TWI724841B - 一種無刷直流旋轉電機及含此無刷直流旋轉電機之車輛 - Google Patents

一種無刷直流旋轉電機及含此無刷直流旋轉電機之車輛 Download PDF

Info

Publication number
TWI724841B
TWI724841B TW109110489A TW109110489A TWI724841B TW I724841 B TWI724841 B TW I724841B TW 109110489 A TW109110489 A TW 109110489A TW 109110489 A TW109110489 A TW 109110489A TW I724841 B TWI724841 B TW I724841B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
armature
control switches
unit
control
brushless
Prior art date
Application number
TW109110489A
Other languages
English (en)
Other versions
TW202110045A (zh
Inventor
張峻榮
Original Assignee
張峻榮
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 張峻榮 filed Critical 張峻榮
Publication of TW202110045A publication Critical patent/TW202110045A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI724841B publication Critical patent/TWI724841B/zh

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K21/14—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K29/00—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices
    • H02K29/06—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with position sensing devices
    • H02K29/08—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with position sensing devices using magnetic effect devices, e.g. Hall-plates, magneto-resistors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/10—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by engine-driven generators, e.g. generators driven by combustion engines
    • B60L50/11—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by engine-driven generators, e.g. generators driven by combustion engines using DC generators and DC motors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/16—Stator cores with slots for windings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/26—Rotor cores with slots for windings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/30—Structural association with control circuits or drive circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K29/00—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/28—Layout of windings or of connections between windings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/16—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the circuit arrangement or by the kind of wiring
    • H02P25/18—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the circuit arrangement or by the kind of wiring with arrangements for switching the windings, e.g. with mechanical switches or relays
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/30—Arrangements for controlling the direction of rotation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2220/00—Electrical machine types; Structures or applications thereof
    • B60L2220/50—Structural details of electrical machines
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2213/00—Specific aspects, not otherwise provided for and not covered by codes H02K2201/00 - H02K2211/00
    • H02K2213/03—Machines characterised by numerical values, ranges, mathematical expressions or similar information
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Abstract

本發明乃利用半導體元件之開關作用取代傳統有刷直流旋轉電機之換向片(整流子)，祈使原本用機械接典動態循序更換電樞連接電極位置的動作，轉為使用靜態電力電子開關陣列，以無接點或無斷點的方式循序切換，使電樞電流仍可保有傳統運作模式，而在旋轉過程中時時維持其電樞電流之分佈正好形成轉子磁場方向與定子磁場成正交之勢，且無換向接點之機械摩耗或電極火花損耗之虞。

