無刷電機的制作方法

專利名稱：無刷電機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種無刷電機的結構，更特別的是無刷電機之定子具有復數(shù)個磁性隔離之定子組件以與復數(shù)個含永磁鐵之轉(zhuǎn)子組件相互作用，而且轉(zhuǎn)子組件之每一個極與定子組件之相應極之磁通路徑帶有一個徑向分量氣隙與軸向?qū)S向分量氣隙。
背景技術：
以通用電動機而言，不論直流電動機或交流電動機之運作，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)電動機之設計都只使用激磁體的一端來產(chǎn)生轉(zhuǎn)距，此種設計最多也僅僅運用了電動機潛能的一半。但現(xiàn)今有許多旋轉(zhuǎn)電動機之設計，利用激磁線圈的兩端，以提供轉(zhuǎn)子與定子間更大之有效氣隙表面面積，來產(chǎn)生電動機的轉(zhuǎn)距。但傳統(tǒng)通用電動機的結構會因毗鄰之磁極，造成磁通之集中受到影響，且毗鄰之線圈也有不利的轉(zhuǎn)換干擾效應。
Maslov等人在美國專利授權第6791222號證書中提出一種旋轉(zhuǎn)電動機，其利用激磁線圈的兩端以增加轉(zhuǎn)子與定子間之氣隙表面面積，且藉由各自獨立之極對的安排以處理毗鄰線圈間的磁通的轉(zhuǎn)換干擾效應。此直流電動機之定子上包含有復數(shù)個各自獨立激磁的電磁體，并以沿軸方向排列之轉(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)子與定子之相對位置，在不同的時間，分別合宜地控制電磁體上的線圈電流，來造成電動機之平順運轉(zhuǎn)。
為了可以獲得更大的總有效氣隙表面面積，而在美國專利授權第6891306號證書中，Maslov等人將上述電動機之結構加以增益。通過電動機定子極的表面和轉(zhuǎn)子的磁鐵之增加，藉由磁通之集中使磁通之分布被改進，以提供更大之磁通分布。使電動機構造提供了在轉(zhuǎn)子組件與定子組件兩者之中的更大之連續(xù)磁通產(chǎn)生路徑。此電動機架構的構造藉由增加穿過復數(shù)個氣隙之轉(zhuǎn)子極與相對的定子極之表面面積，以促使磁通集中在相對大的表面上，以進一步地增進電動機之高轉(zhuǎn)矩能力。但前述的兩種電動機之電磁力的相互作用以軸向為主；若有軸向不平衡發(fā)生時，將容易對電動機有不良之影響。實際應用時，為了達到幾何學上之空間徑向平衡，而在設計運作之前，就必需事先妥當?shù)匕才啪€圈在空間中之配置。在運作中，同時啟斷相配合的數(shù)個線圈，以達到幾何學上之平衡。此時，即使只有一個線圈故障，但為保障在幾何學上之平衡，而必需將數(shù)個相配合之線圈同時停止運作。如此，不只是降低了電動機操控之靈活性，也加大了轉(zhuǎn)矩之漣波。
此待解決之缺陷為，降低當軸向不平衡發(fā)生時對電機之不良影響；及改進磁極之磁通分布，且使磁通可以集中在相對更大的磁極表面上，以增進電機之高效率、高輸出，還必需要顧及降低轉(zhuǎn)矩之脈動和靈活安全之運作特性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種無刷電機，其電磁力的相互作用以徑向為主，并且進一步地增加穿過氣隙之轉(zhuǎn)子極與相對的定子極之表面面積，以促使磁通集中在相對更大的表面上，來更進一步地增進無刷電機之高轉(zhuǎn)矩能力；并且在達成無刷電機之高效率、高輸出力矩的能力外，也可獲得無刷電機在空間中更佳的幾何學上的平衡，以獲得靈活安全之運作特性的改進。本發(fā)明提供之無刷電機架構之構造至少部分可以達成上述之需求。
為實現(xiàn)上述需求，本發(fā)明的第一實施例中具體地提出了一種無刷電機的構造，其含有一個定子及一個轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子上含有復數(shù)個含永磁鐵之磁性組件，而每一個磁性組件各自具有極性相反之兩磁極，使復數(shù)個磁性組件以磁場極性N/S連續(xù)交替環(huán)繞著旋轉(zhuǎn)軸之圓周方向配置，以構成一輪狀環(huán)，且沿著旋轉(zhuǎn)軸之圓周方向毗鄰的永磁鐵彼此以間隙分隔；并且，轉(zhuǎn)子磁性組件之永磁鐵均為薄且平坦的雙極性永磁鐵。轉(zhuǎn)子之每一個含永磁鐵之磁性組件具有以導磁性材料形成之一般約呈U形之結合座，而每一個磁性組件的U形結合座內(nèi)側之兩側邊壁表面分別個安置有形成磁性組件兩磁極之永磁鐵，此被安置的永磁鐵磁極表面各自面向徑向分量氣隙的其中之一；轉(zhuǎn)子之每一個磁性組件所含之永磁鐵在一個面向氣隙的表面上具有單一磁場極性，而且和隔著氣隙相對的永磁鐵表面具有相反的磁場極性，因此形成一個朝著徑向的磁極。前述的定子含有至少一個電磁體成員，而定子之復數(shù)個磁性隔離的電磁體成員環(huán)繞著旋轉(zhuǎn)軸呈同軸配置；以及每一個電磁體成員都含有以導磁性之核心部分連接之成對極，而成對極的兩極之各自的極面分別面向各自的徑向分量氣隙，且有一個線圈在電磁體成員的核心部分上形成，以及每一個線圈有各自的開關做激磁。其中，定子之每一個電磁體成員各自以非導磁性材料支持之構造固定至定子上，使定子之每一個電磁體成員相互間無鐵磁性之接觸，以處理毗鄰線圈間磁通的轉(zhuǎn)換干擾效應。將定子與轉(zhuǎn)子組合，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)子輪狀環(huán)面向徑向的兩面上定義轉(zhuǎn)子與定子之間的兩徑向分量氣隙。
