TWI813659B - 可變頻率的獨立速度的馬達 - Google Patents

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Abstract

一種電馬達裝置可包括一轉子及一定子。該裝置可包括一主磁場馬達級，其具有定位於該定子上之一組定子電樞繞組及定位於該轉子上之一組主磁場繞組，其中該組定子電樞繞組經組態以接收來自一交變電流電力匯流排之一主要多相電力訊號，該主要多相電力訊號具有引起相對於該定子旋轉之一第一旋轉磁通量之一第一電流，其中該組主磁場繞組經組態以接收一次要多相電力訊號，該次要多相電力訊號具有引起相對於該轉子旋轉之一第二旋轉磁通量之一第二電流，且其中該第一旋轉磁通量與該第二旋轉磁通量之一組合使該轉子按一預定參考頻率來轉動。

Description

可變頻率的獨立速度的馬達
本發明的記載內容大體上與多相馬達有關，且詳言之與可變頻率的獨立速度馬達有關。
典型的電感性馬達包括耦接至定子之一組作用多相繞組，及耦接至轉子之一組非作用（或反應性）多相繞組。將一多相電力訊號施加至該組作用多相繞組。由該組作用繞組中之該多相電力訊號所產生的電流產生一磁場，該磁場導致在該組非作用多相繞組中之一相反電流。該相反電流導致使該轉子轉動之一相對磁場。隨著該轉子轉動，在該組非作用多相繞組內之該相反電流減小，從而減小該磁場。該馬達最終基於附接至該馬達之一負載及該多相電力訊號之一頻率而安定在一平衡速度。該平衡速度通常為稍小於AC電力訊號之頻率的一頻率。在該AC電力訊號之該頻率與該轉子之旋轉頻率之間的差被稱為轉差頻率（或滑角）。在具有一恆定負載之典型系統中，該轉子之該旋轉頻率及該滑角皆取決於該AC電力訊號之該頻率。
為達成獨立旋轉頻率，典型的馬達系統可依賴於一整流器電路來執行全功率AC至DC功率轉換，接著依賴於一反相器來執行另一全功率DC至AC功率轉換，其中新AC電力訊號具有所要的頻率、量值及相位。接著可使用新AC電力訊號以對應的新頻率來驅動一感應馬達。此全面之功率轉換可導致顯著的功率損失。另外，執行功率轉換所需之組件可增添顯著重量，在特定應用中（諸如，在飛行器內），其可為不合需要的。
所記載為一種克服以上描述的缺點中之至少一者之可變頻率的獨立速度馬達。在一具體實例中，一種電動馬達裝置包括用於將一激勵訊號自定子傳輸至轉子之一高頻變壓器級。該激勵訊號可用以對定位於該轉子上之一組主磁場繞組供電。另外，一AC電力訊號可直接耦接至定位於該轉子上之一組主磁場繞組供電。可對兩組主磁場繞組供電，其中有效電力中之多數經施加至定位於轉子上之該組主磁場繞組，而不執行全面電力傳送。藉由在定位於該轉子上之該組主磁場繞組內產生一電流，可將該馬達之平衡速度調整至與該AC訊號之一頻率獨立的一預定速率。
在一具體實例中，一種電動馬達裝置包括一轉子及一定子。該裝置進一步包括用於將一激勵訊號自該定子傳輸至該轉子之一高頻變壓器級，該高頻變壓器級具有定位於該定子上之一第一組變壓器繞組及定位於該轉子上之一第二組變壓器繞組。該裝置亦包括一主磁場馬達級，其具有定位於該定子上之一組定子電樞繞組及定位於該轉子上之一組主磁場繞組，其中該組定子電樞繞組經組態以接收來自一交變電流電力匯流排之一主要多相電力訊號，該主要多相電力訊號具有引起相對於該定子旋轉之一第一旋轉磁通量之一第一電流，其中該組主磁場繞組經組態以接收一次要多相電力訊號，該次要多相電力訊號具有引起相對於該轉子旋轉之一第二旋轉磁通量之一第二電流，其中該第一旋轉磁通量與該第二旋轉磁通量之一組合使該轉子按一預定參考頻率轉動。
在一些具體實例中，該裝置包括：一整流器，其耦接至該轉子且電連接至該第二組變壓器繞組，該整流器經組態以整流該激勵訊號以產生一直流電力訊號；及一反相器，其耦接至該轉子且電連接至該整流器，其中該反相器經組態以調變該直流電力訊號以產生該次要多相電力訊號。在一些具體實例中，該裝置包括一編碼器，及耦接至該轉子之一內嵌型控制器電路，該內嵌型控制器電路經組態以：基於該主要多相電力訊號來產生一電相位訊號；接收來自該編碼器之一轉子相位訊號；基於在該電相位訊號與該轉子相位訊號之間的一差來產生一組合相位訊號；及基於該組合相位訊號來產生脈寬調變訊號以控制該反相器使該次要多相電力訊號具有使該第一旋轉磁通量與該第二旋轉磁通量能夠組合以按該預定參考頻率轉動該轉子之一頻率、量值及相位。
在一些具體實例中，該裝置包括一控制訊號耦合器，其具有安置於該定子上之一第一部分及安置於該轉子上之一第二部分，其中該控制訊號耦合器為一光學的非接觸式耦合器，且其中該內嵌型控制器電路經組態以經由該控制訊號耦合器接收來自一馬達控制單元之一控制器單元的一或多個控制訊號。在一些具體實例中，該內嵌型控制器經進一步組態以：接收來自一馬達控制單元之一參考頻率訊號，該參考頻率訊號表示該預定參考頻率；基於該參考頻率訊號及一轉子頻率訊號來產生一Q軸電流訊號；基於該Q軸電流訊號及一Q軸回饋電流訊號來產生一Q軸電壓訊號；接收來自該馬達控制單元之一D軸參考電流訊號；基於該D軸參考電流訊號及一D軸回饋電流訊號產生一D軸電流訊號；及藉由將該Q軸電壓訊號及該D軸電流訊號用作至一反向派克變換之輸入而在該反向派克變換中施加該組合相位訊號來產生一α-β電壓訊號，其中該等脈寬調變訊號係自該α-β電壓訊號在一脈寬調變產生器電路處所導出。
在一些具體實例中，該內嵌型控制器經進一步組態以：接收來自該組定子電樞繞組之一轉子回饋電流訊號；藉由將該轉子回饋電流訊號用作至一克拉克變換之一輸入而應用該克拉克變換來產生一α-β電流回饋訊號；及藉由將該α-β電流回饋訊號作至一派克變換之一輸入用在該派克變換中施加該組合相位訊號來產生該D軸回饋電流訊號及該Q軸回饋電流訊號。
在一些具體實例中，該組定子電樞繞組直接耦接至該第二組變壓器繞組，且經組態以接收來自該第二組繞組之該次要多相電力訊號。在一些具體實例中，該激勵訊號包括一高頻調變訊號分量及一次要多相電力分量，其中在該第二組變壓器繞組及該組定子電樞繞組處之一電感濾波該高頻調變訊號分量以形成該次要多相電力訊號。在一些具體實例中，該轉子之該預定參考頻率獨立於該主要多相電力訊號之一頻率。在一些具體實例中，該第一組變壓器繞組、該第二組變壓器繞組、該組主磁場繞組及該組定子電樞繞組各包括三個繞組，用於與3相電力訊號一起操作。在一些具體實例中，該激勵訊號之一頻率在約1 kHz至1 MHz之間。
