本發(fā)明涉及一種馬達的驅(qū)動方法與發(fā)電的方法，特別是涉及一種使用兩相交流電流驅(qū)動馬達的方法與發(fā)電的方法。

背景技術：

現(xiàn)今的馬達多是利用多相電流來驅(qū)動馬達的定子線圈，在馬達內(nèi)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，以驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。根據(jù)馬達的種類與需求的不同，多相電流驅(qū)動分為方波驅(qū)動及正弦波驅(qū)動兩種，無刷直流馬達(bldcm)多使用方波驅(qū)動，永磁同步馬達(pmsm)或交流感應馬達(acim)多使用正弦波驅(qū)動。方波驅(qū)動(電流或為梯形波)具有較大的磁場漣波，其優(yōu)點是電路簡單；正弦波驅(qū)動則具有較低的磁場漣波、轉(zhuǎn)動較平順及低噪音的優(yōu)點，多使用于要求較高的場合。

以三相正弦波電流驅(qū)動的六定子磁極的永磁同步馬達為例，通常是以三個相位相差120度的正弦波電流驅(qū)動馬達內(nèi)的三組線圈，產(chǎn)生三組夾角60度的磁場(向量)，再合成一組旋轉(zhuǎn)的總合磁場(向量)，轉(zhuǎn)子會隨著該總合磁場(向量)旋轉(zhuǎn)。但是此種三相正弦波驅(qū)動的方法卻隱含著與旋轉(zhuǎn)方向相反且會與其它磁場(向量)互相抵消的無效磁場(向量)，造成電力的浪費，因此具有改善的空間。

此外，傳統(tǒng)的兩相馬達通常是以兩個相位差90度的正弦波電流驅(qū)動四極定子馬達(具有四組凸齒或四組定子線圈繞組、定子磁極夾角為90度)，以達到無漣波的穩(wěn)定轉(zhuǎn)動，因兩相正弦波電流的波形特性關系，如果要兩相馬達不產(chǎn)生磁場漣波，其定子極數(shù)必須為四極或凸齒夾角必須等于90度，而且若使用正弦波電流驅(qū)動且要達到與三相馬達相同的轉(zhuǎn)矩，兩相4極馬達所需的耗電量為三相6極馬達的1.5倍，使兩相馬達的應用受到限制。

因此，如果能設計一種用兩相交流電驅(qū)動馬達的方法，可以去除無效的磁場(向量)，但又可保有相同旋轉(zhuǎn)的總合磁場(向量)，就可以降低馬達的耗電量。另外，如能設計一種兩相馬達的驅(qū)動方法，可以驅(qū)動定子極數(shù)多于四極、凸齒夾角小于90度的兩相馬達且不會產(chǎn)生磁場漣波，并降低耗電量，就可以大大改善兩相馬達的應用范圍，使其可與三相馬達競爭。

技術實現(xiàn)要素：

有鑒于上述課題，本發(fā)明的目的為提供一種兩相交流電驅(qū)動馬達的方法，可以減少多相馬達中的無效磁場，以降低馬達的耗電量，并提供穩(wěn)定無漣波的旋轉(zhuǎn)磁場來驅(qū)動馬達轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，并可改善兩相馬達使其定子極數(shù)多于4極時，或凸齒夾角小于90度時不會產(chǎn)生磁場漣波。

本發(fā)明的另一目的為提供一種利用馬達來發(fā)電產(chǎn)生兩相電流的方法，可具有較高的發(fā)電效率。

本發(fā)明提出一種使用兩相交流電驅(qū)動馬達的方法，使用控制電路以軟件或硬件或軟硬件技術產(chǎn)生兩相交流電流驅(qū)動馬達，馬達具有轉(zhuǎn)子、定子及至少兩組定子線圈，該至少兩組定子線圈通電后定子產(chǎn)生多個定子磁極。馬達的交流驅(qū)動方法包括：兩相電流供電給馬達，以產(chǎn)生兩組磁場且合成一組總合磁場以驅(qū)動轉(zhuǎn)子。其中，總合磁場實質(zhì)上無漣波，且總合磁場的旋轉(zhuǎn)角或移動量的變化量與該兩相電流的相位角的變化量成等比率關系，且各相電流的一個周期包含正半周與負半周，正半周包含類三角形或曲邊三角形的正電流波形，負半周包含類三角形或曲邊三角形的負電流波形。其中，實質(zhì)上無漣波代表理論上的理想值可以達到完全無漣波，類三角形或曲邊三角形代表一種波形其上升與下降的斜邊介于具有相同頂點的正弦波與三角波之間。在一個實施例中，當控制電路產(chǎn)生多相電源時，任何時間僅由多相電源中的其中兩相供應電流給馬達。