定子之每一個電磁體成員的線圈有各自的開關做激磁，當線圈加以電流激磁時，在電磁體成員成對極的兩極之各自的極面產(chǎn)生相反之磁場極性。但將線圈中之電流以相反方向激勵時，則會使電磁體成員的成對磁極之極性逆轉(zhuǎn)。這些各自分別激磁的定子電磁體成員的成對磁極藉由徑向分量氣隙與將其圍繞包含之轉(zhuǎn)子磁場作分隔，與相應之轉(zhuǎn)子磁性組件的永磁場產(chǎn)生合宜之引力或斥力，以提供旋轉(zhuǎn)。在此藉由定子電磁體成員的磁通路徑之相互分隔，以處理兩毗鄰的線圈間之磁場干擾效應之不利的影響。此線圈之激磁開關可以用機械式之換向器或電子式之切換電路來達到，電子式之切換電路必需對應于位置感知器之感測訊號的響應來啟斷電子切換電路。
雖然轉(zhuǎn)子磁性組件以及與其對應的定子電磁體成員之數(shù)目被特定提出以例示，但本發(fā)明之具體化實現(xiàn)時，定子電磁體成員之數(shù)目及轉(zhuǎn)子磁性組件之數(shù)目可相同也可不同，以符合設計所需之要求來作決定。而且轉(zhuǎn)子磁性組件沿著旋轉(zhuǎn)軸之圓周方向毗鄰的永磁鐵彼此分隔之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)軸之圓周方向毗鄰的電磁體成員相互間作磁性隔離之間隙的每一個間隙大小當然也可以不需要相同。因而可經(jīng)由適當之安排來降低無刷電機操作時之轉(zhuǎn)矩脈動。
在本發(fā)明的第二實施例中，一個改變，令轉(zhuǎn)子磁性組件之兩永磁鐵磁極極面具有相同大小之極面積，以獲得轉(zhuǎn)子磁性組件的兩永磁極具有均衡之磁通分布；以及定子電磁體成員成對極之兩極極面也具有相同大小之極面積，使得定子電磁體成員成對極之兩極經(jīng)過之磁通平衡。但是，如此之改變，將造成每一個成員獨立運作時對電機之不良影響；但可藉由電機中空間角度相角差180度之兩線圈串聯(lián)激磁或并聯(lián)激磁，即可改善因幾何學上之不平衡而產(chǎn)生的不佳效應，然而卻也加大了無刷電機操作時之轉(zhuǎn)矩脈動。
本發(fā)明的第三實施例中，在不減損無刷電機之輸出且考慮到無刷電機之軸向平衡的狀況下，為了要改進磁性組件之兩磁極的磁通分布，將第一實施例之無刷電機之徑向內(nèi)側之極面加以改變，以使額外約呈軸向?qū)臉O面而獲得磁性組件之兩磁極極面具有相同大小之極面積；而且，當定子極在軸向分量之極面數(shù)目為偶數(shù)，則與定子極相應之轉(zhuǎn)子極在軸向分量之極面數(shù)目兩者相同，使徑向內(nèi)側之定子極與相應之轉(zhuǎn)子極間的軸向分量氣隙的數(shù)目為偶數(shù)。此種改進使得電機不但可獲得具有均衡磁通分布之兩極，而且也可改善因幾何學上之不平衡而產(chǎn)生的不佳效應。
進一步的一個改進，在本發(fā)明的第四實施例中，轉(zhuǎn)子磁性組件之兩個永磁鐵磁極之每一個極各自具有約呈U形的極面，U形極面的三個極面中，一個極面一般垂直于旋轉(zhuǎn)軸以極面面向徑向分量氣隙，而另外兩個磁極則各自面向各自的軸向分量氣隙；而定子電磁體成員成對極之每一個極各自具有約呈U形的橫截面，并與磁性組件之相應磁極被以一個徑向分量氣隙與兩個軸向分量氣隙所分隔。定子與轉(zhuǎn)子間除了有兩徑向分量氣隙以分隔定子與轉(zhuǎn)子，且每一個定子極與相應之轉(zhuǎn)子極間有軸向?qū)S向分量氣隙以分隔定子與轉(zhuǎn)子，以使每一個定子極與相應之轉(zhuǎn)子極間的軸向分量氣隙的數(shù)目為偶數(shù)。藉由額外增加轉(zhuǎn)子磁極之面向軸向分量之極面與相對應的定子極之極面，以獲得穿過氣隙之轉(zhuǎn)子磁極與相對應的定子極之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，來進一步地增進無刷電機之高輸出能力；同時藉由無刷電機之面向軸向之額外極面的增加，使磁性組件之兩永磁鐵磁極極面具有相同大小之極面積，以及電磁體成員成對極之兩極極面積大小相同，提供了額外的構造優(yōu)點，藉由無刷電機之架構上的各自獨立組件之結構安排，來關注于無刷電機之幾何學上的空間平衡，以獲得靈活安全之運作特性的更進一步地改進；也因為無刷電機的定子復數(shù)個電磁體成員與轉(zhuǎn)子復數(shù)個磁性組件在空間之平衡安排，而降低單一個體組件獨立操作時，對電機之不良影響。
