TWI644500B - Magnetic pole offset electric device with magnetic gap - Google Patents

Abstract

本發明係指一種具磁隙之磁極錯位電動裝置，其具有一感應組，且於該感應組兩側分設有可同步相對運動之一第一磁組及一第二磁組，其中第一磁組係由二個或二個以上呈垂直運動方向充磁、且同極排列之第一磁性件以等距間隔串接而成，而兩兩相鄰之第一磁性件間並具有一磁隙，又第二磁組係由二個或二個以上呈垂直運動方向充磁、且同極排列之第二磁性件以等距間隔串接而成，而兩兩相鄰之第二磁性件間並具有一磁隙，且第二磁性件並與第一磁性件呈相同磁極相對、且錯位排列，又感應組與第一磁組、第二磁組間設有一供選擇性對感應組給電與否之給電開關組，藉此，其能利用第一、二磁組兩者之磁力線的磁流流向及相對壓縮形成一與運動方向平行的磁束，使於對應區域內磁力線少於切割線圈件，弱化感應電動勢，而能降低輸入電力，且給電驅動時並感應增生雙磁助，可供提高輸出動力，進而提升其能源轉換效率。

Description

具磁隙之磁極錯位電動裝置

本發明隸屬一種電動機之技術領域，具體而言係指一種能降低感應電動勢、增進旋轉速率的具磁隙之磁極錯位電動裝置，藉以能輸入小電力驅動，以減少能源損耗，同時可以增生雙磁助，提高輸出動力，從而提升其能源轉換效率。

按，一般電動裝置係由可相對旋轉運動之線圈及磁性件所構成，其中以線圈作為定子，而以磁性件作為轉子，透過對線圈的間歇性給電，使線圈被磁化，而與作為轉子之磁性件產生相斥與相吸的磁力作用，進而驅動轉子高速旋轉。

由於電動裝置在運作時，係採間歇性給電方式，透過擷取需要的磁作用力，來驅動該轉子，但現有電動裝置受到其線圈與磁性件配置的影響，在暫停供電的瞬間，線圈仍然會受到慣性轉動中的磁性件切割，而產生感應電動勢，使線圈與磁性件間生成磁吸力，因此現有電動裝置的設計上，需要大的輸入電力才足以驅動，造成不必要的能源損耗。

換言之，由於現有電動裝置受到磁力線切割，而增生感應電動勢的影響，因此存在有驅動的輸入電力大，且受磁阻力影響形成輸出動力小的問題，因此如能有效降低給電時的內部感應電動勢，以及增生給電時激磁的磁助力，則將可以產生低輸 入、高輸出之效果，從而提升能源轉換之效率，故如何達成此一目的，係業界所亟待開發者。

有鑑於此，本發明人乃針對前述現有電動裝置在應用上所面臨的問題深入探討，並藉由多年從事相關產業之研發經驗，積極尋求解決之道，經不斷努力的研究與試作，終於成功的開發出一種具磁隙之磁極錯位電動裝置，藉以克服現有者因大感應電動勢及高動能損耗所造成能源轉換低落的窘境。

因此，本發明之主要目的係在提供一種具磁隙之磁極錯位電動裝置，藉以能降低感應電動勢，達到可輸入小驅動電力，進一步提升其能源轉換效率。

又，本發明之主要目的係在提供一種具磁隙之磁極錯位電動裝置，其能增大順向磁助力，而有效增進運轉速度，達到可提高其輸出動力，進一步提升其能源轉換效率。

基於此，本發明主要係透過下列的技術手段，來實現前述之目的及其功效，該電動裝置具有一感應組，且於該感應組兩側分設有一第一磁組與一第二磁組，其中第一、二磁組可同步與感應組相對運動，且該感應組與該第一、二磁組間設有一供選擇性操控感應組與一電源是否連通給電之給電開關組：所述之感應組係由一或一個以上之線圈件所組成，各該線圈件具有一以垂直運動方向延伸之導磁體及至少一環設於該導磁體之線圈所構成，且各該線圈件之線圈並分別連接一給電電源；而所述之第一磁組係由二個或二個以上之等長第 一磁性件串接而成，又各該第一磁性件係呈垂直運動方向充磁，且第一磁性件以同極磁極對應感應組，再者第一磁組之兩兩相鄰第一磁性件間分別形成有一磁隙，該磁隙之長度小於等於1.5倍第一磁性件、且大於等於0.5倍第一磁性件；另所述之第二磁組係由二個或二個以上之等長第二磁性件串接而成，且各該第二磁性件與前述第一磁性件等長，又各該第二磁性件係呈垂直運動方向充磁，而第二磁性件以同極磁極對應感應組，且第一、二磁組之第一、二磁性件對應感應組的磁極呈同極相對，再者第二磁組之兩兩相鄰第二磁性件間分別形成有一磁隙，該磁隙與第一磁阻之磁隙等長，且第二磁性件中心點位置對應第一磁組中相對第一磁性件之一端側緣，令第二磁組之第二磁性件與第一磁組之第一磁性件係呈相對之等距錯位狀，而第一、二磁組之各相對第一、二磁性件間分別具有一重疊區；至於，所述之給電開關組係由至少一通路開關、至少一斷路開關、至少一通路感應元件及至少一斷路感應元件所構成，而該通路開關與該通路感應元件分設於該重疊區相對運動方向進入感應組的一端中最先接觸線圈件的第一磁組一側，且其中通路開關設於感應組之線圈件對應第一磁組一端中央，而其中通路感應元件設於第一磁性件對應感應組一端中央，再者該斷路開關與該斷路感應元件分設於重疊區相對運動方向離開感應組的一端最後脫離的第二磁阻一側，又其中斷路開關設於感應組之線圈件對應第二磁組一端中央，而斷路感應元件則設於第二磁性件對應感應組一端中央。