本發(fā)明更提出一種用于馬達的交流驅(qū)動方法，使用控制電路以軟件或硬件或軟硬件技術產(chǎn)生兩相交流電流驅(qū)動馬達，馬達具有轉(zhuǎn)子、定子及至少兩組定子線圈，該至少兩組定子線圈通電后定子產(chǎn)生多個定子磁極。馬達的交流驅(qū)動方法包括：以兩相電流分別驅(qū)動兩組定子線圈，以產(chǎn)生兩組磁場且合成一組總合磁場以驅(qū)動轉(zhuǎn)子。其中，總合磁場實質(zhì)上無漣波，且總合磁場的旋轉(zhuǎn)角或移動量的變化量與該兩相電流的相位角的變化量成等比率關系，且輸出的兩相電流大小的參考值a與b的計算公式如下：

b＝rsinα/sinθ

a＝rcosα-rsinαcosθ/sinθ

其中，α為總合磁場與定子的磁極間之夾角，θ為定子的相鄰二磁極的夾角(又可稱為定子極距，statorpolepitch)，r為總合磁場的強度，且θ小于90度。

本發(fā)明又提出一種利用馬達來發(fā)電產(chǎn)生兩相電流的方法，該馬達具有轉(zhuǎn)子、定子及至少兩組定子線圈。該方法利用該馬達轉(zhuǎn)子的各組旋轉(zhuǎn)磁場驅(qū)動該兩組定子線圈，以產(chǎn)生兩相具有90度相位差的感應電流來發(fā)電，該馬達的定子磁極夾角小于90度。其中，當在各時間點時，旋轉(zhuǎn)磁場與馬達的定子磁極的方向間之夾角為α，馬達的兩個定子磁極之間的夾角為θ，旋轉(zhuǎn)磁場的強度為r，其中馬達的兩組定子線圈的感應電流的參考值a與b的大小計算公式如下：

b＝rsinα/sinθ

a＝rcosα-rsinαcosθ/sinθ，且θ小于90度。

本發(fā)明的一個實施例提供一種兩相交流電驅(qū)動馬達的方法，使兩相電流驅(qū)動馬達定子線圈，并以兩個磁場向量來合成實質(zhì)上無漣波且穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)的總合磁場向量以驅(qū)動馬達，避免產(chǎn)生三相驅(qū)動時反旋轉(zhuǎn)方向的磁場向量，減少向量相抵消的現(xiàn)象，以節(jié)省電力。

本發(fā)明的一個實施例提供一種定子極數(shù)大于4，或是凸齒的夾角小于90度的兩相或多相馬達的交流驅(qū)動方法，控制電路以兩相的電流驅(qū)動馬達定子線圈，并用各時間點時的總合磁場與定子磁極間的夾角為參數(shù)，配合所使用的馬達的定子極距或槽寬角度值或凸齒夾角值，以及所要的磁場強度值，應用公式來計算出各時間點各相的驅(qū)動電流值，并以該電流值驅(qū)動馬達來獲得強度穩(wěn)定無漣波的旋轉(zhuǎn)磁場，且控制電路以實時運算的方式使用該公式計算出所需的驅(qū)動電流值，或是用該公式建立的表格以查表法得知該電流值，或用該公式配合其它軟件或硬件的技術獲得所需的電流值，并以該電流值為基礎驅(qū)動馬達。

本發(fā)明的一個實施例提供一種馬達反向發(fā)電產(chǎn)生兩相電流的方法，利用轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生至少一組旋轉(zhuǎn)磁場，各組旋轉(zhuǎn)磁場在任一時間內(nèi)最多只同時驅(qū)動兩組定子線圈，并在該兩組線圈感應產(chǎn)生兩組類三角波或曲邊三角波的交流電流，以提高發(fā)電效率。

綜上所述，本發(fā)明使用特別設計的兩相電流波形驅(qū)動馬達，可以減少傳統(tǒng)多相正弦波驅(qū)動馬達時所產(chǎn)生的無效磁場，節(jié)省電力，也可讓兩相馬達增加其定子極數(shù)或使其凸齒夾角小于90度而不會產(chǎn)生磁場漣波，且比較省電，可擴展兩相馬達的應用。另外，當應用上述原理來反向發(fā)電時，使馬達轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的各組旋轉(zhuǎn)磁場在任一時間最多只同時與兩組定子線圈互動，并感應產(chǎn)生類三角波或曲邊三角波電流，由此可以充分利用磁通量而產(chǎn)生較高的發(fā)電效率。

附圖說明

圖1a為傳統(tǒng)實施例的三相馬達驅(qū)動電路的示意圖。

圖1b為傳統(tǒng)實施例的三相波形示意圖。

圖1c為傳統(tǒng)實施例的三相磁場向量的示意圖。

圖2a至圖3e為本發(fā)明實施例的磁場空間向量合成方式及兩相電流值計算方法的示意圖。

圖4a至圖4d分別為本發(fā)明實施例的三相馬達的驅(qū)動電流的波形示意圖與向量示意圖。

圖5至圖7分別為本發(fā)明不同實施例的電流波形示意圖。

圖8為本發(fā)明的驅(qū)動電路的實施例示意圖。

圖9為本發(fā)明實施例的兩相電流波形示意圖。

圖10為本發(fā)明實施例的兩相十二極馬達示意圖。

圖11為傳統(tǒng)的三相六極馬達示意圖。

具體實施方式

以下將參照相關附圖，說明本發(fā)明實施例的馬達的交流驅(qū)動方法與發(fā)電的方法，其中相同組件以相同符號表示。

以下的討論都是以集中繞組(concentratedwinding)的交流馬達為前提進行說明(即馬達定子的一個凸齒產(chǎn)生一個磁極)，但并不以此為限。本發(fā)明的原理仍然適用于分散繞組(distributedwinding)的交流馬達。

