马达转速控制方法及其系统 |
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| 申请号 | CN201510071977.7 | 申请日 | 2015-02-11 | 公开(公告)号 | CN104868817A | 公开(公告)日 | 2015-08-26 |
| 申请人 | 寰纪动力科技有限公司; | 发明人 | 庄志男; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供一种 马 达转速控制方法及其系统，该马达转速控制系统包含马达、控 制模 块 以及显示模块。马达包含 转子 与 定子 。转子包含感应转子部。定子同轴枢设于转子，定子包含感应定子部。 控制模块 电性连结转子与定子，且控制感应转子部的感应转子 电流 值与感应定子部的感应定子电流值，令转子产生转速。当转速到达预设值时，控制模块降低或关闭感应转子电流值，致使转子借由转动惯性与感应定子电流值保持转速。显示模块电性连结控制模块，且可显示转速与马达电流值。根据本发明的马达转速控制系统，在马达高速运转时弱化转子磁 力 ，可降低马达 磁滞 现象，进而达到节能的效果。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种马达转速控制系统，其特征在于，所述马达转速控制系统包含： |
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| 说明书全文 | 马达转速控制方法及其系统技术领域背景技术[0002] 现今许多产业的日常作业，常需依赖动力以驱动机械做旋转、或其他形式的运动，此时通常会选择以马达作为动力来源。由于马达可将电能或磁能转换成为机械能，所以广泛地应用于各种工业、电器、运输系统的装置上，其已成为一种不可或缺的设备。马达的型式有若干种，例如感应马达及永磁马达。使用者可根据不同的环境及条件，选用不同型式的马达。 [0003] 传统的永磁马达的硬体架构可分为定子、转子以及外壳，其中定子系以电枢线圈与电枢铁心所构成，其中电枢铁心是由硅钢片积迭而成的，而电枢位于定子上，因此可以不需要电刷传导电流给转子。转子则为永久磁铁所构成。而外壳不只可以固定定子，也可当作磁路的一部分。再者，永磁马达按电子绕线的方式，可分为两相、三相及五相等永磁马达，其中三相是较为常见的，其结构和同步马达类似。永磁马达通常具有高运转效率，其由转子上的永久磁铁与定子绕组所产生的旋转磁场交互作用产生转矩，以维持同步转速。近年来，由于永久磁铁的材质与磁能积不断提升，使得永磁马达可在同步旋转时得到极高的运转效率。 [0004] 然而，永磁马达具有启动较慢的特性，而且在低转速时所产生的扭力不足，因此其转速需要较长时间才能到达一定值。再者，其需要复杂的控制系统，会间接提高马达的制造成本。此外，当永磁马达达到最高有效转速时，其消耗的电能过大。由此可知，目前市场上缺乏一种低成本、具简易的控制系统与方法、可同时兼具高扭力与最高转速以及节能的马达转速控制方法及其系统，所以相关研究人员均在寻求其解决的道。 发明内容[0005] 因此，本发明的目的在于提供一种马达转速控制方法及其系统，利用感应线圈取代永磁的使用，可降低高负载下的马达因高温所造成的热消磁。再者，在马达低转速时启动最大转子电流，可保有马达的最大扭力。此外，在马达高转速时通过转子弱化的机制降低马达的磁滞现象，进而达到节能的效果，同时利用控制模块控制永磁定子电流值，可进一步提升最高转速。 [0006] 本发明一方面提供一种马达转速控制系统，其包含马达、控制模块以及显示模块。其中马达包含转子与定子。其中转子包含至少一个感应转子部与至少一个永磁转子部。定子同轴枢设于转子，定子包含至少一个感应定子部与至少一个永磁定子部，感应转子部与感应定子部彼此对应且相隔有感应间距，永磁转子部与永磁定子部彼此对应且相隔有永磁间距。再者，控制模块电性连结转子与定子。控制模块控制感应转子部的感应转子电流值、感应定子部的感应定子电流值以及永磁定子部的永磁定子电流值，令转子产生转速。当转速到达预设值时，控制模块会降低或关闭感应转子电流值，致使转子借由转动惯性与感应定子电流值保持转速。此外，显示模块则电性连结转子，且显示模块可显示转速、感应转子电流值及永磁定子电流值。 [0007] 借此，本发明的马达转速控制系统利用感应线圈取代永磁的使用，可降低高负载下的马达因高温所造成的热消磁。再者，在马达低转速时启动最大转子电流，可保有马达的最大扭力。此外，在马达高转速时通过转子弱化的机制降低马达的磁滞现象，进而达到节能的效果，同时利用控制模块控制永磁定子电流值，可进一步提升最高转速。 [0008] 根据前述的马达转速控制系统，其中控制模块可包含第一控制件，此第一控制件控制感应转子电流值与感应定子电流值。当转速到达预设值时，第一控制件降低或关闭感应转子电流值。另外，前述控制模块可包含第二控制件，此第二控制件控制永磁定子电流值。当转速到达预设值时，第二控制件会增加永磁定子电流值，致使转速变大。再者，前述马达转速控制系统可包含电源供应器，此电源供应器电性连接控制模块与显示模块。此电源供应器提供转动电能给控制模块，且转动电能通过控制模块转换成感应电能与永磁电能。其中感应电能供给感应转子部与感应定子部工作，并分别对应产生感应转子电流值与感应定子电流值。永磁电能则供给永磁定子部工作并产生永磁定子电流值。而电源供应器提供控制电能给控制模块工作，并提供显示电能给显示模块工作。此外，前述转子可包含多个N极磁体与多个S极磁体。N极磁体与S极磁体彼此交错排列。转子与定子均为圆筒型。另外，前述马达可包含两个集电环与电刷组，且转子可包含轴心。两个集电环环设于轴心上且电性连结感应转子部。电刷组电性连结控制模块，且电刷组包含两个碳刷，两个碳刷分别连接两个集电环。 [0009] 借由上述实施例，第一控制件可在马达高转速时弱化转子，不但能降低马达的磁滞现象，还可达到节能的效果。第二控制件可增加永磁定子电流值，能进一步提升最高转速。再者，感应转子部的N极磁体与永磁转子部的N极磁体彼此相邻对应，可产生同极互斥的效果，且能防止彼此的磁场干扰。此外，电源供应器可产生稳定的电能给马达、控制模块以及显示模块，使其可正常工作。 [0010] 本发明另一方面提供一种马达转速控制方法，此方法包含第一调整步骤、第二调整步骤、第三调整步骤以及显示步骤。其中第一调整步骤利用控制模块调整感应转子电流值与感应定子电流值。当转速低于预设值时，启动控制模块调整感应转子电流值与感应定子电流值，致使转速改变。而第二调整步骤系利用控制模块判断转速的大小，当转速到达预设值时，启动控制模块降低或关闭感应转子电流值，致使转子借由转动惯性与感应定子电流值保持转速。再者，第三调整步骤利用控制模块调整永磁定子电流值，当转速到达预设值时，启动控制模块调整永磁定子电流值，致使转速超过预设值。此外，显示步骤系显示转速、感应转子电流值及永磁定子电流值。 [0011] 借此，本发明的马达转速控制方法利用感应线圈取代永磁的使用，可降低高负载下的马达因高温所造成的热消磁。再者，在马达低转速时启动最大转子电流，可保有马达的最大扭力。此外，在马达高转速时通过转子弱化的机制降低马达的磁滞现象，进而达到节能的效果，同时利用控制模块控制永磁定子电流值，可进一步提升最高转速。 [0012] 根据前述的马达转速控制方法，其中控制模块可包含第一控制件，且第一调整步骤通过第一控制件调整感应转子电流值与感应定子电流值。前述第二调整步骤可通过第一控制件降低或关闭感应转子电流值。再者，前述控制模块可包含第二控制件，且第二调整步骤通过第二控制件调整永磁定子电流值。此外，前述马达转速控制方法可包含供电步骤，其利用电源供应器分别提供转动电能、控制电能及显示电能给马达、控制模块及显示模块工作。其中转动电能通过控制模块转换成感应电能与永磁电能。而感应电能通过控制模块供给感应转子部与感应定子部工作，并分别对应产生感应转子电流值与感应定子电流值。至于永磁电能则供给永磁定子部工作并产生永磁定子电流值。 [0013] 借由上述实施例，第一控制件可在马达高转速时弱化转子，不但能降低马达的磁滞现象，还可达到节能的效果。第二控制件可增加永磁定子电流值，能进一步提升最高转速。此外，供电步骤于其他步骤的过程中均可提供稳定的电能，使马达在节能的前提下，得以有效地运转。 [0014] 本发明系统方面的另一个实施方式为一种马达转速控制系统，其包含马达、控制模块以及显示模块。其中马达包含转子与定子。其中转子包含至少一个感应转子部。定子同轴枢设于转子，定子包含至少一个感应定子部，感应转子部与感应定子部彼此对应且相隔有感应间距。再者，控制模块电性连结转子与定子。控制模块控制感应转子部的感应转子电流值与感应定子部的感应定子电流值，令转子产生转速。