專利名稱：無刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電機(jī)，尤指一種無刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
以通用電動機(jī)而言，不論直流電動機(jī)或交流電動機(jī)的運(yùn)作，其轉(zhuǎn)子與定子間均采用磁極同性相斥、異性相吸的磁原理。早期絕大多數(shù)電動機(jī)的設(shè)計都只使用激磁體的一端來產(chǎn)生轉(zhuǎn)距，此種設(shè)計最多也僅僅運(yùn)用了電動機(jī)潛能的一半。但現(xiàn)今有許多旋轉(zhuǎn)電動機(jī)的設(shè)計，利用激磁線圈的兩端，以提供轉(zhuǎn)子與定子間更大的有效氣隙表面面積，來產(chǎn)生電動機(jī)的轉(zhuǎn)距。但傳統(tǒng)通用電動機(jī)的結(jié)構(gòu)會因毗鄰的磁極，造成磁通的集中受到影響，且毗鄰的線圈也有不利的轉(zhuǎn)換干擾效應(yīng)。
在中國專利授權(quán)公告號CN1650501A中，博里斯·A·馬斯洛夫等人提出一種旋轉(zhuǎn)電動機(jī)，其利用激磁線圈的兩端以增加轉(zhuǎn)子與定子間的氣隙表面面積，且借由各自獨(dú)立的極對的安排以處理毗鄰線圈間的磁通的轉(zhuǎn)換干擾效應(yīng)。此直流電動機(jī)的定子上包含有復(fù)數(shù)個各自獨(dú)立激磁的電磁體，并以沿軸方向排列的轉(zhuǎn)子磁鐵與定子極對提供了非常集中的磁通分布，使磁通可以被集中放在相對大的表面以促成高的力矩。并以感知器偵測轉(zhuǎn)子與定子的相對位置，在不同的時間，分別合宜地控制電磁體上的線圈電流，來造成電動機(jī)的平順運(yùn)轉(zhuǎn)。
為了可以獲得更大的總有效氣隙表面面積，而在美國專利授權(quán)第6891306號證書中，Maslov等人將上述電動機(jī)的結(jié)構(gòu)加以增益。通過電動機(jī)定子極的表面和轉(zhuǎn)子的磁鐵的增加，借由磁通的集中使磁通的分布被改進(jìn)，以提供更大的磁通分布。使電動機(jī)構(gòu)造提供了在轉(zhuǎn)子元件與定子元件兩者之中的更大的連續(xù)磁通產(chǎn)生路徑。此電動機(jī)架構(gòu)的構(gòu)造借由增加穿過復(fù)數(shù)個氣隙的轉(zhuǎn)子極與相對的定子極的表面面積，以促使磁通集中在相對大的表面上，以進(jìn)一步地增進(jìn)電動機(jī)的高轉(zhuǎn)矩能力。但前述的兩種電動機(jī)的電磁力的相互作用以軸向為主；若有軸向不平衡發(fā)生時，將容易對電動機(jī)有不良的影響。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種無刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其可降低當(dāng)軸向不平衡發(fā)生時對電動機(jī)的不良影響，以及使磁通可以集中在相對更大的表面上，而且可以改進(jìn)磁通的分布。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種無刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)，它包含有一個轉(zhuǎn)子，含有環(huán)繞著旋轉(zhuǎn)軸的圓周方向配置以構(gòu)成一輪狀環(huán)的復(fù)數(shù)個含永磁鐵的磁性元件，而每一個磁性元件各自具有兩磁極；一個定子，含有呈同軸配置的復(fù)數(shù)個磁性隔離的電磁體成員環(huán)繞著旋轉(zhuǎn)軸以構(gòu)成一輪狀環(huán)，而每一個電磁體成員都含有成對極；并且定子輪狀環(huán)至少有部分被轉(zhuǎn)子輪狀環(huán)所環(huán)繞包含，另，在轉(zhuǎn)子面向徑向的兩面上定義轉(zhuǎn)子與定子之間的兩個徑向氣隙；在此，定子電磁體成員的成對極的每一個極各自與轉(zhuǎn)子磁性元件的兩磁極其中之一相應(yīng)，以在電磁體成員的每一個極與磁性元件的兩磁極中的相應(yīng)磁極定義一個徑向氣隙與兩個軸向氣隙。
所述定子每一個電磁體成員的成對極以導(dǎo)磁性的核心部分連接，且成對極的每一個極各自有三個極面，以及有一個線圈在電磁體成員的核心部分上形成，當(dāng)線圈加以電流激磁時，在電磁體成員成對極的兩極各自的極面產(chǎn)生相反的磁場極性，并使每一個極的三個極面產(chǎn)生的磁場極性相同，而且當(dāng)線圈中通過的電流逆轉(zhuǎn)時，成對極的兩極極面的磁場極性也隨之逆轉(zhuǎn)。
所述定子每一個電磁體成員的成對極的每一個極的橫截面各自約呈U形，U形橫截面外側(cè)的三個極面中的底部極面一般面向徑向，使轉(zhuǎn)子與定子之間的兩個徑向氣隙位于定子的徑向相反的兩面上，而另外兩個極面則面向各自的軸向氣隙。
所述定子每一個電磁體成員都各自經(jīng)由非導(dǎo)磁性材料組成的構(gòu)造分別固定至定子上，使定子的每一個電磁體成員相互間無鐵磁性的接觸。
