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復合式永磁同步電機.pdf

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復合 永磁 同步電機
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摘要
申請專利號:

CN201110278107.9

申請日:

2011.09.19

公開號:

CN103001437B

公開日:

2015.01.28

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效號牌文件類型代碼:1604號牌文件序號:101444322802IPC(主分類):H02K 21/16專利申請號:2011102781079申請日:20110919|||公開
IPC分類號: H02K21/16; H02K1/27; H02K1/14; H02K11/00 主分類號: H02K21/16
申請人: 黃仲欽; 蕭鈞毓; 葉勝年
發明人: 黃仲欽; 蕭鈞毓; 葉勝年
地址: 中國臺灣臺北市
優先權:
專利代理機構: 中科專利商標代理有限責任公司 11021 代理人: 周國城
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201110278107.9

授權公告號:

103001437B||||||

法律狀態公告日:

2015.01.28|||2013.04.24|||2013.03.27

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明公開了一種復合式永磁同步電機,可通過變更接線方式切換成三相、六相或九相的不同相位,而與市電側不同電壓并聯,其包括:一永磁同步電機模塊包含一轉子單元及一定子單元;一底座具有一容置部;一頂蓋具有一前表面;及一軸承,是穿透前表面。轉子單元設置有P個轉子磁石,定子單元具有S個槽;相鄰的兩槽之間具有一齒部并纏繞有一線圈,其中P為38N、S為36N;或P為34M、S為36M,而N及M為正整數。本發明不僅適用于風力發電機中,亦適用于任何電機結構中,而其可依需求切換至不同相位的特性則提供更多使用上的靈活性。

權利要求書

權利要求書一種永磁同步電機模塊,包括:
一轉子單元;以及
一定子單元,該定子單元是將該轉子單元包圍于其中;
其中,該轉子單元設置有P個轉子磁石,該定子單元則具有S個槽;相鄰的兩槽之間并具有一齒部,每一該些齒部均有一線圈纏繞于其上;
其中,P為38N、S為36N,而N為正整數;或P為34M、S為36M,而M為正整數。
根據權利要求1所述的永磁同步電機模塊,其更包括一切換裝置,該切換裝置被連接至纏繞于每一該些齒部上的線圈,以通過變更線圈的接線模式而將該永磁同步電機模塊切換成不同的相位。
根據權利要求1所述的永磁同步電機模塊,其中,該轉子單元具有一轉子硅鋼片,該定子單元則具有一定子硅鋼片,且該轉子硅鋼片及該定子硅鋼片是由硅鋼片或復合軟磁材質所構成。
根據權利要求1所述的永磁同步電機模塊,其中,該轉子單元為一內轉式徑向轉子單元、或為一外轉式徑向轉子單元。
一種復合式永磁同步電機,包括:
一永磁同步電機模塊,該永磁同步電機模塊包含一轉子單元及一定子單元,且該定子單元是將該轉子單元包圍于其中;
一底座,該底座具有一容置部;
一頂蓋,該頂蓋具有一前表面,且是與該底座結合,以將該永磁同步電機模塊夾置于該底座與該頂蓋之間;以及
一軸承,其穿透該前表面,且與該轉子單元連接;
其中,該轉子單元設置有P個轉子磁石,該定子單元則具有S個槽;相鄰的兩槽之間并具有一齒部,每一該些齒部均有一線圈纏繞于其上;
其中,P為38N、S為36N,而N為正整數;或P為34M、S為36M,而M為正整數。
根據權利要求5所述的復合式永磁同步電機,其更包括一切換裝置,該切換裝置被連接至纏繞于每一該些齒部上的線圈,以通過變更線圈的接線模式而切換成不同的相位。
根據權利要求5所述的復合式永磁同步電機,其中,該轉子單元具有一轉子硅鋼片,該定子單元則具有一定子硅鋼片,且該轉子硅鋼片及該定子硅鋼片是由硅鋼片、或復合軟磁材質所構成。
根據權利要求5所述的復合式永磁同步電機,其中,該轉子單元為一內轉式徑向轉子單元、或為一外轉式徑向轉子單元。
根據權利要求5所述的復合式永磁同步電機,其中,纏繞于該些齒部上的該些線圈是以三相、六相、或九相接線法互相接線。
根據權利要求9所述的復合式永磁同步電機,其中,該三相接線法為串聯式三相接線法、或為并聯式三相接線法。

