TWI780565B - 交直流電混合動力永磁同步馬達 - Google Patents

Abstract

本項發明創作屬於一種可固定電流作馬達加大轉矩、馬達減小轉矩之新穎永磁同步馬達機電裝置，係在一永磁同步馬達內部可設一多層結構定子裝置，在該永磁同步馬達外部設一電源切換裝置，以共同組成一「交直流電混合動力永磁同步馬達」。該交直流電混合動力永磁同步馬達設有N極永久磁鐵、S極永久磁鐵及轉動軸，於該多層結構定子裝置設有三極主線圈組、三極次線圈組，而該電源切換裝置設有電源切換電路等。該交直流電混合動力永磁同步馬達可利用一固定交流電源經由該三極主線圈組供電，藉該三極主線圈組與該N極永久磁鐵、S極永久磁鐵間之電磁作用，帶動該N極永久磁鐵、S極永久磁鐵轉動並利用轉動軸驅動一負載工作；該交直流電混合動力永磁同步馬達並可利用一固定直流電源經由該三極次線圈組供電，藉由該三極主線圈組與該三極次線圈組、該電源切換電路，使可以增加該三極主線圈組、該三極次線圈組與該N極永久磁鐵、S極永久磁鐵間之電磁作用強度，進而提高該轉動 軸之轉動轉矩以作馬達加大轉矩轉動工作，或者，使可以減少該三極主線圈組、該三極次線圈組與該N極永久磁鐵、S極永久磁鐵間之電磁作用強度，進而降低該轉動軸之轉動轉矩以作馬達減小轉矩轉動工作，且不影響該固定交流電源及該固定直流電源之電流流量。如此，運用本項發明創作中，由一永磁同步馬達及一多層結構定子裝置、一電源切換裝置構成之「交直流電混合動力永磁同步馬達」，令該多層結構定子裝置與該電源切換裝置可作馬達加大轉矩、馬達減小轉矩並以固定交流電源及固定直流電源供電予該永磁同步馬達，利用此種新式之電源切換多層結構定子與固定交直流供電概念，將可達到永磁同步馬達可固定電流作加減轉矩驅動之用電特性與目的。

Description

交直流電混合動力永磁同步馬達

本項發明創作係關於一種「交直流電混合動力永磁同步馬達」機電裝置，尤指一種利用一多層結構定子裝置及一電源切換裝置於一永磁同步馬達之驅動，令該多層結構定子裝置與該電源切換裝置可作馬達加大轉矩、馬達減小轉矩，並以固定交流電源及固定直流電源供電予該永磁同步馬達的多層結構馬達機電裝置者。

按，在現今石油供應來源不穩、油價起伏不定的時代，石油相關能源的使用成本可能提高，同時，為了地球環境考量，避免因使用石油過度排放二氧化碳而造成環境的劇烈改變，各方均倡導節能減碳的相關做法，例如：開發使用電動車。其中，創新及安全性地利用電池供電予電動車馬達(如：永磁同步馬達)工作，以提昇電池長效性使用，也是節能減碳的一種具體做法。

習用電動車永磁同步馬達利用電源供電以驅動負載之方式，請參閱第1圖所示，其中一永磁同步馬達01與一負載02連接，該永磁同步馬達01內部由一N極永久磁鐵011、一S極永久磁鐵012與一線 圈組013、一線圈組014所組成，該永磁同步馬達01利用一變動交流電源供電予該線圈組013、該線圈組014，即可帶動該N極永久磁鐵011、該S極永久磁鐵012轉動，驅動該負載02並作馬達加減轉矩工作，使電動車作加減轉矩行駛。當電動車在加減轉矩行駛期間，該變動交流電源為一變動電流供電，使得該電動車之電池亦須提供變動電流予該永磁同步馬達01使用。