在一具體實例中，一種系統包括一馬達控制單元及一馬達。該馬達包括一轉子及一定子。該系統包括用於將一激勵訊號自該定子傳輸至該轉子之一高頻變壓器級，該高頻變壓器級具有定位於該定子上之一第一組變壓器繞組及定位於該轉子上之一第二組變壓器繞組。該系統進一步包括一主馬達級，其具有定位於該定子上之一組定子電樞繞組及定位於該轉子上之一組主磁場繞組，其中該組主磁場繞組經組態以接收來自一交變電流電力匯流排之一主要多相電力訊號，該主要多相電力訊號具有引起相對於該定子旋轉之一第一旋轉磁通量之一電流，其中該組定子電樞繞組經組態以接收一次要多相電力訊號，該次要多相電力訊號具有引起相對於該轉子旋轉之一第二旋轉磁通量之一電流，其中該第一旋轉磁通量與該第二旋轉磁通量之一組合使該轉子按一預定參考頻率來轉動。
在一些具體實例中，該馬達控制單元包括：一整流器，其經組態以整流來自該交變電流匯流排之該主要多相電力訊號以產生一直流電力訊號；一控制器電路；及包括一反相器之一頻率轉換器，其中該控制器電路經組態以控制該頻率轉換器調變該直流電力訊號以產生該激勵訊號。在一些具體實例中，該控制器電路經組態以進一步控制該反相器使該激勵訊號包括一高頻調變訊號分量及一次要多相電力分量，其中在該第二組變壓器繞組及該組定子電樞繞組處之一電感濾波該高頻調變訊號分量以形成該次要多相電力訊號，且其中該控制器電路經組態以控制該反相器產生具有使該第一旋轉磁通量與該第二旋轉磁通量之該組合按該預定參考頻率轉動該轉子之一頻率、量值及相位之該次要多相電力訊號。
在一些具體實例中，該控制器電路經組態以：基於該主要多相電力訊號來產生一電相位訊號；接收來自一編碼器之一轉子相位訊號；基於在該電相位訊號與該轉子相位訊號之間的一差來產生一組合相位訊號；及基於該組合相位訊號來產生脈寬調變訊號以控制該反相器使該次要多相電力訊號具有使該第一旋轉磁通量與該第二旋轉磁通量能夠組合以按該預定參考頻率轉動該轉子之一頻率、量值及相位。
在一些具體實例中，該控制器電路經進一步組態以：接收一參考頻率訊號，該參考頻率訊號表示該預定參考頻率；基於該參考頻率訊號及一轉子頻率訊號來產生一Q軸電流訊號；基於該Q軸電流訊號及一Q軸回饋電流訊號來產生一Q軸電壓訊號；接收一D軸參考電流訊號；基於該D軸參考電流訊號及一D軸回饋電流訊號來產生一D軸電流訊號；及藉由將該Q軸電壓訊號及該D軸電流訊號用作至一反向派克變換之輸入在該反向派克變換中施加該組合相位訊號來產生一α-β電壓訊號，其中該等脈寬調變訊號係自該α-β電壓訊號導出。
在一些具體實例中，該控制器電路經組態以：濾波該激勵訊號以擷取一轉子回饋電流訊號；藉由將該轉子回饋電流訊號用作至一克拉克變換之一輸入而應用該克拉克變換來產生一α-β電流回饋訊號；及藉由將該α-β電流回饋訊號用作至一派克變換之一輸入而在該派克變換中施加該組合相位訊號來產生該D軸回饋電流訊號及該Q軸回饋電流訊號。
在一具體實例中，一種方法包括在耦接至一馬達裝置之一定子之一組主磁場繞組處接收一主要多相電力訊號，該主要多相電力訊號具有引起相對於該定子旋轉之一第一旋轉磁通量之一電流。該方法進一步包括在耦接至該馬達裝置之一轉子之一組定子電樞繞組處接收一次要多相電力訊號，該次要多相電力訊號具有引起相對於該轉子旋轉之一第二旋轉磁通量之一電流。該方法亦包括基於該主要多相電力訊號來產生一電相位訊號。該方法包括接收來自經組態以監視該轉子之旋轉的一編碼器之一轉子相位訊號。該方法包括基於在該電相位訊號與該轉子相位訊號之間的一差來產生一組合相位訊號。該方法進一步包括基於該組合相位訊號來產生脈寬調變訊號以控制一反相器使該次要多相電力訊號具有使該第一旋轉磁通量與該第二旋轉磁通量能夠組合以按該預定參考頻率轉動該轉子之一頻率、量值及相位。
在一些具體實例中，該轉子之該預定參考頻率獨立於該主要多相電力訊號之一頻率。在一些具體實例中，該方法包括：使用一高頻變壓器級將一激勵訊號自該定子傳送至該轉子，該高頻變壓器級包括耦接至該定子之一第一組變壓器繞組及耦接至該轉子之一第二組變壓器繞組；及使用該激勵訊號對該次要多相電力訊號供電。
參看圖1，描繪可變頻率的獨立速度的馬達系統100之一具體實例。馬達系統100可包括一轉子102及一定子104。該系統可進一步包括一高頻變壓器級106及一主磁場級108。
該高頻變壓器級106可包括第一組變壓器繞組110及第二組變壓器繞組112。第一組變壓器繞組110可耦接至定子104且定位於定子104上，且第二組變壓器繞組112可耦接至轉子102且定位於轉子102上。第一組變壓器繞組110及第二組變壓器繞組112可包括用於將一激勵訊號自定子104傳輸至轉子102之3相繞組。
如本文中所使用，高頻意謂該訊號之頻率大於轉子102之旋轉頻率。舉例而言，隨著待自第一組變壓器繞組110傳輸至第二組變壓器繞組112的一激勵訊號之頻率增大，轉子102之旋轉之效應變得不太顯著。此可使激勵訊號能夠被傳輸，而無由轉子102之旋轉所引起的顯著干擾或功率損失。另外，高頻變壓器級106可省略在定子104與轉子102之間的接觸電力傳輸機構。舉例而言，當典型電力傳輸機構可包括滑環或類似接觸電力傳輸機構時，馬達系統100可省略此等接觸機構。藉由消除在定子104與轉子102之間的接觸電力傳輸機構，可避免效能問題，諸如，發弧、磨損及接觸電阻。此可導致較大可靠性、較低維修成本、較少停機時間及減少之功率損失。可存在其他優勢。
主磁場級108可包括耦接至轉子102且定位於轉子102上之一整流器114及一反相器116。整流器114可經組態以整流高頻激勵訊號以產生一DC電力訊號。舉例而言，整流器114可作為3相二極體型整流器。反相器116可包括多個開關，用於調變DC電力訊號，如本文中所描述。
主磁場級108可進一步包括耦接至定子104且定位於定子104上之一組定子電樞繞組118，及耦接至轉子102且定位於轉子102上之一組主磁場繞組120。該組定子電樞繞組118可耦接至一AC電力匯流排140，且經組態以接收來自該AC電力匯流排140之一多相電力訊號242。該多相電力訊號242可作為3相電力訊號。該組主磁場繞組120可耦接至反相器116之一輸出端，且經組態以接收來自該反相器116之一次要多相電力訊號280。
主磁場級108可包括一內嵌型控制器電路122，其耦接至轉子102且至少部分定位於轉子102上。內嵌型控制器電路122可包括邏輯電路系統以便控制如本文中描述之反相器116，以產生具有一預定頻率、量值及相位之次要多相電力訊號280。替代地或另外，該內嵌型控制器電路122可包括經組態以控制如本文中描述之反相器116之一處理器及對應的記憶體。
