TWI333311B - - Google Patents

Description

1333311 九、發明說明： 相關申請 本申清的主《I包括陸緯庭在94年12月30日提出的臺灣專利 申請號094147394、陸緯庭在95年3月2日提出的臺灣專利申請 號095106卯7、陸緯庭在95年6月27日提出的臺灣專利申請號 095123056、陸緯庭在96年5月25日提出的臺灣專利申請號 096118697，所有的上述專利申請與本申請共同被考慮。這些申請 的内容在此一起被列入參考。 【發明所屬之技術領域】 本發明涉及多相無刷電機’更特別的是其糊電樞成員的多 相安排，與場磁鐵成員磁極極面與對應的電樞成員相應極極面彼 此關聯以相互歪斜，以應用在無刷電機中。 【先前技術】 以通用旋轉電機而言，不論直流電機或交流電機的運作，其 轉子與定子㈣制雜雜相斥、異性相吸的磁原理。對於產 生-線性力量猶性電機’婦錢蚊子和轉子麵換以線性 電機的定子和動子，但操作原理相同。

Kawai g在美國專利授權公告號5436518中提出一動力產 、置〃&子的複數個電磁體的每條磁路被安排彼此獨立。因 電磁體被安排各自的磁路彼此獨立，以便分解獨被磁化以與其 。電磁體無關’並對電磁體順序勵磁以控制轉子運動在—預定方 向。其藉由安觸磁體各自獨立，來處理魏__通的轉換 1333311 干擾效應，使應用至電磁體的能量可被最大有效利用，以儘量減 少妨礙轉子運動的干擾力量。 在Maslov #人於美國專利授權公告號679ΐ222、_〇ν等人 於美國專利授權公告號6891306、陸緯庭於巾華民國專利授權公告 號1276284與上述相射請中，陸緯庭、L等人提出一種無 刷電機’其藉由電樞上各自獨立的電磁龜制安排以處理蛾鄰 線®間的磁通轉換干擾效應，且以沿軸方向翻的場磁極磁 琴鐵與電枢電磁體極對提供了非常集中的磁通分佈，使磁通可以被 •集中在相對大的表面以促成高的力矩。並以感知器偵測場磁極與 雜的相對位置’在不同的時間，分別合宜地控制電樞電磁體極 .對上的線圈電流，來造成電機的平順運轉。為了可獲得更大的總 .有效氣隙表面面積，通過電機電樞電磁體極對的表面和場磁極磁 鐵_應表面增加，以提供更大之磁通分布，並藉由磁通之集中 籲使磁通之分佈被改進。此電機架構的構造藉由增加穿過複數個氣 隙之場磁極磁鐵與相對的電柩電磁體極對之表面面積，使電機構 造提供了在場磁極磁鐵與電樞電磁體兩者間更大的連續磁通產生 路徑，以促使魏集中在姆大的表面上，進—步地增進電機之 高轉矩能力。

Kawai、Masl〇v、陸緯庭等人在專利中確認了磁通的集中與磁 通的盡量利用，與磁通損失與干擾效應的極小化，與更大的總有 效氣隙表面面積’及電機在空間中獲得更佳的幾何學上的平衡， 6 z得電細降冑力_附崎·，已經被描 5=咖巾。_，在衡，電峨件的線圈被 ^ "、’導磁性之核心部分連接細_成的電磁體卻可 隔離力矩但疋’在永久磁鐵通過電磁體時，複數個磁性 電磁體元件形摘外的頓轉力矩，而造成輸出力 矩的脈動，將對電機的操作有不利影響。 一 2無刷電機中，頓轉力矩是使電機的控制性能下降的主因之 缝=少娜力㈣爾缚組，與控 制轉子與疋子間的磁阻變化率。 力矩==技:用::少因電磁體的存在而產生的頓轉 距。但減少電機的磁通將造成輸出的下降。而 的極間間隙沿多動方一序列電磁體 輪想各_，===:間分別對每 母一額相相群組使電機的電樞電流控制變成更複雜。、 在一具有兩組相線圈的兩相電射，兩個相電流均為一交、、， 7 正弦波且是以一 90度相位相互偏移。 在一具有三組相線圈的三相電機中，三個相電流均為一交流 正弦波且是以-12G度相位相互偏移。 為了簡化，本發明參考到最普通的三相電機的三相操作，而 且全部本發明的陳述對多於或少於三相的電機也有效。 一第- A圖為傳統三抵線性電機中電磁力的習知平面圖。圖中 員丁傳、、4—相紐電機在移動方向的各位置上，預定安排作用在 移動方向的每相電磁力Fa、Fb、Fc的平面展開圖因電樞三相麟 圈中的三㈣_，使每相電磁力Fa、⑶、&的合成力f為涛 值，並顯示於圖中。 如上述，三相電機的正確操作是合適的’對三相而言，豆每 相由至少-個感應線圈組成，且必需沿運動方向組成，直到一列 線圈成形；當所有的相以此法被分配時，意即相當多數量的空間 在電機本身的運動方向被佔用。 雖然，傳統上三相電機已顧及平衡㈣考慮，但對需要高力 矩’而移動方向娜卩有_義，可藉由增加更多平行氣隙以 進一步增加有效氣隙表面面積來克服；使賴能在空間增加有限 的狀況下提供更高的力矩。 第- B圖為三相線性電機基礎部件依據習知工藝所作的安 排。在美國專利授權公告號667_中，b耐。_等人提出 種夕相線!·生電機’在第一 B圖中顯示三相線性電機中如何安排; =與机_ 5a、5b、5e，並在每—相_ 圈有120度相位偏蒋吾沾丄 心俏耵於毗鄰綠 的效果.