所述轉(zhuǎn)子每一個磁性元件的兩磁極的每一個磁極極面只顯示出一個單一的磁場極性，并與另一個磁極極面的磁場極性相反。
所述每一個含永磁鐵的磁性元件具有以導(dǎo)磁性材料形成的一般約呈C形的結(jié)合座；且有復(fù)數(shù)個永磁鐵安置在每一個磁性元件的C形結(jié)合座的內(nèi)側(cè)表面，以形成磁性元件的兩磁極；磁性元件的每一個磁極各自具有三個磁場極性相同的磁極表面，每一個極面一般平行于旋轉(zhuǎn)軸以極面面向徑向氣隙其中之一，而另外兩個極面則面向各自的軸向氣隙；磁性元件每一個磁極的極面各自隔著各自面對的氣隙與定子成對極的相應(yīng)極的相應(yīng)極面相互作用；而且形成磁性元件磁極的每一個永磁鐵在面向氣隙的表面只顯示出一個單一的磁場極性，并與結(jié)合至磁性元件的結(jié)合座內(nèi)側(cè)表面的永磁鐵背面表面的磁場極性相反。
所述磁性元件的每一個磁極各自有三個雙極性永磁鐵以形成磁極的三個極面。
所述磁性元件的每一個磁極的永磁鐵具有約呈U形的橫截面，以形成磁極的三個極面，并且每一個U形磁極的三個極面中的底部極面一般平行于旋轉(zhuǎn)軸。
所述每一個磁性元件的兩磁極上的永磁鐵實質(zhì)上彼此以徑向間隙分隔。
所述轉(zhuǎn)子的復(fù)數(shù)個永磁鐵在環(huán)繞著旋轉(zhuǎn)軸的圓周方向排列的毗鄰永磁鐵沿著環(huán)繞著旋轉(zhuǎn)軸的圓周方向以磁極極性N/S連續(xù)交替配置，并且環(huán)繞著旋轉(zhuǎn)軸的圓周方向毗鄰的永磁鐵彼此以間隙分隔。
所述環(huán)繞著旋轉(zhuǎn)軸的圓周方向毗鄰的永磁鐵彼此以間隙分隔，且相互間無鐵磁性的接觸。
所述轉(zhuǎn)子的磁性元件約呈C形的結(jié)合座部分可由非導(dǎo)磁性的材料形成。
所述轉(zhuǎn)子上含有額外的永磁鐵位于磁性元件兩磁極面向軸向氣隙的永磁鐵的徑向間隙；而且前述額外的永磁鐵具有的磁場方向為環(huán)繞著旋轉(zhuǎn)軸的圓周方向，并以磁場方向朝向相同的圓周方向且一般約呈環(huán)繞著旋轉(zhuǎn)軸。
采用上述方案后，由于本發(fā)明無刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)的定子具有復(fù)數(shù)個磁性隔離的定子元件，與復(fù)數(shù)個含永磁鐵的轉(zhuǎn)子元件相互作用，而且轉(zhuǎn)子元件的每一個極與定子元件的相應(yīng)極的磁通路徑帶有一個徑向氣隙與兩個軸向氣隙。其電磁力的相互作用以徑向為主，并且進(jìn)一步地增加穿過氣隙的轉(zhuǎn)子極與相對的定子極的表面面積，以促使磁通集中在相對更大的表面上，來更進(jìn)一步地增進(jìn)無刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)的高轉(zhuǎn)矩能力；并且在達(dá)成無刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)的高效率、高輸出力矩的能力外，也可獲得無刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)在空間中更佳的幾何學(xué)上的平衡，以獲得靈活安全的運(yùn)作特性的改進(jìn)。
更具體而言，本發(fā)明第一實施例中具體地提出了一種無刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)的構(gòu)造，其含有一個定子及一個轉(zhuǎn)子。定子電磁體成員的成對極的每一個極各自與轉(zhuǎn)子磁性元件的兩磁極其中之一相應(yīng)；因而電磁體成員的每一個極與磁性元件的相應(yīng)磁極被以一個徑向氣隙與兩個軸向氣隙所分隔。另，定子的每一個電磁體成員的線圈有各自的開關(guān)做激磁，這些各自分別激磁的定子電磁體成員的成對磁極借由氣隙與將其圍繞包含的轉(zhuǎn)子永磁極作分隔，以與相應(yīng)的轉(zhuǎn)子磁性元件的永磁場的磁極產(chǎn)生合宜的引力或斥力，以提供旋轉(zhuǎn)。每一實施例借由額外增加轉(zhuǎn)子磁極的面向軸向的極面與相對應(yīng)的定子極的極面，以獲得穿過氣隙的轉(zhuǎn)子磁極與相對應(yīng)的定子極的表面面積的額外增加，因而可以促使磁通集中在相對大的表面上，來進(jìn)一步地增進(jìn)無刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)的高轉(zhuǎn)矩能力；同時借由電機(jī)的面向徑向的主極面的徑向平衡，提供了額外的構(gòu)造優(yōu)點，借由無刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)的架構(gòu)上的各自獨(dú)立元件的結(jié)構(gòu)安排，來關(guān)注于無刷放置電機(jī)的幾何學(xué)上的空間平衡，以獲得靈活安全的運(yùn)作特性的更進(jìn)一步地改進(jìn)；并且也可以借由無刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)的定子復(fù)數(shù)個電磁體成員與轉(zhuǎn)子復(fù)數(shù)個磁性元件在徑向的空間平衡安排，以降低單一個體元件若有徑向不平衡發(fā)生時，對電機(jī)的不良影響。
