TWM563113U - 具可變匝數繞組線圈之永磁馬達裝置 - Google Patents

Abstract

一種具可變匝數繞組線圈之永磁馬達裝置，其可包含繞組及電源。繞組可包含複數個線圈。電源可經過切換裝置與線圈連接，使這些線圈藉由串聯或並聯的各種組合，達成馬達提升省電效果，扭力，轉速，功率之目的。

Description

具可變匝數繞組線圈之永磁馬達裝置

本創作係有關於一種馬達裝置，特別是一種具可變匝數繞組線圈之永磁馬達裝置。

由於全球暖化及空氣污染的問題日益嚴重，維持地球生命的系統正產生大規模的改變；因此，如何降低溫室氣體排放已成為了一個重要的議題；溫室氣體排放的其中一個主要的來源為車輛，故在環保意識抬頭的現今，電動車已經成為了一個未來的主流；然而，目前電動車常採用的永磁馬達仍有著許多缺點有待改進。

例如，電動車為了使馬達能具有高扭力，馬達的設計上通常不會考慮省電效果，因此使馬達極為耗電，進而降低了電動車的續航力。

另外，若為了使馬達能具有高省電效果，馬達的設計上通常則不會考慮扭力，因此上述設計雖可使電動車具有較高的續航力，但在需要高扭力的場合，如起步、爬坡及載重等，則無法提供較佳的效能。

此外，若為了使馬達能同時兼顧省電效果及扭力，通常需要採用更大的馬達或加入變速箱，如此則會使電動車的體積及重量增大，進而影響到電動車的設計，還需增加電池容量。

馬達針對其應用負載需求，在省電效果、扭力、轉速及功率間有不同的設計。因此，如何提出一種之永磁馬達裝置，能夠有效改善習知技藝之永磁馬達的各種缺點已成為一個刻不容緩的問題。

有鑑於上述習知技藝之問題，本創作之其中一目的就是在提供一種具可變匝數繞組線圈之永磁馬達裝置，以解決習知技藝之永磁馬達的各種問題。

根據本創作之其中一目的，提出一種具可變匝數繞組線圈之永磁馬達裝置，其可包含繞組、電源、極性變換裝置及切換裝置。繞組可包含數個線圈。極性變換裝置可與電源與繞組連接，以控制磁極變換。切換裝置可包含數個開關，該些開關可分別與該些線圈連接；切換裝置能切換該些開關以改變該些線圈之串並聯狀態。

在一較佳的實施例中，當切換裝置切換該些開關以改變該些線圈之串並聯狀態時，永磁馬達裝置之性能改變。

在一較佳的實施例中，永磁馬達裝置之性能包含省電效果、扭力、轉速及功率中之一者或二者以上。

承上所述，依本創作之具可變匝數繞組線圈之永磁馬達裝置，其可具有一或多個下述優點：

(1)本創作之一實施例中，永磁馬達裝置各個電樞上之繞組可包含複數個線圈，且該些線圈可透過多個開關組成的切換裝置互相連接以改變該些線圈的串並聯狀態以視情況在高省電效果及高轉速之間調整馬達性能，使電動車不但具有高續航力，且可在需要高出力的場合也能有極佳的效能。

(2)本創作之一實施例中，永磁馬達裝置可透過改變各個電樞上之繞組之複數個線圈的串並聯狀態以調整馬達的轉速及省電效果，使馬達性能可在轉速及省電效果需求之間變換，大幅提升了馬達之效能。

(3)本創作之一實施例中，馬達可透過改變各個電樞上之繞組之複數個線圈的串並聯狀態以調整馬達的轉速及省電效果，因此不會增加體積及重量，故不會影響到電動車的設計。

(4)本創作之一實施例中，可應用於永磁馬達，例如直流無刷馬達及直流有刷馬達。

(5)本創作之一實施例中，永磁馬達裝置設計簡單，因此可以在不大幅增加成本的情況下達到所欲達到的功效。

以下將參照相關圖式，說明依本創作之具可變匝數繞組線圈之永磁馬達裝置實施例，為了清楚與方便圖式說明之故，圖式中的各部件在尺寸與比例上可能會被誇大或縮小地呈現。在以下描述及/或申請專利範圍中，當提及元件「連接」或「耦合」至另一元件時，其可直接連接或耦合至該另一元件或可存在介入元件；而當提及元件「直接連接」或「直接耦合」至另一元件時，不存在介入元件，用於描述元件或層之間之關係之其他字詞應以相同方式解釋。為使便於理解，下述實施例中之相同元件係以相同之符號標示來說明。