此1Γ 紐，以翻第—㈣所顯示 =_讀，可在觸方向長財__下，藉由增加 更夕的平行氣隙提供更高的 曰 蜀移動的個體。其中，鐵磁性材料的條狀物8可作為沿移 β排列的她鄰磁鐵的磁通回歸路徑，但此種結構會因视鄰之 磁極，造成磁通之集令受到影響。 “此外’鋪轉子蚊預的雖變化率有各麵術；其中， 藉由改交疋子極或轉子極的極表面形狀，並安排定子極表面幾何 形狀和轉子磁齡面幾何形狀彼此相互歪斜Μ鮮衡不想要的 頓轉力矩’已經被S〇gh〇monian等人描述在美 瞻”姻斜安排，可抑制頓轉力矩的大小之:化二 使電機可儘量降低_力_不鄕響1不會不利於無刷電機 原有的磁通集中性能。 考慮到上述描賴問題，本發鴨這魏作原理增益、改進， 並應用至本發明的電機中。 因此，在上述相關申請的各種無刷電機中，有一種需求，就 是降低頓轉力矩對輸出力矩造成脈動。 【發明内容】 本發明的目的是提供一種多相無刷電機，其藉由提供場磁鐵 成員磁性元件的兩磁極極面與電樞成員電磁體元件的成對極極面 1333311 以想要的極面形狀，使場磁鐵成員與電樞成員的極間相互耦合的 磁勢坡度可被預先安排，以控制頓轉力矩為想要的變化；並利用 多相群組的安排，進一步平衡不想要的頓轉力矩，以保障電機特 性中的磁通集中以及磁通損失與干擾效應的極小化幾乎不受， 響。而且，經由-個或更多無刷電機的幫助，而增加電機在三二 二門中更夕的平行軋隙，使電機在有限的移動方向空間條件下， 逛可獲得提供更高力矩輸出或_鋪更多個㈣且各自獨立移 動的個體的利益。 體 本發明的無刷電機具有的電樞成員含複數個磁性隔離的電磁 讀以與複數個含永久磁顯場磁鐵成員相互作用，以獲得磁 =的集中與力量的偶數_，並進—步藉由增加穿過複數個氣隙 的场磁鐵成貞與減的馳成貞的麵表_積，促使力量的更 ’如：MaSi°V等人於美_授權公告號6麵、 Maslov等人於美國專利授權公 127_^號6891裏、_庭於中華民國 寻j娜a 口號1276284與上述相關申請案。 成員Si㈣—目標在提供，_機，其藉_的電樞 本:明目:排二使:多相無刷電機可平衡電機的頓轉力矩。 、$-目標在提供-乡相無刷 _多相安排，與一個或更 助猎= 對需要較小輪出力矩的個體’可在移動 間，以視崎㈣各自物__。 度的工 不赞明的另一目標在提供一夕 ^ "夕相無刷電機，其藉由電機的電

=貝的公安排，與—個或更多無刷電機的幫助，以增加更多 千7隙，使繼在空間增加細狀況下提供更高的力矩。 發明的主要目標在提供—多相無刷電機，其針對無刷電機 ^性具有力嫩细，物、峨關的磁通 6、干擾政應的去除，並使該無刷電機藉由電樞成員的多相群組 安排’與場磁鐵成員磁極極面與對應的電樞成員相應極極面彼此 關聯以相互歪斜，使電機可以相當程度的降低與平衡讎力矩對 輪出力矩造成脈動。 依據遺主要目標，其藉由適當安排場磁鐵成員磁極極面與對 應的電枢成員相應極極面彼此_的幾何配置模式，以控制多相 無刷電機中永久磁鐵與電磁體間頓轉力矩的變化比率，與保持磁 L集中的優點’並達騎—步的平衡轉力矩對輸出力矩的不利 影響。 本發明的另—主要目標在提供—多相無刷電機，為了克服在 沿移動方向上安排有—序列的多相電磁體，使電機在移動方向的 空間有許多被佔用，而對電機在移動方向的空間上同時安排多個 串聯且各自獨立移動的個體不利；其藉由電樞成員的多相安排， /、個或更夕無刷電機的幫助，及場磁鐵成員磁極極面與對應的 電樞成員相應極極面彼此關聯以相互歪斜，使該多相無刷電機可 以相當程度的降低與平衡頓轉力矩對輸出力矩造成脈動，使電機 11 1333311 在移動方向空間有限的條件下，同時安排更多個串聯且各自獨立 移動的個體。 本發明的另-主要目標在提供—多相無刷電機，其藉由電機 電樞成員的夕相安排’與_個或更多無刷電機的幫助，以及場 磁鐵成員磁極極面與對應的電枢成員相應極極面彼此關聯以相互 歪斜’使該多相無刷電機可以相#程度的降低與平衡頓轉力矩對 鲁輪出力矩造觀動；使錢進—步增加有效氣面面積，以在 空間增加有限的狀況下提供更高的力矩。 ' 本發明的另—主要目標在提供-多相無刷電機，其藉由電機 的電樞成員的多相安排’與_個或更多無刷電機的幫助，並增加 .更多的平行氣隙，以及場磁鐵成S雜極面與對應的電樞成員相 .應極極面彼此關聯以相互歪斜；使電機更進一步增加有效氣隙表 面面積，以在空間幾乎不增加的狀況下提供更進一步的高力矩。 本發_另-進—步目標在提供鮮減機，其可被運 作以一旋轉電機或線性電機。 在本發明之後的更進-步具體化展示及描述，並經由澈底地 仔細思考本發明所作之說明，本發明額外的優點，將很快且明顯 地變成易於實施的工藝。當本發明在實際施行之際，本發明可以 有其他各式各樣且不完全-樣的實體化措施；其能僅修整數個本 發明的細節’而不偏離本發明所敘述申請專利細所記載之各項 技術事項的觀點說明’來實行本發明。因而，本發明所作之描述 12 丄叫311 及繪圖僅祇是在此被視為本質上之說明，而非是實際實行之限制。 