TW200405638A - Radial-axial electromagnetic flux electric motor, coaxial electromagnetic flux electric motor, and rotor for same - Google Patents

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200405638 五、發明說明（1) 【發明所屬之技術領域肩 本發明係有關於一種徑轴向電 磁通量電動馬達及其轉子。 通量電動馬達、同輛電 【先前技術】 許多高效能的應用，諸如航窆 應用的可變速馬達驅動等，皆哈*、致動态以及國防水下 小之電機機械。這些高效能的；：：巧、質量低以及體積 用Wau/lb、hp/lb _/Kg之單；f機械之功率密度係^ 量之功率密度；以及可利用^丨^表“示，.1表達相對於重 位表不，以表達相對於體積之 P/ln或kW/in3之單 械的功率以相對於其重量與體當該電機機 的2率密度衡量標準係更容易被識別^ 、不B、，則杧關 古：種用以增加電機機械之功率 2下運作。因為該機械之功率係與=機械於 、 ，只要該機械之磁通量保持/ —二、、又成比例， ，度係會提供較高的機械功率：疋$ ’則較高的操作 機機械亦被用以獲得高速度旱再;匕：：子與一轉子的電 回犯夏岔度與高磁通密度的 *度。另 :，以改善其功率密度。然而電機機械 中：利用：定子與一轉子之概念:力:密度的機械 门功率岔度機械大都用在需丌土:、 軍事以及航空領站之廡=Ϊ 罪度的應用，諸如·· 機蜮，諸々、1心專。但先前技術中之高功率密戶 刷吉义如水久磁鐵同步機械（PMSMs)以及永久磁栉“又 刷直流機械（PMBDCMs)等， /及水久磁鐵热 通书於任何操作條件下並未 200405638 五、發明說明（2) ' ' 能提供高可靠度之運作。 例如’假設一機械在操作時，其一相位線圈發生了一短 路。則该紐路係會導致一大電流流經該線圈。由於該相位 線圈係相互耦合於該機械的其它相位線圈，因此該短路亦 會：響，它線圈之運作。》是，該其它線圈並不能運作 於:正$杈式，因為其係可能需要比額定電壓高之電壓而 才能運作。該短路將會使功率由該電源流失及浪費，因而 導致了低的功率效率。因此，此種結果係不令人期望的。 吴國專利第 3,3 96,2 9 6、3,6 0 2,7 49、3,72 9,642 以及 4, 1 1 4, 0 57，號係揭示了於徑向上使用兩個定子及一轉子之 21:等i利係說明了一無刷直流機械，該無刷直矿機 械係具有一整流器以及兩定子，且係於徑向及軸向使用了 水ί磁，激發方式，以使感應電動勢（emf )達到最大， ==Ϊ f的機械扭矩。該轉子係具有該線圈以及一整流 扣；/、.、由上。因為僅有一線圈係被用於該轉子以產生扭 矩，因此該機械對於錯誤操作之能力係為低的或 的。雖然該等專利說明了用以增加效率之技術，但豈僅對 該機械提高了少許的錯誤容忍度。 一八 八吳國專利第6, 373, 1 6 0號係揭示了具有一定子線圈及兩 分離的轉子之—電機機械，其旋轉之速度係可能為不相同 的。所揭不之結構係藉由於軸方向擴展該機械，以及縮小 该兩轉子機軸間之空間而完成，因而明顯地 的功率密度…發生於該定子線圈上之錯誤係 率知加至孩任一轉子機軸上。該等缺點係限制了該機械之

200405638 五、發明說明（3) 應用範圍。 美國專利第6, 497, 20 1號係揭示了 —具有兩轉子 子之交換磁阻機械結構。該兩轉子雖被分離，但1 / 圓心地設置。該定子係設置於該内部轉子盘 ^ ^ 5 得卞铃该外部Μ早 間’且係被同圓心地置於5亥轉子之相對位置上 子定子對係構成了一第一電子馬達，且一第二。一 ^一轉 係構成了一分離的第二電子馬達。該兩馬達係7子疋子對 地被設置。該馬達結構之缺點係為其增力σ 了韓^ 门圓心 (i n e r t i a )，其係與半徑的四分之—次方子丨肖^生 子惰性之增加係降低了該機械機軸的加速产、比例。該轉 該機械對負載改變時的動態反應。又，#二’並且減少了 5茨結摄h 4-、， 中對於該等馬達之相對位置的配置、定子線 ；先則故術 該轉子之磁性安排而言，並未有任何改呈及圈的配置以及 在此引用的所有資料係藉此併入本於明進步。

& d揭示内交A 考。 I作為參 【發明内容】 於本發明之一實施例中，一電機機械之、一 用一轉子，每一馬達係具有一分離的定子兩電子馬達係共 具有場線圈。該共用的轉子係具有一彳呈向歲且°亥定子1係 置。該機械之末端蓋係裝設了軸向定子^ —輛向的場配 極、第二定子電極以及其相關的軸向媒％ 3 了第二轉；$

了軸向的磁通流經該轉子。該兩電子馬達S組，其係產生 馬達係包含了第一徑向場轉子電極、第一 h的一第—電子 相關的線圈或磁鐵。一第一電子馬達係包=子電極以及其 00730.ptd 第7頁 200405638

一與第二轉子電極係被設置於 子電極係被裝設於該電機機村同的機軸上，真該f 一定 轉子機軸係由該第一盥第二二早末端蓋上。該未端蓋與該 達係可被獨立地操作？且可：：馬達所共用使用。該兩馬 於該第一$達上，種第一直流馬達技術用 種第二直流馬達技術用於該第Ί:機械技術；以及-或感應技術。 弟—馬達上，如交換磁阻機械 於本發明之另一實施例中， 間，以產生一内部電子馬達以 内部電子馬達包含了該轉子以 馬達包含了該轉子以及外部定 父換磁阻型式、永久磁鐵無刷 達’且該兩電子馬達係可同時 式。 一轉子係被設置於兩定子之 及一外部電子馬達，其中該 及内部定子，而該外部電子 子。該兩電子馬達係可貧一 直流機械型式或感應型式馬 為相同的或不相同的馬達型 本發明提供了多種相較於習知機械而言更高可靠度的言 功率密，機械。該等特徵係可藉由使用兩定子代替習知結 構=一定子而遠成。該複數個定子之使用係增加了結構: ，疋子獨立的町靠度。又，雖該定子係各別位於徑方向與 由方向上，但本發明係可使用相同的轉子以組合成輻 與徑向場馬達。 J两 因此，本發明之一目的係克服了習知裝置中的缺點盥

盖苞〇 /、 < J 本發明之次 度電機機械。 目的係k供了一具有高可靠度的高功率密

第8頁 200405638 五、發明說明（5) 本發明夕 ψ 產玄序Φ 目的係提供了一具有ft扭 率始、度電機機械。 錯誤容忍度的高功 * 5 t f之再-目的係提供了-電機機朽 工間谷1的馬達而言係增加了功率之=械，其對於一已知 、本發明之目的係可藉由一用於電子^量。 成’其具有複數個徑向場凸轉子電極以達t ~轉子而達 轉子電極。該徑向場轉子電極與該軸 f杈數個軸向場凸 朝向於該轉子，以接收或傳送大體上相％轉子電極係各別 本發明之目的另可藉由一軸徑向 5垂直的磁通場。 械包含了-轉子、一徑向場定子以ίίί械而達成，該機 子係具有一徑向場轉子部分以及一軸向Ρ =場定子。該轉 徑向場與軸向場轉子部分係具有複數I，子部分。I— 向場定子係具有複數個凸定子電極， 轉子電極。該徑 磁通至該徑向場轉子電㉟，且t亥轴;^肖地傳送電磁 3定：電極，用以軸向地傳送電磁磁通2::系具有複數個 極二该徑向的磁通係大體上垂直 =亥輪向場轉子 本發明之目的係另可藉由一同軸的通。 含了—轉子、一外部定子以 '二為機械達成，其 複數個内部與外部周圍凸 °卩二子。該轉子係且= =凸定子電極，用以傳送=定子係具有； 送内係具有複數個凸ΐ子ΐ:部周圍轉 磁磁通係皆為徑向地朝向於該：：：極：:亥内部與外5 本發明之目的係另可笋由—轉子的一轉動軸。 电 s由一軸徑向電機機蜮達成，其 00730.ptd 苐 頁

382 200405638 五、發明說明（6) 有一轉子，該轉子具有一徑向場 該徑向場轉子係具有複數個内部與外部 ：：：子。 且該軸向場轉子係具有複數個凸轉子電極。2子電極， 機械係具有一外部徑向場定子 卜’该電機 外部徑向場定子具有複數二 =向場定子’該 向的電磁磁通至該外部周圍徑 = 以傳送外部徑 場定子具有複數個凸定子電極。：轉：電：，該内部徑向 磁通至該内部周圍徑向場轉子雷1 ，达』部徑向的電磁 軸向場定子係具有複數個凸定子二極又用：：機機械之— 磁磁通至該軸向場轉子電極。 傳迗軸向的電 於該輛向的磁通。 该傻向的磁通係大體上垂直 【實施方式】 — 為了顯著增加一電機機械之 到之空間係必須被利用#。:度夕亥機械未被使用 在其轉子與定子端之開口處;= =之空間係可 件下，為了利用該空間，—轴 ：σ疋子體積之條 換磁阻機械馬達係可被設置於_ f = j^iaNnux )交 (radial〜fl )六 、、正規的搜向磁通量 於該機械的軸方向'且_且:械二達上。轴向磁通係流動 :-徑向場之作用下磁通之流動。 式r對徑向與轴向磁通方向。以此方 第以㈧圖係用以說明一現和犬=了ΐ用—轉子。 具有—— 200405638 五、發明說明（7) 1 ( b)圖係用以§兄明第1 (a)圖中之、、早知々▲丄 、^ 01甲之此和式軸徑向機械的—柄 向磁通路桉。該混和式軸徑向機械丨〇 〇係包含了 一—工 以及-轉子103，該定子101具有複數個凸定子電極，1 而該轉子103具有複數個凸轉子電極1〇4。雖缺於 中僅顯示了一具有六個電極之定子1〇1 ^ 圖 之轉子103，但該定子電極鱼爷蘇早1U冤極 之組合係皆包含於本發明中。經由 数里 、工田么向弋子線圈1 〇 7所姦 生的一徑向場電磁通1 11以及一 14 ^ ®丨U (所產 所產生的另一電磁通（未顯示）之 \禾.、、、員不） 係會相對於一軸向機軸1 〇 8而轉動。 仔4轉子1 0 3 每一轉子電極104係藉由打孔咬1 槽口m (即：開口）於其上。；等：方式而各別形成1 狀，且係可設置於該轉子103之任可形 中所說明者係為派狀（pie_shaped)之而弟1(a)圖 心地設置於該轉子電極1 04上。兮隸；搞六》心口’且係中 向場疊層1〇6。 子槽口 105係被裝入轴 該轉子電極m係提供了徑向場電極1〇9 通111係流經該徑向場電極1 〇 9。同揭从 k向场磁 係提供了軸向場電極110，且一轴向H’、轴向場疊層106 流經該軸向場電極1 1 0。 琢通（未顧不）係 第2圖係用以說明一混和式軸徑尚毺 轉子電極設置於該混和式軸徑向檣姑* — 八^袖向場 一 餓之從向場轉子雷；1:¾ 間。該混和式軸徑向機械2 0 0係包令 ° ^ , Λ1 一定子101以及一 μ早 103，該定子101具有六個凸定子雷太 轉千 笔極102，而該轉子具