Description

一種無刷直流旋轉電機及含此無刷直流旋轉電機之車輛
本發明是關於一種直流旋轉電機，且特別是有關於一種無刷直流旋轉電機以及一種含此無刷直流旋轉電機之車輛。
傳統的直流旋轉電機(DC Dynamo)備有電刷和換向片(整流子)結構，以便在旋轉過程中維持轉子磁場與定子磁場呈正交方向，隨時取得最大轉矩作用。同時，直流旋轉電機保有電壓正比於轉速的簡單性質，操控自然簡便，使它一直在傳統的轉速控制，伺服控制等領域居於重要地位。而現今市面流行之無刷直流旋轉電機(BLDC Dynamo)。其結構近似於一永磁式變頻同步旋轉電機，利用多相(三相)磁場各呈120度分角交替消長而組合成可旋轉角度，可變轉速之旋轉磁揚來帶動永磁式轉子，或者將旋轉中永磁式轉子所感應之電動勢經由多相(三相)線圈感應取出交流電功率。此法雖已成熟，但其VVVF之控制方式頗為繁複且非自然，故吾人尋求一種更近似於傳統直流旋轉電機控制模式之直流無刷旋轉電機結構。
本發明乃揭示一種無刷直流旋轉電機，一種無刷直流旋轉電機，包括：一環形電樞單元，包括：L槽依序間隔排列的第一電樞導體，且第1槽該等第一電樞導體在空間位置上與第L槽該等第一電樞導體相鄰接，L為自然數；及L槽依序間隔排列的第二電樞導體，該等第二電樞導體與該等第一電樞導體相仳鄰，且第1槽該等第二電樞導體在空間位置上與第L槽該等第二電樞導體相鄰接；一磁性單元，設置於該環形電樞單元內，該磁性單元具有N對磁極，且該磁性單元可受控制地相對於該環形電樞單元轉動，N為自然數，其中每一該等磁極面對該環型電樞單元中的S個槽，S為自然數且S
Figure 109110489-A0305-02-0004-1
2，每一對該等磁極面對該環型電樞單元中的M個槽，M為自然數且M=2S，且L=M*N；一對外部電極，具有極性相反的一第一極性電極以及一第二極性電極；一控制單元，包括M個第一控制開關與M個第二控制開關；以及一邏輯單元，與該控制單元電性連接，該邏輯單元且藉由偵測該磁性單元之位置，進而向該控制單元輸出一邏輯訊號，以控制各個該等第一、第二控制開關的短路或斷路；其中，該等第一、第二電樞導體可被區分為M階彼此順向串聯的電樞線圈組，且第P階該等電樞線圈組是由所有滿足1
Figure 109110489-A0305-02-0004-2
Q
Figure 109110489-A0305-02-0004-3
N之第P1槽第一電樞導體以及所有滿足1
Figure 109110489-A0305-02-0004-4
Q
Figure 109110489-A0305-02-0004-5
N之第P2槽第二電樞導體彼此以串聯或並聯所構成，P1=1+{[P-1+(M*(Q-1))]/L所得之餘數}，P2=1+{[P-1+(M*(Q-1))+S]/L所得之餘數}，P、Q、S均為自然數，且1
Figure 109110489-A0305-02-0004-6
P
Figure 109110489-A0305-02-0004-7
M，1
Figure 109110489-A0305-02-0004-8
Q
Figure 109110489-A0305-02-0004-9
N，1
Figure 109110489-A0305-02-0004-10
P1
Figure 109110489-A0305-02-0004-11
L，1
Figure 109110489-A0305-02-0004-12
P2
Figure 109110489-A0305-02-0004-13
L；其中，第1個該等第一控制開關是設置於該第一極性電極與串接第1階該等電樞線圈組與第M階該等電樞線圈組的節點之間，第i個該等第一控制開關是設置於該第一極性電極與串接第i-1階該等電樞線圈組與第i階該等電樞線圈組的節點之間，第1個該等第二控制開關是設置於該第二極性電極與串接第1階該等電樞線圈組與第M階該等電樞線圈組的節點之間，第i個該等第二控制開關是設置於該第二極性電極與串接第i-1階該等電樞線圈組與第i階該等電樞線圈組的節點之間，其中i為自然數，且2
Figure 109110489-A0305-02-0004-14
i
Figure 109110489-A0305-02-0004-15
M；其中，該無刷直流旋轉電機於基本操作模 式時，在同一操作時間，僅有其中一該等第一控制開關短路及其中一該等第二控制開關短路，當第1個該等第一控制開關短路時，第(1+S)個該等第二控制開關短路；當2
Figure 109110489-A0305-02-0005-16
i
Figure 109110489-A0305-02-0005-17
S時，第i個該等第一控制開關短路，且第(i+S)個該等第二控制開關短路；當i=S+1時，第(i)個該等第一控制開關短路，且第1個該等第二控制開關短路；當S+1<i
Figure 109110489-A0305-02-0005-18
M時，第(i)個該等第一控制開關短路，且第(i-S)個該等第二控制開關短路，且該無刷直流旋轉電機在一個基本操作模式轉換到下一個基本操作模式時的過度操作模式時，該無刷直流旋轉電機中相鄰的兩個該等第一控制開關或相鄰的兩個該等第二控制開關可同時短路，而非相鄰的該等第一控制開關或非相鄰的該等遞二控制開關不可同時短路動作。
如上所述之無刷直流旋轉電機，當該第一外部電極與該第二外部電極的極性不變的情況下，且僅改變該邏輯單元輸出的邏輯訊號的極性而使所有同階的該等第一控制開關以及該等第二控制開關的動作反置時，該無刷直流旋轉電機之驅動或輸出方向會被反轉。此外，當該第一極性電極與該第二極性電極的極性不變的情況下，且僅快速地改變邏輯單元輸出的邏輯訊號的極性而使所有同階的該等第一控制開關以及該等第二控制開關的動作快速反置時，該無刷直流旋轉電機之驅動或輸出方向會被快速反轉，達成一如同雙極性脈衝寬度調變(PWM)的功率調變功能。另外，上述功能另可以不做極性反置，而是僅快速地將該邏輯單元輸出的邏輯訊號再加以同步致能/禁止，而使所有同階的該等第一控制開關以及該等第二控制開關的動作被快速地同步致能/禁止，而達成單極性脈衝寬度調變(PWM)的功率調變功能。
本發明乃揭示另一種無刷直流旋轉電機，包括：一環形電樞單元，包括：L槽依序間隔排列的第一電樞導體，且第1槽該等第一電樞導體在空間位置上與第L槽該等第一電樞導體相鄰接，L為自然數；及L槽依序間隔排列的第二電樞導體，該等第二電樞導體與該等第一電樞導體相仳鄰，且第1槽該等第二電 樞導體在空間位置上與第L槽該等第二電樞導體相鄰接；一磁性單元，設置於該環形電樞單元內，該磁性單元具有N對磁極，且該磁性單元可受控制地相對於該環形電樞單元轉動，N為自然數，其中每一該等磁極面對該環型電樞單元中的S個槽，S為自然數且S
Figure 109110489-A0305-02-0006-19
2，每一對該等磁極面對該環型電樞單元中的M’個槽，M’為自然數且M’=2S，且L=M’*N；一對外部電極，具有極性相反的一第一極性電極以及一第二極性電極；一控制單元，包括M’個第一控制開關與M’個第二控制開關；以及一邏輯單元，與該控制單元電性連接，該邏輯單元且藉由偵測該磁性單元之位置，進而向該控制單元輸出一邏輯訊號，以控制各個該等第一、第二控制開關的短路或斷路；其中，該等第一、第二電樞導體可被區分為M’階電樞線圈組，且第P階該等電樞線圈組是由所有滿足1
Figure 109110489-A0305-02-0006-20
Q
Figure 109110489-A0305-02-0006-21
N之第P1槽第一電樞導體以及所有滿足1
Figure 109110489-A0305-02-0006-22
Q
Figure 109110489-A0305-02-0006-23
N之第P2槽第二電樞導體彼此以串聯或並聯所構成，P1=1+{[P-1+(M’*(Q-1))]/L所得之餘數}，P2=1+{[P-1+(M’*(Q-1))+S]/L所得之餘數}，P、Q、P1、P2均為自然數，且M’
Figure 109110489-A0305-02-0006-24
4，1
Figure 109110489-A0305-02-0006-25
P
Figure 109110489-A0305-02-0006-26
M’，1
Figure 109110489-A0305-02-0006-27
Q
Figure 109110489-A0305-02-0006-28
N，1
Figure 109110489-A0305-02-0006-29
P1
Figure 109110489-A0305-02-0006-30
L，1
Figure 109110489-A0305-02-0006-31
P2
Figure 109110489-A0305-02-0006-32
L，且該等電樞線圈組可被區分為S群，其中第t群是由為第t階電樞線圈組與第t+S階電樞線圈彼此反向串聯或反向並聯而成，t為自然數且t
Figure 109110489-A0305-02-0006-33
S；其中，由該第t階電樞線圈組與該第t+S階電樞線圈彼此反向串聯或反向並聯而成之該第t群電樞線圈之兩端分別具有一第2t-1節點與第2t節點，且該第一極性電極與該第2t-1節點之間以一第t個該等第一控制開關電性連接，該第二極性電極與該第2t-1節點之間以一第t個該等第二控制開關電性連接，該第一極性電極與該第2t節點之間以一第t+S個該等第一控制開關電性連接，該第二極性電極與該第2t節點之間以一第t+S個該等第二控制開關電性連接；其中，在同一操作時間，最多有1/2的該等第一控制開關短路及最多1/2的該等第二控制開關短路，且第t個該等第一控制開關、第t個該等第二控制開關不同時短路，第t+S個該等第一控制開關、第t+S個該等第二控制開關不同時短路。
如上所述之無刷直流旋轉電機，當該第一外部電極與該第二極性電極的極性不變的情況下，且僅改變該邏輯單元輸出的邏輯訊號的極性而使所有同階的該等第一控制開關以及該等第二控制開關的動作反置時，該無刷直流旋轉電機之驅動或輸出方向會被反轉。此外，當該第一外部電極與該第二外部電極的極性不變的情況下，且僅快速地改變邏輯單元輸出的邏輯訊號的極性而使所有同階的該等第一控制開關以及該等第二控制開關的動作快速反置時，該無刷直流旋轉電機之驅動或輸出方向會被快速反轉，達成一如同雙極性脈衝寬度調變(PWM)的功率調變功能。另外，上述功能另可以不做極性反置，而是僅快速地將該邏輯單元輸出的邏輯訊號再加以同步致能/禁止，而使所有同階的該等第一控制開關以及該等第二控制開關的動作被快速地同步致能/禁止，而達成單極性脈衝寬度調變(PWM)的功率調變功能。
本發明乃揭示再一種無刷直流旋轉電機，包括：一環形電樞單元，包括：L槽依序間隔排列的第一電樞導體，且第1槽該等第一電樞導體在空間位置上與第L槽該等第一電樞導體相鄰接，L為自然數；及L槽依序間隔排列的第二電樞導體，該等第二電樞導體與該等第一電樞導體相仳鄰，且第1槽該等第二電樞導體在空間位置上與第L槽該等第二電樞導體相鄰接；一磁性單元，設置於該環形電樞單元內，該磁性單元具有N對磁極，且該磁性單元可受控制地相對於該環形電樞單元轉動，N為自然數，其中每一該等磁極面對該環型電樞單元中的S個槽，S為自然數且S
Figure 109110489-A0305-02-0007-34
2，每一對該等磁極面對該環型電樞單元中的M’個槽，M’為自然數且M’=2S，且L=M’*N；一對外部電極，具有極性相反的一第一極性電極以及一第二極性電極，該對外部電極為一可回充電式電池或電源模組，且該第一極性電極與該可回充電式電池或電源模組之間更與一電感串聯；一第一共電位電極，與該第一極性電極直接或間接電性連接；一第二共電位電極；一第三共電位電極，與該第二共電位電極電性連接；一第四共電位電極，與該第二 極性電極直接或間接電性連接；一控制單元，包括M1’個第一控制開關、M1’個第二控制開、M2’個第三控制開關、M2’個第四控制開關，其中，M1’、M2’、S1、S2均為自然數，M1’=2S1，M2’=2S2，M1’+M2’
Figure 109110489-A0305-02-0008-35
M’，且S1
Figure 109110489-A0305-02-0008-36
1，S2
Figure 109110489-A0305-02-0008-37
1，S1+S2
Figure 109110489-A0305-02-0008-38
S；以及一邏輯單元，與該控制單元電性連接，該邏輯單元且藉由偵測該磁性單元之位置，進而向該控制單元輸出一邏輯訊號，以控制各個該等第一、第二、第三、第四控制開關的短路或斷路；其中，該等第一、第二電樞導體可被區分為M’階電樞線圈組，且第P階該等電樞線圈組是由所有滿足1
Figure 109110489-A0305-02-0008-39
Q
Figure 109110489-A0305-02-0008-40
N之第P1槽第一電樞導體以及所有滿足1
Figure 109110489-A0305-02-0008-41
Q
Figure 109110489-A0305-02-0008-42
N之第P2槽第二電樞導體彼此以串聯或並聯所構成，P1=1+{[P-1+(M*(Q-1))]/L所得之餘數}，P2=1+{[P-1+(M*(Q-1))+S]/L所得之餘數}，P、Q、P1、P2均為自然數，且M’
Figure 109110489-A0305-02-0008-43
4，1
Figure 109110489-A0305-02-0008-44
P
Figure 109110489-A0305-02-0008-45
M’，1
Figure 109110489-A0305-02-0008-46
Q
Figure 109110489-A0305-02-0008-47
N，1
Figure 109110489-A0305-02-0008-48
P1
Figure 109110489-A0305-02-0008-49
L，1
Figure 109110489-A0305-02-0008-50
P2
Figure 109110489-A0305-02-0008-51
L，且該等電樞線圈組可被區分為S群，且該S群電樞線圈組可再劃分出彼此分離獨立的第一集團群及第二集團群，其中該第一集團群包括S1群的該等電樞線圈組，而該第二集團群包括S2群的該等電樞線圈組；其中，該第一集團群中的該等S1群電樞線圈組分別連接於與該第一共電位電極相連接的第一控制開關及與該第二共電位電極相連接的第二控制開關上，且其中的第t1群該等電樞線圈組是由為第t1階該等電樞線圈組與第t1+S階該等電樞線圈組彼此反向串聯或反向並聯而成，t1為自然數且1
Figure 109110489-A0305-02-0008-52
t1
Figure 109110489-A0305-02-0008-53
S1，且該第t1群該等電樞線圈組之兩端分別具有一第[2(t1)-1]節點與一第[2(t1)]節點，且該第[2(t1)-1]節點以第[2(t1)-1]個該等第一控制開關與該第一共電位電極電性連接，該第[2(t1)]節點以一第[2(t1)]個該等第一控制開關與該第一共電位電極電性連接，且該第[2(t1)-1]節點以一第[2(t1)-1]個該等第二控制開關與該第二共電位電極電性連接，該第[2(t1)]節點以一第[2(t1)]個該等第二控制開關與該第二共電位電極電性連接，且在同一操作時間，最多有1/2的該等第一控制開關短路及最多1/2的該等第二控制開關短路，且第[2(t1)-1]個該等第一控制開關、第[2(t1)-1]個該等第二控制開關不同時短路，第[2(t1)]個該 等第一控制開關、第[2(t1)]個該等第二控制開關不同時短路；其中，該第二集團群中的該等S2群電樞線圈組分別連接於與該第三共電位電極相連接的第三控制開關及與該第四共電位電極相連接的第四控制開關上，且其中的第t2群該等電樞線圈組是由第t2階電樞線圈組與第t2+S階電樞線圈組彼此反向串聯或反向並聯而成，t2為自然數且S1+1
Figure 109110489-A0305-02-0009-54
t2
Figure 109110489-A0305-02-0009-55
S，且該第t2群該等電樞線圈之兩端分別具有一第[2(t2)-1]節點與一第[2(t2)]節點，且該[第2(t2)-1]節點以第[2(t2)-3]個該等第三控制開關與該第三共電位電極電性連接，該第[2(t2)]節點以一第[2(t2)-2]個該等第三控制開關與該第三共電位電極電性連接，且該第[2(t2)-1]節點以一第[2(t2)-3]個該等第四控制開關與該第四共電位電極電性連接，該第[2(t2)]節點以一第[2(t2)-2]個該等第四控制開關與該第四共電位電極電性連接，且在同一操作時間，最多有1/2的該等第三控制開關短路及最多1/2的該等第四控制開關短路，且第[2(t2)-3]個該等第三控制開關、第[2(t2)-3]個該等第四控制開關不同時短路，第[2(t2)-2]個該等第三控制開關、第[2(t2)-2]個該等第四控制開關不同時短路。
上述再一種無刷直流旋轉電機，更包括一第五控制開關、一第六控制開關與一第七控制開關，該第四共電位電極與該第二極性電極直接或間接電性連接，該第三共電位電極同時與該第五控制開關之一端及該第七控制開關之一端電性連接，且該第五控制開關之另一端則與該第一共電位電極電性連接，該第二共電位電極同時與該第六控制開關之一端及該第七控制開關之另一端電性連接，且該第六控制開關之另一端則與該第四共電位電極電性連接，其中，當該第五、第六控制開關短路且該第七控制開關斷路時，該無刷直流旋轉電機如同一並聯的馬達被該可回充電式電池模組驅動，而當該第五、第六控制開關斷路且該第七控制開關短路時，該無刷直流旋轉電機如同一串聯的發電機對該可回充電式電池模組充電。
如上所述之無刷直流旋轉電機，當該第一外部電極與該第二外部電極的極性不變的情況下，且僅改變該邏輯單元輸出的邏輯訊號的極性而使所有同階的該等第一控制開關、該等第二控制開關、該等第三控制開關以及該等第四控制開關的動作反置時，該無刷直流旋轉電機之驅動或輸出方向會被反轉。此外，當該第一外部電極與該第二外部電極的極性不變的情況下，且僅快速地改變邏輯單元輸出的邏輯訊號的極性而使所有同階的該等第一控制開關、該等第二控制開關、該等第三控制開關以及該等第四控制開關的動作快速反置時，該無刷直流旋轉電機之驅動或輸出方向會被快速反轉，達成一如雙極性同脈衝寬度調變(PWM)的功率調變功能。另外，上述功能另可以不做極性反置，而是僅快速地將該邏輯單元輸出的邏輯訊號再加以同步致能/禁止，而使所有同階的該等第一控制開關、該等第二控制開關、該等第三控制開關、該等第四控制開關的動作被快速地同步致能/禁止，而達成單極性脈衝寬度調變(PWM)的功率調變功能。
如上所述之無刷直流旋轉電機，該等第一、第二控制開關是功率元件開關。
如上所述之再一種無刷直流旋轉電機，該等第一、第二、第三、第四控制開關是功率元件開關，且該等第五、第六、第七控制開關是功率元件開關。
如上所述之各種無刷直流旋轉電機，該功率元件開關為碳化矽(SiC)元件開關、氮化矽(GaN)元件開關、雙極性電晶體(BJT)開關、絕緣柵雙極電晶體(IGBT)開關或金氧半導場效電晶體(MOS)開關。