請參考圖1a，其為傳統(tǒng)方式所使用的三相馬達的驅(qū)動電路示意圖。該驅(qū)動電路利用控制器93輸出脈寬調(diào)變(pwm)信號信號(pwm1～pwm6)控制6個晶體管開關(m1～m6)，以產(chǎn)生三相正弦波電流(a相、b相、c相)來驅(qū)動馬達91轉(zhuǎn)動，且利用位置檢測組件92檢測馬達91轉(zhuǎn)子的位置而產(chǎn)生位置信號回授至控制器93。

請參考圖1b及圖1c，其中，圖1b為傳統(tǒng)所使用來驅(qū)動馬達的三相正弦波電流的波形示意圖，其中總合磁場r的強度維持在1.5不變(無漣波)；圖中左方縱(y)軸代表電流強度或是磁場強度，單位可以是安培(a)或是安培/米(a/m)或是其它任何適當?shù)膯挝唬粓D中右方縱軸代表磁場角度(degree)。圖1c為該三相正弦波電流在圖1b中所示的t1時間時產(chǎn)生的磁場向量示意圖。

圖1b中的a、b、c三相電流在t1時間各產(chǎn)生圖1c中va、vb及vc三個磁場向量。以6極馬達為例，三個磁場向量間的夾角為120度，其中在t1時va為最大值，vb與vc為負值，vabc為其總合磁場向量，且vabc沿著反時鐘方向旋轉(zhuǎn)。另外，在圖1c中，q軸是與總合磁場向量vabc垂直的軸，而d軸是與總合磁場向量vabc平行的軸。由圖1c中可知，在t1時間時，vb及vc在q軸上各有一個方向彼此相反的分量vb1(朝右)及vc1(朝左)，其中vb1與旋轉(zhuǎn)方向相反，vb1及vc1這兩個分量會互相抵消，因而屬于無效的磁場向量，這代表用于產(chǎn)生vb1及vc1的電流被浪費掉，造成多余的電力消耗及產(chǎn)生無效的磁通量。

傳統(tǒng)的無漣波馬達的驅(qū)動方法多是以三相正弦波電流驅(qū)動三相馬達，該三相馬達的定子磁極間的夾角為60度，但是三相正弦波電流所產(chǎn)生的三個電流向量會在q軸上產(chǎn)生兩個相互抵消的無效分量，本發(fā)明將消除這些無效分量以提升馬達效率最高可達30％以上。舉例來說，驅(qū)動馬達的三相電流a、b、c可產(chǎn)生三相電流向量va、vb與vc，其總合磁場向量為vabc，其中，va在中心，但是vb與vc各有一個分量vb1、vc1在q軸的相反方向上，因此，vb1與vc1會相互抵消，這表示，vb1與vc1是無效分量而消耗功率，為了消除這些無效分量，本實施例在多相系統(tǒng)中提取二相，或在二相系統(tǒng)中使用了具有不同相位的兩個稱為“類三角波或曲邊三角波”電流波形來驅(qū)動馬達，由此以更高的效率提供無漣波、穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)的磁場驅(qū)動馬達旋轉(zhuǎn)或移動，而這兩相的兩個類三角波或曲邊三角波的電流可以從本發(fā)明以下的兩個公式中經(jīng)計算而得到，而且，相比傳統(tǒng)以三相正弦波方式驅(qū)動馬達來說，在本發(fā)明的一個實施例中，其整體功率消耗可以減少30％(以定子磁極間距為60度的三相馬達比較為例)。

請參考圖2a至圖3e，以說明本發(fā)明如何利用兩個磁場向量合成總合磁場向量(或稱總合磁場)。圖2a顯示了總合磁場向量反時鐘旋轉(zhuǎn)形成的圓形路徑，且總合磁場向量是由(磁場)向量及(磁場)向量相加而成，磁場向量是由a相(凸齒)電流所產(chǎn)生，磁場向量是由b相(凸齒)電流所產(chǎn)生，其中，向量指向a-軸，代表在a-軸的a相凸齒電流所形成的磁通向量，向量指向b-軸，代表在b-軸的b相凸齒電流所形成的磁通向量，θ為馬達的兩個凸齒間的夾角，本圖例是以θ＝60度來畫出。其中，夾角α代表總合磁場向量與a相凸齒間(a-軸)的夾角。圖中畫出總合磁場向量從指向b-軸旋轉(zhuǎn)到指向a-軸的四個位置，分別為α＝θ、α＝α1、α＝α2及α＝0四個夾角值。圖2b顯示了前述四個夾角的向量在a相波形中的對應位置，當夾角α從α＝θ、α＝α1、α＝α2轉(zhuǎn)到α＝0，向量會由零上升到r。圖2c顯示了在α＝θ時，向量等于零，向量等于r，及α＝0時，向量等于r，向量等于零；圖2d、圖2e分別顯示了在α＝α1、α＝α2時，總合磁場向量等于向量加向量由圖2d、圖2e的直角三角形可得出以下的關系式：

rsinα＝bsinθ.....(1)

rcosα＝a+bcosθ.....(2)