說明書

說明書復合式永磁同步電機
技術領域
本發明是與一種復合式永磁同步電機有關,尤指一種可任意切換為三相、六相或九相的不同的相位,而可與不同電壓110/220/440V的市電側進行并聯的復合式永磁同步電機。
背景技術
電能對人類而言,已經成為一種不可或缺的能源。以目前而言,火力發電仍是目前世界上發電廠最多發電量也最大的一種發電方式。火力發電主要是以燃繞煤、石油、天然氣等化石燃料,來加熱水并產生蒸氣以推動發電機。然而,火力發電會對環境造成相當大的負擔,例如增加二氧化碳或增加酸雨機率等。
另外,核能發電亦是目前世界上相當常用的一種發電方式。核能發電是利用可控制的核反應來獲取能量,從而得到動力、熱量和電能。然而核能發電最大的缺點就是核廢料的處理。核廢料具有放射性,因此放射性廢料都需要與外界隔絕。雖然物質的放射性會隨時間而減弱,但核能發電所產發的核廢料通常需要封存數年,而某些高級廢料則有可能需要封藏上千年。
此外,由于全球能源日漸消耗,根據美國能源部經由美國能源信息協會的國際能源展望2006年報告預測,在2003年到2030年,全球能源消秏將以每年成長2%的速度成長。相較之下,全球風力發電系統亦隨之快速成長,而由1995年的4.8GW到2005年的58GW平均每年成長24%,因此提高風力發電系統的效率以及減少其重量和體積便成為相關領域的未來發展趨勢。
風力發電是利用空氣流動來做功,并進而提供給人類一種可利用的能量。當空氣流速越高,動能就越大。人們可以用風車把風的動能轉化為旋轉的動作,來推動發電機以產生電力。相較于火力或是核能發電。風力發電于對環境的污染相對較低,也不會有廢料的問題需要處理,再者,風能是大自然中取之不盡能源,亦不受到石化能源短缺的影響。
于風力發電系統中,由于其發電機側的電流諧波很高,因此將對其發電機產生不良的影響,而造成例如機械效率的降低、諧波頻率易造成鐵損與銅損而導致發電機容易過熱、轉矩的損耗、產生噪音以及最后產生機械震動等等問題。因此,如何有效降低發電機側的電流諧波以提高效率,為風力發電系統中,更甚至是所有發電系統中極欲改善的一課題。
傳統上,電機結構多以三相電機結構為主,例如常見的三相發電機、或三相電動機。再者,為隨著科技的進步與人類用電量的提升,傳統的三相電機結構已無法滿足需求。因此,具有六相結構的電機結構便因應而生。除此之外,更有研究做出具有三相及六相切換的電機結構,除可再提高導體的的利用率,亦可提高電機結構運轉時的可靠度及安全性。
然而,具有三相及六相切換的電機結構亦已無法達到現今業界的需求,業界極需要一種創新的電機結構。因此,本發明的發明人乃研發出一種創新的復合式電機結構,其是具有可任意切換至三相、六相或九相等的不同的相位。其中,由于單一九相電機結構為一創新的電機結構,因為其特殊的槽極數配置及電工角度的匹配等問題,使得九相電機結構在制作上便具有相當的難度,更不用說是構建出可進一步與三相及六相進行切換的電機結構。本發明的發明人克服前述已知技藝的問題與困難,而進一步研發出本發明的可任意切換至三相、六相或九的復合式電機結構,其不僅可適用于風力發電機中,亦可適用于任何電機結構中,實為業界帶來創新的發明。
發明內容
本發明的一目的在于提供一永磁同步電機模塊,以使本發明的永磁同步電機模塊能任意切換為三相、六相或九相的不同的相位。
本發明的另一目的在于提供一種復合式永磁同步電機,以使本發明的復合式永磁同步電機能任意切換為三相、六相或九相的不同的相位。
本發明的再一主要目的在于提供一種復合式永磁同步電機,以使此復合式永磁同步電機能與不同電壓110/220/440V的市電側作并聯,亦可降低發電機的漣波因素,進而降低發電機在運轉時的噪音,同時提升發電機的輸出效率。
為達成上述目的,本發明的復合式永磁同步電機包括:一轉子單元;以及一定子單元,此定子單元是將此轉子單元包圍于其中;其中,此轉子單元設置有P個轉子磁石,此定子單元則具有S個槽,其中,P是代表前述的永磁同步電機模塊(或前述的復合式永磁同步電機)的極數,而S則代表其的槽數;此外相鄰的兩槽之間并具有一齒部,每一該些齒部均有一線圈纏繞于其上;其中,P為38N、S為36N,而N為正整數;或P為34M、S為36M,而M為正整數。