產業上之利用可能性 本發明之無刷旋轉電機適用於高效率發電機、電動機，可用 於驅動專裝置之引擎，如電動輪椅、電動腳踏車、電動汽車、·· · 等等。 【實施方式】 Φ 第二圖為中華民國專利授權公告號1276284中的無刷電機的 作為轉子的場磁鐵成員與作為定子的電樞成員的例示性剖示圖。 ...在轉子外環83内’轉子上含有沿移動方向排列的複數個含永久磁 -· 鐵51或52的磁性元件，環繞著旋轉軸74之圓周方向以磁場極性 N/S連續交替配置，以構成輪狀的轉子環。而且，形成磁性元件磁 ' 極的每個永久磁鐵在面向氣隙的表面祇顯示出-個單一磁場極 性’並與結合至磁性元件的結合座55内側表面的永久磁鐵背面表 • _磁場極性相反；使作為兩磁極的永久磁鐵的每個磁極極面抵 顯示出一個單-磁場極性並與另—個磁極極面的磁場極性相反， 且每個磁性元件的兩磁極上的永久磁鐵彼此以垂直於移動方向的 間隙分隔。因而’藉由磁性元件的導磁性物質製造的結合座％， 使磁通集中在磁性元件兩磁極的端部。定子上含有沿移動方向排 列的複數個相互間以磁性隔離的含線圈65的電磁體元件，而每個 電磁體元件具有-導磁性之核心部分63連接的成對極61、62，春 電磁體元件上之線圈受到激磁時，其磁通經由電磁體核心部分β 13 1333311 63、成對極6卜62，透過分隔定子及轉子之氣隙2i、^與轉子磁 性元件的兩永久磁鐵5卜52相互間作電磁之交互作用。其中，每 個磁性元件的兩磁極極面彼此在第—個方向上被配置以實質上相 反，且電磁體元件的成對極的每個極沿著移動方向分別隔著各自 的氣隙與雜元件的兩雜其巾之—相應。環繞著旋轉轴的圓周 方向形成定子環的複數個電磁體元件藉由非導磁性物質製造的結 合座組胁定子，使每個定子電韻元件相互_磁路實質上各 自獨立，以處理毗鄰線圈間磁通的轉換干擾效應。 第一圖中，沿移動方向毗鄰的磁性元件相互間無鐵磁性接 觸；而且，沿移動方向毗鄰的磁性元件的極間間隙犯不需完全相 同，以便與定子上之電磁體元件適當的配合；此外，沿移動方向 田比鄰的電磁體元件的極間間隙33不需完全相同，以便經由合宜安 排’降低無刷電機之轉矩脈動，達成所需之平順運轉。此種安排， 使轉子磁性元件配合定子電磁體元件可得到更針的磁通分佈， 以提供更好的無刷電機特性。因而，藉由磁通集中，磁通盡量利 用’磁通損失和轉換干擾效應的極小化，以獲得電機在高力矩輸 出時提供高效率操作。 第三圖為組合三個第二圖的無刷電機沿軸向佈置而得的立體 分解圖。第四A圖為第三圖的無刷電機的部分詳細截面圖。其甲， 三個轉子外環83各自結合三個場磁極成員C1、C2、C3其中之一， 且第三圖中的三個場磁極成員α、C2、e3各自與其相應的電檀成 14 1333311 貝D1、D2、03相對應；作為轉子的場磁鐵成員藉由三個轉子外環 的相互結合，以及組合兩側面的轉子盤8〇，並透過轴承與固定轴 結合；作為定子的電域員職接_絲結合。定子上電磁 體元件藉由結合座69形成定子的—個部分。定子每個電磁體元件 含有一導磁性之核心部分連接的成對極61、62，且有一個線圈防 在定子電铺元件龍㈣分上形成；雜著旋熱之圓周方向 形成定子環的複數個電磁體元件成對極之兩極61、62分別隔著各 自的氣隙與轉子磁性元件的兩永久磁鐵雜5卜52各自相應。當 ；電娜元件之_受魏磁時，其鹤_磁龍㈣分、成^ .極6卜62 ’透過分隔定子及轉子之氣隙與磁性元件的兩永久磁鐵 • 51、52相互間作電磁之交互作用。 在軸上排列複數個極對作為電機組織上之構造，已被描述在 上述專利應用中。 • S進-步的改進’第四B圖為類同於第四a圖的一個改變結 構的。P分詳細截面圖’其組合三個巾華民國申請號隱2觀的 無刷電機的較佳實關沿徑向佈置崎的部分詳峨賴。藉由 增加穿過|^:_性元件兩磁極與相對的電磁體元件賴極的表 面面積，促使磁通集中在相對大的表面上，而磁通分佈也可改進 成更平衡。在作為轉子的場磁鐵成員上，每個磁性元件兩磁極 51cl、52cl、51c2、52c2、51c3、52c3極面不但彼此在第一個方 向上被配置以實質上相反，以及，每個磁性元件兩磁極的每個磁 15 丄幻3311 極極面在第二個方向上具有對應的極面 65c2、65c3 形成定子的一 65c3的電磁體元件藉由定子固定柱6〇lcl 。定子上，含線圈65c卜 柱 601cl 、 601c2 、 601c3 ^疋子的部分，使作為定子的電福成員的電磁體元件成對極 61cl 62c卜61c2、62c2、61c3、62c3的每個極沿移動方向隔著