藉此，本發明之具磁隙之磁極錯位電動裝置透過前述技術手段的具體實現，其能利用第一、二磁組兩者之磁力線的磁流流向及相對壓縮形成一與運動方向平行的磁束，使於重疊區內少於切割線圈件之現象，以弱化感應電動勢，而能降低輸入電力，且給電驅動時並感應增大雙磁助，可供提高輸出動力，進而提升其能源轉換效率，故能大幅增進其附加價值，並提高其經濟效益。

為使 貴審查委員能進一步了解本發明的構成、特徵及其他目的，以下乃舉本發明之若干較佳實施例，並配合圖式詳細說明如後，同時讓熟悉該項技術領域者能夠具體實施。

(10)‧‧‧感應組

(100)‧‧‧靜盤

(11)‧‧‧線圈件

(12)‧‧‧導磁體

(15)‧‧‧線圈

(20)‧‧‧第一磁組

(200)‧‧‧動盤

(21)‧‧‧第一磁性件

(25)‧‧‧磁隙

(30)‧‧‧第二磁組

(300)‧‧‧動盤

(31)‧‧‧第二磁性件

(35)‧‧‧磁隙

(40)‧‧‧給電開關組

(41)‧‧‧通路開關

(42)‧‧‧斷路開關

(45)‧‧‧通路感應元件

(46)‧‧‧斷路感應元件

(500)‧‧‧旋轉軸

第1圖：係本發明具磁隙之磁極錯位電動裝置第一實施例的架構示意圖。

第2圖：係本發明具磁隙之磁極錯位電動裝置第一實施例的磁力線流動示意圖。

第3圖：係本發明具磁隙之磁極錯位電動裝置第一實施例的使用狀態示意圖。

第4圖：係本發明具磁隙之磁極錯位電動裝置第一實施例的給電動作示意圖。

第5圖：係本發明具磁隙之磁極錯位電動裝置第一實施例的不給電動作示意圖。

第6圖：係本發明具磁隙之磁極錯位電動裝置第二實施例的架構示意圖。

第7圖：係本發明具磁隙之磁極錯位電動裝置第二實施例的磁力線流動示意圖。

第8圖：係本發明具磁隙之磁極錯位電動裝置第二實施例的使用狀態示意圖。

第9圖：係本發明具磁隙之磁極錯位電動裝置第二實施例的給電動作示意圖。

第10圖：係本發明具磁隙之磁極錯位電動裝置第二實施例的不給電動作示意圖。

本發明係一種具磁隙之磁極錯位電動裝置，隨附圖例示之本發明的具體實施例及其構件中，所有關於前與後、左與右、頂部與底部、上部與下部、以及水平與垂直的參考，僅用於方便進行描述，並非限制本發明，亦非將其構件限制於任何位置或空間方向。圖式與說明書中所指定的尺寸，當可在不離開本發明之申請專利範圍內，根據本發明之具體實施例的設計與需求而進行變化。