本發(fā)明的第五實施例中，第四實施例中的轉(zhuǎn)子磁性組件之每一個磁極之U形永磁鐵各自以三個永磁鐵替代，使每一個磁性組件之磁極極性相反之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)生力矩的磁通之集中有些不利之影響，但是永磁鐵的準備卻是較為容易；而且對無刷電機之操作并無不同。
本發(fā)明的第六實施例中，考慮到永磁鐵的準備與制造的方便，第四實施例中的轉(zhuǎn)子磁性組件之每一個磁極之U形永磁鐵各自以一個圓弧形永磁鐵替代，使定子與轉(zhuǎn)子間有兩徑向分量氣隙以分隔定子與轉(zhuǎn)子，且定子極與相應之轉(zhuǎn)子極間有軸向?qū)S向分量氣隙以分隔定子極與轉(zhuǎn)子極。這樣安排，雖然會減少極面表面面積，但對無刷電機之操作并無不同。
這樣的安排，以及由于在無刷電機之組織構造之所提供的幾何學上之改進，磁通分布可以改進成更平坦，以獲得磁通的更集中，使得在盡量不額外增加空間與重量的狀況之考慮下，獲得無刷電機之高效率、高輸出和靈活安全之運作特性的更進一步地改進。
在本發(fā)明之后的更進一步具體化展示及描述，并經(jīng)由澈底地仔細思考本發(fā)明所作之說明，本發(fā)明額外的優(yōu)點，將很快且明顯地變成易于實施的工藝。當本發(fā)明在實際施行之際，本發(fā)明可以有其它各式各樣且不完全一樣的實體化措施；其能僅修整數(shù)個本發(fā)明的細節(jié)，而不偏離本發(fā)明所敘述申請專利范圍所記載之各項技術事項的觀點說明，來實行本發(fā)明。因而，本發(fā)明所作之描述及繪圖僅只是在此被視為本質(zhì)上之說明，而非是實際實行之限制。


圖1為本發(fā)明的第一實施例的無刷電機的立體分解圖；圖2為本發(fā)明的第一實施例的無刷電機的組合圖；圖3為圖2的無刷電機沿著線A-A所得到的剖視圖；圖4為圖2的無刷電機沿著線B-B所得到的部份詳細的截面圖；圖5為本發(fā)明的第二實施例，類同于圖3中的剖視圖之一個改變的結構剖視圖；圖6為本發(fā)明的第三實施例，類同于圖4中的剖視圖之一個改變的結構剖視圖；圖7為本發(fā)明的第四實施例，類同于圖1結構的無刷電機定子的組合圖的改變的部分立體分解圖；圖8為圖7結構的無刷電機的定子的部分立體分解圖的組合圖；圖9為本發(fā)明的第四實施例，以圖示無刷電機構造的部份的剖視圖；圖10為本發(fā)明的第五實施例，類同于圖9中的剖視圖之一個改變的結構剖視圖；圖11為本發(fā)明的第六實施例，類同于圖9中的剖視圖之一個改變的結構剖視圖。
主要組件符號說明徑向分量氣隙21、22、22b1、21c1、22c1、21d1、22d1軸向分量氣隙21c2、21c3、22b2、22b3、22c2、22c3、21d2、21d3、22d2、22d3圍繞著旋轉(zhuǎn)軸的圓周方向毗鄰的磁性組件之間的間隙32電磁體成員的極間間隙33、33c磁性組件的結合座55、55a、55b、55c磁性組件的永磁鐵51、52、51a、52a、52b、51c、52c磁性組件的結合座內(nèi)側極面面向徑向分量氣隙的永磁鐵51d1、52d1磁性組件的結合座內(nèi)側極面面向軸向分量氣隙的永磁鐵51d2、51d3、52d2、52d3電磁體成員60電磁體成員的成對極的兩極61、62、61a、62a、62b、61c、62c電磁體成員的線圈65、65a1、65a2、65e電磁體成員的核心部分63電磁體成員的結合座69、69b電磁體成員的成對極的兩U形極61、62側面的凹槽611b、612b固接板611、612固接板611、612的徑向凸出部611a、612a固接板611、612的孔洞611c、612c定子固定柱601固定柱601上的孔洞601c1、601c2固鎖組件601a固定軸74轉(zhuǎn)子盤80轉(zhuǎn)子固定盤81、81c、81e定子固定盤82、82c轉(zhuǎn)子外環(huán)83、83e
具體實施例方式
本發(fā)明的無刷電機適用于高效率發(fā)電機、電動機，可用于驅(qū)動裝置的引擎，如電動輪椅、電動腳踏車、電動汽車、...等等。