当转速到达预设值时，控制模块会降低或关闭感应转子电流值，致使转子借由转动惯性与感应定子电流值保持转速。此外，显示模块则电性连结转子，且显示模块可显示转速与感应转子电流值。 [0015] 借此，本发明的马达转速控制系统利用感应线圈完全取代永磁的使用，可降低高负载下的马达因高温所造成的热消磁。再者，在马达低转速时启动最大转子电流，可保有马达的最大扭力。此外，在马达高转速时通过转子弱化的机制降低马达的磁滞现象，进而达到节能的效果。 [0016] 根据前述的马达转速控制系统，其中控制模块可包含第一控制件，此第一控制件控制感应转子电流值与感应定子电流值。当转速到达预设值时，第一控制件降低或关闭感应转子电流值。再者，前述马达转速控制系统可包含电源供应器，此电源供应器电性连接控制模块与显示模块。此电源供应器提供转动电能给控制模块。转动电能通过控制模块供给感应转子部与感应定子部工作，并分别对应产生感应转子电流值与感应定子电流值。电源供应器也提供控制电能给控制模块工作，并提供显示电能给显示模块工作。此外，前述转子可包含多个N极磁体与多个S极磁体。N极磁体与S极磁体彼此交错排列。转子与定子均为圆筒型。另外，前述马达可包含两个集电环与电刷组，且转子可包含轴心。两个集电环环设于轴心上且电性连结感应转子部。电刷组电性连结控制模块，且电刷组包含两个碳刷，两个碳刷分别连接两个集电环。 [0017] 借由上述实施例，第一控制件可在马达高转速时弱化转子，不但能降低马达的磁滞现象，还可达到节能的效果。再者，感应转子部的N极磁体与永磁转子部的N极磁体彼此相邻对应，可产生同极互斥的效果，且能防止彼此的磁场干扰。此外，电源供应器可产生稳定的电能给马达、控制模块以及显示模块，使其可正常工作。附图说明 [0018] 图1为本发明一个实施方式的马达转速控制系统的示意图。 [0019] 图2为图1的剖线2-2的剖视图。 [0020] 图3A为图2的转子的侧视图。 [0021] 图3B为图2的剖线3-3的剖视图。 [0022] 图4A为本发明另一个实施方式的马达的剖视图。 [0023] 图4B为本发明另一个实施方式的集电环的示意图。 [0024] 图5为本发明一个实施方式的马达转速控制方法的流程示意图。 具体实施方式[0025] 请一并参阅图1、图2、图3A以及图3B。图1为本发明一个实施方式的马达转速控制系统100的示意图。图2为图1的剖线2-2的剖视图。图3A为图2的转子210的侧视图。图3B为图2的剖线3-3的剖视图。如图所示，此马达转速控制系统100包含马达200、控制模块300、显示模块400以及电源供应器500。 [0026] 马达200包含转子210、定子220、二集电环250以及电刷组260。其中转子210包含轴心230、感应转子部212与永磁转子部214，且定子220包含外壳240、感应定子部222与永磁定子部224。定子220位于转子210的外侧。感应转子部212与感应定子部222彼此对应且相隔有感应间距d1。而永磁转子部214与永磁定子部224彼此对应且相隔有永磁间距d2。另外，马达200具有马达电流值270，其代表整体马达200消耗的电流量。而感应转子部212具有感应转子电流值272，其代表感应转子部212所消耗的电流量。感应定子部222具有感应定子电流值274，其代表感应定子部222所消耗的电流量。永磁定子部224则具有永磁定子电流值276，其代表永磁定子部224所消耗的电流量。感应转子部212、感应定子部222以及永磁转子部214均具有线圈，感应转子部212与感应定子部222通过线圈感应产生转矩，以启动转子210的运转并产生转速。永磁转子部214由永久磁铁所构成。此外，转子210包含多个N极磁体216与多个S极磁体218，N极磁体216与S极磁体218彼此交错排列。而由于转子210包含感应转子部212与永磁转子部214，因此感应转子部 212与永磁转子部214个别均有多个N极磁体216与多个S极磁体218。特别的是，感应转子部212的N极磁体216与永磁转子部214的N极磁体216彼此相邻对应，可产生同极互斥的效果，能防止彼此的磁场干扰。再者，定子220的感应定子部222与永磁定子部224固设于外壳240的内壁且位于转子210的外侧，而外壳240则枢设于轴心230上。