馬達系統100可進一步包括一訊號耦合器124，以將控制訊號（諸如，本文中進一步描述之參考頻率訊號202）自定子104傳至轉子102，而不進行實體接觸。訊號耦合器124可具有安置於定子104上之一第一部分及安置於轉子102上之一第二部分，且可包括一光學鏈路。因而，訊號耦合器124可作為一非接觸耦合器，以便如與接觸訊號耦合器相比，產生較少摩擦。
轉子102可包括一軸桿128，其耦接至轉子102以用於將機械力傳送至一外部系統。舉例而言，軸桿128可作為飛行器或其他車輛之推進系統提供旋轉動力。一編碼器126可監視軸桿128之旋轉，且可產生指示軸桿128之位置的一轉子相位訊號240。
馬達系統100可包括一馬達控制單元130。該馬達控制單元130可在轉子102及定子104外部。另外，該馬達控制單元130可定位成遠離馬達系統100之其他部分。馬達控制單元130可包括一整流器132、一頻率轉換器134及一控制器電路136。
整流器132可耦接至AC電力匯流排140，且經組態以產生一DC電力訊號用於由頻率轉換器134在產生激勵訊號時使用，及對控制器電路136供電。控制器電路136可經組態以控制在頻率轉換器134內之多個開關以便產生激勵訊號。舉例而言，頻率轉換器134可包括一功率調變器電路（圖中未示）。
控制器電路136可實施為邏輯電路系統，以便控制頻率轉換器134。替代地或另外，該控制器電路136可包括經組態以控制頻率轉換器134之一處理器及對應的記憶體。舉例而言，在一些具體實例中，控制器電路136可包括一中央處理單元（CPU）、一圖形處理單元（GPU）、一數位訊號處理器（DSP）、一周邊介面控制器（PIC）、另一類型之微處理器及/或前述之組合。控制器電路136可實施為積體電路、場可程式化閘陣列（FPGA）、特殊應用積體電路（ASIC）、邏輯閘電路系統之組合、其他類型之數位或類比電設計組件或前述之組合。
在操作期間，AC電力匯流排140可將一主要多相電力訊號242提供至該組定子電樞繞組118。AC電力匯流排140可同時將主要多相電力訊號242提供至該馬達控制單元130之整流器132。
整流器132可整流主要多相電力訊號242以產生一DC電力訊號用於對頻率轉換器134及控制器電路136供電。控制器電路136可將一控制訊號150發送至頻率轉換器134，以控制頻率轉換器134使用DC電力訊號來產生可傳輸至第一組變壓器繞組110之一高頻激勵訊號。該激勵訊號之一頻率可在約1 kHz至1 MHz之間。
第一組變壓器繞組110可將高頻激勵訊號傳輸至第二組變壓器繞組112，且整流器114可將高頻激勵訊號轉換至可由反相器116使用之一DC電力訊號。控制器電路136可監視AC電力匯流排140上的主AC電力訊號242之一相位242a。控制器電路136可經由訊號耦合器124而進一步將控制訊號（諸如參考頻率訊號202）傳輸至控制的內嵌型控制器電路122，該等控制訊號包括指示主AC電力訊號242之電相位之一訊號。內嵌型控制器電路122可進一步接收來自編碼器126之一轉子相位訊號240，及指示基於反相器116之輸出而與次要多相電力訊號280相關聯之一電流的一訊號。
基於控制訊號及回饋訊號，內嵌型控制器電路122可使用脈寬調變訊號222來控制反相器116以產生可施加至該組主磁場繞組120之次要多相電力訊號280。
藉由將來自AC電力匯流排140的AC電力訊號施加至該組定子電樞繞組118，而不執行全功率轉換，馬達系統100可比依賴於電力匯流排與主級之輸入端之間的整流及調變之典型感應馬達更為高效。另外，藉由主動地將次要多相電力訊號280施加至該組主磁場繞組120，可設定轉子以按獨立於AC電力匯流排140上的多相電力訊號之頻率的一預定頻率來旋轉。因而，藉由將AC電力匯流排140上的電力訊號之有效功率中之多數（例如，90%）直接施加至該組定子電樞繞組118，馬達系統100可更高效地達成轉子102之獨立速度。有效功率中之其餘部分（例如，10%）可傳輸至轉子102，經過獨立轉換，且施加至該組主磁場繞組120，以達成獨立於AC電力匯流排140上的多相電力訊號之頻率的一旋轉頻率。可存在馬達系統100之其他優勢。
參看圖2，描繪用於一可變頻率的獨立速度的馬達系統之一控制系統200。控制系統200之部分可定位於定子104上，且其他部分可定位於轉子102上。另外，圖2描述內嵌型控制器電路122之功能。描述之功能可由邏輯電路系統執行，由與具有使處理器執行功能之指令的記憶體耦接之一處理器執行，或由其前述之任何組合執行。應注意，對於本文中描述的訊號中之每一者，可針對多相電力系統中之每一相位提供一單獨訊號。
控制系統200可經由訊號耦合器124接收一參考頻率訊號202。在一些具體實例中，參考頻率訊號202可接收自圖1之控制器電路136。替代地，參考頻率訊號202可由使用者設定，或可硬寫碼至控制器電路136內。
控制系統200可包括一速度比例-積分-導數（PID）204。速度PID 204可接收參考頻率訊號202及本文中進一步描述之一轉子頻率訊號206。基於參考頻率訊號202及轉子頻率訊號206，速度PID 204可產生一正交軸（Q軸）電流訊號208。
控制系統200可進一步包括一轉矩PID 210。轉矩PID 210可接收Q軸電流訊號208及本文中進一步描述之一Q軸回饋電流訊號212。基於Q軸電流訊號208及Q軸回饋電流訊號212，轉矩PID 210可產生一Q軸電壓訊號214。
控制系統200可進一步包括反向派克（inverse-Park）電路216。該反向派克電路216可接收該Q軸電壓訊號以及直軸（D軸）電流訊號236和組合相位訊號250（其在本文中進一步描述）。組合相位訊號250可在反向派克變換中施加以將Q軸電壓訊號214及D軸電流訊號236變換成一α-β電壓訊號218。
控制系統200可包括一脈寬調變產生器220，其可接收該α-β電壓訊號218且使用其以導出用來驅動反相器116之脈寬調變訊號222。該反相器可接著產生用來驅動該組主磁場繞組120之一次要多相電力訊號280。
該組定子電樞繞組118可由一AC電力匯流排140驅動，從而引起一第一旋轉磁場。該組主磁場繞組120可由在反相器116處產生之一次要多相電力訊號280驅動，且引起一第二旋轉磁場。第一旋轉磁通量與第二旋轉磁通量之組合可使轉子按由參考頻率訊號202指示之預定參考頻率來轉動。該預定參考頻率可獨立於AC電力匯流排140上的多相電力訊號之一頻率。
關於該轉子頻率訊號206，編碼器126可監視轉子102之機械旋轉，且產生一轉子相位訊號240。控制系統200可包括一速度轉換器252，其接收該轉子相位訊號240且將其轉換至轉子頻率訊號206。舉例而言，速度轉換器252可判定對於由轉子相位訊號240指示之轉子相位完成一個充分旋轉（亦即，與轉子102相關聯之週期）所需之時間，及使用對於一個充分旋轉所花費之時間來判定轉子頻率訊號206之頻率。
