[发明专利]变结构马达及其切换方法

说明书

技术领域

本发明是与马达有关，更详而言之是指一种变结构马达及其切换方法。

背景技术

由于全球能源危机不断发生，影响经济发展甚巨，因此，世界各国积极投入利用电能以取代燃油引擎的相关研究，造成电动车辆的研发再次受到重视，一些较知名的车厂也开始贩卖电动车辆，然而电动车辆仍无法普遍，其主要原因除了价格居高不下外，还碍于一些关键技术尚未解决，如电动车辆的续航力不足、效率不高、加速性不良及爬坡力欠佳...等等。

目前电动车所使用的动力马达，以永磁式无刷直流马达(Brushless DC motor，BLDCM)为主，因其具有较高的转矩对转动惯量比及无永磁直流马达的缺点(例如：电刷磨耗、换向火花及热散路径过长)。为了电动车辆具舒适性与实用性以及扭力与速度的操控考量，马达一般经由机械式减速传动系统减速以增加转矩带动车轮，然而，机械式减速机构的效率不到70％，势将造成能量使用上的浪费。

典型车辆的车速对转矩动力特性如图1所示，而涵盖该曲线的典型永磁式无刷直流马达的T-N特性曲线亦显示于图1，其中，图1中的连续区为可长期运转而不致毁损的工作区；间歇区为马达仅可做短时间的操作，如启动、刹车的特殊工作。但，具备图1中的T-N特性曲线的无刷直流马达为非常大瓦特数，换言之，即高价格。由图1可知，马达在低速区的车轮转矩并不足以提供行车的车轮转矩要求，如此会降低车辆加速性，而在高速区的车轮转矩范围又超过实际所需，因此无法充分发挥马达性能。

无刷直流马达的转矩常数与反电动势常数会随内部线圈连接的方式不同而有所变化，对于具有相同线圈的无刷直流马达，Y型接线(简称Y接)和Δ型接线(简称Δ接)的T-N特性曲线如图2所示。Y接结构与Δ接结构在相同的线电压和线电流的条件下，Y接结构的相电压为Δ接相电压的58％；即，以Y接启动时，其启动电流仅为Δ接法的1/3倍，换言之，Y型接线的马达其转矩常数比较大，而Δ接线的马达反电动势常数比较小，可得较高的速度。

由此，遂有后续研发如图3所示的具有三相独立线圈的变结构马达5，可利用多个的开关S1～S6形成不同接法改变马达线圈结构，如Y接(如图4)和Δ接(如图5)，进而改变马达的等效转矩常数和反电动势常数，产生电子式两段变速效果法。即，低速利用Y接法，使相同的电流可产生大转矩，而高速时采用Δ接法使最大转速范围增大。

然而，当使用者透过同时切换该些开关S1～S6使马达5由Y接结构切换至Δ接结构时，会有大振幅的突波电流产生，此时容易烧毁电子开关，并易造成马达突然加速的不稳定状况。同样地，当使用者透过同时切换该些开关S1～S6使马达5由Δ接结构切换至Y接结构时，也会有大振幅的突波电流产生，而产生上述的缺点。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种变结构马达及其切换方法，可避免大振幅的突波电流产生，且更可避免马达转速突升或突降。除此之外，更可有效地减少功率晶体的数量，进而达到节省成本的目的。

缘以达成上述目的，本发明所提供变结构马达包含有一三相线圈组、一Y接切换模块以及一Δ接切换模块。其中，该三相线圈组具有一第一相线圈、一第二相线圈以及一第三相线圈，且所述相线圈分别具有一正端以及一负端；该Y接切换模块与该三相线圈组电性连接，且具有一第一二极管、一第二二极管、一第三二极管、一第四二极管、一第五二极管、一第六二极管、以及一切换开关；其中，该第一二极管的正极与该第一相线圈的负端连接；该第二二极管的负极与该第一二极管的负极连接，而正极则与该第二相线圈的负端连接；该第三二极管的负极与该第二二极管的负极连接，而正极则与该第三相线圈的负端连接；该第四二极管的负极与该第一相线圈的负端连接；该第五二极管的负极与该第二相线圈的负端连接，而正极则与该第四二极管的正极连接；该第六二极管的负极与该第三相线圈的负端连接，而正极则与该第五二极管的正极连接；该切换开关的一端连接该第三二极管的负极，而另一端则连接该第六二极管的正极；该Δ接切换模块与该三相线圈组电性连接，且具有一第一开关组、一第二开关组、以及一第三开关组，且各该开关组分别包含有一第一端以及一第二端；其中，该第一开关组的第一端与该第一相线圈的正端连接，而第二端则与第二相线圈的负端连接；该第二开关组的第一端与该第二相线圈的正端连接，而第二端则与第三相线圈的负端连接；该第三开关组的第一端与该第三相线圈的正端连接，而第二端则与第一相线圈的负端连接。