转子210的N极磁体216与S极磁体218交错地固设于轴心230，当马达200转动时，转子210相对于定子220枢转，也即轴心230相对于外壳240枢转。换句话说，定子220与转子210彼此通过外壳240与轴心230同轴枢设。再者，两个集电环250环设于轴心230的外侧且电性连结转子210的感应转子部212。电刷组260则是经由导线电性连接控制模块300。电刷组260包含二碳刷262，两个碳刷262则分别连接两个集电环250，以传导电流。另外，外壳 240为中空圆筒，而轴心230为圆筒型，由于定子220固设于外壳240的内壁，所以定子220也呈圆筒型。同理，由于转子210固设于轴心230的外表面，因此转子210也呈现圆筒型。 再者，转子210的转动方向可为正转或逆转。另值得一提的是，感应转子部212与永磁转子部214相距感磁间距d3，此感磁间距d3不但可防止感应转子部212与永磁转子部214的相互干扰，也可防止感应定子部222与永磁定子部224的相互干扰。 [0027] 控制模块300包含第一控制件310与第二控制件320。控制模块300电性连结转子210、定子220以及电刷组260。控制模块300借由第一控制件310控制感应转子部212的感应转子电流值272与感应定子部222的感应定子电流值274，并通过第二控制件320控制永磁定子部224的永磁定子电流值276，令转子210旋转而产生转速。当马达200的转速到达预设值时，不但可通过第一控制件310降低或关闭感应转子电流值272，还可同时利用第二控制件320来增加永磁定子电流值276，使马达200的转速变大。上述预设值为转子210的最高转速。特别的是，降低或关闭感应转子电流值272能将转子210弱化，进而降低马达200的磁滞现象，使转子210借由本身的转动惯性以及感应定子部222的感应定子电流值274来保持住转速，并可达到节能的效果。在保持转速的同时，转子210的线圈会短路而形成闭回路，且转子210的线圈中仍有感应电流，此感应电流将受感应定子电流值274所影响。此外，在降低马达200消耗功率的条件下，还可同时利用第二控制件320调整永磁定子电流值276，能进一步提升最高的转速。再者，第一控制件310与第二控制件320可利用旋钮或按键实现。 [0028] 显示模块400包含第一显示单元410与第二显示单元420，且显示模块400电性连结控制模块300。其中第一显示单元410显示转速，而第二显示单元420可显示马达电流值270、感应转子电流值272、感应定子电流值274或永磁定子电流值276。再者，马达电流值270包含感应转子电流值272与永磁定子电流值276。在调整第一控制件310与第二控制件320的过程当中，显示模块400所显示的转速与马达电流值270会随的而变化，使用者通过显示模块400可知晓目前马达200的运转与耗能的状况，以方便观察与分析。 [0029] 电源供应器500电性连接控制模块300与显示模块400。电源供应器500不但提供转动电能给马达200工作，而且电源供应器500提供控制电能给控制模块300工作，同时提供显示电能给显示模块400工作。转动电能会产生转动电流，此转动电流的大小为马达电流值270。详细的说，电源供应器500提供转动电能给控制模块300，且转动电能通过控制模块300转换成感应电能与永磁电能，其中感应电能供给感应转子部212与感应定子部222工作。感应电能供给感应转子部212会产生感应转子电流，此感应转子电流的大小为感应转子电流值272。而感应电能供给感应定子部222会产生感应定子电流，此感应定子电流的大小为感应定子电流值274。详细的说，电源供应器500提供感应电能并通过控制模块 300产生感应转子电流值272，此感应转子电流会经由电刷组260与集电环250而输入至感应转子部212供其工作。在工作的过程中可利用第一控制件310来降低或关闭感应转子电流值272以弱化转子210。而永磁电能则提供永磁定子部224并产生永磁定子电流，此永磁定子电流的大小为永磁定子电流值276。电源供应器500产生稳定的电能给马达200、控制模块300以及显示模块400，使其可正常工作。 [0030] 图4A为本发明另一个实施方式的马达600的剖视图。转子602包含感应转子部610与外壳616，且定子604包含感应定子部620与轴心622，其中感应转子部610包含多个N极磁体612与多个S极磁体614。