雖然轉(zhuǎn)子磁性元件以及與其對應(yīng)的定子電磁體成員的數(shù)目沒有被特定提出，但本發(fā)明在具體化實現(xiàn)時，定子電磁體成員的數(shù)目及轉(zhuǎn)子磁性元件的數(shù)目可相同也可不同，以符合設(shè)計所需的要求來作決定。而且轉(zhuǎn)子磁性元件沿著旋轉(zhuǎn)軸的圓周方向毗鄰的永磁鐵彼此分隔的間隙的每一個間隙大小可以不需要相同，以及定子沿著旋轉(zhuǎn)軸的圓周方向毗鄰的電磁體成員相互間作磁性隔離的間隙的每一個間隙大小當(dāng)然也可以不需要相同。因而可經(jīng)由適當(dāng)?shù)陌才艁斫档蜔o刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)操作時的轉(zhuǎn)矩脈動。
在本發(fā)明的第二實施例中，將第一實施例的轉(zhuǎn)子磁性元件的每一個磁極的U型永磁鐵各自以三個永磁鐵替代，使每一個磁性元件的磁極極性相反的兩磁極的每一個磁極仍然各自具有三個磁場極性相同的極面。這樣安排，雖然會對產(chǎn)生力矩的磁通的集中有不利影響，但是永磁鐵的準(zhǔn)備卻較為容易；而且對無刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)的操作并無不同。
在本發(fā)明的第三實施例中，為了要改進(jìn)磁性元件的兩磁極的磁通分布，轉(zhuǎn)子上有額外的雙極性永磁鐵位于每一個磁性元件兩磁極極面面向軸向氣隙部分的永磁鐵的徑向間隙，此額外的永磁鐵可被安置于每一個磁性元件的軸向毗鄰的U形永磁鐵的極面面向軸向氣隙部分的永磁鐵的徑向末端，而且額外的永磁鐵具有的磁場方向一般約呈環(huán)繞著旋轉(zhuǎn)軸的圓周方向，并以磁場方向朝向相同的圓周方向，額外的永磁鐵的厚度尺寸可以與驅(qū)動無刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)的U形永磁鐵具有相同的厚度尺寸。
更進(jìn)一步的改進(jìn)，在本發(fā)明的第三實施例中，無刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子除了加入額外的永磁鐵之外；在轉(zhuǎn)子上，環(huán)繞著旋轉(zhuǎn)軸的圓周方向毗鄰的永磁鐵彼此不但以間隙分隔且相互間無鐵磁性的接觸。因此，磁通分布可以改進(jìn)成更平坦，以獲得磁通的更集中。這樣的安排，以及由于在無刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)的組織構(gòu)造所提供的幾何學(xué)上的改進(jìn)，使得在盡量不額外增加空間與重量的狀況考慮下，獲得無刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)的高效率、高輸出力矩和靈活安全的運(yùn)作特性的更進(jìn)一步地改進(jìn)。
再者，本發(fā)明的無刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)適用于高效率發(fā)電機(jī)、電動機(jī)，可用于驅(qū)動專裝置的引擎，如電動輪椅、電動腳踏車、電動汽車等等。
圖1為本發(fā)明第一實施例無刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)的立體分解圖；圖2為本發(fā)明第一實施例無刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)的組合圖；
圖3為圖2的A-A剖視圖；圖4為本發(fā)明第一實施例無刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)的定子組合圖的部分立體分解圖；圖5為圖4結(jié)構(gòu)無刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)定子的部分立體分解圖的組合圖；圖6為圖2的B-B剖視圖；圖7為本發(fā)明第二實施例，類同于圖6剖視圖的一個改變的結(jié)構(gòu)剖視圖；圖8為本發(fā)明第三實施例，類同于圖6剖視圖的一個改變的結(jié)構(gòu)剖視圖；圖9為本發(fā)明第三實施例的轉(zhuǎn)子側(cè)面部分的示意圖。
具體實施例方式