各自的氣雜對應的磁性元件的兩磁極其中之—相應。因而，磁 性7C件之每個永久麵雜各自具有三個磁場極性制的極面， 使磁性7G件之每個雜的極面各自隔著氣隙奴子成雜之相應 第四C圖為類同於第四A圖的另—改變結構的部分詳細截面 圖，其組合三個中華民國申請號刪47394的無刷電機的較佳實 施例沿軸向佈置而得的部分詳細截關。藉由增加穿過氣隙的磁 性元件兩磁極與姉的電磁體元件成對極的表面面積，促使磁通 集令在相對大的表面上。在作為轉子的場麵成貞上，每個磁性 元件的兩磁極51d、52d極面不但彼此在第一個方向上被配置以實 貝上相反’以及’母個磁性元件兩磁極的每個磁極極面在第二個 方向上具有對應的極面。作较子的賴成貞㈣磁體元件的成 對極61d、62d的每個極沿軸方向隔著各自的氣隙與對應的磁性 元件的兩雜射之—減。因而，雜元件之每個永久磁鐵磁 極各自具有三個磁場極性相同雜面，使雜元件之每個磁極的 極面各自隔著氣隙與定子成對極之相應極_應極面相互作用。 在第四B圖與第四c财，電磁體元件成對極具有約相同的 1333311 極面面積，且磁性元件的兩雜也具有约_的極面面積。雖缺， 藉由導磁性㈣之雜鋪，料的成馳具有約_大小的極 面面積的電磁體元件的極面面積，與轉子的兩磁極具有約相同大 小的極面面積的磁性元件的極面面積不—定要相同；但定子的一 個電磁體7L件的成對極的兩極極面面積與轉子的—個磁性元件的 兩磁極極面面積約相同，可促使定子電磁體树的兩極與轉子磁

性元件的兩磁極上的磁通分布的更平衡，且因平衡效應可達成電 機進一步地幾何學上的平衡需求。 此種安排，由於電機在m帽得更佳的幾何學上平衡與 增加穿過氣_磁性元件兩雜與減電铺元件賴極的絲 面積’而有利於在幾乎不額外增加空間與重量的環境中使用，且 獲得電機的靈活安全運作特性的進一步改進。 、第五圖為為依據第四請的無刷電機的場磁鐵成員磁性元件 兩磁極其中之-磁極極面與相應的電樞成員電磁體元件成對極的 相應極極_部份平面布局的枝圖。财，關性元件磁極極 面的其中之—與相應的電磁體元件_應極極面作為例示說明； 上半部顯示—組補的三個電磁體树的成對極其中之-的極面 61沿移動方向的平面布局；下半部顯示五組相鄰的三個磁性元件 =永久磁鐵極面51沿移動方向的平面布局，沿移動方向她鄰的磁 :件以間隙32分隔。第五圖中，上方的電磁體元件的成對極極 〇上方的磁性元件的永久磁鐵極面相應，中_電磁體元件的 1333311

成對極極面與中間的磁性元件的永久磁鐵極面相應，下方的電磁 體讀的成對極極面與下方的磁性元件的永久磁鐵極面相應，且 電磁體讀相互間以磁性隔離。此種結構，為了驅動作為動子的 =成員鶴，在沿移動方向上，必需安排有—相的多組電磁 一兀件，並對沿移動方向上的電磁體順序勵磁以控制轉子運動在 一預定方向；但在錢運作時，因永久磁鐵通過電韻造成額外 的頓轉力矩’對錢操作有不娜響。她於—個錢電機，此 種三個無刷電機結構的頓轉力矩被累加；，電機在移動方向 上不得不留下許多空間以安排必需的電磁體，造成電機在移動方 向=空間有許多被侧；此種狀況對電機在移動方向的空間上同 時女排多個串聯且各自獨立移動的個體不利。 、第/、A圖為本發明第一實施例的多相無刷電機的場磁鐵成員 磁性元件兩磁極其中之—雜極面與相應的電樞成員電磁體元件 成對極的相應極極面的表面部份平面布局的示意圖。為了要使第 五财的作為動子的電樞成員僅有—組相鄰的三個電磁體元件能 平順移動，第六A圖中顯示雜元件的磁_面61與相應的電磁 體το件的相應極極面51是如何改變第五圖中的磁性元件與相應的 電磁體元件的結構鑛錄據本發鋪衫減刷電機^ 以達成第-A圖中描述的效應。圖中’―多相無刷電機含有一場 磁鐵成員與—馳成員。場磁戦員含有概個具有兩磁極的含 永久磁鐵的雜元件，而每個雜元件兩雜的每舰極極面祇 1333311 顯示出-個單-磁場極性並與另—個磁極極面的磁場極性相反； 電樞成員含有相互間磁性隔離的多相電磁體元件，而每個具有成 對極的含線圈的電磁體元件的每個極都含有各自的極面；其中， 多相電磁體元件與該磁性元件並肩排列，且每個磁性元件的兩磁 極極面彼此在第-個方向上被配置以實f上相反，魏體元件的 成對極的每個極沿著移動方向分職著各自的氣隙與—些磁性元 件的兩磁極其中之-相應。藉由每一相的電磁體元件移動的磁 軌，與其他相的電磁體元件具有不_機魏，以獲縣一相 的電磁體元件不與全部的磁性元件相互作用；且每個磁性元件的 . 兩雜上的永久磁鐵彼此以垂直於㈣方向關隙分隔，與複數 .個磁性元件的每個磁極在沿移動方向排列的_磁性元件磁極， .以磁極極性的連續交替配置^而作為定子的場磁鐵成員以相鄰 的三個磁性元件的雜極面被雜在垂直於義方向上相互偏 移，並在一組相鄰的三個電磁體元件的線圈中加入三相電流，而 每相的電流波形為-正弦_，以使電機獲得基本上為賴的合 成力，而且祇需-組相鄰的三㈣磁體元件即可控制馳成員與 場磁鐵成員在移動方向上以―預定方⑽—相對移.此種偏移 雖可某種程度的降低頓轉力矩的干擾；但永久磁鐵通過電磁體造 成的額外頓轉力矩，仍將干擾電機操作。 第六B圖為本發明第二實施例的多相無刷電機的場磁鐵成員 磁性元件兩磁極其中之-磁極極面與相應的電_員電磁體元件 1333311 成對極的相應極極面的表面部份平面布局的示意圖。第六B圖為 第二圖結構的電機的一個改變結構的磁性元件兩磁極其中之一磁 極極面61與相應的電磁體元件成對極的相應極極面51的表面部 份平面布局的示意圖。