TWI527358B - 具有即時量測功能的永磁調速機 - Google Patents

Description

具有即時量測功能的永磁調速機

本創作是關於一種永磁調速機，特別是指具有即時量測功能的永磁調速機。

請參考圖12所示，永磁調速機主要包含有一轉矩傳遞組件30與一馬達31，該轉矩傳遞組件30包含有一第一盤體301與一第二盤體302，該兩盤體301、302為相對設置並維持一間隙303，該第一盤體上設有複數個N、S極交替排列的磁鐵304，該第二盤體302為導體。該馬達31可連接到第一盤體301或第二盤體302，圖12中所示，該馬達31係連接到第一盤體301為例說明，而第二盤體302供連接到一負載32，該負載32以風扇為例。

當該馬達31驅動該第一盤體301轉動時，該些磁鐵304在第二盤體302產生感應磁場，則第一盤體301上的磁鐵304透過磁力推動第二盤體302，以傳遞轉矩，進而驅動負載32旋轉。其中，在評估永磁調速機的效能時，主要是根據該第一盤體301與第二盤體302的相對轉速，以及該兩盤體301、302的間隙303長度。

習知檢測第一盤體301與第二盤體302相對轉速時，主要是在該兩盤體301、302上外加編碼器或光學式轉速計，以進行速度估測；習知檢測第一盤體301與第二盤體302之的間隙長度時，是透過設於轉矩傳遞組件30上的光學尺量測該兩盤體301、302的間隙長度。然而，編碼器、光學式轉速計或光學 尺的價格昂貴，且該些檢測元件的體積較大，在空間的配置上受到限制，造成使用上的困擾。

本創作的主要目的是提供一種具有即時量測功能的永磁調速機，以透過簡單的結構以達到低成本與即時量測的目的。

本創作具有即時量測功能的永磁調速機包含有：一轉矩傳遞組件，包含有一第一盤體與一第二盤體，該第一盤體上設有複數個磁鐵，該第二盤體為導體，且該第二盤體與該第一盤體係相對設置並維持一間隙；一馬達，連接該轉矩傳遞組件以驅動該第一盤體或該第二盤體；至少一磁場感應元件，設於該第二盤體中，並對應於該第一盤體上該些磁鐵的位置，以感應該些磁鐵而對應產生量測信號；以及一控制器，連接該磁場感應元件以接收該量測信號，並根據該量測信號產生量測結果。

根據本創作的結構，該磁場感應元件係設於該轉矩傳遞組件的第二盤體上，當第二盤體轉動時，該磁場感應元件係隨著該第二盤體轉動，以再當第一盤體相對第二盤體轉動時，該磁場感應元件能感應出該些磁鐵，並對應產生量測信號，該控制器則根據量測信號產生量測結果。本創作的磁場感應元件可為繞線圈數僅3~5圈的線圈，線圈的體積小而不受到空間的限制，且線圈造價便宜而能有效降低成本的支出。該磁場感應元件係隨著該第二盤體轉動而產生量測信號，換句話說，本創作能在永磁調速機運轉的狀態下進行量測，以供使用者在永磁調速機發生異常時停機，確保永磁調速機能正常運轉。

