TWI668943B

TWI668943B - Solar permanent magnet synchronous motor

Info

Publication number: TWI668943B
Application number: TW107111248A
Authority: TW
Inventors: 黃柏原
Original assignee: 城市學校財團法人臺北城市科技大學; 黃柏原
Priority date: 2018-03-30
Filing date: 2018-03-30
Publication date: 2019-08-11
Also published as: TW201943187A

Abstract

本項發明創作屬於一種可太陽能供電、可蓄電或可免用電源之新穎永磁同步馬達電路裝置，係在一永磁同步馬達內部可設一太陽能蓄電裝置，在該永磁同步馬達外部可設一微控裝置，以共同組成一「太陽能永磁同步馬達」。該太陽能永磁同步馬達設有多極多相線圈組與N磁鐵、S磁鐵，於該太陽能蓄電裝置設有太陽能板、蓄電池，而該微控裝置設有微處理器、多個調相換流器等。該太陽能永磁同步馬達可藉由太陽能板供電予蓄電池，該蓄電池再經由多個調相換流器、多極多相線圈組帶動N磁鐵、S磁鐵轉動(太陽能板間接供電馬達)，或者，該太陽能永磁同步馬達可免用太陽能板或電源，並僅利用蓄電池經由多個調相換流器、多極多相線圈組帶動N磁鐵、S磁鐵轉動(蓄電池直接供電馬達)以驅動負載工作。如此，運用本項發明創作中，由一永磁同步馬達及一太陽能蓄電裝置、一微控裝置構成之「太陽能永磁同步馬達」，該微控裝置可作操控並令太陽能板可間接供電予該永磁同步馬達，或者，該太陽能蓄電裝置可作蓄電並令蓄電池可直接供電予該永磁同步馬達，利用此種新式之太陽能供電馬達概念，將可達到永磁同步馬達可太陽能供電、可蓄電或可免用電源之創新用電特性。

Description

太陽能永磁同步馬達

本項發明創作係關於一種「太陽能永磁同步馬達」電路裝置，尤指一種利用一太陽能蓄電裝置及一微控裝置於一永磁同步馬達之供電，使該微控裝置可作操控並令一太陽能板可間接供電、該太陽能蓄電裝置可作蓄電並令一蓄電池可直接供電，以達到該永磁同步馬達可太陽能供電、可蓄電或可免用電源的馬達電路裝置者。

按，在現今石油供應來源不穩、油價起伏不定的時代，石油相關能源的使用成本可能提高，同時，為了地球環境考量，避免因使用石油過度排放二氧化碳而造成環境的劇烈改變，各方均倡導節能減碳的相關做法。其中，利用太陽能供電予馬達使用，就是節能減碳的一種具體做法。

習用三相永磁同步馬達利用電源供電以驅動負載之方式，請參閱第1圖所示，其中一三相永磁同步馬達01內部由一線圈組一011、一線圈組一012、一線圈組二013、一線圈組二014、一線圈組三015、一線圈組三016與一N磁鐵017、一S磁鐵018所組成，該三相永磁同步馬達01利用一三相交流電源供電予該線圈組一011、線圈組一012、該線圈組二013、線圈組二014、該線圈組三015、線圈組三016，即可帶動該N 磁鐵017、該S磁鐵018轉動並經由一轉軸019驅動一負載工作。當該負載正常工作期間，該三相交流電源為全時式(Full Time)供電，使得該三相永磁同步馬達01可持續提供該負載之驅動動能。

然而，工研院IEK於2014年4月的資料統計顯示，一般馬達耗電量約占全球電力消耗量46%，長時間或連續式利用交流電源(如：三相市電)供電予馬達使用將造成可觀之電源負荷，供電之餘並未能夠兼顧節能減碳之要求；另一方面，永磁同步馬達(一種無刷交流馬達)在日常生活與工業的用途廣泛，且利用市電或發電機作為馬達之電能來源，永磁同步馬達耗電量實占了一般馬達耗電量不少比例。因此，創新永磁同步馬達使用替代能源(如：太陽能)，也為馬達電機製造新的研究方向與努力目標。