圖中’―多相無刷電機含有-場磁鐵成員 與一電枢成員。場磁鐵成員含有沿移動方向排列的複數個具有兩 磁極的含永久磁鐵的磁性元件，而每個磁性元件兩磁極的每個磁 極極面祇顯不出一個單一磁場極性並與另一個磁極極面的磁場極 性相反；賴成貞含有沿移動方向排觸複數個相互間磁性隔離 的具有成對極的含線圈的電磁體元件，而每個電磁體元件成對極 的每個極都含有各自的極面。其中，複數個磁性元件的每個磁極 在沿移動方向排列的毗鄰磁性元件磁極，以磁極極性N/s連續交 替配置，且每個磁性元件的兩磁極極面彼此在第一個方向上被配 置以實貝上相反，而電磁體元件的成對極的每個極沿著移動方向 分別隔著各自的氣隙與該磁性元件的兩磁極其中之一相應。雖 然，沿著移動方向毗鄰的磁性元件間的間隙32不需完全相同，與 沿著移動方向毗鄰的電磁體元件間的間隙33不需完全相同，以便 適當的相互配合，經過合宜安排，來降低無刷電機之轉矩脈動。 但是，電磁體元件的成對極的每個極的極面與磁性元件的兩磁極 其中相應極的極面在空間中以預定的位置相互偏移，與相同的電 磁體元件間的間隙33、相同的磁性元件間的間隙32，並藉由在複 數個電磁體元件的線圈以多相交流電流的流動，而每相的電流波 20 形為一正弦繪圖，使磁性元件與電 β /、罨磁體兀件相互作用，而導致雷 柩成貝與場磁鐵成員在移動方向上 守双冤 預定方向的一相對移動， 以達成第-Α議恤貞。_物 = 控制簡化。在此以三相作為例示。 电％机的

在第二實施例中，為了驅動場磁鐵成員移動，在沿移動方向 上，必需安財-序_相電磁體元件，因而，電機在移動方 向上不得不留下許多空間以安排必需的電磁體元件此狀況造成 電機在鶴方⑽空財許多被佔用，對賴在鷄方向的空間 上同時安排多辦聯且各自獨立__體不利。

第七圖為本發明第三實施例的多相無刷電機的場磁鐵成員磁 性元件兩磁極其中之—磁極極面與相應㈣樞成員電磁體元件成 對極的相應極極_表面部份平面布局的示賴。第間為本發 明第四實施例，類同於第七圖中的平面布局的示意圖的一個改變 結構的部份平面布局的示意圖。圖中顯示垂直於移動方向相鄰的 三個雜元件的雜極面61al除了被鑛在垂餅義方向上相 互偏移’而且與相應的電磁體元件的相應極極面51還具有歪斜關 聯，此種歪斜安排，可抑綱轉力矩的大小之變化㈣，以進一 步降低頓轉力矩對電機運轉的干擾。 在第七圖與第八圖中，當電磁體的極面邊緣在接近或離開永 久磁鐵的極面邊緣時，_互作㈣極面邊緣相互歪斜關聯，使 作用在電磁體與永久磁鐵的額外頓轉力矩的變動不會突變，而相 21 丄 333311 當程度的降低關外讎力矩造成的電_動；齡此種歪斜安 排，可以緩和電磁體與永久磁鐵的額外頓轉力矩的變動，而配合 相鄰的三個電磁體元件使相鄰的三個磁性元件的磁極極面在垂直 於移動方向上相互偏移，可使頓轉力矩因相互抵消而進一步平穩 頓轉力矩的變動。 如第三、第四實施例，相鄰的三個電磁體元件的線圈中加入 二相電流，可使電機獲得基本上為定值的合成力。此狀況有利於 電機在移動方向的空間上同時安排多個串聯且各自獨立移動的個 體。 第九圖為本發明第五實施例，類同於第八圖中的平面布局的 示心圖的另一改變結構的部份平面布局的示意圖。圖中顯示相鄰 的三個電磁體元件的極面51被安排在垂直於移動方向上相互偏 移，而相鄰的二個磁性元件的磁極極面6iai則在垂直於移動方向 上排列且與相應的電磁體元件的相應極極面歪斜關聯。 第八圖與第九圖的實施例提供的多相無刷電機，其沿移動方 向Btb鄰的電磁體元件_ 33彳械鄰的電磁體元件相互間無鐵 磁性接觸’叫減鄰賴_磁㈣換干擾效應；而沿移動方 向础鄰的磁性元件間的_32使轉的磁性元件相互間以磁性隔 離’可使磁極磁通分佈更平坦。其中，料多動方向排列的多組具 有成對極的電磁體元件相互間以磁性隔離，且每一相含線圈的電 磁體元件移動的磁執，與其他相含線圈的電磁體元件具有不同的 22 1333311 移動磁軌’以使每一相含線圈的電磁體元件不與全部的磁性元件 相互作用。第四與第五實施例在相同的輸入下獲得相同的輸出特 性。而且，對需求高力矩的很多應用來說，無論如何，空間都是 有限的，此種安排’可使電機能在相同空間的限制下提供更高且 平順的輸出。 第十圖為本發明第六實施例’類同於第七圖中的平面布局的 示意圖的一個改變結構的部份平面布局的示意圖。第三實施例的 電磁體元件成對極極面被改變成第六實施例的此種幾何配置模 式，可作為平緩與改變電磁體元件與磁性元件間的磁阻變化率的 另一種選擇。如第十圖的例示，電磁體元件成對極的一極面HU 與磁性元件兩磁極的一極面61，在它們各自面向氣隙的表面上有 各自相同的幾何配置模式。第六實施例中，每個電磁體元件成對 極的兩極極面與每個磁性元件兩磁極的兩極極面，在它們面向氣 隙的表面上有各自相同的幾何配置模式（未顯示），使磁性元件 兩磁極的兩極極面與相應電磁體元件的相應極極面具有與前述每 施例不同的歪斜關聯。