圖1為本發(fā)明的第一實施例之無刷電機的立體分解圖，用以說明實施例之組成成員。本發(fā)明的無刷電機含有一個定子及一個轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子上含有復數(shù)個含永磁鐵之磁性組件，每一個磁性組件具有以導磁性材料形成之一般約呈U形之結合座55，且在每一個磁性組件的U形結合座55內(nèi)側之兩側邊壁表面分別個安置有形成磁性組件兩磁極之永磁鐵51與永磁鐵52；且每一個磁性組件的U形結合座之側背與轉(zhuǎn)子固定盤81上之凹槽結合，使復數(shù)個含永磁鐵之磁性組件圍繞著旋轉(zhuǎn)軸之圓周方向配置以構成轉(zhuǎn)子輪狀環(huán)，而轉(zhuǎn)子固定盤81則與轉(zhuǎn)子盤80其中之一結合；轉(zhuǎn)子外環(huán)83結合兩側面之轉(zhuǎn)子盤80并經(jīng)由軸承與固定軸74結合。定子上含有復數(shù)個電磁體成員，每一個電磁體成員60具有以導磁性之核心部分連接的成對極，且有一個線圈65在核心部分上形成；定子電磁體成員藉由結合座69與定子固定盤82結合至固定軸74，使復數(shù)個電磁體成員圍繞著旋轉(zhuǎn)軸之圓周方向配置以構成定子輪狀環(huán)。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)子的徑向之兩面上定義轉(zhuǎn)子與定子間的兩個徑向分量氣隙。
圖2為第一實施例之無刷電機的組合圖，可適合用于車輪以作為運輸工具之驅(qū)動。
圖3為本發(fā)明的第一實施例以圖示說明圖2之無刷電機沿著線A-A所得到的剖視圖。在轉(zhuǎn)子外環(huán)83內(nèi)，轉(zhuǎn)子每一個磁性組件之結合座55的兩側邊壁的內(nèi)部表面各自安置有磁極表面面向徑向分量氣隙其中之一的永磁鐵51與52；且每一個永磁鐵磁極極面只顯示出一個單一的磁場極性并與同一個磁性組件的另一個永磁鐵磁極極面的磁場極性相反；以及復數(shù)個磁性組件環(huán)繞著旋轉(zhuǎn)軸74之圓周方向以磁場極性N/S連續(xù)交替配置，以構成輪狀的轉(zhuǎn)子環(huán)。定子每一個電磁體成員含有以一導磁性之核心部分63連接的成對極61、62，且有一個線圈65在定子電磁體成員的核心部分上形成；環(huán)繞著旋轉(zhuǎn)軸之圓周方向形成定子環(huán)的復數(shù)個電磁體成員成對極之兩極61、62分別隔著各自的徑向分量氣隙21、22與轉(zhuǎn)子磁性組件的兩永磁鐵磁極51、52各自相應。當電磁體成員上之線圈受到激磁時，其磁通經(jīng)由電磁體核心部分63、成對極61、62，透過分隔定子及轉(zhuǎn)子之氣隙21、22與轉(zhuǎn)子磁性組件的兩永磁鐵51、52相互間作電磁之交互作用。永磁鐵51與52是薄的雙極性永磁鐵，每一個永磁鐵磁極面都只顯示出一個單一的磁極極性，并與永磁鐵背邊表面之極性相反；圍繞著旋轉(zhuǎn)軸之圓周方向毗鄰的磁性組件間的間隙32不需要完全相同，以便于與定子上之組件適當?shù)呐浜稀D3的構造使產(chǎn)生力矩之磁通可以被集中。而且，圍繞著旋轉(zhuǎn)軸之圓周方向毗鄰的定子電磁體成員間的間隙33不需要完全相同，以便于適當?shù)呐浜限D(zhuǎn)子上之組件，經(jīng)過合宜的安排，來降低無刷電機之轉(zhuǎn)矩脈動，達成所需之平順運轉(zhuǎn)。圖中所標示之磁場極性N、S只是為了作為磁極極面面向氣隙之磁場極性之圖示說明，并非作為限制。
圖4為圖2之無刷電機沿著線B-B所得到之部份詳細的截面圖。如圖4中例示，兩側邊之轉(zhuǎn)子盤80與轉(zhuǎn)子外環(huán)83結合，而磁性組件以其結合座55與轉(zhuǎn)子盤81結合。轉(zhuǎn)子之每一個磁性組件之U形結合座55的兩側邊壁的內(nèi)部表面各自安置有磁極表面面向徑向分量氣隙其中之一的永磁鐵51、52；而導磁性物質(zhì)制造之結合座形成磁性組件之軛鐵，其對安置在磁性組件之兩永磁鐵而言，在作為兩永磁鐵磁極之一個磁通回歸的路徑，使磁通集中在磁性組件兩永磁極之端部。定子之電磁體成員具有核心部分63以鏈接一成對極61、62形成，且以導磁性之物質(zhì)制造，如Fe，SiFe，SiFeP，SiFeCo，...等等；并且有線圈65在電磁體成員之核心部分63上形成。電磁體成員藉由結合座69組裝于定子固定盤82，而定子固定盤則直接與旋轉(zhuǎn)軸結合。兩徑向分量氣隙21、22位于轉(zhuǎn)子磁性組件兩永磁極極面及定子成對極極面之間以分隔轉(zhuǎn)子及定子。圖4中，結合座69之制造材料可使用非導磁性之物質(zhì)，如鋁或不銹鋼等等，以使每一個定子電磁體成員相互間為實質(zhì)上各自自行獨立的磁通路徑。因定子電磁體成員相互間的鐵磁性隔離，使轉(zhuǎn)子磁性組件配合定子電磁體成員而可得到更集中的磁通分布，以提供更好的無刷電機特性。
無刷電機中，在適當?shù)奈恢梅胖梦恢酶兄骰蚺c換向器配合之電刷，使在合宜的時間分別啟斷各別的電磁體成員之線圈電流，以獲致平順之輸出。例如，當無刷電機做為無刷電動機運轉(zhuǎn)時，以感知器所測知之定子與轉(zhuǎn)子相對位置作為反應，來恰當?shù)乜刂齐姶朋w成員上線圈之激磁，造成相應之定子電磁體成員的磁化。而相反之磁場極性N、S隨之在電磁體成對極之兩極極面上產(chǎn)生，此線圈激磁所造成之磁通越過氣隙產(chǎn)生磁動勢，與轉(zhuǎn)子上之永磁極相互間作電磁之交互影響，以驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。
