TWI583108B - 具輔助激磁繞組之具導電環及電刷式開關式直流電機 - Google Patents

具輔助激磁繞組之具導電環及電刷式開關式直流電機 Download PDF

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TWI583108B
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Description

具輔助激磁繞組之具導電環及電刷式開關式直流電機
本發明為將具導電環及電刷式開關式直流電機(1000)之永磁式電機轉部或磁阻式電機轉部所構成之電機轉部(104)，設置串聯式輔助激磁繞組(105)及/或並聯式輔助激磁繞組(108)，而藉導電環及電刷式裝置(107)作為傳輸電能之介面者；驅動控制裝置(103)除供控制對電機磁場繞組(102)激磁電流大小及極性及相序外，並具有以下一種或一種以上之功能，包括：(1)控制串聯式輔助激磁繞組(105)之激磁電壓電流之大小及極性；(2)控制並聯式輔助激磁繞組(108)之激磁電壓電流之大小及極性；(3)控制串聯式輔助激磁繞組(105)及/或並聯式輔助激磁繞組(108)兩者或其中之一之激磁電壓電流之大小及極性；藉由上述由驅動控制裝置(103)之控制功能，供由直流電源或交流整流之直流電源所驅動，於具導電環及電刷式開關式直流電機(1000)作為馬達或發電機功能運作時，對具導電環及電刷式開關式直流電機(1000)之電機轉部(104)之磁極作串激或分激之助激或差激之激磁效應，或作助複激或差複激之激磁效應者。
傳統永磁式或磁阻式具導電環及電刷式開關式直流電機，電機之永磁式或磁阻式電機單元不具有隨負載電流作特性變化之功能，其應用較受限為其缺失。
本發明為將具導電環及電刷式開關式直流電機(1000)之永磁式電機轉部或磁阻式電機轉部所構成之電機轉部(104)，設置輔助激磁繞組，而藉導電環及電刷式裝置(107)作為傳輸電能之介面，以供對輔助激磁繞組輸入激磁電能，並藉控制其激磁電壓電流之大小及極性，而對具導電環及電刷式開關式直流電機(1000)之電機轉部(104)之磁極作助激或差激或助複激或差複激之激磁效應者。
101‧‧‧電機磁場結構
102‧‧‧電機磁場繞組
103‧‧‧驅動控制裝置
104‧‧‧電機轉部
105‧‧‧串聯式輔助激磁繞組
106‧‧‧電機角位置檢測裝置
107‧‧‧導電環及電刷式裝置
108‧‧‧並聯式輔助激磁繞組
1000‧‧‧具導電環及電刷式開關式直流電機
圖1所示為本發明具輔助激磁繞組之具導電環及電刷式開關式直流電機(1000)之主要電路構成示意圖。
圖2所示為本發明具串聯式輔助激磁繞組(105)之具導電環及電刷式開關式直流電機(1000)之電路構成示意圖。
圖3所示為本發明具並聯式輔助激磁繞組(108)之具導電環及電刷式開關式直流電機(1000)之電路構成示意圖。
圖4所示為本發明具串聯式輔助激磁繞組(105)及並聯式輔助激磁繞組(108)之具導電環及電刷式開關式直流電機(1000)之電路構成示意圖。
本發明為將具導電環及電刷式開關式直流電機(1000)之永磁式電機轉部或磁阻式電機轉部所構成之電機轉部(104)，設置輔助激磁繞組，而藉導電環及電刷式裝置(107)作為傳輸電能之介面，以供對輔助激磁繞組輸入激磁電能，並藉控制其激磁電壓電流之大小及極性，而對具導電環及電刷式開關式直流電機(1000)之電機轉部(104)之磁極作助激或差激或助複激或差複激之激磁效應者；本發明為將具導電環及電刷式開關式直流電機(1000)之永磁式電機轉部或磁阻式電機轉部所構成之電機轉部(104)，設置串聯 