請參閱第1圖，其係為本創作之具可變匝數繞組線圈之永磁馬達裝置第一實施例之馬達裝置圖。如圖所示，具可變匝數繞組線圈之永磁馬達裝置1可包含磁鐵11、電樞12、切換裝置13、極性變換裝置14及電源(為了清楚表示圖式，圖中僅繪示電源之電極E+及E-)。

磁鐵11可產生磁場。

電樞12可包含複數個電樞齒121及複數個繞組122；該些繞組122可分別繞設於該些電樞齒121上，使電樞12產生之磁場可以與磁鐵11產生之磁場相互作用。

極性變換裝置14可與電源連接，並可透過切換裝置13與該些繞組122連接，以控制磁極變換；在較佳的實施例中，若永磁馬達裝置1為有刷馬達，極性變換裝置14則可為電刷；若永磁馬達裝置1為無刷馬達，極性變換裝置14則可為電子開關，如MOS、BJT等電晶體。

在本實施例中，永磁馬達裝置1可為內轉子裝置，但僅為舉例說明而已；在其它較佳的實施例中，永磁馬達裝置1也可為外轉子裝置或其它各種不同的馬達裝置。

請參閱第2圖、第3圖及第4圖，其係為本創作之具可變匝數繞組線圈之永磁馬達裝置之第一實施例之繞組之第一示意圖、第二示意圖及第三示意圖。如第2圖所示，各個繞組122可包含第一線圈L1及第二線圈L2；在本實施例中，第一線圈L1及第二線圈L2的匝數為50。

切換裝置13可包含數個開關；在本實施例，切換裝置13可包含第一開關S1、第二開關S2及第三開關S3，第一開關S1、第二開關S2及第三開關S3分別與第一線圈L1及第二線圈L2連接；其中，切換裝置13能切換第一開關S1、第二開關S2及第三開關S3以改變第一線圈L1及第二線圈L2之串並聯狀態。

第一線圈L1之第一端可分別過第一開關S1及第二開關S2與第二線圈L2第一端及第二端連接，而第一線圈L1之第二端可與電源(未繪於圖中)之第一電極E+連接，並可透過第三開關S3與第二線圈L2之第二端連接；第二線圈L2之第一端更可與電源之第二電極E-連接。

如第3圖所示，當第二開關S2導通時，第一線圈L1及第二線圈L2為串聯狀態，此時繞組122之總阻抗相當於匝數為100的線圈，而通過繞組122的總電流為I；當第一線圈L1及第二線圈L2串聯時，其相當於繞組122具有一個匝數為100的線圈；此時，永磁馬達裝置1處於省電效果較高但轉速較低的狀態。

如第4圖所示，當第一開關S1及第三開關S3導通時，第一線圈L1及第二線圈L2為並聯狀態，此時繞組122之總阻抗相當於匝數為50的線圈，而通過繞組122的總電流為2I；當第一線圈L1及第二線圈L2並聯時，其相當於繞組122具有二個匝數50但並繞的線圈；此時，永磁馬達裝置1處於轉速較高但省電效果較低的狀態。

根據本創作之實施例，永磁馬達裝置1之各個電樞齒121上之繞組122可包含複數個線圈L1及L2，且該些線圈L1及L2可透過多個開關互相連接以改變該些線圈的串並聯狀態以視情況在高省電效果及高轉速之間調整馬達性能，使電動車不但具有高續航力，且可在需要高轉速的場合也能有極佳的效能；另外，上述之結構設計使永磁馬達裝置1可在不增加體積及重量的情況下同時兼顧省電效果及轉速，故確實可以改善習知技藝之缺點。