為達成上述目的,本發明的復合式永磁同步電機包括:一永磁同步電機模塊,此永磁同步電機模塊包含一轉子單元及一定子單元,且此定子單元是將此轉子單元包圍于其中;一底座,此底座具有一容置部;一頂蓋,此頂蓋具有一前表面,并且是與此底座結合,以將此永磁同步電機模塊夾置于此頂蓋與此底座之間;以及一軸承,此軸承是穿透此前表面,且與此轉子單元連接;其中,此轉子單元設置有P個轉子磁石,此定子單元則具有S個槽;相鄰的兩槽之間并具有一齒部,每一該些齒部均有一線圈纏繞于其上;其中,P為38N、S為36N,而N為正整數;或P為34M、S為36M,而M為正整數。
本發明的復合式電機結構,不僅可適用于風力發電機中,亦可適用于任何電機結構中,同時其亦可依需求切換至三相、六相或九相等不同相位的特性,而為該些電機結構提供了更多使用上的彈性,此外,由于本發明的電機結構可以進一步分別用來構建三相、六相或九相的電機結構,因此其可以使得相同的制作模具,具備更為廣泛的應用范圍,進一步降低制作成本。
附圖說明
圖1是本發明實施例1的38極36槽永磁同步電機模塊的轉子極數/定子槽數搭配態樣的示意圖。
圖2是本發明實施例1的38極36槽永磁同步電機模塊的使用示意圖。
圖3a是本發明的38極36槽永磁同步電機模塊的徑向定子單元,所采用的三相串聯式定子繞組接線法的接線示意圖。
圖3b為本發明的38極36槽永磁同步電機模塊的徑向定子單元,所采用的三相并聯式定子繞組接線法的接線示意圖。
圖4為本發明的38極36槽永磁同步電機模塊的徑向定子單元,所采用的六相定子繞組接線法的接線示意圖。
圖5是本發明的38極36槽永磁同步電機模塊的徑向定子單元所采用的九相定子繞組接線法的接線示意圖。
圖6是本發明實施例2的永磁同步電機模塊的轉子極數/定子槽數搭配態樣的示意圖。
圖7為本發明實施例3的復合式永磁同步電機的爆炸示意圖。
【主要元件符號說明】
11、61、71    永磁同步馬達模塊
111、611、711 轉子單元
112、612、712 定子單元
1111、6111  轉子磁石
1112、6112  轉子硅鋼片
1122、6122  定子硅鋼片
1121、6121  槽
1123、6123  齒部
21  線圈          22  接線端
23  切換裝置      72  底座
73  頂蓋          74  軸承
721 容置部        731 前表面
具體實施方式
以下是通過特定的具體實施例說明本發明的實施方式,本領域技術人員可由本說明書所揭示的內容輕易地了解本發明的其它優點與功效。此外,本發明亦可通過其它不同的具體實施例加以施行或應用,且本說明書中的各項細節亦可基于不同觀點與應用,而在不悖離本發明的精神下進行各種修飾與變更。
本發明的復合式永磁同步電機包括:一轉子單元;以及一定子單元,此定子單元是將此轉子單元包圍于其中;其中,此轉子單元設置有P個轉子磁石,此定子單元則具有S個槽,其中,P為38N、S為36N,而N為正整數;或P為34M、S為36M,而M為正整數。然而,在下述的說明內容中為了簡化相關說明,申請人擬分別就38極36槽以及34極36槽等的槽極比的結構來進行例示說明本發明的接線法,至于其它倍數的槽極比的接線法,本領域技術人員自可由本案的揭示內容加以推演與變化,故不于此贅述。
實施例1:38極36槽永磁同步電機模塊
請參閱圖1,圖1為本發明實施例1的38極36槽永磁同步電機模塊的轉子極數/定子槽數搭配態樣的示意圖。如圖1所示,于本發明實施例1的38極36槽永磁同步電機模塊11中,其轉子單元111被配置有38個轉子磁石1111,且這38個轉子磁石1111是由永久磁鐵所構成,其材質可為銣鐵硼或氧化鐵。
