專利名稱：徑向串接旋轉(zhuǎn)電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電機，尤指一種徑向串接旋轉(zhuǎn)電機。
背景技術(shù)：
早期絕大多數(shù)電機的設(shè)計都只使用激磁體的一端來產(chǎn)生轉(zhuǎn)距，此種設(shè)計最多也僅僅運用了電機潛能的一半。但現(xiàn)今有許多電機的設(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)生電機的轉(zhuǎn)距。但傳統(tǒng)通用電機結(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)。
Maslov等人在美國專利授權(quán)公告號6791222中提出一個電機，其利用激磁線圈的兩端以增加轉(zhuǎn)子與定子間的有效氣隙表面面積，且借由各自獨立的極對安排以處理毗鄰線圈間磁通的轉(zhuǎn)換干擾效應(yīng)。此直流電機的定子上包含有復(fù)數(shù)個各自獨立激磁的電磁體，并以軸向排列的轉(zhuǎn)子磁鐵與定子極對提供集中的磁通分布，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)子與定子的相對位置，在合宜的時間，分別控制電磁體上的線圈電流，來造成電機的平順運轉(zhuǎn)。Maslov等人的應(yīng)用確認磁通的集中與磁通的盡量利用，磁通的損失及干擾效應(yīng)的極小化，全部都是獲得以高力矩能力操作高效率電機方面的供獻因素。
為獲得更大的總有效氣隙表面面積，在美國專利授權(quán)公告號6762525中，Maslov等人將電機的結(jié)構(gòu)加以改良，提出在軸向排列的定子極與軸向排列的轉(zhuǎn)子磁鐵方面的一個軸向串接結(jié)構(gòu)上的架構(gòu)，以提供高度集中的磁通分布。此種電機架構(gòu)借由軸向毗鄰的轉(zhuǎn)子共用一共用側(cè)邊壁，雖然提供了高度集中的磁通分布，以促成電機的高力矩能力；但在實際應(yīng)用時，因軸向串接的三維架構(gòu)，額外的寬度被需求，而不利于滿足電機的扁平化需求。而且為防止電機旋轉(zhuǎn)軸扭力的不利影響以及增進電機的高力矩能力，將加大轉(zhuǎn)矩的脈動。
此待解決的缺陷為，在增進電機的高效率及高輸出能力需求的同時，還必需要顧及電機的扁平化，以及降低轉(zhuǎn)矩的脈動和獲得靈活安全的運作特性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種徑向串接旋轉(zhuǎn)電機，除了增進旋轉(zhuǎn)電機的高效率、高輸出，還兼顧電機的扁平化，與獲得電機運作時的轉(zhuǎn)矩脈動降低和靈活安全特性。
為實現(xiàn)上述需求，本發(fā)明提供一種徑向串接旋轉(zhuǎn)電機，在透過三維空間的徑向擴張來增加定子和轉(zhuǎn)子間的總活動的氣隙表面面積，并經(jīng)由徑向毗鄰的轉(zhuǎn)子共用一共用側(cè)邊壁，進一步的提供磁通密度分布的集中，以增進旋轉(zhuǎn)電機的高效率、高輸出；且借由定子輪狀環(huán)在三維空間中的復(fù)數(shù)個電磁體成員各自在旋轉(zhuǎn)軸的圓周方向的一個角度上的安排，來降低旋轉(zhuǎn)電機輸出力矩的脈動。
本發(fā)明第一實施例具體地提出一種徑向串接旋轉(zhuǎn)電機的構(gòu)造，其含有一個定子及一個轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子上含有復(fù)數(shù)個同軸且彼此徑向毗鄰的輪狀環(huán)；每一個轉(zhuǎn)子環(huán)各自有復(fù)數(shù)個含永磁鐵的磁性元件。轉(zhuǎn)子上每一個磁性元件各自具有磁場極性相反的兩磁極，使每一個轉(zhuǎn)子環(huán)上各自的復(fù)數(shù)個磁性元件環(huán)繞著旋轉(zhuǎn)軸圓周方向以磁場極性N/S連續(xù)交替配置，且沿著旋轉(zhuǎn)軸的圓周方向毗鄰的磁極彼此以間隙分隔。轉(zhuǎn)子的每一個輪狀環(huán)具有一導(dǎo)磁性的U形截面，而每一個磁性元件的U形截面的兩個側(cè)邊壁的內(nèi)部表面各自安置有薄且平坦的雙極性永磁鐵，此被安置的永磁鐵磁極表面各自面向徑向氣隙的其中之一；轉(zhuǎn)子每一個磁性元件所含的永磁鐵在一個面向氣隙的表面上具有單一的磁場極性，且和同一個磁性元件的另一個永磁鐵具有相反的表面磁場極性，因此形成一個朝著徑向的磁極。并且，徑向毗鄰的轉(zhuǎn)子輪狀環(huán)彼此鄰接以共用一共用側(cè)邊壁。