下述敘述作為例示之說明，以無刷電機中定子之單一個電磁體成員的線圈之激磁控制為例。因異性磁極相吸，當轉(zhuǎn)子永磁極之N極轉(zhuǎn)向定子電磁體成員磁極之S極時，永磁極組件的徑向?qū)呏甋極同時也相同地轉(zhuǎn)向同一電磁體成員成對磁極之N極，使轉(zhuǎn)子永磁極被定子電磁體成員所吸引。而在轉(zhuǎn)子永磁極被吸引，以致徑向包含定子電磁體成員時，逆轉(zhuǎn)定子電磁體成員的線圈中之電流，以迫使定子電磁體成員成對磁極之磁場方向隨之逆轉(zhuǎn)。此時，定子電磁體成員成對磁極之磁場極性與包圍在外的轉(zhuǎn)子永磁極因同性磁極相斥，使轉(zhuǎn)子永磁極被定子電磁體成員所推斥；但同時也因異性磁極相吸，而對毗鄰的轉(zhuǎn)子永磁極加以吸引。重復進行上述之過程，因而造成轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。
圖5為本發(fā)明的第二實施例，類同于圖3中的剖視圖之一個改變的結構剖視圖。在本發(fā)明的各個圖中之例示，對于組件改變之部分采用改變之圖號標示，使易于了解本發(fā)明的各個實施例之間的改變。相對于圖3的電機，圖5無刷電機之結構所作之改變，雖然影響了極大值輸出，但卻使得定子每一個電磁體成員成對極之兩極磁通之分布可以更平衡；圖3中每一個電磁體成員成對極之兩極，在圖5被以約具有相同極面面積之兩極61a、62a替代，其以圖示顯示在圖中。圖5中，為了使轉(zhuǎn)子磁性組件的兩永磁極磁通之分布可以更匹配，每一個磁性組件兩磁極之永磁鐵51a與永磁鐵52a也被改變成更為對稱，且磁性組件的結合座55a也隨永磁鐵51a與永磁鐵52a之改變而調(diào)整；因而，電磁體成員的成對極兩極與磁性組件的兩永磁鐵磁極之磁通分布可以更為平衡。雖然，如此之改變，將可能加大無刷電機操作時之轉(zhuǎn)矩脈動；但仍可藉由電機中幾何學上之平衡運作以改善因幾何學上之不平衡而產(chǎn)生的不佳效應，例如圖5中例示之電機中空間角度相角差180度之線圈65a1、65a2，以兩者串聯(lián)或并聯(lián)激磁。
圖6為本發(fā)明的第三實施例，類同于圖4中的剖視圖之一個改變的結構剖視圖。第三實施例之結構相對于第一實施例，可以不降低無刷電機之極大值輸出，且促使定子成員組件的兩極與轉(zhuǎn)子組件的兩永磁極上之磁通分布的更平衡。圖4中，電磁體成員成對極兩極中內(nèi)側之極62以及與之對應的磁性組件兩永磁極中內(nèi)側之永磁極52，在圖6被以具有U形極面的電磁體成員內(nèi)側極62b以及磁性組件內(nèi)側永磁極52b替代，其以圖示顯示在圖中。而且在圖6中顯示，另一個轉(zhuǎn)子磁性組件結合座55b與另一個結合定子與電磁體成員之結合座69b，是為了配合更替后之電磁體成員以及磁性組件永磁極以與其結合。圖6中磁性組件之內(nèi)側永磁極之永磁鐵52b是具有U形極面之薄的雙極性永磁鐵，每一個永磁鐵的U形極面只顯示出一個單一的磁極極性，并與結合至C形結合座之內(nèi)側表面的永磁鐵之U形背面表面的磁極極性相反；圖中所標示之磁場極性N、S只是為了作為磁極極面面向氣隙之磁場極性之圖示說明，并非作為限制。而與磁性組件永磁極52b相應之U形橫截面的電磁體成員內(nèi)側極62b之U形外側具有三個極面，使永磁極52b的U形極面與相應之內(nèi)側極62b的U形極面隔著徑向分量氣隙22b1與軸向分量氣隙22b2、22b3相互作用。額外提供的氣隙表面面積，可促使磁通集中的表面增加與兩極之磁通分布的平衡，而且因軸向?qū)胶庑恢略斐蓪﹄姍C之不良影響，以達成進一步地幾何學上平衡的需求。
圖7為本發(fā)明的第四實施例，類同于圖1結構之無刷電機定子的組合圖之改變的部分立體分解圖。定子電磁體成員成對極的每一個U形極61c、62c可以提供一個相對大的氣隙表面積，使無刷電機結構的體積減少，來獲得更高效率之無刷電機；且每一個U形極之兩側面極面約呈軸向?qū)?。而定子電磁體成員的每一個極61c、62c各自具有4個凹槽；每一個U形極有兩個凹槽611b在U形極的一個側面之兩相反的末端，另外的兩個凹槽612b則在U形極的另一個側面之兩相反的末端。以非導磁性材料形成之固接板611、612之兩徑向側面上各自有一凸出部611a、612a，呈現(xiàn)由窄至寬之變化，而且較寬處在外，以在內(nèi)之較窄處與凸出部之主體結合，而每一個固接板611、612之主體各自可形容成兩個相同部件之組成，每一個部件為約成同心圓弧之長條形片體，將兩個相同長條形片體部件的末端以軸向結合，并且在結合處之兩徑向側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之結合，因而使復數(shù)個固接板相鄰接以組合成圓形之環(huán)圈。固接板上的徑向之兩凸出部611a與定子電磁體成員的極上之徑向之兩凹槽611b契合，而固接板上的徑向之兩凸出部612a則與定子電磁體成員的極上之徑向之兩凹槽612b契合。因而，固接板611與612兩者實質(zhì)上是可以完全相同的。在圖中之定子固定柱601則有結合定子輪狀環(huán)至定子固定盤之功能，固定柱601上之孔洞601c1藉由傳統(tǒng)之固定方式與固接板612上的孔洞612c結合，而固鎖組件601a顯示在圖中作為例示；并藉由固定柱之孔洞601c2與定子固定盤結合。實際上，本結構中之固接板611即使不存在，對無刷電機之操作并不會不同。