如圖1所示，為本發(fā)明第一實施例的無刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)的立體分解圖，用以說明實施例中組成成員。本發(fā)明的無刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)含有一個定子及一個轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子上含有復(fù)數(shù)個含永磁鐵的磁性元件，每一個磁性元件具有以導(dǎo)磁性材料形成的一般約呈C形的結(jié)合座55，且在每一個磁性元件的C形結(jié)合座55的內(nèi)側(cè)表面安置有兩個約呈U形的永磁鐵51、52，以形成磁性元件的兩磁極；并且每一個磁性元件的C形結(jié)合座55的側(cè)背與轉(zhuǎn)子固定盤81上的凹槽81b結(jié)合，使復(fù)數(shù)個含永磁鐵的磁性元件圍繞著旋轉(zhuǎn)軸的圓周方向配置以構(gòu)成轉(zhuǎn)子輪狀環(huán)，而轉(zhuǎn)子固定盤81則與轉(zhuǎn)子盤80其中之一結(jié)合；轉(zhuǎn)子外圈83結(jié)合兩側(cè)面的轉(zhuǎn)子盤80并經(jīng)由軸承與固定軸74結(jié)合。定子上含有復(fù)數(shù)個電磁體成員，每一個電磁體成員具有以導(dǎo)磁性的核心部分連接的成對極60，且有一個線圈65在核心部分上形成；以非導(dǎo)磁性材料形成的固接板611、612與復(fù)數(shù)個電磁體成員結(jié)合，使復(fù)數(shù)個電磁體成員圍繞著旋轉(zhuǎn)軸的圓周方向配置以形成定子輪狀環(huán)；每一個電磁體成員的成對極60的每一個極的橫截面各自約呈U形，且U形橫截面外側(cè)的三個極面中的底部極面一般面向徑向，使轉(zhuǎn)子與定子之間，有兩個徑向氣隙位于定子徑向的相反的兩面上，而U形極的另外兩個極面分別面向各自的軸向氣隙，并且，非導(dǎo)磁性材料形成的定子固定柱601則作為對定子輪狀環(huán)的一個固接架構(gòu)，以經(jīng)由內(nèi)固接板612結(jié)合電磁體成員至定子固定盤82。定子固定盤82直接固接至固定軸74。在此，定子輪狀環(huán)至少部分被轉(zhuǎn)子輪狀環(huán)圍繞包含，因而，在轉(zhuǎn)子的徑向的兩面上定義轉(zhuǎn)子與定子間的兩個徑向氣隙；以及同時在轉(zhuǎn)子的每一個磁性元件的每一個磁極的軸向的兩面上分別定義轉(zhuǎn)子與定子間的軸向氣隙。
圖2為第一實施例的無刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)的組合圖，可適合用于車輪以作為運(yùn)輸工具的驅(qū)動。
如圖3所示，為本發(fā)明第一實施例以圖示說明圖2無刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)沿著線A-A所得到的剖視圖。在轉(zhuǎn)子外圈83內(nèi)，轉(zhuǎn)子的每一個磁性元件的結(jié)合座55結(jié)合有上永磁鐵51與下永磁鐵52；并且定子電磁體成員含有以一導(dǎo)磁性的核心部分63連接的成對極60；而在徑向方向，定子電磁體成員的成對極60的兩極61、62分別隔著各自的徑向氣隙21、22與轉(zhuǎn)子磁性元件的兩永磁鐵磁極51、52各自相應(yīng)；而且有一個線圈65在定子電磁體成員的核心部分上形成。在此，定子的復(fù)數(shù)個電磁體成員圍繞著旋轉(zhuǎn)軸74的圓周方向形成定子輪狀環(huán)，且至少部分被復(fù)數(shù)個磁性元件構(gòu)成的轉(zhuǎn)子輪狀環(huán)所圍繞包含；且在轉(zhuǎn)子輪狀環(huán)與定子輪狀環(huán)的徑向方向有上徑向氣隙21、下徑向氣隙22的兩徑向氣隙以分隔。并且，圍繞著旋轉(zhuǎn)軸的圓周方向毗鄰的磁性元件之間的間隙32不需要完全相同，以便于與定子上的元件適當(dāng)?shù)呐浜?，來達(dá)成所需的平順運(yùn)轉(zhuǎn)。
如圖4所示，為本發(fā)明第一實施例無刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)的定子組合圖的部分立體分解圖。定子電磁體成員成對極60的每一個U形極61、62可以提供一個相對大的氣隙表面積，使無刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)結(jié)構(gòu)的體積減少，來獲得更高效率的無刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)；且每一個U形極的兩側(cè)面極面約呈軸向?qū)?yīng)。而定子電磁體成員的每一個極61、62各自具有4個凹槽；每一個U形極有兩個凹槽611b在U形極的一個側(cè)面的兩相反的末端，另外的兩個凹槽612b則在U形極的另一個側(cè)面的兩相反的末端。以非導(dǎo)磁性材料形成的固接板611、612的兩徑向側(cè)面上各自有一凸出部611a、612a，呈現(xiàn)由窄至寬的變化，且較寬處在外，并以在內(nèi)的較窄處與凸出部611a、612a的主體結(jié)合，而每一個固接板611、612的主體各自可形成兩個相同部件的組成，每一個部件為約成同心圓弧的長條形片體，將兩個相同長條形片體部件的末端以軸向結(jié)合，并且在結(jié)合處的兩徑向側(cè)面各自連接有前述的凸出部611a、612a；至于孔洞611c、612c可用作為兩相鄰接的固接板相互間的結(jié)合，因而使復(fù)數(shù)個固接板相鄰接以組合成圓形的環(huán)圈。