00730.ptd 第11頁 200405638 五、發明說明（8) 有四個凸轉子電極丨04。經由徑向定子線圈1〇7所產生的一 電磁通以及軸向定子線圈（未顯示）所產生的另一電磁通 之作用，使得該轉子103係會相對於一軸向機軸1〇8而轉、 動。 槽口 1 0 5係形成於每一對鄰近轉子電極丨〇 4間之電極區 上，且係被裝入軸向場疊層2 0 6。該轉子電極1〇4係提^ 徑向場電極1 09，且一徑向場磁通係流經該徑向場電極” 109。以^該軸向場疊層106係提供了軸向場電極u〇，且 一軸向場磁通係流經該軸向場電極丨丨〇。 因為該轉子電極1〇4間之電極區域係由該徑向場磁通 使用，因此該等電極區域係相當適合容納該軸向場疊, 2 0 6。再者，將該軸向場疊層2 〇 6設置於該電極區域上^ 減少该用以傳導徑向場磁通之有效的轉子電極區域，因 增加了該轉子電極1Q4之磁通密度。然而，阻止磁 而 之增加係會同時阻止鐵芯損耗（c〇re l〇ss)之增加。又 再者，該電極間之空間與背鐵（back ir〇n) ^廣被 於傳〇统的徑向交換磁阻機械的配置中。因&，該軸、 極u〇之電極配置較佳係被設置於該徑向場電極ι〇9内。電 第3圖係用以說明第2圖之混和式轴徑向機械（μ題）， 大”二:場轉子電#。該混和式軸徑向機械3。〇 凸定子電極m❼該轉子η四：：：101具有六個 經由徑向定子、線圈1〇7::二具有二'凸轉子電極1〇4。 所產生的一電磁通以及軸向定子岣 圈（未顯示”斤產生的另—電磁通之作用，使得該疋轉子子泉

00730.ptd 第12頁 200405638 五、發明說明（9) I 0 3係會相對於一軸向機軸1 〇 8而轉動。 槽口 1 0 5係形成於每一對鄰近轉子電極丨〇 4間之電極區域 上，且係被I入軸向場疊層3 〇 6。該混和式軸徑向機械3 〇 〇 係大體上係相似於該混和式軸徑向機械2 〇 〇，而其不同處 係在於該軸向場疊層3 〇 6係由該轉子電極丨〇 4間之電極區域 而突出於該轉子1 〇 3之拱形邊緣外。 軸向％電極1 1 〇係可能提供一路徑而供徑向場磁通流動 1 ]同樣地，徑向場電極1〇9係可能提供一路徑以供軸向 場磁通流動用。當任一情況發生時，高渦流損耗（eddy-αΓΙΊη1： 1〇SS)係會發生在該提供了非期望磁通路徑的軸 =:位向场電極上。$ 了降低該等情况發生之可能性，一或 Λ 緩田和其所造成的影響，下列之技術係可被使用： ^ /、方，〖生的磁鐵於該軸向場電極11 〇上； 疊層間提;七以及二乱間％於該軸向場電極110與該周圍的轉子 3、提供額外的背鐵 場磁通使用。 於。玄轉子之母一端上以供該軸向 根據第一種技術，兮 場電極uo，且該磁鐵方向性的磁鐵係被使用於該轴向 具方向性的磁鐵係產生糸朝向*該軸向磁通路徑之方向。該 應電動勢（emf)，鼓了一尚的電阻率至該徑向磁通的感 拍祕A ^〜 稽此而降低損耗。 根據苐二種技術，〜办々 ^ II 0與該周圍的轉子聶1氣間隔係提供在該軸向場電極 間隔之轉子電極，其間。第4圖係用以說明一具有空氣 该空氣間隔係分隔了 一軸向場轉子

00730.ptd •5(Jb 第13頁 200405638

電極與一徑向場轉子電極。轉子電極1〇4上係形成有一楔 形槽口 1 0 5 軸向場疊層1 0 6係藉由四個楔形件4 〇 2將其 四個角固定在該槽口105内。一空氣間隔4〇1係位在該四個 楔形件40 2間的軸向場疊層1〇6之每一侧邊上。同時，該楔 形件4 0 2與該空氣間隔4 〇 1係圍繞於該軸向場疊層丨〇 6之邊 緣，使其分隔於該轉子電極丨〇 4。 该轉子電極1 0 4係提供了 一徑向場電極丨〇 9，且該徑向場 磁通係流經該徑向場電極1〇9，·而該軸向場疊層1〇6係提供

了軸向昜電極11 〇，且该軸向場磁通係流經該軸向場電 極 1 1 ◦ 〇 雖然四個楔形件402係說明於第4圖中，但應瞭解到，〜任 何數量的楔形件亦可用於此實施例中。該楔形件4〇2之配 置與數量係根據其應用條件而決定。該楔形件4 〇 2係為非 磁性的，且係可藉由複數個焊接點而將該軸向場疊層1〇6 固定於該轉子電極1 0 4上。

當該等軸向場電極1 1 0藉由所有的轉子疊層而被設置 時，上述之用以消除渦流損耗的前兩種技術係為有用的， 諸如其應用於短堆叠長度的機械時。該堆叠長度係指該轉 子103沿其軸向機軸108之長度。對於長堆疊機械而言，所 有沿著該軸向機軸設置之軸向場電極丨丨〇係造成了增加的 重量、較長的長度供該軸向磁通流動以及較高的鐵3芯損 耗。因此，第三種技術係被期望用在長堆疊機械中。、 根據第三種技術，一用以傳導該軸向磁通之背鐵係可被 裝設於該轉子之每一端上。第5(a)圖係用以說明具有一徑

307 200405638 五、發明說明（11) 向场與兩軸向場馬達之混和式軸徑向機械。該混和式軸徑 向機械5 0 0係具有一徑向場定子5 〇 1、一徑向場轉子5 〇 2、 一第一軸向場定子5〇3、一第 向場轉子背鐵505、一第一軸 向場定子507、一第二軸向場 月鐵509、一苐二轴向場定子 一軸向場轉子504、一第一軸 向場定子背鐵506、一第二軸 轉子508、一第二軸向場轉子 为鐵5 1 0以及一轉子機轴 511 °該徑向場定子5 〇1係具有徑向場凸定子電極52ι，該 徑向％轉子5 0 2係具有徑向場凸轉子電極5 2 2，該第一軸向 %疋子5 0 3係具有第一軸向場凸定子電極5 2 3，該第一軸向 %轉子5 0 4係具有第一軸向場凸轉子電極5 2 4，該第二軸向 %疋子5 0 7係具有第二軸向場凸定子電極52 7，以及該矿二 軸向場轉子508係具有第二軸向場凸轉子電極Mg。 =5(b)圖係用以說明第5(a)圖之混和式軸徑向機械的徑 向％與軸向％磁通路徑，其中該等路徑係提供了轉子之一 轉動方向。該徑向場磁通531係藉由流經徑向場定子線圈 (未顯示）之一電流所產生，且該徑向場磁通531係由該 徑向場定子501流經該徑向場定子電極521，，並越過一 2 向場空氣間隔5 4 Γ而到達該徑向場轉子電極5 2 2，，接著漭 入該徑向場轉子502，之後流到該徑向場轉子電極522, , 了 再越過該徑向場空氣間隔541，’而進入該徑向場定子電極 521’j丄最後流回該徑向場定子5〇1。該第一軸向場磁通 5 3 2係藉由流經第——軸向場定子線圈（未顯示）之一電流 所產生，且該第一軸向場磁通532係由該第一軸向場定 5 0 3流經該第一軸向場定子電極523，，並越過一第一軸向

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場空氣間隔5 4 3 ’而到達該第一軸向場轉子電極5 2 4，，接著 流入該第，一軸向場轉子5 04，之後流到該第一軸向場轉子 電極524 ’再越過該第一軸向場空氣間隔543，，而進入該 第一軸向場定子電極523’，，最後流回該第一軸向場定子 5 0 3同樣，地’ 5玄第一軸向場磁通5 3 3係藉由流經第二軸向 場定子線圈（未顯示）之一電流所產生，且該第二軸向場 f通5 3 3係由該第二軸向場定子5 〇 7流經該第二軸向場定子 電極52 7’ ，並越過一第二軸向場空氣間隔547，而到達該第

二軸向場轉子電極528，，接著流入該第二軸向場轉子 5 〇 8，之後流到該第二軸向場轉子電極5 2 8，，，再越過該第 一軸向場空氣間隔5 4 7 ’’而進入該第二軸向場定子電極〜 5 2 7 ’最後流回該第二軸向場定子5 〇 7。 該第一與第二軸向場轉子背鐵5 〇 5、5 〇 9係阻止了該徑向 場磁通5 31進入該第一與第二軸向場轉子5〇4與5〇8中。同 樣地’该第一與第二軸向場轉子背鐵5 〇 5、5 〇 9亦阻止了該 第一與第二軸向場磁通532與533進入該徑向場轉子502 中。該第一與第二軸向場定子背鐵5 〇 6、5 1 〇係阻止了該第 一與第二軸向場磁通532與533進入該徑向場定子501中。 同樣地’該第一與第二軸向場定子背鐵5 〇 6、5丨〇亦阻止了

遠徑向場磁通531進入該軸向場定子5〇3與507中。 該徑向場磁通531、該第一軸向場磁通532以及該第二轴 向場磁通5 3 3係各別獨立地產生扭矩，以相對於該轉子機 軸5 1 1軸心而轉動該徑向場轉子5 〇 2。各別逆轉該等磁通將 會導致每一磁通獨立地產生扭矩，並會以相反之方向轉動

200405638 五、發明說明（13) 該徑向場轉子5 0 2。 該混和式軸徑向機械5 0 0係提供了下列之優點· 1、 此種配置係可在不干擾到軸向磁通之況下， 供一路徑給該徑向磁通使用。 / ’而提 2、 於軸心方向的磁通路徑長度係被減少。 3、 除了該徑向場定子501與該徑向場轉子5〇2 獨立的電磁馬達外，該機械係具有兩個軸向場定%^ 了― 5 0 7以及兩個軸向場轉子5 0 4、5 〇 8，且相互作 、 兩個獨立的電磁馬達。因此，該混和式軸徑向 9 1另 具有三個獨立的電磁馬達，用以旋轉地 、三 係 5 〇 2。 尺得地驅動该fe向場轉子 4、 由於該混和式轴徑向機械5〇〇之獨立的一 兩軸向馬達，因此其係具有較高的可靠度。 σ 、’、、與 5、 假設該徑向與軸向馬達皆具^個獨立相纟 和式軸徑向機械50 0係提供了化個獨立的操作相位，、因 提供了更高的可靠度。然而，每一馬達並 ^ α y 亚不需要有m個猸 立相位，而係可能各別具有丨、」·以及k個獨立相位。 6、 該混和式軸徑向機械5〇〇係可使用說明於第卜*圖 任何轉子電極之配置形式，以產生該軸向場與徑向場θ 作。 切 7、 該混和式軸徑向機械5 〇〇亦可應用於一短堆聶 機械中。 且卞之 8、 軸向場轉子電極524、528係適當地伸出於該沿著轉 子機軸51 1而配置的徑向場轉子電極522外，使得該軸向場

200405638 五、發明說明（14) 定子電極5 2 3、5 2 7係可在不會機械式地干擾到該徑向場與 軸向場定子線圈（未顯示）之情況下而被設置。

第6 (a)圖係用以說明另一混和式軸徑向機械，其具有一 個徑向與一個或兩個軸向場馬達。該混和式軸徑向機械 600係具有一徑向場定子601、一徑向場轉子6〇2、一第_ 軸向場定子603、一第一軸向場轉子β〇4、一第二軸向場定 子6 0 7以及一轉子機軸6 1 1。該徑向場定子6 〇 1係具有徑向 場凸定子電極621，該徑向場轉子6 0 2係具有徑向場凸轉子 電極622，该第一軸向場定子6〇3係具有第一軸向場凸定子 電極6 2 3，該第一軸向場轉子604係具有第一軸向場凸轉子 電極6 24，該第二軸向場定子⑼7係具有第二軸向場凸定^子 電極62 7，且其係朝向該軸向場凸轉子電極624。該第—與 第二軸向場定子6 〇 3與6 0 7係各別裝設於末端蓋6 5 1上。、

第6(b)圖係用以說明第6(a)圖之混和式軸徑向機械的徑 向場與軸向場磁通路徑，其中該等路徑係提供了轉子之: 轉動方向。該徑向場磁通63 i係藉由流經徑向場定子線圈 661之一電流所產生，且該徑向場磁通631係由該徑向場定 子601流經該徑向場定子電極621，，並越過一徑向場空氣 間隔641’而到達該徑向場轉子電極622，，接著流入 場轉子6 0 2，之後流到該徑向場轉子電極6 22,，，再越過該 徑向場空氣間隔6 4 Γ，而進入該徑向場定子電極6 2丨，，，最 後流回該徑向場定子6 0 1。該第一軸向場磁通6 3 2係藉由流 經第一軸向場定子線圈6 6 2之一電流所產生，且該第一轴 向場磁通632係由該第一軸向場定子6〇3流經該第一軸向場