鑑於上述先前技術所衍生的各項永磁同步馬達耗電量與電源負荷缺點，本案發明創作人乃亟思加以改良創新，並經過多日苦心孤詣潛心研究後，終於成功研發完成本案之一種「太陽能永磁同步馬達」電路裝置。

本項發明創作之目的，在於提供一種可太陽能供電、可蓄電或可免用電源之永磁同步馬達電路裝置，其概念係在一永磁同步馬達可設一太陽能蓄電裝置及一微控裝置，使該微控裝置可作操控並令一太陽能板可間接供電予該永磁同步馬達，或者，該太陽能蓄電裝置可作蓄電並令一蓄電池可直接供電予該永磁同步馬達，而達到該永磁同步馬達可太陽能供電、可蓄電或可免用電源之用電特性，並可符合節能減碳之供電要求。

為達上述之目的，本項發明創作之技術手段在於，在一永磁同步馬達設一太陽能蓄電裝置及一微控裝置，以共同組成一「太陽能永磁同步馬達」，為一太陽能蓄電式交流馬達(Solar Chargeable AC Motor)。該太陽能永磁同步馬達設有一由多極多相線圈組構成之馬達電磁鐵定子(或稱線圈組定子)與一由N磁鐵、S磁鐵構成之馬達永久磁鐵轉子(或稱N磁鐵轉子、S磁鐵轉子)，該馬達永久磁鐵轉子經由一轉軸可與該太陽能永磁同步馬達外部之一負載機械連接；該太陽能永磁同步馬達之太陽能蓄電裝置設有一可撓式太陽能板及一可撓式蓄電池，該馬達永久磁鐵轉子經由該轉軸可與該可撓式太陽能板機械連接，或者，該馬達永久磁鐵轉子經由該轉軸亦可與該可撓式太陽能板機械分離，該可撓式太陽能板並與該可撓式蓄電池電氣連接；並且，該太陽能永磁同步馬達之微控裝置設有一微處理器及多個調相換流器，該多個調相換流器與該可撓式蓄電池及該多極多相線圈組電氣連接，而該微處理器則與該多個調相換流器電氣連接。

該太陽能永磁同步馬達可藉由微控裝置之微處理器操控多個調相換流器，使可撓式蓄電池經由該多個調相換流器換流後供電予由多極多相線圈組構成之線圈組定子，以帶動由N磁鐵、S磁鐵構成之N磁鐵轉子、S磁鐵轉子轉動，並驅動負載轉動工作以及驅動可撓式太陽能板轉動工作(可撓式太陽能板發電)，當N磁鐵轉子、S磁鐵轉子轉動工作期間，該可撓式太陽能板可持續供電予該可撓式蓄電池(可撓式蓄電池蓄電)；由此，該太陽能永磁同步馬達之微控裝置可作操控並令太陽能永磁同步馬達之該可撓式太陽能板可間接供電予該太陽能永磁同步馬達使用。

或者，該太陽能永磁同步馬達可免用可撓式太陽能板，並僅利用太陽能蓄電裝置之可撓式蓄電池經由多個調相換流器、多極多相線圈組構成之線圈組定子，以帶動由N磁鐵、S磁鐵構成之N磁鐵轉子、S磁鐵轉子轉動並驅動負載工作，當N磁鐵轉子、S磁鐵轉子轉動工作期間，該可撓式太陽能板可停止轉動工作並停止供電予該可撓式蓄電池(可撓式蓄電池停止蓄電)，且不影響該負載之正常工作；由此，該太陽能永磁同步馬達之太陽能蓄電裝置可作蓄電並令太陽能永磁同步馬達之該可撓式蓄電池可直接供電予該太陽能永磁同步馬達使用。

如此，運用本項發明創作中，由一永磁同步馬達及一太陽能蓄電裝置、一微控裝置構成之「太陽能永磁同步馬達」，該微控裝置可作操控並令可撓式太陽能板可間接供電予該永磁同步馬達，或者，該太陽能蓄電裝置可作蓄電並令可撓式蓄電池可直接供電予該永磁同步馬達，利用此種新式之太陽能供電馬達概念，將可達到永磁同步馬達可太陽能供電、可蓄電或可免用電源之創新用電特性。