但需注意的是,構成這些永久磁鐵的磁石材料可以包括(但不限于):銣鐵硼(Nd?Fe?B)、氧化鐵(Ferrite)、釤鈷(SmCo)、或鋁鎳鈷(AlNiCo)等材料,但是前述的38個轉子磁石1111較佳地由銣鐵硼所構成。除此之外,為了增加永磁同步電機模塊11的運作效率,轉子單元111其具有一轉子硅鋼片1112,且轉子硅鋼片1112是位于前述的38個轉子磁石1111的內側。
另一方面,如圖1所示,永磁同步電機模塊11的定子單元112則設置有36個槽1121,相鄰的兩個槽1121之間具有一齒部1123。意即,定子單元112具有36個齒部1123。再者,定子單元112更具有一設置于這36個槽1121的外側的定子硅鋼片1122。此外,這36個齒部1123是分別有一線圈纏繞于其上。除此之外,在本發明的永磁同步電機模塊中,是利用38極36槽的搭配,以此該等36個線圈可以以一多相定子繞組接線法來互相接線,并通過此一多相定子繞組接線法,而使得本發明實施例1的38極36槽永磁同步電機模塊能任意切換至三相、六相或九相等的不同的相位,以能與不同電壓110/220/440V的市電側進行并聯。需再注意的是,上述的轉子硅鋼片1112與定子硅鋼片1122的設置并非為必要,此二硅鋼片是在進一步提高本發明實施例1的38極36槽永磁同步電機模塊的效率,并不為本發明實施例1的38極36槽永磁同步電機模塊能任意切換至三相、六相或九相等的不同的相位所需的必要元件。
以下將就前述的多相定子繞組接線法的接線方式進行詳細的說明。首先,請再參考圖1,其中所示的1至36的編號為徑向定子單元112所具的36個齒部1123的編號,至于編號的方法則為:先任意選定一齒部為基準齒部,且將此基準齒部的編號訂為1。隨后,再以逆時針方向的順序,依序將剩下的35個齒部編上2至36的編號。如此,便可將所有36個齒部一一編號完畢。上述的編號方向并不局限于逆時針方向,亦可為順時針方向。
隨后,請再參閱圖2,圖2為本發明實施例1的38極36槽永磁同步電機模塊的使用示意圖。如圖2所示,每一齒部1123皆有一線圈21纏繞于其上。需注意的是,線圈21較佳地是先纏繞于一例如一絕緣的絕緣單元(圖中未示)上,再將絕緣單元套設于齒部1123。然而,將線圈先纏繞于一絕緣單元上再套設至齒部為本發明所屬技術領域中慣用的技術手段,在此便不再贅述其實施方式。
接著,將每一纏繞于齒部1123上的線圈拉出2條接線端22。如圖2所示,圖2中的38極36槽永磁同步電機模塊具有36個齒部,每一齒部均纏繞有一線圈,因此其總共纏繞有36個線圈。再者,每一線圈均具有2條接線端,而因此其總共有72條接線端。而此72條接線端皆被連接至一切換裝置23。
其中,切換裝置23是用以切換本發明的38極36槽永磁同步電機模塊的相位,意即切換裝置23是用于將本發明的38極36槽永磁同步電機模塊,切換至三相、六相、或九相。當切換裝置23將本發明38極36槽永磁同步電機模塊切換至三相時,切換裝置23是將前述的72條接線端,依三相的接線法進行接線以達成三相的功效。
更進一步來說,此三相的接線法接線可為串聯式三相接線法、或為并聯式三相接線法。請參閱圖3a,圖3a為本發明的38極36槽永磁同步電機模塊的定子單元,所采用的三相串聯式定子繞組接線法的接線示意圖。其中,上述的串聯式三相接線法,可以使得本發明的38極36槽永磁同步電機模塊,形成一包含abc三相的繞組,并以此構成一三相串聯式永磁同步電機。詳言之,其是通過將纏繞于此定子單元112的第1齒部、第2齒部、第3齒部、第4齒部、第5齒部、第6齒部、第19齒部、第20齒部、第21齒部、第22齒部、第23齒部、第24齒部的線圈依序進行接線,以構成此a相繞線;并將纏繞于此定子單元112的第13齒部、第14齒部、第15齒部、第16齒部、第17齒部、第18齒部、第31齒部、第32齒部、第33齒部、第34齒部、第35齒部、第36齒部的線圈依序進行接線,以構成此b相繞線;同時通過將纏繞于此定子單元112的第7齒部、第8齒部、第9齒部、第10齒部、第11齒部、第12齒部、第25齒部、第26齒部、第27齒部、第28齒部、第29齒部、第30齒部的線圈依序進行接線,以構成此c相繞線。需注意的是,依據上述圖3a所示的接線法,可使本發明的38極36槽永磁同步電機模塊,將會形成一三相串聯式永磁同步電機。其中,a相繞線、b相繞線及c相繞線三者之間的相位差均為120度。