如上所述之各種無刷直流旋轉電機，該磁性單元為一永磁式磁鐵或磁激式磁鐵。
如上所述之各種無刷直流旋轉電機，該邏輯控制器為一解角器(resolver)、編碼器(encoder)、霍爾感應器(Hall sensor)、光遮斷器或光電感應器。
如上所述之各種之無刷直流旋轉電機，該等第一電樞導體與該等第二電樞導體可藉由波繞(wave winding)、疊繞(lap winding)或蛙腿繞(frog-leg winding)方式纏繞完成。
如上所述之各種無刷直流旋轉電機，該環形電樞單元為一環形定子，而該磁性單元為一磁性轉子，或者該環形電樞單元為一環形轉子，而該磁性單元為一磁性定子。
本發明更揭示一車輛，包括至少一如上所述的各種無刷直流旋轉電機。
1a~12a:第一電樞導體
1b~12b:第二電樞導體
110:環形電樞單元
120:磁性單元
160:第一極性電極
165A:第一共電壓電極
165B:第二共電壓電極
165C:第三共電壓電極
165D:第四共電壓電極
170:第二極性電極
102:第一階電樞線圈組
203:第二階電樞線圈組
304:第三階電樞線圈組
401:第四階電樞線圈組
200A~200D；255A、255B:第一控制開關
300A~300D；256A、256B:第二控制開關
257A、257B:第三控制開關
258A、258B:第四控制開關
400A:第五控制開關
400B:第六控制開關
400C:第七控制開關
1000、2000、3000、3000’、4000:直流旋轉電機
A1,A2,B2,B3,C3,C4,D4,D1:節點
L:電感
V:可回充電式電池模組或電源
第1A圖所繪示的是根據本發明實施例一所繪示的無刷直流旋轉電機1000的示意圖。
第1B圖所繪示的是第1A圖中四階電樞線圈組的一種連接示意圖。
第1B’圖所繪示的是第1A圖中四階電樞線圈組的另一種連接示意圖。
第2A~2D圖所繪示的是對應於第1A圖的四階電樞線圈組在各種作動狀態下的等效電路圖。
第3A~3D圖所繪示的是對應於第2A~2D圖的無刷直流旋轉電機1000的作動示意圖。
第4A圖所繪示的是根據本發明實施例二所繪示的無刷直流旋轉電機2000的示意圖。第4A’圖所繪示的是根據本發明實施例二所繪示的另一種無刷直流旋轉電機2000’的示意圖。
第4B圖所繪示的是第4A圖中四階電樞線圈組的一種連接示意圖。
第4B’圖所繪示的是第4A圖中四階電樞線圈組的另一種連接示意圖。
第4B”圖所繪示的是第4A’圖中四階電樞線圈組的一種連接示意圖。
第4B’”圖所繪示的是第4A’圖中四階電樞線圈組的另一種連接示意圖。
第5A~5D圖所繪示的是對應於第4A圖的四階電樞線圈組在各種作動狀態下的等效電路圖。
第5A’~5D’圖所繪示的是對應於第4A’圖的四階電樞線圈組在各種作動狀態下的等效電路圖。
第6A~6D圖所繪示的是對應於第5A~5D圖的無刷直流旋轉電機2000第5A’~5D’圖的無刷直流旋轉電機2000’的作動示意圖。
第7A~7D圖所繪示的是根據本發明實施例三所繪示的無刷直流旋轉電機3000在各種作動狀態下的等效電路圖。
第8A~8B圖所繪示的是根據本發明實施例四所繪示的無刷直流旋轉電機4000在各種作動狀態下的等效電路圖。
本發明乃利用半導體元件之開關作用取代傳統有刷直流旋轉電機之換向片(整流子)，祈使原本用機械接典動態循序更換電樞連接電極位置的動作，轉為使用靜態電力電子開關陣列，以無接點或無斷點的方式循序切換，使電樞電流仍可保有傳統運作模式，而在旋轉過程中時時維持其電樞電流之分佈正好形成轉子磁場方向與定子磁場成正交之勢，且無換向接點之機械摩耗或電極火花損耗之虞。
以下將詳細說明本發明實施例之製作與使用方式。然應注意的是，本發明提供許多可供應用的發明概念，其可以多種特定型式實施。文中所舉例討論之特定實施例僅為製造與使用本發明之特定方式，非用以限制本發明之範圍。
實施例一
本實施例一所揭示的無刷直流旋轉電機，，包括：一環形電樞單元，包括：L槽依序間隔排列的第一電樞導體，且第1槽該等第一電樞導體在空間位置上與第L槽該等第一電樞導體相鄰接，L為自然數；及L槽依序間隔排列的第二電樞導體，該等第二電樞導體與該等第一電樞導體相仳鄰，且第1槽該等第二電樞導體在空間位置上與第L槽該等第二電樞導體相鄰接；一磁性單元，設置於該環形電樞單元內，該磁性單元具有N對磁極，且該磁性單元可受控制地相對於該環形電樞單元轉動，N為自然數，其中每一該等磁極面對該環型電樞單元中的S個槽，S為自然數且S
Figure 109110489-A0305-02-0013-56
2，每一對該等磁極面對該環型電樞單元中的M個槽，M為自然數且M=2S，且L=M*N；一對外部電極，具有極性相反的一第一極性電極以及一第二極性電極；一控制單元，包括M個第一控制開關與M個第二控制開關；以及一邏輯單元，與該控制單元電性連接，該邏輯單元且藉由偵測該磁性單元之位置，進而向該控制單元輸出一邏輯訊號，以控制各個該等第一、第二控制開關的短路或斷路；其中，該等第一、第二電樞導體可被區分為M階彼此順向串聯的電樞線圈組，且第P階該等電樞線圈組是由所有滿足1
Figure 109110489-A0305-02-0013-57
Q
Figure 109110489-A0305-02-0013-58
N之第P1槽第一電樞導體以及所有滿足1
Figure 109110489-A0305-02-0013-59
Q
Figure 109110489-A0305-02-0013-61
N之第P2槽第二電樞導體彼此以串聯或並聯所構成，P1=1+{[P-1+(M*(Q-1))]/L所得之餘數}，P2=1+{[P-1+(M*(Q-1))+S]/L所得之餘數}，P、Q、S均為自然數，且1
Figure 109110489-A0305-02-0013-63
P
Figure 109110489-A0305-02-0013-64
M，1
Figure 109110489-A0305-02-0013-65
Q
Figure 109110489-A0305-02-0013-66
N，1
Figure 109110489-A0305-02-0013-67
P1
Figure 109110489-A0305-02-0013-68
L，1
Figure 109110489-A0305-02-0013-69
P2
Figure 109110489-A0305-02-0013-70
L；其中，第1個該等第一控制開關是設置於該第一極性電極與串接第1階該等電樞線圈組與第M階該等電樞線圈組的節點之間，第i個該等第一控制開關是設置於該第一極 性電極與串接第i-1階該等電樞線圈組與第i階該等電樞線圈組的節點之間，第1個該等第二控制開關是設置於該第二極性電極與串接第1階該等電樞線圈組與第M階該等電樞線圈組的節點之間，第i個該等第二控制開關是設置於該第二極性電極與串接第i-1階該等電樞線圈組與第i階該等電樞線圈組的節點之間，其中i為自然數，且2
Figure 109110489-A0305-02-0014-73
i
Figure 109110489-A0305-02-0014-72
M；其中，該無刷直流旋轉電機於基本操作模式時，在同一操作時間，僅有其中一該等第一控制開關短路及其中一該等第二控制開關短路，當第1個該等第一控制開關短路時，第(1+S)個該等第二控制開關短路；當2
Figure 109110489-A0305-02-0014-74
i
Figure 109110489-A0305-02-0014-75
S時，第i個該等第一控制開關短路，且第(i+S)個該等第二控制開關短路；當i=S+1時，第(i)個該等第一控制開關短路，且第1個該等第二控制開關短路；當S+1<i
Figure 109110489-A0305-02-0014-76
M時，第(i)個該等第一控制開關短路，且第(i-S)個該等第二控制開關短路，且該無刷直流旋轉電機在一個基本操作模式轉換到下一個基本操作模式時的過度操作模式時，該無刷直流旋轉電機中相鄰的兩個該等第一控制開關或相鄰的兩個該等第二控制開關可同時短路，而非相鄰的該等第一控制開關或非相鄰的該等遞二控制開關不可同時短路動作。
當該第一極性電極為正電，該第二極性電極為負電，該邏輯單元向該控制單元輸出一正邏輯訊號，當第1個該等第一控制開關短路時，且第(1+S)個該等第二控制開關短路，該對外部電極之電流將會在連接第一控制開關的節點以及連接第S階該等電樞線圈組與第(1+S)階該等電樞線圈組的節點處發生電流換向；當2
Figure 109110489-A0305-02-0014-77
i
Figure 109110489-A0305-02-0014-78
S時，第(i)個該等第一控制開關短路，且第(i+S)個該等第二控制開關短路，該對外部電極之電流將會在連接第(i-1)階該等電樞線圈組與第(i)階該等電樞線圈組的節點處以及連接第(i+S-1)階該等電樞線圈組與第(i+S)階該等電樞線圈組的節點處發生電流換向；當i=S+1時，第(i)個該等第一控制開關短路，且第1個該等第二控制開關短路，該對外部電極之電流將會在連接第(i-1)階該等電樞線圈組與第(i)階該等電樞線圈組的節點處以及連接第M階該等電樞線圈組 與第1階該等電樞線圈組的節點處發生換向；當S+1<i
Figure 109110489-A0305-02-0015-79
M時，第(i)個該等第一控制開關短路，且第(i-S)個該等第二控制開關短路，該對外部電極之電流將會在連接第(i-1)階該等電樞線圈組與第(i)階該等電樞線圈組的節點處以及連接第(i-S-1)階該等電樞線圈組與第(i-S)階該等電樞線圈組的節點處發生換向。
本實施例一所揭示之無刷直流旋轉電機，該等第一、第二控制開關可選自例如但不限於功率元件開關，例如碳化矽(SiC)元件開關、氮化矽(GaN)元件開關、雙極性電晶體(BJT)開關、絕緣柵雙極電晶體(IGBT)開關或金氧半導場效電晶體(MOS)開關。
本實施例一所揭示之無刷直流旋轉電機，該磁性單元為例如但不限於一永磁式磁鐵或磁激式磁鐵。
本實施例一所揭示之無刷直流旋轉電機，該邏輯控制器為例如但不限於一解角器(resolver)、編碼器(encoder)、霍爾感應器(Hall sensor)、光遮斷器或光電感應器。
本實施例一所揭示之無刷直流旋轉電機，該等第一電樞導體與該等第二電樞導體可藉由例如但不限於波繞(wave winding)、疊繞(lap winding)或蛙腿繞(frog-leg winding)方式纏繞完成。
本實施例一所揭示之無刷直流旋轉電機，該環形電樞單元為一環形定子，而該磁性單元為一磁性轉子，或者該環形電樞單元為一環形轉子，而該磁性單元為一磁性定子。
請參閱第1A圖，其所顯示的乃是根據本發明實施例一所繪示的無刷直流旋轉電機1000，其包括一環形電樞單元110以及一永磁式磁鐵或磁激式磁鐵所構成的磁性單元120，設置於環形電樞單元110內。
本實施例乃以12槽電樞線圈組為例，意即L=12，故上述環形電樞單元110，包括12槽依序間隔排列的第一電樞導體1a~12a且第1槽該等第一電樞 導體在空間位置上與第L槽該等第一電樞導體相鄰接，以及12槽與該等第一電樞導體1a~12a鄰接(例如但不限於位在該等第一電樞導體1a~12a外側)且依序間隔排列的第二電樞導體1b~12b，且第1槽該等第二電樞導體在空間位置上與第L槽該等第二電樞導體相鄰接，其中第1A圖所示的符號●代表第一電樞導體1a~12a的纏繞方向是穿出環形電樞單元110的表面，而符號X代表第一電樞導體1a~12a的纏繞方向是穿入環形電樞單元110的表面。如第1A圖所示，本實施例一之第一電樞導體1a~12a是位於該第二電樞導體1b~12b之外側，惟在根據本發明的其他實施例中，該等第一電樞導體1a~12與該等第二電樞導體1b~12b可彼此仳鄰，例如但不限於左右仳鄰，在此不再贅述。
此外，該磁性單元120可具有N對磁極的，且該磁性單元120可受控制地相對於該環形電樞單元110轉動，N為自然數，且L=M*N。本實施例一之L=12，M=4，故N=3，因此上述磁性單元120係由三對磁性相反且分別位在磁性單元120兩相異端的N極和S極所構成，且上述環形電樞單元110與上述磁性單元120可受控制地相對轉動。在本實施例中，磁性單元120是一轉子，而環形電樞單元110為一靜子，磁性單元120可受控制地相對於上述環形電樞單元110旋轉；在根據本發明的其他實施例中，磁性單元120為一靜子，而環形電樞單元110為一轉子，可相對於上述磁性單元120旋轉，在此不再贅述。
本實施例之M=4，故上述該等第一電樞導體1a~12a以及第二電樞導體1b~12b可被區分為四階彼此順向串聯的電樞線圈組。如上所述，本實施例的第P階該等電樞線圈組是由第P1槽第一電樞導體以及第P2槽第二電樞導體彼此以串聯或並聯所構成，P1=1+{[P-1+(M*(Q-1))]/L所得之餘數}，P2=1+{[P-1+(M*(Q-1))+S]/L所得之餘數}，P、Q、S、P1、P2均為自然數，且M=2S，1
Figure 109110489-A0305-02-0016-80
P
Figure 109110489-A0305-02-0016-81
M，0
Figure 109110489-A0305-02-0016-82
Q
Figure 109110489-A0305-02-0016-83
(N-1)0
Figure 109110489-A0305-02-0016-84
P1
Figure 109110489-A0305-02-0016-85
(L-1)，0
Figure 109110489-A0305-02-0016-86
P2
Figure 109110489-A0305-02-0016-87
(L-1)，本實施例之L=12、M=4、N=3，故S=2，1
Figure 109110489-A0305-02-0016-88
Q
Figure 109110489-A0305-02-0016-89
3，1
Figure 109110489-A0305-02-0016-90
P1
Figure 109110489-A0305-02-0016-91
12，1
Figure 109110489-A0305-02-0016-92
P2
Figure 109110489-A0305-02-0016-93
12。因此，本實施例一的第一階(P=1)電樞線圈組102是由第一槽 (P1=1)第一電樞導體1a、第三槽(P2=3)第二電樞導體3b、第五槽(P1=5)第一電樞導體5a、第七槽(P2=7)第二電樞導體7b、第九槽(P1=9)第一電樞導體9a、第十一槽(P2=11)第二電樞導體11b所構成；第二階(P=2)電樞線圈組203是由第二槽(P1=2)第一電樞導體2a、第四槽(P2=4)第二電樞導體4b、第六槽(P1=6)第一電樞導體6a、第八槽(P2=8)第二電樞導體8b、第十槽(P1=10)第一電樞導體10a、第十二槽(P2=12)第二電樞導體12b所構成；第三階(P=3)電樞線圈組304是由第三槽(P1=3)第一電樞導體3a、第五槽(P2=5)第二電樞導體5b、第七槽(P1=7)第一電樞導體7a、第九槽(P2=9)第二電樞導體9b、第十一槽(P1=11)第一電樞導體11a、第一槽(P2=1)第二電樞導體1b所構成；第四階(P=4)電樞線圈組401是由第四槽(P1=4)第一電樞導體4a、第六槽(P2=6)第二電樞導體6b、第八槽(P1=8)第一電樞導體8a、第十槽(P2=10)第二電樞導體10b、第十二槽(P1=12)第一電樞導體12a以及第二槽(P2=2)第二電樞導體2b所構成。其中，各階電樞線圈組中的第一、第二電樞導體之間可如第1B圖所示般由交錯的第一電樞導體與第二電樞導體串聯而成，或者如第1B’圖所示般由交錯的第一電樞導體與第二電樞導體並聯而成。
接著，請同時參閱第2A~2D圖以及第3A~3D圖。其中，第2A~2D圖所繪示的是對應於第1A圖的四階電樞線圈組在各種作動狀態下的等效電路圖。第3A~3D圖所繪示的是對應於第2A~2D圖的無刷直流旋轉電機1000的作動示意圖。
首先，請參閱第2A~2B圖以及第3A~3B圖。如第2A~2B圖所示，該第一極性電極160為正電，該第二極性電極170為負電，該邏輯單元向該控制單元輸出一正邏輯訊號，且第1個該等第一控制開關200A從第2A圖所示之短路切換為如第2B圖所示之斷路、第3個該等第二控制開關300C從第2A圖所示之短路切換為如第2B圖所示之斷路、第2個該等第一控制開關200B從第2A圖所示之斷路切換為如第2B圖所示之短路、第4個該等第二控制開關300D從第2A圖所示之 斷路切換為如第2B圖所示之短路，該對外部電極之電流將會在連接第一階該等電樞線圈組102的節點A1、A2之間發生電流換向，如同在節點A1、A2之間與一換向片連接般，且該對外部電極之電流將會在連接第三階該等電樞線圈組304的節點C3、C4之間發生電流換向，如同在節點C3、C4之間與一換向片連接般。如第3A~3B圖所示，因為第一階電樞線圈組102與第三階電樞線圈組304內的電流反向流通，故使得面對N極極面且電流方向射出環形電樞單元110表面的電樞線圈從原本的第一電樞導體1a、2a、5a、6a、9a、10a以及第二電樞導體1b、2b、5b、6b、9b、10b轉變為第一電樞導體2a、3a、6a、7a、10a、11a以及第二電樞導體2b、3b、6b、7b、10b、11b，而面對S極極面且電流方向射入環形電樞單元110表面的電樞線圈從原本的第一電樞導體3a、4a、7a、8a、11a、12a以及第二電樞導體3b、4b、7b、8b、11b、12b轉變為第一電樞導體4a、5a、8a、9a、12a、1a以及第二電樞導體4b、5b、8b、9b、12b、1b，故磁性單元120可相對於環形電樞單元110順時針轉動。此外，當無刷直流旋轉電機1000從如第2A圖所示的基本操作模式轉換到如第2B圖所示的基本操作模式時的過度操作模式時，無刷直流旋轉電機1000中相鄰的第一控制開關200A、200B以及相鄰的第二控制開關300C、300D乃過渡性的同時短路。
其次，請參閱第2B~2C圖以及第3B~3C圖。如第2B~2C圖所示，該第一極性電極160為正電，該第二極性電極170為負電，該邏輯單元向該控制單元輸出一正邏輯訊號，且第2個該等第一控制開關200B從第2B圖所示之短路切換為如第2C圖所示之斷路、第4個該等第二控制開關300D從第2B圖所示之短路切換為如第2C圖所示之斷路、第3個該等第一控制開關200C從第2B圖所示之斷路切換為如第2C圖所示之短路、第1個該等第二控制開關300A從第2B圖所示之斷路切換為如第2C圖所示之短路，該對外部電極之電流將會在連接第二階該等電樞線圈組203的節點B2、B3之間發生電流換向，如同在節點B2、B3之間與一換向片 連接般，且該對外部電極之電流將會在連接第四階該等電樞線圈組401的節點D1、D4之間發生電流換向，如同在節點D1、D4之間與一換向片連接般。如第6B~6C圖所示，因為第二、第四階電樞線圈組203、401內的電流反向流通，故使得面對N極極面且電流方向射出環形電樞單元110表面的電樞線圈從原本的的第一電樞導體2a、3a、6a、7a、10a、11a以及第二電樞導體2b、3b、6b、7b、10b、11b轉變為第一電樞導體3a、4a、7a、8a、11a、12a以及第二電樞導體3b、4b、7b、8b、11b、12b，而面對S極極面且電流方向射入環形電樞單元110表面的電樞線圈從原本的的第一電樞導體4a、5a、8a、9a、12a、1a以及第二電樞導體4b、5b、8b、9b、12b、1b轉變為第一電樞導體1a、2a、5a、6a、9a、10a以及第二電樞導體1b、2b、5b、6b、9b、10b，故磁性單元120可相對於環形電樞單元110順時針轉動。此外，當無刷直流旋轉電機1000從如第2B圖所示的基本操作模式轉換到如第2C圖所示的基本操作模式時的過度操作模式時，無刷直流旋轉電機1000中相鄰的第一控制開關200B、200C以及相鄰的第二控制開關300D、300A乃過渡性的同時短路。