前述的定子含有復(fù)數(shù)個同軸且彼此徑向排列的輪狀環(huán)，而定子每一個輪狀環(huán)各自含有至少一個電磁體成員，且每一個輪狀環(huán)各自與一個轉(zhuǎn)子輪狀環(huán)相應(yīng)；其中，定子每一個輪狀環(huán)各自的復(fù)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(dǎo)磁性的核心部分連接的成對極，而成對極兩極的各自的極面分別面向各自的徑向氣隙，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(guān)激磁。其中，定子的每一個電磁體成員各自以非導(dǎo)磁性材料支持的構(gòu)造固定至定子上，使定子的每一個電磁體成員相互間無鐵磁性的接觸，以處理毗鄰線圈間磁通的轉(zhuǎn)換干擾效應(yīng)。將定子與轉(zhuǎn)子組合，定子輪狀環(huán)至少有部分被相應(yīng)的轉(zhuǎn)子輪狀環(huán)所環(huán)繞包含，使定子的每一個輪狀環(huán)的電磁體成員分別在各自相應(yīng)的轉(zhuǎn)子輪狀環(huán)的兩永磁鐵的兩磁極間，以在每一個轉(zhuǎn)子輪狀環(huán)面向徑向的兩面上各自定義轉(zhuǎn)子與定子之間的徑向氣隙。
本發(fā)明除了增加轉(zhuǎn)子與定子間的有效氣隙表面面積以產(chǎn)生更大的旋轉(zhuǎn)電機輸出能力，更借由無刷電機扁平化的徑向串接以增進有利的效應(yīng)。彼此鄰接以徑向毗鄰的轉(zhuǎn)子輪狀環(huán)共用一個具導(dǎo)磁性的共用側(cè)邊壁，安置在共用側(cè)邊壁的兩面表面上的永磁鐵極面面向徑向且具有相反的磁場極性；在共用側(cè)邊壁的兩面上的永磁鐵借由分享共用側(cè)邊壁，來幫助兩面中的任一個永磁鐵，以提供一種高集中磁通密度分布。當(dāng)定子電磁體成員的線圈加以電流激磁時，在電磁體成員成對磁極的兩極面產(chǎn)生相反的磁場極性，但將線圈中的電流以相反方向激勵時，在成對磁極的兩極面的磁場極性也隨之逆轉(zhuǎn)。這些各自分別激磁的定子電磁體成員的成對磁極借由兩徑向氣隙與將其圍繞包含的轉(zhuǎn)子磁場作分隔，以與相應(yīng)的轉(zhuǎn)子的永磁場產(chǎn)生合宜的引力或斥力。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，使在合宜的時間，分別對每一個電磁體成員上的線圈各自獨立的激磁，以控制電磁體成員成對極兩極面的磁場，并與所對應(yīng)的轉(zhuǎn)子永磁鐵磁極相互作用。此線圈的激磁開關(guān)可以用機械式的換向器或電子式的切換電路來達到，而電子式的切換電路則必需對應(yīng)于感知器的感測訊號的響應(yīng)來控制電子切換電路。
在本發(fā)明的第二實施例中，考慮到旋轉(zhuǎn)電機額外的平順運轉(zhuǎn)需求，借由三維空間中以徑向擴張促成旋轉(zhuǎn)電機的高力矩能力，同時也提供了構(gòu)造的額外優(yōu)點。在徑向串接旋轉(zhuǎn)電機中，串接的復(fù)數(shù)個轉(zhuǎn)子相互間相對位置不變，以任一定子輪狀環(huán)為基準(zhǔn)，將其它與之徑向串接的定子輪狀環(huán)依旋轉(zhuǎn)軸的各自的圓周方向分別旋轉(zhuǎn)移動一個合宜的相應(yīng)角度，以降低旋轉(zhuǎn)電機輸出力矩的漣波。因而，定子各輪狀環(huán)的電磁體成員上的線圈，可分別依據(jù)感知器偵測各自的相應(yīng)轉(zhuǎn)子環(huán)相對位置，恰當(dāng)?shù)胤謩e控制定子的每一個線圈激磁，以與相應(yīng)的轉(zhuǎn)子永磁鐵相互間作電磁交互作用，來達成所需的平順運轉(zhuǎn)。
為了設(shè)計及使用的方便，本發(fā)明的第三實施例提出一個更進一步的改變。雖然降低旋轉(zhuǎn)電機操作時的轉(zhuǎn)矩脈動可借由適當(dāng)安排轉(zhuǎn)子磁性元件沿著旋轉(zhuǎn)軸圓周方向毗鄰的彼此分隔的間隙的每一個間隙大小不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不相同來獲得。第三實施例中，每一個定子輪狀環(huán)與相應(yīng)的轉(zhuǎn)子輪狀環(huán)之間，定子環(huán)含有的電磁體成員數(shù)目與相應(yīng)的轉(zhuǎn)子環(huán)含有的磁性元件數(shù)目之和等于奇數(shù)。此種安排可以更容易達到降低轉(zhuǎn)矩脈動的設(shè)計，進一步適當(dāng)配合變化定子電磁體成員與轉(zhuǎn)子磁性元件在沿著旋轉(zhuǎn)軸的圓周方向毗鄰的各間隙的大小，則所需的平順運轉(zhuǎn)將更易獲得。