00730.ptd 第18頁 200405638 五、發明說明（15) 定子電極6 2 3 ’，並越過一第一軸向場空氣間隔6 4 3 ’而到達 該第一抽向場轉子電極6 2 4 ’接著流入該第^一轴向場轉子 6 0 4，之後流到該第一軸向場轉子電極6 2 4，，，再越過該第 一軸向場空氣間隔643’’而進入該第一轴向場定子電極 6 2 3 ’之後流進該第一轴向場定子6 〇 3，並經過該定子電 極6 2 3 ’’之背鐵、該軸向定子電極6 2 7，，、該空氣間隔 647’’ 、該轉子電極、該空氣間隔647，、該定子電極 627’及其背鐵，而回到該第一軸向場定子㈤3。 該徑向場磁通6 3 1、該第一軸向場磁通6 3 2以及該第二軸 向場磁通6 33係各別獨立地產生扭矩，以相對於該轉子機 軸6 1 1軸心而轉動該轉子6 〇 2。各別逆轉該等磁通將會導1 2致 每一磁通獨立地產生扭矩，並會以相反之方向轉動該轉子 6 0 2 〇 除了該徑向場定子6 0 1與該徑向場轉子6 〇 2提供了 一獨立 的電磁馬達外，該混和式軸徑向機械6 〇 〇係具有兩個軸向 場定子603、607以及一個軸向場轉子6〇4，且相互作用而 提供另兩個獨立的電磁馬達。因此，該混和式軸徑向機械 6 0 0係具有兩個獨立的電磁馬達，用以旋轉地驅動該轉子

00730.ptd 第19頁

1 〇 2。假設該徑向與軸向馬達皆具有m個獨立相位，則該混 和式軸徑向機械60 0係提供了 2m個獨立的操作相位，因X而％ 提供了更高的可靠度。然而，每一馬達並不需要有爪個 立相位，而係可能各別具有i以及j個獨立相位。今、θ 、 2 軸徑向機械5 0 0與6 0 0係可選擇性地藉由在該機械=化和式 間導入一些從屬相位而配置成為2m個獨立相位她兩相位 〈機械。再 200405638 五、發明說明（16) 者’母一馬達並不需m個獨立相位，而係可能各別具有i以 及j個獨立相位。 總之’该混和式轴徑向機械5 0 〇與6 〇 〇係可提供一或兩組 馬達。一馬達係利用徑向場磁通，且係被稱為徑向場混和 式軸1向機械馬達。另一馬達組係使用軸向場磁通，且係 被稱為軸向場混和式轴徑向機械馬達。該混和式軸徑向機 械5 0 0與6 0 0係提供兩或三個馬達配置於單一機械内，其係 藉由使用一轉子結構而完成，該轉子結構係具有複數個電 極於轴向與徑向之方向上。該混和式軸徑向機械6 〇 〇不同 於該混和式軸徑向機械5 〇 〇之處係在於其僅具有一組軸向 場轉子電極624，其係伸出於該沿著轉子機軸611而配i的 徑向％轉子電極6 2 2外，使得該軸向場定子電極6 2 3、6 2 7 係可在不會機械式地干擾到該徑向場與軸向場定子線圈 6 6 1 - 6 6 3之情況下而被設置。 該混和式軸徑向機械5 0 0與6 0 0之其它可提高功率密度的 特徵，包含了其更有效率地使用了該等末端蓋65 i。該等 末端蓋在習知的機械令僅被作為機械整合用。然而，於本 發明中，該等末端蓋651係提供了一電磁用途，使得在一 特定的空間容量内能夠具有較高的工力率密丨。另一特徵係 為該徑向場混和式軸徑向機械馬達之口徑大小。因為每一 ，向場混和式軸徑向機械馬達 < 功率冑出係肖該轴向轉子 豐層之口彳二直徑以及内部直徑成比例，因此該混和式軸徑 向機械50 0與6 0 0之功率密度係可藉由增加該徑向場混和式 轴徑向機械馬達之口徑而提高。另外’該混和式軸徑向機

200405638 五、發明說明（17) """ " ----- 械5 0 0與60 0之功率密度係可藉由縮減該徑向場馬達之堆疊 長度以縮短該軸向場馬達之磁通路徑而提高。 該混和式軸徑向機械5 〇 0與6 〇 〇之結構對於短堆疊機械而言 係為理想的，該短堆疊機械係諸如：國防設施、伺服電動 機以及旋轉機構之應用等。又，該等混和式轴徑向機械係 適合用在體積小、可靠度高的機動附屬驅動裝置以及應用 中。 該混和式轴徑向機械5 0 0與6 0 0係整合了兩個或三個馬達 組於一機械結構中，每一馬達組係具有一獨立的磁通路 徑，藉此在機械空間中提供了 一較高的電磁利用。再者， 該混和式軸徑向機械5 0 0與6 0 0係提供了較高的可靠度。一一 馬達組，如該徑向場混和式軸徑向機械馬達之作用^效， 將不會影響該轴向場混和式軸徑向機械馬達之效能以及運 作，反之亦然。因此，該混和式軸徑向機械5 〇 〇與6 〇 〇係可 在錯誤以及失效發生時而提供了不間斷的運作模式。再 者，由於在相同的馬達組之線圈之間缺少了共同轉合之作 用，因此該混和式軸徑向機械5 ο 〇與6 0 0係提供了獨立的相 位。於是，該混和式軸徑向機械5 0 0與6 〇 〇之混和式馬達垆 構係利用了新穎的方式而有效地加強了其可靠度以及錯誤 容忍度。 曰、 若每极向場與軸向場和式軸徑向機械馬達具有m個相 位’則該混和式轴徑向機械5 0 0係可作為—^或^相位 械，而該混和式轴徑向機械6 0 0係可作為_2m相位钱 若與一m相位電子馬達作比較時，則該混和式軸徑向^栈

200405638 五、發明說明（18) 5 0 0與6 0 0之結構係將其可用相位由m增加至2m (對於混和 式軸徑向機械6 0 0而言）或3 in (對於混和式軸徑向機械500 而言），藉此增加了該機械的錯誤容忍度與可靠度。 例如，假設該混和式軸徑向機械5 0 0之徑向場馬達具有 一操作可靠度R1，該第一軸向場馬達具有一可靠度R2，以 及該第二軸向場馬達具有一可靠度R3。若該第二轴向場馬 達未被使用或提供時，則該混和式軸徑向機械5 〇 〇之整體 可靠度係表示為卜（1-R1)*U-R2)。否則，其整體可靠度 係表示為 1-(1-R1)*(1-R2)*U-R3)。 该混和式軸徑向機械5 0 0與6 0 0之結構的轉子重量並不需 要顯著地增加且超過一 πι相位徑向場馬達所需之重量。戈 混和式軸徑向機械5 0 0與6 0 0之轉子背鐵的體積係可與僅有 一徑向場馬達之機械體積相等。其使得該混和式軸徑向機 械5 0 0與6 0 0較於習知機械而具有較高的功率密度。 上述有關該混和式軸徑向機械5 〇 〇與6 0 0中的混合式概念 與結構係可延伸使用於其它機械中，諸如具有埋入式或表 面式安裝配置結構的永久磁鐵同步機械等。又，該等概念 與結構係可普遍地實施在各種高效能與高可靠度的機械應 用中。 一 許多電力轉換器的電路結構係可用以驅動該混和式軸徑 向機械50 0與6 0 0，且部分電路結構係可在^ 。。“抓著 作並由CRC Press出版社於2 0 0 1年六月出版之，，交換磁阻馬 達驅動（Switched Reluctance M〇t〇r Drives )，，一書中 找到。當考慮到將一非對稱的電力轉換器用以驅動該混和

200405638 五、發明說明（19) 式軸徑向機械5 0 0的徑向與軸向的定子線圈組時；一定子 線圈組561係相應於該混和式軸徑向機械5 〇〇之徑向場馬 達。一第二定子線圈組5 6 2係相應於該第一軸向場馬達， 以及一第三定子線圈組5 63係相應於該第二軸向場馬達。 依據該三個定子線圈組5 6卜5 63之配置，一僅具有兩等六文 定子線圈之混和式軸徑向機械係可被獲得。 例如，假設每一徑向場與軸向場馬達使用了四個轉子 極以及四個定子電極。每一定子線圈組561_563係由依 來源電壓而以串聯或並聯方式連接在該四個定子 ，圈所組成。藉由對齊該第一與第二軸向場馬達之各 疋：與轉子電極以排除彼此間的相對相位移一 ς軸向場定子線圈5 62與563係可藉由㈣或 ^ 接。以此種方式連接該第一盥第-細 ，万式而連 :；二有效地“供早一定子線圏給該兩軸向場馬達。 為了在所有轉子位置提供單 $違 仏啟動扭矩，該徑向場與軸向場馬 匕k供的 極係可各別位移於彼此間。其 電極或轉子電 間的角度係為不相等的。該^ ^曰目同型態機械之電極 電極之相對位置的組裝，係可 j向场與徑向場 最大扭矩時，該徑向場機械係 ^二，向場機械產生一 該位移時，該徑向場馬達係瑕小扭矩。當具有 達係可產生負扭矩，反之亦钬。扭矩，而該軸向場馬 向場馬達係會在所有時間内二 ^ 5亥徑向場馬達或該軸 係提供了連續不斷的 正杻矩，因此此配置 冋樣地，若機械動力被提供至

00730.ptd 苐23頁 200405638 五、發明說明（20) 該機械馬達，則係會產生負扭矩。該正與負能量之轉換係 可在兩轉動方向而被完成以及被控制。因此，該混和式軸 徑向機械5 0 0與其功率轉換器組係能夠在扭矩與速度範圍 相對的情況下而運作在四象限操作中。

於該混和式軸徑向機械5 0 0之三馬達以及該混和式軸經 向機械6 0 0之兩馬達中，當該徑向場馬達單獨運作如同_ 單相位機械，且該兩軸向場馬達相互組合而運作如同一分 離的單相位馬達時，則每一馬達係皆可運作如同一單相位 機械。因此，該混和式軸徑向機械5 〇 〇與6 0 〇係可藉由使用 一具有控制開關之非對稱電力轉換器而提供四象限操作。 於是，對應於該混和式軸徑向機械5 〇 〇之三馬達以及該1 和式轴徑向機械6 0 0之兩馬達的相位係可有效地被轉換為 一等效的雙相混和式軸徑向機械馬達。

雖然該混和式軸徑向機械5 〇 〇與6 0 0之馬達係會多於一個 以上’但用以提供給該混和式軸徑向機械5 〇 〇與⑼〇四象限 操作此力的電力轉換器以及用以提供給一相向交換磁阻機 械馬達四象限操作能力的電力轉換器間並不會有太大差 異。於是’該混和式軸徑向機械5 〇〇與6 〇〇所使用的一適當 電力轉換器之組裝體積與成本以及一單相、雙相交換磁阻 機械所使用者間並不會有太大差異。因此，該混和式軸徑 向機械5 0 0與60 0特別是被使用在成本競爭的機械，諸如： 電為以及機動裝置應用中。 一種用於該混和式軸徑向機械50 0與6 0 0之適當的電力轉 換器係可使用控制容易的可控制開關，諸如絕緣柵雙極電

200405638 __ 五 發明說明（21) -------- 曰曰體i與金氧半場效電晶體（M0SFET )等。應注意 =，/軸杈向機械5 0 0與6 〇 〇係可與一電力轉換器結 ^ ^ r :用以提供四象限操作能力的可控制開關數量達 炎3 1 ^二▲ ί到僅兩開關）°該結合係可以達成的，因 蓉US錐二2從向機械5 〇〇與6 0 0係可被配置以操作如同〆 制^關相位交換磁阻機械，且其對於轉換器之可控 制開關的需未係為低的。 藉由分離該第 h / ^ 5 0 € ^ ? ^ ^ ^ ^ -個而言，去達。對於該三個獨立馬達之每 接，且被視： — ；：： =線圈組以串聯之方式被連 械。於此情專效地刼作如同一三相或雙相交換磁阻機 換磁阻機以求：電力轉換器之需求將相似於該三相交 -電玄徑向賴Γ，°!'可經由設計方式而整合 轉換器係與該心Λ =較=:可靠度。例*:假設-電力 合結構係具Γ = ;ΐ向查機械5°°與6 0 0整合，使得該整 向場馬達係ί:刚二達，及一軸向場馬達，其中該徑 -組η定子相位有一組^ t相位，而該轴向場馬達係且有 機械運作的可靠度。雖然該配置係、需要額外=