固接板611上的徑向的兩凸出部611a與定子電磁體成員的極上的徑向兩凹槽611b契合，而另側(cè)固接板612上的徑向的兩凸出部612a則與定子電磁體成員的極上的另側(cè)徑向兩凹槽612b契合。因而，固接板611與612兩者實質(zhì)上可以完全相同的。在圖中，定子固定柱601則有結(jié)合定子輪狀環(huán)至定子固定盤的功能，固定柱601上的孔洞601c1借由傳統(tǒng)的固定方式與固接板612上的孔洞612c結(jié)合，而固鎖元件601a顯示在圖中作為例示，借由孔洞601c2與定子固定盤結(jié)合。實際上，本結(jié)構(gòu)中的固接板611即使不存在，對無刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)的操作并不會不同。
借由電磁體成員的極上的凹槽611b、612b與固接板611、612上的凸出部611a、612a的緊密接合，以非導(dǎo)磁性材料形成的復(fù)數(shù)個固接板611、612相鄰接以配合復(fù)數(shù)個電磁體成員，使復(fù)數(shù)個電磁體成員圍繞著旋轉(zhuǎn)軸的圓周方向配置以形成定子輪狀環(huán)。如圖5所示，為圖4的組合圖，在定子環(huán)中毗鄰的電磁體成員以極間間隙33分隔，使每一個電磁體成員相互間無鐵磁性的接觸，因而毗鄰的電磁體成員有磁的隔離，使產(chǎn)生力矩的磁通可以被集中。每一個毗鄰的定子電磁體成員的極間間隙33不需要完全相同，以便于適當(dāng)?shù)呐浜限D(zhuǎn)子上的元件，經(jīng)過合宜的安排，來降低無刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動，達(dá)成所需的平順運(yùn)轉(zhuǎn)。
如圖6所示，為沿著圖2的線B-B所得到的無刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)構(gòu)造的部分剖視圖。轉(zhuǎn)子每一個磁性元件的C形結(jié)合座55內(nèi)側(cè)表面的上半部與一個U形永磁鐵51的背面表面結(jié)合，而同一磁性元件的C形結(jié)合座55內(nèi)側(cè)表面的下半部，則結(jié)合有表面磁場極性相反的另一個U形永磁鐵52，使每一個約呈C形的磁性元件具有磁極極面磁場極性相反的兩磁極51、52。磁性元件的每一個磁極的永磁鐵具有U形極面的薄的雙極性永磁鐵，而每一個永磁鐵的U形極面只顯示出一個單一的磁極極性，并與結(jié)合至C形結(jié)合座55的內(nèi)側(cè)表面的永磁鐵的U形背面表面的磁極極性相反。每一個磁性元件的C形結(jié)合座55的側(cè)背與轉(zhuǎn)子固定盤81上的凹槽結(jié)合，而轉(zhuǎn)子固定盤81則與轉(zhuǎn)子盤80其中之一結(jié)合；轉(zhuǎn)子外圈83結(jié)合兩側(cè)面的轉(zhuǎn)子盤80以經(jīng)由軸承與固定軸結(jié)合。以導(dǎo)磁性材料制造的磁性元件的C形結(jié)合座55，對于安置在磁性元件的C形結(jié)合座55上的兩個U形永磁鐵而言，其可作為磁性元件兩個U形永磁鐵磁極的一個磁通回歸路徑，使磁通集中在磁性元件兩個U形永磁鐵磁極的端部。圖3中的轉(zhuǎn)子上，復(fù)數(shù)個含永磁鐵的磁性元件環(huán)繞著旋轉(zhuǎn)軸的圓周方向配置以構(gòu)成一輪狀環(huán)，而圍繞著旋轉(zhuǎn)軸的圓周方向毗鄰的永磁鐵以磁極極性N/S連續(xù)交替配置。圖中所標(biāo)示的磁場極性N、S只是為了作為磁極極面面向氣隙的磁場極性的圖示說明，并非作為限制。
圖6中，定子的每一個電磁體成員都含有以核心部分63連接的成對極60，而成對極的每一個極61、62的各自U形外側(cè)各自具有三個極面，以及有一個線圈65在電磁體成員的核心部分63上形成，以形成如圖6所示的定子電磁體成員；每一個U形極的三個極面中的兩個側(cè)面極面面向各自的軸向氣隙，而底部極面面向徑向氣隙其中之一。因而轉(zhuǎn)子的每一個磁性元件上半部的上U形永磁鐵磁極51的三個極面隔著一個徑向氣隙21與二個軸向氣隙21a、21b，以與定子的電磁體成員成對極60的極61的三個極面作用，并且同一個磁性元件的下半部的下U形永磁鐵磁極52的三個極面則隔著一個徑向氣隙22與二個軸向氣隙22a、22b，以與電磁體成員成對極60的另一個極62的三個極面作用。定子固定柱601如圖6中所示，以傳統(tǒng)的方式與固接板612結(jié)合，以固接電磁體成員至定子固定盤82上。非導(dǎo)磁性材料的選擇可以是鋁或者其他非導(dǎo)磁性材料，使定子電磁體成員彼此之間無鐵磁性的接觸。因而在實際運(yùn)作中，所述無刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)的定子的每一個電磁體成員形成一個各自獨(dú)立的磁通路徑，在此的電磁體成員的導(dǎo)磁性隔離可降低雜散磁通損失和邊緣效應(yīng)。此外，電磁體成員的核心部分63與成對極的兩個極61、62均可以導(dǎo)磁性的材料制造，如Fe、SiFe、SiFeP、SiFeCo……等等。