接著，請參閱第2C~2D圖以及第3C~3D圖。如第2C~2D圖所示，該第一極性電極160為正電，該第二極性電極170為負電，該邏輯單元向該控制單元輸出一正邏輯訊號，且第3個該等第一控制開關200C從第2C圖所示之短路切換為如第2D圖所示之斷路、第1個該等第二控制開關300A從第2C圖所示之短路切換為如第2D圖所示之斷路、第4個該等第一控制開關200D從第2C圖所示之斷路切換為如第2D圖所示之短路、第2個該等第二控制開關300B從第2C圖所示之斷路切換為如第2D圖所示之短路，該對外部電極之電流將會在連接第一階該等電樞線圈組102的節點A1、A2之間發生電流換向，如同在節點A1、A2之間與一換向片連接般，且該對外部電極之電流將會在連接第三階該等電樞線圈組304的節點C3、C4之間發生電流換向，如同在節點C3、C4之間與一換向片連接般。如第 3C~3D圖所示，因為第一、第三階電樞線圈組102、304內的電流反向流通，故使得面對N極極面且電流方向射出環形電樞單元110表面的電樞線圈從原本的第一電樞導體3a、4a、7a、8a、11a、12a以及第二電樞導體3b、4b、7b、8b、11b、12b轉變為第一電樞導體1a、4a、5a、8a、9a、12a以及第二電樞導體1b、4b、5b、8b、9b、12b，而面對S極極面且電流方向射入環形電樞單元110表面的電樞線圈從原本的第一電樞導體1a、2a、5a、6a、9a、10a以及第二電樞導體1b、2b、5b、6b、9b、10b轉變為第一電樞導體2a、3a、6a、7a、10a、11a以及第二電樞導體2b、3b、6b、7b、10b、11b，故磁性單元120可相對於環形電樞單元110順時針轉動。此外，當無刷直流旋轉電機1000從如第2C圖所示的基本操作模式轉換到如第2D圖所示的基本操作模式時的過度操作模式時，無刷直流旋轉電機1000中相鄰的第一控制開關200C、200D以及相鄰的第二控制開關300A、300B乃過渡性的同時短路。
最後，請參閱第2D、2A圖以及第3D、3A圖。如第2D、2A圖所示，該第一極性電極160為正電，該第二極性電極170為負電，該邏輯單元向該控制單元輸出一正邏輯訊號，且第1個該等第一控制開關200A從第2D圖所示之短路切換為如第2A圖所示之斷路、第2個該等第二控制開關300B從第2D圖所示之短路切換為如第2A圖所示之斷路、第4個該等第一控制開關200D從第2D圖所示之短路切換為如第2A圖所示之斷路、第3個該等第二控制開關300C從第2D圖所示之斷路切換為如第2A圖所示之短路，該對外部電極之電流將會在連接第二階該等電樞線圈組203的節點A1、A2之間發生電流換向，如同在節點A1、A2之間與一換向片連接般，且該對外部電極之電流將會在連接第三階該等電樞線圈組304的節點C3、C4之間發生電流換向，如同在節點C3、C4之間與一換向片連接般。如第3D、3A圖所示，因為第二、第四階電樞線圈組203、401內的電流反向流通，故使得面對N極極面且電流方向射出環形電樞單元110表面的電樞線圈從原本的第一電樞導體1a、4a、5a、8a、9a、12a以及第二電樞導體1b、4b、5b、8b、9b、 12b轉變為第一電樞導體1a、2a、5a、6a、9a、10a以及第二電樞導體1b、2b、5b、6b、9b、10b，而面對S極極面且電流方向射入環形電樞單元110表面的電樞線圈從原本的第一電樞導體2a、3a、6a、7a、10a、11a以及第二電樞導體2b、3b、6b、7b、10b、11b轉變為第一電樞導體3a、4a、7a、8a、11a、12a以及第二電樞導體3b、4b、7b、8b、11b、12b，故磁性單元120可相對於環形電樞單元110順時針轉動。此外，當無刷直流旋轉電機1000從如第2D圖所示的基本操作模式轉換到如第2A圖所示的基本操作模式時的過度操作模式時，無刷直流旋轉電機1000中相鄰的第一控制開關200D、200A以及相鄰的第二控制開關300B、300C乃過渡性的同時短路。
根據本發明實施例一所揭示的上述無刷直流旋轉電機1000，當該第一極性電極160為正電，該第二極性電極170為負電，該邏輯單元向該控制單元輸出一負邏輯訊號時，則磁性單元120相對於環形電樞單元110將反時針轉動。
根據本發明實施例一所揭示的上述無刷直流旋轉電機1000，當該第一極性電極160為負電，該第二極性電極170為正電，該邏輯單元向該控制單元輸出一正邏輯訊號時，則磁性單元120相對於環形電樞單元110將反時針轉動。
根據本發明實施例一所揭示的上述無刷直流旋轉電機1000，當該第一極性電極160為負電，該第二極性電極170為正電，該邏輯單元向該控制單元輸出一負邏輯訊號時，則磁性單元120相對於環形電樞單元110將順時針轉動。
此外，當第一外部電極160與第二外部電極170的極性不變的情況而僅改變邏輯單元輸出的邏輯訊號的極性而使所有同階的第一控制開關200A~200D以及第二控制開關300A~300D的動作反置時，上述無刷直流旋轉電機1000之驅動或輸出方向會被反轉；且更特別地是當第一外部電極160與第二外部電極170的極性不變的情況而僅快速地改變邏輯單元輸出的邏輯訊號的極性而使所有同階的第一控制開關200A~200D以及第二控制開關300A~300D的動作 快速反置時，上述無刷直流旋轉電機1000之驅動或輸出方向會被快速反轉，達成如同雙極性脈衝寬度調變(PWM)的功率調變功能。另外，上述功能另可以不做極性反置，而是僅快速地將該邏輯單元輸出的邏輯訊號再加以同步致能/禁止，而使所有同階的該等第一控制開關以及該等第二控制開關的動作被快速地同步致能/禁止，而達成單極性脈衝寬度調變(PWM)的功率調變功能。
此外，本實施例一所揭示的上述無刷直流旋轉電機1000更可適用於一車輛，藉由控制第一極性電極160、第二極性電極170之極性以及邏輯單原向該控制單元所輸出的邏輯訊號之極性以控制無刷直流旋轉電機1000之磁性單元120相對於環形電樞單元110順時針或逆時針轉動，便可控制車輛傳動軸之轉動方向。
實施例二
本實施例二所揭示的另一種無刷直流旋轉電機，包括：一環形電樞單元，包括：L槽依序間隔排列的第一電樞導體，且第1槽該等第一電樞導體在空間位置上與第L槽該等第一電樞導體相鄰接，L為自然數；及L槽依序間隔排列的第二電樞導體，該等第二電樞導體與該等第一電樞導體相仳鄰，且第1槽該等第二電樞導體在空間位置上與第L槽該等第二電樞導體相鄰接；一磁性單元，設置於該環形電樞單元內，該磁性單元具有N對磁極，且該磁性單元可受控制地相對於該環形電樞單元轉動，N為自然數，其中每一該等磁極面對該環型電樞單元中的S個槽，S為自然數且S
Figure 109110489-A0305-02-0022-94
2，每一對該等磁極面對該環型電樞單元中的M’個槽，M’為自然數且M’=2S，且L=M’*N；一對外部電極，具有極性相反的一第一極性電極以及一第二極性電極；一控制單元，包括M’個第一控制開關與M’個第二控制開關；以及一邏輯單元，與該控制單元電性連接，該邏輯單元且藉由偵測該磁性單元之位置，進而向該控制單元輸出一邏輯訊號，以控制各個該等第一、第二控制開關的短路或斷路；其中，該等第一、第二電樞導體可被區分為M’階 電樞線圈組，且第P階該等電樞線圈組是由所有滿足1
Figure 109110489-A0305-02-0023-95
Q
Figure 109110489-A0305-02-0023-96
N之第P1槽第一電樞導體以及所有滿足1
Figure 109110489-A0305-02-0023-97
Q
Figure 109110489-A0305-02-0023-98
N之第P2槽第二電樞導體彼此以串聯或並聯所構成，P1=1+{[P-1+(M’*(Q-1))]/L所得之餘數}，P2=1+{[P-1+(M’*(Q-1))+S]/L所得之餘數}，P、Q、P1、P2均為自然數，且M’
Figure 109110489-A0305-02-0023-99
4，1
Figure 109110489-A0305-02-0023-100
P
Figure 109110489-A0305-02-0023-101
M’，1
Figure 109110489-A0305-02-0023-102
Q
Figure 109110489-A0305-02-0023-103
N，1
Figure 109110489-A0305-02-0023-104
P1
Figure 109110489-A0305-02-0023-105
L，1
Figure 109110489-A0305-02-0023-106
P2
Figure 109110489-A0305-02-0023-107
L，且該等電樞線圈組可被區分為S群，其中第t群是由為第t階電樞線圈組與第t+S階電樞線圈彼此反向串聯或反向並聯而成，t為自然數且t
Figure 109110489-A0305-02-0023-108
S；其中，由該第t階電樞線圈組與該第t+S階電樞線圈彼此反向串聯或反向並聯而成之該第t群電樞線圈之兩端分別具有一第2t-1節點與第2t節點，且該第一極性電極與該第2t-1節點之間以一第t個該等第一控制開關電性連接，該第二極性電極與該第2t-1節點之間以一第t個該等第二控制開關電性連接，該第一極性電極與該第2t節點之間以一第t+S個該等第一控制開關電性連接，該第二極性電極與該第2t節點之間以一第t+S個該等第二控制開關電性連接；其中，在同一操作時間，最多有1/2的該等第一控制開關短路及最多1/2的該等第二控制開關短路，且第t個該等第一控制開關、第t個該等第二控制開關不同時短路，第t+S個該等第一控制開關、第t+S個該等第二控制開關不同時短路。
本實施例二所揭示之無刷直流旋轉電機，該等第一、第二控制開關可選自例如但不限於功率元件開關，例如碳化矽(SiC)元件開關、氮化矽(GaN)元件開關、雙極性電晶體(BJT)開關、絕緣柵雙極電晶體(IGBT)開關或金氧半導場效電晶體(MOS)開關。
本實施例二所揭示之無刷直流旋轉電機，該磁性單元為例如但不限於一永磁式磁鐵或磁激式磁鐵。
本實施例二所揭示之無刷直流旋轉電機，該邏輯控制器為例如但不限於一解角器(resolver)、編碼器(encoder)、霍爾感應器(Hall sensor)、光遮斷器或光電感應器。
本實施例二所揭示之無刷直流旋轉電機，該等第一電樞導體與該等第二電樞導體可藉由例如但不限於波繞(wave winding)、疊繞(lap winding)或蛙腿繞(frog-leg winding)方式纏繞完成。
本實施例二所揭示之無刷直流旋轉電機，該環形電樞單元為一環形定子，而該磁性單元為一磁性轉子，或者該環形電樞單元為一環形轉子，而該磁性單元為一磁性定子。
請參閱第4A圖，其所顯示的乃是根據本發明實施例二所繪示的無刷直流旋轉電機2000，其包括一環形電樞單元110以及一永磁式磁鐵或磁激式磁鐵所構成的磁性單元120，設置於環形電樞單元110內。
本實施例乃以12槽電樞線圈組為例，意即L=12，故上述環形電樞單元110，包括12槽依序間隔排列的第一電樞導體1a~12a且第1槽該等第一電樞導體在空間位置上與第L槽該等第一電樞導體相鄰接，以及12槽與該等第一電樞導體1a~12a鄰接(例如但不限於位在該等第一電樞導體1a~12a外側)且依序間隔排列的第二電樞導體1b~12b，且第1槽該等第二電樞導體在空間位置上與第L槽該等第二電樞導體相鄰接，其中第1A圖所示的符號●代表第一電樞導體1a~12a的纏繞方向是穿出環形電樞單元110的表面，而符號X代表第一電樞導體1a~12a的纏繞方向是穿入環形電樞單元110的表面。如第4A圖所示，本實施例二之第一電樞導體1a~12a是位於該第二電樞導體1b~12b之外側，惟在根據本發明的其他實施例中，該等第一電樞導體1a~12與該等第二電樞導體1b~12b可彼此仳鄰，例如但不限於左右仳鄰，在此不再贅述。
此外，上述磁性單元120可具有N對磁極的，且該磁性單元120可受控制地相對於該環形電樞單元110轉動，N為自然數，且L=M’*N。本實施例二之L=12，M’=4，故N=3，因此上述磁性單元120係由三對磁性相反且分別位在磁性單元120兩相異端的N極和S極所構成，且上述環形電樞單元110與上述磁 性單元120可受控制地相對轉動。在本實施例中，磁性單元120是一轉子，而環形電樞單元110為一靜子，磁性單元120可受控制地相對於上述環形電樞單元110旋轉；在根據本發明的其他實施例中，磁性單元120為一靜子，而環形電樞單元110為一轉子，可相對於上述磁性單元120旋轉，在此不再贅述。
本實施例之M’=4，故上述該等第一電樞導體1a~12a以及第二電樞導體1b~12b可被區分為四階，且第一、第三階電樞線圈組102、304彼此反向串聯，第二、第四階電樞線圈組203、401彼此反向串聯。如上所述，本實施例的第P階該等電樞線圈組是由第P1槽第一電樞導體以及第P1槽第二電樞導體彼此以串聯或並聯所構成，P1=1+{[P-1+(M*(Q-1))]/L所得之餘數}，P2=1+{[P-1+(M*(Q-1))+S]/L所得之餘數}，P、Q、P1、P2均為自然數，且M’
Figure 109110489-A0305-02-0025-109
4，1
Figure 109110489-A0305-02-0025-110
P
Figure 109110489-A0305-02-0025-112
M’，1
Figure 109110489-A0305-02-0025-113
Q
Figure 109110489-A0305-02-0025-114
N，1
Figure 109110489-A0305-02-0025-115
P1
Figure 109110489-A0305-02-0025-116
L，1
Figure 109110489-A0305-02-0025-118
P2
Figure 109110489-A0305-02-0025-119
L，，本實施例之L=12、M’=4、N=3，故S=2，1
Figure 109110489-A0305-02-0025-120
P
Figure 109110489-A0305-02-0025-121
4，1
Figure 109110489-A0305-02-0025-122
Q
Figure 109110489-A0305-02-0025-123
3，1
Figure 109110489-A0305-02-0025-124
P1
Figure 109110489-A0305-02-0025-125
12，1
Figure 109110489-A0305-02-0025-126
P2
Figure 109110489-A0305-02-0025-127
12。因此，本實施例二的第一階(P=1)電樞線圈組102是由第一槽(P1=1)第一電樞導體1a、第三槽(P2=3)第二電樞導體3b、第五槽(P1=5)第一電樞導體5a、第七槽(P2=7)第二電樞導體7b、第九槽(P1=9)第一電樞導體9a、第十一槽(P2=11)第二電樞導體11b所構成；第二階(P=2)電樞線圈組203是由第二槽(P1=2)第一電樞導體2a、第四槽(P2=4)第二電樞導體4b、第六槽(P1=6)第一電樞導體6a、第八槽(P2=8)第二電樞導體8b、第十槽(P1=10)第一電樞導體10a、第十二槽(P2=12)第二電樞導體12b所構成；第三階(P=3)電樞線圈組304是由第三槽(P1=3)第一電樞導體3a、第五槽(P2=5)第二電樞導體5b、第七槽(P1=7)第一電樞導體7a、第九槽(P2=9)第二電樞導體9b、第十一槽(P1=11)第一電樞導體11a、第一槽(P2=1)第二電樞導體1b所構成；第四階(P=4)電樞線圈組401是由第四槽(P1=4)第一電樞導體4a、第六槽(P2=6)第二電樞導體6b、第八槽(P1=8)第一電樞導體8a、第十槽(P2=10)第二電樞導體10b、第十二槽(P1=12)第一電樞導體12a以及第二槽(P2=2)第二電樞導體2b所構成。其中，各階電樞線圈組中的第一、第二 電樞導體之間可如第4B圖所示般由交錯的第一電樞導體與第二電樞導體串聯而成，或者如第4B’圖所示般由交錯的的第一電樞導體與第二電樞導體並聯而成。
如前所述，本實施例二之該等M’階電樞線圈可被區分為S群，其中第t群是由為第t階電樞線圈組與第t+S階電樞線圈彼此反向串聯或反向並聯而成，且t為自然數且t
Figure 109110489-A0305-02-0026-129
S。本實施例之S=2，亦即1
Figure 109110489-A0305-02-0026-132
t
Figure 109110489-A0305-02-0026-133
2，故上述四階電樞線圈可被區分為二群，其中第一群是由為第一階電樞線圈組與第三階電樞線圈彼此反向串聯而成，而第二群則是由第二階電樞線圈組與第四階電樞線圈彼此反向串聯而成。在根據本發明的其他實施例中，第一群是也可由為第一階電樞線圈組與第三階電樞線圈彼此反向並聯而成，而第二群則是由第二階電樞線圈組與第四階電樞線圈彼此反向並聯而成，在此不再贅述。
接著，請同時參閱第5A~5D圖以及第6A~6D圖。其中，第5A~5D圖所繪示的是對應於第4A圖的四階電樞線圈組在各種作動狀態下的等效電路圖。第6A~6D圖所繪示的是對應於第5A~5D圖的無刷直流旋轉電機2000的作動示意圖。
首先，請參閱第5A~5B圖以及第6A~6B圖。如第5A~5B圖所示，該第一極性電極160為正電，該第二極性電極170為負電，該邏輯單元向該控制單元輸出一正邏輯訊號，且第1個該等第一控制開關200A從第5A圖的短路切換為如第5B圖的斷路、第3個該等第一控制開關200C從如第5A圖的斷路切換為如第5B圖的短路、第1個該等第二控制開關300A從第5A圖的斷路切換為如第5B圖的短路、且第3個該等第二控制開關300C從如第5A圖的短路切換為如第5B圖的斷路時，該對外部電極之電流將會在連接第三階該等電樞線圈組304的節點C4與第一階該等電樞線圈組102的節點A1之間發生電流換向，如同節點C3、A1之間與一換向片連接般。如第6A~6B圖所示，因為第一、第三階電樞線圈組102、304內的電流反向流通，故使得面對N極極面且電流方向射出環形電樞單元110表面的 電樞線圈從原本的第一電樞導體1a、2a、5a、6a、9a、10a以及第二電樞導體1b、2b、5b、6b、9b、10b轉變為第一電樞導體2a、3a、6a、7a、10a、11a以及第二電樞導體2b、3b、6b、7b、10b、11b，而面對S極極面且電流方向射入環形電樞單元110表面的電樞線圈從原本的第一電樞導體3a、4a、7a、8a、11a、12a以及第二電樞導體3b、4b、7b、8b、11b、12b轉變為第一電樞導體4a、5a、8a、9a、12a、1a以及第二電樞導體4b、5b、8b、9b、12b、1b，故磁性單元120可相對於環形電樞單元110順時針轉動。
