TWI703797B - 一種可蓄電無刷直流馬達電路裝置 - Google Patents

Abstract

本項發明創作屬於一種可蓄電、可電源供電或可免用電源之新穎無刷直流馬達電路裝置，係在一無刷直流馬達內部可設一蓄電裝置，在該無刷直流馬達外部可設一微控裝置，以共同組成「一種可蓄電無刷直流馬達電路裝置」。該可蓄電無刷直流馬達設有多極線圈組與N磁鐵、S磁鐵，於該蓄電裝置設有蓄電池、多個開關電路，而該微控裝置設有DC-DC轉換器及微處理器等。該可蓄電無刷直流馬達可藉一直流電源經由DC-DC轉換器供電予蓄電池，該蓄電池再經由多個開關電路、多極線圈組帶動N磁鐵、S磁鐵轉動(直流電源供電馬達)，或者，該可蓄電無刷直流馬達可免用電源並僅利用蓄電池經由多個開關電路、多極線圈組帶動N磁鐵、S磁鐵轉動以驅動負載工作(蓄電池供電馬達)。如此，運用本項發明創作中，由一無刷直流馬達及一蓄電裝置、一微控裝置構成之「一種可蓄電無刷直流馬達電路裝置」，該微控裝置可作操控並隨時令直流電源可供電予該蓄電裝置，該蓄電裝置可作蓄電並隨時令蓄電池可供電予該無刷直流馬達轉動工作，利用此種新式之蓄電池供電馬達 概念，將可達到無刷直流馬達可蓄電、可電源供電或可免用電源之創新用電特性。

Description

一種可蓄電無刷直流馬達電路裝置

本項發明創作係關於一種可蓄電無刷直流馬達電路裝置，尤指一種利用一蓄電裝置及一微控裝置於一無刷直流馬達之供電，使該微控裝置可作操控並隨時令直流電源可供電予該蓄電裝置、該蓄電裝置可作蓄電並隨時令蓄電池可供電予該無刷直流馬達，以達到該無刷直流馬達可蓄電、可電源供電或可免用電源的馬達電路裝置者。

按，在現今供電來源不穩的時代，供電相關能源的使用成本可能提高，同時，為了地球環境考量，避免因供電過度排放二氧化碳而造成環境的劇烈改變，各方均倡導電力調節、節能減碳的相關做法。其中，創新及有效率地利用電源供電予馬達使用，就是電力調節的一種具體做法。

習用無刷直流馬達利用電源供電以驅動負載之方式，請參閱第1圖所示，其中一無刷直流馬達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，該無刷直流馬達01利用一直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以及利用一霍爾感應裝置，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，該直流電源為全時式(Full Time)供電，使得該無刷直流馬達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電源(如：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電力調節之要求；另一方面，無刷直流馬達在日常生活與工業的用途廣泛，且利用市電作為馬達之電能來源，無刷直流馬達耗電量實占了一般馬達耗電量不少比例。因此，創新無刷直流馬達(產業用設備、家庭用設備)使用市電電源之方式，也為馬達電機製造研究方向與努力目標。

鑑於上述先前技術所衍生的各項無刷直流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可蓄電無刷直流馬達電路裝置。

本項發明創作之目的，在於提供一種可蓄電、可電源供電或可免用電源之無刷直流馬達電路裝置，其概念係在一無刷直流馬達可設一蓄電裝置及一微控裝置，使該微控裝置可作操控並隨時令一直流電源可供電予該蓄電裝置，該蓄電裝置可作蓄電並隨時令一蓄電池可供電予該無刷直流馬達，而達到該無刷直流馬達可蓄電、可電源供電或可免用電源之用電特性，並且可符合電力調節之供電要求。

為達上述之目的，本項發明創作之技術手段在於，在一無刷直流馬達內部設一蓄電裝置，在該無刷直流馬達外部設一微控裝置，以共同組成「一種可蓄電無刷直流馬達電路裝置」，為一蓄電式直流馬達(Chargeable DC Motor)。該可蓄電無刷直流馬達於內部設有一由多極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可蓄電無刷直流馬達外部之一負載機械連接；該可蓄電無刷直流馬達之蓄電裝置設有一環形馬達蓄電池及多個開關電路，該環形馬達蓄電池可與該可蓄電無刷直流馬達外部之直流電源(如：變壓器、電源供應器)連接，而該多個開關電路則與該多極線圈組電氣連接；並且，該可蓄電無刷直流馬達之微控裝置設有一DC-DC轉換器(直流到直流轉換器)及一微處理器，該DC-DC轉換器與該可蓄電無刷直流馬達外部之直流電源及該蓄電裝置之環形馬達蓄電池電氣連接，而該微處理器與該DC-DC轉換器及該蓄電裝置之多個開關電路電氣連接。