接著,請參閱圖3b,圖3b為本發明的38極36槽永磁同步電機模塊的徑向定子單元,所采用的三相并聯式定子繞組接線法的接線示意圖。其中,上述的并聯式三相接線法,是使得本發明的38極36槽永磁同步電機模塊,形成一包含abc三相的繞組,并以此構成一三相并聯式永磁同步電機。詳言之,其是通過將纏繞于此定子單元112的第1齒部、第2齒部、第3齒部、第4齒部、第5齒部、第6齒部的線圈依序進行接線而構成的一a1繞線、以及一將纏繞于此定子單元112的第19齒部、第20齒部、第21齒部、第22齒部、第23齒部、第24齒部的線圈依序進行接線而構成的一a2繞線相互加以并聯,意即將此a1繞線及此a2繞線并聯以構成該a相繞線;將纏繞于此定子單元112的第13齒部、第14齒部、第15齒部、第16齒部、第17齒部、第18齒部的線圈依序進行接線而構成的一b1繞線、以及一將纏繞于此徑向定子單元112的第31齒部、第32齒部、第33齒部、第34齒部、第35齒部、第36齒部的線圈依序進行接線而構成的一b2繞線相互加以并聯,意即將此b1繞線及此b2繞線并聯以構成該b相繞線;將纏繞于此定子單元112的第7齒部、第8齒部、第9齒部、第10齒部、第11齒部、第12齒部的線圈依序進行接線而構成的一c1繞線、以及一將纏繞于此定子單元112的第25齒部、第26齒部、第27齒部、第28齒部、第29齒部、第30齒部的線圈依序進行接線而構成的一c2繞線相互加以并聯,意即將且此c1繞線及此c2繞線并聯以構成該c相繞線。需注意的是,依據上述圖3b所示的接線法,可使本發明的38極36槽永磁同步電機模塊,將會形成一三相并聯式永磁同步電機。其中,a相繞線、b相繞線及c相繞線三者之間的相位差均為120度。
再者,當切換裝置23將本發明的38極36槽永磁同步電機模塊切換至六相時,切換裝置23是將72條接線端依據六相的接線法加以接線以達成六相的功效。
如圖4所示,前述的六相的接線法是用以使得本發明的38極36槽永磁同步電機模塊,形成一包含abc三相的第一繞組以及一包含xyz三相的第二繞組,并以此構成一六相永磁同步電機。詳細言之,其是通過將纏繞于此定子單元112的第1齒部、第2齒部、第3齒部、第19齒部、第20齒部、第21齒部的線圈依序接線,以構成此a相繞線;并將纏繞于此定子單元112的第13齒部、第14齒部、第15齒部、第31齒部、第32齒部、第33齒部的線圈依序接線,以構成此b相繞線;同時通過將纏繞于此定子單元112的第7齒部、第8齒部、第9齒部、第25齒部、第26齒部、第27齒部的線圈依序接線,以構成此c相繞線。再者,將纏繞于此定子單元112的第4齒部、第5齒部、第6齒部、第22齒部、第23齒部、第24齒部的線圈依序接線,以構成此x相繞線;并纏繞于此定子單元112的第16齒部、第17齒部、第18齒部、第34齒部、第35齒部、第36齒部的線圈依序接線,以構成此y相繞線;同時通過將纏繞于此定子單元112的第10齒部、第11齒部、第12齒部、第28齒部、第29齒部、第30齒部的線圈依序接線,以構成此z相繞線。需注意的是,依據上述圖4所示的接線,本發明的38極36槽永磁同步電機模塊將會形成一六相永磁同步電機。其中,此第二繞組的x相繞線、y相繞線及z相繞線三者之間的相位差均為120度,而此一介于此第一繞組的a相繞線及此第二繞組的x相繞線之間的相位差為30度。
此外,當切換裝置23將本發明的38極36槽永磁同步電機模塊切換至九相時,切換裝置23是將72條接線端依據九相的接線法接線以達成九相的功效。