其次，請參閱第5B~5C圖以及第6B~6C圖。如第5B~5C圖所示，該第一極性電極160為正電，該第二極性電極170為負電，該邏輯單元向該控制單元輸出一正邏輯訊號，且第2個該等第一控制開關200B從第5B圖的短路切換為如第5C圖的斷路、第4個該等第一控制開關200D從如第5B圖的斷路切換為如第5C圖的短路、第2個該等第二控制開關300B從第5B圖的斷路切換為如第5C圖的短路、且第4個該等第二控制開關300D從如第5B圖的短路切換為如第5C圖的斷路時，該對外部電極之電流將會在連接第四階該等電樞線圈組401的節點D4與第二階該等電樞線圈組203的節點B2之間發生電流換向，如同節點D4、B2之間與一換向片連接般。如第6B~6C圖所示，因為第二、第四階電樞線圈組203、401內的電流反向流通，故使得面對N極極面且電流方向射出環形電樞單元110表面的電樞線圈從原本的的第一電樞導體2a、3a、6a、7a、10a、11a以及第二電樞導體2b、3b、6b、7b、10b、11b轉變為第一電樞導體3a、4a、7a、8a、11a、12a以及第二電樞導體3b、4b、7b、8b、11b、12b，而面對S極極面且電流方向射入環形電樞單元110表面的電樞線圈從原本的的第一電樞導體4a、5a、8a、9a、12a、1a以及第二電樞導體4b、5b、8b、9b、12b、1b轉變為第一電樞導體1a、2a、5a、6a、9a、10a以及第二電樞導體1b、2b、5b、6b、9b、10b，故磁性單元120可相對於環形電樞單元110順時針轉動。
再者，請參閱第5C~5D圖以及第6C~6D圖。如第5C~5D圖所示，該第一極性電極160為正電，該第二極性電極170為負電，該邏輯單元向該控制單元輸出一正邏輯訊號，且第1個該等第一控制開關200A從第5C圖的斷路切換為如第5D圖的短路、第3個該等第一控制開關200C從如第5C圖的短路切換為如第5D圖的斷路、第1個該等第二控制開關300A從第5C圖的短路切換為如第5D圖的斷路、且第3個該等第二控制開關300D從如第5C圖的斷路切換為如第5D圖的短路時，該對外部電極之電流將會在連接第三階該等電樞線圈組304的節點C4與第一階該等電樞線圈組102的節點A1之間發生電流換向，如同節點C3、A1之間與一換向片連接般。如第6C~6D圖所示，因為第一、第三階電樞線圈組102、304內的電流反向流通，故使得面對N極極面且電流方向射出環形電樞單元110表面的電樞線圈從原本的第一電樞導體3a、4a、7a、8a、11a、12a以及第二電樞導體3b、4b、7b、8b、11b、12b轉變為第一電樞導體1a、4a、5a、8a、9a、12a以及第二電樞導體1b、4b、5b、8b、9b、12b，而面對S極極面且電流方向射入環形電樞單元110表面的電樞線圈從原本的第一電樞導體1a、2a、5a、6a、9a、10a以及第二電樞導體1b、2b、5b、6b、9b、10b轉變為第一電樞導體2a、3a、6a、7a、10a、11a以及第二電樞導體2b、3b、6b、7b、10b、11b，故磁性單元120可相對於環形電樞單元110順時針轉動。
最後，請參閱第5D、5A圖以及第6D、6A圖。如第5D、5A圖所示，該第一極性電極160為正電，該第二極性電極170為負電，該邏輯單元向該控制單元輸出一正邏輯訊號，且第2個該等第一控制開關200B從第5D圖的斷路切換為如第5A圖的短路、第4個該等第一控制開關200D從如第5D圖的短路切換為如第5A圖的斷路、第2個該等第二控制開關300B從第5D圖的短路切換為如第5D圖的斷路、且第4個該等第二控制開關300D從如第5D圖的斷路切換為如第5A圖的短路時，該對外部電極之電流將會在連接第四階該等電樞線圈組401的節點D4與第二 階該等電樞線圈組203的節點B2之間發生電流換向，如同節點D4、B2之間與一換向片連接般。如第6D~6A圖所示，因為第二、第四階電樞線圈組203、401內的電流反向流通，故使得面對N極極面且電流方向射出環形電樞單元110表面的電樞線圈從原本的第一電樞導體1a、4a、5a、8a、9a、12a以及第二電樞導體1b、4b、5b、8b、9b、12b轉變為第一電樞導體1a、2a、5a、6a、9a、10a以及第二電樞導體1b、2b、5b、6b、9b、10b，而面對S極極面且電流方向射入環形電樞單元110表面的電樞線圈從原本的第一電樞導體2a、3a、6a、7a、10a、11a以及第二電樞導體2b、3b、6b、7b、10b、11b轉變為第一電樞導體3a、4a、7a、8a、11a、12a以及第二電樞導體3b、4b、7b、8b、11b、12b，故磁性單元120可相對於環形電樞單元110順時針轉動。
此外，如第4A’圖所示，其所顯示的乃是根據本發明實施例二所繪示的另一種無刷直流旋轉電機2000’，其結構大抵與第4A圖所示的無刷直流旋轉電機2000相似，同樣包括一環形電樞單元110以及一永磁式磁鐵或磁激式磁鐵所構成的磁性單元120，設置於環形電樞單元110內，惟其差異在於，第一、第三階電樞線圈組102、304可彼此並聯，且第二、第四階電樞線圈組203、401彼此並聯，且各階電樞線圈組中的第一、第二電樞導體之間可如第4B”圖所示般由交錯的第一電樞導體與第二電樞導體串聯而成，或者如第4B’”圖所示般由交錯的的第一電樞導體與第二電樞導體並聯而成。
接著，請同時參閱第5A’~5D’圖以及第6A~6D圖。其中，第5A’~5D’圖所繪示的是對應於第4A’圖的四階電樞線圈組在各種作動狀態下的等效電路圖。第6A~6D圖所繪示的是對應於第5A’~5D’圖的無刷直流旋轉電機2000’的作動示意圖。
首先，請參閱第5A’~5B’圖以及第6A~6B圖。如第5A’~5B’圖所示，該第一極性電極160為正電，該第二極性電極170為負電，該邏輯單元向 該控制單元輸出一正邏輯訊號，且第1個該等第一控制開關200A從第5A圖的短路切換為如第5B圖的斷路、第3個該等第一控制開關200C從如第5A圖的斷路切換為如第5B圖的短路、第1個該等第二控制開關300A從第5A圖的斷路切換為如第5B圖的短路、且第3個該等第二控制開關300C從如第5A圖的短路切換為如第5B圖的斷路時，該對外部電極之電流將會在連接第一階該等電樞線圈組102的節點A1與A2之間、第三階該等電樞線圈組304的節點C4、C3之間發生電流換向，如同節點A1、A2之間以及節點C4、C3之間分別與一換向片連接般。如第6A~6B圖所示，因為第一、第三階電樞線圈組102、304內的電流反向流通，故使得面對N極極面且電流方向射出環形電樞單元110表面的電樞線圈從原本的第一電樞導體1a、2a、5a、6a、9a、10a以及第二電樞導體1b、2b、5b、6b、9b、10b轉變為第一電樞導體2a、3a、6a、7a、10a、11a以及第二電樞導體2b、3b、6b、7b、10b、11b，而面對S極極面且電流方向射入環形電樞單元110表面的電樞線圈從原本的第一電樞導體3a、4a、7a、8a、11a、12a以及第二電樞導體3b、4b、7b、8b、11b、12b轉變為第一電樞導體4a、5a、8a、9a、12a、1a以及第二電樞導體4b、5b、8b、9b、12b、1b，故磁性單元120可相對於環形電樞單元110順時針轉動。
其次，請參閱第5B’~5C’圖以及第6B~6C圖。如第5B’~5C’圖所示，該第一極性電極160為正電，該第二極性電極170為負電，該邏輯單元向該控制單元輸出一正邏輯訊號，且第2個該等第一控制開關200B從第5B圖的短路切換為如第5C圖的斷路、第4個該等第一控制開關200D從如第5B圖的斷路切換為如第5C圖的短路、第2個該等第二控制開關300B從第5B圖的斷路切換為如第5C圖的短路、且第4個該等第二控制開關300D從如第5B圖的短路切換為如第5C圖的斷路時，該對外部電極之電流將會在連接第二階該等電樞線圈組203的節點B2、B3之間以及第四階該等電樞線圈組401的節點D4、D1之間發生電流換向，如同節點B2、B3之間以及節點D4、D1之間分別與一換向片連接般。如第6B~6C 圖所示，因為第二、第四階電樞線圈組203、401內的電流反向流通，故使得面對N極極面且電流方向射出環形電樞單元110表面的電樞線圈從原本的的第一電樞導體2a、3a、6a、7a、10a、11a以及第二電樞導體2b、3b、6b、7b、10b、11b轉變為第一電樞導體3a、4a、7a、8a、11a、12a以及第二電樞導體3b、4b、7b、8b、11b、12b，而面對S極極面且電流方向射入環形電樞單元110表面的電樞線圈從原本的的第一電樞導體4a、5a、8a、9a、12a、1a以及第二電樞導體4b、5b、8b、9b、12b、1b轉變為第一電樞導體1a、2a、5a、6a、9a、10a以及第二電樞導體1b、2b、5b、6b、9b、10b，故磁性單元120可相對於環形電樞單元110順時針轉動。
再者，請參閱第5C’~5D’圖以及第6C~6D圖。如第5C’~5D’圖所示，該第一極性電極160為正電，該第二極性電極170為負電，該邏輯單元向該控制單元輸出一正邏輯訊號，且第1個該等第一控制開關200A從第5C圖的斷路切換為如第5D圖的短路、第3個該等第一控制開關200C從如第5C圖的短路切換為如第5D圖的斷路、第1個該等第二控制開關300A從第5C圖的短路切換為如第5D圖的斷路、且第3個該等第二控制開關300D從如第5C圖的斷路切換為如第5D圖的短路時，該對外部電極之電流將會在連接第一階該等電樞線圈組102的節點A1、A2之間以及第三階該等電樞線圈組304的節點C4、C3之間發生電流換向，如同節點A1、A2之間以及節點C4、C3之間分別與一換向片連接般。如第6C~6D圖所示，因為第一、第三階電樞線圈組102、304內的電流反向流通，故使得面對N極極面且電流方向射出環形電樞單元110表面的電樞線圈從原本的第一電樞導體3a、4a、7a、8a、11a、12a以及第二電樞導體3b、4b、7b、8b、11b、12b轉變為第一電樞導體1a、4a、5a、8a、9a、12a以及第二電樞導體1b、4b、5b、8b、9b、12b，而面對S極極面且電流方向射入環形電樞單元110表面的電樞線圈從原本的第一電樞導體1a、2a、5a、6a、9a、10a以及第二電樞導體1b、2b、5b、6b、9b、 10b轉變為第一電樞導體2a、3a、6a、7a、10a、11a以及第二電樞導體2b、3b、6b、7b、10b、11b，故磁性單元120可相對於環形電樞單元110順時針轉動。
最後，請參閱第5D’、5A’圖以及第6D、6A圖。如第5D’、5A’圖所示，該第一極性電極160為正電，該第二極性電極170為負電，該邏輯單元向該控制單元輸出一正邏輯訊號，且第2個該等第一控制開關200B從第5D圖的斷路切換為如第5A圖的短路、第4個該等第一控制開關200D從如第5D圖的短路切換為如第5A圖的斷路、第2個該等第二控制開關300B從第5D圖的短路切換為如第5D圖的斷路、且第4個該等第二控制開關300D從如第5D圖的斷路切換為如第5A圖的短路時，該對外部電極之電流將會在連接第四階該等電樞線圈組401的節點D4、D1之間與連接第二階該等電樞線圈組203的節點B2、B3之間發生電流換向，如同節點D4、D1之間以及節點B2、B3之間分別與一換向片連接般。如第6D~6A圖所示，因為第二、第四階電樞線圈組203、401內的電流反向流通，故使得面對N極極面且電流方向射出環形電樞單元110表面的電樞線圈從原本的第一電樞導體1a、4a、5a、8a、9a、12a以及第二電樞導體1b、4b、5b、8b、9b、12b轉變為第一電樞導體1a、2a、5a、6a、9a、10a以及第二電樞導體1b、2b、5b、6b、9b、10b，而面對S極極面且電流方向射入環形電樞單元110表面的電樞線圈從原本的第一電樞導體2a、3a、6a、7a、10a、11a以及第二電樞導體2b、3b、6b、7b、10b、11b轉變為第一電樞導體3a、4a、7a、8a、11a、12a以及第二電樞導體3b、4b、7b、8b、11b、12b，故磁性單元120可相對於環形電樞單元110順時針轉動。
根據本發明實施例二所揭示的上述無刷直流旋轉電機2000’，當該第一極性電極160為正電，該第二極性電極170為負電，該邏輯單元向該控制單元輸出一負邏輯訊號時，則磁性單元120相對於環形電樞單元110將反時針轉動。
根據本發明實施例二所揭示的上述無刷直流旋轉電機2000’，當該第一極性電極160為負電，該第二極性電極170為正電，該邏輯單元向該控制單元輸出一負邏輯訊號時，則磁性單元120相對於環形電樞單元110將順時針轉動。
根據本發明實施例二所揭示的上述無刷直流旋轉電機2000’，當該第一極性電極160為負電，該第二極性電極170為正電，該邏輯單元向該控制單元輸出一正邏輯訊號時，則磁性單元120相對於環形電樞單元110將逆時針轉動。
此外，本實施例二所揭示的上述無刷直流旋轉電機2000’更可適用於一車輛，藉由控制第一極性電極160、第二極性電極170之極性以及邏輯單原向該控制單元所輸出的邏輯訊號之極性以控制無刷直流旋轉電機1000之磁性單元120相對於環形電樞單元110順時針或逆時針轉動，便可控制車輛傳動軸之轉動方向。
根據本發明實施例二所揭示的上述無刷直流旋轉電機2000、2000’，當該第一極性電極160為正電，該第二極性電極170為負電，該邏輯單元向該控制單元輸出一負邏輯訊號時，則磁性單元120相對於環形電樞單元110將反時針轉動。
根據本發明實施例二所揭示的上述無刷直流旋轉電機2000、2000’，當該第一極性電極160為負電，該第二極性電極170為正電，該邏輯單元向該控制單元輸出一負邏輯訊號時，則磁性單元120相對於環形電樞單元110將順時針轉動。
根據本發明實施例二所揭示的上述無刷直流旋轉電機2000、2000’，當該第一極性電極160為負電，該第二極性電極170為正電，該邏輯單元向該控制單元輸出一正邏輯訊號時，則磁性單元120相對於環形電樞單元110將逆時針轉動。
此外，當第一極性電極160與第二極性電極170的極性不變的情況而僅改變邏輯單元輸出的邏輯訊號的極性而使所有同階的第一控制開關200A~200D以及第二控制開關300A~300D的動作反置時，上述無刷直流旋轉電機2000、2000’之驅動或輸出方向會被反轉；且更特別地是當第一極性電極160與第二極性電極170的極性不變的情況而僅快速地改變邏輯單元輸出的邏輯訊號的極性而使所有同階的第一控制開關200A~200D以及第二控制開關300A~300D的動作快速反置時，上述無刷直流旋轉電機2000、2000’之驅動或輸出方向會被快速反轉，達成如同雙極性脈衝寬度調變(PWM)的功率調變功能。另外，上述功能另可以不做極性反置，而是僅快速地將該邏輯單元輸出的邏輯訊號再加以同步致能/禁止，而使所有同階的該等第一控制開關以及該等第二控制開關的動作被快速地同步致能/禁止，而達成單極性脈衝寬度調變(PWM)的功率調變功能。
此外，本實施例二所揭示的上述無刷直流旋轉電機2000、2000’更可適用於一車輛，藉由控制第一極性電極160、第二極性電極170之極性以及邏輯單原向該控制單元所輸出的邏輯訊號之極性以控制無刷直流旋轉電機2000、2000’之磁性單元120相對於環形電樞單元110順時針或逆時針轉動，便可控制車輛傳動軸之轉動方向。
實施例三
本實施例三所揭示的無刷直流旋轉電機3000，包括：一環形電樞單元，包括：L槽依序間隔排列的第一電樞導體，且第1槽該等第一電樞導體在空間位置上與第L槽該等第一電樞導體相鄰接，L為自然數；及L槽依序間隔排列的第二電樞導體，該等第二電樞導體與該等第一電樞導體相仳鄰，且第1槽該等第二電樞導體在空間位置上與第L槽該等第二電樞導體相鄰接；一磁性單元，設置於該環形電樞單元內，該磁性單元具有N對磁極，且該磁性單元可受控制地相對 於該環形電樞單元轉動，N為自然數，其中每一該等磁極面對該環型電樞單元中的S個槽，S為自然數且S
Figure 109110489-A0305-02-0035-134
2，每一對該等磁極面對該環型電樞單元中的M’個槽，M’為自然數且M’=2S，且L=M’*N；一對外部電極，具有極性相反的一第一極性電極以及一第二極性電極，該對外部電極為一可回充電式電池或電源模組，且該第一極性電極與該可回充電式電池或電源模組之間更與一電感串聯；一第一共電位電極，與該第一極性電極直接或間接電性連接；一第二共電位電極；一第三共電位電極，與該第二共電位電極電性連接；一第四共電位電極，與該第二極性電極直接或間接電性連接；一控制單元，包括M1’個第一控制開關、M1’個第二控制開、M2’個第三控制開關、M2’個第四控制開關，其中，M1’、M2’、S1、S2均為自然數，M1’=2S1，M2’=2S2，M1’+M2’
Figure 109110489-A0305-02-0035-135
M’，且S1
Figure 109110489-A0305-02-0035-136
1，S2
Figure 109110489-A0305-02-0035-137
1，S1+S2
Figure 109110489-A0305-02-0035-138
S；以及一邏輯單元，與該控制單元電性連接，該邏輯單元且藉由偵測該磁性單元之位置，進而向該控制單元輸出一邏輯訊號，以控制各個該等第一、第二、第三、第四控制開關的短路或斷路；其中，該等第一、第二電樞導體可被區分為M’階電樞線圈組，且第P階該等電樞線圈組是由所有滿足1
Figure 109110489-A0305-02-0035-139
Q
Figure 109110489-A0305-02-0035-140
N之第P1槽第一電樞導體以及所有滿足1
Figure 109110489-A0305-02-0035-141
Q
Figure 109110489-A0305-02-0035-142
N之第P2槽第二電樞導體彼此以串聯或並聯所構成，P1=1+{[P-1+(M*(Q-1))]/L所得之餘數}，P2=1+{[P-1+(M*(Q-1))+S]/L所得之餘數}，P、Q、P1、P2均為自然數，且M’
Figure 109110489-A0305-02-0035-143
4，1
Figure 109110489-A0305-02-0035-144
P
Figure 109110489-A0305-02-0035-146
M’，1
Figure 109110489-A0305-02-0035-147
Q
Figure 109110489-A0305-02-0035-148
N，1
Figure 109110489-A0305-02-0035-149
P1
Figure 109110489-A0305-02-0035-150
L，1
Figure 109110489-A0305-02-0035-151