由上述可知，本實施例之永磁馬達裝置1可經過切換裝置與線圈連接，使這些線圈藉由串聯或並聯的各種組合，達成馬達提升省電效果，扭力，轉速，功率之目的。

本實施例之永磁馬達裝置僅為舉例，永磁馬達裝置可應用於各種不同類型的永磁馬達，例如直流無刷馬達及直流有刷馬達，其結構可依實際需求改變，本創作並不以此為限。

值得一提的是，根據本創作之實施例，永磁馬達裝置之各個繞組可包含複數個線圈，且該些線圈可透過切換裝置互相連接以改變該些線圈的串並聯狀態以視情況在高省電效果及高轉速之間調整馬達性能，使電動車不但具有高續航力，且可在需要高轉速的場合也能有極佳的效能。

此外，習知技藝之永磁馬達為了能同時兼顧省電效果及轉速，通常需要採用更大的馬達或加入變速箱，如此則會使電動車的體積及重量增大，進而影響到電動車的設計，還需增加電池容量。相反的，根據本創作之實施例，永磁馬達裝置可透過改變各個繞組之線圈的串並聯狀態以調整馬達的轉速及省電效果，因此不會增加體積及重量，故不會影響到電動車的設計。

另外，根據本創作之實施例，可應用於各種不同類型的永磁馬達，例如直流無刷馬達及直流有刷馬達等等，故應用上極為廣泛。

再者，根據本創作之實施例，永磁馬達裝置之結構設計簡單，因此可以在不大幅增加成本的情況下達到所欲達到的功效。由上述可知，本創作實具進步性之專利要件。

請參閱第5圖、第6圖、第7圖及第8圖，其係為本創作之具可變匝數繞組線圈之永磁馬達裝置之第二實施例之繞組之第一示意圖、第二示意圖、第三示意圖及第四示意圖，並請同時參閱第1圖。

本實施例之永磁馬達裝置1與前述實施例之第1圖相似，故不在此多加贅述；與前述實施例不同的是，在本實施例中，各個繞組122具有與前述實施例不同的結構。

如第5圖所示，各個繞組122可包含第一線圈L1、第二線圈L2、第三線圈L3及第四線圈L4；在本實施例中，第一線圈L1、第二線圈L2、第三線圈L3及第四線圈L4的匝數為25。

在本實施例，切換裝置13可包含第一開關S1~第九開關S9，第一開關S1~第九開關S9可分別與第一線圈L1~第四線圈L4連接；其中，切換裝置13能切換第一開關S1~第九開關S9以改變第一線圈L1~第四線圈L42之串並聯狀態。

第一線圈L1之第一端可分別過第一開關S1及第二開關S2與第二線圈L2第一端及第二端連接；第一線圈L1之第二端可與電源(未繪於圖中)之第一電極E+連接，並可透過第三開關S3與第二線圈L2之第二端連接。

第二線圈L2之第一端可分別透過第四開關S4及第五開關S5與第三線圈L3之第一端及第二端連接；第二線圈L2之第二端可透過第六開關S6與第三線圈L3之第二端連接。

第三線圈L3之第一端可分別透過第七開關S7及第八開關S8與第四線圈L4之第一端及第二端連接；第三線圈L3之第二端可透過第九開關S9與第四線圈L4之第二端連接；第四線圈L4之第一端更可與電源之第二電極E-連接。

如第6圖所示，當第二開關S2、第五開關S5及第八開關S8導通時，第一線圈L1、第二線圈L2、第三線圈L3及第四線圈L4為串聯狀態，此時繞組122之總阻抗相當於匝數為100的線圈，而通過繞組122的總電流為I；當第一線圈L1、第二線圈L2、第三線圈L3及第四線圈L4串聯時，其相當於繞組122具有一個匝數為100的線圈；此時，永磁馬達結構1處於省電效果較高但轉速較低的狀態。

如第7圖所示，當第一開關S1、第三開關S3、第五開關S5、第七開關S7及第九開關S9導通時，第一線圈L1及第二線圈L2並聯，第三線圈L3及第四線圈L4並聯，第一線圈L1及第二線圈L2之並聯結構與第三線圈L3及第四線圈L4之並聯結構串聯，此時繞組122之總阻抗相當於匝數為50的線圈，而通過繞組122的總電流為2I；此時，永磁馬達裝置1之省電效果降低一級但轉速提升一級。