該可蓄電無刷直流馬達可藉由微控裝置之微處理器操控可蓄電無刷直流馬達外部之一直流電源經由DC-DC轉換器轉換後供電予蓄電裝置之環形馬達蓄電池(蓄電池蓄電)，該環形馬達蓄電池再經由多個開關電路變壓後供電予由多極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(外部直流電源供電馬達)並驅動負載工作，當N磁鐵轉子、S磁鐵轉子轉動工作期間，外部直流電源可持續供電予該環形馬達蓄電池(蓄電池持續蓄電)；由此，該 可蓄電無刷直流馬達之微控裝置可作操控並隨時令可蓄電無刷直流馬達外部之該直流電源可供電予該蓄電裝置之環形馬達蓄電池。

或者，該可蓄電無刷直流馬達可藉由微控裝置之微處理器操控免用可蓄電無刷直流馬達外部之直流電源，並僅利用蓄電裝置之環形馬達蓄電池經由多個開關電路、多極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(內部蓄電池供電馬達)並驅動負載工作，當N磁鐵轉子、S磁鐵轉子轉動工作期間，外部直流電源可停止供電予該環形馬達蓄電池(蓄電池停止蓄電)，且不影響該負載之正常工作；由此，該可蓄電無刷直流馬達之蓄電裝置可作蓄電並隨時令可蓄電無刷直流馬達內部之環形馬達蓄電池可供電予該可蓄電無刷直流馬達轉動工作。

如此，運用本項發明創作中，由一無刷直流馬達及一蓄電裝置、一微控裝置構成之「一種可蓄電無刷直流馬達電路裝置」，該微控裝置可作操控並隨時令直流電源可供電予該蓄電裝置，該蓄電裝置可作蓄電並隨時令馬達蓄電池可供電予該無刷直流馬達轉動工作，利用此種新式之馬達蓄電池供電馬達概念，將可達到無刷直流馬達可蓄電、可電源供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:可蓄電無刷直流馬達

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:環形馬達蓄電池

118:第一開關電路

119:第二開關電路

120:第三開關電路

12:DC-DC轉換器

13:微處理器

第1圖為習用無刷直流馬達之結構示意圖。

第2圖為本項發明創作「一種可蓄電無刷直流馬達電路裝置」中，一較佳實施例蓄電裝置與微控裝置之連接圖。

本項發明創作所提供之一種可蓄電無刷直流馬達電路裝置，請參閱第2圖所示，一可蓄電無刷直流馬達11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與該可蓄電無刷直流馬達11外部之負載機械連接；該可蓄電無刷直流馬達11內部另設一環形馬達蓄電池117(馬達蓄電設備)與一第一開關電路118、一第二開關電路119、一第三開關電路120，該環形馬達蓄電池117可間接與該可蓄電無刷直流馬達11外部之直流電源連接，該第一開關電路118與該環形馬達蓄電池117及該第一線圈組定子111電氣連接、該第二開關電路119與該環形馬達蓄電池117及該第二線圈組定子112電氣連接、該第三開關電路120與該環形馬達蓄電池117及該第三線圈組定子113電氣連接，該環形馬達蓄電池117以及該第一開關電路118、該第二開關電路119、該第三開關電路120構成該可蓄電無刷直流馬達11之一蓄電裝置；此外，該可蓄電無刷直流馬達11外部設一DC-DC轉換器12(即直流到直流轉換器)及一微處理器13，該DC-DC轉換器12與該可蓄電無刷直流馬達11外部之直流電源及該環形馬達蓄電池117電氣連接，而該微處理器13則與該DC-DC轉換器12及該第一開關電路118、該第二開關電路119、該第三開關電路120電氣連接，該DC-DC轉換器12以及該微處理器 13構成該可蓄電無刷直流馬達11之一微控裝置。

請參閱第2圖所示，該可蓄電無刷直流馬達11可藉由該微控裝置之微處理器13操控該DC-DC轉換器12為閉路(ON)以作為導通，使該可蓄電無刷直流馬達11外部之直流電源可經由該DC-DC轉換器12變壓後供電予該蓄電裝置之環形馬達蓄電池117(馬達蓄電池蓄電)，該環形馬達蓄電池117再經由該第一開關電路118變壓後分時供電予該第一線圈組定子111，經由該第二開關電路119變壓後分時供電予該第二線圈組定子112，經由該第三開關電路120變壓後分時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內之旋轉磁場與該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(直流電源供電無刷直流馬達)；當該N磁鐵轉子114、該S磁鐵轉子115轉動工作期間，該外部直流電源可持續供電予該環形馬達蓄電池117(馬達蓄電池持續蓄電)。此外，該可蓄電無刷直流馬達11可藉由該微控裝置之微處理器13調控該環形馬達蓄電池117經由該第一開關電路118、該第二開關電路119、該第三開關電路120變壓後之分時供電週期(無刷直流馬達頻率調整)，或者，調控該環形馬達蓄電池117經由該第一開關電路118、該第二開關電路119、該第三開關電路120變壓後之直流電源電流量(無刷直流馬達電流調整)，而改變該N磁鐵轉子114、該S磁鐵轉子115以及轉軸116之轉動速率(無刷直流馬達改變轉動速率)。由此，該可蓄電無刷直流馬達11之微控裝置可作操控並隨時令該可蓄電無刷直流馬達11外部之直流電源可供電予該蓄電裝置之環形馬達蓄電池 117，該可蓄電無刷直流馬達11之微控裝置可作調控並令該可蓄電無刷直流馬達11可改變轉動速率。