由等式(1)、(2)可得：

b＝rsinα/sinθ.....(3)

a＝rcosα-bcosθ

＝rcosα-rsinαcosθ/sinθ.....(4)

其中，θ為馬達定子的相鄰兩磁極的夾角(亦稱定子極距，angulardistanceofstatorpoles)，α等于總合磁場與定子的磁極之間的夾角，r代表總合磁場向量強度a等于a相電流的磁場向量強度b等于b相電流的磁場向量強度也就是在馬達定子線圈電感值l為定值，以及θ與r為已知，且θ小于90度的情況下，由于a、b相的磁場向量強度與a、b相電流值成正比，因此，等式(3)、(4)可代表a、b相電流值與夾角α間的關系，只要按照等式(3)、(4)，代入不同夾角α的值，就可求得a相電流與b相電流的大小的參考值，因此，驅(qū)動馬達的控制電路可依據(jù)a相電流與b相電流的參考值產(chǎn)生真正輸出驅(qū)動馬達的a相電流與b相電流。以此a、b相電流去驅(qū)動馬達，就可獲得一個無漣波、穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)的總合磁場向量來驅(qū)動馬達旋轉(zhuǎn)或移動。在上述中，總合磁場向量可隨著使用者的需求而調(diào)整(例如乘以某一倍率)。此外，如果是應用于集中繞組的交流馬達的話，馬達定子的極距θ相當于馬達定子的槽寬角度或凸齒間的夾角或是馬達定子磁極的夾角值；如果是應用于分散繞組的交流馬達的話，則θ為馬達定子極距的夾角值。

圖3a至圖3e分別繪出的是總合磁場向量從a-軸旋轉(zhuǎn)到下一個b-軸的向量示意圖，請比照參考圖2a至圖2e的說明，在此不再贅述。

請參考下表一以及圖4a至圖4d的實施例，為依據(jù)本發(fā)明實施例的一種三相馬達的驅(qū)動電流表及其波形圖與向量圖。表一中各相的電流值利用前述等式(3)、(4)所計算產(chǎn)生。表一中的a相電流、b相電流與c相電流分別為a、b、c相的電流參考值，在此，用定子極距或凸齒夾角為60度(θ＝60度)、總合磁場強度等于1.5為參數(shù)(r＝1.5)，以及磁場角度α為變量(α＝0～60度)所計算出來，用來驅(qū)動三相6極、齒寬60度的馬達(馬達的定子線圈繞組建議以集中繞組較優(yōu))，并在各相電流中插入零電流時間，令三相電流錯開，使得同一時間最多只有兩相電流可以驅(qū)動馬達的兩組定子線圈，以兩相一組的方式輪流供電，且當其中任一相輸出電流在其峰值時(請參考圖4a的t＝π/3、t＝2π/3及t＝π三個時間點)，其它相的輸出電流都為零，以便將無效磁場降至最低，達到省電的目的。表一中列出了a相電流時間軸的相位角由0到180度間的電流值，即a相正半周的電流值，因為負半周與正半周對稱，故在此表中省略。其中，表一第1列為驅(qū)動電流的相位角，即時間橫軸，第2列為alpha角(α)，代表磁場與凸齒的夾角，其值介于0度到60度之間變化，也就是代表總合磁場方向與凸齒指向間的夾角，而其值為0到60度代表磁場方向由一個凸齒旋轉(zhuǎn)到下一個凸齒間的夾角變化，第3～5列分別為經(jīng)由等式(3)、(4)計算得出的a、b、c相驅(qū)動電流值，第6列為根據(jù)三相電流值所計算出的總合磁場強度，其值穩(wěn)定在1.5與預期相符合，第7列為計算出的總合磁場的方向角，在半個周期時間內(nèi)總合向量由-60度旋轉(zhuǎn)至120度，呈穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)(即總合向量旋轉(zhuǎn)角與電源的相位角成等比率增加或減少)。換句話說，總合磁場的強度實質(zhì)上將無漣波(即理論上的理想值可達到完全無漣波)且其旋轉(zhuǎn)角的變化量或移動量與三相電流的相位角的變化量成等比率關系。