如第8圖所示，第一開關S1、第三開關S3、第四開關S4、第六開關S6、第七開關S7及第九開關S9導通時，第一線圈L1、第二線圈L2、第三線圈L3及第四線圈L4為並聯狀態，此時繞組122之總阻抗相當於匝數為25的線圈，而通過繞組122的總電流為4I；當第一線圈L1、第二線圈L2、第三線圈L3及第四線圈L4並聯時，其相當於繞組122具有四個匝數25但並繞的線圈；此時，永磁馬達裝置1之省電效果再降低一級但轉速再提升一級。

請參閱第9圖、第10圖、第11圖、第12圖及第13圖，其係為本創作之具可變匝數繞組線圈之永磁馬達裝置之第三實施例之繞組之第一示意圖、第二示意圖、第三示意圖、第四示意圖及第五示意圖，並請同時參閱第1圖。

本實施例之永磁馬達裝置1與前述實施例之第1圖相似，故不在此多加贅述；與前述實施例不同的是，在本實施例中，各個繞組122具有與前述實施例不同的結構。

如第9圖所示，各個繞組122可包含第一線圈L1、第二線圈L2、第三線圈L3、第四線圈L4、第五線圈L5及第六線圈L6；在本實施例中，第一線圈L1、第二線圈L2、第三線圈L3、第四線圈L4、第五線圈L5及第六線圈L6的匝數為10。

在本實施例，切換裝置13可包含第一開關S1~第十五開關S15，第一開關S1~第九開關S9可分別與第一線圈L1~第六線圈L6連接；其中，切換裝置13能切換第一開關S1~第十五開關S15以改變第一線圈L1~第六線圈L6之串並聯狀態。

第一線圈L1之第一端可分別過第一開關S1及第二開關S2與第二線圈L2第一端及第二端連接；第一線圈L1之第二端可與電源(未繪於圖中)之第一電極E+連接，並可透過第三開關S3與第二線圈L2之第二端連接。

第二線圈L2之第一端可分別透過第四開關S4及第五開關S5與第三線圈L3之第一端及第二端連接；第二線圈L2之第二端可透過第六開關S6與第三線圈L3之第二端連接。

第三線圈L3之第一端可分別透過第七開關S7及第八開關S8與第四線圈L4之第一端及第二端連接；第三線圈L3之第二端可透過第九開關S9與第四線圈L4之第二端連接。

第四線圈L4之第一端可分別透過第十開關S10及第十一開關S11與第五線圈L5之第一端及第二端連接；第四線圈L4之第二端可透過第十二開關S12與第五線圈L5之第二端連接。

第五線圈L5之第一端可分別透過第十三開關S13及第十四開關S14與第六線圈L6之第一端及第二端連接；第五線圈L5之第二端可透過第十五開關S15與第六線圈L6之第二端連接；第六線圈L6之第一端更可與電源之第二電極E-連接。

如第10圖所示，當第二開關S2、第五開關S5、第八開關S8、第十一開關S11及第十四開關S14導通時，第一線圈L1、第二線圈L2、第三線圈L3、第四線圈L4、第五線圈L5及第六線圈L6為串聯狀態，此時繞組122之總阻抗相當於匝數為60的線圈，而通過繞組122的總電流為I；當第一線圈L1、第二線圈L2、第三線圈L3、第四線圈L4、第五線圈L5及第六線圈L6串聯時，其相當於繞組122具有一個匝數為60的線圈；此時，永磁馬達裝置1處於省電效果較高但轉速較低的狀態。

如第11圖所示，當第一開關S1、第三開關S3、第五開關S5、第七開關S7、第九開關S9、第十一開關S11、第十三開關S13及第十五開關S15導通時，第一線圈L1及第二線圈L2並聯，第三線圈L3及第四線圈L4並聯，第五線圈L5及第六線圈L6，第一線圈L1及第二線圈L2之並聯結構、第三線圈L3及第四線圈L4之並聯結構及第五線圈L5及第六線圈L6之並聯結構彼此串聯，此時繞組122之總阻抗相當於匝數為30的線圈，而通過繞組122的總電流為2I；此時，永磁馬達裝置1之省電效果降低一級但轉速提升一級。