然而，當電動車在加大轉矩行駛時，電動車電池放電電流增大，放電電壓下降快，而當電動車在減小轉矩行駛時，電動車電池放電電流減小，放電電壓下降慢，電動車電池電壓經常性起伏不定，使電池內部的電化學反應不穩定，而可能造成電池的性能損害；另外，當電動車在高轉矩行駛期間，電動車電池放電電流可能過大，長時間或連續式的過大放電電流將導致電動車電池內部經常過熱，造成電池永久性的結構損害。因此，創新電動車永磁同步馬達安全性地使用電池作加減轉矩，目前也成為馬達電機製造商研究方向之一。

鑑於上述先前技術所衍生的電動車永磁同步馬達使用電池缺點(變動電流)，本案發明創作人乃亟思加以改良創新，並經過多日苦心孤詣潛心研究後，終於成功研發完成本案之一種「交直流電混合動力永磁同步馬達」機電裝置。

本項發明創作之目的，在於提供一種可固定電流作馬達加大轉矩、馬達減小轉矩之電動車永磁同步馬達機電裝置，其概念係在一永磁同步馬達內部可設一多層結構定子裝置，並在該永磁同步馬 達外部設一電源切換裝置，使該多層結構定子裝置與該電源切換裝置可作馬達加大轉矩、馬達減小轉矩，並以固定交流電源及固定直流電源供電予該永磁同步馬達，而達到永磁同步馬達可固定電流作加減轉矩驅動之用電特性與目的。

為達上述之目的，本項發明創作之技術手段在於，在一永磁同步馬達內部設一多層結構定子裝置，在該永磁同步馬達外部設一電源切換裝置，以共同組成一「交直流電混合動力永磁同步馬達」，為一定電流交直流馬達(Constant Current AC and DC Motor)。該交直流電混合動力永磁同步馬達於該永磁同步馬達內部設有一由一三極主線圈組、兩個三極次線圈組構成之馬達多層結構定子裝置與一由一N極永久磁鐵、一S極永久磁鐵構成之馬達永久磁鐵轉子，該馬達多層結構定子裝置與該永磁同步馬達外部之一固定交流電源及一固定直流電源電氣連接，該馬達永久磁鐵轉子藉由一轉動軸與該永磁同步馬達外部之一負載機械連接。該馬達多層結構定子裝置另與該永磁同步馬達外部之一電源切換裝置之一電源切換電路電氣連接。

該交直流電混合動力永磁同步馬達利用該外部固定交流電源供電予具三極主線圈組之該馬達多層結構定子裝置，藉該三極主線圈組與具N極永久磁鐵、S極永久磁鐵之該馬達永久磁鐵轉子間之電磁作用，可帶動該N極永久磁鐵、S極永久磁鐵轉動並利用該轉動軸驅動該負載工作(固定交流電流供電、馬達正常轉動)。該交直流電混合動力永磁同步馬達並利用該外部固定直流電源供電予具兩個三極次線圈組之該馬達多層結構定子裝置，藉由該三極主線圈組與該兩個三極次線圈組、 該電源切換裝置之電源切換電路，使可以增加該三極主線圈組、該兩個三極次線圈組與具N極永久磁鐵、S極永久磁鐵之該馬達永久磁鐵轉子間之電磁作用強度，進而提高該轉動軸之轉動轉矩以作馬達加大轉矩轉動工作，且不影響該固定交流電源及該固定直流電源之電流流量(固定交直流電流供電、馬達加大轉矩轉動)，或者，使可以減少該三極主線圈組、該兩個三極次線圈組與具N極永久磁鐵、S極永久磁鐵之該馬達永久磁鐵轉子間之電磁作用強度，進而降低該轉動軸之轉動轉矩以作馬達減小轉矩轉動工作，且不影響該固定交流電源及該固定直流電源之電流流量(固定交直流電流供電、馬達減小轉矩轉動)。

如此，運用本項發明創作中，由一永磁同步馬達及一多層結構定子裝置、一電源切換裝置構成之「交直流電混合動力永磁同步馬達」，令該多層結構定子裝置與該電源切換裝置可作馬達加大轉矩、馬達減小轉矩並以固定交流電源及固定直流電源供電予該永磁同步馬達，利用此種新式之電源切換多層結構定子與固定交直流供電概念，將可達到永磁同步馬達可固定電流作加減轉矩驅動之用電特性與目的。