如圖5所示,前述的九相的接線法是用以使得本發明的38極36槽永磁同步電機模塊,形成一包含abc三相的第一繞組、一包含uvw三相的第二繞組及一包含xyz三相的第三繞組,并以此構成一九相永磁同步電機。詳言之,其是通過將纏繞于此定子單元112的第1齒部、第2齒部、第19齒部、第20齒部的線圈依序接線,以構成此a相繞線;并將纏繞于此定子單元112的第13齒部、第14齒部、第31齒部、第32齒部的線圈依序接線,以構成此b相繞線;同時通過將纏繞于此定子單元112的第7齒部、第8齒部、第25齒部、第26齒部的線圈依序接線,以構成此c相繞線。再者,將纏繞于此定子單元112的第5齒部、第6齒部、第23齒部、第24齒部的線圈依序接線,以構成此x相繞線;并將纏繞于此定子單元112的第17齒部、第18齒部、第35齒部、第36齒部的線圈依序接線,以構成此y相繞線;同時通過將纏繞于此定子單元112的第11齒部、第12齒部、第29齒部、第30齒部的線圈依序接線,以構成此z相繞線。此外,將纏繞于此定子單元112的第3齒部、第4齒部、第21齒部、第22齒部的線圈依序接線,以構成此u相繞線;并將纏繞于此定子單元112的第15齒部、第16齒部、第33齒部、第34齒部的線圈依序接線,以構成此y相繞線;同時通過將纏繞于此定子單元112的第9齒部、第10齒部、第27齒部、第28齒部的線圈依序接線,以構成此z相繞線。需注意的是,依據上述圖5所示的接線法,本發明的38極36槽永磁同步電機模塊便會形成一九相永磁同步電機。其中,此第三繞組的u相繞線、v相繞線及w相繞線三者之間的相位差均為120度,而此一介于此第二繞組的x相繞線及此第三繞組的u相繞線之間的相位差為20度。
除此之外,前述的多相定子繞組接線法(三相、六相、九相接線法)于各齒部上的繞組方向、匝數均是相同,因此其是通過外部的接線方式,并依前述的三相、六相、或九相的接線方式,來形成一可任意切換為三相、六相、或九相的38極36槽永磁同步電機模塊。
因此,切換裝置23是將本發明的38極36槽永磁同步電機模塊切換至三相、六相、或九相的不同的相位。如此一來,于不同的應用場合下,可任意切換本發明的38極36槽永磁同步電機模塊的相位來滿足不同的需求。
綜上所述,于本實施例中,纏繞于每一齒部1123上的線圈21是拉出2條接線端至切換裝置23,以使其得以切換至不同的相位。例如,當切換裝置23將本發明的38極36槽永磁同步電機模塊切換至三相時,切換裝置23是將線圈21的接線端依如圖3a或3b所示的接線方式接線;當切換裝置23將本發明的38極36槽永磁同步電機模塊切換至六相時,切換裝置23是將線圈21的接線端依如圖4所示的接線方式接線;而例如當切換裝置23將本發明的38極36槽永磁同步電機模塊切換至九相時,切換裝置23是將線圈21的接線端依如圖5所示的接線方式接線。
實施例2:34極36槽永磁同步電機模塊
請參閱圖6,圖6為本發明實施例2的永磁同步電機模塊的轉子極數/定子槽數搭配態樣的示意圖。如圖6所示,于本發明實施例2的永磁同步電機模塊61中,其轉子單元611配置有34個轉子磁石6111,且這34個轉子磁石6111是由永久磁鐵所構成,其材質可為銣鐵硼或氧化鐵。
但需注意的是,構成這些永久磁鐵的磁石材料可以包括(但不限于):銣鐵硼(Nd?Fe?B)、氧化鐵(Ferrite)、釤鈷(SmCo)、或鋁鎳鈷(AlNiCo)等材料,但是前述的34個轉子磁石6111是較佳地由銣鐵硼所構成。除此之外,為了增加永磁同步電機模塊61的運作效率,轉子單元611具有一轉子硅鋼片6112,且轉子硅鋼片6112是位于前述的34個轉子磁石6111的內側。
另一方面,如圖6所示,永磁同步電機模塊61的定子單元612則設置有36個槽6121,相鄰的兩個槽6121之間具有一齒部6123。意即,定子單元612具有36個齒部6123。再者,定子單元612更具有一設置于這36個槽6121的外側的定子硅鋼片6122。此外,這36個齒部6123是分別有一線圈纏繞于其上。除此之外,在本發明的永磁同步電機模塊中,是利用34極36槽的搭配,因此,這36個線圈可以以一多相定子繞組接線法而互相接線,并通過多相定子繞組接線法而使得本發明實施例2的34極36槽永磁同步電機模塊能任意切換至三相、六相或九相等的不同的相位,以能與不同電壓110/220/440V的市電側進行并聯。