如第12圖所示，第一開關S1、第三開關S3、第四開關S4、第六開關S6、第八開關S8、第十開關S10、第十二開關S12、第十三開關S13及第十五開關S15導通時，第一線圈L1、第二線圈L2及第三線圈L3並聯，第四線圈L4、第五線圈L5及第六線圈L6並聯，第一線圈L1、第二線圈L2及第三線圈L3之並聯結構與第四線圈L4、第五線圈L5及第六線圈L6之並聯結構串聯，此時繞組122之總阻抗相當於匝數為20的線圈，而通過繞組122的總電流為3I；此時，永磁馬達裝置1之省電效果再降低一級但轉速再提升一級。

如第13圖所示，第一開關S1、第三開關S3、第四開關S4、第六開關S6、第七開關S7、第九開關S9、第八開關S8、第十開關S10、第十二開關S12、第十三開關S13及第十五開關S15導通時，第一線圈L1、第二線圈L2、第三線圈L3、第四線圈L4、第五線圈L5及第六線圈L6為並聯狀態，此時繞組122之總阻抗相當於匝數為10的線圈，而通過繞組122的總電流為6I；當第一線圈L1、第二線圈L2、第三線圈L3、第四線圈L4、第五線圈L5及第六線圈L6並聯時，其相當於繞組122具有六個匝數10但並繞的線圈；此時，永磁馬達裝置1之省電效果再降低一級但轉速再提升一級。

本實施例之永磁馬達裝置僅為舉例，永磁馬達裝置可應用於各種不同類型的永磁馬達，例如直流無刷馬達及直流有刷馬達，其結構可依實際需求改變，本創作並不以此為限。

由上述可知，前述二個實施例之永磁馬達裝置1之各個繞組122具有更多的線圈，因此可提供更多的變化，使永磁馬達裝置1能提供三個不同等級的扭力、三個不同等級的轉速及三個不同等級的省電效果以供調整，故可使永磁馬達裝置1可同時兼顧扭力及省電效果，大幅提升了永磁馬達裝置1之效能及應用。

請參閱第14圖，其係為本創作之具可變匝數繞組線圈之永磁馬達裝置之第四實施例之示意圖。如圖所示，具可變匝數繞組線圈之永磁馬達裝置1可包含磁鐵、電樞12、極性變換裝置14及電源(為了能夠清楚表示圖式，圖中省略了磁鐵及電源等元件)。

磁鐵可產生磁場。

電樞12可包含複數個電樞齒121，而各個電樞齒121可包含複數個繞組122，該些電樞齒121之該些繞組122可與電源(未繪於圖中)連接；與前述實施例不同的是，在本實施例中，各個電樞齒121可包含多個繞組122。電樞12產生之磁場可以與磁鐵11產生之磁場相互作用。

極性變換裝置14可與電源連接，並可透過切換裝置13與該些繞組122連接，以控制磁極變換。

除此之外，具可變匝數繞組線圈之永磁馬達裝置1更可包含切換裝置13，其可包含複數個開關，該些開關可分別與該些電樞齒121之該些繞組122連接；因此，切換裝置13可切換該些開關以改變該些電樞齒121之該些繞組122之串並聯狀態。

當切換裝置13切換該些開關以改變該些電樞齒121之該些繞組122之串並聯狀態時，永磁馬達裝置之特性，包含省電效果、扭力、轉速或功率，也同時改變，如同前述實施例所述。

因此，透過本實施例之具可變匝數繞組線圈之永磁馬達裝置1，同樣可達到在省電效果及扭力及轉速之間調整永磁馬達裝置1的特性，大幅提升了永磁馬達裝置1之效能，應用上也更為廣泛。

綜上所述，根據本創作之實施例，永磁馬達裝置各個電樞上之繞組可包含複數個線圈，且該些線圈可透過多個開關組成的切換裝置以改變該些線圈的串並聯狀態以視情況在省電效果及扭力及轉速之間調整馬達性能，使電動車不但具有高續航力，且可在需要高出力的場合也能有極佳的效能。

又，根據本創作之實施例，永磁馬達裝置可透過切換裝置改變繞組之數個線圈的串並聯狀態以調整馬達的轉速及省電效果，使馬達性能可在轉速及省電效果需求之間變換，大幅提升了馬達之效能。

此外，根據本創作之實施例，永磁馬達裝置可透過切換裝置改變各個繞組之數個線圈的串並聯狀態以調整永磁馬達裝置的轉速及省電效果，因此不會增加體積及重量，故不會影響到電動車的設計。

