TWI836569B - 具有多個定子模組之馬達 - Google Patents

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Abstract

一種多個定子模組之馬達，用以解決習知馬達定子繞線困難且不易維修的問題。係包含：數個定子模組，可拆解地組合為一馬達定子，各該定子模組具有數個極柱，及不同相位的數個線圈捲繞於該數個極柱；數個電路板，各該電路板電性連接各該定子模組之該數個線圈，各該電路板獨立切換各該定子模組的相位；一轉子，具有至少一磁性件，該至少一磁性件的數個磁極對應至該數個定子模組上的該數個線圈；及一感測模組，耦合連接該數個電路板，該感測模組偵測該至少一磁性件隨該轉子移動而產生的磁場變化，以判斷並通知各該電路板該轉子的旋轉位置。

Description

具有多個定子模組之馬達
本發明係關於一種電力驅動裝置，尤其是一種由多個定子模組各自獨立運作而能夠分別繞線及替換的馬達。
請參照第1圖，其係一種習知的馬達9，該習知的馬達9具有一定子91、一轉子92、一感測模組93及一驅動電路94，該習知的馬達9為三相馬達，而該定子91為六槽且該轉子92為四極，該驅動電路94透過三相線U、V、W電連結該定子91上的繞線組，係可以將電源Vcc提供的電流依據相位變化輪流導入不同繞線組，以驅動該轉子92旋轉，該感測模組93透過三個位置感測器偵測該轉子92的旋轉方向及轉速，並轉換為相位資訊提供該驅動電路94進行相位切換。
上述習知的馬達9之三相繞線組分別纏繞於該定子91的六個極柱911，且纏繞同相位線圈之二極柱911位係分別位於該定子91的相對兩側，係導致繞線過程必須跨越其他極柱911而提升困難，又，當繞線斷裂或接觸不良時，該馬達9將無法運作而必須更換繞線組，造成維修困難及增加成本。
有鑑於此，習知的馬達確實仍有加以改善之必要。
為解決上述問題，本發明的目的是提供一種具有多個定子模組之馬達，係可以單獨拆解定子模組，以降低繞線及維修的難度。
本發明的次一目的是提供一種具有多個定子模組之馬達，係可以降低電子零件的規格需求。
本發明的又一目的是提供一種定子，係可以由單一定子模組獨立驅動馬達運轉。
本發明的再一目的是提供一種定子，係可以降低馬達定子的製造成本。
本發明全文所述方向性或其近似用語，例如「上(頂)」、「下(底)」、「內」、「外」、「側面」等，主要係參考附加圖式的方向，各方向性或其近似用語僅用以輔助說明及理解本發明的各實施例，非用以限制本發明。
本發明全文所記載的元件及構件使用「一」或「一個」之量詞，僅是為了方便使用且提供本發明範圍的通常意義；於本發明中應被解讀為包括一個或至少一個，且單一的概念也包括複數的情況，除非其明顯意指其他意思。
本發明的具有多個定子模組之馬達，包含：數個定子模組，可拆解地組合為一馬達定子，各該定子模組具有數個極柱，及不同相位的數個線圈捲繞於該數個極柱；數個電路板，各該電路板電性連接各該定子模組之該數個線圈，各該電路板獨立切換各該定子模組的相位，由一電源透過該數個電路板對該數個線圈供電；一轉子，具有至少一磁性件，該至少一磁性件的數個磁極對應至該數個定子模組上的該數個線圈；及一感測模組，耦合連接該數個電路板，該感測模組偵測該至少一磁性件隨該轉子移動而產生的磁場變化，以判斷並通知各該電路板該轉子的旋轉位置。
據此，本發明的具有多個定子模組之馬達，藉由獨立供電之該數個定子模組，係可以將馬達的輸出功率分散至各該定子模組，即使有一個定子模組失效，馬達仍能夠運轉，又，可拆裝之各該定子模組，係可以分開進行繞線及維修工作，還可以共用生產模具，具有降低電子零件規格、簡化安裝、維修便利及減少製造成本的功效。