請參閱以下有關於本項發明創作「太陽能永磁同步馬達」電路裝置一較佳實施例之詳細說明及其附圖，將可進一步瞭解本創作之技術內容及其目的與功效：

11‧‧‧太陽能永磁同步馬達

111‧‧‧第一線圈組定子

112‧‧‧第二線圈組定子

113‧‧‧第三線圈組定子

114‧‧‧N磁鐵轉子

115‧‧‧S磁鐵轉子

116‧‧‧轉軸

117‧‧‧可撓式太陽能板

118‧‧‧可撓式蓄電池

119‧‧‧環形正電極區

120‧‧‧環形負電極區

121‧‧‧第一電刷

122‧‧‧第二電刷

123‧‧‧第一調相換流器

124‧‧‧第二調相換流器

125‧‧‧第三調相換流器

12‧‧‧微處理器

第1圖為習用三相永磁同步馬達之結構示意圖。

第2圖為本項發明創作「太陽能永磁同步馬達」中，一較佳實施例太陽能蓄電裝置與微控裝置之俯視連接圖。

第3圖為本項發明創作「太陽能永磁同步馬達」中，一較佳實施例可撓式太陽能板環形正電極區與環形負電極區之側視示意圖。

本項發明創作所提供之一種「太陽能永磁同步馬達」電路裝置，請參閱第2圖、第3圖所示，一太陽能永磁同步馬達11(一種三相永磁同步馬達)內部設一由一第一線圈組定子111、一第二線圈組定子112、一第三線圈組定子113構成之馬達電磁鐵定子(即三極三相電磁鐵定子)與一由一N磁鐵轉子114、一S磁鐵轉子115構成之馬達永久磁鐵轉子，該馬達永久磁鐵轉子經由一轉軸116可與該太陽能永磁同步馬達11外部之負載機械連接；該太陽能永磁同步馬達11內部另設一可撓式太陽能板117(馬達發電設備)與一可撓式蓄電池118(馬達蓄電設備)，該可撓式太陽能板117經由該轉軸116可與該馬達永久磁鐵轉子機械連接，或者，該可撓式太陽能板117經由該轉軸116可與該馬達永久磁鐵轉子機械分離，而該可撓式蓄電池118則與該第一線圈組定子111、該第二線圈組定子112、該第三線圈組定子113機械連接。此外，該可撓式蓄電池118設有一環形正電極區119、一環形負電極區120，該可撓式太陽能板117設有一第一電刷121、一第二電刷122，該可撓式太陽能板117可經由該第一電刷121與該可撓式蓄電池118之該環形正電極區119電氣連接、經由該第二電刷122與該可撓式蓄電池118之該環形負電極區120電氣連接；該太陽能永磁同步馬達11內部亦設一第一調相換流器123、一第二調相換流器124、一第三調相換流器125，並且該第一調相換流器123與該可撓式蓄電池118及該第一線圈組定子111電氣連接、該第二調相換流器124與該可撓式蓄電池118及該第二線圈組定子112電氣連接、該第三調相換流器125與該可撓式蓄電池118及該第三線圈組定子113電氣連接；另外，該太陽能永磁同步馬達11外部設一微處理器12，該微處理器12與該第一調相換流器123、該第二調相換流器124、該第三調相換流器125電氣連接。如此，該可撓式太陽能板117、該可撓式蓄電池118可構成該太陽能永磁同步馬達11之一太陽能蓄電裝置，而該微處理器12與該第一調相換流器123、該第二調相換流器124、該第三調相換流器125則構成該太陽能永磁同步馬達11之一微控裝置。