P2
Figure 109110489-A0305-02-0035-152
L，且該等電樞線圈組可被區分為S群，且該S群電樞線圈組可再劃分出彼此分離獨立的第一集團群及第二集團群，其中該第一集團群包括S1群的該等電樞線圈組，而該第二集團群包括S2群的該等電樞線圈組；其中，該第一集團群中的該等S1群電樞線圈組分別連接於與該第一共電位電極相連接的第一控制開關及與該第二共電位電極相連接的第二控制開關上，且其中的第t1群該等電樞線圈組是由為第t1階該等電樞線圈組與第t1+S階該等電樞線圈組彼此反向串聯或反向並聯而成，t1為自然數且1
Figure 109110489-A0305-02-0035-153
t1
Figure 109110489-A0305-02-0035-154
S1，且該第t1群該等電樞線圈組之兩端分別具有一第 [2(t1)-1]節點與一第[2(t1)]節點，且該第[2(t1)-1]節點以第[2(t1)-1]個該等第一控制開關與該第一共電位電極電性連接，該第[2(t1)]節點以一第[2(t1)]個該等第一控制開關與該第一共電位電極電性連接，且該第[2(t1)-1]節點以一第[2(t1)-1]個該等第二控制開關與該第二共電位電極電性連接，該第[2(t1)]節點以一第[2(t1)]個該等第二控制開關與該第二共電位電極電性連接，且在同一操作時間，最多有1/2的該等第一控制開關短路及最多1/2的該等第二控制開關短路，且第[2(t1)-1]個該等第一控制開關、第[2(t1)-1]個該等第二控制開關不同時短路，第[2(t1)]個該等第一控制開關、第[2(t1)]個該等第二控制開關不同時短路；其中，該第二集團群中的該等S2群電樞線圈組分別連接於與該第三共電位電極相連接的第三控制開關及與該第四共電位電極相連接的第四控制開關上，且其中的第t2群該等電樞線圈組是由第t2階電樞線圈組與第t2+S階電樞線圈組彼此反向串聯或反向並聯而成，t2為自然數且S1+1
Figure 109110489-A0305-02-0036-155
t2
Figure 109110489-A0305-02-0036-156
S，且該第t2群該等電樞線圈之兩端分別具有一第[2(t2)-1]節點與一第[2(t2)]節點，且該[第2(t2)-1]節點以第[2(t2)-3]個該等第三控制開關與該第三共電位電極電性連接，該第[2(t2)]節點以一第[2(t2)-2]個該等第三控制開關與該第三共電位電極電性連接，且該第[2(t2)-1]節點以一第[2(t2)-3]個該等第四控制開關與該第四共電位電極電性連接，該第[2(t2)]節點以一第[2(t2)-2]個該等第四控制開關與該第四共電位電極電性連接，且在同一操作時間，最多有1/2的該等第三控制開關短路及最多1/2的該等第四控制開關短路，且第[2(t2)-3]個該等第三控制開關、第[2(t2)-3]個該等第四控制開關不同時短路，第[2(t2)-2]個該等第三控制開關、第[2(t2)-2]個該等第四控制開關不同時短路。
本實施例三所揭示之無刷直流旋轉電機3000，該等第一、第二、第三、第四控制開關可選自例如但不限於功率元件開關，例如碳化矽(SiC)元件開關、氮化矽(GaN)元件開關、雙極性電晶體(BJT)開關、絕緣柵雙極電晶體(IGBT)開關或金氧半導場效電晶體(MOS)開關。
本實施例三所揭示之無刷直流旋轉電機3000，該磁性單元(未繪示)為例如但不限於一永磁式磁鐵或磁激式磁鐵。
本實施例三所揭示之無刷直流旋轉電機3000，該邏輯控制器(未繪示)為例如但不限於一解角器(resolver)、編碼器(encoder)、霍爾感應器(Hall sensor)、光遮斷器或光電感應器。
本實施例三所揭示之無刷直流旋轉電機3000，該等第一電樞導體(未繪示)與該等第二電樞導體(未繪示)可藉由例如但不限於波繞(wave winding)、疊繞(lap winding)或蛙腿繞(frog-leg winding)方式纏繞完成。
本實施例三所揭示之無刷直流旋轉電機3000，該環形電樞單元(未繪示)為一環形定子，而該磁性單元為一磁性轉子，或者該環形電樞單元為一環形轉子，而該磁性單元為一磁性定子。
本實施例三乃以12槽電樞線圈組為例，意即L=12，上述磁性單元(未繪示)係由三對磁性(N=3)相反且分別位在磁性單元兩相異端的N極和S極所構成，且上述環形電樞單元(未繪示)與上述磁性單元可受控制地相對轉動。
如上所述，本實施例三之L=M’*N，而L=12、N=3，故本實施例之M’=4。因此，上述該等第一電樞導體(未繪示)以及第二電樞導體(未繪示)可被區分為四階，且第一、第三階電樞線圈組102、304彼此反向串聯，第二、第四階電樞線圈組203、401彼此反向串聯。此外，在根據本發明的其他實施例中，第一、第三階電樞線圈組102、304也可彼此並聯，且第二、第四階電樞線圈組203、401彼此並聯，在此不再贅述。
如第7A~7B圖所示，本實施例三之無刷直流旋轉電機3000之L=12，M’=4，S=2，且S1=1，S2=1，亦即無刷直流旋轉電機3000的電樞線圈組可分為二群，且更可再被劃分微彼此獨立的第一集團群及第二集團群，其中該第 一集團群包括一群(S1=1)的該等電樞線圈組，而該第二集團群(S2=1)包括一群的該等電樞線圈組，且t1=1，t2=2。
如第7A~7D圖所示，本實施例三之無刷直流旋轉電機3000之該對外部電極為一可回充電式電池模組或電源模組V，具有極性相反的一第一極性電極160以及一第二極性電極170，且第一極性電極160與該可回充電式式電池模組或電源模組V之間更與一電感L串聯。此外，本實施例三之無刷直流旋轉電機3000之第一共電位電極165A與第一極性電極160直接或間接電性連接，第三共電位電極165C與該第二共電位電極165B電性連接，且第四共電位電極165D與第二極性電極165B直接或間接電性連接。此外，如第7A~7D圖所示，本實施例三之無刷直流旋轉電機3000之控制單元(未標示)包括2個(M1’=2)第一控制開關255A、255B，2個(M1’=2)第二控制開256A、256B，2個(M2’=2)第三控制開關257A、257B，2個(M2’=2)第四控制開關，258A、258B。
如第7A~7D圖所示，其中，該第一集團群中的該等一群(S1=)電樞線圈組分別連接於與該第一共電位電極165A相連接的第一控制開關255A、255B及與該第二共電位電極165B相連接的第二控制開關256A、256B上，且其中的第一群(t1=1)該等電樞線圈組是由為第一階(t1=1)該等電樞線圈組與第三階(t1=1,S=2)樞樞該等電樞線圈組彼此反向串聯或反向並聯而成，且該第一群該等電樞線圈組之兩端分別具有一第一節點A1與一第二節點C3，且該第一節點A1以第一個該等第一控制開關255A與該第一共電位電極165A電性連接，該第二節點C3以一第二個該等第一控制開關255B與該第一共電位電極165A電性連接，且該第一節點A1以一第一個該等第二控制開關256A與該第二共電位電極165B電性連接，該第二節點C3以一第二個該等第二控制開關256B與該第二共電位電極165B電性連接，且在同一操作時間，最多有1/2的該等第一控制開關255A、255B短路及最多1/2的該等第二控制開關256A、256B短路，且第一個該等第一控制開關255A、 第一個該等第二控制開關256A不同時短路，第二個該等第一控制開關255B、第二個該等第二控制開關256B不同時短路。
如第7A~7D圖所示，其中，該第二集團群中的該等一群(S2=1)電樞線圈組分別連接於與該第三共電位電極165C相連接的第三控制開關257A、257B及與該第四共電位電極165D相連接的第四控制開關258A、258B上，且其中的第二群(t2=2)該等電樞線圈組是由第二階電樞線圈組與第四階電樞線圈組彼此反向串聯或反向並聯而成，且該第二群該等電樞線圈之兩端分別具有一第三節點B2與一第四節點D4。且該第三節點B2以第一個該等第三控制開關257A與該第三共電位電極165C電性連接，該第第四節點D4以一第二個該等第三控制開關257B與該第三共電位電極165C電性連接，且該第三節點B2以一第一個該等第四控制開關258A與該第四共電位電極165D電性連接，該第四節點D4以一第二個該等第四控制開關258B與該第四共電位電極165D電性連接，且在同一操作時間，最多有1/2的該等第三控制開關257A、257B短路及最多1/2的該等第四控制開關258A、258B短路，且第一個該等第三控制開關257A、第一個該等第四控制開關258A不同時短路，第二個該等第三控制開關257B、第二個該等第四控制開關258B不同時短路。
如第7A~7B圖所示，該第一極性電極160為正電，該第二極性電極170為負電，該邏輯單元向該控制單元輸出一正邏輯訊號，且第1個該等第一控制開關255A從第7A圖的短路切換為如第7B圖的斷路、第2個該等第一控制開關255B從如第7A圖的斷路切換為如第7B圖的短路、第1個該等第二控制開關256A從第7A圖的斷路切換為如第7B圖的短路、且第2個該等第二控制開關256B從如第7A圖的短路切換為如第7B圖的斷路時，該對外部電極之電流將會在連接第三階該等電樞線圈組304的節點C3與第一階該等電樞線圈組102的節點A1之間發生電流換向，如同節點C3、A1之間與一換向片連接般，故本實施例三所揭示的無 刷直流旋轉電機3000的磁性單元(未繪示)可相對於環形電樞單元(未繪示)順時針轉動。
其次，如第7B~7C圖所示，該第一極性電極160為正電，該第二極性電極170為負電，該邏輯單元向該控制單元輸出一正邏輯訊號，且第1個該等第三控制開關257A從第7B圖的短路切換為如第7C圖的斷路、第2個該等第二控制開關257B從如第7B圖的斷路切換為如第7C圖的短路、第1個該等第四控制開關258A從第7B圖的斷路切換為如第7C圖的短路、且第2個該等第四控制開關258B從如第7B圖的短路切換為如第7C圖的斷路時，該對外部電極之電流將會在連接第四階該等電樞線圈組401的節點D4與第二階該等電樞線圈組203的節點B2之間發生電流換向，如同節點D4、B2之間與一換向片連接般，故本實施例三所揭示的無刷直流旋轉電機3000的磁性單元(未繪示)可相對於環形電樞單元(未繪示)順時針轉動。
再者，如第7C~7D圖所示，該第一極性電極160為正電，該第二極性電極170為負電，該邏輯單元向該控制單元輸出一正邏輯訊號，且第1個該等第一控制開關255A從第7C圖的斷路切換為如第7D圖的短路、第2個該等第一控制開關255C從如第7C圖的短路切換為如第7D圖的斷路、第1個該等第二控制開關256A從第7C圖的短路切換為如第7D圖的斷路、且第2個該等第二控制開關256B從如第7C圖的斷路切換為如第7D圖的短路時，該對外部電極之電流將會在連接第三階該等電樞線圈組304的節點C3與第一階該等電樞線圈組102的節點A1之間發生電流換向，如同節點C3、A1之間與一換向片連接般，故本實施例三所揭示的無刷直流旋轉電機3000的磁性單元(未繪示)可相對於環形電樞單元(未繪示)順時針轉動。
最後，請參閱第7D、7A圖所示，該第一極性電極160為正電，該第二極性電極170為負電，該邏輯單元向該控制單元輸出一正邏輯訊號，且第1個 該等第三控制開關257A從第7D圖的斷路切換為如第7A圖的短路、第2個該等第三控制開關257B從如第7D圖的短路切換為如第7A圖的斷路、第1個該等第四控制開關258A從第7D圖的短路切換為如第7D圖的斷路、且第2個該等第四控制開關258B從如第7D圖的斷路切換為如第7A圖的短路時，該對外部電極之電流將會在連接第四階該等電樞線圈組401的節點D4與第二階該等電樞線圈組203的節點B2之間發生電流換向，如同節點D4、B2之間與一換向片連接般，故本實施例三所揭示的無刷直流旋轉電機3000的磁性單元(未繪示)可相對於環形電樞單元(未繪示)順時針轉動。
根據本發明實施例三所揭示的上述無刷直流旋轉電機3000，當該第一極性電極160為正電，該第二極性電極170為負電，該邏輯單元向該控制單元輸出一正邏輯訊號時，則上述無刷直流旋轉電機3000的磁性單元相對於環形電樞單元110將順時針轉動。
根據本發明實施例三所揭示的上述無刷直流旋轉電機3000，當該第一極性電極160為正電，該第二極性電極170為負電，該邏輯單元向該控制單元輸出一負邏輯訊號時，則上述無刷直流旋轉電機3000的磁性單元相對於環形電樞單元110將反時針轉動。
根據本發明實施例三所揭示的上述無刷直流旋轉電機3000，當該第一極性電極160為負電，該第二極性電極170為正電，該邏輯單元向該控制單元輸出一負邏輯訊號時，則上述無刷直流旋轉電機3000的磁性單元相對於環形電樞單元110將順時針轉動。
根據本發明實施例三所揭示的上述無刷直流旋轉電機3000，當該第一極性電極160為負電，該第二極性電極170為正電，該邏輯單元向該控制單元輸出一正邏輯訊號時，則上述無刷直流旋轉電機3000的磁性單元相對於環形電樞單元110將逆時針轉動。
此外，當第一極性電極160與第二極性電極170的極性不變的情況而僅改變邏輯單元輸出的邏輯訊號的極性而使所有同階的第一控制開關255A~255B、第二控制開關256A~256B、第三控制開關257A~257B、第四控制開關258A~258B的動作反置時，上述無刷直流旋轉電機3000之驅動或輸出方向會被反轉；且更特別地是當第一極性電極160與第二極性電極170的極性不變的情況而僅快速地改變邏輯單元輸出的邏輯訊號的極性而使所有同階的一控制開關255A~255B、第二控制開關256A~256B、第三控制開關257A~257B、第四控制開關258A~258B的動作快速反置時，上述無刷直流旋轉電機3000之驅動或輸出方向會被快速反轉，達成如同脈衝寬度調變(PWM)的功率調變功能。另外，上述功能另可以不做極性反置，而是僅快速地將該邏輯單元輸出的邏輯訊號再加以同步致能/禁止，而使所有同階的該等第一控制開關以及該等第二控制開關的動作被快速地同步致能/禁止，而達成單極性脈衝寬度調變(PWM)的功率調變功能。
此外，本實施例三所揭示的上述無刷直流旋轉電機3000同樣可適用於一車輛，藉由控制第一極性電極160、第二極性電極170之極性以及邏輯單原向該控制單元所輸出的邏輯訊號之極性以控制無刷直流旋轉電機1000之磁性單元120相對於環形電樞單元110順時針或逆時針轉動，便可控制車輛傳動軸之轉動方向。
實施例四
本實施例四所揭示的無刷直流旋轉電機4000，其結構大抵與實施例三所揭示的無刷直流旋轉電機3000相似，惟本實施例四所揭示的無刷直流旋轉電機4000更包括一第五控制開關400A、一第六控制開關400B與一第七控制開關400C。
如第8A~8B圖所示，上述無刷直流旋轉電機4000更可包括一第五控制開關400A、一第六控制開關400B與一第七控制開關400C，且該第三共電位 電極165C同時與該第五控制開關400A之一端及該第七控制開關400C之一端電性連接，且該第五控制開關400A之另一端則與該第一共電位電極165A電性連接，該第二共電位電極165B同時與該第六控制開關400B之一端及該第七控制開關400C之另一端電性連接，且該第六控制開關400B之另一端則與該第四共電位電極165D電性連接。
如第8A圖所示，當該第五、第六控制開關400A、400B短路且該第七控制開關400C斷路時，該無刷直流旋轉電機4000如同一並聯的馬達被該可回充電式電池模組V驅動。
如第8B圖所示，而當該第五、第六控制開關400A、400B斷路且該第七控制開關400C短路時，該無刷直流旋轉電機3000如同一串聯的發電機對該可回充電式電池模組V充電。
本實施例四所揭示的無刷直流旋轉電機4000，更可視需要，進一步包括一電阻(未繪示)，且該電阻與該電感L並聯。
本實施例四所揭示之無刷直流旋轉電機4000，該等第一、第二、第三、第四控制開關可選自例如但不限於功率元件開關，例如碳化矽(SiC)元件開關、氮化矽(GaN)元件開關、雙極性電晶體(BJT)開關、絕緣柵雙極電晶體(IGBT)開關或金氧半導場效電晶體(MOS)開關。
本實施例四所揭示之無刷直流旋轉電機4000，該磁性單元(未繪示)為例如但不限於一永磁式磁鐵或磁激式磁鐵。
本實施例四所揭示之無刷直流旋轉電機4000，該邏輯控制器(未繪示)為例如但不限於一解角器(resolver)、編碼器(encoder)、霍爾感應器(Hall sensor)、光遮斷器或光電感應器。
本實施例四所揭示之無刷直流旋轉電機4000，該等第一電樞導體(未繪示)與該等第二電樞導體(未繪示)可藉由例如但不限於波繞(wave winding)、疊繞(lap winding)或蛙腿繞(frog-leg winding)方式纏繞完成。
本實施例四所揭示之無刷直流旋轉電機4000，該環形電樞單元(未繪示)為一環形定子，而該磁性單元為一磁性轉子，或者該環形電樞單元為一環形轉子，而該磁性單元為一磁性定子。
此外，當第一極性電極160與第二極性電極170的極性不變的情況而僅改變邏輯單元輸出的邏輯訊號的極性而使所有同階的第一控制開關255A~255B、第二控制開關256A~256B、第三控制開關257A~257B、第四控制開關258A~258B的動作反置時，上述無刷直流旋轉電機4000之驅動或輸出方向會被反轉；且更特別地是當第一極性電極160與第二極性電極170的極性不變的情況而僅快速地改變邏輯單元輸出的邏輯訊號的極性而使所有同階的一控制開關255A~255B、第二控制開關256A~256B、第三控制開關257A~257B、第四控制開關258A~258B的動作快速反置時，上述無刷直流旋轉電機4000之驅動或輸出方向會被快速反轉，達成如同脈衝寬度調變(PWM)的功率調變功能。另外，上述功能另可以不做極性反置，而是僅快速地將該邏輯單元輸出的邏輯訊號再加以同步致能/禁止，而使所有同階的該等第一控制開關以及該等第二控制開關的動作被快速地同步致能/禁止，而達成單極性脈衝寬度調變(PWM)的功率調變功能.
此外，本實施例四所揭示的上述無刷直流旋轉電機4000同樣可適用於一車輛，藉由控制第一極性電極160、第二極性電極170之極性以及邏輯單原向該控制單元所輸出的邏輯訊號之極性以控制無刷直流旋轉電機1000之磁性單元120相對於環形電樞單元110順時針或逆時針轉動，便可控制車輛傳動軸之轉動方向，當藉由控制該第五、第六控制開關400A、400B短路且該第七控制開關400C斷路，使該無刷直流旋轉電機4000如同一並聯的馬達被該可回充電式電池 模組V驅動，且在車輛行進間可藉由該第五、第六控制開關400A、400B斷路且該第七控制開關400C短路，使該無刷直流旋轉電機4000如同一串聯的發電機對該可回充電式電池模組V充電。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可更動與組合上述各種實施例。
160:第一極性電極
170:第二極性電極
102:第一階電樞線圈組
203:第二階電樞線圈組
304:第三階電樞線圈組
401:第四階電樞線圈組
200A~200D:第一控制開關
300A~300D:第二控制開關
1000:直流旋轉電機
A1,A2,B2,B3,C3,C4,D4,D1:節點