表一

請參考圖4a至圖4d，其分別為依據(jù)本發(fā)明的一種三相馬達的驅(qū)動電流的波形示意圖與向量示意圖。如圖4a所示，為根據(jù)表一的電流所繪出的一個實施例的波形示意圖，圖中包含a相電流3a、b相電流3b、c相電流3c、總合磁場強度3d及總合磁場角度3e；圖中左方縱(y)軸代表電流強度或是磁場強度，單位可以是安培(a)或是安培/米(a/m)或是其它任何適當?shù)膯挝?；圖中右方縱軸代表磁場角度(degree)。請參考中間橫向x軸的時間軸，其中，a相電流3a在時間t＝0至2π/3時間段為類似三角波的正電流(依照表一中第3列的電流值所繪出)，在2π/3至π的時間段為零電流，在π至5π/3時間段為類似三角波的負電流，在5π/3至2π的時間段為零電流，b相電流3b較a相電流3a的相位延遲1π/3的時間，c相電流3c較a相電流3a的相位延遲2π/3的時間，在一個周期2π的時間內(nèi)，總合磁場角度3e由-60度定速旋轉(zhuǎn)至300度(請參考右邊y軸刻度)，總合磁場強度3d則穩(wěn)定維持在強度等于1.5之處(請參考左邊y軸刻度)。由圖4a可看出本實施例的驅(qū)動波形為近似三角波的電流加上一段零電流時間所組成，在此我們將此種近似三角波的波形稱為“類三角波或曲邊三角波”，其特點在于其上升或下降的波形(斜邊)介于具有相同頂點的正弦波與三角波之間。在本實施例中，三相電流在任一時間時最多都只有兩相電流重疊，也就是任何時間最多只有兩相電流會同時輸出驅(qū)動馬達線圈(此時其它相電流輸出為零或關閉)，以兩相一組的方式輪流供電，例如圖4a中由左到右依序為(-c,a)(a,b)(b,c)(c,-a)(-a,-b)(-b,-c)兩相一組輪流供電，各相的正電流時間與其它相的正電流時間倆倆重疊，第一相(a相)的正電流上升段時間與最后一相(c相)的負電流時間重疊，最后一相(c相)的正電流下降段時間與第一相(a相)的負電流時間重疊，且至少有一個相(b相)的正電流波的時間內(nèi)(1π/3～π)只與其前后兩相(a、c相)的正電流波時間有重疊，且該相(b相)的負電流波的時間內(nèi)(4π/3～2π)只與其前后兩相(a、c相)的負電流波時間有重疊。以圖4a的b相電流3b為例，其正電流時間在1π/3至π之間，其中1π/3至2π/3時與前一個相a相的正電流時間重疊(a,b)，2π/3至π時與后一個相c相的正電流時間重疊(b,c)，負電流時間內(nèi)也是一樣類推，即(-a,-b)(-b,-c)兩組時間。由于在本實施例中，總合磁場向量只用兩相的磁場向量合成，因而可降低或消除三相同時驅(qū)動馬達時出現(xiàn)反旋轉(zhuǎn)方向的無效磁場及向量抵消的現(xiàn)象，可避免浪費電流來產(chǎn)生無效的磁場向量，達到省電的目的。

如圖4b至圖4d所示，為圖4a在三個不同時間的總合磁場向量的組合示意圖。其中，a相電流3a產(chǎn)生的磁場向量為va，b相電流3b產(chǎn)生的磁場向量為vb，va與vb合成總合磁場向量vabc。圖4b顯示時間t＝π/3時總合磁場向量vabc與圖中α軸夾角為60度角，此時vb＝0，總合磁場向量vabc等于va；圖4c顯示時間t＝π/2時總合磁場與α軸夾角為90度角，總合磁場向量vabc等于磁場向量va與vb兩者相加，其中vb可分為vb1、vb2兩個分量；圖4d顯示時間t＝2π/3時間時總合磁場與α軸夾角為120度角，此時va＝0，總合磁場向量vabc等于vb。其中，圖4b、圖4c與圖4d中的總合磁場向量vabc的強度始終維持在1.5。另外，圖4b至圖4d顯示總合磁場向量在旋轉(zhuǎn)時，磁場向量合成時向量互相抵消的情形已降至最低，代表無效磁場已減至最低，電流與功率的浪費降至最低。

再比較圖4a的類三角波或曲邊三角波與圖1b的正弦波，如果圖1b正弦波的電流波形峰值等于1，則該三相正弦波產(chǎn)生的總合磁場強度為1.5l(l為定子線圈電感值)。因此，將圖4a的類三角波或曲邊三角波的電流的峰值設定為1.5，以便可以產(chǎn)生與圖1b正弦波相同強度的總合磁場強度，此類三角波或曲邊三角波的一個半波的耗電流相當于其類三角形的面積，將表一中第3列的a相半波的電流值加總來估算，并與正弦半波電流值總和相比，可獲得電流的平均值較低，故本實施例應用于凸齒夾角60度、6極三相馬達時可較省電。