請參閱以下有關於本項發明創作「交直流電混合動力永磁同步馬達」機電裝置一較佳實施例之詳細說明及其附圖，將可進一步瞭解本創作之技術內容及其目的與功效：

11:交直流電混合動力永磁同步馬達

111:N極永久磁鐵

112:S極永久磁鐵

113:轉動軸

1141:三極主線圈組

1142:三極主線圈組

1151:前三極次線圈組

1152:前三極次線圈組

1161:後三極次線圈組

1162:後三極次線圈組

12:負載

13:電源切換電路

第1圖為習用電動車永磁同步馬達之結構圖。

第2圖為本項發明創作「交直流電混合動力永磁同步馬達」一較佳實施 例中，馬達加大轉矩轉動中多層結構定子與電源切換電路之電流流向示意圖。

第3圖為本項發明創作「交直流電混合動力永磁同步馬達」一較佳實施例中，馬達減小轉矩轉動中多層結構定子與電源切換電路之電流流向示意圖。

第4圖為本項發明創作「交直流電混合動力永磁同步馬達」一較佳實施例中，馬達停止轉矩轉動中多層結構定子與電源切換電路之電流流向示意圖。

第5圖為本項發明創作「交直流電混合動力永磁同步馬達」一較佳實施例中，馬達另一停止轉矩轉動中多層結構定子與電源切換電路之電流流向示意圖。

本項發明創作所提供之一種「交直流電混合動力永磁同步馬達」機電裝置，請參閱第2圖所示，該交直流電混合動力永磁同步馬達11內部設有一由一N極永久磁鐵111、一S極永久磁鐵112構成之馬達永久磁鐵轉子，該馬達永久磁鐵轉子藉由一轉動軸113與該交直流電混合動力永磁同步馬達11外部之一負載12機械連接；該交直流電混合動力永磁同步馬達11內部另設有一由一三極主線圈組1141、一三極主線圈組1142與一前三極次線圈組1151、一前三極次線圈組1152、一後三極次線圈組1161、一後三極次線圈組1162共同構成之馬達多層結構定子裝置，該馬達多層結構定子裝置之該三極主線圈組1141、該三極主線圈組1142直接與該交直流電混合動力永磁同步馬達11外部之一固定交流 電源(如：一電動車電池經逆變後提供一固定電流之交流電源)電氣連接；而該馬達多層結構定子裝置之該前三極次線圈組1151、該前三極次線圈組1152與該後三極次線圈組1161、該後三極次線圈組1162之線圈繞組方向相反，且間接經由該交直流電混合動力永磁同步馬達11外部一馬達電源切換裝置之一電源切換電路13與該交直流電混合動力永磁同步馬達11外部之一固定直流電源(如：一電動車電池)電氣連接。該三極主線圈組1141、該三極主線圈組1142與該前三極次線圈組1151、該前三極次線圈組1152、該後三極次線圈組1161、該後三極次線圈組1162及該電源切換電路13構成一可電源切換之馬達多層結構定子裝置。

請參閱第2圖所示，該交直流電混合動力永磁同步馬達11利用該外部固定交流電源可直接供電予該馬達多層結構定子裝置之該三極主線圈組1141、該三極主線圈組1142，藉由該三極主線圈組1141、該三極主線圈組1142與該N極永久磁鐵111、該S極永久磁鐵112間之電磁作用，可帶動具該N極永久磁鐵111、該S極永久磁鐵112之該馬達永久磁鐵轉子轉動，並利用該轉動軸113驅動該負載12工作(固定交流電流供電、馬達正常轉動)。該交直流電混合動力永磁同步馬達11另可藉由該馬達電源切換裝置之該電源切換電路13，使該外部固定直流電源可間接分時供電予該前三極次線圈組1151、該前三極次線圈組1152，並且可停止分時供電予該後三極次線圈組1161、該後三極次線圈組1162，而使可以增加該三極主線圈組1141、該三極主線圈組1142、該前三極次線圈組1151、該前三極次線圈組1152與該N極永久磁鐵111、該S極永久磁鐵112間之電磁作用強度，進而提高該轉動軸113之轉動轉矩以作馬達加 大轉矩轉動工作，並且不影響該固定交流電源及該固定直流電源之電流流量(固定交直流電流供電、馬達加大轉矩轉動)。