式輔助激磁繞組(105)及/或並聯式輔助激磁繞組(108)，而藉導電環及電刷式裝置(107)作為傳輸電能之介面者；驅動控制裝置(103)除供控制對電機磁場繞組(102)激磁電流大小及極性及相序外，並具有以下一種或一種以上之功能，包括：(1)控制串聯式輔助激磁繞組(105)之激磁電壓電流之大小及極性；(2)控制並聯式輔助激磁繞組(108)之激磁電壓電流之大小及極性；(3)控制串聯式輔助激磁繞組(105)及/或並聯式輔助激磁繞組(108)兩者或其中之一之激磁電壓電流之大小及極性；藉由上述由驅動控制裝置(103)之控制功能，供由直流電源或交流整流之直流電源所驅動，於具導電環及電刷式開關式直流電機(1000)作為馬達或發電機功能運作時，對具導電環及電刷式開關式直流電機(1000)之電機轉部(104)之磁極作串激或分激之助激或差激之激磁效應，或作助複激或差複激之激磁效應者。
圖1所示為本發明具輔助激磁繞組之具導電環及電刷式開關式直流電機(1000)之主要電路構成示意圖；如圖1中所示，其主要構成如下：驅動控制裝置(103)：為由機電式元件及/或固態元件及/或微處理器所構成之驅動電控裝置，供接受電機角位置檢測裝置(106)之信號，以操控對電機磁場繞組(102)作為馬達功能運轉之供電激磁之時機、極性、相序及電壓、電流大小，或作為發電機功能發電輸出之時機、極性、相序及電壓、電流大小者；以及供操控驅動串聯式輔助激磁繞組(105)及/或並聯式輔助激磁繞組(108)通過激磁電能之電壓、電流及極性者；電機磁場結構(101)：為由導磁鐵芯及設置兩相或兩相以上之電機磁場繞組(102)所構成，供耦合於電機轉部(104)，電機磁場結構(101)與電機轉部(104)兩者形成磁迴路，供通過由電機磁場繞組(102)產生移動之磁場，而在電機磁場結構(101)與電機轉部(104)之間 產生電機效應之運作者；電機磁場繞組(102)：為供設置於電機磁場結構(101)之兩相或兩相以上之線圈繞組，於作為馬達功能運轉時供接受驅動控制裝置(103)之激磁控制，以產生相對方向移動之磁場，而與電機轉部(104)之間產生馬達致動效應者；於作為發電機功能運轉時，電機磁場繞組(102)為供接受驅動控制裝置(103)作發電輸出電壓、電流之控制者；電機角位置檢測裝置(106)：為由機電式開關裝置、或霍爾元件、或光電、或電磁感應、或超音波、或靜電感應等物理性位置檢測裝置所構成，供設置於呈相對迴轉之電機磁場結構(101)與電機轉部(104)之間，藉以檢測電機磁場結構(101)之電機磁場繞組(102)所產生移動磁場與電機轉部(104)之相對位置關係，並藉檢測信號輸往驅動控制裝置(103)者；電機轉部(104)：為由導磁材料所構成，並具有轉軸及機殼，其特徵為在耦合於電機磁場結構(101)之邊側，設有導磁性而與電機磁場結構(101)磁極極數相同或不同之凸極結構，或具有永磁式磁極而極數與電機磁場結構(101)之磁極相同或不同，其特徵為電機轉部(104)之磁極設有輔助激磁繞組並藉導電環及電刷式裝置(107)供與外部之間傳輸激磁電能者；--輔助激磁繞組：為由導線繞設於電機轉部(104)之磁極，而藉導電環及電刷式裝置(107)與外部之間傳輸電能者，其設置之方式包括設置串聯式輔助激磁繞組(105)、並聯式輔助激磁繞組(108)兩者或其中之一，其中串聯式輔助激磁繞組(105)為經導電環及電刷式裝置(107)與輸出端供驅動控制電機磁場繞組(102)之驅動控制裝置(103)電源輸入端串聯再通往直流電源；而並聯式輔助激磁繞組(108)為並聯於直流電源或驅動控制裝置(103)之輸出端或電機磁場繞組 (102)之兩端者；導電環及電刷式裝置(107)：為具有導電環及導電刷所構成，供分別設置於呈迴轉之電機轉部與外部之間，以在轉部迴轉中，供串聯式輔助激磁繞組(105)及/或並聯式輔助激磁繞組(108)與外部之間傳輸電能者；藉由機殼軸承鎖固螺絲等以結合上述組件構成具導電環及電刷式開關式直流電機(1000)，其中驅動控制裝置(103)可為共構於具導電環及電刷式開關式直流電機(1000)或獨立設置者；圖2所示為本發明具串聯式輔助激磁繞組(105)之具導電環及電刷式開關式直流電機(1000)之電路構成示意圖；如圖2中所示，其電路構成如下：如圖2中所示，串聯式輔助激磁繞組(105)為繞設於電機轉部(104)之磁極，而經導電環及電刷式裝置(107)與輸出端供驅動控制電機磁場繞組(102)之驅動控制裝置(103)電源輸入端串聯再通往直流電源，其激磁極性與轉部之磁極，包括為呈同極性之助激或呈不同極性之差激者；圖3所示為本發明具並聯式輔助激磁繞組(108)之具導電環及電刷式開關式直流電機(1000)之電路構成示意圖；如圖3中所示，其電路構成如下：如圖3中所示，並聯式輔助激磁繞組(108)為繞設於電機轉部(104)之磁極，而經導電環及電刷式裝置(107)並聯於驅動控制裝置(103)之電源端，此外可並聯於經驅動控制裝置(103)控制後之輸出端，以個別接受驅動控制裝置(103)控制其極性及激磁電壓電流者，其激磁極性與轉部之磁極，包括為呈同極性之助激或呈不同極性之差激者；圖4所示為本發明具串聯式輔助激磁繞組(105)及並聯 式輔助激磁繞組(108)之具導電環及電刷式開關式直流電機(1000)之電路構成示意圖；如圖4中所示，其電路構成如下：如圖4中所示，--串聯式輔助激磁繞組(105)為繞設於電機轉部(104)之磁極，而經導電環及電刷式裝置(107)與輸出端供驅動控制電機磁場繞組(102)之驅動控制裝置(103)電源輸入端串聯再通往直流電源，其激磁極性與轉部之磁極，包括為呈同極性之助激或呈不同極性之差激者；--並聯式輔助激磁繞組(108)為繞設於電機轉部(104)之磁極，而經導電環及電刷式裝置(107)並聯於驅動控制裝置(103)之電源端，此外可並聯於經驅動控制裝置(103)控制後之輸出端，以個別接受驅動控制裝置(103)控制其極性及激磁電壓電流者，其激磁極性與轉部之磁極，包括為呈同極性之助激或呈不同極性之差激者；上述並聯式輔助激磁繞組(108)之負端與串聯式輔助激磁繞組(105)之負端共同連接而呈長複激之連結，或由並聯式輔助激磁繞組(108)之負端與串聯式輔助激磁繞組(105)之正端連接而呈短複激之連結者，其與轉部磁極之激磁極性，包括為呈同極性之助激或呈不同極性之差激者。
綜而言之，此案所揭示之具輔助激磁繞組之具導電環及電刷式開關式直流電機，主要由電機磁場結構(101)、電機轉部(104)、輔助激磁線圈(winding)、導電環及電刷式裝置(107)、電機角位置檢測裝置(106)、及驅動控制裝置(103)所構成，其中電機轉部(104)為由永磁式轉部結構或磁阻式電機轉部結構所構成；輔助激磁線圈(winding)繞設於電機轉部(104)之磁極，藉以經導電環及電刷式裝置(107)輸入激磁電能至輔助激磁繞組(winding set)；及 驅動控制裝置(103)供參照電機角位置檢測裝置(106)之訊號操控對電機磁場結構(101)中各組電機磁場繞組(102)送電之時機、極性、相序、電壓值及電流值，而設置於電機轉部(104)之輔助激磁繞組(winding)包括串聯式輔助激磁繞組(105)或進一步同時具有串聯式輔助激磁繞組(105)及並聯式輔助激磁繞組(108)兩種，並設有導電環及電刷式裝置(107)供輸出入電能；其中電能經驅動控制裝置(103)再經電機磁場結構(101)中之電機磁場繞組(102)及再經導電環及電刷式裝置(107)而再經串聯式輔助激磁繞組(105)由另一導電環及電刷式裝置(107)傳輸至電源另一端，而使電機轉部(104)具有串激激磁之電機功能者；以及除在電機轉部(104)繞設串聯式輔助激磁繞組(105)以外，進一步加繞並聯式輔助激磁繞組(108)，並聯式輔助激磁繞組(108)之一端為經導電環及電刷式裝置(107)再通往電源之一端，而並聯式輔助激磁繞組(108)之另一端經另一組導電環及電刷式裝置(107)通往電源之另一端，以供與上述接線狀態之串聯式輔助激磁繞組(105)共同使電機轉部(104)具有長複激之電機功能；或將並聯式輔助激磁繞組(108)經導電環及電刷式裝置(107)呈串聯之驅動控制裝置(103)及電機磁場結構(101)之電機磁場繞組(102)兩端，再與串聯式輔助激磁繞組(105)串聯，以供由並聯式輔助激磁繞組(108)與串聯式輔助激磁繞組(105)共同產生短複激之電機功能者。