其中,需注意的是,本發明實施例2的34極36槽永磁同步電機模塊的實施方式,是與本發明實施例1的38極36槽永磁同步電機模塊的實施方式相似,其等皆是利用槽極數的搭配來達成可以在三相、六相、或九相等不同相位之間切換的功效。其等之間的差異處是在于:若選用34極36槽為基準的槽極數搭配,其接線法是與圖3a、圖3b、圖4、及圖5中所示的接線法相同,并再將圖3a、圖3b、圖4、及圖5所示的b相與c相對調即可適用于34極36槽的槽極數搭配。
實施例3:38極36槽復合式永磁同步電機
請參閱圖7,其為本發明實施例3的復合式永磁同步電機的爆炸示意圖。如圖7所示,本發明的復合式永磁同步電機包括:一永磁同步電機模塊71、一底座72、一頂蓋73、及一軸承74。其中,永磁同步電機模塊71包含一轉子單元711及一定子單元712,且定子單元712是將轉子單元711包圍于其中,藉以構成業界所謂的「內轉式架構」。此外,底座72具有一容置部721。如圖7所示,本發明的復合式永磁同步電機的底座72與頂蓋73,是將前述的永磁同步電機模塊71夾置于兩者之間。除此之外,頂蓋73具有一前表面731,軸承74則是穿透頂蓋73的前表面731,而與轉子單元711連接。
需注意的是,于本發明實施例3的復合式永磁同步電機中,永磁同步電機模塊71可選用實施例1的38極36槽永磁同步電機模塊、亦或可選用實施例2的34極36槽永磁同步電機模塊。較佳地,于本發明實施例3的復合式永磁同步電機中,永磁同步電機模塊71是選用實施例1的38極36槽永磁同步電機模塊。
由實施例1中的說明可知,在本發明的復合式永磁同步電機中,這36個位于齒部上的線圈是利用前述的接線方式,并再配合一切換裝置來進行三相、六相及九相之間的切換作業,進而使其可與不同電壓110/220/440V的市電側搭配并進行并聯。此外,本發明的復合式永磁同步電機其應用范圍相當廣泛,例如其可用于風力發電系統中,亦可用于洋流發電機中。再者,在將本發明的復合式永磁同步電機用來作為電動機使用時,其亦可應用在電動車、通用風扇、抽水泵浦等等中。由上述說明可知,本發明的復合式永磁同步電機的用途是非常廣泛的。
除此之外,因為本發明具有的可切換成三相、六相及九相的特性,可以使得本發明的復合式永磁同步電機可適用于任何發電機或電動機系統中,并使得發電機或電動機系統達到高效率與高穩定性。
此外,本發明的復合式永磁同步電機亦可配合一全橋式二極管整流器以作為一發電機使用,并可與不同電壓110/220/440V的市電側進行并聯。如此一來,發電機便不需額外的控制,即可降低直流總線(DC?BUS)電流及電壓漣波成分,以減少發電機的抖動及噪音。同時,亦可減少直流電容使用容量以及減少發電機的制作成本,并提高發電機的效率。本發明的復合式永磁同步電機亦可搭配使用薄膜型電容器,以提高發電機的使用壽命。
再者,當本發明的復合式永磁同步電機運用于風力發電系統中時,在低風速時,三相并聯式繞組法或六相繞組法中的第一組三相,可與第二組的三相串聯以提高感應電動勢(意即于六相繞組中,將abc繞組與xyz繞組串聯;或于三相并聯式繞組中,將a1、b1、c1繞組分別與a2、b2、c2繞組串聯);而在高風速時,三相并聯式繞組法或六相繞組法中的第一組三相可與第二組的三相并聯(意即于六相繞組中,將abc繞組與xyz繞組并聯;或于三相并聯式繞組中,將a1、b1、c1繞組分別與a2、b2、c2繞組并聯),以滿足負載端所需,而感應所產生的多余的電能則可搭配一額外的電池而儲存起來,如此即可達到高效率及多應用的性能。而上述的電池可以例如為鉛酸電池或鋰鐵電池。