或者，請參第3圖所示，該交直流電混合動力永磁同步馬達11利用該外部固定交流電源可直接供電予該馬達多層結構定子裝置之該三極主線圈組1141、該三極主線圈組1142，藉由該三極主線圈組1141、該三極主線圈組1142與該N極永久磁鐵111、該S極永久磁鐵112間之電磁作用，可帶動具該N極永久磁鐵111、該S極永久磁鐵112之該馬達永久磁鐵轉子轉動，並利用該轉動軸113驅動該負載12工作(固定交流電流供電、馬達正常轉動)。該交直流電混合動力永磁同步馬達11另可藉由該馬達電源切換裝置之該電源切換電路13，使該外部固定直流電源可間接分時供電予該後三極次線圈組1161、該後三極次線圈組1162，並且可停止分時供電予該前三極次線圈組1151、該前三極次線圈組1152，而使可以減少該三極主線圈組1141、該三極主線圈組1142、該後三極次線圈組1161、該後三極次線圈組1162與該N極永久磁鐵111、該S極永久磁鐵112間之電磁作用強度，進而降低該轉動軸113之轉動轉矩以作馬達減小轉矩轉動工作，並且不影響該固定交流電源及該固定直流電源之電流流量(固定交直流電流供電、馬達減小轉矩轉動)。

請參閱第4圖所示，該交直流電混合動力永磁同步馬達11利用該外部固定交流電源可直接供電予該馬達多層結構定子裝置之該三極主線圈組1141、該三極主線圈組1142，藉由該三極主線圈組1141、該三極主線圈組1142與該N極永久磁鐵111、該S極永久磁鐵112間之電磁作用，可帶動具該N極永久磁鐵111、該S極永久磁鐵112之該 馬達永久磁鐵轉子轉動，並利用該轉動軸113驅動該負載12工作。該交直流電混合動力永磁同步馬達11利用該外部固定交流電源亦可停止直接供電予該馬達多層結構定子裝置之該三極主線圈組1141、該三極主線圈組1142，藉此停止該該三極主線圈組1141、該三極主線圈組1142與該N極永久磁鐵111、該S極永久磁鐵112間之電磁作用；該交直流電混合動力永磁同步馬達11另可藉由該馬達電源切換裝置之該電源切換電路13，使該外部固定直流電源可間接同時供電予該前三極次線圈組1151、該前三極次線圈組1152，而使可以固定該前三極次線圈組1151、該前三極次線圈組1152與該N極永久磁鐵111、該S極永久磁鐵112間之電磁作用方向，進而亦可以停止該轉動軸113之轉動轉矩以作馬達停止轉矩轉動工作。

或者，請參閱第5圖所示，該交直流電混合動力永磁同步馬達11利用該外部固定交流電源可直接供電予該馬達多層結構定子裝置之該三極主線圈組1141、該三極主線圈組1142，藉由該三極主線圈組1141、該三極主線圈組1142與該N極永久磁鐵111、該S極永久磁鐵112間之電磁作用，可帶動具該N極永久磁鐵111、該S極永久磁鐵112之該馬達永久磁鐵轉子轉動，並利用該轉動軸113驅動該負載12工作。該交直流電混合動力永磁同步馬達11利用該外部固定交流電源亦可停止直接供電予該馬達多層結構定子裝置之該三極主線圈組1141、該三極主線圈組1142，藉此停止該該三極主線圈組1141、該三極主線圈組1142與該N極永久磁鐵111、該S極永久磁鐵112間之電磁作用；該交直流電混合動力永磁同步馬達11另可藉由該馬達電源切換裝置之該電源切換電 路13，使該外部固定直流電源可間接同時供電予該後三極次線圈組1161、該後三極次線圈組1162，而使可以固定該後三極次線圈組1161、該後三極次線圈組1162與該N極永久磁鐵111、該S極永久磁鐵112間之電磁作用方向，進而亦可以停止該轉動軸113之轉動轉矩以作馬達停止轉矩轉動工作。

