。
- 如請求項7所述之可調式限流控制器,更包含上基座及下基座,均係由電磁鋼或矽鋼片所構成。
- 如請求項1所述之可調式限流控制器,其中該磁通量 的調整方式包含依該導磁體的電性差異、體積大小或其與該上下基座的相對位置而予以調整。
- 如請求項1所述之可調式限流控制器,其中該第一繞線元件及該第二繞線元件包含一繞線架、一鐵芯或其組合。
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