關於組合相位訊號250，控制系統200可包括一電相位角度轉換器244。電相位角度轉換器244可監視AC電力匯流排140上的多相電力訊號242之一相位242a，且藉由判定與多相電力訊號之一相位相關聯的週期，電相位角度轉換器244可產生一電相位訊號246。
控制系統200可包括一組合電路248。舉例而言，組合電路248可作為一相位加法/減法電路。同樣地，如本文中所解釋，組合電路248可作為經程式化用於執行加法及減法函數之一處理器及記憶體。組合電路248可藉由判定在轉子相位訊號240與電相位訊號246之間的差來產生組合相位訊號250。
關於D軸電流訊號236，控制系統200可經由訊號耦合器124接收一D軸參考電流訊號230。D軸參考電流訊號230可接收自圖1之控制器電路136，且可由一使用者設定，可硬寫碼至控制器電路136內，或可基於轉子102之所要的功率輸出來計算。
控制系統200可包括一通量PID 232。通量PID 232可接收D軸參考電流訊230及本文中進一步描述之一D軸回饋電流訊號234。通量PID 232可使用D軸參考電流訊230及D軸回饋電流訊號234來產生D軸電流訊號236。
關於D軸回饋電流訊號234及Q軸回饋電流訊號212，控制系統200可包括一克拉克（Clark）變換電路262。可變換用於該組主磁場繞組120之每一相位的一電流訊號260，以產生一α-β電流訊號264。
控制系統200可包括一派克變換電路266，其接收α-β電流訊號264及組合相位訊號250。可藉由將組合相位訊號250與α-β電流訊號264作為輸入一起施加至派克變換，以產生D軸回饋電流訊號234及Q軸回饋電流訊號212。
控制系統200之電路及/或模組中之任何者可經組合，且可共用邏輯電路系統。另外，控制系統200之電路及/或模組中之任何者可包括一處理器，或可共用一處理器，以執行參考每一電路及/或模組所描述之功能。
控制系統200之益處在於可使脈寬調變控制訊號能夠被產生，以控制反相器116產生一次要多相電力訊號，該次要多相電力訊號在被施加至該組主磁場繞組120時創造一第二旋轉磁場，該第二旋轉磁場在與由該組定子電樞繞組118所產生之第一旋轉磁場組合時使轉子102按由參考頻率訊號202所指示之預定參考頻率來旋轉。該預定參考頻率可獨立於AC電力匯流排140上的多相電力訊號之一頻率。可存在其他優勢。
參看圖3，描繪可變頻率的獨立速度的馬達系統300之具體實例。如在圖1中，馬達系統300可包括轉子102及定子104，伴有高頻變壓器級106及主磁場級108。該高頻變壓器級106可包括第一組變壓器繞組110及第二組變壓器繞組112。主磁場級108可包括一組定子電樞繞組118及一組主磁場繞組120。轉子102可與轉子的軸桿128耦接，且編碼器126可經組態以監視轉子的軸桿128之旋轉。AC電力匯流排140可提供多相電力訊號以對馬達系統300供電。
馬達系統300可與馬達系統100不同，不同之處在於第二組變壓器繞組112可直接耦接至該組主磁場繞組120。如本文中所使用，術語「直接耦合（coupled directly）」意謂在第二組變壓器繞組112與該組主磁場繞組120之間不存在中介的整流器電路或反相器電路。
馬達系統300可進一步包括一馬達控制單元130。馬達控制單元130可包括一整流器132、一頻率轉換器134及一控制器電路136。控制器電路136可包括一控制器模組322，其經由一控制訊號150以執行用於控制頻率轉換器134之功能。控制器模組322可實施作為邏輯電路系統，或實施作為經程式化用於執行本文中描述之功能的處理器及記憶體。
在操作期間，AC電力匯流排140可將一主要多相電力訊號242提供至第一組主繞組118。AC電力匯流排140可同時將主要多相電力訊號242提供至該馬達控制單元130之整流器132。整流器132可整流主要多相電力訊號以產生一DC電力訊號，以用於對頻率轉換器134及控制器電路136供電。控制器電路136可控制頻率轉換器134使用DC電力訊號來產生可傳輸至第一組變壓器繞組110之一高頻激勵訊號。
激勵訊號可包括一高頻調變分量及一次要多相電力訊號分量。可基於提供至控制器電路136之控制器模組322的回饋訊號（諸如，多相電力訊號242之相位242a、轉子相位訊號240及回饋高頻的激勵訊號370）來產生次要多相電力訊號分量。舉例而言，馬達控制單元130可包括一低通濾波器302。低通濾波器302可用以濾波激勵訊號之每一相位以提供一回饋電流訊號。回饋電流訊號可表示將施加至該組主磁場繞組120之一電流。控制器模組322可進一步接收來自編碼器126之一轉子相位訊號，及指示來自AC電力匯流排140的主要AC電力訊號之電相位之一訊號。基於此等回饋訊號，頻率轉換器134可由控制器電路136控制以產生高頻激勵訊號。
第一組變壓器繞組110可將高頻激勵訊號傳輸至第二組變壓器繞組112。在第二組變壓器繞組112與該組主磁場繞組120之間的電感可濾波來自高頻激勵訊號之高頻調變分量，從而導致可主動地驅動該組主磁場繞組120之其餘的次要多相電力訊號280。
當將來自AC電力匯流排140之主要多相電力訊號施加至該組定子電樞繞組118時，可在該組主磁場繞組118處產生一第一旋轉磁通量。當將次要多相電力訊號280施加至該組主磁場繞組120時，可產生一第二旋轉磁通量，其在與第一旋轉磁通量組合時使轉子102按一預定參考頻率來旋轉。因為轉子102之旋轉之頻率係基於第一旋轉磁通量與第二旋轉磁通量之組合，所以轉子102之頻率可獨立於AC電力匯流排140上的主要多相電力訊號之頻率。
馬達系統300之一優勢在於轉子102可按一獨立頻率來旋轉，同時亦實現自AC電力匯流排140至該組定子電樞繞組118之直接電力傳送。如與經組態以按獨立於對其供電之AC電力匯流排之頻率來運作之典型AC馬達相比，此可使馬達系統300能夠更高效，典型AC馬達可依賴於在主級繞組與AC匯流排之間的全面功率轉換。另外，藉由在馬達控制單元130內產生次要多相電力訊號且隨後將次要多相電力訊號傳輸至轉子102作為由頻率轉換器134所產生的高頻激勵訊號之一分量，馬達系統300可省略轉子102上之複雜電路系統。