定子的每一個電磁體成員的線圈65有各自的開關(guān)以分別各自被激磁，當(dāng)線圈加以電流激磁時，在電磁體成員成對極兩極的各自極面產(chǎn)生相反的磁場極性N、S。但將線圈65中的電流方向逆轉(zhuǎn)時，則會令電磁體成員的成對極的兩極極面的磁場極性N、S隨之逆轉(zhuǎn)。這些各自分別激磁的定子電磁體成員的成對磁極借由所面對的徑向氣隙21、22與軸向氣隙21a、21b、22a、22b與將其圍繞包含的轉(zhuǎn)子永磁鐵磁極分隔。此線圈65的激磁開關(guān)可以用機(jī)械式的換向器或電子式的切換電路來達(dá)到，而電子式的切換電路必需對應(yīng)于位置感知器的感測訊號的響應(yīng)來啟斷電子切換電路。運(yùn)轉(zhuǎn)中，定子上的每一個電磁體成員均可分別視為各自獨(dú)立的單一個體，各自分別依據(jù)位置感知器所測知的定子與轉(zhuǎn)子的相對位置以作為反應(yīng)，來恰當(dāng)?shù)貨Q定本身線圈上的激磁控制，以分別控制每一個電磁體成員成對極極面的磁場大小與磁場極性方向的變化。因而，每一個電磁體成員上的線圈各自依據(jù)定子與轉(zhuǎn)子間的相對位置來決定激磁，當(dāng)電磁體成員上線圈的激磁造成電磁體成員的磁化，此線圈激磁所造成的磁通越過氣隙產(chǎn)生磁動勢，與轉(zhuǎn)子上的相應(yīng)磁性元件的相應(yīng)永磁鐵磁極相互間作電磁的交互影響，使在適宜的時間，產(chǎn)生合宜的引力或斥力，以提供想要的旋轉(zhuǎn)。在此，借由定子電磁體成員的磁通路徑的相互分隔，以處理兩毗鄰的線圈間的磁場干擾效應(yīng)的不利影響。
如圖7所示，其為本發(fā)明的第二實施例，類同于圖6結(jié)構(gòu)中的剖視圖的一個改變的結(jié)構(gòu)剖視圖。在本發(fā)明的各個圖中例示，對于元件改變的部分采用改變的圖號標(biāo)示；而元件相同的部分采用相同的圖號標(biāo)示，使易于了解本發(fā)明的各個實施例之間的改變。第二實施例是為了方便永磁鐵的準(zhǔn)備，對圖6無刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)所作的改變；圖6中磁性元件的C形結(jié)合座內(nèi)側(cè)表面的兩上U形永磁鐵51與52已經(jīng)各自被以三個永磁鐵53a、53b、53b與54a、54b、54b替代。永磁鐵53a與54a安置于C形結(jié)合座內(nèi)側(cè)以磁極極面面向各自的徑向氣隙21、22；而永磁鐵53b、53b與54b、54b則各自安置于C形結(jié)合座內(nèi)側(cè)的面向軸向的表面上，以磁極極面分別面向各自的軸向氣隙21a、21b與22a、22b。每一個磁極的三個永磁鐵各自都是薄的雙極性永磁鐵且具有平坦的表面，而每一個永磁鐵極面只顯示出一個單一的磁極極性，并與永磁鐵背面表面的極性相反；因而，同一個磁性元件的C形結(jié)合座內(nèi)側(cè)的每一個半部的三個相互毗鄰的永磁鐵磁極極面具有相同的磁場極性，使得產(chǎn)生穿過氣隙的磁通可以相互輔助，并且與另一個半部的三個相互毗鄰的永磁鐵具有的磁場極性相反。圖7中所標(biāo)示的磁場極性N、S只是為了作為圖示以例示說明永磁鐵磁極的極性，并非作為限制。
雖然轉(zhuǎn)子磁性元件與定子電磁體成員的特定數(shù)目被例示在圖中，但本發(fā)明在具體化實現(xiàn)時，轉(zhuǎn)子磁性元件的數(shù)目及定子電磁體成員的數(shù)目可相同也可不同，以使符合設(shè)計所需的要求。而且定子電磁體成員的線圈可以盡量扁平化，使電磁體成員的成對極穿過氣隙以與轉(zhuǎn)子磁性元件的兩永磁極相應(yīng)時，因幾何學(xué)的不平衡所產(chǎn)生的不利影響可減至最少，并獲致靈活的操控能力。此外，不論是對于定子或是轉(zhuǎn)子任何一者而言，其所組成元件的尺寸也可各自以規(guī)格化的制造，使能有利于制造的簡化。本發(fā)明所述無刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)除了可提供更大的輸出、更高能量的效率以外，實際上也使無刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)易于制造。
如圖8所示，為本發(fā)明第三實施例，類同于圖6中的剖視圖的一個改變的結(jié)構(gòu)剖視圖。圖8中，在每一個磁性元件的U形永磁鐵各自的兩個側(cè)面的徑向方向的延伸上，有額外的長條形的雙極性的延伸永磁鐵59、59a安置。
如圖9所示，為本發(fā)明第三實施例轉(zhuǎn)子側(cè)面部分的示意圖。該第三實施例無刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子的U形永磁鐵51、52面向軸向氣隙的側(cè)面以圓周方向展開，作為圖8的輔助示意。磁性元件在圓周方向毗鄰的U形永磁鐵以間隙32分隔，且U形永磁鐵51、52與C形結(jié)合座55結(jié)合，并且被圈限在轉(zhuǎn)子外圈83內(nèi)。圖8中的延伸永磁鐵59的磁場極性方向顯示在圖9中，為圍繞著旋轉(zhuǎn)軸的圓周方向，圖中所標(biāo)示的磁場極性N、S只是為了作為圖示說明，并非作為限制。環(huán)繞著旋轉(zhuǎn)軸的圓周方向毗鄰的延伸永磁鐵59之間可存在著間隙，并不需要如圖中所示的緊密連接。安置額外的永磁鐵59、59a在每一個磁性元件的U形永磁鐵51、52的兩個側(cè)面的軸向間的空間；且額外的延伸永磁鐵59、59a具有圍繞著旋轉(zhuǎn)軸的圓周方向的磁極極性的方向。這種安排提供一種更集中的磁通分布。