在本發(fā)明的第四實施例中，每一個定子輪狀環(huán)與相應(yīng)的轉(zhuǎn)子輪狀環(huán)之間，定子環(huán)含有的電磁體成員數(shù)目與相應(yīng)的轉(zhuǎn)子環(huán)含有的磁性元件數(shù)目之和等于奇數(shù)的整數(shù)倍。徑向串接旋轉(zhuǎn)電機的定子電磁體成員與轉(zhuǎn)子磁性元件的數(shù)目為第三實施例旋轉(zhuǎn)電機中的倍數(shù)，以更進一步的減少因其它因素造成幾何學(xué)上的不平衡而產(chǎn)生的不佳效應(yīng)，使徑向串接旋轉(zhuǎn)電機提供更佳的高效率的高輸出特性。
更進一步的一個改進，在本發(fā)明的第五實施例中，在轉(zhuǎn)子上，環(huán)繞著旋轉(zhuǎn)軸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，磁性元件兩磁極的磁通分布可以改進成更平坦，以獲得磁通的更集中。以在盡量不額外增加空間與重量的狀況下，獲得徑向串接旋轉(zhuǎn)電機的高效率、高輸出能力和靈活安全的運作特性的更進一步地改進。
此外，因轉(zhuǎn)子磁性元件永磁極與定子電磁體成員成對極以徑向?qū)?yīng)，降低或甚至于消除定子單一個電磁體成員的線圈單獨激磁時對徑向串接旋轉(zhuǎn)電機的不良影響，使旋轉(zhuǎn)電機的輸出控制可更加細致，并增加了電機操作的靈活度。
因而，當(dāng)電機的扁平化需求時，不但可借由徑向擴張與分享共用側(cè)邊壁來獲得更大的總有效氣隙表面面積與提供一種高集中磁通密度分布，并以之促成電機的高力矩能力；而且經(jīng)由定子輪狀環(huán)的復(fù)數(shù)個電磁體成員在三維空間中，依旋轉(zhuǎn)軸的方向轉(zhuǎn)動一個角度，來達到降低電機輸出力矩的漣波，來改善Maslov等人所提供的前述電機架構(gòu)的缺憾。
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)明所作的說明，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(dāng)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)明所敘述權(quán)利要求所記載的各項技術(shù)事項的觀點說明，來實行本發(fā)明。因而，本發(fā)明所作的描述及繪圖僅只是在此被視為本質(zhì)上的說明，而非是實際實行的限制。
本發(fā)明在產(chǎn)業(yè)上的利用可能性本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機適用于高效率發(fā)電機、旋轉(zhuǎn)電機，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。


本發(fā)明的說明乃在經(jīng)由例子來完成，而不是借由限制來敘述；將本發(fā)明實施的形態(tài)，以隨后的繪圖例示，說明如下圖1為本發(fā)明第一實施例未串接前的部分組成成份的零附件立體分解圖；圖2為本發(fā)明第一實施例未串接前的部分組成成份的零附件組合圖；圖3為圖2組合圖沿著線A-A所得到的剖視圖；圖4為圖2沿著線B-B所得到的部份詳細截面圖；圖5為類同于圖3結(jié)構(gòu)中剖視圖的一個改變的結(jié)構(gòu)剖視圖；
圖6為說明本發(fā)明第一實施例徑向串接旋轉(zhuǎn)電機的立體分解圖；圖7為說明本發(fā)明第一實施例的定子與轉(zhuǎn)子的剖視圖；圖8為圖7的第一實施例部份詳細的截面圖；圖9為說明本發(fā)明第二實施例，類同于圖7中剖視圖的一個改變的結(jié)構(gòu)剖視圖；圖10為說明本發(fā)明第三實施例，類同于圖9剖視圖的一個改變的結(jié)構(gòu)剖視圖；圖11為說明本發(fā)明第四實施例，類同于圖10剖視圖的一個改變的結(jié)構(gòu)剖視圖。
主要元件符號說明旋轉(zhuǎn)軸74分隔定子及轉(zhuǎn)子之氣隙21、22定子輪狀環(huán)1、3、9、10、13、14電磁體成員60電磁體成員之線圈69、69a定子電磁體成員空間角度相差180度之線圈69b1、69b2兩者(69c1、69c2兩者)電磁體成員之核心部分61電磁體成員之成對極62、63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66、66a契合鈑321、321a定子固定盤32、32a轉(zhuǎn)子輪狀環(huán)2、11、12單一磁性元件的結(jié)合座55徑向毗鄰的兩磁性元件共用一共用側(cè)邊壁的結(jié)合座55a徑向毗鄰的轉(zhuǎn)子磁性元件之共用側(cè)邊壁55a1磁性元件兩磁極之永磁鐵51、52、51a、52a圍繞著旋轉(zhuǎn)軸之圓周方向毗鄰的磁性元件間的間隙56轉(zhuǎn)子外環(huán)70轉(zhuǎn)子盤80轉(zhuǎn)子固定盤81、81a具體實施方式