從向量的空間來看，在使用三相以上的電源時，使用兩個向量取代三個向量(或三個以上)來合成總合向量，任一時間最多只允許兩個向量產(chǎn)生并合成，由于向量的長度相當于電流值，且合成總合磁場向量時，兩個向量的絕對長度總和必定比使用三個(或三個以上)向量的絕對長度總和要短，所減少的向量長度就是省下的電流，可見兩個向量較省電，但仍能合成一樣的總合磁場，可保持與傳統(tǒng)式多相驅(qū)動時相同的磁場強度(轉(zhuǎn)矩強度)且無漣波并穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)。在應用于兩相馬達時，也可以使用兩相類三角波或曲邊三角波取代兩相正弦波的驅(qū)動方式，不僅比正弦波驅(qū)動來得省電，更可用于驅(qū)動凸齒夾角小于90度或極數(shù)大于4極的兩相馬達而不產(chǎn)生漣波，同時仍可保持原有的磁場強度(轉(zhuǎn)矩強度)且穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)。

請參考下表二，其為本發(fā)明一個實施例驅(qū)動定子極距或凸齒夾角為30度角，具有12極(12-pole)的三相馬達的電流表。圖5則為依據(jù)圖4a的數(shù)據(jù)所繪出的類三角波或曲邊三角波的波形示意圖；圖中左方縱(y)軸代表電流強度或是磁場強度，單位可以是安培(a)或是安培/米(a/m)或是其它任何適當?shù)膯挝?；圖中右方縱軸代表磁場角度(degree)。其中，表二與表一類似，但表二的磁極夾角是以30度角計算，也就是不同的兩相三角波電流產(chǎn)生的兩個磁場向量其夾角等于30度，經(jīng)計算電流的平均值，其相對于正弦波驅(qū)動的平均電流更低。另外，比較表一與表二的數(shù)字后，可見馬達的凸齒磁極夾角越小所需電流越小，也符合上述等式(3)、(4)的預期。

表二

另外，請參考圖6所示，其為本發(fā)明另一個實施例應用在4相電流驅(qū)動極距30度的12極馬達時的類三角波或曲邊三角波的電流波形示意圖；圖中左方縱(y)軸代表電流強度或是磁場強度，單位可以是安培(a)或是安培/米(a/m)或是其它任何適當?shù)膯挝?；圖中右方縱軸代表磁場角度(degree)。其中，4相驅(qū)動時其電流峰值須為2.0才能提供與三相電流一樣的總合磁場強度。與傳統(tǒng)三相正弦波電流的平均電流相比，圖6實施例可較省電。

另外，請參考圖7所示，為本發(fā)明又一實施例應用在兩相電流驅(qū)動定子極距30度的12極兩相馬達時的類三角波或曲邊三角波的電流波形示意圖；圖中左方縱(y)軸代表電流強度或是磁場強度，單位可以是安培(a)或是安培/米(a/m)或是其它任何適當?shù)膯挝?；圖中右方縱軸代表磁場角度(degree)；圖中橫軸則是各相電流的相位角(degree)。其中，兩相12極有6對凸齒，三相12極只有4對凸齒，兩者都同時驅(qū)動12組線圈，因此兩相類三角波或曲邊三角波電流的峰值只需要與三相的正弦電流峰值一樣即可產(chǎn)生相同的總合磁場強度(即電流峰值同為1.0)。與傳統(tǒng)的三相正弦波驅(qū)動的耗電量相比，本實施例的省電率估計為30％。值得一提的是，若是使用凸齒磁極夾角90度、4極的傳統(tǒng)兩相馬達，其耗電量為相同轉(zhuǎn)矩的三相6極馬達的1.5倍。因此，本發(fā)明不只可使定子極數(shù)大于4極的兩相馬達保持無磁場漣波，更可在相同轉(zhuǎn)矩輸出下，讓原本耗電為1.5倍的兩相馬達改良后可以比三相正弦波馬達省電。

由前例圖4a、圖5、圖6及圖7可看出，為了保持隨時最多只有兩相電流驅(qū)動馬達，在使用三相或三相以上電源驅(qū)動時，需在各相電流周期中插入零電流時間，在各相電流的一個驅(qū)動周期內(nèi)，其中正、負半周各包含類三角波或曲邊三角波電流及一段零電流的時間，每半個周期含有一段零電流時間，如果電源為n相的話，則該類三角波或曲邊三角波的電流時間占半個周期時間的2/n，該段零電流時間占半個周期時間的(n-2)/n。例如三相電源n＝3，則零電流時間占半周期時間的1/3，四相電源n＝4則零電流時間占半個周期時間的2/4＝1/2，若是兩相電源則零電流時間為零(即不需插入零電流時間)，而且當其中任一相輸出電流在其峰值時，其它相的輸出電流皆為零。

由圖4a、圖5、圖6及圖7的實施例中也可看出，本發(fā)明的實施例使兩相電流為一組輪流驅(qū)動馬達，如果電源為n相，則其各相電流間的相位差為180/n度。例如圖4a及圖5中三相類三角波或曲邊三角波的a、b、c各相間的相位差為180/3＝60度，圖6中四相類三角波a、b、c、d各相間的相位差為180/4＝45度，圖7中兩相類三角波或曲邊三角波的a、b兩相間的相位差為180/2＝90度。