感应转子部610的N极磁体612与S极磁体614交错地固设于外壳616的内壁且位于定子604的外侧，而外壳616则枢设于轴心622上。当马达600转动时，转子602相对于定子604枢转，也即轴心622相对于外壳616枢转。换句话说，定子604与转子602彼此通过外壳616与轴心622同轴枢设。有此可知，图3B与图4A的差异在于图3B的转子210位于定子220的内侧，转子210为内转，而图4A的转子 602位于定子604的外侧，转子602为外转。制造者可通过所需的应用领域，选择适合的马达200(请参见图2)或马达600结构。 [0031] 配合参阅图4A及4B，图4B为本发明另一个实施方式的集电环252的示意图。图4B实施方式的集电环252环设于外壳616的外侧，且集电环252的数量为2。集电环252电性连结转子602的感应转子部610。再者，电刷组264是经由导线电性连接控制模块300，且电刷组264借由两个碳刷266连接两个集电环252。此外，由于转子602的感应转子部610的N极磁体612与S极磁体614交错地固设于外壳616的内壁，为了方便集电环252与感应转子部610的互相连结，集电环252与电刷组264可设在对应于感应转子部610位置的外壳616外侧，此结构相较于图1中集电环250设于轴心230的实施例而言，可大幅降低制造成本。由上述可知，制造者可通过图1的集电环250搭配电刷组260来提供转子210的感应磁场，使转子210转动。或者借由图4B的集电环252搭配电刷组264来提供转子602的感应磁场，使转子602转动。 [0032] 配合参阅图1、图2以及图5，图5为本发明一个实施方式的马达转速控制方法700的流程示意图。马达转速控制方法700包含第一调整步骤s1、第二调整步骤s2、第三调整步骤s3、显示步骤s4以及供电步骤s5。 [0033] 第一调整步骤s1利用控制模块300调整感应转子电流值272。当转速低于预设值时，启动控制模块300的第一控制件310调整感应转子电流值272，致使转速改变。 [0034] 第二调整步骤s2利用控制模块300判断转速的大小。当转速到达预设值时，启动控制模块300的第一控制件310降低或关闭感应转子电流值272，致使转子210借由本身的转动惯性以及感应定子部222的感应定子电流值274来保持转速。因此，马达200于高速转动时，通过转子210弱化的机制降低马达200的磁滞现象，进而达到节能的效果。此外，在保持转速的同时，转子210的线圈会短路而形成闭回路，且转子210的线圈中仍有感应电流，此感应电流将受感应定子电流值274所影响。 [0035] 第三调整步骤s3利用控制模块300调整永磁定子电流值276。当转速到达预设值时，启动控制模块300的第二控制件320增加永磁定子电流值276，致使转速超过预设值，可进一步提升最高的转速。 [0036] 显示步骤s4系利用第一显示单元410显示转速。再者，通过第二显示单元420显示马达电流值270、感应转子电流值272、感应定子电流值274或永磁定子电流值276，可让使用者知晓目前马达200或马达600的运转与耗能的状况，以方便观察与分析。 [0037] 供电步骤s5利用电源供应器500分别提供转动电能、控制电能及显示电能给马达200、控制模块300及显示模块400工作。转动电能通过控制模块300转换成感应电能与永磁电能。其中感应电能提供感应转子部212并产生感应转子电流，此感应转子电流的大小为感应转子电流值272。感应电能也提供感应定子部222并产生感应定子电流，此感应定子电流的大小为感应定子电流值274。而永磁电能则提供永磁定子部224并产生永磁定子电流，此永磁定子电流的大小为永磁定子电流值276。供电步骤s5在第一调整步骤s1、第二调整步骤s2、第三调整步骤s3以及显示步骤s4的过程中均提供稳定的电能，使马达转速控制方法700在节能的前提下，得以有效地实现。 [0038] 由上述实施方式可知，本发明具有下列优点：其一，利用感应线圈取代永磁的使用，可降低高负载下的马达因高温所造成的热消磁。其二，在马达低转速时启动最大转子电流，可保有马达的最大扭力。其三，在马达高转速时通过转子弱化的机制降低马达的磁滞现象，进而达到节能的效果，同时利用控制模块控制永磁定子电流值，可进一步提升最高转速。 |
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