或者，請參閱第2圖所示，該可蓄電無刷直流馬達11可藉由該微控裝置之微處理器13操控該DC-DC轉換器12為開路(OFF)以作為切斷導通，使該可蓄電無刷直流馬達11外部之直流電源停止經由該DC-DC轉換器12供電予該蓄電裝置之環形馬達蓄電池117(馬達蓄電池停止直流電源蓄電)，而僅利用該環形馬達蓄電池117經由該第一開關電路118變壓後分時供電予該第一線圈組定子111，經由該第二開關電路119變壓後分時供電予該第二線圈組定子112，經由該第三開關電路120變壓後分時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內之旋轉磁場與該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(馬達蓄電池供電無刷直流馬達)；當該N磁鐵轉子114、該S磁鐵轉子115轉動工作期間，該外部直流電源可停止供電予該環形馬達蓄電池117(馬達蓄電池停止蓄電)，且不影響負載之正常工作。由此，該可蓄電無刷直流馬達11之微控裝置可作操控令該可蓄電無刷直流馬達11外部之直流電源可停止供電予該蓄電裝置之環形馬達蓄電池117(無刷直流馬達免用外部電源)，並隨時令該環形馬達蓄電池117可供電予該可蓄電無刷直流馬達11轉動工作(無刷直流馬達使用內部蓄電池)。

於本項發明創作之一種可蓄電無刷直流馬達電路裝置中，一可蓄電無刷直流馬達11利用微控裝置可操控外部之直流電源供電予 該可蓄電無刷直流馬達11內部之環形馬達蓄電池117，啟動並帶動馬達永久磁鐵轉子轉動以驅動負載工作(直流電源供電馬達)，該可蓄電無刷直流馬達11亦可利用微控裝置調控該環形馬達蓄電池117變壓後之直流電源，進而改變該可蓄電無刷直流馬達11之轉動速率；此外，該可蓄電無刷直流馬達11利用微控裝置亦可操控外部之直流電源停止供電予該可蓄電無刷直流馬達11內部之環形馬達蓄電池117，而利用微控裝置操控蓄電裝置之環形馬達蓄電池117，啟動並帶動馬達永久磁鐵轉子轉動以驅動負載工作(蓄電池供電馬達)，且不影響負載之正常工作。如此，運用本項發明創作中，由一無刷直流馬達及一蓄電裝置、一微控裝置構成之「一種可蓄電無刷直流馬達電路裝置」，利用此種新式之蓄電池供電馬達概念，將可達到可蓄電無刷直流馬達11可蓄電、可電源供電或可免用電源之用電特性，並可符合電力調節之供電要求，而不致於發生因習用無刷直流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電源(如：市電)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電力調節要求之情形。

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。

11:可蓄電無刷直流馬達

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:環形馬達蓄電池

118:第一開關電路

119:第二開關電路

120:第三開關電路

12:DC-DC轉換器

13:微處理器

Claims (3)