Claims (19)

  1. 一種無刷直流旋轉電機，包括：一環形電樞單元，包括：L槽依序間隔排列的第一電樞導體，且第1槽該等第一電樞導體在空間位置上與第L槽該等第一電樞導體相鄰接，L為自然數；及L槽依序間隔排列的第二電樞導體，該等第二電樞導體與該等第一電樞導體相仳鄰，且第1槽該等第二電樞導體在空間位置上與第L槽該等第二電樞導體相鄰接；一磁性單元，設置於該環形電樞單元內，該磁性單元具有N對磁極，且該磁性單元可受控制地相對於該環形電樞單元轉動，N為自然數，其中每一該等磁極面對該環型電樞單元中的S個槽，S為自然數且S
    Figure 109110489-A0305-02-0047-157
    2，每一對該等磁極面對該環型電樞單元中的M個槽，M為自然數且M=2S，且L=M*N；一對外部電極，具有極性相反的一第一極性電極以及一第二極性電極；一控制單元，包括M個第一控制開關與M個第二控制開關；以及一邏輯單元，與該控制單元電性連接，該邏輯單元且藉由偵測該磁性單元之位置，進而向該控制單元輸出一邏輯訊號，以控制各個該等第一、第二控制開關的短路或斷路； 其中，該等第一、第二電樞導體可被區分為M階彼此順向串聯的電樞線圈組，且第P階該等電樞線圈組是由所有滿足1
    Figure 109110489-A0305-02-0048-158
    Q
    Figure 109110489-A0305-02-0048-159
    N之第P1槽第一電樞導體以及所有滿足1
    Figure 109110489-A0305-02-0048-160
    Q
    Figure 109110489-A0305-02-0048-161
    N之第P2槽第二電樞導體彼此以串聯或並聯所構成，P1=1+{[P-1+(M*(Q-1))]/L所得之餘數}，P2=1+{[P-1+(M*(Q-1))+S]/L所得之餘數}，P、Q、S均為自然數，且1
    Figure 109110489-A0305-02-0048-162
    P
    Figure 109110489-A0305-02-0048-163
    M，1
    Figure 109110489-A0305-02-0048-164
    Q
    Figure 109110489-A0305-02-0048-165
    N，1
    Figure 109110489-A0305-02-0048-166
    P1
    Figure 109110489-A0305-02-0048-167
    L，1
    Figure 109110489-A0305-02-0048-168
    P2
    Figure 109110489-A0305-02-0048-169
    L；其中，第1個該等第一控制開關是設置於該第一極性電極與串接第1階該等電樞線圈組與第M階該等電樞線圈組的節點之間，第i個該等第一控制開關是設置於該第一極性電極與串接第i-1階該等電樞線圈組與第i階該等電樞線圈組的節點之間，第1個該等第二控制開關是設置於該第二極性電極與串接第1階該等電樞線圈組與第M階該等電樞線圈組的節點之間，第i個該等第二控制開關是設置於該第二極性電極與串接第i-1階該等電樞線圈組與第i階該等電樞線圈組的節點之間，其中i為自然數，且2
    Figure 109110489-A0305-02-0048-170
    i
    Figure 109110489-A0305-02-0048-171
    M；其中，該無刷直流旋轉電機於基本操作模式時，在同一操作時間，僅有其中一該等第一控制開關短路及其中一該等第二控制開關短路，當第1個該等第一控制開關短路時，第(1+S)個該等第二控制開關短路；當2
    Figure 109110489-A0305-02-0048-172
    i
    Figure 109110489-A0305-02-0048-173
    S時，第i個該等第一控制開關短路，且第(i+S)個該等第二控制開關短路；當i=S+1時，第(i)個該等第一控制開關短路，且第1個該等第二控制開關短路；當S+1<i
    Figure 109110489-A0305-02-0048-174
    M時，第(i)個該等第一控制開關短路，且第(i-S)個該等第二控制開關短路，且該無刷直流旋轉電機在一個基本操作模式轉換到下一個基本操作模式時的過度操作模式時，該無刷直流旋轉電機中相鄰的兩 個該等第一控制開關或相鄰的兩個該等第二控制開關可同時短路，而非相鄰的該等第一控制開關或非相鄰的該等遞二控制開關不可同時短路動作。
  2. 如請求項1所述之無刷直流旋轉電機，當該第一極性電極與該第二極性電極的極性不變的情況下，且僅改變該邏輯單元輸出的邏輯訊號的極性而使所有同階的該等第一控制開關以及該等第二控制開關的動作反置時，該無刷直流旋轉電機之驅動或輸出方向會被反轉。
  3. 如請求項2所述之無刷直流旋轉電機，當該第一極性電極與該第二極性電極的極性不變的情況下，且僅快速地改變邏輯單元輸出的邏輯訊號的極性而使所有同階的該等第一控制開關以及該等第二控制開關的動作快速反置時，該無刷直流旋轉電機之驅動或輸出方向會被快速反轉，達成一如同雙極性脈衝寬度調變(PWM)的功率調變功能。
  4. 如請求項1所述之無刷直流旋轉電機，當該第一、第二極性電極的極性以及該邏輯訊號單元輸出的邏輯訊號的極性不做極性反置情況下，而是僅快速地將該邏輯單元輸出的邏輯訊號再加以同步致能/禁止，使所有同階的該等第一控制開關以及該等第二控制開關的動作被快速地同步致能/禁止，而達成單極性脈衝寬度調變(PWM)的功率調變功能。
  5. 一種無刷直流旋轉電機，包括：一環形電樞單元，包括：L槽依序間隔排列的第一電樞導體，且第1槽該等第一電樞導體在空間位置上與第L槽該等第一電樞導體相鄰接，L為自然數；及 L槽依序間隔排列的第二電樞導體，該等第二電樞導體與該等第一電樞導體相仳鄰，且第1槽該等第二電樞導體在空間位置上與第L槽該等第二電樞導體相鄰接；一磁性單元，設置於該環形電樞單元內，該磁性單元具有N對磁極，且該磁性單元可受控制地相對於該環形電樞單元轉動，N為自然數，其中每一該等磁極面對該環型電樞單元中的S個槽，S為自然數且S
    Figure 109110489-A0305-02-0050-175
    2，每一對該等磁極面對該環型電樞單元中的M’個槽，M’為自然數且M’=2S，且L=M’*N；一對外部電極，具有極性相反的一第一極性電極以及一第二極性電極；一控制單元，包括M’個第一控制開關與M’個第二控制開關；以及一邏輯單元，與該控制單元電性連接，該邏輯單元且藉由偵測該磁性單元之位置，進而向該控制單元輸出一邏輯訊號，以控制各個該等第一、第二控制開關的短路或斷路；其中，該等第一、第二電樞導體可被區分為M’階電樞線圈組，且第P階該等電樞線圈組是由所有滿足1
    Figure 109110489-A0305-02-0050-176
    Q
    Figure 109110489-A0305-02-0050-177
    N之第P1槽第一電樞導體以及所有滿足1
    Figure 109110489-A0305-02-0050-178
    Q
    Figure 109110489-A0305-02-0050-179
    N之第P2槽第二電樞導體彼此以串聯或並聯所構成，P1=1+{[P-1+(M’*(Q-1))]/L所得之餘數}，P2=1+{[P-1+(M’*(Q-1))+S]/L所得之餘數}，P、Q、P1、P2均為自然數，且M’
    Figure 109110489-A0305-02-0050-180
    4，1
    Figure 109110489-A0305-02-0050-181
    P
    Figure 109110489-A0305-02-0050-182
    M’，1
    Figure 109110489-A0305-02-0050-183
    Q
    Figure 109110489-A0305-02-0050-184
    N，1
    Figure 109110489-A0305-02-0050-185
    P1
    Figure 109110489-A0305-02-0050-186
    L，1
    Figure 109110489-A0305-02-0050-187
    P2
    Figure 109110489-A0305-02-0050-188
    L，且該等電樞線圈組可被區分為S群，其中第t群是由為第 t階電樞線圈組與第t+S階電樞線圈彼此反向串聯或反向並聯而成，t為自然數且t
    Figure 109110489-A0305-02-0051-189
    S；其中，由該第t階電樞線圈組與該第t+S階電樞線圈組彼此反向串聯或反向並聯而成之該第t群電樞線圈組之兩端分別具有一第2t-1節點與第2t節點，且該第一極性電極與該第2t-1節點之間以一第t個該等第一控制開關電性連接，該第二極性電極與該第2t-1節點之間以一第t個該等第二控制開關電性連接，該第一極性電極與該第2t節點之間以一第t+S個該等第一控制開關電性連接，該第二極性電極與該第2t節點之間以一第t+S個該等第二控制開關電性連接；其中，在同一操作時間，最多有1/2的該等第一控制開關短路及最多1/2的該等第二控制開關短路，且第t個該等第一控制開關、第t個該等第二控制開關不同時短路，第t+S個該等第一控制開關、第t+S個該等第二控制開關不同時短路。
  6. 如請求項5所述之無刷直流旋轉電機，當該第一極性電極與該第二極性電極的極性不變的情況下，且僅改變該邏輯單元輸出的邏輯訊號的極性而使所有同階的該等第一控制開關以及該等第二控制開關的動作反置時，該無刷直流旋轉電機之驅動或輸出方向會被反轉。
  7. 如請求項6所述之無刷直流旋轉電機，當該第一極性電極與該第二極性電極的極性不變的情況下，且僅快速地改變邏輯單元輸出的邏輯訊號的極性而使所有同階的該等第一控制開關以及該等第二控制開關的動作快速反置時，該無刷直流旋轉電機之驅動或輸出方向會被快速反轉，達成一如同雙極性脈衝寬度調變(PWM)的功率調變功能。
  8. 如請求項5所述之無刷直流旋轉電機，當該第一、第二極性電極的極性以及該邏輯訊號單元輸出的邏輯訊號的極性不做極性反置情況下，而是僅快速地將該邏輯單元輸出的邏輯訊號再加以同步致能/禁止，使所有同階的該等第一控制開關以及該等第二控制開關的動作被快速地同步致能/禁止，而達成單極性脈衝寬度調變(PWM)的功率調變功能。
  9. 一種無刷直流旋轉電機，包括：一環形電樞單元，包括：L槽依序間隔排列的第一電樞導體，且第1槽該等第一電樞導體在空間位置上與第L槽該等第一電樞導體相鄰接，L為自然數；及L槽依序間隔排列的第二電樞導體，該等第二電樞導體與該等第一電樞導體相仳鄰，且第1槽該等第二電樞導體在空間位置上與第L槽該等第二電樞導體相鄰接；一磁性單元，設置於該環形電樞單元內，該磁性單元具有N對磁極，且該磁性單元可受控制地相對於該環形電樞單元轉動，N為自然數，其中每一該等磁極面對該環型電樞單元中的S個槽，S為自然數且S
    Figure 109110489-A0305-02-0052-190
    2，每一對該等磁極面對該環型電樞單元中的M’個槽，M’為自然數且M’=2S，且L=M’*N；一對外部電極，具有極性相反的一第一極性電極以及一第二極性電極，該對外部電極為一可回充電式電池或電源模組，且該第一極性電極與該可回充電式電池或電源模組之間更與一電感串聯； 一第一共電位電極，與該第一極性電極直接或間接電性連接；一第二共電位電極；一第三共電位電極，與該第二共電位電極電性連接；一第四共電位電極，與該第二極性電極直接或間接電性連接；一控制單元，包括M1’個第一控制開關、M1’個第二控制開、M2’個第三控制開關、M2’個第四控制開關，其中，M1’、M2’、S1、S2均為自然數，M1’=2S1，M2’=2S2，M1’+M2’
    Figure 109110489-A0305-02-0053-191
    M’，且S1
    Figure 109110489-A0305-02-0053-192
    1，S2
    Figure 109110489-A0305-02-0053-193
    1，S1+S2
    Figure 109110489-A0305-02-0053-194
    S；以及一邏輯單元，與該控制單元電性連接，該邏輯單元且藉由偵測該磁性單元之位置，進而向該控制單元輸出一邏輯訊號，以控制各個該等第一、第二、第三、第四控制開關的短路或斷路；其中，該等第一、第二電樞導體可被區分為M’階電樞線圈組，且第P階該等電樞線圈組是由所有滿足1
    Figure 109110489-A0305-02-0053-195
    Q
    Figure 109110489-A0305-02-0053-196
    N之第P1槽第一電樞導體以及所有滿足1
    Figure 109110489-A0305-02-0053-197
    Q
    Figure 109110489-A0305-02-0053-198
    N之第P2槽第二電樞導體彼此以串聯或並聯所構成，P1=1+{[P-1+(M*(Q-1))]/L所得之餘數}，P2=1+{[P-1+(M*(Q-1))+S]/L所得之餘數}，P、Q、P1、P2均為自然數，且M’
    Figure 109110489-A0305-02-0053-199
    4，1
    Figure 109110489-A0305-02-0053-200
    P
    Figure 109110489-A0305-02-0053-201
    M’，1
    Figure 109110489-A0305-02-0053-202
    Q
    Figure 109110489-A0305-02-0053-203
    N，1
    Figure 109110489-A0305-02-0053-204
    P1
    Figure 109110489-A0305-02-0053-205
    L，1
    Figure 109110489-A0305-02-0053-206
    P2
    Figure 109110489-A0305-02-0053-208
    L，且該等電樞線圈組可被區分為S群，且該S群電樞線圈組可再劃分出彼此分離獨立的第一集團群及第二集團群，其中該第一集團群包括S1群的該等電樞線圈組，而該第二集團群包括S2群的該等電樞線圈組； 其中，該第一集團群中的該等S1群電樞線圈組分別連接於與該第一共電位電極相連接的第一控制開關及與該第二共電位電極相連接的第二控制開關上，且其中的第t1群該等電樞線圈組是由為第t1階該等電樞線圈組與第t1+S階該等電樞線圈組彼此反向串聯或反向並聯而成，t1為自然數且1
    Figure 109110489-A0305-02-0054-209
    t1
    Figure 109110489-A0305-02-0054-210
    S1，且該第t1群該等電樞線圈組之兩端分別具有一第[2(t1)-1]節點與一第[2(t1)]節點，且該第[2(t1)-1]節點以第[2(t1)-1]個該等第一控制開關與該第一共電位電極電性連接，該第[2(t1)]節點以一第[2(t1)]個該等第一控制開關與該第一共電位電極電性連接，且該第[2(t1)-1]節點以一第[2(t1)-1]個該等第二控制開關與該第二共電位電極電性連接，該第[2(t1)]節點以一第[2(t1)]個該等第二控制開關與該第二共電位電極電性連接，且在同一操作時間，最多有1/2的該等第一控制開關短路及最多1/2的該等第二控制開關短路，且第[2(t1)-1]個該等第一控制開關、第[2(t1)-1]個該等第二控制開關不同時短路，第[2(t1)]個該等第一控制開關、第[2(t1)]個該等第二控制開關不同時短路；其中，該第二集團群中的該等S2群電樞線圈組分別連接於與該第三共電位電極相連接的第三控制開關及與該第四共電位電極相連接的第四控制開關上，且其中的第t2群該等電樞線圈組是由第t2階電樞線圈組與第t2+S階電樞線圈組彼此反向串聯或反向並聯而成，t2為自然數且S1+1
    Figure 109110489-A0305-02-0054-211
    t2
    Figure 109110489-A0305-02-0054-212
    S，且該第t2群該等電樞線圈之兩端分別具有一第[2(t2)-1]節點與一第[2(t2)]節點，且該第[2(t2)-1]節點以第[2(t2)-3]個該等第三控制開關與該第三共電位電極電性連接，該第[2(t2)]節點以一第[2(t2)-2]個該等第三控制開關與該第三共電位電極電性連接，且該第[2(t2)-1]節點以一第 [2(t2)-3]個該等第四控制開關與該第四共電位電極電性連接，該第[2(t2)]節點以一第[2(t2)-2]個該等第四控制開關與該第四共電位電極電性連接，且在同一操作時間，最多有1/2的該等第三控制開關短路及最多1/2的該等第四控制開關短路，且第[2(t2)-3]個該等第三控制開關、第[2(t2)-3]個該等第四控制開關不同時短路，第[2(t2)-2]個該等第三控制開關、第[2(t2)-2]個該等第四控制開關不同時短路。
  10. 如請求項7所述之無刷直流旋轉電機，更包括一第五控制開關、一第六控制開關與一第七控制開關，且該第三共電位電極同時與該第五控制開關之一端及該第七控制開關之一端電性連接，且該第五控制開關之另一端則與該第一共電位電極電性連接，該第二共電位電極同時與該第六控制開關之一端及該第七控制開關之另一端電性連接，且該第六控制開關之另一端則與該第四共電位電極電性連接，其中，當該第五、第六控制開關短路且該第七控制開關斷路時，該無刷直流旋轉電機如同一並聯的馬達被該可回充電式電池模組驅動，而當該第五、第六控制開關斷路且該第七控制開關短路時，該無刷直流旋轉電機如同一串聯的發電機對該可回充電式電池模組充電。
  11. 如請求項9或10所述之無刷直流旋轉電機，當該第一極性電極與該第二極性電極的極性不變的情況下，且僅改變該邏輯單元輸出的邏輯訊號的極性而使所有同階的該等第一控制開關、該等第二控制開關、該等第三控制開關以及該等第四控制開關的動作反置時，該無刷直流旋轉電機之驅動或輸出方向會被反轉。
  12. 如請求項11所述之無刷直流旋轉電機，當該第一極性電極與該第二極性電極的極性不變的情況下，且僅快速地改變邏輯單元輸出的邏輯訊號的極性而使所有同階的該等第一控制開關、該等第二控制開關、該等第三控制開關以及該等第四控制開關的動作快速反置時，該無刷直流旋轉電機之驅動或輸出方向會被快速反轉，達成一如同脈衝寬度調變(PWM)的功率調變功能。
  13. 如請求項9或10所述之無刷直流旋轉電機，當該第一、第二極性電極的極性以及該邏輯訊號單元輸出的邏輯訊號的極性不做極性反置情況下，而是僅快速地將該邏輯單元輸出的邏輯訊號再加以同步致能/禁止，使所有同階的該等第一控制開關、該等第二控制開關、該等第三控制開關、該等第四控制開關的動作被快速地同步致能/禁止，而達成單極性脈衝寬度調變(PWM)的功率調變功能。
  14. 一車輛，包括至少一如請求項1~4中任一項所述之無刷直流旋轉電機。
  15. 一車輛，包括至少一如請求項5~8中任一項所述之無刷直流旋轉電機。
  16. 一車輛，包括至少一如請求項9~10中任一項所述之無刷直流旋轉電機。
  17. 一車輛，包括一如請求項11所述之無刷直流旋轉電機。
  18. 一車輛，包括一如請求項12所述之無刷直流旋轉電機。
  19. 一車輛，包括一如請求項13所述之無刷直流旋轉電機。
TW109110489A 2019-08-28 2020-03-27 一種無刷直流旋轉電機及含此無刷直流旋轉電機之車輛 TWI724841B (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201962892585P 2019-08-28 2019-08-28
US62/892,585 2019-08-28
US201962955466P 2019-12-31 2019-12-31
US62/955,466 2019-12-31