00730.ptd 第25頁 中，用以電力轉換器之相位而被驅動。於該Λ 和。由於ί::亥機械的獨ί相位之總數係等於 提高了兮機：係由原來的"相位增加到—相位，、； 200405638 五、發明說明（22) 換器之相位，但高可靠度之優點係更為明顯的。 為了達到相同量的可靠度，一習知機械係必須配合m +η 定子相位。然而，由於製造容忍度之限制，因此當m + n大 於5時係為不可能的。 獨立地操作該混和式軸徑向機械5 0 0之第一與第二軸向 場定子係增加了獨立相位數至m + 2 η，假設該徑向場馬達具 有m個獨立定子相位，以及該軸向場馬達具有η獨立定子相 位。相較於具有m個獨立定子相位之一單定子組機械，其 係具有較多的獨立定子相位。假設m = n，則該混和式軸徑 向機械5 0 〇之配置係提供了比該單定子組機械多於三倍的 獨立相位。顯然地，該混和式軸徑向機械5 0 0係可提供尨 高的可靠度以及錯誤容忍度。當高的可靠度或錯誤容忍度 不需要時’該混和式軸徑向機械5 0 0與6 0 0係可被配置以操 作如同一具有少數定子相位的混和式軸徑向機械。 該混和式軸徑向機械5 0 0與60 0係提供了下列優點： 1 提供了 一混和式軸徑向機械，其可被配置以提供一 混和式軸徑向機械，其具有多達m + 2n個可 L (對於該混和式軸徑向機械6 〇 〇而言係為 少或多數量的相位。 2、提供了 一混和3 獨立操作之相位（對 m + n 個）〇

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於發電 該混和式軸徑向機械係 五、發明說明（23) 它電力源隨著失效。因此， 期間提供了更高的可靠度。 5、由於該混和式軸徑向機械係可具有多數個 此其扭矩鏈波係為非常小的，且其頻率將會非因 得其係可更容易藉由該機铖各把A、士、金抬 m 1 使 ’俄糸統而被濾掉。因此，減少兮 扭矩鏈波之目的係可藉由餘夕权加上，、去> ^ 田該多數個相位達成，而並不靈 由複雜的電流控制達成。 @ # 6、 該混和式轴徑向機械係倍增了其功率密度。 7、 該混和式軸徑向機械係可依據其設計方式而增加其 可靠度以及錯誤容忍度。 8、 a亥此和式轴徑向機械係具有兩或三組馬達（對於絮 混和^軸徑向機械6〇〇而言係為一或兩組），該等馬達間 並不*任@何電磁耦合作用即可獨立地操作於彼此間。 9、 僅單一轉子作為所有馬達轉子之定子，因而不會額 外增加，混和式軸徑向機械之重量。此特點係對該轉子體 積做了最大且最有效的利用，且其至今係尚未使用。 a 1 〇 "亥μ和式軸徑向機械之末端蓋係設有用於該兩軸向 场馬，之疋子疊層與線圈，使得電磁用途之可利用面係具 有較同的利用性，以及使得該混和式結構係具有較高的功 率密度。 e 、、一馬達之失效如：該徑向場馬達，並不影響該軸向 场馬達之執行與運作。因此，當一個或兩個馬達失效時， 該混和式機、减α 〜域械的連續運作係為可能的。 2 2 、夕 、 右夕餘並非首要考量重點時，則該徑向場與軸向場

第27頁 200405638 五、發明說明（24) 定子係可被配對，以操作如同一彳 阻機械，其係以Π1相位取代一呈右；具有單一馬達之交換磁 為每一徑向與轴向混和式轴徑向H相位之機械’其中_ 量。其係會使得該電力轉矣馬達之馬達相位數 使得可靠度提高。 …H力元件減少’但並不會 1 3、該混和式軸徑向機械之唼立 除，因為於該徑向場混和式軸秤二:、曰被明顯降低或消 軸）中，該傾向於將機械橢圓：的：：馬達（即著匕 向場混和式軸徑向機械馬達（即％ 、作用力係藉由該軸 化作用力而獲得均衡。因此，於ς 軸）所產生的橢圓 化係有效地被消除，此特徵係為械中，該定子的橢圓 要優點之一。又，此特徵係使得i =式ί徑向機械（主 於許多應用而言係具有極大的影響=。木日降低，因此對 14、對於最大負載與最小負載而士 該徑向場與軸向場混和式軸徑向^是負載的共用係可在 大負載而言，每一馬達的最大容量係:達間完成。對於最 之負載的共用率係可建立在效能的基Ζ被利用。該等馬達 的馬達係可被配置以承載該負載之二言f。例如：該主要 式機械之效能提到最高。事實上，如，°卩分，以將該混和 J，的，且其係會使 ，之配置與控制係為 其；在：機蜮考量到高可靠2:使用上能夠更有彈性，尤 〇、該徑向据& + ^ 用力係可藉由知^軸向場混和式軸徑向機托、艮去 各別地押制控制各別馬達之每-電極:2馬達之正規作 工制。例如，於Χ與7軸方向的^的線®電流而被 規作用力係可藉由 00730.ptd 第28頁 200405638 五、發明說明（25) 對該徑向場馬達之線圈電流獨立地進行支配而受到控制。 同樣地，該Z與X軸的正規作用力係可藉由對該軸向場馬達 之線圈電流獨立地進行支配而受到控制。假設該軸向與徑 向機械組係各別具有至少兩相位。其係指於該χ、y與2方 向之正規作用力係獨立地且各別地受到控制。再者，該用 =Ϊ =達推動至—預其月*向之正切作用力係、可藉由該馬達 引莫沾=作而受到控制。該兩因素係賦予了該機械漂浮盥 能士成=制能力’其對於一抽向場或徑向場馬達而言係不 n:因Λ，若其正規的作用力 及和式機械係導入了一系列不需 j于則 係可被視為__且古# @ 7』个而要紋轉軸承之機械。其 性轴承組為並未有，磁 :係使用了產生軸向場與徑向場、，3 f;該混和式軸徑向機 動力當作該磁性軸承。gj此 ：α式軸偟向機械馬達之 制線圈“及—磁性轴的〆^係省去了一額外的控 機械係被達成的’且並不需要-分離的磁性= 達：=外’其係可能包 步或無刷直流機械馬 !;說明了該機械何以械馬達。該等示例係 特徵，足係可能被使用工=型態馬達的主要 、匕έ部分叶間反饋（part 00730.ptd 第29頁 200405638 五、發明說明（26) regeneration)的航空應用中。 1 7、另外’該徑向場與軸向場馬達皆可為永久磁鐵同步 或無刷直流機械馬達，其係具有高的可靠度以及高的功率 密度’且至少可達到中等速度之應用。 第7 ( a)圖係用以說明一具有兩定子與一轉子之徑向場機 械。該徑向場機械7〇〇係包含了 一徑向場轉子7〇3，置於一 外部徑向場定子7 〇 1與一内部徑向場定子7 〇 5間。雖然第7 (a)圖係顯示了四個外部徑向場定子電極7〇2與7〇6各別位 於4兩疋子701與705上，以及六個徑向場轉子電極7Q4， 但該徑向場機械7 〇 〇係可使用任何比例或組合的定子及轉 子電極。例如，其組合係可如6/4、8/6、ι〇/8、8/1〇、〜 6/8、12/10、10/12、12/8 以及 8/12 等，其 t 第一個數字 係為該轉子電極的數量，而該第二個數字係為每一定子上 之電極數量。 如圖所述’該外部徑向場定子7〇 1係具有ra個相位，其中 η- 2 ’且該内部徑向場定子7 〇 5係具有^個相位。當外部巧 向場定子線圈70 7獨立於該内部徑向場定子線圈7〇曰8而被^ 發（excited )時，該徑向場機械7 〇〇係操作如同一 &相位 機械。然而，每一馬達並不需要具有m個獨立相位，而可 各別具有i與j個獨立相位。 該徑向場轉子703之疊層係具有突出的徑向場轉子電極 7〇4，其係可被輕易地轉向而傳導磁通。該外部徑向場 :7〇1與該内部徑向場定子7〇5之疊層係各別具有： 電極70 2與70 6。該外部徑向場定子線圈m係電性絕緣

200405638 五、發明說明（27) = 徑向場定子線圏70 8。其係確保了當該 Λ1Λ ! ’以產生輸出動力。因此，即使-- 失放务生時，该機械之不中斷的運 田 當該外部徑向場定子7 〇 i與該内連部作^乃β可被維持。 -個被激發時，該徑向場轉子7〇3間：電=:7:中僅有 磁通路徑。當該徑向場定子線圈組7〇7以及二刀二”、了 時，則兮抑6 i日击金2 7 Λ π 及7 〇 8白被激發 :π貝丨該仫向％轉子703間之鐵蕊部分並不會被用以 m定子線圈70 7以及708所產生的磁通 、

=所=徑向場轉子電極704係被使用以傳送該磁通。由 ^產生㈣it係M由該徑向對齊的外部徑向場 徑向場轉子電極704以及内部徑向場定子電極706而 ^因此δ亥偟向場轉子703間之電極部分並未被使用。 ^該外部徑向場定子線圈7G7以及該内部徑向場定子線 ^ 〇8未各別獨立地操作時，其係可被組合成一^相位機 ，。於此情況甲，相較於2m相位運作之情況，該電力 器之功率元件係可被減半。 、

將輪出功率最大化之設計準則係為當該外部徑向場定子 7 0 1之電極可以是短的，並可以產生與該内部徑向場定子 70 5之相同動力時，該徑向場轉子7〇3之直徑係必須被增 加以使得該内部徑向場定子7 0 5之功率輸出亦可被增 加。该内部徑向場定子7 〇 5之鐵蕊定子疊層係可藉由移除 …藏A σ卩分或以條狀的矩形疊層取代所有内部經向場定子 70 5而被減到最少。藉由移除該弧形部分或使用條狀的矩

324 200405638 五、發明說明（28) ΐ ΐ =代該内部徑向場定子70 5係可增加空間容量，而 此工間谷量係可能作為該徑向場定子線圈7〇8 ::外部徑向場定子電極7〇2之高度二；開 二;：，疋子線圈707日寺，介於該外部徑向場定子電 和< 〇2間之見闊的空間係可作為該線圈的 得該機械之整體直徑係可被縮到最小。罝二間以使 該徑向場機械700係可為一交換磁阻機械 之電機機械，諸如一永久磁鐵無刷直流機 種 場機械m被配置成何種機械，其係提供了—向 度’其係遠超過了一僅且有星 —、 之可靠度。 僅/、有早一疋子之同類型機械所提供 :如，該内部徑向場定子705與該徑向場轉子電極7。二系 形成了 5亥偟向場機械70 0之一第一馬達，且該外部秤向 定子701與該徑向場轉子電極7〇4係形成了該徑向場^械 70 0之一第二馬達。假設該第—馬達具有一操作可靠产 R1 ’該第二馬達具有-可靠度R2，且若該兩馬達又 刼作時，該徑向場機械7 0 0之整體可靠度係表示 R1 )*(卜R2)。 藉由單一徑向場轉子703以及兩定子7〇1與7〇5， 等效馬達係可被裝於同一封裝件内，以提供高的功穷 度。藉由該兩定子701與705，使得該機械之可靠度與錯 容忍度相較於一單定子之機械而言係被加強的。 、曰 若該徑向場轉子70 3之電極材料為磁性鐵時，該 與70 5係可相互獨立地各別運作。又，由於該機械係可以

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五、發明說明（29) 在2 m相位下運作，因此該特徵係提供了高可貪 π』菲度之運。 該定子7 0 1與7 0 5係可藉由組合該外部徑向場定子、線 7 〇 7以及該内部徑向場定子線圈7 0 8之對應相位而共同^ 作。其係維持了功率密度。由於此配置係具有m個機械相 位’因此該相關的電力轉換器之功率元件數係僅為一 2爪相 位機械之需求數量的一半。 mg