另外，由圖4a、圖5及圖6中的實施例也可看出，本發(fā)明的實施例使用三相以上的n相電流驅(qū)動馬達時，使用的n相電源以兩相一組的方式輪流供電，各相的正電流時間與其它相的正電流時間倆倆重疊，第一相的正電流時間與最后一相的負電流時間重疊，最后一相的正電流時間與第一相的負電流時間重疊，且從相鄰定子線圈且相同的線圈繞制方向觀測，第一相電流及最后一相電流除外，至少有n-2相的正電流的時間內(nèi)只與其前后兩相的正電流時間有重疊，且該n-2相電流的負電流的時間內(nèi)也只與其前后兩相的負電流時間有重疊。例如圖4a中a、b、c三相的正電流時間倆倆重疊，a相的正電流時間與c相的負電流時間重疊，c相的正電流時間與a相的負電流時間重疊，且至少有3-2＝1相(即b相)的正電流的時間內(nèi)只與其前后a、c兩相的正電流時間有重疊，且該b相電流的負電流的時間內(nèi)也只與其前后a、c兩相的負電流時間有重疊。

請參考圖8所示，為本發(fā)明又一實施例的三相類三角波或曲邊三角波的驅(qū)動電路示意圖。圖8與圖1a的傳統(tǒng)驅(qū)動電路相比，為了產(chǎn)生本發(fā)明的類三角波或曲邊三角波的電流，圖8的控制電路必須比圖1a的傳統(tǒng)電路增加pwm7、pwm8兩個驅(qū)動信號及m7、m8兩個晶體管開關，并將其輸出連接到y(tǒng)型馬達91的定子線圈的中心點，如此才能提供任兩相可同時輸出正電流或負電流，且同時第三相電流為零的組態(tài)。

此外，圖8的電路更新增了三個反電動勢檢測組件sa、sb及sc。三個反電動勢檢測組件sa、sb、sc分別連接到馬達91的三組定子線圈a、b、c，并分別輸出反電動勢信號s1、s2、s3到控制電路(圖8中之控制器93)，三個反電動勢檢測組件sa、sb、sc可以在本發(fā)明實施例特有的零電流的時間內(nèi)檢測馬達各定子線圈的反電動勢，讓控制器93可借著反電動勢的值決定馬達91的轉(zhuǎn)子的位置，作為驅(qū)動電流的修正參數(shù)。而且，控制器93可以實時運算的方式使用上述等式(3)、(4)計算出所需的驅(qū)動電流值，或用該公式建立的表格以查表法得知該電流值，或用該公式配合其它軟件或硬件的技術得知該電流值，并以該電流值為基礎驅(qū)動馬達91。

請參考以下表三所示，為本發(fā)明又一實施例使用于兩相12定子極馬達所需的參考電流表，其中，表三各相的電流值利用前述的等式(3)、(4)所計算產(chǎn)生。

表三

表三中的a相電流、b相電流分別為a、b相的電流參考值，在此，用定子極距(或凸齒夾角)為30度(θ＝30度)、總合磁場強度等于0.5為參數(shù)(r＝0.5)，以及磁場角度α為變量(α＝0～30度)所計算出來，用來驅(qū)動兩相12定子極、齒寬30度的馬達(馬達的定子線圈繞組建議以集中繞組較優(yōu))。

表三中列出了a相電流時間軸的相位角由0到180度間的電流值，即a相正半周的電流值，因為負半周與正半周對稱，故在此表中省略。另外，b相電流在負半周(相位角由0到90度)時，其電流值則特別以負值表示。其中，表三的第1列為驅(qū)動電流的相位角，即時間橫軸，第2列為alpha角(α)，代表磁場與凸齒的夾角，其值介于0度到30度之間變化，也就是代表總合磁場方向與凸齒指向間的夾角，而其值為0到30度代表磁場方向由一個凸齒旋轉(zhuǎn)到下一個凸齒間的夾角變化，第3～4列分別為經(jīng)由等式(3)、(4)計算得出的a、b相驅(qū)動電流值，第5列為根據(jù)兩相電流值所計算出的總合磁場強度，其值穩(wěn)定在0.5與預期相符合，第6列為計算出的總合磁場的方向角，在半個周期時間內(nèi)總合向量由-30度旋轉(zhuǎn)至30度(即一個周期可旋轉(zhuǎn)120度)，呈穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)(即總合向量旋轉(zhuǎn)角與電源之相位角成等比率增加或減少)。換句話說，總合磁場的強度實質(zhì)上將無漣波(即理論上的理想值可達到完全無漣波)且其旋轉(zhuǎn)角的變化量或移動量與兩相電流的相位角的變化量成等比率關系。

由于本實施例的總合磁場向量只用兩相的磁場向量合成，因而可降低或消除三相同時驅(qū)動馬達時出現(xiàn)反旋轉(zhuǎn)方向的無效磁場及向量抵消的現(xiàn)象，可避免浪費電流來產(chǎn)生無效的磁場向量，達到省電的目的。