更進(jìn)一步的改進(jìn)，在本發(fā)明的第三實施例中，無刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子除了加入額外的永磁鐵之外；在轉(zhuǎn)子上，轉(zhuǎn)子固定盤81以及轉(zhuǎn)子外圈83也可以由非導(dǎo)磁性的材料形成，使環(huán)繞著旋轉(zhuǎn)軸的圓周方向毗鄰的永磁鐵彼此不但以間隙分隔且相互間無鐵磁性的接觸。因此，提供了在轉(zhuǎn)子磁極上更平坦的磁通分布；使得磁通的集中、磁通的盡量利用與盡可能降低磁通的轉(zhuǎn)換干擾效應(yīng)的達(dá)成，以獲得在高力矩輸出時提供高效率的無刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)的運(yùn)作。
實際具體實施時，尤有更甚者，可將本發(fā)明實施例的復(fù)數(shù)個無刷旋轉(zhuǎn)電動機(jī)以軸向串接的方式來提供輸出的增加；或是將復(fù)數(shù)個無刷旋轉(zhuǎn)電動機(jī)以軸向擴(kuò)張的方式來增加輸出的供給。
在前述的所有實施例中，無刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)的C形結(jié)合座部分當(dāng)然也可完全由非導(dǎo)磁性的材料形成，雖然會對磁通的集中有不利影響，但對無刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)控制并無不同，仍然能獲得無刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)的可用的運(yùn)轉(zhuǎn)。
前述的各種實行形態(tài)，是作為例示來闡明本發(fā)明的，但本發(fā)明并不受到該等實施形態(tài)的限制。雖然本發(fā)明的例示為一個在內(nèi)的定子經(jīng)由一個在外的轉(zhuǎn)子所包圍環(huán)繞，但這些結(jié)構(gòu)也能被反置，以至于轉(zhuǎn)子被定子所包圍環(huán)繞。在本次公開中，僅只顯示且描述本發(fā)明少量的各式各樣的一些例示。本發(fā)明能夠應(yīng)用在各式各樣的其他組合及環(huán)境中，而且能夠在不超過類似于上述說明的本發(fā)明概念范圍內(nèi)的改變或修正。
權(quán)利要求
1.一種無刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于它包含有一個轉(zhuǎn)子，含有環(huán)繞著旋轉(zhuǎn)軸的圓周方向配置以構(gòu)成一輪狀環(huán)的復(fù)數(shù)個含永磁鐵的磁性元件，而每一個磁性元件各自具有兩磁極；一個定子，含有呈同軸配置的復(fù)數(shù)個磁性隔離的電磁體成員環(huán)繞著旋轉(zhuǎn)軸以構(gòu)成一輪狀環(huán)，而每一個電磁體成員都含有成對極；并且定子輪狀環(huán)至少有部分被轉(zhuǎn)子輪狀環(huán)所環(huán)繞包含，另，在轉(zhuǎn)子面向徑向的兩面上定義轉(zhuǎn)子與定子之間的兩個徑向氣隙；在此，定子電磁體成員的成對極的每一個極各自與轉(zhuǎn)子磁性元件的兩磁極其中之一相應(yīng)，以在電磁體成員的每一個極與磁性元件的兩磁極中的相應(yīng)磁極定義一個徑向氣隙與兩個軸向氣隙。
2.如權(quán)利要求1所述的無刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于所述定子每一個電磁體成員的成對極以導(dǎo)磁性的核心部分連接，且成對極的每一個極各自有三個極面，以及有一個線圈在電磁體成員的核心部分上形成，當(dāng)線圈加以電流激磁時，在電磁體成員成對極的兩極各自的極面產(chǎn)生相反的磁場極性，并使每一個極的三個極面產(chǎn)生的磁場極性相同，而且當(dāng)線圈中通過的電流逆轉(zhuǎn)時，成對極的兩極極面的磁場極性也隨之逆轉(zhuǎn)。
3.如權(quán)利要求2所述的無刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于所述定子每一個電磁體成員的成對極的每一個極的橫截面各自約呈U形，U形橫截面外側(cè)的三個極面中的底部極面一般面向徑向，使轉(zhuǎn)子與定子之間的兩個徑向氣隙位于定子的徑向相反的兩面上，而另外兩個極面則面向各自的軸向氣隙。
4.如權(quán)利要求2所述的無刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于所述定子每一個電磁體成員都各自經(jīng)由非導(dǎo)磁性材料組成的構(gòu)造分別固定至定子上，使定子的每一個電磁體成員相互間無鐵磁性的接觸。
