开关磁阻式电动机、磁阻马达的驱动电路及磁阻马达

摘要

一种开关磁阻式电动机，包括：重叠绕设在一磁阻马达的定子上的一第一绕组及一第二绕组，第一绕组包含呈Δ型接线的三相线圈，该第二绕组包含呈Y型接线的三相线圈，三个与一电容电池并联的桥臂，第一绕组的三相线圈分别对应电耦接在两两相邻桥臂之间，三个阻尼电容分别与第二绕组的三相线圈对应并联以构成三个谐振电路，当相邻两个桥臂被导通，电耦接在其间的该线圈会被电容电池的电压激磁，当相邻两个桥臂不导通，电耦接在其间的该线圈将消磁，并使与其相对应的该谐振电路发生谐振，而产生一谐振电流经由一三相桥式整流电路对电容电池充电。本发明同时公开一种磁阻马达的驱动电路及磁阻马达。

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁阻马达，特别是涉及一种具有双绕组磁阻马达 的开关磁阻式电动机。

背景技术

参阅图1，现有一种磁阻马达1主要包括一定子11及一设于定子 11内的转子12。定子11具有八个凸极A、A’、B、B’、C、C’、D、 D’，以及绕设在该八个凸极上的四相绕组，每一相绕组具有串联的 一第一线圈L₁及一第二线圈L₂，其分别绕设在定子11的两个径向相 对的凸极上。而转子12具有六个凸极a、a’、b、b’、c、c’。

再参见图2所示，是现有一种磁阻马达1的驱动电路2，其与一 直流电源Vdc电耦接，并具有四个与直流电源Vdc并联的桥臂21～24， 每一桥臂各别对应连接定子11的四相绕组，并具有一与相对应的该 相绕组的一端电耦接的上开关Qu、一与相对应的该相绕组的另一端电 耦接的下开关Qn、一反向电耦接在该相绕组的一端与直流电源Vdc 的负端之间的第一二极管D₁，以及一反向电耦接在该相绕组的另一端 与直流电源Vdc的正端之间的第二二极管D₂。

驱动电路2是采分相激磁方式对磁阻马达1的A、B、C、D四相 绕组依序激磁，亦即在一基本周期内会控制其中一桥臂，例如图3所 示的A相桥臂的上开关Qu及下开关Qn导通，使A相绕组的第一线圈 L₁及第二线圈L₂与直流电源Vdc导接，使其所绕设的凸极A、A’产 生磁力吸引转子12的凸极a、a’朝定子11的凸极A’A’方向移动， 如图1所示，然后使A相桥臂的上开关Qu及下开关Qn不导通，再接 着使B相桥臂的上开关Qu及下开关Qn导通，让B相绕组的第一线圈 L₁及第二线圈L₂与直流电源Vdc导接，使其所绕设的凸极B、B’产 生磁力吸引转子12的凸极b、b’朝定子11的凸极B、B’方向移动， 再接着以相同方式依序对C、D相绕组激磁，就能驱动转子12顺时针 运转，反之，若依序对D、C、B、A相绕组激磁，就能驱动转子12逆 时针运转。

然而如图4所示，当驱动电路2在上述基本周期结束，而控制例 如A相桥臂的上开关Qu及下开关Qn不导通时，A相绕组的第一线圈 L₁及第二线圈L₂上会瞬间产生一反电动势e1及e2，所述反电动势e1 及e2形成的大电流会循着反向并联在A相绕组的两端与直流电源Vdc 的正、负端之间的第一及第二二极管D₁、D₂对直流电源Vdc放电，而 对直流电源Vdc产生高压冲击，易造成直流电源Vdc因瞬间输入电流 过大而过热烧毁。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可将驱动过程中于线圈绕组上产生 的反电动势回收再利用的开关磁阻式电动机及磁阻马达的驱动电路。