另外，根據本創作之實施例，永磁馬達裝置可應用於各種不同類型的永磁馬達，例如直流無刷馬達及直流有刷馬達，故應用上極為廣泛。

再者，根據本創作之實施例，永磁馬達裝置之結構設計簡單，因此可以在不大幅增加成本的情況下達到所欲達到的功效。

可見本創作在突破先前之技術下，確實已達到所欲增進之功效，且也非熟悉該項技藝者所易於思及，其所具之進步性、實用性，顯已符合專利之申請要件，爰依法提出專利申請，懇請 貴局核准本件創作專利申請案，以勵創作，至感德便。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。其它任何未脫離本創作之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應該包含於後附之申請專利範圍中。

1‧‧‧永磁馬達裝置
11‧‧‧磁鐵
12‧‧‧電樞
121‧‧‧電樞齒
122‧‧‧繞組
13‧‧‧切換裝置
L1‧‧‧第一線圈
L2‧‧‧第二線圈
L3‧‧‧第三線圈
L4‧‧‧第四線圈
L5‧‧‧第五線圈
L6‧‧‧第六線圈
S1‧‧‧第一開關
S2‧‧‧第二開關
S3‧‧‧第三開關
S4‧‧‧第四開關
S5‧‧‧第五開關
S6‧‧‧第六開關
S7‧‧‧第七開關
S8‧‧‧第八開關
S9‧‧‧第九開關
S10‧‧‧第十開關
S11‧‧‧第十一開關
S12‧‧‧第十二開關
S13‧‧‧第十三開關
S14‧‧‧第十四開關
S15‧‧‧第十五開關
14‧‧‧極性變換裝置
E+‧‧‧第一電極
E-‧‧‧第二電極
N、S‧‧‧磁極
I‧‧‧電流

第1圖 係為本創作之具可變匝數繞組線圈之永磁馬達裝置之第一實施例之馬達裝置圖。

第2圖 係為本創作之具可變匝數繞組線圈之永磁馬達裝置之第一實施例之繞組之第一示意圖。

第3圖 係為本創作之具可變匝數繞組線圈之永磁馬達裝置之第二示意圖。

第4圖 係為本創作之具可變匝數繞組線圈之永磁馬達裝置之第三示意圖。

第5圖 係為本創作之具可變匝數繞組線圈之永磁馬達裝置之第一示意圖。

第6圖 係為本創作之具可變匝數繞組線圈之永磁馬達裝置之繞組之第二示意圖。

第7圖 係為本創作之具可變匝數繞組線圈之永磁馬達裝置之第三示意圖。

第8圖 係為本創作之具可變匝數繞組線圈之永磁馬達裝置之第四示意圖。

第9圖 係為本創作之具可變匝數繞組線圈之永磁馬達裝置之第一示意圖。

第10圖 係為本創作之具可變匝數繞組線圈之永磁馬達裝置之第二示意圖。

第11圖 係為本創作之具可變匝數繞組線圈之永磁馬達裝置之第三示意圖。

第12圖 係為本創作之具可變匝數繞組線圈之永磁馬達裝置之第四示意圖。

第13圖 係為本創作之具可變匝數繞組線圈之永磁馬達裝置之第五示意圖。

第14圖 係為本創作之具可變匝數繞組線圈之永磁馬達裝置之第四實施例之示意圖。

Claims (3)

1. 一種具可變匝數繞組線圈之永磁馬達裝置，係包含： 一繞組，係包含數個線圈； 一電源； 一極性變換裝置，係與該電源與該繞組連接，以控制磁極變換；以及 一切換裝置，係包含數個開關，該些開關分別與該些線圈連接；該切換裝置能切換該些開關以改變該些線圈之串並聯狀態。
2. 如申請專利範圍第1項所述之具可變匝數繞組線圈之永磁馬達裝置，其中當該切換裝置切換該些開關以改變該些線圈之串並聯狀態時，該永磁馬達裝置之性能改變。
3. 如申請專利範圍第2項所述之具可變匝數繞組線圈之永磁馬達裝置，其中該永磁馬達裝置之性能包含省電效果、扭力、轉速及功率中之一者或二者以上。