藉由電磁體成員的極上凹槽與固接板上的凸出部之緊密接合，以非導磁性材料形成之復數(shù)個固接板相鄰接以配合復數(shù)個電磁體成員，使復數(shù)個電磁體成員圍繞著旋轉(zhuǎn)軸之圓周方向配置以形成定子輪狀環(huán)。圖8為以圖標說明圖7結構之無刷電機定子的部分立體分解圖之組合圖。在定子環(huán)中毗鄰的電磁體成員以極間間隙33c分隔，使每一個電磁體成員相互間無鐵磁性之接觸，因而毗鄰的電磁體成員具有磁之隔離。
圖9為本發(fā)明的第四實施例，以圖示無刷電機構造之部份的剖視圖，無刷電機之定子構造的部份組合圖顯示在圖7。復數(shù)個固接板611、612相鄰接以配合復數(shù)個電磁體成員，并藉由固定柱601與定子固定盤82c結合，使復數(shù)個電磁體成員圍繞著旋轉(zhuǎn)軸之圓周方向配置以形成定子輪狀環(huán)。配合定子電磁體成員之U形極61c、62c構造的改變，轉(zhuǎn)子每一個含永磁鐵之磁性組件具有以導磁性材料形成之一般約呈C形之結合座55c，結合座內(nèi)側表面的上半部與一個U形永磁鐵51c之背面表面結合，而同一結合座內(nèi)側表面的下半部，則結合有表面磁場極性相反之另一個U形永磁鐵52c，以形成磁性組件之磁極極面磁場極性相反之兩磁極。磁性組件之每一個磁極的永磁鐵是具有U形極面之薄的雙極性永磁鐵，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，并與結合至結合座之內(nèi)側表面的永磁鐵之U形背面表面的磁場極性相反。每一個磁性組件的C形結合座之側背與轉(zhuǎn)子固定盤81c上之凹槽結合，而轉(zhuǎn)子固定盤則與轉(zhuǎn)子盤80其中之一結合；轉(zhuǎn)子外環(huán)83結合兩側面之轉(zhuǎn)子盤。因而，磁性組件之每一個永磁鐵磁極各自具有三個磁場極性相同的磁極表面，第一個極面一般平行于旋轉(zhuǎn)軸以極面面向徑向分量氣隙21c1(或22c1)，而另外兩個極面則各自面向軸向?qū)妮S向分量氣隙21c2、21c3(或22c2、22c3)；磁性組件之每一個磁極的極面各自隔著氣隙與定子成對極之相應極的相應極面相互作用。復數(shù)個含永磁鐵之磁性組件環(huán)繞著旋轉(zhuǎn)軸之圓周方向配置以構成一輪狀環(huán)，而圍繞著旋轉(zhuǎn)軸之圓周方向毗鄰的永磁鐵以磁極極性N/S連續(xù)交替配置。圖中所標示之磁場極性N、S只是為了作為磁極極面面向氣隙之磁場極性之圖示說明，并非作為限制。
圖10為本發(fā)明的第五實施例，類同于圖9中的剖視圖之一個改變的結構剖視圖。圖9中磁性組件的結合座內(nèi)側表面之U形永磁鐵51c與52c已經(jīng)各自被以三個永磁鐵51d1、51d2、51d3與52d1、52d2、52d3替代，其以圖示顯示在圖10中。圖中，永磁鐵51d1與52d1安置于結合座內(nèi)側表面上，使磁極極面分別面向各自的徑向分量氣隙21d1與22d1；而永磁鐵51d2、51d3與52d2、52d3則各自安置于C形結合座內(nèi)側面向軸向之表面上，使磁極極面分別面向各自的軸向分量氣隙21d2、21d3與22d2、22d3。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極面，且每一個永磁鐵磁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，磁性組件之每一個磁極的三個相互毗鄰之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，并且與同一個磁性組件之另一個磁極的三個相互毗鄰之永磁鐵具有的磁場極性相反。圖10中所標示之磁場極性N、S只是為了作為圖示以例示說明永磁鐵磁極之極性，并非作為限制。
圖11為本發(fā)明的第六實施例，類同于圖9中的剖視圖之一個改變的結構剖視圖。圖9中磁性組件的結合座內(nèi)側表面之U形永磁鐵51c、52c已經(jīng)各自被以永磁鐵51e、52e替代，其以圖示顯示在圖中。第十一圖中，為了配合永磁鐵51e、52e之改變，在轉(zhuǎn)子外環(huán)83e內(nèi)，永磁鐵51e、52e安置于磁性組件結合座55e內(nèi)側表面，且藉由磁性組件的結合座之側背與轉(zhuǎn)子固定盤81e上之凹槽結合；而定子電磁體成員的成對極61e、62e隔著各自的氣隙21e、22e以與轉(zhuǎn)子磁性組件的永磁鐵51e、52e相應，以在定子與轉(zhuǎn)子間有兩徑向分量氣隙以分隔定子與轉(zhuǎn)子，且定子極與相應之轉(zhuǎn)子極間有軸向?qū)S向分量氣隙以分隔定子極與轉(zhuǎn)子極；電磁體成員的線圈65e例示在圖中，以配合成對極之改變。