當該可撓式太陽能板117經由該轉軸116與該馬達永久磁鐵轉子機械分離時，請參閱第2圖所示，該太陽能永磁同步馬達11可藉由該微控裝置之微處理器12操控該第一調相換流器123、該第二調相換流器124、該第三調相換流器125為閉路(ON)以作為導通，使該太陽能永磁同步馬達11可藉該可撓式蓄電池118經由該第一調相換流器123換流後供電予該第一線圈組定子111，經由該第二調相換流器124換流後供電予該第二線圈組定子112，經由該第三調相換流器125換流後供電予該第三線圈組定子113，並藉由該第一線圈組定子111、第二線圈組定子112、第三線圈組定子113與該N磁鐵轉子114、S磁鐵轉子115間之電磁感應作用，啟動並帶動N磁鐵轉子114、S磁鐵轉子115轉動以驅動負載工作(可撓式蓄電池供電馬達)。此外，該太陽能永磁同步馬達11更可藉由該微控裝置之微處理器12調控該可撓式蓄電池118經由該第一調相換流器123、該第二調相換流器124、該第三調相換流器125換流後之三相交流電源週期量(頻率調整)，或者，調控該可撓式蓄電池118經由該第一調相換流器123、該第二調相換流器124、該第三調相換流器125換流後之三相交流電源電流量(電流調整)，而藉以可以改變該N磁鐵轉子114、S磁鐵轉子115以及該轉軸116、該負載之轉動速率(速率調整)。由此，該太陽能永磁同步馬達11之微控裝置可作操控並令該太陽能永磁同步馬達11之該可撓式蓄電池118可直接供電予該太陽能永磁同步馬達11使用，該太陽能永磁同步馬達11之微控裝置亦可作調控並令該太陽能永磁同步馬達11之負載可改變轉動速率。

再者，當該可撓式太陽能板117經由該轉軸116與該馬達永久磁鐵轉子機械連接時，請參閱第2圖、第3圖所示，該太陽能永磁同步馬達11可藉由該微控裝置之微處理器12操控該第一調相換流器123、該第二調相換流器124、該第三調相換流器125為閉路(ON)以作為導通，使該太陽能永磁同步馬達11可藉該可撓式蓄電池118經由該第一調相換流器123換流後供電予該第一線圈組定子111，經由該第二調相換流器124換流後供電予該第二線圈組定子112，經由該第三調相換流器125換流後供電予該第三線圈組定子113，並藉由該第一線圈組定子111、第二線圈組定子112、第三線圈組定子113與該N磁鐵轉子114、S磁鐵轉子115間之電磁感應作用，啟動並帶動N磁鐵轉子114、S磁鐵轉子115轉動以驅動負載工作；當該N磁鐵轉子114、該S磁鐵轉子115轉動工作期間，該N磁鐵轉子114、S磁鐵轉子115另可藉該轉軸116與該可撓式太陽能板117之機械連接以帶動該可撓式太陽能板117轉動工作(可撓式太陽能板發電)，而當該可撓式太陽能板117轉動工作期間，該可撓式太陽能板117則可藉該第一電刷121與該可撓式蓄電池118中該環形正電極區119之電氣連接、藉該第二電刷122與該可撓式蓄電池118中該環形負電極區120之電氣連接以供電予該可撓式蓄電池118(可撓式蓄電池蓄電)。由此，該太陽能永磁同步馬達11之微控裝置可作操控並令該太陽能永磁同步馬達11之該可撓式太陽能板117可間接供電予該太陽能永磁同步馬達11使用，且令該太陽能永磁同步馬達11之該可撓式太陽能板117可持續供電予該可撓式蓄電池118。

於本項發明創作之「太陽能永磁同步馬達」電路裝置中，一太陽能永磁同步馬達11利用微控裝置可操控太陽能蓄電裝置之一可撓式蓄電池118啟動並驅動一負載及一可撓式太陽能板117轉動工作，當該可撓式太陽能板117轉動工作期間，該可撓式太陽能板117可供電予該可撓式蓄電池118(可撓式蓄電池蓄電)。此外，該太陽能永磁同步馬達11利用微控裝置亦可操控該可撓式蓄電池118啟動並僅驅動一負載轉動工作，當該負載轉動工作期間，該可撓式太陽能板117可停止供電予該可撓式蓄電池118(可撓式蓄電池停止蓄電)，且不影響負載之正常工作；該太陽能永磁同步馬達11亦可利用微控裝置調控該可撓式蓄電池118換流後之三相交流電源，進而改變該負載之轉動速率。如此，運用本項發明創作中，由一永磁同步馬達及一太陽能蓄電裝置、一微控裝置構成之「太陽能永磁同步馬達」，利用此種新式之太陽能供電馬達概念，將可達到太陽能永磁同步馬達11可太陽能供電、可蓄電或可免用電源之用電特性，並可符合節能減碳之供電要求，而不致於發生因習用永磁同步馬達耗電量占去一般馬達耗電量不少比例，長時間或連續式利用供電予馬達使用造成可觀之電源負荷，供電之餘未能夠兼顧節能減碳要求之情形。