10‧‧‧轉矩傳遞組件

101‧‧‧第一盤體

102‧‧‧第二盤體

103‧‧‧磁鐵

104‧‧‧間隙

105‧‧‧基座

106‧‧‧第二芯軸

11‧‧‧馬達

110‧‧‧第一芯軸

111‧‧‧軸承

12‧‧‧磁場感應元件

13‧‧‧控制器

20‧‧‧負載

30‧‧‧轉矩傳遞組件

301‧‧‧第一盤體

302‧‧‧第二盤體

303‧‧‧間隙

304‧‧‧磁鐵

31‧‧‧馬達

32‧‧‧負載

圖1：本創作較佳實施例的結構示意圖。

圖2：本創作控制器與磁場感應元件的電路方塊示意圖。

圖3：本創作中該些磁鐵的磁極配置示意圖。

圖4：本創作中該磁場感應元件的配置示意圖。

圖5：本創作中該磁場感應元件與磁鐵的配置示意圖。

圖6：本創作中該量測信號的波形示意圖(一)。

圖7：本創作中量測信號波峰與盤體間隙的對照示意圖。

圖8：本創作中該量測信號的波形示意圖(二)。

圖9：本創作第二較佳實施例中該些磁場感應元件的配置示意圖。

圖10：本創作第二較佳實施例中該些磁場感應元件與磁鐵的配置示意圖。

圖11：本創作第二較佳實施例的量測信號示意圖。

圖12：習知永磁調速機的結構示意圖。

請參考圖1與圖2所示，本創作包含有一轉矩傳遞組件10、一馬達11、至少一磁場感應元件12與一控制器13。

該轉矩傳遞組件10包含有一第一盤體101與一第二盤體102，該第一盤體101上設有複數個磁鐵103，該第二盤體102為導體，且該第二盤體102與該第一盤體101係相對設置並維持一間隙104。請參考圖3所示磁鐵103極性示意圖，該些磁鐵103是圓形分佈並以N、S極交替排列。

該馬達11連接該轉矩傳遞組件10，請參考圖1所示，該馬達11經由一第一芯軸110而連接到該第一盤體101，其中該第一芯軸110設於一軸承111上。該第二盤體102設於一基座105上，並經由一第二芯軸106連接到一負載20，該負載20可為風扇、鼓風機等構件。當該馬達11驅動該第一盤體101轉動時，該第一盤體101相對該第二盤體102轉動，此時該些磁鐵103在第二盤體102 產生感應磁場，使第一盤體101上的磁鐵103透過磁力推動第二盤體102，以傳遞轉矩。其中第一盤體101與第二盤體102之間的間隙104長度與轉矩的大小呈反比關係。於圖1所示的較佳實施例中，該馬達11是連接到該第一盤體101為例說明，但不以此為限，舉例來說，該馬達可連接到第二盤體，而該第一盤體可供連接到負載，當該馬達驅動該第二盤體轉動時，由第二盤體傳遞轉矩給第一盤體。

於第一較佳實施例中，請參考圖1與圖4所示，磁場感應元件12的數量為一個，該磁場感應元件12設於該第二盤體102中，並與該第二盤體102保持絕緣。請參考圖5所示，該磁場感應元件12的位置係對應於該第一盤體101的磁鐵103位置，以在當第一盤體101與第二盤體102相對旋轉時，該些磁鐵103依序通過該磁場感應元件12。該磁場感應元件12係交替感應到N、S極的磁極，請參考圖6所示，該磁場感應元件12對應感應出一量測信號(Vs)。其中，該磁場感應元件12可為線圈或霍爾元件。

該控制器13係連接該磁場感應元件12以接收該量測信號(Vs)，並根據該量測信號(Vs)產生量測結果。舉例來說，請參考圖6所示的量測信號(Vs)波形圖，該控制器13可判斷出該量測信號(Vs)中兩相鄰之交越點(A)之週期(△T)，並根據該週期(△T)計算出該第一盤體101與第二盤體102的相對轉速 ω(rpm)，作為量測結果，其中，，p為磁鐵103的總數量， 而該磁鐵103總數量(p)之數據可由使用者預設在該控制器13中。

由於第一盤體101與第二盤體102之間的間隙104長度與該磁場感應元件12感應到的磁場強度呈反比，請參考圖7所示，即隨著第一盤體101與第 二盤體102之間的間隙104長度越長，該磁場感應元件12能感應到磁鐵103的磁場強度越低，故磁場感應元件12所產生的量測信號(Vs)的波峰值越小。該控制器13可儲存有一對照表，該對照表係量測信號(Vs)的波峰大小與間隙104長度的對應關係，該控制器13可計算出量測信號(Vs)中複數個波峰之平均大小，並根據該平均大小得出該第一盤體101與第二盤體102的間隙長度，以作為量測結果。

該控制器13還可檢測第一盤體101與第二盤體102的相對傾斜(偏心)程度。請參考圖8所示，量測信號(Vs)的波峰與波谷分別代表不同磁鐵的N極或S極，因此該控制器13可根據量測信號(Vs)的波峰與波谷判斷第一盤體101與第二盤體102的相對位置。舉例來說，如圖5所示，該第一盤體101上設有十二個磁鐵103，當該第一盤體101相對第二盤體102旋轉一圈時，該控制器13可交替檢測出六個波峰與六個波谷，在量測信號(Vs)中，相鄰的波峰與波谷代表該第一盤體101相對第二盤體102旋轉30度。