第7 ( b )圖係用以說明一用於第7 ( a)圖之徑向場機械中的 轉子支撐件。該轉子支撑件7 5 1係將該經向場轉子7 〇 3固定 在該徑向場機械7 〇 〇之内，以使得該徑向場轉子7 0 3除了可 自由地相對於旋轉軸而旋轉外’並不會有其它的動作發 生。當該徑向場機械700被裝配用以運作如同一具有m价獨 立相位之馬達時，該轉子支撐件7 5 1以及該轉子背鐵7 5 2並 未傳導電磁磁通。因此，當該徑向場機械7 〇 〇被配置成一 單馬達時，該轉子支撐件7 5 1係可為一非磁性材質，且該 轉子背鐵7 5 2並不需有磁性鐵材。

第7 (c )圖係用以說明具有一永久磁鐵的定子電極。該徑 向場機械7 0 0之外部徑向場定子7 〇 1以及該内部徑向場定子 7 ◦ 5係可各別使用複數個定子電極，如定子電極7 7 0，其上 係裝設有一永久磁鐵7 7 1。如此之配置係使得該徑向場機 械70Q係可被操作如同一永久磁鐵無刷直流機械。 當該徑向場機械7 〇 〇被配置如同一永久磁鐵無刷直流機 械時’該徑向場轉子7 〇 3係可具有於一徑向方向磁化的永 久磁鐵。該兩定子7〇1與7〇5之使用係使得該機械具有高功 率密度以及高可靠度之優點。

JJb 屬405638 五、發明說明（30) 當该徑向場機械7 〇 〇被配晉 ^ 磁鐵無刷直流機械之混和式 5 *又換磁阻機械與永久 具有數個磁鐵設置於其所^ = _該徑向場轉子7〇3係 數個上槽口。該混和式配置☆ ^ J 口上，且其可另具有 提供-交換磁阻機械馬達，：：外部徑向場定子7° 1 具有兩馬達之混和式=馬係=了-個真正 高功率密度以及高可靠度之優：。馬達之操作係同樣具有 轉子電極與定子電極對之對 該内部徑向場定子7 〇 5在該外部^向^為相^位移的:由於 矩時而產生了最大的扭矩，因：使:疋1產生取小杻 產生了均勾的扭矩。此 目位位移之配【係 高功率密度及高可靠产摔^仔鏈波扭矩係可在不影響 ^ Η ^ ^ 度刼作之情況下而被減少。然而，該 機械係可刼作如同一 2m或m相位機械。 徑3= Γ則一混和式軸徑向機械，，具有兩個 所H ^ /由向％馬達，其係組合了第5 (a ：)圖與第7圖 /n二之特徵。1亥混和式軸徑向機械80 0係具有一外部 Λ子701、—徑向場轉子7G3、—内部徑向場定子 Γ一、；Λ一軸向場定子5〇3、一第-軸向場轉子5〇4、-11 %轉子背鐵505、一第—軸向場定子背鐵506、一 二：：：場定子5〇7、一第二軸向場轉子—、一第二軸向 =子“載5 0 9、一第二軸向場定子背鐵51〇以及一轉子機 :。該外部徑向場定子701係具有外部徑向場凸定子電 ^ 4牷向場轉子7 0 3係具有徑向場凸轉子電極7 0 4， 00730.ptd 第34頁 327 200405638 五、發明說明（31) 該内部徑向場定子7〇5係具有内部 兮笛一 工向场凸疋子電極7 f] fi， 。亥弟一軸向場定子5 〇 3係具有第一， U6 續黛 41 , θ 向场'凸疋于電極52]， 該第一軸向場轉子504係具有第一輪—ρ ^ 垓第一軸向場定子5〇7係具有第二 以；5兮赞 神向％凸定子電極527, 以及該第二軸向場轉子5〇8係具有筮一 5 2 8。 —軸向场凸轉子電極 應瞭解到，該轉子機軸係連接於 合於該轉子結構中。 接於5亥從向場轉子703或整 向定j H 用以°兄明第8 (a)圖之機械當其外部與内部抨 徑：其中該等路徑係提供了轉子之===路、 中係具有兩徑向磁通：（i)介於該外 ^齋械 ,μ u ^ ^ ^ Γ丨 <工向场疋子線圈7 (1 7 ^外4徑向場轉子電極704，與704,，間，以及（in八 =該内部徑向場轉子704’’與704,，，，卩及該内部徑向^ 子電極70 6間。若同步激發被利用，以及該内部與：疋 子及轉子場電極被對齊，則僅會有一徑向磁通路徑於餘义 械上。一徑向場磁通83 1係藉由流經該外部徑向場定子/ i ，7 07之電流而產生。該徑向場磁通831係由該外部徑向€曰 定子701流經該外部徑向場定子電極7〇2，，並越過_外\~ 彼向場空氣間隔8 4 2 ’而到達該徑向場轉子電極7 〇 4，之〜F 部部分，且進入該徑向場轉子70 3,而流至該徑向場轉;1 極7 0 4’，之一内部部分，再越過一内部徑向場空氣間隔兒 846’而進入該内部徑向場定子電極7〇6，，且流進該 1 问每疋子7 0 5。接著，該徑向場磁通8 3 1係由該内部徑 :

第35頁 200405638 五、發明說明（32) 定子705流經該内部徑向場定子電極7〇6,，，並越過一内部 徑向％空氣間隔8 4 6 ’，而到達該徑向場轉子電極7 〇 &，，，，， 之後流經該徑向場轉子7 〇 3 ’，以及該徑向場轉子電極 704’ ’’，且越過該外部徑向場空氣間隔842，而到達該外部 徑向場定子電極7 0 2 ’，，最後流入該外部徑向場定子7 〇 j。 一第一軸向場磁通833係藉由流經該第一轴向場定子線 圈8 0 2之電流而產生。該第一軸向場磁通8 3 3係由該第一軸 向場定子5 0 3流經該第一軸向場定子電極523，，並越過一 第一軸向場空氣間隔8 4 3，而到達該第一軸向場轉子電極 5 2 4 ’接著流入該第一軸向場轉子5 0 4，之後流到該第一 軸向場轉子電極524,，，再越過該第一軸向場空氣間隔— 843’，而進入該第一軸向場定子電極523,，，最後流回該第 一軸向場定子503。 同樣地’ 一第二車由向場磁通8 3 4係藉由流經該第二軸向 場定子線圈8 0 1之電流而產生。該第二軸向場磁通8 3 4係由 該第二軸向場定子5 〇 7流經該第二軸向場定子電極5 2 7，， 並越過一第一軸向場空氣間隔8 4 7 ’而到達該第二軸向場轉 子電極5 2 8 ’，接著流入該第二軸向場轉子5 〇 8，之後流到 該第二軸向場轉子電極528’’ ，再越過該第二軸向場空氣 間隔8 4 7 ’’而進入該第二軸向場定子電極5 2 7，，，最後流回 该第-一轴向場定子5 0 7。 遠第一與第二軸向場轉子背鐵5〇5與509係阻止了該第一 與第二徑向場磁通831與832進入該第一與第二軸向場轉子 504與508。同樣地，該第一與第二軸向場轉子背鐵5〇5與

各別逆轉該等磁通將會導致每一磁通獨立地產生扭矩，並 會以相反之方向轉動該轉子了 。 第8 ( c )圖係用以說明第8 (a)圖中之機械當該外部與卬部 徑向定子線圈未被同步供給能量時之徑向場磁通路徑，該 電極70 2’ ，並越過一外部徑向場空氣間隔842，而到達該徑 200405638

509係阻止了該第—與第二軸向場磁通與gw進入該 =轉/Λ3,與7〇3, ’。該第一與第二軸向場定子背鐵506 ，、係 了该第—與第二軸向場磁通833與834進入該 外部與内部徑向場定子7〇1與7〇5。同樣地，該第一與第二 軸向場^子背鐵5G6與51 Q係阻止了該第—與第二徑向場磁 通831與83 2進入該軸向場定子5〇3與5〇了。 省徑向％磁通與該第一及第二軸向場磁通833與係各 自獨立地產生扭矩，以相對於該軸心而轉動該轉子Μ 3。 路徑ίτ、提供了一轉子轉動方向。一徑向場磁通8 3 5係藉由 流經該外部徑向場定子線圈7〇7之電流而產生。該徑向場 磁通831係由該外部徑向場定子7〇1流經該外部徑向場定子 向場轉子電極704’之一外部部分，且進入該徑向場轉子 70 3而流至該反向的徑向場轉子電極7〇4,，之一外部部分， 並越過該外部徑向場空氣間隔842，而到達該外部徑向場定 子電極7 0 2 ’’，最後流入該外部徑向場定子7 〇 1。 同樣地’應可瞭解到，由於該内部徑向場定子電極線圈 7 0 8之激發，一徑向磁通路徑係可被形成，其中該路經係 經過了該内部徑向場定子電極70 6’與70 6, ’、該内部徑向 場空氣間隔846’與846’ ’、該内部徑向場轉子電極7〇4，，與

00730.ptd 第37頁 200405638 五、發明說明（34) __ ^14…’、該徑向場轉子7G3’與⑽’’之背鐵以及該内# 向場定子705之背鐵。其將貢獻了兩個徑 内」:: 及轉子之外部部分，而另-個係具有内 #疋子以及轉子之内部部分。可瞭解到，第8(c) 用以說明一具有兩徑向場與兩轴向場馬達之混白 機械，其係組合了第6(…與第了圖所述機械之特徵 該混和式軸徑向機械80 0係組合了第5(a)盥7 ⑷與7圖所述之特徵，且亦可包含第i(a) 圖所述之特徵。該混和式軸徑向機械8及口 以及三組或四組獨立線圈，”有個疋子 用於徑向場馬達’…卜兩個係用於 達中= 子，或者，兩組線圈各別用：：二二=向場定 配置方式，該混和式軸徑向德釉向％疋子。以此 位機械，其中m係為在該外部计係可提供一3m或4m相 軸向場以及第二軸向場定卜/二向/V内部徑向場、第--個定子的相位數量並不需3位數量。該四定子中之每 量之相位，如每一定子係；丄：？’·而係可具有不同數 位。 各別具有1、j、k以及1個相 當三個或四個相位獨立 80 0係提供了 一比單相機械 時、，該混和式軸徑向機械 如：假設對應於該第一相位一倍或四倍之可靠度。例 R1，而對應於該第二至第，機械元件具有一操作可靠度 可靠度R2、R3及R4。則卷兮、j位之機械元件各別具有操作 田μ >昆和式軸徑向機械8 ◦ 〇具有三 00730.ptd 第38頁 200405638

五、發明說明（35) 個獨立相位時，其整體可靠度係表示為^ * (1 -R3 )，而當具有四個獨立相位時，其整體可靠产係表 示為 1-(卜 R1)*(卜 R2) *(1-R3) *(；l-R4)。 & 上述機械之功率密度與可靠度係遠高於習知機械者。相 較於一具有m相位之機械而言，上述機械之可靠度係被大 為提高。由於該徑向機械定子激發之橢圓化係藉由該轴向 機械定子激發之橢圓化而被抵銷，因此本發明係降低了機 械所產生的噪音。 一 該徑向場機械7 0 0之外部與内部徑向場定子7〇1與7〇5 r 及經向場轉子70 3係共同作用，以提供兩組馬達之功能以 該兩馬達組係可皆為交換磁阻機械馬達，或一個可為 磁阻機械馬達以及另一個可為永久磁鐵無刷直流機械馬、 達，、或兩個可皆為永久磁鐵無刷直流機械馬達，或一個可 為感應馬達以及另一個可為交換磁阻機械馬達，或一個可 為感應馬達以及另一個可為永久磁鐵無刷直流機械馬達。 其中該徑向場機械700之兩馬達皆為交 =該兩馬達組係可獨立地操作於彼此，因而具個達獨 的機械相位。藉由合併該兩定子以及對齊該定子線圈， 二杻向場機械700係可操作如同一具有m個獨立相位 备該徑向場機械70 0將該兩馬達組配置如同一呈有瓜個相 ί ί單一機械時，該轉子背鐵並不需被使用。該轉子電極 2用以傳‘磁通，其係能夠使該轉子變輕。該背鐵並不 而/、有磁性鐵用以傳送該磁通。因此，該轉子之鐵芯損耗