參看圖4，描繪用於一可變頻率的獨立速度的馬達系統之一控制系統400。控制系統400中之一大部分可定位於轉子102及定子104外部。舉例而言，控制系統400之部分可定位於控制器電路136內部之控制器模組322內。另外，描述之功能可由邏輯電路系統執行，由與具有使處理器執行功能之指令的記憶體耦接之一處理器執行，或由其任何組合執行。應注意，對於本文中描述的訊號中之每一者，可針對多相電力系統中之每一相位提供一單獨訊號。
控制系統400可接收一參考頻率訊號202。參考頻率訊號202可由使用者設定，由控制器電路136產生，或可硬寫碼至控制器電路136內。
控制系統200可包括一速度PID 204。速度PID可接收參考頻率訊號202及本文中進一步描述之一轉子頻率訊號206。基於參考頻率訊號202及轉子頻率訊號206，速度PID 204可產生一Q軸電流訊號208。
控制系統400可進一步包括一轉矩PID 210。轉矩PID 210可接收Q軸電流訊號208及本文中進一步描述之一Q軸回饋電流訊號212。基於Q軸電流訊號208及Q軸回饋電流訊號212，轉矩PID 210可產生一Q軸電壓訊號214。
控制系統400亦可包括一反向派克電路216。反向派克電路216可接收該Q軸電壓訊號以及一D軸電流訊號236和一組合相位訊號250（其在本文中進一步描述）。組合相位訊號250可在反向派克變換中施加以將Q軸電壓訊號214及D軸電流訊號236變換成一α-β電壓訊號218。
控制系統400可包括一脈寬調變產生器220，其可接收該α-β電壓訊號218且使用其以導出驅動反相器116之脈寬調變訊號222。反相器116可接著產生一激勵訊號，其包括可經由高頻變壓器模組110、112以自定子104傳送至轉子102之一次要多相電力訊號分量。提取之次要多相電力訊號280可接著驅動該組主磁場繞組120。
該組定子電樞繞組118可由一AC電力匯流排140驅動，從而引起一第一旋轉磁場。該組主磁場繞組120可由次要多相電力訊號280驅動，從而引起一第二旋轉磁場。第一旋轉磁通量與第二旋轉磁通量之組合可使轉子102按由參考頻率訊號202所指示之預定參考頻率來轉動。該預定參考頻率可獨立於AC電力匯流排140上的多相電力訊號之一頻率。
關於該轉子頻率訊號206，編碼器126可監視轉子102之機械旋轉，且產生一轉子相位訊號240。控制系統200可包括一速度轉換器252，其接收該轉子相位訊號240且將其轉換成轉子頻率訊號206。舉例而言，速度轉換器252可判定對於由轉子相位訊號240所指示之轉子相位完成一個充分旋轉（亦即，與轉子102相關聯之週期）所需之時間，及使用對於一個充分旋轉所花費之時間來判定轉子頻率訊號206之頻率。
關於組合相位訊號250，控制系統200可包括一電相位角度轉換器244。電相位角度轉換器244可監視AC電力匯流排140上之多相電力訊號，且藉由判定與多相電力訊號242之一單一相位242a相關聯的週期，電相位角度轉換器244可產生一電相位訊號246。
控制系統400可包括一組合電路248。舉例而言，組合電路248可作為一相位加法/減法電路。同樣地，如本文中所解釋，組合電路248可作為經程式化用於執行加法及減法函數之一處理器及記憶體。組合電路248可藉由判定在轉子相位訊號240與電相位訊號246之間的差來產生組合相位訊號250。
關於D軸電流訊號236，控制系統200可接收一D軸參考電流訊號230。D軸參考電流訊號230可接收自圖1之控制器電路136，且可由一使用者設定，可硬寫碼至控制器電路136內，或可基於轉子102之所要功率輸出來計算。
控制系統400可包括一通量PID 232。通量PID 232可接收D軸參考電流訊230及本文中進一步描述之一D軸回饋電流訊號234。通量PID 232可使用D軸參考電流訊230及D軸回饋電流訊號234來產生D軸電流訊號236。
關於D軸回饋電流訊號234及Q軸回饋電流訊號212，控制系統200可包括一克拉克變換電路262。可變換用於該組主磁場繞組120之每一相位的一電流訊號260，以產生一α-β電流訊號264。為了產生電流訊號260，控制系統400可包括一低通濾波器以自激勵訊號370提取次要多相電力訊號280。此與控制系統200不同，控制系統200在次要多相電力訊號280被施加至該組主磁場繞組120時直接量測該次要多相電力訊號280。
控制系統400可包括一派克變換電路266，其接收α-β電流訊號264及組合相位訊號250。可藉由將組合相位訊號250與α-β電流訊號264一起施加至派克變換電路266作為輸入，來產生D軸回饋電流訊號234及Q軸回饋電流訊號212。
控制系統200之電路及/或模組中之任一者可經組合，且可共用邏輯電路系統。另外，控制系統200之電路及/或模組中之任一者可包括一處理器，或可共用一處理器，以執行參考每一電路及/或模組所描述之功能。
控制系統400之益處在於可使脈寬調變控制訊號能夠產生，以控制反相器116產生一次要多相電力訊號280，該次要多相電力訊號當被施加至該組主磁場繞組120時，創造一第二旋轉磁場，該第二旋轉磁場當與由該組定子電樞繞組118所產生之第一旋轉磁場組合時，使轉子102按由參考頻率訊號202所指示之預定參考頻率來旋轉。該預定參考頻率可獨立於AC電力匯流排140上的多相電力訊號之一頻率。可存在其他優勢。
參看圖5，描繪高頻激勵訊號之單一相位之一具體實例。如所展示，高頻激勵訊號可包括由矩形脈衝組成之高頻調變分量。高頻激勵訊號可進一步包括基於矩形脈衝中之每一者之持續時間或寬度所編碼之次要經調變電力訊號。當濾波高頻激勵訊號時，經由低通濾波器之使用或基於電路內之電感，矩形脈衝之變化脈寬可提供形成正弦訊號之平均功率。電感可作為來自第二組變壓器繞組112及該組主磁場繞組120之洩漏電感，或其可作為經單獨地被插入於繞組112、120之間的專用電感。在激勵訊號內所攜帶之能量由圖5中描繪之正弦線來表示。
參看圖6，描繪在已經由低通濾波器濾波後的經脈寬調變之激勵訊號（例如，圖5中描繪之訊號）之三個相位。如所示，當圖5中描繪之激勵訊號經濾波時，使高頻矩形脈衝變平滑成正弦電力相位。圖6中描繪之多相訊號可用以驅動該組主磁場繞組120以在轉子102處產生第二旋轉磁通量。
參看圖7，描繪方法700。方法700可包括在702處，在耦接至一馬達裝置之一定子之一組主磁場繞組處接收一主要多相電力訊號，該主要多相電力訊號具有引起相對於該定子旋轉之一第一旋轉磁通量之一電流。
該方法700可進一步包括在704處，在耦接至該馬達裝置之一轉子之一組定子電樞繞組處接收一次要多相電力訊號，該次要多相電力訊號具有引起相對於該轉子旋轉之一第二旋轉磁通量之一電流。
該方法700亦可包括在706處，基於該主要多相電力訊號來產生一電相位訊號。