更進一步的改進，在本發(fā)明的第七實施例中，第四實施例之轉(zhuǎn)子固定盤以及轉(zhuǎn)子外環(huán)也可以由非導磁性的材料形成，使環(huán)繞著旋轉(zhuǎn)軸之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之接觸。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)換干擾效應之達成，以獲得在高輸出時提供高效率之無刷電機的運作。并且藉由無刷電機在空間中更佳的幾何學上的平衡，使幾何學之不平衡所產(chǎn)生的不利影響可減至最少，以獲致靈活安全之操控能力。
雖然轉(zhuǎn)子磁性組件以及與其對應的定子電磁體成員之數(shù)目被特定提出，但本發(fā)明之具體化實現(xiàn)時，定子電磁體成員之數(shù)目及轉(zhuǎn)子磁性組件之數(shù)目可相同也可不同，以符合設計所需之要求來作決定。而且轉(zhuǎn)子磁性組件沿著旋轉(zhuǎn)軸之圓周方向毗鄰的永磁鐵彼此分隔之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)軸之圓周方向毗鄰的電磁體成員相互間作磁性隔離之間隙的每一個間隙大小當然也可以不需要相同。因而可經(jīng)由適當之安排來降低無刷電機操作時之轉(zhuǎn)矩脈動。在前述之所有的實施例中，無刷電機之轉(zhuǎn)子磁性組件之結合座部分當然可由非導磁性的材料形成，雖然會對磁通之集中有不利之影響，但對無刷電機之運轉(zhuǎn)控制并無不同，仍然能獲得無刷電機之可用的運轉(zhuǎn)。
此外，不論是對于定子或是轉(zhuǎn)子任何一者而言，其所組成組件的尺寸也可各自以規(guī)格化之制造，使能有利于制造之簡化。本發(fā)明之無刷電機除了可提供更大之輸出、更高能量之效率以外，實際上也使無刷電機易于制造。
實際具體實施時，尤有更甚者，可將本發(fā)明的實施例之復數(shù)個無刷電機以軸向擴張的方式來提供輸出之增加。或是更進一步地，在考慮到電動機額外的扁平化、更大之輸出需要以及更平順之運轉(zhuǎn)需求下，將復數(shù)個無刷電機以徑向串接，且將徑向串接之無刷電機在環(huán)繞著各自的圓周方向分別各自配置各自的轉(zhuǎn)子輪狀環(huán)與定子輪狀環(huán)，使串接之無刷電機在各自的圓周方向移動輪狀環(huán)一個相應之角度；因此不需要額外增加位置感知器，而在合適的時間，分別對定子電磁體成員的線圈各自加以適當之激磁，來達成所需之運轉(zhuǎn)。
前述的各種實行之形態(tài)，系作為一例示來闡明本發(fā)明，但本發(fā)明并不受到該等實施形態(tài)之限制。雖然本發(fā)明之例示為一個在內(nèi)的定子經(jīng)由一個在外的轉(zhuǎn)子所包圍環(huán)繞，但這些結構也能被反置，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)明能夠應用在各式各樣的其它組合及環(huán)境中，而且能夠在不超過類似于上述說明之本發(fā)明概念的范圍內(nèi)改變或修正。
權利要求
1.一種無刷電機，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成一輪狀環(huán)的復數(shù)個含永磁鐵的磁性組件，而每一個磁性組件各自具有兩磁極；一個定子，含有呈同軸配置的復數(shù)個磁性隔離的電磁體成員環(huán)繞著旋轉(zhuǎn)軸以構成一輪狀環(huán)，而每一個電磁體成員都含有成對極；其特征在于定子電磁體成員的成對極的每一個極各自與轉(zhuǎn)子磁性組件的兩磁極其中之一相應，以及定子與轉(zhuǎn)子間有兩徑向分量氣隙以分隔定子與轉(zhuǎn)子，且定子極與相應的轉(zhuǎn)子極間有軸向?qū)妮S向分量氣隙以分隔定子極與轉(zhuǎn)子極；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。
2.如權利要求1所述的無刷電機，其特征在于前述的定子極與相應的轉(zhuǎn)子極間有軸向?qū)妮S向分量氣隙以分隔定子極與轉(zhuǎn)子極，定子極與相應的轉(zhuǎn)子極間軸向分量氣隙的數(shù)目為零。
3.如權利要求2所述的無刷電機，其特征在于前述的定子極與相應的轉(zhuǎn)子極在軸向分量的極面不同時存在。
4.如權利要求1所述的無刷電機，其特征在于前述的定子極與相應的轉(zhuǎn)子極間有軸向?qū)妮S向分量氣隙以分隔定子極與轉(zhuǎn)子極，定子極與相應的轉(zhuǎn)子極間軸向分量氣隙的數(shù)目為偶數(shù)。