200405638 五、發明說明（36) 係被降低’且-較高效能的機械係可獲得的。 該械70 0係可將其定子配置成單相位運作，即 亡士所有線圈係可相互串聯（或並聯），而被 使用如^早疋+(具有m=1)上之—單相位線圈。因 作用如同一雙相機械。其具有重要的控 制3思。I先，該電力轉換器之需求係被減到最小。第 二’雖然每-馬達組可為一單向交換磁阻機械，但該 場機械7 0 0並不需_分離的啟動機制。該轉子或定子電極 係可為相位位移的，使得當一定子相位產生正扭矩時，另 一個係產生負杻矩，反之亦然。因此，於所有時間内’ _ 馬達組或其它馬達將能夠產生正扭矩。同樣地，負扭矩_亦 可被產生。該兩種運作係可由兩旋轉方向而獲得，因而導 致了 一四象限馬達之驅動。此配置係避免了任何特殊的啟 動程序或啟動機制發生於該兩馬達組上。 對於一習知的單相位機械而言，該啟動係藉由該轉子電 極成型（shaping )、定子成型或輔助電極上的永久磁鐵 而提供完成。這些於該徑向場機械7〇0中係可被避免的。 對於一習知的雙相交換磁阻機械而言，特別的方法必須併 入忒機械中，以使該機械能夠自動啟動（self? starting)。該徑向場機械70 0於兩轉動方向中並不需任 何特別的方法而達到自動啟動。該自動啟動之特徵係可藉 由位移一馬達之定子電極相對於另一馬達之定子電極的^ 位位置而完成。另外，該自動啟動之特徵係可藉由轉子電 極之相位位移而達成。

200405638 五、發明說明（37) 該徑向場機械7 〇 〇係使用了 一轉子與兩個相同軸心的定 子’其亦可如同該混和式軸徑向機械8 〇 〇於末端蓋處容納 軸向定子線圈。因此，該混和式軸徑向機械8 〇 〇係能夠提 供最小有三個，而最大有四個的獨立定子線圈組。當三個 獨立定子線圈組被使用時，該混和式軸徑向機械8 〇 〇係提 供了一具有三定子的3m的機械，其中由於每一定子上之磁 通係獨立於其它定子，因此該三定子彼此間係為非電磁作 用的以及獨立的。當四個獨立定子線圈組被使用時，該混 和式轴徑向機械8〇〇係提供了一 4m的機械，且由於每一定 子上之磁通係為獨立的，因此該四定子彼此間係為非電磁 作用的以及獨立的。 〜 對於 可被串 接，使 相位。 運作。 械，其 在最小 該徑向 同具有 合馬達 型態係 達以及 該徑 混和式軸徑向機械8〇〇而言，該兩徑向定子線圈係 ，，接。同樣地，該兩軸向定子線圈亦可被串聯連 传每一徑向機械組與每一軸向機械組上係具有m個 =種配置方式係提供了 2m個獨立相位用於該機械之 田m 1時"亥整個機械係提供了一等效的雙相機 在該兩個轉動方向上皆具有自動啟動之能力。其係 =轉換裔需求下，提供了一四象限馬達驅動運作。 每機械7 〇 〇與該混和式軸徑向機械8 0 0係可被配置如 或夕個不同馬達型態之混合式機械。例如，复 組係可為任何民、去…，、、，且 ^ ^ ^ 7馬達型態之組合。特別地，該等馬達 . 爲械馬達、水久磁鐵無刷直流機械呙 感應馬達，或卜、土 ^ ^ 迹馬達之變化形態。 向場機械7 0 0邀拎、β』上… nn 〃孩〜和式軸徑向機械8 〇 〇係具有高錯

200405638 五、發明說明（38) 誤容忍度與高可靠度。由於多數個相位，因此該兩機械之 扭矩鏈波係為非常小的。該小的扭矩鍵波並非由高 =控制完成’而是藉由一具有多數個相位之機械本身而 元烕。 該徑向場機械70 0與該混和式轴徑向機械⑽ 綱為習知機械者的三倍或…因此，其對於= %機械70 0與該混和式軸徑向機械8〇〇 二二 響係為可忽略的，且僅需一簡單的枘子速度的動力影 中。 僅而間早的控制器用於該等機械 因為該混和式軸徑向機械80 0係使用了 ㈣正常作用力所造成的崎影響係可：二 系使得該等機械能夠具有較低的 疋千加迷度、較小的振動以及較小的噪立 传；；與二和式軸徑向機：。… 利用之空間。因此，該等機械相對mu;元：可 具有極高的功率密度。 ” 或體積而a係 前面說明係用以解釋與敘述本發明。 係顯示且敘述了本發明之較佳實施例、:解：不2: 明係可使用於各種其它組合、修改與:f瞭解到二本發 項技藝者係可藉由上述的教導、技二兄。又，熟習該 本發明的進步性概念範圍内作改變或；：識’而輕易地對 前面說明係用以解釋與敘述本發明=块而，立 係顯示且敘述了本發明之較佳营 “、、，、揭不内谷 X仏實加例，但應瞭解到，本發 苐42頁 00730.ptd

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00730.ptd 第43頁 200405638 圖式簡單說明 【圖式簡單說明】 第1 (a)圖係用以說明一混和式軸徑向機械（HARM )，其 具有軸向場轉子電極中心地設置於徑向場轉子電極内。 第1 ( b)圖係用以說明第1 ( a)圖中之混和式軸徑向機械的 一徑向磁通路徑。 第2圖係用以說明一混和式轴徑向機械，其具有軸向場 轉子電極設置於該混和式軸徑向機械之徑向場轉子電極 間。 第3圖係用以說明第2圖之混和式軸徑向機械（HARM )， 其具有擴大的軸向場轉子電極。 第4圖係用以說明一具有空氣間隔之轉子電極，其中龙 空氣間隔係分隔了一軸向場轉子電極與一徑向場轉子電 極。 第5 ( a)圖係用以說明具有一徑向場與兩軸向場馬達之混 和式轴徑向機械。 第5 ( b )圖係用以說明第5 ( a)圖之混和式軸徑向機械的徑 向場與軸向場磁通路徑，其中該等路徑係提供了轉子之一 轉動方向。 第6 (a)圖係用以說明另一混和式軸徑向機械，其具有一 個徑向與一個或兩個軸向場馬達。 苐6 ( b)圖係用以說明第6 ( a)圖之混和式軸徑向機械的徑 向場與轴向場磁通路徑，其中該等路徑係提供了轉子之一 轉動方向。 第7 ( a)圖係用以說明一具有兩定子與一轉子之徑向場機

00730.ptd 第44頁 200405638 圖式簡單說明 械。 第7 (b)圖係用以說明一用於第7 ( a)圖之徑向場機械中的 轉子支撐件。 第7 ( c)圖係用以說明具有一永久磁鐵的定子電極。 第8 (a)圖係用以說明一混和式軸徑向機械，其具有兩個 徑向場及兩個軸向場馬達，其係組合了第5 ( a)圖與第7圖 所述機械之特徵。 第8 (b)圖係用以說明第8 ( a)圖之機械當其外部與内部徑 向定子線圈被同時供給能量時的徑向場與轴向場磁通路 徑，其中該等路徑係提供了轉子之一轉動方向。 第8 ( c )圖係用以說明第8 ( a)圖中之機械當該外部與/T部 徑向定子線圈未被同步供給能量時之徑向場磁通路徑，該 路徑係提供了一轉子轉動方向。 圖號說明： 10 0 混和式轴徑向機械 101 定子 102 定子電極 103 轉子 10 4 凸轉子電極 105 槽口 10 6 轴向場疊層 107 徑向定子線圈

00730.ptd 第45頁 200405638 圖式簡單說明 108 軸 向 機 軸 109 徑 向 場 電 極 110 軸 向 場 電 極 111 徑 向 場 電 磁 通 200 混 和 式 轴 徑 向 機 械 206 軸 向 場 疊 層 300 混 和 式 轴 徑 向 機 械 206 > 207 不可控制功率元件 300 電 力 轉 換 器 306 軸 向 場 疊 層 401 空 氣 間 隔 402 楔 形 件 500 可 控 制 功 率 元 件 405 、406 相 位 線 圈 407 直 流 電 壓 源 500 混 和 式 軸 徑 向 機 械 501 徑 向 場 定 子 502 徑 向 場 轉 子 503 第 一一 軸 向 場 定 子 504 第 —— 軸 向 場 轉 子 505 轉 子 背 鐵 506 第 — 軸 向 場 定 子 背鐵 507 第 二 軸 向 場 定 子 508 第 二 軸 向 場 轉 子

00730.ptd 第46頁 200405638 圖式簡單說明 509 第 二 軸向 場 轉子 背鐵 510 第 -— 軸向 場 定子 背鐵 511 轉 子 機軸 521 、52Γ > 521， 徑向場凸 定 子 電 極 522 、5 2 2, 5 22, ， 徑向場凸 轉 子 電 極 523 、52 3, 5 2 3, 9 第- -軸向 場 凸 定 子 電 極 524 、524, Λ 5 24, ， 第- -轴向 場 凸 轉 子 電 極 527 、5 2 7, Λ 5 279 第二 二抽向 場 凸 定 子 電 極 528 、5 28, 528, 第二 二軸向 場 凸 轉 子 電 極 531 徑 向 場磁 通 532 第 一 軸向 場 磁通 533 第 二 轴向 場 磁通 541， , 空 氣 間隔 543, 空 氣 間隔 547, 、547, » 9 空 氣 間隔 600 混 和 式軸 徑 向機 械 601 徑 向 場定 子 602 徑 向 場轉 子 603 第 _ 一 轴向 場 定子 604 第 _ _ 軸向 場 轉子 607 第 二 軸向 場 定子 611 轉 子 機轴 621， >621’ 1 9 徑 向 場定 子電極 622 、62 2, Λ 6 2 2, 9 徑向場凸 轉 子 電 極

00730.ptd 第47頁 200405638 圖式簡單說明 623 、62 3，、6 2 3, ’ 第一 轴向場凸定子電極 624 、6 24，、6 24" 第一 轴向場凸轉子電極 627 、6 2 7’ 、6 2 7’ ’ 第二 二轴向場凸定子電極 631 徑向場磁通 632 第一轴向場磁通 633 第二轴向場磁通 641， 、6 4 1 η 空氣間隔 643, 、643’ ’ 空氣間隔 647, 、647’ ’ 空氣間隔 651 末端盖 661 徑向場定子線圈 662 第一轴向場定子線圈 700 徑向場機械 701 外部徑向場定子 702 、70 2’ 、70 2’， 夕卜部 徑向場定子電極 703 、7 0 3 ’ 、7 0 3 ’ ’ 徑向場轉子 704 、704’、704’ ’、704’ ’ ’ 、7 0 4 ’ ’ ’ ’ 徑向場轉子電極 705 内部徑向場定子 706 、7 0 6 ’ 、7 0 6 ’ ’ 外部徑向場定子電極 707 外部徑向場定子線圈 708 内部徑向場定子線圈 751 轉子支撐件 752 轉子背鐵 770 定子電極

00730.ptd 第48頁 200405638 圖式簡單說明 771 永久 磁 鐵 800 混和 式 軸 徑 向 機 801 第二 車由 向 場 定 子 831 徑向 場 磁 通 832 第一 軸 向 場 磁 通 833 第一 袖 向 場 磁 通 833 第二 軸 向 場 磁 通 835 徑向 場 磁 通 842, 空氣 間 隔 843, 、843, ’ 空 氣 間 隔 846, 、846, ’ 空 氣 間 隔 847, ’空氣 間 隔

00730.ptd 第49頁

Claims (1)

1. 200405638 六、申請專利範圍 1、 一種用於電子馬達之轉子，該轉子包含： 複數個徑向場轉子電極；以及 複數個軸向場轉子電極；其中 該徑向場轉子電極與該軸向場轉子電極係各別朝向於該 轉子，以接收或傳送大體上相互垂直的磁通場。 2、 依申請專利範圍第1項之用於電子馬達之轉子，其中 該轴向場轉子電極係設置於該徑向場轉子電極内。 3、 依申請專利範圍第1項之用於電子馬達之轉子，其中 該等軸向場轉子電極係設置於該等徑向場轉子電極間電 極區域内。 4、 依申請專利範圍第1項之用於電子馬達之轉子，其中 該轴向場轉子電極係為導向的磁性鐵。 5、 依申請專利範圍第2項之用於電子馬達之轉子，其 中： 該徑向場轉子電極係具有沿著一軸心的數個貫穿洞口， 其係平行於該轉子的一轉動軸；且 徑向場疊層係設置於該貫穿洞口内，以提供該軸向場轉 子電極。 6、 依申請專利範圍第2項之用於電子馬達之轉子，另包