該方法700包括在708處，接收來自經組態以監視該轉子之旋轉的一編碼器之一轉子相位訊號。
該方法700可進一步包括在710處，基於在該電相位訊號與該轉子相位訊號之間的一差來產生一組合相位訊號。
該方法700亦可包括在712處，基於該組合相位訊號來產生脈寬調變訊號以控制一反相器，而使該次要多相電力訊號具有使該第一旋轉磁通量與該第二旋轉磁通量能夠組合以按該預定參考頻率來轉動該轉子之一頻率、量值及相位。
方法700之益處在於馬達可按獨立於用以驅動該馬達的AC匯流排之頻率之速度旋轉。另外，方法700可比依賴於電力匯流排與主級之輸入端之間的整流及調變之典型感應馬達方法更高效。可存在方法700之其他優勢。
另外，本記載內容包含根據以下條款之實例：
條款1. 一種電馬達裝置，包含：一轉子；一定子；一高頻變壓器級，其用於將一激勵訊號自該定子傳輸至該轉子，該高頻變壓器級具有定位於該定子上之一第一組變壓器繞組及定位於該轉子上之一第二組變壓器繞組；及一主磁場馬達級，其具有定位於該定子上之一組定子電樞繞組及定位於該轉子上之一組主磁場繞組，其中該組定子電樞繞組經組態以接收來自一交變電流電力匯流排之一主要多相電力訊號，該主要多相電力訊號具有引起相對於該定子旋轉之一第一旋轉磁通量之一第一電流，其中該組主磁場繞組經組態以接收一次要多相電力訊號，該次要多相電力訊號具有引起相對於該轉子旋轉之一第二旋轉磁通量之一第二電流，其中該第一旋轉磁通量與該第二旋轉磁通量之一組合使該轉子按一預定參考頻率來轉動。
條款2. 如條款1所述之裝置，其進一步包含：一整流器，其耦接至該轉子且電連接至該第二組變壓器繞組，該整流器經組態以整流該激勵訊號以產生一直流電力訊號；及一反相器，其耦接至該轉子且電連接至該整流器，其中該反相器經組態以調變該直流電力訊號以產生該次要多相電力訊號。
條款3. 如條款2所述之裝置，其進一步包含：一編碼器；及耦接至該轉子之一內嵌型控制器電路，該內嵌型控制器電路經組態以：基於該主要多相電力訊號來產生一電相位訊號；接收來自該編碼器之一轉子相位訊號；基於在該電相位訊號與該轉子相位訊號之間的一差來產生一組合相位訊號；及基於該組合相位訊號來產生脈寬調變訊號以控制該反相器使該次要多相電力訊號具有使該第一旋轉磁通量與該第二旋轉磁通量能夠組合以按該預定參考頻率轉動該轉子之一頻率、量值及相位。
條款4. 如條款3所述之裝置，其進一步包含：一控制訊號耦合器，其具有安置於該定子上之一第一部分及安置於該轉子上之一第二部分，其中該控制訊號耦合器為一光學的非接觸式耦合器，且其中該內嵌型控制器電路經組態以經由該控制訊號耦合器接收來自一馬達控制單元之一控制器單元的一或多個控制訊號。
條款5. 如條款3所述之裝置，其中該內嵌型控制器經進一步組態以：接收來自一馬達控制單元之一參考頻率訊號，該參考頻率訊號表示該預定參考頻率；基於該參考頻率訊號及一轉子頻率訊號來產生一Q軸電流訊號；基於該Q軸電流訊號及一Q軸回饋電流訊號來產生一Q軸電壓訊號；接收來自該馬達控制單元之一D軸參考電流訊號；基於該D軸參考電流訊號及一D軸回饋電流訊號來產生一D軸電流訊號；及藉由將該Q軸電壓訊號及該D軸電流訊號用作至一反向派克變換之輸入而在該反向派克變換中施加該組合相位訊號來產生一α-β電壓訊號，其中該等脈寬調變訊號係自該α-β電壓訊號而在一脈寬調變產生器電路處所導出。
條款6. 如條款5所述之裝置，其中該內嵌型控制器經進一步組態以：接收來自該組主磁場繞組之一轉子回饋電流訊號；藉由將該轉子回饋電流訊號用作至一克拉克變換之一輸入而應用該克拉克變換來產生一α-β電流回饋訊號；及藉由將該α-β電流回饋訊號用作至一派克變換之一輸入而在該派克變換中施加該組合相位訊號來產生該D軸回饋電流訊號及該Q軸回饋電流訊號。
條款7. 如條款1所述之裝置，其中該組主磁場繞組直接耦接至該第二組變壓器繞組，且經組態以接收來自該第二組變壓器繞組之該次要多相電力訊號。
條款8. 如條款7所述之裝置，其中該激勵訊號包括一高頻調變訊號分量及一次要多相電力分量，且其中在該第二組變壓器繞組及該組主磁場繞組處之一電感濾波該高頻調變訊號分量以形成該次要多相電力訊號。
條款9. 如條款1所述之裝置，其中該轉子之該預定參考頻率獨立於該主要多相電力訊號之一頻率。
條款10. 如條款1所述之裝置，其中該第一組變壓器繞組、該第二組變壓器繞組、該組主磁場繞組及該組定子電樞繞組各包括三個繞組，用於與3相電力訊號一起操作。
條款11. 如條款1所述之裝置，其中該激勵訊號之一頻率在約1 kHz至1 MHz之間。
條款12. 一種系統，其包含：一馬達控制單元；及一馬達，其包含：一轉子；一定子；一高頻變壓器級，其用於將一激勵訊號自該定子傳輸至該轉子，該高頻變壓器級具有定位於該定子上之一第一組變壓器繞組及定位於該轉子上之一第二組變壓器繞組；及一主馬達級，其具有定位於該定子上之一組定子電樞繞組及定位於該轉子上之一組主磁場繞組，其中該組定子電樞繞組經組態以接收來自一交變電流電力匯流排之一主要多相電力訊號，該主要多相電力訊號具有引起相對於該定子旋轉之一第一旋轉磁通量之一電流，且其中該組主磁場繞組經組態以接收一次要多相電力訊號，該次要多相電力訊號具有引起相對於該轉子旋轉之一第二旋轉磁通量之一電流，其中該第一旋轉磁通量與該第二旋轉磁通量之一組合使該轉子按一預定參考頻率來轉動。
條款13. 如條款12所述之系統，其中該馬達控制單元包含：一整流器，其經組態以整流來自該交變電流匯流排之該主要多相電力訊號以產生一直流電力訊號；一控制器電路；及包括一反相器之一頻率轉換器，其中該控制器電路經組態以控制該頻率轉換器調變該直流電力訊號以產生該激勵訊號。
條款14. 如條款13所述之系統，其中該控制器電路經組態以進一步控制該反相器使該激勵訊號包括一高頻調變訊號分量及一次要多相電力分量，其中在該第二組變壓器繞組與該組主磁場繞組之間的一電感濾波該高頻調變訊號分量以形成該次要多相電力訊號，且其中該控制器電路經組態以控制該反相器產生具有使該第一旋轉磁通量與該第二旋轉磁通量之該組合按該預定參考頻率轉動該轉子之一頻率、量值及相位之該次要多相電力訊號。
條款15. 如條款13所述之系統，其中該控制器電路經組態以：基於該主要多相電力訊號來產生一電相位訊號；接收來自一編碼器之一轉子相位訊號；基於在該電相位訊號與該轉子相位訊號之間的一差來產生一組合相位訊號；及基於該組合相位訊號來產生脈寬調變訊號以控制該反相器使該次要多相電力訊號具有使該第一旋轉磁通量與該第二旋轉磁通量能夠組合以按該預定參考頻率轉動該轉子之一頻率、量值及相位。