本发明一种开关磁阻式电动机，包括一磁阻马达及一驱动电路。 该磁阻马达具有一定子及一转子，该定子具有重叠绕设的一第一绕组 及一第二绕组，该第一绕组包含呈Δ型接线的三相线圈，且该第二绕 组包含呈Y型接线的三相线圈；该驱动电路与该磁阻马达电耦接，以 驱动该磁阻马达，并包含：一电容电池，提供一直流电压；三个与该 电容电池并联的桥臂，每一桥臂具有串接的一上开关及一下开关，该 上开关的一端与该电容电池的一正端电耦接，该下开关的一端与该电 容电池的一负端电耦接，且该第一绕组的三相线圈分别对应电耦接在 两两相邻桥臂之间，且每一相线圈的两端各别与两个相邻桥臂的该上 开关与该下开关的一接点电耦接；三个阻尼电容，分别与该第二绕组 的该三相线圈对应并联，以构成三个谐振电路；以及一与该三个谐振 电路电耦接的三相桥式整流电路；当相邻两个桥臂其中一桥臂的上开 关与另一桥臂的下开关被导通，电耦接在相邻两个桥臂之间的该相线 圈会与该电容电池导接，而被该直流电压激磁并驱动该转子转动，且 当其中一桥臂的上开关与另一桥臂的下开关不导通，电耦接在相邻两 个桥臂之间的该相线圈将因该直流电压消失而消磁，并使与该相线圈 相对应的该谐振电路发生谐振，而产生一谐振电流经由该三相桥式整 流电路对该电容电池充电。

再者，本发明一种磁阻马达的驱动电路，该磁阻马达具有一定子 及一转子，该定子具有重叠绕设的一第一绕组及一第二绕组，该第一 绕组包含呈Δ型接线的三相线圈，且该第二绕组包含呈Y型接线的三 相线圈；该驱动电路包括：一电容电池，提供一直流电压；三个与该 电容电池并联的桥臂，每一桥臂具有串接的一上开关及一下开关，该 上开关的一端与该电容电池的一正端电耦接，该下开关的一端与该电 容电池的一负端电耦接，且该第一绕组的三相线圈分别对应电耦接在 两两相邻桥臂之间，每一相线圈的两端各别与两个相邻桥臂的该上开 关与该下开关的一接点电耦接；三个阻尼电容，分别与该第二绕组的 该三相线圈对应并联，以构成三个谐振电路；及一三相桥式整流电路， 与该三个谐振电路电耦接；当相邻两个桥臂其中一桥臂的上开关与另 一桥臂的下开关被导通，电耦接在相邻两个桥臂之间的该相线圈会与 该电容电池导接，而被该直流电压激磁并驱动该转子转动，且当其中 一桥臂的上开关与另一桥臂的下开关不导通，电耦接在相邻两个桥臂 之间的该相线圈将因该直流电压消失而消磁，并使与该相线圈相对应 的该谐振电路发生谐振，而产生一谐振电流经由该三相桥式整流电路 对该电容电池充电。

较佳地，上述该驱动电路还包含数量与该上开关及该下开关对 应，并分别与该上开关及该下开关反向并联的飞轮二极管。

较佳地，上述该阻尼电容是工作频率界于300～1000Hz的无极性 中频电容。

此外，本发明一种磁阻马达，包括：一定子，一转子，重叠绕设 在该定子上的一第一绕组及一第二绕组，该第一绕组包含呈Δ型接线 的三相线圈，且该第二绕组包含呈Y型接线的三相线圈，以及三个阻 尼电容，分别与该第二绕组的该三相线圈对应并联，以构成三个谐振 电路。

较佳地，该阻尼电容是工作频率界于300～1000Hz的无极性中频 电容。

本发明的有益的效果在于：借由在磁阻马达的定子上重叠绕设呈 Δ型接线的第一绕组以及呈Y型接线的第二绕组，并在第二绕组的三 相线圈分别对应并联一阻尼电容，构成三个谐振电路，使得当第一绕 组的某一相线圈被驱动电路激磁后再度消磁时，该相线圈因消磁产生 的反电动势能使与该相线圈相对应的该谐振电路发生谐振，而产生谐 振电流并经由三相桥式整流电路对电容电池充电，而将三相线圈上产 生的反电动势有效回收再利用，达到延长电容电池的供电时间的功 效。