其中，該數個定子模組結合並環繞於該轉子的外周緣，該至少一磁性件位於該轉子的外周面。如此，係可以形成內轉子馬達，係具有降低製造成本的功效。
其中，該轉子係環繞該數個定子模組的外圍，該至少一磁性件位於該轉子的內周面。如此，係可以形成外轉子馬達，係具有提供高效率輸出的功效。
其中，各該定子模組之該數個極柱以等間距排列，該數個極柱的數量為馬達相位數的倍數。如此，各該定子模組可以獨立切換相位及提供穩定輸出，係具有個別驅動馬達旋轉的功效。
其中，該數個電路板分別結合於該數個定子模組上。如此，極柱上的數個線圈係可以直接電連接該電路板，並節省馬達配置空間，係具有縮小馬達體積的功效。
其中，該數個磁極以N、S極交錯朝向各該定子模組，各該磁極相對各該線圈時間隔一氣隙。如此，各該線圈提供電磁力係可以推動該數個磁性件，係具有提供穩定旋轉動能的功效。
其中，該感測模組具有數個感測單元，該數個感測單元位於其中一該電路板上。如此，該轉子旋轉時，該數個感測單元係可以偵測該數個磁極相對該電路板移動而產生的磁場變化，係具有判斷定子與轉子相對運動的功效。
其中，該感測模組具有一控制單元耦合連接該數個感測單元，該控制單元依據該數個感測單元所偵測的磁場變化判斷該轉子的旋轉位置。如此，該控制單元係可以判斷該轉子的旋轉情形，係具有提供電路板相位切換資訊的功效。
本發明的具有多個定子模組之馬達，另包含一運算單元，分別耦合連接該電源及該數個電路板，該運算單元控制該電源及該數個電路板停止對故障的該定子模組供電，並提升其他該定子模組的輸出功率。如此，藉由該運算單元係能夠停用故障的定子模組，並補足缺少的馬達驅動能量，係具有維持馬達穩定運作的功效。
本發明的具有多個定子模組之馬達，另包含一備用感測模組，耦合連接該數個電路板，當該感測模組失效時，由該備用感測模組通知各該電路板該轉子的旋轉位置。如此，當感測模組發生故障時，仍可以持續提供精確的該轉子旋轉位置，係具有維持馬達穩定運作的功效。
〔本發明〕
1:定子模組
11:極柱
2:電路板
3:轉子
31:磁性件
4:感測模組
U,V,W:相位
Vcc:電源
〔習用〕
9:馬達
91:定子
911:極柱
92:轉子
93:感測模組
94:驅動電路
Vcc:電源
〔第1圖〕一種習知馬達示意圖。
〔第2圖〕本發明第一實施例的分解立體圖。
〔第3圖〕本發明第一實施例的組合立體圖。
〔第4圖〕本發明第一實施例的控制迴路圖。
〔第5圖〕本發明第二實施例的分解立體圖。
〔第6圖〕本發明第二實施例的組合立體圖。
為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式作詳細說明；此外，在不同圖式中標示相同符號者視為相同，會省略其說明。
請參照第2及3圖所示，其係本發明具有多個定子模組之馬達的第一實施例，包含數個定子模組1、數個電路板2、一轉子3及一感測模組4，該數個定子模組1可以互相組裝並環繞於該轉子3外周緣，係形成內轉子馬達，各該電路板2耦合連接各該定子模組1及該感測模組4。
各該定子模組1具有數個極柱11較佳以等間距排列，使不同相位的數個線圈捲繞於該數個極柱11，該數個極柱11的數量較佳為馬達相位數的倍數，且相同相位的線圈係以最遠間隔排列，舉例而言，在本實施例中，係由六個定子模組1可拆解地組合為三相馬達定子，各該定子模組1相對於馬達軸心的圓心角為60度，又，各該定子模組1具有六個該極柱11，捲繞於該六個極柱11的線圈依序為相位U、V、W、U、V、W。各該定子模組1還可以由一絕緣套覆蓋該數個極柱11的上下表面，使該數個線圈繞設於已受該絕緣套覆蓋之該數個極柱11。