條款16. 如條款15所述之系統，其中該控制器電路經進一步組態以：接收一參考頻率訊號，該參考頻率訊號表示該預定參考頻率；基於該參考頻率訊號及一轉子頻率訊號來產生一Q軸電流訊號；基於該Q軸電流訊號及一Q軸回饋電流訊號來產生一Q軸電壓訊號；接收一D軸參考電流訊號；基於該D軸參考電流訊號及一D軸回饋電流訊號來產生一D軸電流訊號；及藉由將該Q軸電壓訊號及該D軸電流訊號用作至一反向派克變換之輸入而在該反向派克變換中施加該組合相位訊號來產生一α-β電壓訊號，其中該等脈寬調變訊號係自該α-β電壓訊號所導出。
條款17. 如條款16所述之系統，其中該控制器電路經進一步組態以：濾波該激勵訊號以擷取一轉子回饋電流訊號；藉由將該轉子回饋電流訊號用作至一克拉克變換之一輸入而應用該克拉克變換來產生一α-β電流回饋訊號；及藉由將該α-β電流回饋訊號用作至一派克變換之一輸入而在該派克變換中施加該組合相位訊號來產生該D軸回饋電流訊號及該Q軸回饋電流訊號。
條款18. 一種方法，其包含：在耦接至一馬達裝置之一定子之一組定子電樞繞組處接收一主要多相電力訊號，該主要多相電力訊號具有引起相對於該定子旋轉之一第一旋轉磁通量之一電流；在耦接至該馬達裝置之一轉子之一組主磁場繞組處接收一次要多相電力訊號，該次要多相電力訊號具有引起相對於該轉子旋轉之一第二旋轉磁通量之一電流；基於該主要多相電力訊號來產生一電相位訊號；接收來自經組態以監視該轉子之旋轉的一編碼器之一轉子相位訊號；基於在該電相位訊號與該轉子相位訊號之間的一差來產生一組合相位訊號；及基於該組合相位訊號來產生脈寬調變訊號以控制一反相器使該次要多相電力訊號具有使該第一旋轉磁通量與該第二旋轉磁通量能夠組合以按一預定參考頻率轉動該轉子之一頻率、量值及相位。
條款19. 如條款18所述之方法，其中該轉子之該預定參考頻率獨立於該主要多相電力訊號之一頻率。
條款20. 如條款18所述之方法，其進一步包含：使用一高頻變壓器級將一激勵訊號自該定子傳送至該轉子，該高頻變壓器級包括耦接至該定子之一第一組變壓器繞組及耦接至該轉子之一第二組變壓器繞組；及使用該激勵訊號對該次要多相電力訊號供電。
雖然已展示及描述各種具體實例，但本記載內容不受如此限制，且將被理解為包含對熟習此項技術者將顯而易見之所有此等修改及變化。
100‧‧‧馬達系統 102‧‧‧轉子 104‧‧‧定子 106‧‧‧高頻變壓器級 108‧‧‧主磁場級 110‧‧‧第一組變壓器繞組/高頻變壓器模組 112‧‧‧第二組變壓器繞組/高頻變壓器模組 114‧‧‧整流器 116‧‧‧反相器 118‧‧‧定子電樞繞組/第一組主繞組 120‧‧‧主磁場繞組 122‧‧‧內嵌型控制器電路 124‧‧‧訊號耦合器 126‧‧‧編碼器 128‧‧‧軸桿 130‧‧‧馬達控制單元 132‧‧‧整流器 134‧‧‧頻率轉換器 136‧‧‧控制器電路 140‧‧‧AC電力匯流排 150‧‧‧控制訊號 200‧‧‧控制系統 202‧‧‧參考頻率訊號 204‧‧‧速度比例-積分-導數（PID） 206‧‧‧轉子頻率訊號 208‧‧‧正交軸（Q軸）電流訊號 210‧‧‧轉矩PID 212‧‧‧Q軸回饋電流訊號 214‧‧‧Q軸電壓訊號 216‧‧‧反向派克電路 218‧‧‧α-β電壓訊號 220‧‧‧脈寬調變產生器 222‧‧‧脈寬調變訊號 230‧‧‧D軸參考電流訊號 232‧‧‧通量PID 234‧‧‧D軸回饋電流訊號 236‧‧‧D軸電流訊號 240‧‧‧轉子相位訊號 242‧‧‧（主要）多相電力訊號 242a‧‧‧相位 244‧‧‧電相位角度轉換器 246‧‧‧電相位訊號 248‧‧‧組合電路 250‧‧‧組合相位訊號 252‧‧‧速度轉換器 260‧‧‧電流訊號 262‧‧‧克拉克變換電路 264‧‧‧α-β電流訊號 266‧‧‧派克變換電路 280‧‧‧次要多相電力訊號 300‧‧‧馬達系統 302‧‧‧低通濾波器 322‧‧‧控制器模組 370‧‧‧激勵訊號 400‧‧‧控制系統 700‧‧‧方法
圖1為描繪一可變頻率的獨立速度的馬達系統之一具體實例之方塊圖。 圖2為描繪用於一可變頻率的獨立速度的馬達系統之一控制系統之一具體實例之方塊圖。 圖3為描繪一可變頻率的獨立速度的馬達系統之一具體實例之方塊圖。 圖4為描繪用於一可變頻率的獨立速度的馬達系統之一控制系統之一具體實例之方塊圖。 圖5為描繪具有一調變分量及一多相電力訊號分量的一經脈寬調變之激勵訊號之單一相位之一具體實例之圖表。 圖6為描繪一經低通濾波之脈寬調變之激勵訊號的三個相位之一具體實例之圖表。 圖7為描繪用於可變頻率的獨立速度的馬達旋轉之一方法之一具體實例之流程圖。 雖然本記載內容易有各種修改及替代形式，但特定具體實例已在圖式中藉由實例展示且將在本文中詳細地描述。然而，應理解，本記載內容並不意欲限於所記載之特定形式。相反地，本發明將涵蓋落入本記載內容之範圍內的所有修改、等效內容及替代內容。
100‧‧‧馬達系統
102‧‧‧轉子
104‧‧‧定子
106‧‧‧高頻變壓器級
108‧‧‧主磁場級
110‧‧‧第一組變壓器繞組/高頻變壓器模組
112‧‧‧第二組變壓器繞組/高頻變壓器模組
114‧‧‧整流器
116‧‧‧反相器
118‧‧‧定子電樞繞組/第一組主繞組
120‧‧‧主磁場繞組
122‧‧‧內嵌型控制器電路
124‧‧‧訊號耦合器
126‧‧‧編碼器
128‧‧‧軸桿
130‧‧‧馬達控制單元
132‧‧‧整流器
134‧‧‧頻率轉換器
136‧‧‧控制器電路
140‧‧‧AC電力匯流排
150‧‧‧控制訊號
202‧‧‧參考頻率訊號
222‧‧‧脈寬調變訊號
240‧‧‧轉子相位訊號
242‧‧‧(主要)多相電力訊號
242a‧‧‧相位
280‧‧‧次要多相電力訊號

Claims (13)

  1. 一種電馬達裝置，包含：轉子(102)；定子(104)；高頻變壓器級(106)，其用於將激勵訊號(370)自該定子傳輸至該轉子，該高頻變壓器級具有定位於該定子上之第一組變壓器繞組(110)及定位於該轉子上之第二組變壓器繞組(112)；及主磁場馬達級(108)，其具有定位於該定子上之一組定子電樞繞組(118)及定位於該轉子上之一組主磁場繞組(120)，該組主磁場繞組直接耦接至該第二組變壓器繞組，其中該組定子電樞繞組經組態以接收來自交變電流電力匯流排(140)之主要多相電力訊號(242)，該主要多相電力訊號具有引起相對於該定子旋轉之第一旋轉磁通量之第一電流，其中該組主磁場繞組經組態以接收來自該第二組變壓器繞組之次要多相電力訊號(280)，該次要多相電力訊號具有引起相對於該轉子旋轉之第二旋轉磁通量之第二電流，其中該第一旋轉磁通量與該第二旋轉磁通量之組合使該轉子按預定參考頻率來轉動，其中該激勵訊號包括高頻調變訊號分量及次要多相電力分量，且其中在該第二組變壓器繞組及該組主磁場繞組處之電感濾波該高頻調變訊號分量以形成該次要多相電力訊號。