假設該第一盤體101平行於第二盤體102，即在沒有偏心的狀況下，當第一盤體101相對第二盤體102旋轉時，該磁場感應元件12通過每個磁鐵103時的距離皆相同，故該磁場感應元件12所產生量測信號(Vs)的振幅大小皆相同。換句話說，當第一盤體101相對第二盤體102傾斜(偏心)時，該磁場感應元件12通過每個磁鐵103時的距離不相同，故該磁場感應元件12所產生量測信號(Vs)的振幅大小會產生變化，例如當磁場感應元件12與磁鐵103的距離越遠，量測信號(Vs)的振幅越小；反之，當磁場感應元件12與磁鐵103的距離越近，量測信號(Vs)的振幅越大。

請參考圖8所示，請參考量測信號(V1)，假設該第一盤體101相對第二盤體102旋轉0度時，該磁場感應元件12感應到一第一磁鐵(P1)而產生一波峰，同理，當該第一盤體101相對第二盤體102旋轉30度時，該磁場感應元件 12感應到相鄰該第一磁鐵(P1)的一第二磁鐵(P2)而產生一波谷，依此類推。由圖8中可見，隨著該第一盤體101相對第二盤體102旋轉，若該量測信號(V1)的振幅呈遞減狀態，代表該磁場感應元件12與該些磁鐵103的距離越遠。同理，量測信號(V2)(V3)亦顯示該第一盤體101與第二盤體102在不同的旋轉角度有不同的相對傾斜程度。是以，該控制器13可根據量測信號(Vs)波峰與波谷的變化量，判斷出第一盤體101與第二盤體102的相對傾斜程度，以作為量測結果。

於第二較佳實施例中，設於第二盤體102上的磁場感應元件12的數量為複數個，並分別連接到該控制器13，供分別產生不同相位的量測信號。舉例而言，請參考圖9與圖10所示，設於第二盤體102上的磁場感應元件12的數量為六個，但不以此為限，該些磁場感應元件12的位置係對應於該第一盤體101的磁鐵103位置，位於相對側的磁場感應元件12彼此串聯而連接到該控制器13。當第一盤體101與第二盤體102相對旋轉時，該些磁鐵103依序通過該些磁場感應元件12，請參考圖11所示，該控制器13則從該些磁場感應元件12接收到三個量測信號(Vs1)(Vs2)(Vs3)，該些量測信號(Vs1)(Vs2)(Vs3)的相位彼此相差120度。

是以，藉由多相的量測信號(Vs1)(Vs2)(Vs3)，可提升量測結果的解析度，舉例來說，該控制器13可判斷出任兩個量測信號(Vs1)(Vs2)(Vs3)中兩相鄰之交越點(B)之週期(△M)，並根據該週期(△M)計算該第一盤體101與第二盤體102的相對轉速。相對於第一較佳實施例，因△M<△T，代表該控制器13只要利用更短的時間就能判斷出第一盤體101與第二盤體102的相對轉速，同理，在第二較佳實施例中，該控制器13能在較短的週期中取得多個量測信號 (Vs1)(Vs2)(Vs3)的波峰，以供判斷出第一盤體101與第二盤體102間的間隙大小與相對傾斜程度，達到提高解析度的目的。

綜上所述，本創作將磁場感應元件12設於第二盤體102中，磁場感應元件12可為線圈或霍爾元件，本創作不需使用昂貴的量測儀器，並能在馬達11與負載20運轉的同時即時量測第一盤體101與第二盤體102的間隙長度、相對傾斜程度與相對轉速，達到即時量測的目的。

10‧‧‧轉矩傳遞組件

101‧‧‧第一盤體

102‧‧‧第二盤體

103‧‧‧磁鐵

104‧‧‧間隙

105‧‧‧基座

106‧‧‧第二芯軸

11‧‧‧馬達

110‧‧‧第一芯軸

111‧‧‧軸承

12‧‧‧磁場感應元件

20‧‧‧負載

Claims (10)