   00730.ptd 第50頁 200405638 六、申請專利範圍 含複數個楔形件，其係楔入於該軸向場轉子電極與該徑向 場轉子電極間，以牢固該轴向場轉子電極於該徑向場轉子 電極内。 7、 依申請專利範圍第6項之用於電子馬達之轉子，其中 該徑向場轉子電極係具有沿著一軸心的數個貫穿洞口， 其係平行於該轉子的一轉動軸； 該軸向場轉子電極係設置於該貫穿洞口内，且係藉由該 楔形件而牢固於該貫穿洞口内；以及 每一轴向場轉子電極係具有一空氣間隔位於其每一側邊 與各別的貫穿孔之一相對内部側邊之間。 — 8、 依申請專利範圍第7項之用於電子馬達之轉子，其中 該楔形件係被焊於其對應的軸向場與徑向場轉子電極上。 9、 依申請專利範圍第7項之用於電子馬達之轉子，其中 該楔形件係為一非磁性材料。 10、 依申請專利範圍第3項之用於電子馬達之轉子，其中 每一轴向場轉子電極之一徑向離心周圍與該對應的電極區 域之一徑向離心周圍係具有由該轉子之一轉動軸起始之相 同的徑向距離。 11、依申請專利範圍第3項之用於電子馬達之轉子，其中

   00730.ptd 第51頁 200405638 六、申請專利範圍 每一軸向場轉子電極之一徑向離心周圍至該轉子之一轉動 軸的一徑向距離係大於從該轉子之轉動轴至該對應的電極 區域之一徑向離心周圍的一徑向距離。 1 2、一種轴徑向電機機械，其包含： 一轉子，具有一徑向場轉子部分以及一轴向場轉子部 分，每一徑向場與軸向場轉子部分係具有複數個凸轉子電 極； 一徑向場定子，具有複數個凸定子電極，用以徑向地傳 送電磁磁通至該徑向場轉子電極；以及 一軸向場定子，具有複數個凸定子電極，用以軸向述Γ傳 送電磁磁通至該抽向場轉子電極’其中 該徑向的磁通係大體上垂直於該軸向的磁通。 1 3、依申請專利範圍第1 2項之軸徑向電機機械，其中另包 含另一轴向場定子，具有複數個定子電極，用以抽向地傳 送電磁磁通至該軸向場轉子電極。 1 4、依申請專利範圍第1 3項之軸徑向電機機械，另包含： 一第一轴向場定子線圈圍繞於該兩轴向場定子之第一 個；以及 一第二軸向場定子線圈圍繞於該兩軸向場定子之第二 個0

   00730.ptd 第52頁 200405638 六、申請專利範圍 1 5、依申請專利範圍第1 2項之軸徑向電機機械，其中該軸 向場轉子部分係沿該轉子之軸向長度延伸。 1 6、依申請專利範圍第1 2項之軸徑向電機機械，另包含： 一數量為i個的獨立相位線圈係環繞於該徑向場定子電 極；以及 一數量為j個的獨立相位線圈係環繞於該軸向場定子電 極，其中 該電機機械之獨立相位的一總數量係為i與j之總和。 1 7、依申請專利範圍第1 6項之軸徑向電機機械，其中— i = j，且該電機機械係具有2 i個獨立相位。 1 8、依申請專利範圍第1 7項之軸徑向電機機械，其中該電 機機械係為一雙相交換磁阻機械。 1 9、依申請專利範圍第1 3項之轴徑向電機機械，另包含： 一數量為i個的獨立相位線圈係環繞於該徑向場定子電 極； 一數量為j個的獨立相位線圈係環繞於該兩軸向場定子 之第一個的定子電極；以及 一數量為k個的獨立相位線圈係環繞於該兩軸向場定子 之第二個的定子電極，其中 該電機機械之獨立相位的一總數量係為i、j及k之總

   00730.ptd 第53頁 200405638 六、申請專利範圍 和° 2 0、依申請專利範圍第1 9項之轴徑向電機機械，其中 1 = j，且該電機機械係具有2 i + k個獨立相位。 2 1、依申請專利範圍第1 9項之軸徑向電機機械，其中 1 = j = k，且該電機機械係具有3 i個獨立相位。 2 2、依申請專利範圍第2 1項之軸徑向電機機械，其中該電 機機械係為一三相交換磁阻機械。 2 2、依申請專利範圍第1 2項之軸徑向電機機械，其中： 該徑向場定子係與該徑向場轉子部分共同作用，以提供 一第一馬達之運作，其具有一操作可靠度R1 ;以及 該軸向場定子係與該軸向場轉子部分共同作用，以提供 一第二馬達之運作，其具有一操作可靠度R2，其中 該電機機械係具有一整體操作可靠度，其係表示為1-(1 -Rl)*(l-R2)。 2 3、依申請專利範圍第1 3項之軸徑向電機機械，其中： 該徑向場定子係與該徑向場轉子部分共同作用，以提供 一第一馬達之運作，其具有一操作可靠度R1 ; 該兩軸向場定子之第一個係與該軸向場轉子部分共同作 用，以提供一第二馬達之運作，其具有一操作可靠度R2 ;

   00730.ptd 第54頁 200405638 六、 申請專利範 圍 以 及 該 兩 軸 向 場 定 子 之 第 二 個 係 與 該 軸 向 場 轉 子 部 分 共 同 作 用 以 提 供 - 第 一 一 馬 達 之 運 作 1 其 具 有 一一 操 作 可 靠 度R3 > 其 中 該 電 機 機 械 係 具 有 一 整 體 操 作 可 靠 度 其 係 表 示 為1 _ (1 -R1) *( 1 - R2) *(1 - R3) 24 、 依 中 請 專 利 祀 圍 第 12 項 之 轴 徑 向 電 機 機 械 J 另 包 含 轴 向 場 轉 子 背 鐵 δ又 置 於 該 軸 向 場 轉 子 部 分 與 該 徑 向 場 轉 子 部 分 間 其 係 大 體 上 阻 止 了 該 徑 向 場 轉 子 部 分 提 供丨 ^ 流 動 路 徑 給 該 轴 向 磁 通 ； 以 及 - 軸 向 場 定 子 背 鐵 y — 置 於 該 軸 向 場 定 子 與 該 徑 向 磁 通 之 — 磁 通 路 徑 間 5 其 係 大 體 上 阻 止 了 該 轴 向 場 定 子 提 供 一 流 動 路 徑 給 該 徑 向 磁 通 〇 25 > 依 中 請 專 利 車巳 圍 第13 項 之 軸 徑 向 電 機 機 械 ， 另 包 含 另 一 轴 向 場 轉 子 部 分 ， 具 有 複 數 個 轉 子 電 極 一一 第 一 軸 向 場 轉 子 背 鐵 5 設 置 於 該 兩 軸 向 場 轉 子 部 分 之 第 •— 個 與 該 徑 向 場 轉 子 部 分 間 其 係 大 體 上 阻 止 了 該 徑 向 場 轉 子 部 分 提 供 一 流 動 路 徑 給 該 軸 向 磁 通 其 中 該 軸 向 磁 通 係 藉 由 該 兩 軸 向 場 定 子 之 第 一 個 的 定 子 電 極 而 傳 ^ %/ 迗 j 一 第 二 軸 向 場 轉 子 背 鐵 J a又 置 於 該 兩 軸 向 場 轉 子 部 分 之 第 二 個 與 該 徑 向 場 轉 子 部 分 間 ， 其 係 大 體 上 阻 止 了 該 徑 向 場 轉 子 部 分 提 供 流 動 路 徑 給 該 轴 向 磁 通 ， 其 中 該 軸 向 磁

   00730.ptd 第55頁 200405638 六、申請專利範圍 通係藉由該兩軸向場定子之第二個的定子電極而傳送； 一第一軸向場定子皆構，設置於續笛 、 〜卞月鐵又置瓦3第一軸向場定子盥含玄 徑向磁通之一磁通路徑間，其係大體上阻止了該第一軸= 場定子提供一流動路徑給該徑向磁通；以及 17 一第二軸向場定子背鐵，設置於該第二軸向場定子盥唁 徑向磁通之另一磁通路徑間，其係大體上阻止二= 向場定子提供一流動路徑給該徑向磁通。 μ 一 2 6、依申請專利範圍 該從向場定子電極 於彼此，以在該徑向 正扭矩與負扭矩之一 該軸向場定子電極 於彼此，以在該軸向 正扭矩與負扭矩之一 以及 該電機機械係能夠 作用下而自動啟動， 第12項之軸徑向電機機械，其中·· 與該徑向場轉子電極之一係相位位移 磁通施於該徑向場轉子電極時，提 至位於所有靜止轉子位置上之轉子. 與該軸向場轉子電極之一係相位位移 磁通施於該軸向場轉子電極時， 至位於所有靜止轉子位置上之轉子「 目交換磁阻機械電力轉換器的 係具有四象限扭矩之運作能力。 27、依申請專利範圍第 該徑向場定子電極盘向電機機械’其令： 於彼此，以在該徑向磁；：：：轉子電極之-係相位位移 正扭矩與負扭矩之一至位於亥偟向場轉子電極時，提供 該兩軸向場定子之一裳2所有靜止轉子位置上之轉子； 弟一個的定子電極與該軸向場轉子 00730.ptd 第56頁 200405638 六、申請專利範圍 電極之一係相位位 場轉子電極時，提 轉子位置上之轉子 該電機機械係能 作用下而自動啟動 2 8、依申請專利範 該第一馬達係為 或一感應馬達中之 該第二馬達係為 或一感應馬達中之 該第一與第二馬 29、依申請專利 移於彼此，以在該軸向磁通施於該軸向 供正扭矩與負扭矩之一至位於所有靜止 ；以及 夠在一雙相交換磁阻機械電力轉換器的 ，且係具有四象限扭矩之運作能力。 圍第2 2項之軸徑向電機機械，其中： 一父換磁阻馬達、一永久磁鐵直流馬達 ， -交換磁阻馬&、一永久磁鐵直流馬達 一；以及 — 達係為不同型態之馬達。 圍第23項之軸徑向電機機械，其中： 一交換磁阻馬達、一 > '、 ^ 水久磁鐵直流馬達 1 J MP 該第一馬读 4 π建係為 一感應馬達中 談第二馬達係 ^ 〆咸靡东 、為一父換磁阻馬達、一 或以恿馬達中 ^ 水久磁鐵直流馬達 竑笼=π < 一， 或 或 -t t之 該第三馬達係為 一感應馬達中: 該第一 ( 一交換磁阻馬達、 達 苐二與 一；以及 第三馬達中之兩個係為不 永久磁鐵直流馬達 同型態之馬 30、依申請專 利範圍第29項之轴徑向電機機械，其中該第

   00730.ptd 第57頁 200405638 六、申請專利範圍 一、第二與第三馬達係為不同型態之馬達。 3 1、一種同軸電機機械、其包含： 一轉子，具有複數個内部與外部周圍轉子電極； 一外部定子，具有複數個定子電極，用以傳送外部電磁 磁通至該外部周圍轉子電極；以及 一内部定子，具有複數個定子電極，用以傳送内部電磁 磁通至該内部周圍轉子電極，其中 該内部與外部電磁磁通係皆為徑向地朝向於該轉子的一 轉動軸。 3 2、依申請專利範圍第3 1項之同軸電機機械，另包含： 一數量為i個的獨立相位線圈係環繞於該外部定子電 極；以及 一數量為j個的獨立相位線圈係環繞於該内部定子電 極，其中 該轉子間之電極區域係為磁性鐵，且 該電機機械之獨立相位的一總數量係為i與j之總和。 3 3、依申請專利範圍第3 2項之同軸電機機械，其中i二j， 且該電機機械係具有2 i個獨立相位。 3 4、依申請專利範圍第3 3項之同軸電機機械，其中該電機 機械係為一雙相交換磁阻機械。