上列詳細說明係針對本項發明創作之可行實施例的具體說明，惟該實施例並非用以限制本創作之專利範圍，凡未脫離本項發明創作技藝精神所為之等效實施或變更，例如：等變化之等效性實施例，均應包含於本案之專利範圍中。

Claims

一種太陽能永磁同步馬達電路裝置，包括：一太陽能永磁同步馬達，該太陽能永磁同步馬達為一蓄電式交流馬達，屬於一種三相永磁同步馬達；一第一線圈組定子，設於該太陽能永磁同步馬達內部；一第二線圈組定子，設於該太陽能永磁同步馬達內部；一第三線圈組定子，設於該太陽能永磁同步馬達內部；該第一線圈組定子、該第二線圈組定子、該第三線圈組定子構成該太陽能永磁同步馬達之一馬達電磁鐵定子；一N磁鐵轉子，設於該太陽能永磁同步馬達內部；一S磁鐵轉子，設於該太陽能永磁同步馬達內部；該N磁鐵轉子、該S磁鐵轉子構成該太陽能永磁同步馬達之一馬達永久磁鐵轉子；一轉軸，設於該太陽能永磁同步馬達，該轉軸與該馬達永久磁鐵轉子機械連接，該轉軸並可與該太陽能永磁同步馬達外部之一負載機械連接；一可撓式蓄電池，設於該太陽能永磁同步馬達內部，該可撓式蓄電池與該第一線圈組定子、該第二線圈組定子、該第三線圈組定子機械連接，該可撓式蓄電池為該太陽能永磁同步馬達之一馬達蓄電設備；一環形正電極區，設於該可撓式蓄電池；一環形負電極區，設於該可撓式蓄電池；一第一調相換流器，設於該太陽能永磁同步馬達內部，該第一調相換流器與該可撓式蓄電池及該馬達電磁鐵定子之該第一線圈組定子電氣連接；一第二調相換流器，設於該太陽能永磁同步馬達內部，該第二調相換流器與該可撓式蓄電池及該馬達電磁鐵定子之該第二線圈組定子電氣連接；一第三調相換流器，設於該太陽能永磁同步馬達內部，該第三調相換流器與該可撓式蓄電池及該馬達電磁鐵定子之該第三線圈組定子電氣連接；一可撓式太陽能板，設於該太陽能永磁同步馬達內部，該可撓式太陽能板經由該轉軸可與該馬達永久磁鐵轉子機械連接，或者，該可撓式太陽能板經由該轉軸可與該馬達永久磁鐵轉子機械分離，該可撓式太陽能板為該太陽能永磁同步馬達之一馬達發電設備，並且，該可撓式太陽能板以及該可撓式蓄電池構成該太陽能永磁同步馬達之一太陽能蓄電裝置；一第一電刷，設於該可撓式太陽能板，該第一電刷可與該可撓式蓄電池之該環形正電極區電氣連接；一第二電刷，設於該可撓式太陽能板，該第二電刷可與該可撓式蓄電池之該環形負電極區電氣連接；一微處理器，設於該太陽能永磁同步馬達外部，該微處理器與該第一調相換流器、該第二調相換流器、該第三調相換流器電氣連接，並且，該微處理器以及該第一調相換流器、該第二調相換流器、該第三調相換流器構成該太陽能永磁同步馬達之一微控裝置；該太陽能永磁同步馬達利用該微控裝置可操控該太陽能蓄電裝置之該可撓式蓄電池啟動並驅動該可撓式太陽能板轉動工作，當該可撓式太陽能板轉動工作期間，該可撓式太陽能板可供電予該可撓式蓄電池；此外，該太陽能永磁同步馬達利用該微控裝置亦可操控該可撓式蓄電池啟動並驅動該負載轉動工作，當該負載轉動工作期間，該可撓式太陽能板可停止供電予該可撓式蓄電池，且不影響該負載之正常工作，該太陽能永磁同步馬達亦可利用該微控裝置調控該可撓式蓄電池換流後之三相交流電源，進而改變該負載之轉動速率；如此，運用本項發明創作中，由一永磁同步馬達及一太陽能蓄電裝置、一微控裝置構成之太陽能永磁同步馬達，以及利用此種新式之太陽能供電馬達概念，將可達到該太陽能永磁同步馬達可太陽能供電、可蓄電或可免用電源之用電特性。