此不同狀況的歪斜關聯改變，仍具有平緩 電磁體元件與磁性元件間的頓轉力矩變化率的功效，且與前述實 施例具有不同的頓轉力矩變化率。 第十一圖為本發明第七實施例的電樞成員的部份立體分解 圖。第十二圖為第十-圖結構的電柩成員的部份立體分解圖的組 合圖。第七實施例中，如同第四B圖或第四⑽的無刷電機藉 23 1333311 由增加穿過氣_磁性元件兩雜與相應電元件成對極的極 面面積’促使磁通集中在相對大的表面上；因而，每個磁性元件 兩磁極的每個磁極極面在第二個方向上具有對應的極面，使磁性 元件之兩磁極之每條各自具有約呈U形極面（未顯示）。此外， 在第七實施射，類似第-實__示鶴，場磁鐵成員以相 鄰的三個磁性元件的磁極極面被安排在垂直於移動方向上相互偏 移。其中’沿著移動方向·的多組具有成對極的電磁體元件相 互間以磁性隔離’且藉由每-相的電磁航件移動的磁執，就 他相的電補元件具林_軸磁軌，以使每相含線圈㈣磁 體元件不與全部磁性元件相互侧；且在相_三個電磁體元件 的線圈中加入三相電流’以控制動子運動在一預定方向（未顯 不）。—為了配合磁性元件的磁極極面，電樞成料電磁體元件成對 極的每個橢圓形極_、52al極面彼此在第—個方向上被配置以 實質上相反，且每個橢圓形極極面在第二個方向上具有極面盘相 應的磁性元件磁極極面對應；電磁體元件在第二個方向上的極面 側邊的圓弧弧面有-斜面以供組裝時與非導磁性材料形成的固接 板咖契合。每個固接板611al可形容成兩個相同部件之組成， 母個部件為約成同心圓弧且兩側側邊具有彎曲圓弧的長條形片 t將兩個相同長條形片體部件的末端結合，而在長條形片體結 2孔糊aa可作為在第二個方向上對應的兩個固接板相互 ^傳、、_定方式固定。固定元件611ab即為此種表^在组裝 24 時’母個長條形片體兩側側邊的彎曲圓5瓜弧面的斜面與電磁體元 件在弟一個方向上的極面側邊的圓弧弧面的斜面配合。固接板上 之孔洞可作為兩相鄰接的固接板相互間之結合’並藉由支樓柱的 幫助的幫助’使複數個電磁體元件沿移動方向配置以形成電樞成 員。如第十一與第十二圖中的例示。 第七實施例中，藉由穿過氣隙的場磁鐵成員兩磁極與相應的 電樞成員成對極的極面表面面積的額外增加，可促使磁通集中在 相對大的表面上，來進一步地增進無刷電機的高輸出能力；同時 藉由增加多相無刷電機的額外極面，使磁性元件的兩永久磁鐵磁 極極面具有相同大小的極面積，以及電磁體元件成對極的兩極極 面積大小相同，提供了額外的構造優點。此種改進使電機可獲得 具有均衡磁通分布的兩極，也可改善因幾何學上之不平衡而產生 的不佳效應。 第四、第五與第七實施例巾’相同尺寸的電磁體元件極面與 相同尺寸的雜元件極面會因賴力矩的作用而傾向移動動子到 個平衡位置，且因多組電磁體元件而加大頓轉力矩的不利影 曰“、、:而，在輸入二相電流不變的條件下，為了使電磁體元件與 磁性元件間的雜極小化，可藉由鑛每組磁體元件的極面與其 他組磁體元件雜面，相對於各自減的磁性元件的極面具有不 同狀况的歪斜獅’藉由不同狀⑽歪側聯造成不同的頓轉力 矩變化率，降低因多組電磁體元件而增大的頓轉力矩。當然，也 25 1333311 可安排每組電磁體元件的極面尺寸與其他組電磁體元件的極面尺 寸的差異’以及每組磁性元件的極面尺寸其他_性元件的極面 尺寸也可彼此不同，以降低頓轉力矩（未顯示）。 在第二實施例中，在輪入三相電流不變的條件下為了使電 磁體元件與雜元制⑽崎小化，謂由麵每組磁體元件 的極面與其他組磁體元件的極面，相對於各自相應的磁性元件的 極面具有關肢賴侧聯，勤料__她變化率， 降低因多組電磁體元件而增大的頓轉力矩（未顯示）。當缺，也可 如七實施例的例示’融額外增加在第二财向上的穿過氣隙的 磁性兀件的極面與相應的電韻元件的極面，以獲得穿過氣隙的 场磁鐵成員磁極與相應的電枢賴的表面面躺額外增加，而促 使=通集中在相對大的表面上，來進—步地增進多相無刷電機的 南輸出能力（未顯示）。 =十三A至第十u圖為依據本發明的多相無刷電機的電磁 K成對極與雜兀件兩雜雜面部份的各種配置的平面布 局實歸彳。在财各種獨形態的幾何配置模式可作為電磁體元 件成對極的極面與磁性元件兩磁極的極面表面幾何模式的選擇， 如第十圖的第六實施例與第七圖的第三實施例相互間替換的例 2在第十至第十三1财，各種不同形態的幾何配置模式 可Γ電蝴元件與雜元件辦有不舰⑽歪斜關 y，適宜的匹配，以獲得想要的電磁體元件與磁性元件間 26 1333311 的磁阻變化率。顯示在第十三4至第十三L圖中的各種形態的幾 何配置模式可藉由粉末材質的軟性鐵吨料製造，圖中各種形態 的幾何配置模式祇是作為例示而非作為限制。 本發明可應用於發電機與電動機的同步類型的多相無刷旋轉 電機，以及同步類型的多相無刷線性電機；其中，同步類型的多 相無刷電機可為永久磁_核是錢電流激磁型式。