附图说明

图1是现有一种磁阻马达的正面剖视示意图，说明现有磁阻马达 的正面结构。

图2是一电路图，说明现有磁阻马达的驱动电路与定子的四相绕 组对应电耦接的关系。

图3是一电路图，说明现有磁阻马达的驱动电路其中一桥臂使某 一相绕组与直流电源导接的状态。

图4是一电路图，说明图3的桥臂使某一相绕组不与直流电源导 接时，该相绕组上产生一反电动势。

图5是本发明磁阻马达的一较佳实施例的正面剖视示意图，说明 本实施例的磁阻马达的正面结构。

图6是一电路示意图，说明本实施例的第一绕组与第二绕组的接 线方式与相对位置关系。

图7是一电路图，说明本实施例的驱动电路与磁阻马达的第一绕 组及第二绕组的对应电耦接关系。

图8是一波形图，说明本实施例的谐振电路发生谐振时，产生的 一谐振电流波形。

图9是一等效电路图，说明本实施例的谐振电路产生的谐振电流 如何对电容电池充电。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。

参阅图5至图7所示，本发明开关磁阻式电动机的一较佳实施例 主要包括一磁阻马达3及一与磁阻马达3电耦接，以驱动磁阻马达3 的驱动电路4。

磁阻马达3具有一定子31及一设于定子31的内圈的转子32，且 如图5所示，本实施例的定子具有六个平均排列的三相凸极A、A’、 B、B’、C、C’，以及重叠绕设在所述三相凸极A、A’、B、B’、C、 C’上的一第一绕组33及一第二绕组34，其中第一绕组33绕设在三 相凸极A、A’、B、B’、C、C’的内圈，第二绕组34绕设在三相 凸极A、A’、B、B’、C、C’的外圈。

且如图6所示，第一绕组33包含呈Δ型接线的三相线圈U1、V1、 W1，第二绕组34包含呈Y型接线的三相线圈U2、V2、W2，其中线 圈U1、U2重叠绕设在定子31的两个径向相对的凸极A、A’上、线 圈V1、V2重叠绕设在定子31的两个径向相对的凸极B、B’上、线 圈W1、W2重叠绕设在定子31的两个径向相对的凸极C、C’上。 而本实施例的转子32则具有四个平均排列的凸极a、a’、b、b’。且 较佳地，第一绕组33的三相线圈U1、V1、W1和第二绕组34的三相 线圈U2、V2、W2的匝数相同。

且如图7所示，本实施例的驱动电路4与磁阻马达3电耦接，以 驱动磁阻马达3，并包含一电容电池41、三个与电容电池41并联的 桥臂42、43、44，三个阻尼电容Cd(参见图6)以及一三相桥式整流电 路45。其中电容电池41主要提供一直流电压Vdc做为驱动磁阻马达 3的动力来源，且电容电池41具有电流吞吐量大的特性，可承受最大 50安培/小时的电流。

所述桥臂42、43、44分别具有一上开关U+、V+、W+、一与各 该上开关U+、V+、W+对应串接的下开关U-、V-、W-，以及两个分 别与上开关U+、V+、W+及下开关U-、V-、W-反向并联的飞轮二极 管D。所述上开关U+、V+、W+的一端与电容电池41的一正端电耦 接，所述下开关U-、V-、W-的一端与电容电池41的一负端电耦接。 且第一绕组33的三相线圈U1、V1、W1分别对应电耦接在两两相邻 桥臂之间，亦即线圈U1的一端与桥臂42的上开关U+和下开关U- 的一接点R电耦接，线圈U1的另一端与桥臂43的上开关V+和下开 关V-的一接点S电耦接，线圈V1的一端与桥臂43的上开关V+和下 开关V-的接点S电耦接，线圈V1的另一端与桥臂44的上开关W+ 和下开关W-的一接点T电耦接，且线圈W1的一端与桥臂44的上开 关W+和下开关W-的接点T电耦接，线圈W1的另一端与桥臂42的 上开关U+和下开关U-的接点R电耦接。此外，所述上开关U+、V+、 W+和下开关U-、V-、W-是采用功率晶体管。

该三个阻尼电容Cd分别与第二绕组34的三相线圈U2、V2、W2 对应并联，而构成三个谐振电路35、36、37。且较佳地，阻尼电容 Cd是工作频率界于300～1000Hz的无极性中频电容。而且，谐振电路 35、36、37的谐振频率与驱动电路4的一开关切换频率有关，亦即该 开关切换频率是由谐振电路35(36、37)中的线圈U2(V2、W2)及阻尼 电容Cd决定，且应等于或接近于谐振电路35、36、37的谐振频率。 换句话说，驱动电路4的开关切换频率就是能让谐振电路35、36、37 发生谐振的频率。且较佳地，开关切换频率大约为400Hz。