5.如權利要求4所述的無刷電機，其特征在于前述的定子極在軸向分量的極面數(shù)目為偶數(shù)，則定子極與相應的轉(zhuǎn)子極在軸向分量的極面數(shù)目兩者相同。
6.如權利要求1所述的無刷電機，其特征在于前述的定子的每一個電磁體成員的成對極以導磁性的核心部分連接，且有一個線圈在電磁體成員的核心部分上形成，當線圈加以電流激磁時，在電磁體成員成對極的兩極的各自的極面產(chǎn)生相反的磁場極性，并使每一個極的極面產(chǎn)生的磁場極性相同，而且當線圈中通過的電流逆轉(zhuǎn)時，在成對極的兩極極面的磁場極性也隨之逆轉(zhuǎn)。
7.如權利要求6所述的無刷電機，其特征在于前述的定子的每一個電磁體成員都各自經(jīng)由非導磁性材料組成的構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。
8.如權利要求6所述的無刷電機，其特征在于前述的轉(zhuǎn)子的每一個磁性組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。
9.如權利要求8所述的無刷電機，其特征在于在此前述的每一個含永磁鐵的磁性組件具有以導磁性材料形成的結合座；且有復數(shù)個永磁鐵安置在每一個磁性組件的結合座的內(nèi)側表面，以形成磁性組件的兩磁極；而形成磁性組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，并與結合至磁性組件的結合座內(nèi)側表面的永磁鐵背面表面的磁場極性相反。
10.如權利要求6所述的無刷電機，其特征在于在此前述的轉(zhuǎn)子的復數(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。
11.如權利要求6所述的無刷電機，其特征在于在此前述的定子電磁體成員的成對極的一個極的極面面向的氣隙有三個分量，而氣隙的三個分量中的一個為徑向分量氣隙，另兩個為軸向?qū)妮S向分量氣隙。
12.如權利要求11所述的無刷電機，其特征在于在此前述的定子的每一個電磁體成員成對極的有三個分量氣隙的極之橫截面約呈U形，而極之U形橫截面的三個極面中的底部極面一般面向徑向分量氣隙，使轉(zhuǎn)子與定子之間的兩個徑向分量氣隙位于定子的徑向的相反的兩面上，而另外兩個極面則面向各自的軸向分量氣隙。
13.如權利要求9所述的無刷電機，其特征在于在此前述的與定子極相應的轉(zhuǎn)子極，轉(zhuǎn)子磁性組件的兩磁極之一個相應永磁鐵磁極的極面面向的氣隙有三個分量，而氣隙的三個分量中的一個為徑向分量氣隙，另兩個為軸向?qū)妮S向分量氣隙。
14.如權利要求13所述的無刷電機，其特征在于在此前述的每一個含永磁鐵的磁性組件具有一般約呈C形的結合座；且有復數(shù)個永磁鐵安置在每一個磁性組件的C形結合座的內(nèi)側表面，以形成磁性組件的兩磁極；磁性組件的每一個磁極各自具有三個磁場極性相同的磁極表面，第一個極面一般平行于旋轉(zhuǎn)軸以極面面向徑向分量氣隙其中之一，而另外兩個極面則面向各自的軸向分量氣隙。
15.如權利要求14所述的無刷電機，其特征在于在此前述的磁性組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，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。
16.如權利要求9所述的無刷電機，其特征在于在此前述的每一個磁性組件的兩磁極上的永磁鐵實質(zhì)上彼此以徑向間隙分隔。
17.如權利要求10所述的無刷電機，其特征在于此前述的環(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。
18.如權利要求17所述的無刷電機，其特征在于在此前述的環(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。
19.如權利要求9所述的無刷電機，其特征在于在此前述的轉(zhuǎn)子磁性元件的結合座部分可由非導磁性的材料形成。
全文摘要
本發(fā)明系一種無刷電機，含有一個轉(zhuǎn)子含有一個定子，其中，定子電磁體成員的成對極之每一個極各自與轉(zhuǎn)子磁性組件之兩磁極其中之一相應，以及定子與轉(zhuǎn)子間有兩徑向分量氣隙以分隔定子與轉(zhuǎn)子，且定子極與相應之轉(zhuǎn)子極間有軸向?qū)S向分量氣隙以分隔定子極與轉(zhuǎn)子極；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。
文檔編號H02K1/12GK1897424SQ20061010012
公開日2007年1月17日 申請日期2006年6月27日 優(yōu)先權日2005年6月29日
發(fā)明者陸緯庭 申請人:陸孝庭