  2. 如請求項1所述之裝置，其進一步包含：整流器(114)，其耦接至該轉子且電連接至該第二組變壓器繞組，該整流器經組態以整流該激勵訊號以產生直流電力訊號；及反相器(116)，其耦接至該轉子且電連接至該整流器，其中該反相器經組態以調變該直流電力訊號以產生該次要多相電力訊號。
  3. 如請求項2所述之裝置，其進一步包含： 編碼器(26)；及內嵌型控制器電路(122)，其耦接至該轉子，該內嵌型控制器電路經組態以：基於該主要多相電力訊號來產生電相位訊號(246)；接收來自該編碼器之轉子相位訊號(240)；基於在該電相位訊號與該轉子相位訊號之間的差而產生組合相位訊號(250)；及基於該組合相位訊號來產生脈寬調變訊號(222)以控制該反相器使該次要多相電力訊號具有使該第一旋轉磁通量與該第二旋轉磁通量能夠組合以按該預定參考頻率來轉動該轉子之頻率、量值及相位。
  4. 如請求項3所述之裝置，其進一步包含：控制訊號耦合器(124)，其具有安置於該定子上之第一部分及安置於該轉子上之第二部分，其中該控制訊號耦合器為光學的非接觸式耦合器，且其中該內嵌型控制器電路經組態以經由該控制訊號耦合器接收來自馬達控制單元(130)之控制器單元(136)的或多個控制訊號。
  5. 如請求項3所述之裝置，其中該內嵌型控制器經進一步組態以：接收來自馬達控制單元之參考頻率訊號(202)，該參考頻率訊號表示該預定參考頻率；基於該參考頻率訊號及轉子頻率訊號來產生Q軸電流訊號(208)；基於該Q軸電流訊號及Q軸回饋電流訊號來產生Q軸電壓訊號(214)；接收來自該馬達控制單元之D軸參考電流訊號(230)；基於該D軸參考電流訊號及D軸回饋電流訊號來產生D軸電流訊號(236)；及藉由將該Q軸電壓訊號及該D軸電流訊號用作至反向派克變換(216)之輸 入而在該反向派克變換中施加該組合相位訊號來產生α-β電壓訊號(218)，其中該等脈寬調變訊號係自該α-β電壓訊號而在脈寬調變產生器電路(220)處所導出。
  6. 如請求項5所述之裝置，其中該內嵌型控制器經進一步組態以：接收來自該組主磁場繞組之轉子回饋電流訊號(260)；藉由將該轉子回饋電流訊號用作至克拉克變換(262)之輸入而應用該克拉克變換來產生α-β電流回饋訊號(264)；及藉由將該α-β電流回饋訊號用作至派克變換(266)之輸入而在該派克變換中施加該組合相位訊號來產生該D軸回饋電流訊號及該Q軸回饋電流訊號。
  7. 如請求項1所述之裝置，其中以下中之至少一者：該轉子之該預定參考頻率獨立於該主要多相電力訊號之頻率；該第一組變壓器繞組、該第二組變壓器繞組、該組主磁場繞組及該組定子電樞繞組各包括三個繞組，用於與3相電力訊號一起操作；及該激勵訊號之頻率在約1kHz至1MHz之間。
  8. 一種電馬達系統，其包含：馬達控制單元(130)；及馬達(100)，其包含：轉子(102)；定子(104)；高頻變壓器級(106)，其用於將激勵訊號(370)自該定子傳輸至該轉子，該高頻變壓器級具有定位於該定子上之第一組變壓器繞組(110)及定位於該轉子上之第二組變壓器繞組(112)；及主馬達級(108)，其具有定位於該定子上之一組定子電樞繞組(118)及定位於該轉子上之一組主磁場繞組(120)，其中該組定子電樞 繞組經組態以接收來自交變電流電力匯流排(140)之主要多相電力訊號(242)，該主要多相電力訊號具有引起相對於該定子旋轉之第一旋轉磁通量之電流，其中該組主磁場繞組經組態以接收次要多相電力訊號，該次要多相電力訊號具有引起相對於該轉子旋轉之第二旋轉磁通量之電流，其中該第一旋轉磁通量與該第二旋轉磁通量之組合使該轉子按預定參考頻率來轉動，其中該激勵訊號包括高頻調變訊號分量及次要多相電力分量，且其中在該第二組變壓器繞組及該組主磁場繞組處之電感濾波該高頻調變訊號分量以形成該次要多相電力訊號。
  9. 如請求項8所述之系統，其中該馬達控制單元包含：整流器(114)，其經組態以整流來自該交變電流匯流排之該主要多相電力訊號以產生直流電力訊號；控制器電路(136)；及頻率轉換器(134)，其包括反相器(116)，其中該控制器電路經組態以控制該頻率轉換器調變該直流電力訊號以產生該激勵訊號。
  10. 如請求項9所述之系統，其中該控制器電路經組態以進一步控制該反相器使該激勵訊號包括該高頻調變訊號分量及該次要多相電力分量，且其中該控制器電路經組態以控制該反相器產生具有使該第一旋轉磁通量與該第二旋轉磁通量之該組合按該預定參考頻率轉動該轉子之頻率、量值及相位之該次要多相電力訊號。
  11. 如請求項9所述之系統，其中該控制器電路經組態以：基於該主要多相電力訊號來產生電相位訊號(246)；接收來自編碼器之轉子相位訊號(240)；基於在該電相位訊號與該轉子相位訊號之間的差來產生組合相位訊號(250)；及 基於該組合相位訊號來產生脈寬調變訊號(222)以控制該反相器使該次要多相電力訊號具有使該第一旋轉磁通量與該第二旋轉磁通量能夠組合以按該預定參考頻率轉動該轉子之頻率、量值及相位。
  12. 如請求項11所述之系統，其中該控制器電路經進一步組態以：接收參考頻率訊號(202)，該參考頻率訊號表示該預定參考頻率；基於該參考頻率訊號及轉子頻率訊號來產生Q軸電流訊號(208)；基於該Q軸電流訊號及Q軸回饋電流訊號來產生Q軸電壓訊號(214)；接收D軸參考電流訊號(230)；基於該D軸參考電流訊號及D軸回饋電流訊號來產生D軸電流訊號(236)；及藉由將該Q軸電壓訊號及該D軸電流訊號用作至反向派克變換(216)之輸入而在該反向派克變換中施加該組合相位訊號來產生α-β電壓訊號(218)，其中該等脈寬調變訊號係自該α-β電壓訊號所導出。
  13. 如請求項12所述之系統，其中該控制器電路經進一步組態以：濾波該激勵訊號以擷取轉子回饋電流訊號(260)；藉由將該轉子回饋電流訊號用作至克拉克變換(262)之輸入而應用該克拉克變換來產生α-β電流回饋訊號(264)；及藉由將該α-β電流回饋訊號用作至派克變換(266)之輸入而在該派克變換中施加該組合相位訊號來產生該D軸回饋電流訊號及該Q軸回饋電流訊號。
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