三相桥式整流电路45与该三个谐振电路35、36、37电耦接，其 包含三对与电容电池41并联的二极管电路46、47、48，且谐振电路 35的一端与二极管电路46中的二极管Du+和二极管Du-的一接点U 电耦接，谐振电路36的一端与二极管电路47中的二极管Dv+和二极 管Dv-的一接点V电耦接，且谐振电路37的一端与二极管电路48中 的二极管Dw+和二极管Dw-的一接点W电耦接。

且在本实施例中，驱动电路4是一切换(开关)式控制器，它是采 分相激磁方式对磁阻马达3的第一绕组33的三相线圈U1、V1、W1 依序激磁，亦即驱动电路4在一基本周期内会控制相邻两个桥臂导通， 例如令桥臂42的上开关U+与桥臂43的下开关V-导通，使电容电池 41与电耦接在上开关U+与下开关V-之间的线圈U1导接，而输出直 流电压Vdc对线圈U1激磁，以将电能转换成磁能，让定子31的凸 极A、A’产生磁力吸引转子32的凸极a、a’分别朝定子31的凸极A、 A’方向移动，然后让上开关U+及下开关V-不导通，再接着令桥臂 43的上开关V+及桥臂44的下开关W-导通，使电容电池41的直流电 压Vdc对电耦接在上开关V+与下开关W-之间的线圈V1激磁，让定 子31的凸极B、B’产生磁力吸引转子32的凸极b、b’分别朝定子 31的凸极B、B’方向移动，然后再让上开关V+及下开关W-不导通， 再接着以相同方式对线圈W1激磁，如此反复操作，即能驱动转子32 反时针转动；反之，若驱动电路4依序对定子31的凸极C、B、A上 的线圈W1、V1、U1激磁，就能驱动转子32顺时针转动。

特别是，当电耦接在相邻两个桥臂，例如桥臂42、43之间的线 圈U1被直流电压Vdc激磁后，当线圈U1与直流电压Vdc不导接而 消磁时，线圈U1会因磁能突然消失而产生电能，亦即产生一反电动 势，此时，由于驱动电路4的开关切换频率恰等于或者接近于与线圈 U1对应设置的谐振电路35的谐振频率，因此谐振电路35将感应到 该反电动势提供的能量而发生自由谐振，并如图8所示，产生一谐振 电流经由三相桥式整流电路45对电容电池41充电。亦即，此时三相 桥式整流电路45的一等效电路如图9所示，其相当于一全波整流电 路。因此，当谐振电流为正值，且阻尼电容Cd被谐振电流顺向充电 后的电压大于电容电池41的电压时，阻尼电容Cd即会经由二极管 Dv+→电容电池41→二极管Du-→阻尼电容Cd构成的一放电回路，对 电容电池41充电，而当谐振电流为负值，且阻尼电容Cd被谐振电流 反向充电后的电压大于电容电池41的电压时，阻尼电容Cd则会经由 二极管Du+→电容电池41→二极管Dv-→阻尼电容Cd构成的一放电 回路，对电容电池41充电。

因此，同理，当线圈V1、W1被激磁后再消磁时，与其相对应的 谐振电路36、37亦会产生谐振并输出谐振电流，并经由三相桥式整 流电路45对电容电池41充电。借此，即可将线圈U1、V1、W1上因 消磁时产生的反电动势有效回收再利用，而达到延长电容电池41的 供电时间的功效。

综上所述，本实施例借由在磁阻马达3的定子31上重叠绕设呈 Δ型接线的第一绕组33以及呈Y型接线的第二绕组34，并在第二绕 组34的三相线圈U2、V2、W2分别对应并联一阻尼电容Cd，构成三 个谐振电路35、36、37，使得当第一绕组33的某一相线圈U1(V1、 W1)被驱动电路4激磁后再度消磁时，该相线圈U1(V1、W1)因消磁 产生的反电动势能使与该相线圈U1(V1、W1)相对应的该谐振电路 35(36、37)发生谐振，而产生谐振电流并经由三相桥式整流电路45 对电容电池41充电，而将三相线圈U1、V1、W1上产生的反电动势 有效回收再利用，且达到延长电容电池41的供电时间的功效，确实 达成本发明的功效与目的。