101‧‧‧電機磁場結構
102‧‧‧電機磁場繞組
103‧‧‧驅動控制裝置
104‧‧‧電機轉部
105‧‧‧串聯式輔助激磁繞組
106‧‧‧電機角位置檢測裝置
107‧‧‧導電環及電刷式裝置
1000‧‧‧具導電環及電刷式開關式直流電機

Claims (5)

  1. 一種具輔助激磁繞組之具導電環及電刷式開關式直流電機，為將具導電環及電刷式開關式直流電機(1000)之永磁式電機轉部或磁阻式電機轉部所構成之電機轉部(104)，設置串聯式輔助激磁繞組(105)及/或並聯式輔助激磁繞組(108)，而藉導電環及電刷式裝置(107)作為傳輸電能之介面者；驅動控制裝置(103)除供控制對電機磁場繞組(102)激磁電流大小及極性及相序外，並具有以下一種或一種以上之功能，包括：(一)控制串聯式輔助激磁繞組(105)之激磁電壓電流之大小及極性；(二)控制並聯式輔助激磁繞組(108)之激磁電壓電流之大小及極性；(三)控制串聯式輔助激磁繞組(105)及/或並聯式輔助激磁繞組(108)兩者或其中之一之激磁電壓電流之大小及極性；藉由上述由驅動控制裝置(103)之控制功能，供由直流電源或交流整流之直流電源所驅動，於具導電環及電刷式開關式直流電機(1000)作為馬達或發電機功能運作時，對具導電環及電刷式開關式直流電機(1000)之電機轉部(104)之磁極作串激或分激之助激或差激之激磁效應，或作助複激或差複激之激磁效應者，其主要構成如下：驅動控制裝置(103)：為由機電式元件及/或固態元件及/或微處理器所構成之驅動電控裝置，供接受電機角位置檢測裝置(106)之信號，以操控對電機磁場繞組(102)作為馬達功能運轉之供電激磁之時機、極性、相序及電壓、電流大小，或作為發電機功能發電輸出之時機、極性、相序及電壓、電流大小者；以及供操控驅動串聯式輔助激磁繞組(105)及/或並聯式輔助激磁繞組(108)通過激磁電能之電壓、電流及極性者；電機磁場結構(101)：為由導磁鐵芯及設置兩相或兩相以上之電機磁場繞組(102)所構成，供耦合於電機轉部(104)，電機磁場結構(101)與電機轉部(104)兩者形成磁迴路，供通過由電機磁場繞組(102)產生移 動之磁場，而在電機磁場結構(101)與電機轉部(104)之間產生電機效應之運作者；電機磁場繞組(102)：為供設置於電機磁場結構(101)之兩相或兩相以上之線圈繞組，於作為馬達功能運轉時供接受驅動控制裝置(103)之激磁控制，以產生相對方向移動之磁場，而與電機轉部(104)之間產生馬達致動效應者；於作為發電機功能運轉時，電機磁場繞組(102)為供接受驅動控制裝置(103)作發電輸出電壓、電流之控制者；電機角位置檢測裝置(106)：為由機電式開關裝置、或霍爾元件、或光電、或電磁感應、或超音波、或靜電感應等物理性位置檢測裝置所構成，供設置於呈相對迴轉之電機磁場結構(101)與電機轉部(104)之間，藉以檢測電機磁場結構(101)之電機磁場繞組(102)所產生移動磁場與電機轉部(104)之相對位置關係，並藉檢測信號輸往驅動控制裝置(103)者；電機轉部(104)：為由導磁材料所構成，並具有轉軸及機殼，其特徵為在耦合於電機磁場結構(101)之邊側，設有導磁性而與電機磁場結構(101)磁極極數相同或不同之凸極結構，或具有永磁式磁極而極數與電機磁場結構(101)之磁極相同或不同，其特徵為電機轉部(104)之磁極設有輔助激磁繞組並藉導電環及電刷式裝置(107)供與外部之間傳輸激磁電能者；輔助激磁繞組：為由導線繞設於電機轉部(104)之磁極，而藉導電環及電刷式裝置(107)與外部之間傳輸電能者，其設置之方式包括設置串聯式輔助激磁繞組(105)、並聯式輔助激磁繞組(108)兩者或其中之一，其中串聯式輔助激磁繞組(105)為經導電環及電刷式裝置(107)與輸出端供驅動控制電機磁場繞組(102)之驅動控制裝置(103)電源輸入端串聯再通往直流電源；而並聯式輔助激磁繞組(108)為並聯於直流電源或驅動控制裝置(103)之輸出端或電機磁場繞組(102)之兩端者； 