各該電路板2電性連接各該定子模組1上的各相位之線圈，各該電路板2的接線方法可以是各相位之線圈首尾相連，再由三個相連接點電連接該電路板2的三角形接法，也可以是各相位之線圈的一端相連，再由各相位之線圈的另一端電連接該電路板2的星形接法，本發明不以此為限。在本實施例中，係由六個該電路板2一對一電性連接六個該定子模組1，各該電路板2係可以獨立對各該定子模組1的線圈通電以驅動馬達旋轉，惟，該六個定子模組1也可以分別電性連接至同一個電路板2，並使該數個定子模組1之間未直接電性連接，如此，該數個定子模組1之間，即使同相位的線圈亦不會跨模組形成串聯或並聯，係可以由該電路板2分別獨立控制該六個定子 模組1的各相位線圈通電，本發明不以此為限。該數個電路板2較佳分別結合於該數個定子模組1上，係具有減少透過導線電連接線圈的距離及縮小馬達體積的作用。
該轉子3具有至少一磁性件31位於該轉子3的外周面，該至少一磁性件31上可以形成數個磁極，使該數個磁極與該數個定子模組1上的線圈相對且間隔一氣隙，該數個磁極係以N、S極交錯朝向各該定子模組1，係可以使該轉子3受到穩定的電磁力驅動而旋轉，在本實施例中，該轉子3係以4個磁性件31對應至各該定子模組1的六個極柱11，且各該磁性件31以一個N極或S極朝向各該極柱11，係形成6槽4極且可以獨立驅動運作的馬達結構，及將六個該定子模組1圍繞該轉子3組合係形成36槽24極之內轉子馬達。
請參照第3及4圖所示，本發明的具有多個定子模組之馬達還可以具有一感測模組4，該感測模組4具有數個感測單元，各該感測單元可以是霍爾感測器(Hall Sensor)，該數個感測單元可以間隔設置於其中一該電路板2上，當該轉子3相對該電路板2及該數個感測單元旋轉時，該感測模組4係可以偵測該至少一磁性件31的N、S磁極輪流經過而產生的磁場變化，該感測模組4另具有一控制單元耦合連接該數個感測單元，該控制單元係可以依據該數個感測單元所偵測的磁場變化，即時判斷該轉子3的旋轉位置。另外，該感測模組4耦合連接該數個電路板2，使該數個電路板2能夠同步接收該感測模組4的偵測結果，各該電路板2係可以依據該轉子3目前的旋轉位置獨立對各自電連接的該定子模組1進行相位切換。在本實施例中，該具有多個定子模組之馬達係三相馬達，該感測模組4較佳具有3個該感測單元，又，該具有多個定子模組之馬達可以具有二個以上的感測模組4(圖未繪示)，以做為備用感測模組，當任一感測單元失效時，係可以切換備用感測模組進 行偵測，繼續提供精確的該轉子3旋轉角度，以維持馬達穩定運作。
請參照第3及4圖所示，一電源Vcc係分別透過該數個電路板2對該數個極柱11上的線圈供電，係可以使用功率規格較低的該電源Vcc分別驅動該數個定子模組1，再總合為馬達的整體功率輸出，係具有降低電子零件規格的作用；又，各該極柱11具有各相位U、V、W的線圈，且各該電路板2能夠輸出各相位U、V、W的電信號，使各該定子模組1能夠單獨驅動該轉子3運轉，當其中一該定子模組1故障時，其餘定子模組1仍可以繼續運作，同理，輪流停用數個該定子模組1，係可以切換馬達為低功率工作狀態，達到節能及降低元件耗損的作用。
本發明具有多個定子模組之馬達還可以具有一運算單元(圖未繪示)分別耦合連接該電源Vcc及該數個電路板2，該運算單元係可以依據各該電路板2的電流變化或該電路板2所產生的轉子異常信號，判斷各該電路板2所對應的定子模組1是否正常運轉，當該運算單元發現有其中一該定子模組1故障時，該運算單元可以控制該對應的電路板2斷電，或控制該電源Vcc單獨停止對該電路板2供電，以停用該故障的定子模組1，該運算單元還可以控制該電源Vcc增加電壓輸出，或控制其他該電路板2增加脈衝寬度調變(Pulse-Width Modulation,PWM)信號的工作週期(Duty Cycle)，以提昇正常運轉的其他定子模組1的運轉功率，係足以填補該故障的定子模組1所缺少的驅動能量，使馬達在減少定子模組1數量的情況下可以維持穩定的輸出功率。