圖1為本發(fā)明第一實施例未串接前的部分組成成份的零附件立體分解圖，以說明未串接前的旋轉(zhuǎn)電機組成成員。所述旋轉(zhuǎn)電機含有一個定子及一個轉(zhuǎn)子。定子的含有線圈69的電磁體成員60經(jīng)契合鈑321安置在定子固定盤32上，復(fù)數(shù)個電磁體成員60被組裝以環(huán)繞著一旋轉(zhuǎn)軸74構(gòu)成定子輪狀環(huán)1；定子固定盤32與旋轉(zhuǎn)軸74結(jié)合以作為電磁體成員60的一個支撐架構(gòu)。轉(zhuǎn)子的每一個磁性元件具有以導(dǎo)磁性材料形成的一般約呈U形的結(jié)合座55，且在每一個磁性元件的U形結(jié)合座55的兩側(cè)邊壁內(nèi)部表面分別安置有形成磁性元件兩磁極的永磁鐵51或52；且每一個磁性元件U形結(jié)合座55的背邊與轉(zhuǎn)子固定盤81結(jié)合，使復(fù)數(shù)個磁性元件環(huán)繞著旋轉(zhuǎn)軸74以構(gòu)成轉(zhuǎn)子輪狀環(huán)2。轉(zhuǎn)子固定盤81則與兩轉(zhuǎn)子盤80其中之一結(jié)合；一轉(zhuǎn)子外環(huán)70結(jié)合兩側(cè)面的轉(zhuǎn)子盤80并經(jīng)由軸承與旋轉(zhuǎn)軸74連絡(luò)。其中，定子輪狀環(huán)1至少部分被轉(zhuǎn)子輪狀環(huán)2圍繞包含，以在轉(zhuǎn)子徑向的兩面上定義轉(zhuǎn)子與定子間的兩個徑向氣隙。
圖1立體分解圖的組成成份被組裝在圖2的旋轉(zhuǎn)電機，可適合用于車輪以作為運輸工具的驅(qū)動。
圖3為圖2的旋轉(zhuǎn)電機沿著線A-A所得到的剖視圖。在轉(zhuǎn)子外環(huán)70內(nèi)，轉(zhuǎn)子每一個磁性元件的結(jié)合座55兩側(cè)邊壁內(nèi)部表面各自安置有磁極極面面向徑向氣隙其中之一的永磁鐵51或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元件的另一個永磁鐵極極面的磁場極性相反；及復(fù)數(shù)個磁性元件環(huán)繞著旋轉(zhuǎn)軸74圓周方向以磁場極性N/S連續(xù)交替配置，以構(gòu)成輪狀的轉(zhuǎn)子環(huán)2。定子電磁體成員60含有以一導(dǎo)磁性的核心部分61連接的成對極62、63；形成定子環(huán)1的復(fù)數(shù)個電磁體成員環(huán)繞著旋轉(zhuǎn)軸74圓周方向至少部分被轉(zhuǎn)子磁性元件的永磁極51、52極面包含，使定子電磁體成員60成對極的兩極62、63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)；且有一個線圈69在定子電磁體成員60的核心部分61上形成。當(dāng)電磁體成員60上的線圈69受到激磁時，其磁通經(jīng)由電磁體核心61部分、成對極，透過分隔定子及轉(zhuǎn)子的氣隙21、22與轉(zhuǎn)子磁性元件的兩永磁鐵51、52相互間作電磁的交互作用。永磁鐵51、52是薄的雙極性永磁鐵，每一個永磁鐵極面只顯示出一個單一的磁場極性，并與永磁鐵背邊表面的極性相反；圍繞著旋轉(zhuǎn)軸74圓周方向毗鄰的磁性元件間的間隙56不需要完全相同，以便于與定子上的元件適當(dāng)?shù)呐浜?。而且，圍繞著旋轉(zhuǎn)軸74圓周方向毗鄰的定子電磁體成員60間的間隙66也不需要完全相同，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，來降低旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)矩脈動，達成所需的平順運轉(zhuǎn)。圖3的構(gòu)造使產(chǎn)生力矩的磁通可以被集中。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圖示說明，并非作為限制。