導電環及電刷式裝置(107)：為具有導電環及導電刷所構成，供分別設置於呈迴轉之電機轉部與外部之間，以在轉部迴轉中，供串聯式輔助激磁繞組(105)及/或並聯式輔助激磁繞組(108)與外部之間傳輸電能者；藉由機殼軸承鎖固螺絲等以結合上述組件構成具導電環及電刷式開關式直流電機(1000)，其中驅動控制裝置(103)可為共構於具導電環及電刷式開關式直流電機(1000)或獨立設置者。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之具輔助激磁繞組之具導電環及電刷式開關式直流電機，其具串聯式輔助激磁繞組(105)之具導電環及電刷式開關式直流電機(1000)之電路構成如下：串聯式輔助激磁繞組(105)為繞設於電機轉部(104)之磁極，而經導電環及電刷式裝置(107)與輸出端供驅動控制電機磁場繞組(102)之驅動控制裝置(103)電源輸入端串聯再通往直流電源，其激磁極性與轉部之磁極，包括為呈同極性之助激或呈不同極性之差激者。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之具輔助激磁繞組之具導電環及電刷式開關式直流電機，其具並聯式輔助激磁繞組(108)之具導電環及電刷式開關式直流電機(1000)之電路構成如下：並聯式輔助激磁繞組(108)為繞設於電機轉部(104)之磁極，而經導電環及電刷式裝置(107)並聯於驅動控制裝置(103)之電源端，此外可並聯於經驅動控制裝置(103)控制後之輸出端，以個別接受驅動控制裝置(103)控制其極性及激磁電壓電流者，其激磁極性與轉部之磁極，包括為呈同極性之助激或呈不同極性之差激者。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之具輔助激磁繞組之具導電環及電刷式開關式直流電機，其具串聯式輔助激磁繞組(105)及並聯式輔助激磁繞組(108)之具導電環及電刷式開關式直流電機(1000)之電路構成如下：串聯式輔助激磁繞組(105)為繞設於電機轉部(104)之磁極，而經導 電環及電刷式裝置(107)與輸出端供驅動控制電機磁場繞組(102)之驅動控制裝置(103)電源輸入端串聯再通往直流電源，其激磁極性與轉部之磁極，包括為呈同極性之助激或呈不同極性之差激者；並聯式輔助激磁繞組(108)為繞設於電機轉部(104)之磁極，而經導電環及電刷式裝置(107)並聯於驅動控制裝置(103)之電源端，此外可並聯於經驅動控制裝置(103)控制後之輸出端，以個別接受驅動控制裝置(103)控制其極性及激磁電壓電流者，其激磁極性與轉部之磁極，包括為呈同極性之助激或呈不同極性之差激者。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之具輔助激磁繞組之具導電環及電刷式開關式直流電機，其中並聯式輔助激磁繞組(108)之負端與串聯式輔助激磁繞組(105)之負端共同連接而呈長複激之連結，或由並聯式輔助激磁繞組(108)之負端與串聯式輔助激磁繞組(105)之正端連接而呈短複激之連結者，其與轉部磁極之激磁極性，包括為呈同極性之助激或呈不同極性之差激者。
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