本發(fā)明的另一實施例為以兩相電流驅(qū)動具有12個定子極的馬達。圖9為根據(jù)表三中的數(shù)據(jù)所繪出的電流波形圖，圖9中包含a相電流9a、b相電流9b、總合磁場強度9d及總合磁場角度9e；圖中左方縱(y)軸代表電流強度或是磁場強度，單位可以是安培(a)或是安培/米(a/m)或是其它任何適當?shù)膯挝?；圖中右方縱軸代表磁場角度(degree)；圖中橫軸則是各相電流的相位角(degree)。比較圖9的兩相類三角波或曲邊三角波與圖1b的三相正弦波，當兩者都驅(qū)動12組定子凸齒的馬達時，兩相電源中每一相各驅(qū)動三組定子線圈，共驅(qū)動6(3*2相＝6)組定子線圈(請參考圖10)，三相電源中每一相各驅(qū)動兩組定子線圈，總共也是6(2*3相＝6)組定子線圈(請參考圖11)，如果圖1b正弦波的各相電流波形峰值等于1，亦即分配到每組定子線圈的電流＝0.5(0.5*2＝1)，則該三相正弦波由定子線圈所產(chǎn)生的總合磁場強度為1.5l(圖11，l為定子線圈電感值)，由于兩相定子線圈可合成產(chǎn)生3個旋轉(zhuǎn)磁極(圖10)，圖9的類三角波或曲邊三角波的電流的峰值為0.5，因此旋轉(zhuǎn)磁極總強度等于0.5l*3＝1.5l，因此圖9的曲邊三角波可以產(chǎn)生與圖1b正弦波等效強度相同的總合磁場強度。

另外，圖1b中三相正弦波的總耗電量與6個0.5正弦波電流的平方總和(正弦波0.5*0.5*6)成正比，圖9中兩相的總耗電量與6個0.5曲邊三角波電流的平方總和(曲邊三角波0.5*0.5*6)成正比，因此將表三中的曲邊三角波電流平方后，與正弦波電流的平方相比(兩者電流峰值皆為0.5)，可得到本實施例的省電率估計為30％。值得一提的是，若是使用凸齒磁極夾角90度、4定子極的傳統(tǒng)兩相馬達，其耗電量為相同轉(zhuǎn)矩的三相6定子極馬達的1.5倍，因此，本發(fā)明不只可使定子極數(shù)大于4極的兩相馬達保持無磁場漣波，更可在相同轉(zhuǎn)矩輸出下，讓原本耗電為1.5倍的兩相馬達改良后可以比三相正弦波馬達省電。

由前述實施例中也可看出，本實施例以兩相電流驅(qū)動馬達。而圖9中兩相類三角波或曲邊三角波的a、b兩相間的相位差為90度。

此外，馬達在許多應用中，也常被用來反向發(fā)電，前述的原理也可應用在發(fā)電上，由于發(fā)電時只是將馬達的原理反過來使用，亦即利用轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的各旋轉(zhuǎn)磁場在任一時間時最多只同時驅(qū)動兩組夾角小于90度的馬達的定子線圈，以產(chǎn)生感應電流來發(fā)電，因此發(fā)電時也可利用本發(fā)明的上述原理改善發(fā)電效率。當馬達用來反向發(fā)電時，使其中轉(zhuǎn)子的一組旋轉(zhuǎn)磁場在任一時間最多只同時與馬達的其中兩組定子線圈產(chǎn)生作用，并感應產(chǎn)生如前所述的類三角波或曲邊三角波電流，如上述的圖2a～圖3e所示，其中r為旋轉(zhuǎn)磁場，旋轉(zhuǎn)磁場r旋轉(zhuǎn)時驅(qū)動兩組定子線圈分別產(chǎn)生a相及b相電流，當在各時間點時，該旋轉(zhuǎn)磁場與馬達的定子磁極的方向間的夾角為α、該馬達兩個定子磁極之間的夾角為θ、及該旋轉(zhuǎn)磁場的強度為r時，其中兩組定子線圈的感應電流的參考值a與b的大小計算公式可如上述等式(3)、(4)所示，其中，夾角α隨該旋轉(zhuǎn)磁場的角度而變，θ、r為已知值，且θ小于90度，如此即可以充分利用磁通量，用較高的效率來發(fā)電。

綜上所述，本發(fā)明的馬達驅(qū)動方法可以減少多相電源驅(qū)動馬達時產(chǎn)生的無效磁通量，可節(jié)省電能，且容易實施，不需要高成本的改裝。本發(fā)明用于兩相馬達時，更使兩相馬達定子極數(shù)可以大于4極或凸齒夾角可以小于90度而不會產(chǎn)生磁場漣波，且比相同轉(zhuǎn)矩的三相正弦波馬達更省電，因此可擴大其應用面，甚至可以取代三相馬達。當應用上述原理來反向發(fā)電時，可以充分利用磁通量，以產(chǎn)生較高的發(fā)電效率。

以上所述僅為舉例性，并非限制性。任何未脫離本發(fā)明的精神與范圍，而對其進行的等效修改或變更，均應包括在后附的權利要求范圍內(nèi)。