圖4為圖2沿著線B-B所得到的部份詳細截面圖。如圖中的例示，轉(zhuǎn)子外環(huán)70接合兩側(cè)邊的轉(zhuǎn)子盤80，而磁性元件以其結(jié)合座55與轉(zhuǎn)子固定盤81結(jié)合。轉(zhuǎn)子的每一個磁性元件U形結(jié)合座55的兩個側(cè)邊壁內(nèi)部表面各自安置有磁極極面面向徑向氣隙其中之一的永磁鐵51或52；而導(dǎo)磁性物質(zhì)制造的U形結(jié)合座55形成磁性元件的軛鐵，以作為磁性元件的兩永磁鐵磁極的一個磁通回歸的路徑，使磁通集中在磁性元件兩永磁極的端部。定子的電磁體成員具有核心部分61以鏈接一成對極62、63形成，且以導(dǎo)磁性的物質(zhì)制造，如Fe、SiFe、SiFeP、SiFeCo等等；并且有線圈69在電磁體成員的核心部分61上形成。電磁體成員60經(jīng)契合鈑321組裝于定子固定盤32上，而定子固定盤32則直接與旋轉(zhuǎn)軸74結(jié)合。兩徑向氣隙21、22位于轉(zhuǎn)子磁性元件兩永磁極極面及定子電磁體成員成對極極面之間以分隔轉(zhuǎn)子及定子。圖4中，契合鈑321的制造材料可使用非導(dǎo)磁性物質(zhì)，如鋁或不銹鋼等等，以使每一個定子電磁體成員60相互間為實質(zhì)上各自獨立的磁通路徑。因定子電磁體成員相互間的鐵磁性隔離，使轉(zhuǎn)子磁性元件配合定子電磁體成員而可得到更集中的磁通分布，以提供更好的旋轉(zhuǎn)電機特性。
旋轉(zhuǎn)電機中，在適當(dāng)?shù)奈恢梅胖糜懈兄骰蚺c換向器配合的電刷，使在合宜的時間分別啟斷各別的電磁體成員的線圈電流，以獲致平順的輸出。例如，當(dāng)旋轉(zhuǎn)電機做為電動機運轉(zhuǎn)時，以感知器所測知的定子與轉(zhuǎn)子相對位置作為反應(yīng)，來恰當(dāng)?shù)乜刂齐姶朋w成員上線圈的激磁，造成相應(yīng)的定子電磁體成員的磁化。而相反的磁場極性N、S隨之在電磁體成對極的兩極極面上產(chǎn)生，此線圈激磁所造成的磁通越過氣隙產(chǎn)生磁動勢，與轉(zhuǎn)子上的永磁極相互間作電磁的交互影響，以驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。
下述敘述作為例示的說明，以旋轉(zhuǎn)電機中定子的單一個電磁體成員的線圈激磁控制為例。因異性磁極相吸，當(dāng)轉(zhuǎn)子磁性元件的永磁極N極轉(zhuǎn)向定子電磁體成員磁極的S極時，同一磁性元件的徑向?qū)叺挠来艠OS極同時也相同地轉(zhuǎn)向同一電磁體成員成對磁極的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)定子電磁體成員線圈中的電流，以迫使定子電磁體成員成對磁極的磁場方向隨之逆轉(zhuǎn)。此時，定子電磁體成員成對磁極的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(fù)進行上述的過程，因而造成轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。
雖然前述的敘述，僅只以定子單一個電磁體成員的線圈上的激磁控制舉例，但對定子上其它的每一個電磁體成員，均可分別視為各自獨立的單一個體，各自分別依據(jù)感知器所測知轉(zhuǎn)子與定子的相對位置，來決定本身線圈上的激磁控制。因每一個電磁體成員為分別獨立的個體，不但可以同時制造，而且使線圈易于繞制及更為緊密；如此，不僅可減少線圈繞組的銅線用量，也同時提高了旋轉(zhuǎn)電機的性能。
圖5為類同于圖3結(jié)構(gòu)中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，使易于了解本發(fā)明的各個實施例之間的改變。定子電磁體成員與轉(zhuǎn)子磁性元件的數(shù)目分別可以是一個或多個，定子電磁體成員的數(shù)目雖然可以與相對應(yīng)的轉(zhuǎn)子輪狀環(huán)2上磁性元件的數(shù)目相同；但旋轉(zhuǎn)電機定子上電磁體成員的數(shù)目可改變以如圖5的定子輪狀環(huán)3所例示的安排，或是在實際實施時依設(shè)計的要求來決定。相對于圖3的電機，圖5旋轉(zhuǎn)電機的結(jié)構(gòu)所作的改變，雖然不利于極大值輸出，但卻更容易安排以減少輸出轉(zhuǎn)矩脈動。
圖6為說明本發(fā)明第一實施例的徑向串接旋轉(zhuǎn)電機的立體分解圖。在考慮到旋轉(zhuǎn)電機額外的扁平化與更大輸出的運轉(zhuǎn)需求，可將復(fù)數(shù)個不同直徑的如圖1所述旋轉(zhuǎn)電機以徑向串接的方式組合。第一實施例可用兩個圖1中的旋轉(zhuǎn)電機以徑向串接來例示說明，且徑向毗鄰的轉(zhuǎn)子輪狀環(huán)彼此鄰接，以及徑向毗鄰的轉(zhuǎn)子磁性元件共用一個面向徑向的共用側(cè)邊壁55a1。此徑向串接旋轉(zhuǎn)電機包含前述的旋轉(zhuǎn)電機的各種構(gòu)造特征；轉(zhuǎn)子每一個輪狀環(huán)的每一個以導(dǎo)磁性材料制成的磁性元件具有一U形截面，而每一個U形截面的每一個側(cè)邊壁的內(nèi)部表面各自含有面對徑向氣隙之一的永磁鐵51、52、51a、52a。徑向串接旋轉(zhuǎn)電機的磁性元件在徑向毗鄰的轉(zhuǎn)子輪狀環(huán)共用一共用側(cè)邊壁以彼此聯(lián)系；且磁性元件以其結(jié)合座55a與轉(zhuǎn)子固定盤81a結(jié)合。每一個含有線圈69或69a的定子電磁體成員經(jīng)契合鈑321或321a安置在定子固定盤32a上，以在每一個定子環(huán)與其對應(yīng)的轉(zhuǎn)子環(huán)間各自定義兩徑向氣隙。