該數個定子模組1係可以被單獨安插或拔除，如此，在維修馬達時，僅需要更換故障之定子模組1，而且可分離之各該定子模組1的繞線過程相較於一體成形之定子更容易且方便，係具有繞線、安裝及維修便利的作用；另外，各該定子模組1可以是相同的結構，係能夠以同一個模具生產所 有定子模組1，且其模具的體積小於生產完整定子的模具，係具有降低製造成本的作用。
請參照第5及6圖所示，其係本發明具有多個定子模組之馬達的第二實施例，本實施例與上述的第一實施例大致相同，在本實施例中，該轉子3係環繞該數個定子模組1形成外轉子馬達，該至少一磁性件31係位於該轉子3的內周面，使各該定子模組1之線圈朝外相對各該磁極。
另外，本發明所述之該數個定子模組1及該轉子3的結構，還可以用於發電機的定子及轉子。
綜上所述，本發明的具有多個定子模組之馬達，藉由獨立供電之該數個定子模組，係可以將馬達的輸出功率分散至各該定子模組，即使有一個定子模組失效，馬達仍能夠運轉，又，可拆裝之各該定子模組，係可以分開進行繞線及維修工作，還可以共用生產模具，具有降低電子零件規格、簡化安裝、維修便利及減少製造成本的功效。
雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇，因此本發明之保護範圍當包含後附之申請專利範圍所記載的文義及均等範圍內之所有變更。
1:定子模組
11:極柱
2:電路板
4:感測模組
U,V,W:相位
Vcc:電源

Claims (10)

  1. 一種具有多個定子模組之馬達，包含：數個定子模組，可拆解地組合為一馬達定子，各該定子模組具有數個極柱，及不同相位的數個線圈捲繞於該數個極柱；數個電路板，各該電路板電性連接各該定子模組之該數個線圈，各該電路板獨立切換各該定子模組的相位，由一電源透過該數個電路板對該數個線圈供電；一轉子，具有至少一磁性件，該至少一磁性件的數個磁極對應至該數個定子模組上的該數個線圈；及一感測模組，耦合連接該數個電路板，該感測模組偵測該至少一磁性件隨該轉子移動而產生的磁場變化，以判斷並通知各該電路板該轉子的旋轉位置。
  2. 如請求項1之具有多個定子模組之馬達，其中，該數個定子模組結合並環繞於該轉子的外周緣，該至少一磁性件位於該轉子的外周面。
  3. 如請求項1之具有多個定子模組之馬達，其中，該轉子係環繞該數個定子模組的外圍，該至少一磁性件位於該轉子的內周面。
  4. 如請求項1之具有多個定子模組之馬達，其中，各該定子模組之該數個極柱以等間距排列，該數個極柱的數量為馬達相位數的倍數。
  5. 如請求項1之具有多個定子模組之馬達，其中，該數個電路板分別結合於該數個定子模組上。
  6. 如請求項1之具有多個定子模組之馬達，其中，該數個磁極以N、S極交錯朝向各該定子模組，各該磁極相對各該線圈時間隔一氣隙。
  7. 如請求項1之具有多個定子模組之馬達，其中，該感測模組具有數個感測單元，該數個感測單元位於其中一該電路板上。
  8. 如請求項7之具有多個定子模組之馬達，其中，該感測模組 具有一控制單元耦合連接該數個感測單元，該控制單元依據該數個感測單元所偵測的磁場變化判斷該轉子的旋轉位置。
  9. 如請求項1之具有多個定子模組之馬達，另包含一運算單元，分別耦合連接該電源及該數個電路板，該運算單元控制該電源及該數個電路板停止對故障的該定子模組供電，並提升其他該定子模組的輸出功率。
  10. 如請求項1之具有多個定子模組之馬達，另包含一備用感測模組，耦合連接該數個電路板，當該感測模組失效時，由該備用感測模組通知各該電路板該轉子的旋轉位置。
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