1. 一種具有即時量測功能的永磁調速機，包含有：一轉矩傳遞組件，包含有一第一盤體與一第二盤體，該第一盤體上設有複數個磁鐵，該第二盤體為導體，且該第二盤體與該第一盤體係相對設置並維持一間隙；一馬達，連接該轉矩傳遞組件以驅動該第一盤體或該第二盤體；至少一磁場感應元件，設於該第二盤體中，並對應於該第一盤體上該些磁鐵的位置，以感應該些磁鐵而對應產生量測信號，其中該磁場感應元件產生的量測信號為弦波信號；以及一控制器，連接該磁場感應元件以接收該量測信號，並根據該量測信號產生量測結果，其中所述量測結果包含有該控制器根據該弦波信號中複數波峰的平均值判斷出該第一盤體與第二盤體之間的間隙長度。
2. 如請求項1所述具有即時量測功能的永磁調速機，所述量測結果包含有該第一盤體與第二盤體的一相對傾斜程度及/或一相對轉速，其中：該控制器根據該弦波信號中波峰與波峰之間的變化量判斷出該第一盤體與第二盤體的該相對傾斜程度；該控制器根據該弦波信號的週期判斷出該第一盤體與第二盤體的該相對轉速。
3. 如請求項1所述具有即時量測功能的永磁調速機，設於該第二盤體上的磁場感應元件為複數個，且該些磁場感應元件所產生的複數弦波信號彼此間具有相位差，所述量測結果包含有該第一盤體與第二盤體之間的一間隙長度、一相對傾斜程度與一相對轉速當中的至少一種，其中：該控制器根據該複數個弦波信號中複數波峰的平均值判斷出該第一盤體與第二盤體之間的該間隙長度； 該控制器根據該複數個弦波信號中波峰與波峰之間的變化量判斷出該第一盤體與第二盤體的該相對傾斜程度；以及該控制器根據該複數個弦波信號的週期判斷出該第一盤體與第二盤體的該相對轉速。
4. 如請求項1至3中任一項所述具有即時量測功能的永磁調速機，其中當該馬達連接該第一盤體，該馬達驅動該第一盤體轉動時傳遞轉矩到第二盤體；當該馬達連接該第二盤體，該馬達驅動該第二盤體轉動時傳遞轉矩到第一盤體。
5. 如請求項4所述具有即時量測功能的永磁調速機，所述磁場感應元件為線圈。
6. 一種具有即時量測功能的永磁調速機，包含有：一轉矩傳遞組件，包含有一第一盤體與一第二盤體，該第一盤體上設有複數個磁鐵，該第二盤體為導體，且該第二盤體與該第一盤體係相對設置並維持一間隙；一馬達，連接該轉矩傳遞組件以驅動該第一盤體或該第二盤體；至少一磁場感應元件，設於該第二盤體中，並對應於該第一盤體上該些磁鐵的位置，以感應該些磁鐵而對應產生量測信號，其中該磁場感應元件產生的量測信號為弦波信號；以及一控制器，連接該磁場感應元件以接收該量測信號，並根據該量測信號產生量測結果，其中所述量測結果包含有該控制器根據該弦波信號中波峰與波峰之間的變化量判斷出該第一盤體與第二盤體的相對傾斜程度。
7. 如請求項6所述具有即時量測功能的永磁調速機，所述量測結果包含有該第一盤體與第二盤體的一間隙長度及/或一相對轉速，其中： 該控制器根據該弦波信號中複數波峰的平均值判斷出該第一盤體與第二盤體之間的該間隙長度；該控制器根據該弦波信號的週期判斷出該第一盤體與第二盤體的該相對轉速。
8. 如請求項6所述具有即時量測功能的永磁調速機，設於該第二盤體上的磁場感應元件為複數個，且該些磁場感應元件所產生的複數弦波信號彼此間具有相位差，所述量測結果包含有該第一盤體與第二盤體之間的一間隙長度、一相對傾斜程度與一相對轉速當中的至少一種，其中：該控制器根據該複數個弦波信號中複數波峰的平均值判斷出該第一盤體與第二盤體之間的該間隙長度；該控制器根據該複數個弦波信號中波峰與波峰之間的變化量判斷出該第一盤體與第二盤體的該相對傾斜程度；以及該控制器根據該複數個弦波信號的週期判斷出該第一盤體與第二盤體的該相對轉速。
9. 如請求項6至8中任一項所述具有即時量測功能的永磁調速機，其中當該馬達連接該第一盤體，該馬達驅動該第一盤體轉動時傳遞轉矩到第二盤體；當該馬達連接該第二盤體，該馬達驅動該第二盤體轉動時傳遞轉矩到第一盤體。
10. 如請求項9所述具有即時量測功能的永磁調速機，所述磁場感應元件為線圈。