圖7為說明本發(fā)明第一實施例的定子與轉(zhuǎn)子的剖視圖。轉(zhuǎn)子每一個輪狀環(huán)在相同側(cè)邊的側(cè)邊壁內(nèi)部表面上的永磁鐵彼此以環(huán)繞著旋轉(zhuǎn)軸的圓周方向排列，而且環(huán)繞著旋轉(zhuǎn)軸圓周方向毗鄰的永磁鐵磁極極面具有相反的磁場極性。每一個共用側(cè)邊壁兩面的永磁鐵極面磁場極性相反以及位于同一個磁性元件徑向?qū)吷系挠来盆F極面磁場極性相反。轉(zhuǎn)子共用側(cè)邊壁的兩個表面中的任一個的永磁鐵可借由分享共用側(cè)邊壁55a1的幫助，提高磁通密度分布的集中。
圖8為圖7的第一實施例部份詳細的截面圖。圖中，徑向毗鄰的轉(zhuǎn)子輪狀環(huán)的共用側(cè)邊壁55a1的兩面表面安置有磁極極性相反的永磁鐵52、51a，使共用側(cè)邊壁兩面的永磁鐵借由分享共用側(cè)邊壁以彼此連系。當(dāng)定子電磁體成員的線圈69、69a加以激磁時，相反的磁場極性在電磁體成員成對極的兩極里形成；以提供與穿過徑向氣隙面對永磁極的定子極有關(guān)的引力或斥力。在轉(zhuǎn)子磁性元件的結(jié)合座上，除了共用側(cè)邊壁兩面的永磁鐵可彼此支持，而導(dǎo)磁性的結(jié)合座也形成一軛鐵來幫助永磁鐵51、52、51a、52a磁通分布的集中。通過定子極極面面積和轉(zhuǎn)子永磁極極面面積的增加，以及磁通的集中，使有利于電機的高力矩能力。
圖9為說明本發(fā)明的第二實施例，類同于圖7中剖視圖的一個改變的結(jié)構(gòu)剖視圖。為了減少輸出轉(zhuǎn)矩脈動的不利影響，對圖7的徑向串接旋轉(zhuǎn)電機的結(jié)構(gòu)作變更。在進一步更平順的運轉(zhuǎn)需求下，將在外的定子輪狀環(huán)或在內(nèi)的定子輪狀環(huán)兩者之一在各自的圓周方向旋轉(zhuǎn)移動輪狀環(huán)一個相應(yīng)的角度，使定子同一輪狀環(huán)上兩毗鄰的電磁體成員間的間隙66與其它輪狀環(huán)上兩毗鄰的電磁體成員間的間隙66a環(huán)繞著旋轉(zhuǎn)軸的圓周方向平衡分布，如圖9中以兩徑向串接的定子輪狀環(huán)為例示；當(dāng)然若徑向串接更多的旋轉(zhuǎn)電機時，也只需要注意每一個定子輪狀環(huán)在各自的圓周方向旋轉(zhuǎn)的角度，以使定子復(fù)數(shù)個輪狀環(huán)上每一個輪狀環(huán)圍繞著旋轉(zhuǎn)軸圓周方向毗鄰的電磁體成員間作為磁性隔離的間隙平衡分布于旋轉(zhuǎn)軸的定子圓周方向。在合適的時間，分別對徑向串接旋轉(zhuǎn)電機的電磁體成員的線圈各自加以適當(dāng)?shù)募ご?，使電機在輸出增加的同時可以獲得更平順的運轉(zhuǎn)。
圖10為說明本發(fā)明的第三實施例，類同于圖9剖視圖的一個改變的結(jié)構(gòu)剖視圖。在圖9的每一個轉(zhuǎn)子輪狀環(huán)與相應(yīng)的定子輪狀環(huán)中，圍繞著旋轉(zhuǎn)軸的圓周方向毗鄰的轉(zhuǎn)子磁性元件間的間隙與圍繞著旋轉(zhuǎn)軸的圓周方向毗鄰的定子電磁體成員的極間間隙雖然不需要相同，可經(jīng)過合宜的安排以進一步降低電機的轉(zhuǎn)矩脈動。類同于圖5的旋轉(zhuǎn)電機為了減少輸出轉(zhuǎn)矩脈動，對圖3旋轉(zhuǎn)電機的結(jié)構(gòu)所作的改變。對圖9的徑向串接旋轉(zhuǎn)電機的結(jié)構(gòu)所作的改變，使徑向串接旋轉(zhuǎn)電機的定子復(fù)數(shù)個輪狀環(huán)9、10上電磁體成員的數(shù)目可如圖10的例示來安排。這樣安排，雖然會對徑向串接旋轉(zhuǎn)電機的產(chǎn)生力矩有不利的影響，但是安排輸出轉(zhuǎn)矩的脈動減少卻更容易。