雖然場磁鐵成員磁性元件與電樞成員電磁體元件之特定數目 被例示在财’但本發明之具體化實現時，可依需求安排實際數 目’以使符合設計所需之要求^而且，對於場磁鐵成員或是馳 ▲成員任何-者Μ，其顺成元件的尺竹贱格化之製造，使 此有利於製造簡化。本發明之料無刷電機可降低轉力矩對輸 出力矩造成猶，並使電機在有限的移動方向空間條件下，還可 =供Γ力咖觸竭胸動的個體 、，貝際上也使多相無刷電機易於操控。 在本發明的各種實施财，在多麵刷賴上 作為固定雜it件料射_導 , #r7, _材枓形成，使沿著移動 方向·的磁性元件相互間無鐵磁性_; 磁性的#姓m 得于外圈83由非導 通因供了在場磁鐵成員磁極上更平括的磁 通分佈；使得顧的針、磁通的儘 X十一的磁 轉換干播㈣與盡可能降低磁通的 =矣干擾效應之達成，以獲得在高力矩 無刷電機的運作。 听供阿麟之多相 27 在_之所有的實施例中，在多相 座tv由^ ，从料無職_雖元件的形結合 變.雖的材料形鱗’也會對磁通之針有不利影 電機之運轉控制並無不同，健能獲得多她 刷旋轉電機之可用的運轉。 …、 别相各種實行之形態，係作為一例示來間明本發明，但本 發明並不受·等魏賴之_。雖穌發紅例示為一個在 内的電樞成員經由-個在外的場磁鐵成員所包圍環繞，但這些結 構也能被反置，以至於場磁鐵成倾電樞成員所包圍環繞。此外， 本發明也可有其财_實施，衫轉_代單娜圈；增加 更多的平行線圈而祇有較少的相電流數目；相電流相互偏移的相 位不平衡’如.二相電流非以—12G度相位相互偏移；等等。在 本次公開巾，僅祇顯示且描述本發明少量的各式各樣的一些例 不本發明成夠應用在各式各樣的其他组合及環境中，而且能夠 在不超過類似於上述說明之本發明概念的範關改變或修正。 【圖式簡單說明】 本發明之賴補是關子來完成，而非經由關來敘述， 在清圖中的相似元件以相似參考數字表示；本發明的例示圖中所 t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，並非作為限制。將本發明的少量一些實施形態，以 28 1333311 隨後繪圖例示’說明如下： 第- A圖為傳統三相線性電機中電磁力的習知平面圖。 第-B圖為三相線性電機基礎部件依據習知工藝所作的安排。 第二圖為中華民國中請號_23G56中的無刷電機的作為轉 子的場磁鐵成員與作较子的電樞成s的例示性剖示圖。 第二圖為組合二個第二圖的無刷電機沿軸向佈置而得的立體 分解圖。 第四A圖為第三圖的無刷電機的部分詳細戴面圖。 第四B圖為類同於第四A圖的一個改變結構的部分詳細戴面 圖’其組合三個中軌國巾請號_23056的無刷電機的較佳實 施例沿徑向佈置而得的部分詳細截面圖。 、 第四C圖為_於第四A _另—改變結構的部分詳細戴面 圖’其組合三個中華民國申請號〇94147394的無刷電機的較佳實 施例沿軸向佈置而得的部分詳細截面圖。 第五圖為為依據第四A圖的無刷電機的場磁鐵成員磁性元件 兩磁極其中之-磁極極面與相應的電枢成員電磁體元件成對極的 相應極極面的部份平面布局的示意圖。 第六A圖為本發明第一實施例的多相無刷電機的場磁鐵成員 磁性兀件兩磁極其中之—磁極極面與相應的電樞成員電磁體元件 成對極的相絲極面的表面雜平面布局的示意圖。 第六B圖為本發明第二實施例的多相無刷電機的場磁鐵成員 29 七圖為本發明第三實施例的多相無刷電機的場磁鐵成員磁 几件兩磁極其中之一磁極極面與相應的電樞成員電磁體元件成 對極的相應極極面的表面部份平面布局的示意圖。 第八圖為本發抑四實施例，_於第七财的平面布局的 示意圖的—個改變結構的部份平面布局的示意圖。 一立第九_本發明第五實施例’類同於第人圖中的平面布局的 不意圖的另一改變結構的部份平面布局的示意圖。 第十圖為本發明第六實闕，綱於第七圖巾的平面布局的 示意圖的一個改變結構的部份平面布局的示意圖。 第十一圖為本發明第七實施例的電樞成員的部份立體分解 圖。 第十二圖為第十—®結構的電柩成貞的部份立體分解圖的組 合圖。 。 第十二Α至第十三L圖為依據本發明的多相無刷電機的電磁 體元件成對極與磁性元件兩磁極的極面部份的各種配置的平面布 局實施例。 【主要元件符號說明】 相線圈5a、5b、5e 磁鐵6 條狀物8 合成力F 每相電磁力Fa、Fb、Fc 1333311 轉子外環83 旋轉軸74 永久磁鐵 51、52、51c卜 52cl、51c2、52c2、51c3、52c3、 51d、52d、51a卜 52al 磁性元件的結合座55 電磁體元件核心部分63 電磁體元件成對極 61、62、61cl、62cl、61c2、62c2、61c3、 62c3 ' 61d、62d、61al 電磁體成員之線圈65、65cl、65c2、65c3 分隔定子及轉子之氣隙21、22 沿移動方向毗鄰的磁性元件的極間間隙32 沿移動方向毗鄰的電磁體元件的極間間隙33 場磁極成員Cl、C2、C3 電樞成員Dl、D2、D3 轉子盤80 電磁體元件的結合座69 定子固定柱 601cl、601c2、601c3 固接板611al 固接板在長條形片體結合處的孔洞611aa 固定元件611ab 31