5.如權(quán)利要求2所述的無刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于所述轉(zhuǎn)子每一個磁性元件的兩磁極的每一個磁極極面只顯示出一個單一的磁場極性，并與另一個磁極極面的磁場極性相反。
6.如權(quán)利要求5所述的無刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于所述每一個含永磁鐵的磁性元件具有以導(dǎo)磁性材料形成的一般約呈C形的結(jié)合座；且有復(fù)數(shù)個永磁鐵安置在每一個磁性元件的C形結(jié)合座的內(nèi)側(cè)表面，以形成磁性元件的兩磁極；磁性元件的每一個磁極各自具有三個磁場極性相同的磁極表面，每一個極面一般平行于旋轉(zhuǎn)軸以極面面向徑向氣隙其中之一，而另外兩個極面則面向各自的軸向氣隙；磁性元件每一個磁極的極面各自隔著各自面對的氣隙與定子成對極的相應(yīng)極的相應(yīng)極面相互作用；而且形成磁性元件磁極的每一個永磁鐵在面向氣隙的表面只顯示出一個單一的磁場極性，并與結(jié)合至磁性元件的結(jié)合座內(nèi)側(cè)表面的永磁鐵背面表面的磁場極性相反。
7.如權(quán)利要求6所述的無刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于所述磁性元件的每一個磁極各自有三個雙極性永磁鐵以形成磁極的三個極面。
8.如權(quán)利要求6所述的無刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于所述磁性元件的每一個磁極的永磁鐵具有約呈U形的橫截面，以形成磁極的三個極面，并且每一個U形磁極的三個極面中的底部極面一般平行于旋轉(zhuǎn)軸。
9.如權(quán)利要求6所述的無刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于所述每一個磁性元件的兩磁極上的永磁鐵實質(zhì)上彼此以徑向間隙分隔。
10.如權(quán)利要求6所述的無刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于所述轉(zhuǎn)子的復(fù)數(shù)個永磁鐵在環(huán)繞著旋轉(zhuǎn)軸的圓周方向排列的毗鄰永磁鐵沿著環(huán)繞著旋轉(zhuǎn)軸的圓周方向以磁極極性N/S連續(xù)交替配置，并且環(huán)繞著旋轉(zhuǎn)軸的圓周方向毗鄰的永磁鐵彼此以間隙分隔。
11.如權(quán)利要求10所述的無刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于所述環(huán)繞著旋轉(zhuǎn)軸的圓周方向毗鄰的永磁鐵彼此以間隙分隔，且相互間無鐵磁性的接觸。
12.如權(quán)利要求6所述的無刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于所述轉(zhuǎn)子的磁性元件約呈C形的結(jié)合座部分可由非導(dǎo)磁性的材料形成。
13.如權(quán)利要求9所述的無刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)，其特征在于所述轉(zhuǎn)子上含有額外的永磁鐵位于磁性元件兩磁極面向軸向氣隙的永磁鐵的徑向間隙；而且前述額外的永磁鐵具有的磁場方向為環(huán)繞著旋轉(zhuǎn)軸的圓周方向，并以磁場方向朝向相同的圓周方向且一般約呈環(huán)繞著旋轉(zhuǎn)軸。
全文摘要
一種無刷旋轉(zhuǎn)電機(jī)，含有轉(zhuǎn)子與定子。轉(zhuǎn)子含有環(huán)繞著旋轉(zhuǎn)軸圓周方向配置以構(gòu)成一輪狀環(huán)的復(fù)數(shù)個含永磁鐵的磁性元件，每一個磁性元件各自具有兩磁極；定子含有呈同軸配置的復(fù)數(shù)個磁性隔離的電磁體成員環(huán)繞著旋轉(zhuǎn)軸以構(gòu)成一輪狀環(huán)，每一個電磁體成員都含有成對極；且定子輪狀環(huán)至少有部分被轉(zhuǎn)子輪狀環(huán)所環(huán)繞包含，以在轉(zhuǎn)子面向徑向的兩面上定義轉(zhuǎn)子與定子之間的兩個徑向氣隙；在此，定子電磁體成員成對極的每個極各自與轉(zhuǎn)子磁性元件的兩磁極其中之一相應(yīng)，以在電磁體成員的每個極與磁性元件的兩磁極中相應(yīng)磁極定義一個徑向氣隙與兩個軸向氣隙。該電機(jī)可降低當(dāng)軸向不平衡發(fā)生時對其的不良影響，以使磁通可集中在相對更大的表面上，且可改進(jìn)磁通分布。
文檔編號H02K1/12GK1845427SQ20061003456
公開日2006年10月11日 申請日期2006年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月21日
發(fā)明者陸緯庭 申請人:聯(lián)塑(杭州)機(jī)械有限公司, 陸孝庭