1. 一種可蓄電無刷直流馬達電路裝置，包括：一可蓄電無刷直流馬達，該可蓄電無刷直流馬達為一蓄電式馬達，屬於一種無刷直流馬達；一第一線圈組定子，設於該可蓄電無刷直流馬達內部；一第二線圈組定子，設於該可蓄電無刷直流馬達內部；一第三線圈組定子，設於該可蓄電無刷直流馬達內部；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可蓄電無刷直流馬達之馬達電磁鐵定子；一N磁鐵轉子，設於該可蓄電無刷直流馬達內部；一S磁鐵轉子，設於該可蓄電無刷直流馬達內部；一轉軸，設於該可蓄電無刷直流馬達內部；該N磁鐵轉子、該S磁鐵轉子構成該可蓄電無刷直流馬達之馬達永久磁鐵轉子，該馬達永久磁鐵轉子並經由該轉軸與該可蓄電無刷直流馬達外部之負載機械連接；一環形馬達蓄電池，亦設於該可蓄電無刷直流馬達內部，該環形馬達蓄電池為該可蓄電無刷直流馬達之馬達蓄電設備，該環形馬達蓄電池可間接與該可蓄電無刷直流馬達外部之一直流電源連接；一第一開關電路，設於該可蓄電無刷直流馬達內部，該第一開關電路與該環形馬達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； 一第二開關電路，設於該可蓄電無刷直流馬達內部，該第二開關電路與該環形馬達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；一第三開關電路，設於該可蓄電無刷直流馬達內部，該第三開關電路與該環形馬達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；該環形馬達蓄電池以及該第一開關電路、該第二開關電路、該第三開關電路共同構成該可蓄電無刷直流馬達之一蓄電裝置；一DC-DC轉換器，設於該可蓄電無刷直流馬達外部，該DC-DC轉換器與該可蓄電無刷直流馬達外部之該直流電源及該環形馬達蓄電池電氣連接；一微處理器，設於該可蓄電無刷直流馬達外部，該微處理器與該DC-DC轉換器及該第一開關電路、該第二開關電路、該第三開關電路電氣連接；該DC-DC轉換器以及該微處理器共同構成該可蓄電無刷直流馬達之一微控裝置；該可蓄電無刷直流馬達利用該微控裝置可操控外部之該直流電源供電予該可蓄電無刷直流馬達內部之該環形馬達蓄電池，該環形馬達蓄電池變壓後可啟動並帶動該馬達永久磁鐵轉子轉動以驅動負載工作，該可蓄電無刷直流馬達亦可利用該微控裝置調控該環形馬達蓄電池變壓後之直流電源，以改變該可蓄電無刷直流馬達之轉動速率；此外，該可蓄電無刷直流馬達利用該微控裝置亦可操控外部之該直流 電源停止供電予該可蓄電無刷直流馬達內部之該環形馬達蓄電池，而利用該微控裝置操控該蓄電裝置之該環形馬達蓄電池變壓後，啟動並帶動該馬達永久磁鐵轉子轉動以驅動負載工作，且不影響負載之正常工作；如此，運用本項發明創作中，由一無刷直流馬達及一蓄電裝置、一微控裝置構成之可蓄電無刷直流馬達，利用此種新式之蓄電池供電馬達概念，將可達到該可蓄電無刷直流馬達可蓄電、可電源供電或可免用電源之用電特性。
2. 如請求項1所述之可蓄電無刷直流馬達電路裝置，該可蓄電無刷直流馬達可藉由該微控裝置之該微處理器操控該DC-DC轉換器為閉路以作為導通，使該可蓄電無刷直流馬達外部之該直流電源可經由該DC-DC轉換器變壓後供電予該蓄電裝置之該環形馬達蓄電池，該環形馬達蓄電池再經由該第一開關電路變壓後分時供電予該第一線圈組定子，經由該第二開關電路變壓後分時供電予該第二線圈組定子，經由該第三開關電路變壓後分時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、該第三線圈組定子內之旋轉磁場與該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負載工作，當該N磁鐵轉子、該S磁鐵轉子轉動工作期間，該外部直流電源可持續供電予該環形馬達蓄電池；此外，該可蓄電無刷直流馬達可藉由該微控裝置之該微處理器調控該環形馬達蓄電池經由該第一開關電路、該第二開關電路、該第三開關電路變壓後之分時供電週期，或者，調控該環形馬達蓄電池經由該第一開關電路、該第二開關電 路、該第三開關電路變壓後之直流電源電流量，而改變該N磁鐵轉子、該S磁鐵轉子以及該轉軸之轉動速率；由此，該可蓄電無刷直流馬達之該微控裝置可作操控並隨時令該可蓄電無刷直流馬達外部之該直流電源可供電予該蓄電裝置之環形馬達蓄電池，該可蓄電無刷直流馬達之該微控裝置可作調控並令該可蓄電無刷直流馬達可改變轉動速率。
3. 如請求項1所述之可蓄電無刷直流馬達電路裝置，該可蓄電無刷直流馬達可藉由該微控裝置之該微處理器操控該DC-DC轉換器為開路以作為切斷導通，使該可蓄電無刷直流馬達外部之該直流電源停止經由該DC-DC轉換器供電予該蓄電裝置之該環形馬達蓄電池，而僅利用該環形馬達蓄電池經由該第一開關電路變壓後分時供電予該第一線圈組定子，經由該第二開關電路變壓後分時供電予該第二線圈組定子，經由該第三開關電路變壓後分時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、該第三線圈組定子內之旋轉磁場與該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負載工作，當該N磁鐵轉子、該S磁鐵轉子轉動工作期間，該外部直流電源可停止供電予該環形馬達蓄電池，且不影響負載之正常工作；由此，該可蓄電無刷直流馬達之該微控裝置可作操控令該可蓄電無刷直流馬達外部之該直流電源可停止供電予該蓄電裝置之環形馬達蓄電池，並隨時令該環形馬達蓄電池可供電予該可蓄電無刷直流馬達轉動工作。

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