綜上所述,本發明的復合式永磁同步電機是利用特殊的槽極比(如前述的38極36槽、34極36槽、或此二槽極比的倍數),并搭配不同的接線方法來可達成一可以于三相、六相或九相的不同的相位間進行切換的復合式永磁同步電機。并于配合一切換裝置下,即可輕易通過變更接線方式而切換成三相、六相或九相的不同的相位。再者,因本發明的復合式永磁同步電機同時具有三種不同的相位可供切換使用,使得本發明的復合式永磁同步電機于使用于例如發電機時,可降低發電機的漣波,進而降低發電機在運轉時的噪音,同時提升發電機的輸出效率。
例如,當本發明的復合式永磁同步電機從三相被切換至六相時,三相中的abc繞組接線即變為六相中的abc繞組與xyz繞組接線,而于三相中的±440V電壓波即降為六相中的±220V電壓波。如此,于±440V電壓波上的漣波即可被抑制。再者,當本發明的復合式永磁同步電機從六相被切換至九相時,六相中的abc與xyz繞組接線即變為九相中的abc繞組、xyz繞組、與uvw繞組接線,而于六相中的±220V電壓波即降為九相中的±110V電壓波。如此,于±220V電壓波上的漣波亦可被抑制,以達成降低漣波的功效。
需再注意的是,上述的三相/六相/九相接線法是以38極36槽為基準的槽極數搭配為例。若選用34極36槽為基準的槽極數搭配,其接線法是與圖3a、圖3b、圖4、及圖5中所示的接線法相同,僅需將圖3a、圖3b、圖4、及圖5所示的b相與c相對調,即可適用于34極36槽的槽極數搭配。而其它實施方式已于先前的段落說明,因此亦不再贅述。
再者,本發明的復合式永磁同步電機是可用于一風力發電系統中,其可直接耦合于一低速風車而不需額外的增速齒輪箱。而且,在額定轉速下,同一個發電機即可達到與不同電壓110/220/440V的市電側進行并聯的目的,藉此將可改善一般傳統常用的三相定子繞線的接線方法,亦可降低發電機的漣波因素,同時降低發電機運轉時的噪音并提升發電機的輸出效率。
需注意的是,于本發明的永磁同步電機模塊(或復合式永磁同步電機)中,槽極數的搭配并不限于上述實施例中所用的槽極數(即實施例1的38極36槽、以及實施例2的34極36槽),而是可以視需求而選更多的極數與槽數。例如,若槽極數以38極36槽為基礎,則可選用其倍數的76極72槽;而若槽極數以34極36槽為基礎,則可選用其倍數的68極72槽。
再者,于本發明的永磁同步電機模塊(或復合式永磁同步電機)中,永磁同步電機模塊并無限定為何種形式。然而,于前述的實施例中,永磁同步電機模塊為一徑向磁通型永磁同步電機模塊,而徑向磁通型永磁同步電機模塊中的轉子單元與定子單元,則分別為一徑向轉子單元與一徑向定子單元。
除此之外,轉子單元更佳可為一內轉式徑向轉子單元、或為一外轉式徑向轉子單元;而定子單元則更佳地可為一內轉式徑向定子單元、或為一外轉式徑向定子單元。
另外,此轉子單元是較佳地具有一徑向轉子硅鋼片,而此定子單元則是較佳地具有一徑向定子硅鋼片。其中,此徑向轉子硅鋼片及此徑向定子硅鋼片,是較佳地由硅鋼片或復合軟磁材質所構成。此外,此徑向轉子硅鋼片以及此徑向定子硅鋼片的厚度,是較佳地介于0.13至0.6mm之間。
由上述說明可知,于本發明的永磁同步電機模塊(或復合式永磁同步電機)中,是可選用38極36槽、或34極36槽為基礎(但不限于上述的槽極數,例如可為前述的成倍數關系的槽極數),并通過此一槽極數的搭配,而使得上述的齒部上纏繞的線圈,可通過不同的接線方法而接出三相、六相、或九相的不同的相位,而上述的接線方法即為前述的多相定子繞組接線法,其可進一步區分為三相接線法、六相接線法、或九相接線法。再者,本發明的永磁同步電機模塊(或復合式永磁同步電機)可搭配一切換裝置使用,而此切換裝置較佳地用以將本發明的永磁同步電機模塊(或復合式永磁同步電機),切換至三相、六相、或九相的不同的相位,以與不同電壓110/220/440V的市電側進行并聯。需再注意的是,前述的三相接線法可為串聯式三相接線法、或為并聯式三相接線法。
上述各個實施例僅為了方便說明而舉例而已,本發明所主張的權利范圍自應以權利要求范圍所述為準,而非僅限于上述實施例。

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