於本項發明創作之「交直流電混合動力永磁同步馬達」機電裝置中，一交直流電混合動力永磁同步馬達11利用外部一固定交流電源直接供電予一馬達多層結構定子裝置並帶動馬達永久磁鐵轉子轉動(馬達正常轉動)；該交直流電混合動力永磁同步馬達11另藉由一馬達電源切換裝置使該交直流電混合動力永磁同步馬達11外部另一固定直流電源間接分時供電予該馬達多層結構定子裝置並可作馬達加大轉矩轉動工作，且不影響該固定交流電源及該固定直流電源之電流流量(馬達加大轉矩轉動)，或者，可作馬達減小轉矩轉動工作，且不影響該固定交流電源及該固定直流電源之電流流量(馬達減小轉矩轉動)。如此，運用本項發明創作中，由一永磁同步馬達及一多層結構定子裝置、一電源切換裝置構成之「交直流電混合動力永磁同步馬達」，利用此種新式之電源切換多層結構定子與固定交直流供電概念，將可達到永磁同步馬達可固定電流作加減轉矩驅動之用電特性與目的，而不致於發生電動車在加減轉矩行駛期間，電動車電池電壓經常性起伏不定造成電池性能損害，或者，電動車電池長時間或連續式過大放電電流導致電池內部過熱，造成電池永久性結構損害之情形。

上列詳細說明係針對本項發明創作之可行實施例的具 體說明，惟該實施例並非用以限制本創作之專利範圍，凡未脫離本項發明創作技藝精神所為之等效實施或變更，例如：等變化之等效性實施例，均應包含於本案之專利範圍中。

11:交直流電混合動力永磁同步馬達

111:N極永久磁鐵

112:S極永久磁鐵

113:轉動軸

1141:三極主線圈組

1142:三極主線圈組

1151:前三極次線圈組

1152:前三極次線圈組

1161:後三極次線圈組

1162:後三極次線圈組

12:負載

13:電源切換電路

Claims (4)

1. 一種交直流電混合動力永磁同步馬達，包括：

   一N極永久磁鐵，設於該交直流電混合動力永磁同步馬達內部；

   一S極永久磁鐵，設於該交直流電混合動力永磁同步馬達內部；

   一轉動軸，設於該交直流電混合動力永磁同步馬達內部；

   一負載，設於該交直流電混合動力永磁同步馬達外部；

   該N極永久磁鐵及該S極永久磁鐵構成一馬達永久磁鐵轉子，該馬達永久磁鐵轉子藉由該轉動軸與該負載機械連接；

   一三極主線圈組，設於該交直流電混合動力永磁同步馬達內部，該三極主線圈組直接與該交直流電混合動力永磁同步馬達外部一固定交流電源(固定電流)電氣連接；

   一前三極次線圈組，設於該交直流電混合動力永磁同步馬達內部；

   一後三極次線圈組，設於該交直流電混合動力永磁同步馬達內部；

   一電源切換電路，設於該交直流電混合動力永磁同步馬達外部；

   該前三極次線圈組與該後三極次線圈組之線圈繞組方向相反，且經由該電源切換電路間接與該交直流電混合動力永磁同步馬達外部另一固定直流電源(固定電流)電氣連接；

   該三極主線圈組、該前三極次線圈組、該後三極次線圈組共同構成該交直流電混合動力永磁同步馬達之一馬達多層結構定子裝置，而該電源切換電路則構成該交直流電混合動力永磁同步馬達之一馬達電源切換裝置；