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW202110045A TW202110045A (zh) 2021-03-01
TWI724841B true TWI724841B (zh) 2021-04-11

Family

ID=73003884

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW109110489A TWI724841B (zh) 2019-08-28 2020-03-27 一種無刷直流旋轉電機及含此無刷直流旋轉電機之車輛
TW109203555U TWM600504U (zh) 2019-08-28 2020-03-27 一種無刷直流旋轉電機及含此無刷直流旋轉電機之車輛

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW109203555U TWM600504U (zh) 2019-08-28 2020-03-27 一種無刷直流旋轉電機及含此無刷直流旋轉電機之車輛

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11309779B2 (zh)
CN (2) CN214154187U (zh)
DE (2) DE102020122142A1 (zh)
TW (2) TWI724841B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022107573A1 (de) 2021-04-13 2022-10-13 Chun-Jong Chang Satz rotierender elektrischer Maschinen mit DC-Klemmenspannung, diesen beinhaltender Antriebsstrang und diesen beinhaltendes Fahrzeug

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2680793B1 (es) * 2017-01-24 2019-06-19 Ramos Angel Gabriel Ramos Motor eléctrico de bobina configurable

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030001442A1 (en) * 2001-06-13 2003-01-02 Chun-Pu Hsu Device capable of increasing rotation speed of magneto motor
TWM554665U (zh) * 2017-05-04 2018-01-21 張峻榮 一種無刷直流旋轉電機
CN208489780U (zh) * 2018-05-29 2019-02-12 南京航空航天大学金城学院 一种双边永磁直线磁通切换电机

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2413805A (en) * 1943-08-17 1947-01-07 Theodore W Vickers Electrical machine
US6404089B1 (en) * 2000-07-21 2002-06-11 Mark R. Tomion Electrodynamic field generator
US10263480B2 (en) * 2012-03-20 2019-04-16 Linear Labs, LLC Brushless electric motor/generator

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030001442A1 (en) * 2001-06-13 2003-01-02 Chun-Pu Hsu Device capable of increasing rotation speed of magneto motor
TWM554665U (zh) * 2017-05-04 2018-01-21 張峻榮 一種無刷直流旋轉電機
CN208489780U (zh) * 2018-05-29 2019-02-12 南京航空航天大学金城学院 一种双边永磁直线磁通切换电机

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022107573A1 (de) 2021-04-13 2022-10-13 Chun-Jong Chang Satz rotierender elektrischer Maschinen mit DC-Klemmenspannung, diesen beinhaltender Antriebsstrang und diesen beinhaltendes Fahrzeug
TWI794898B (zh) * 2021-04-13 2023-03-01 張峻榮 直流端電壓的旋轉電機組、含此直流端電壓的旋轉電機組的動力傳動系統以及含此直流端電壓的旋轉電機組的車輛

Also Published As

Publication number Publication date
CN214154187U (zh) 2021-09-07
DE102020122142A1 (de) 2021-03-04
TW202110045A (zh) 2021-03-01
US11309779B2 (en) 2022-04-19
CN112448512A (zh) 2021-03-05
TWM600504U (zh) 2020-08-21
DE202020104894U1 (de) 2020-10-15
US20210067020A1 (en) 2021-03-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11967866B2 (en) System and method for controlling a multi-tunnel electric machine
JP6845818B2 (ja) 回転電機の駆動装置
JP2002272074A (ja) 永久磁石式３相交流回転電気機器
JPS59149780A (ja) モ−タ駆動装置
CN1393982A (zh) 三相环形线圈式永磁型旋转电动机
CN1227010A (zh) 电机
US7852037B2 (en) Induction and switched reluctance motor
TWI724841B (zh) 一種無刷直流旋轉電機及含此無刷直流旋轉電機之車輛
Erdman et al. Electronically commutated dc motors for the appliance industry
US6934468B2 (en) Brushless DC motor and circuit for controlling the same
JP2000116172A (ja) 多相モータ
Millett Brushless vs brushed DC motors: When and why to choose one over the other
CN102934352B (zh) 用于运行三相无刷直流电动机的方法和控制装置
US7619383B2 (en) High steps brushless DC (BLDC) motor
CN104753300A (zh) 环形绕组永磁无刷直流电机
US10749397B2 (en) Brushless DC dynamo
KR100822991B1 (ko) 직류 모터를 제어하는 방법 및 장치
JPH0223088A (ja) ４相ブラッシュレスｄｃモータを制御する回路および方法
JPH05236688A (ja) 永久磁石形モータ
KR20060133301A (ko) Ｂｌｄｃ 모터 및 그 구동 회로
TWI644507B (zh) 直流與交換式磁阻混合馬達模組
JPH0777507B2 (ja) モータ装置
WO2019155961A1 (ja) リラクタンスモータおよび当該リラクタンスモータを備えるモータシステム
Mathew et al. Modelling of BLDC Motor, Using LabVIEW Software
JPS5825024B2 (ja) 無刷子直流モ−タ