圖11為說明本發(fā)明的第四實施例，類同于圖10剖視圖的一個改變的結(jié)構(gòu)剖視圖。在本發(fā)明的更佳實施例中，圖11顯示的徑向串接旋轉(zhuǎn)電機的定子與轉(zhuǎn)子剖視圖；在電機的每一個轉(zhuǎn)子輪狀環(huán)11、12與相應(yīng)的定子輪狀環(huán)13、14中，每一個定子環(huán)電磁體成員與每一個轉(zhuǎn)子環(huán)磁性元件的數(shù)目為圖10旋轉(zhuǎn)電機中的整數(shù)倍，而電機中線圈的激磁控制與圖10完全類同，僅需將圖11徑向串接旋轉(zhuǎn)電機中定子電磁體成員空間角度相差180度的線圈69b1、69b2兩者(69c1、69c2兩者)串聯(lián)或并聯(lián)激磁，即可更加小心地預(yù)防因其它因素造成幾何學(xué)上的不平衡而產(chǎn)生的不佳效應(yīng)。而且，因本發(fā)明中相應(yīng)的個別元件相互間的徑向?qū)?yīng)，故即使在串聯(lián)或并聯(lián)激磁的線圈中只有一個線圈激磁而另一個線圈卻因故無法激磁，形成的單一元件獨立操作，其對徑向串接旋轉(zhuǎn)電機不良的影響也可降至最小。
更進一步的改進，在本發(fā)明的第五實施例中，轉(zhuǎn)子上，轉(zhuǎn)子外環(huán)以及轉(zhuǎn)子固定盤可以由非導(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)的達成，以獲得在高輸出時提供高效率的徑向串接旋轉(zhuǎn)電機的運作。
在前述所有的實施例中，轉(zhuǎn)子磁性元件的永磁極為環(huán)繞著旋轉(zhuǎn)軸以磁場極性N/S連續(xù)交替安置在轉(zhuǎn)子固定盤；雖然轉(zhuǎn)子每一個輪狀環(huán)上的磁性元件數(shù)目可以是奇數(shù)，但為了得到易于平順運轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)電機，故轉(zhuǎn)子每一個輪狀環(huán)上的磁性元件數(shù)目最好為偶數(shù)，使轉(zhuǎn)子易于安排磁場的分布及其在幾何學(xué)上的平衡。
轉(zhuǎn)子磁性元件與定子電磁體成員的特定數(shù)目雖然被例示在圖中，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。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)明徑向串接旋轉(zhuǎn)電機除了可提供更大的輸出、更高能量的效率以外，實際上也使徑向串接旋轉(zhuǎn)電機易于制造。
雖然本發(fā)明的實施例已經(jīng)如上列的描述，像在定子上安置含線圈的電磁體成員，而在轉(zhuǎn)子上安置磁性元件；但這些組成也能被反置，以至于磁性元件被定子攜帶且轉(zhuǎn)子上含凸起極的線圈。實際具體實施時，可將本發(fā)明實施例的復(fù)數(shù)個徑向串接旋轉(zhuǎn)電機軸向串接，以軸向擴張的方式來增加輸出的供給?；蚴歉M一步，在考慮到電機額外的扁平化、更大的輸出需要以及更平順的運轉(zhuǎn)需求下，將更多個旋轉(zhuǎn)電機以徑向串接，且借由定子輪狀環(huán)在三維空間中的復(fù)數(shù)個電磁體成員各自在旋轉(zhuǎn)軸圓周方向的一個角度上的安排，來降低徑向串接旋轉(zhuǎn)電機的力矩漣波。
前述的各種實行形態(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)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)用在各式各樣的其它組合及環(huán)境中，而且能夠在不超過類似于上述說明本發(fā)明概念的范圍內(nèi)改變或修正。
權(quán)利要求
1.一種徑向串接旋轉(zhuǎn)電機，其特征在于它包含有一個轉(zhuǎn)子，含有復(fù)數(shù)個同軸且彼此徑向毗鄰的輪狀環(huán)，每一個輪狀環(huán)各自有復(fù)數(shù)個含永磁鐵的磁性元件環(huán)繞著旋轉(zhuǎn)軸配置，且每一個磁性元件各自有兩磁極；一個定子，含有復(fù)數(shù)個同軸且彼此徑向排列的輪狀環(huán)，每一個輪狀環(huán)各自含有至少一個電磁體成員，而定子每一個輪狀環(huán)各自與一個轉(zhuǎn)子輪狀環(huán)相應(yīng)，且定子每一個輪狀環(huán)各自有復(fù)數(shù)個磁性隔離的電磁體成員環(huán)繞著旋轉(zhuǎn)軸配置，且每一個電磁體成員都含有成對極；所述定子每一個輪狀環(huán)至少有部分被相應(yīng)的轉(zhuǎn)子輪狀環(huán)所環(huán)繞包含；定子每一個輪狀環(huán)與相應(yīng)的轉(zhuǎn)子輪狀環(huán)之間，定子的電磁體成員成對極的每一個極各自與相應(yīng)轉(zhuǎn)子輪狀環(huán)的磁性元件兩磁極其中之一相應(yīng)，以在定子每一個輪狀環(huán)與相應(yīng)的轉(zhuǎn)子輪狀環(huán)間定義兩個徑向氣隙；所述每一個磁性元件具有結(jié)合座，結(jié)合座的橫截面具有兩個約呈面向徑向氣隙的側(cè)邊壁，而復(fù)數(shù)個永磁鐵安置在每一個磁性元件的結(jié)合座兩側(cè)邊的內(nèi)側(cè)表面，以形成磁性元件的兩磁極；并且，徑向毗鄰的轉(zhuǎn)子輪狀環(huán)彼此鄰接以共用一個以導(dǎo)磁性材料形成的共用側(cè)邊壁。