Claims (1)

1. 十、申請專利範® i、一種多相無刷電機，含有： 個场磁鐵成員，含有複數個具有兩磁極的磁性元件，而該 每個磁性疋件兩磁極的每個磁極極面祇顯示出一個單一磁場 極性並與另一個磁極極面的磁場極性相反； 一個電樞成員’含有相互間磁性隔離的多相電磁體元件，而 • 該每個具有成對極的含、_的電磁體元件的每個極都含有各 自的極面；其中， 衫相電元件與制性元件並肩剩，且縣個磁性元 : 件的兩磁極極面彼此在第一個方向上被配置以實質上相反， _顧元件的鑛㈣每個極沿著機方向分職著各自 的氣隙與—些該磁性元件的兩磁極其中之—相應；並且， 藉由在該複數個電磁體元件的線圈以多相交流電流的流動， • 使該電磁體元件與相關的該磁性元件相互作用，而導致該電 樞成員與該場磁鐵成員在移動方向上的—相對移動。 2·如申請專利細第i項的多相無刷電機，其中每—相的電磁體 凡件移動的魏，與频_電麵元件具林同的移動磁 軌。 3. 如申請專利範圍第i項的多相無刷電機，其中每—相的電磁體 元件不與全部的磁性元件相互作用。 4. 如申請專利範圍第i項的多相無刷電機，其中該每個磁性元件 32 1333311 兩磁極的每個磁極極面在第二個方向上具有對應的極面。 5·如申請專利翻第1棚多相無刷賴，其巾該沿著移動方向 晚鄰的磁性元件相互間無鐵磁性接觸。 6. 如申請專利範圍第i項的多相無刷電機，其中該複數個磁性元 件的每個磁極在沿移動方向排列的毗鄰磁性元件磁極，以磁極 極性N/S連續交替配置。 7. 如申請專利範圍第丨項❹相無刷賴，其巾該每個磁性元件 具有以導_材料形成的結合座；且有永久磁鐵安置在每個磁 性元件的結合座的内側表面，以形成磁性元件的兩磁極；而形 成磁性元件磁極的每個永久磁鐵在面向氣隙的表面祇顯示出 一個單-磁場極性，並與結合漏性元件的結合座_表面的 永久磁鐵背面表面的磁場極性相反。 8. 如申請專利範圍第7項的多相無刷電機，其中該每個磁性元件 的兩磁極上的永久磁鐵彼此以垂直於移動方向的間隙分隔。 9. 如申請專利範圍第7項的多相無刷電機，其中該場磁鐵成員磁 性兀件的結合座部分可由非導磁性的材料形成。 10. 如申請專利範園第1項的多相無刷電機，其中該電樞成員的 每個電磁體元件成對極兩極的每個極各自具有約相同大小的 極面面積，而該場磁鐵成員的每個磁性元件兩磁極的每個極 的極面面積也各自具有約相同大小。 11.如申請專利範圍第1G項的線性電機，其中該電磁體元件成對 33 極的兩極極面面積與該相應的磁性元件兩磁極極面面積約相 同0 12·如申請專利範圍第1項的多相無刷電機，其中該電磁體元件 的成對極的每個極的極面與該磁性元件的兩磁極其中相應極 的極面相互歪斜。 13. 如申請專利範圍第12項的多相無刷電機，其中該每個電磁體 元件成對極的極面與該每個磁性元件兩磁極的極面，在其各 自面向氣隙的表面上有相同的幾何配置模式。 14. 一種多相無刷電機，含有： 一個場磁鐵成貞，含有沿移動方向排舰複數個具有兩磁極 的磁!·生元件，而該每個磁性元件兩磁極的每個磁極極面祇顯 不出一個單一磁場極性並與另一個磁極極面的磁場極性相 反； 一個電樞成員’含有沿移動方向排列的複數個相互間磁性隔 離的具有成對極的含賴的電磁體元件，而該每個電磁體元 件成對極的每個極都含有各自的極面；其中， 該每個磁性元件的兩磁極極面彼此在第一個方向上被配置以 實質上相反，且該電磁體元件的紐極的每個極沿著移動方 向分別隔著各自的氣隙與該磁性元件的兩磁極其中之一相 應；並且， 該電磁體元件的賴極的每個極的極面與該雜元件的兩磁 34 1333311 極其中相應極的極面相互歪斜，藉由在該複數個電磁體元件 的線圈以多被流電流麟動，使該電顧元件與相關的該 磁性几件相互作用，而導致該電樞成員與該場磁鐵成員在移 動方向上的一相對移動。 15.如申請專利範圍第丨4項的多相無刷電機，其中該複數個磁性 元件的每個磁極在沿移動方向排列的眺鄰磁性元件磁極，以磁 極極性N/S連續交替配置。 16. 如申請專利翻第14 多相無刷電機，射其巾該沿著移 動方向毗鄰的磁性元件相互間無鐵磁性接觸。 17. 如申請專利範圍第14項的多相無刷電機，其中該每個磁性元 件具有以導雜材料形成的結合座；且有永久磁鐵安置在每個 磁性元件的結合座的_表面，以形成磁性元件的兩磁極；而 形成磁性元件磁極的每個永久磁鐵在面向氣隙的表面祇顯示 出一個單一磁場樹生，並與結合至磁性元件的結合座内側表面 的永久磁鐵背面表面的磁場極性相反。 18·如申請專利範圍第14項的多相無刷電機，其中該每個磁性元 件兩磁極的每個磁極極面在第二個方向上具有對應的極面。 19.如申請專利範圍第14項❹相無刷錢，每個電磁體元件成 對極的極面與每個磁性元件兩磁極的極面，在它們各自面向氣 隙的表面上有相同的幾何配置模式。 35