如請求項1所述之太陽能永磁同步馬達電路裝置，當該可撓式太陽能板經由該轉軸與該馬達永久磁鐵轉子機械分離時，該太陽能永磁同步馬達可藉由該微控裝置之該微處理器操控該第一調相換流器、該第二調相換流器、該第三調相換流器為閉路以作為導通，使該太陽能永磁同步馬達可藉該可撓式蓄電池經由該第一調相換流器換流後供電予該第一線圈組定子，經由該第二調相換流器換流後供電予該第二線圈組定子，經由該第三調相換流器換流後供電予該第三線圈組定子，並藉由該第一線圈組定子、該第二線圈組定子、該第三線圈組定子與該N磁鐵轉子、該S磁鐵轉子間之電磁感應作用，啟動並帶動該N磁鐵轉子、該S磁鐵轉子轉動以驅動該負載工作；此外，該太陽能永磁同步馬達更可藉由該微控裝置之該微處理器調控該可撓式蓄電池經由該第一調相換流器、該第二調相換流器、該第三調相換流器換流後之三相交流電源週期量，或者，調控該可撓式蓄電池經由該第一調相換流器、該第二調相換流器、該第三調相換流器換流後之三相交流電源電流量，而藉以可以改變該N磁鐵轉子、該S磁鐵轉子以及該轉軸、該負載之轉動速率；由此，該太陽能永磁同步馬達之該微控裝置可作操控並令該太陽能永磁同步馬達之該可撓式蓄電池可直接供電予該太陽能永磁同步馬達使用，該太陽能永磁同步馬達之該微控裝置亦可作調控並令該太陽能永磁同步馬達之該負載可改變轉動速率。
如請求項1所述之太陽能永磁同步馬達電路裝置，當該可撓式太陽能板經由該轉軸與該馬達永久磁鐵轉子機械連接時，該太陽能永磁同步馬達可藉由該微控裝置之該微處理器操控該第一調相換流器、該第二調相換流器、該第三調相換流器為閉路以作為導通，使該太陽能永磁同步馬達可藉該可撓式蓄電池經由該第一調相換流器換流後供電予該第一線圈組定子，經由該第二調相換流器換流後供電予該第二線圈組定子，經由該第三調相換流器換流後供電予該第三線圈組定子，並藉由該第一線圈組定子、該第二線圈組定子、該第三線圈組定子與該N磁鐵轉子、該S磁鐵轉子間之電磁感應作用，啟動並帶動該N磁鐵轉子、該S磁鐵轉子轉動以驅動該負載工作；當該N磁鐵轉子、該S磁鐵轉子轉動工作期間，該N磁鐵轉子、該S磁鐵轉子另可藉該轉軸與該可撓式太陽能板之機械連接以帶動該可撓式太陽能板轉動工作，而當該可撓式太陽能板轉動工作期間，該可撓式太陽能板則可藉該第一電刷與該可撓式蓄電池中該環形正電極區之電氣連接、藉該第二電刷與該可撓式蓄電池中該環形負電極區之電氣連接以供電予該可撓式蓄電池；由此，該太陽能永磁同步馬達之該微控裝置可作操控並令該太陽能永磁同步馬達之該可撓式太陽能板可間接供電予該太陽能永磁同步馬達使用，且令該太陽能永磁同步馬達之該可撓式太陽能板可持續供電予該可撓式蓄電池。