   00730.ptd 第58頁 200405638 六、申請專利範圍 3 5、依申請專利範圍第3 2項之同轴電機機械，其中： 該外部定子之每一獨立相位線圈係連接至具有相同相位 之對應的内部定子相位線圈；以及 該電機機械係具有i個獨立的運作相位。 3 6、依申請專利範圍第3 1項之同軸電機機械，其中： 該外部定子係與該外部轉子共同作用，以提供一第一馬 達之運作，其具有一操作可靠度R1 ;以及 該内部定子係與該内部轉子共同作用，以提供一第二馬 達之運作，其具有一操作可靠度R2，其中 一 該電機機械係具有一整體操作可靠度，其係表示為卜 (卜R1)*U - R2)。 3 7、依申請專利範圍第3 1項之同軸電機機械，另包含永久 磁鐵，其係於一徑向方向磁化，且係裝設於該轉子及該外 部與内部定子上，以提供一永久磁鐵無刷直流電機機械。 3 8、依申請專利範圍第3 6項之同軸電機機械，另包含： 永久磁鐵，裝設於該内部轉子電極上，其中 該第一馬達係為一交換磁阻馬達，以及 該第二馬達係為一永久磁鐵無刷直流馬達。 3 9、依申請專利範圍第3 6項之同軸電機機械，另包含：

   00730.ptd 第59頁 200405638 六、申請專利範圍 永久磁鐵，駐< ^ , 該第-馬達；；於该外部轉子電極上… 該第二馬達传為丨：磁鐵無刷直流馬達’以及 咬侔為一父換磁阻馬達。 40、依申 該外部 部定子電 磁磁通施 至位於所 該内部 部定子電 磁磁通施 至位於所 該電機 作用Τ而 請專利範圍 轉子電極係 極係相位位 於該外部轉 有靜止轉子 轉子電極係 極係相位位 於該内部轉 有靜止轉子 機械係能夠 自動啟動， 第31項 相位位 移於該 子電極 位置上 相位位 移於該 子電極 位置上 在_雙 且係具 之同軸電機機械，其中·· 移於該外部定子電極，或該外 外部轉子電極，以在該外部電 時’提供正扭矩與負扭矩之一 之轉子； 移於該内部定子電極，或該内 内σ卩轉子電極，以在該内部^電 時’提供正杻矩與負扭矩之一 之轉子；以及 相交換磁阻機械電力轉換器的 有四象限杻矩之運作能力。 41、依申含杳轰4 古亥第ΐ專乾圍第36項之同軸電機機村甘士 °亥第—馬達係為一交換 域機;械，其中：. 馬達，—感應馬達中之一1.....—永久磁鐵無刷直流 ::二馬達係為一交換磁 馬達或一感應馬達中之一· 水久磁鐵無刷直流 該第一蛊笛一 ，以及 >、第一馬達係為不同型態之 犯圍弟3 1項之同軸電機 __ &錢械，其中該轉子

   4 2、依申請專利 200405638

   之一背鐵非為磁性鐵。 項之同軸電機機械…含 44、一種軸徑向電機機械，其包含： 轉子’具有一從向場轉子以芬一 i. , e 場轉子係具有複數個内部* 二=+ ’該徑向 場轉子係具有複數個轉子電極；。111轉子電極’且該袖向 一外部徑向場定子，且〃 部徑向的電磁磁通至該；=個^電極1以傳适外 -内部徑向場定子，ϋ圍，轉子電極；、卜 部徑向的電磁磁通至該内二個：子電極1以傳送 -軸向場定子，且圍徑向場轉子電極；^内 電:磁:至該軸向場轉個=電極1以 该徑向的磁通係大體上垂直於該;:向的磁通。向 45 、依申請專利範圍第 一 含另一軸向場定子， 由徑向電機機 送電磁磁通…二有硬數個定子電極械 送電磁磁通至該軸 1设歎個 4釉向知轉子電極 46二：申請專利範圍第45苐—軸向場定子線圈 =σ電機機械， 個，·以及 圍繞於该兩軸向場〜 包 用以輛向 另包 地傳 ~定子之第 含 00730.ptd 第6〗頁 Sb4 200405638 六、申請專利範圍 一第二軸向場定子線圈圍繞於該兩軸向場定子之第二 47、依申請專利範圍第44項之軸徑向電機機械，其中該轴 向場轉子係沿該轉子之轴向長度延伸。 4 8、依申請專利範圍第4 4項之軸徑向電機機械，另包含： 一數量為i個的獨立相位線圈係環繞於該外部徑向場定 子電極； 一數量為j個的獨立相位線圈係環繞於該内部徑向場定 子電極；以及 — 一數量為k個的獨立相位線圈係環繞於該軸向場定子電 極，其中 該電機機械之獨立相位的一總數量係為i、j與k之總 和 ° 49、依申請專利範圍第48項之軸徑向電機機械，其中 i二j，且該電機機械係具有2 i + k個獨立相位。 5 0、依申請專利範圍第48項之軸徑向電機機械，其中 i = j = k，且該電機機械係具有3 i個獨立相位。 5 1、依申請專利範圍第5 0項之轴徑向電機機械，其中該電 機機械係為一三相交換磁阻機械。

   00730.ptd 第62頁 200405638 六、申請專利範圍 5 2、依申請專利範圍第4 5項之軸徑向電機機械，另包含： 一數量為i個的獨立相位線圈係環繞於該外部徑向場定 子電極； 一數量為j個的獨立相位線圈係環繞於該内部徑向場定 子電極； 一數量為k個的獨立相位線圈係環繞於該兩軸向場定子 之一第一個的電極；以及 一數量為1個的獨立相位線圈係環繞於該兩軸向場定子 之一第二個的電極，其中 該電機機械之獨立相位的一總數量係為i、j、k與1之:總 和 〇 5 3、依申請專利範圍第5 2項之軸徑向電機機械，其中 i二j = k = i，且該電機機械係具有4 i個獨立相位。 54、依申請專利範圍第44項之軸徑向電機機械，其中·· 該外部徑向場定子係與該外部徑向場轉子電極共同作 用，以提供一第一馬達之運作，其具有一操作可靠度R1 ; 以及 該内部徑向場定子係與該内部徑向場轉子電極共同作 用，以提供一第二馬達之運作，其具有一操作可靠度R2 ; 以及 該轴向場定子係與該轴向場轉子共同作用，以提供一第

   00730.ptd 第63頁 200405638 六、申請專利範圍 三馬達之運作，其具有一操作可靠度”，其中 該電機機械係具有一整體操作可靠度，复 一、 (卜R1)*(卜R2) *〇-R3)。 X ”表不為 1 — 向電機機械，其中： 向場轉子電極共同作 具有一操作可靠度R1 ; 向場轉子電極共同作 具有一操作可靠度R2 ; 軸向場轉子共同作用， 一操作可靠度R3 ;以及 軸向場轉子共同作用， 一操作可靠度R4，其中 度’其係表示為1 - (1 - 55、依申請專利範圍第45項之輛經 該外部徑向場定子係與該外部經 用，以提供一第一馬達之運作，盆 以及 ^ 該内部徑向場定子係與該内部經 用，以提供一第二馬達之運作，其 以及 ^ 該兩軸向場定子之第一個係與該 以提供一第三馬達之運作，其具有 该兩軸向場定子之第二個係與該 以提供一第四馬達之運作，其具有 該電機機械係具有一整體操作可靠 R1)*(l-R2) *(卜R3) *(卜R4)。 5 6依申請專利範圍第44項之轴徑向電機機械，另包含： —軸向場轉子背鐵，設置於該輔向場轉子與該徑向場轉 子間，其係大體上阻止了该杈向場轉子提供一流動路徑給 該軸向磁通；以及 一軸向場定子背鐵，設置於該軸向場定子與該内部與外 部徑向磁通之一磁通路徑間，其係大體上阻止了該軸向場

   00730.ptd 第64頁 200405638 六、申請專利範圍 定子提供一流動路徑給該内部與外部徑向磁通。 5 7、依申請專利範圍第4 5項之軸徑向電機機械，另包含： 另一軸向場轉子，具有複數個轉子電極； 一第一軸向場轉子背鐵，設置於該兩轴向場轉子之第一 個與該徑向場轉子間，其係大體上阻止了該徑向場轉子提 供一流動路徑給該軸向磁通，其中該軸向磁通係藉由該兩 軸向場定子之第一個的定子電極而傳送； 一第二轴向場轉子背鐵，設置於該兩軸向場轉子之第二 個與該徑向場轉子間，其係大體上阻止了該徑向場轉子提 供一流動路徑給該軸向磁通，其中該軸向磁通係藉由該'兩 軸向場定子之第二個的定子電極而傳送； 一第一軸向場定子背鐵，設置於該第一軸向場定子與該 外部和内部徑向磁通之一磁通路徑間，其係大體上阻止了 該第一轴向場定子提供一流動路徑給該外部和外部徑向磁 通；以及 一第二軸向場定子背鐵，設置於該第二軸向場定子與該 外部和内部徑向磁通之一磁通路徑間，其係大體上阻止了 該第二軸向場定子提供一流動路徑給該外部和内部徑向磁 通。 5 8、依申請專利範圍第4 4項之軸徑向電機機械，其中·· 該内部徑向場定子電極係與該内部徑向場轉子電極共同 作用，以提供一第一馬達之功能；

   00730.ptd 第65頁 200405638 六、申請專利範圍 =外部徑向場定子電極係與該外 作用，以提供_第二馬達之功能； 门劳轉子電極共同 该輛向場定子電極係與該軸 提=:第三馬達之功能；# ^轉子電極共同作用，以 定;亥；：.f:::與第三馬達中至少有兩個之對應的轉子與 對應的轉子盥〜2 α 士 ^向或軸向磁通施於 於所有極時，提供正扭矩與負扭矩之-至位 上3奸止轉子位置上之轉子；以及 忒電機機械係能夠在一雙相交換磁 作用下而自叙私4 機械電力轉換器的 下而自動啟動，且係具有四象限扭矩之運作能力。 59該ΐ:ΐ::ί圍第54項之軸徑向電機機械，其中： 或-感應馬ίίί:交換磁阻馬達、-永久磁鐵直流馬達 遠第二馬達係為一交換磁阻馬達、— 或一感應馬達中之一； 久磁鐵直i馬達 该第三馬達係為一交換磁阻馬達、— 或1應馬達11 ; α A 尺久磁鐵直抓馬達 達該第…第二與第三馬達中之兩個係為不同型態之馬 6-0: m利範圍第59項之軸徑向電機機械，其中該第 弟一 一弟二馬達係為不同塑態之馬達。

   第66頁 00730. 200405638 六、申請專利範圍 6 1、依申請專利範圍第5 5項之軸徑向電機機械，其中： 該第一馬達係為一交換磁阻馬達、一永久磁鐵直流馬達 或一感應馬達中之一； 該第二馬達係為一交換磁阻馬達、一永久磁鐵直流馬達 或一感應馬達中之一； 該第三馬達係為一交換磁阻馬達、一永久磁鐵直流馬達 或一感應馬達中之一； 該第四馬達係為一交換磁阻馬達、一永久磁鐵直流馬達 或一感應馬達中之一；以及 該第一、第二、第三與第四馬達中之兩個係為不同型態 之馬達。 — 6 2、依申請專利範圍第6 1項之轴徑向電機機械，其中： 該第一、第二、第三與第四馬達中之三個係為不同型態 之馬達。 6 3、依申請專利範圍第6 1項之軸徑向電機機械，其中該第 一、第二、第三與第四馬達皆為不同型態之馬達。 64、依申請專利範圍第44項之軸徑向電機機械，另包含： 一數量為i個的獨立相位線圈係環繞於該内部與外部徑 向場定子電極； 一數量為j個的獨立相位線圈係環繞於該軸向場定子電 極，其中

   00730.ptd 第67頁 200405638 ——------ 六、申請專利範圍 —__ 該電機機械之獨立相位的 二~' …數I係為i與j之總和 65,依申請專利範圍第64項之 1=J，且該電機機械係具有 ^向電機機械，其中 獨立相位。 * 依申凊專利範圍第6 5項 一 f機械係為-雙相交換磁阻機：徑向電機機械，其中該電 阻機械電力轉換器的作用下〃，其係能夠在一雙相交換 力，以及由該轉子之任何停止而具有四象限扭矩之運作能 立置而自動啟動。 依申凊專利範圍第4 5項之一 向豕疋子電極；以及 系％繞於該内部與外部徑 量為j個的獨立相位線 η 该電機機械之獨立相位的—其令 〜數量係為i與〕·之總和。 8、依申請專利範圍第67項 2機械係為-雙相交換磁阻機：後；電機機械，其令該電 阻機械電力轉換器的作 ^ /、係能夠在—雙相交拖 力’以及由該轉子之任何停象限扭矩之運；t 位置而自動啟動。 月匕 一第一個與一第二個之’、繞於該兩軸向場定子 Ptd 00730. 第68頁