   該交直流電混合動力永磁同步馬達利用該外部固定交流電源可直接供電予該馬達多層結構定子裝置之該三極主線圈組，藉由該三極主線圈組與該N極永久磁鐵、該S極永久磁鐵間之電磁作用，可帶動具該N極永久磁鐵、該S極永久磁鐵之該馬達永久磁鐵轉子轉動，並利用該轉動軸驅動該負載工作；該交直流電混合動力永磁同步馬達另可藉由該馬達電源切換裝置之該電源切換電路，使該外部固定直流電源可間接分時供電予該前三極次線圈組，並且可停止分時供電予該後三極次線圈組，而使可以增加該三極主線圈組、該前三極次線圈組與該N極永久磁鐵、該S極永久磁鐵間之電磁作用強度，以作馬達加大轉矩轉動工作。
2. 如請求項1所述之交直流電混合動力永磁同步馬達，該交直流電混合動力永磁同步馬達利用該外部固定交流電源可直接供電予該馬達多層結構定子裝置之該三極主線圈組，藉由該三極主線圈組與該N極永久磁鐵、該S極永久磁鐵間之電磁作用，可帶動具該N極永久磁鐵、該S極永久磁鐵之該馬達永久磁鐵轉子轉動，並利用該轉動軸驅動該負載工作；該交直流電混合動力永磁同步馬達另可藉由該馬達電源切換裝置之該電源切換電路，使該外部固定直流電源可間接分時供電予該後三極次線圈組，並且可停止分時供電予該前三極次線圈組，而使可以減少該三極主線圈組、該後三極次線圈組與該N極永久磁鐵、該S極永久磁鐵間之電磁作用強度，以作馬達減小轉矩轉動工作。
3. 如請求項1所述之交直流電混合動力永磁同步馬達，該交直流電混合動力永磁同步馬達利用該外部固定交流電源可直接供電予該馬達多層結構定子裝置之該三極主線圈組，藉由該三極主線圈組與該N極永久磁鐵、該S極永久磁鐵間之電磁作用，可帶動具該N極永久磁鐵、該S極永久磁鐵之該馬達永久磁鐵轉子轉動，並利用該轉動軸驅動該負載工作；該交直流電混合動力永磁同步馬達利用該外部固定交流電源亦可停止直接供電予該馬達多層結構定子裝置之該三極主線圈組，藉此停止該該三極主線圈組與該N極永久磁鐵、該S極永久磁鐵間之電磁作用；該交直流電混合動力永磁同步馬達另可藉由該馬達電源切換裝置之該電源切換電路，使該外部固定直流電源可間接同時供電予該前三極次線圈組，而使可以固定該前三極次線圈組與該N極永久磁鐵、該S極永久磁鐵間之電磁作用方向，以作馬達停止轉矩轉動工作。
4. 如請求項1所述之交直流電混合動力永磁同步馬達，該交直流電混合動力永磁同步馬達利用該外部固定交流電源可直接供電予該馬達多層結構定子裝置之該三極主線圈組，藉由該三極主線圈組與該N極永久磁鐵、該S極永久磁鐵間之電磁作用，可帶動具該N極永久磁鐵、該S極永久磁鐵之該馬達永久磁鐵轉子轉動，並利用該轉動軸驅動該負載工作；該交直流電混合動力永磁同步馬達利用該外部固定交流電源亦可停止直接供電予該馬達多層結構定子裝置之該三極主線圈組，藉此停止該該三極主線圈組與該N極永久磁鐵、該S極永久磁鐵間之電磁作用；該交直流電混合動力永磁同步馬達另 可藉由該馬達電源切換裝置之該電源切換電路，使該外部固定直流電源可間接同時供電予該後三極次線圈組，而使可以固定該後三極次線圈組與該N極永久磁鐵、該S極永久磁鐵間之電磁作用方向，以作馬達停止轉矩轉動工作。

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