2.如權(quán)利要求1的徑向串接旋轉(zhuǎn)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(dǎo)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(dāng)線圈加以電流激磁時，在電磁體成員成對極兩極的各自的極面產(chǎn)生相反的磁場極性，并在每一個極的極面產(chǎn)生相同的磁場極性，而且當(dāng)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)。
3.如權(quán)利要求2的徑向串接旋轉(zhuǎn)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(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。
4.如權(quán)利要求2的徑向串接旋轉(zhuǎn)電機，其特征在于前述的轉(zhuǎn)子的每一個磁性元件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。
5.如權(quán)利要求4的徑向串接旋轉(zhuǎn)電機，其特征在于前述的形成轉(zhuǎn)子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。
6.如權(quán)利要求4的徑向串接旋轉(zhuǎn)電機，其特征在于前述的徑向毗鄰的轉(zhuǎn)子輪狀環(huán)的共用側(cè)邊壁兩面的表面安置有表面磁場極性相反的永磁鐵。
7.如權(quán)利要求5的徑向串接旋轉(zhuǎn)電機，其特征在于前述的轉(zhuǎn)子每一個輪狀環(huán)的復(fù)數(shù)個永磁鐵在環(huán)繞著旋轉(zhuǎn)軸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。
8.如權(quán)利要求7的徑向串接旋轉(zhuǎn)電機，其特征在于前述的環(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。
9.如權(quán)利要求8的徑向串接旋轉(zhuǎn)電機，其特征在于前述的環(huán)繞著旋轉(zhuǎn)軸的圓周方向毗鄰的永磁鐵彼此相互間無鐵磁性的接觸。
10.如權(quán)利要求5的徑向串接旋轉(zhuǎn)電機，其特征在于前述的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。
11.如權(quán)利要求1的徑向串接旋轉(zhuǎn)電機，其特征在于前述的定子每一個輪狀環(huán)與相應(yīng)的轉(zhuǎn)子輪狀環(huán)之間，定子環(huán)含有的電磁體成員數(shù)目與轉(zhuǎn)子環(huán)含有的磁性元件數(shù)目之和等于奇數(shù)的整數(shù)倍。
12.如權(quán)利要求2的徑向串接旋轉(zhuǎn)電機，其特征在于前述的定子復(fù)數(shù)個輪狀環(huán)上每一個輪狀環(huán)圍繞著旋轉(zhuǎn)軸圓周方向毗鄰的電磁體成員間作為磁性隔離的間隙平衡分布于旋轉(zhuǎn)軸的定子圓周方向。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種徑向串接旋轉(zhuǎn)電機，其包含有一個轉(zhuǎn)子，一個定子，其中，每一個具有結(jié)合座的磁性元件，其結(jié)合座的橫截面具有兩個約呈面向徑向氣隙的側(cè)邊壁，而復(fù)數(shù)個永磁鐵安置在每一個磁性元件的結(jié)合座兩側(cè)邊的內(nèi)側(cè)表面，以形成磁性元件的兩磁極；并且，徑向毗鄰的轉(zhuǎn)子輪狀環(huán)彼此鄰接以共用一個以導(dǎo)磁性材料形成的共用側(cè)邊壁，進一步的提供磁通密度分布的集中，以增進旋轉(zhuǎn)電機的高效率、高輸出。
文檔編號H02K1/12GK1949639SQ20061013521
公開日2007年4月18日 申請日期2006年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月7日
發(fā)明者陸緯庭 申請人:聯(lián)塑(杭州)機械有限公司, 陸孝庭