本發明之具磁隙之磁極錯位電動裝置的構成，係如第1、6圖所示，其具有一感應組(10)，且於該感應組(10)兩側分設有錯位、且局部重疊之一第一磁組(20)與一第二磁組(30)，且第一、二磁組(20、30)可同步與感應組(10)相對運動，再者該感應組(10)與該第一磁組(20)、該第二磁組(30)間設有一給電開關組(40)，而該給電開關組(40)可供選擇性操控該感應組(10)是否連接電源進行給電動作，供間歇性驅動第一、二磁組(20、30)與感應組(10)相對運動； 而本發明具磁隙之磁極錯位電動裝置不同實施例的詳細構成，其中第1、6圖分別為第一、二實施例的架構示意圖、而第2、7圖分別為第一、二實施例的磁力線流動示意圖、以及第3、8圖分別為第一、二實施例的使用狀態示意圖，其中該感應組(10)可以被定義為定子，而第一、二磁組(20、30)則被定義為轉子；所述之感應組(10)係設於一靜盤(100)上，且該感應組(10)係由一或一個以上設於靜盤(100)之線圈件(11)所組成，各該線圈件(11)具有一以垂直運動方向延伸之導磁體(12)及至少一環設於該導磁體(12)之線圈(15)所構成，而各該線圈件(11)之線圈(15)並分別連接一給電電源【圖中未示】，用以當電源與線圈件(11)之線圈(15)導通給電時，可使線圈件(11)被磁化、且形成垂直運動方向充磁之狀態，而令線圈件(11)兩端磁極相對第一、二磁組(20、30)產生磁作用力，並驅動第一、二磁組(20、30)同步相對感應組(10)運動；而所述之第一磁組(20)係設於一動盤(200)上，該第一磁組(20)係由二個或二個以上設於該動盤(200)之等長第一磁性件(21)串接而成，且各該第一磁性件(21)係呈垂直運動方向充磁，使第一磁性件(21)中垂直運動方向的兩端分別形成N極或S極之磁極，又第一磁組(20)之兩兩相鄰第一磁性件(21)間分別形成有一磁隙(25)，該磁隙(25)之長度小於等於1.5倍第一磁性件(21)、且大於等於0.5倍第一磁性件(21)，本實施例中以磁隙(25)長度等於第一磁性件(21)長 度為最佳實施例；另所述之第二磁組(30)係設於一動盤(300)上，該第二磁組(30)係由二個或二個以上設於該動盤(300)之等長第二磁性件(31)串接而成，且各該第二磁性件(31)與前述第一磁性件(21)等長，又各該第二磁性件(31)係呈垂直運動方向充磁，使第二磁性件(31)中垂直運動方向的兩端分別形成N極或S極之磁極，且第一、二磁組(20、30)之第一、二磁性件(21、31)對應感應組(10)的磁極呈同極相對，例如分別以第一、二磁性件(21、31)的N極對應感應組(10)【如第1~3圖所示】或第一、二磁性件(21、31)之S極對應感應組(10)【如第6~8圖所示】為實施例，再者第二磁組(30)之兩兩相鄰第二磁性件(31)間分別形成有一磁隙(35)，該磁隙(35)並與第一磁阻(20)之磁隙(25)等長度，且第二磁組(30)之第二磁性件(31)與第一磁組(20)之第一磁性件(21)係呈相對之等距錯位狀，令第二磁性件(31)中心點位置對應第一磁組(20)中相對第一磁性件(21)之一端側緣，而令第一、二磁組(20、30)之各相對第一、二磁性件(21、31)間分別具有一重疊區(A)，可使其磁力線如第2、7圖所示，由於磁力線係分別由第一、二磁性件(21、31)的N極磁極流向S極磁極，因此第一、二磁性件(21、31)重疊區(A)內兩側的磁力線分別呈逆向衝突，而使重疊區(A)內幾無磁力線流動，另又因第一、二磁性件(21、31)間同極相對排列，故產生相互壓縮之磁束；至於，所述之給電開關組(40)係由至少一通路開關(41)、至少一斷路開關(42)、至少一通路感應元件(45)及 至少一斷路感應元件(46)所構成，如第1、6圖所示，該給電開關組(40)之通路開關(41)與通路感應元件(45)分設於第一、二磁組(20、30)之第一、二磁性件(21、31)的重疊區(A)相對運動方向進入感應組(10)的一端中最先接觸線圈件(11)的一側【如第1~3圖之第一磁組(20)的第一磁性件(21)一側、又或第6~8圖之第二磁組(30)的第二磁性件(31)一側】，且其中通路開關(41)設於感應組(10)之線圈件(11)對應第一磁組(20)【如第1圖所示】或第二磁組(30)【如第6圖所示】一端中央，而其中通路感應元件(45)設於第一磁性件(21)【如第1圖所示】或第二磁性件(31)【如第6圖所示】對應感應組(10)一端中央；再者該給電開關組(40)之斷路開關(42)與斷路感應元件(46)分設於第一、二磁組(20、30)之第一、二磁性件(21、31)的重疊區(A)相對運動方向離開感應組(10)的一端最後脫離的一側【如第1~3圖之第二磁組(30)的第二磁性件(31)、又或第6~8圖之第一磁組(20)的第一磁性件(21)】，又其中斷路開關(42)設於感應組(10)之線圈件(11)對應第二磁組(30)【如第1圖所示】或第一磁組(20)【如第6圖所示】一端中央，而斷路感應元件(46)則設於第二磁性件(31)【如第1圖所示】或第一磁性件(21)【如第6圖所示】對應感應組(10)一端中央，供感應組(10)之各該線圈件(11)上的通路開關(41)於檢知設於該相對第一磁性件(21)【如第4圖所示】或第二磁性件(31)【如第9圖所示】上的通路感應元件(45)時，令線圈件(11)的線圈(15)與電源導通形成給電狀態，且當線圈件(11)斷路開關(42)於檢知設 於該相對第二磁性件(31)【如第5圖所示】或第一磁性件(21)【如第10圖所示】之斷路感應元件(46)時，令線圈件(11)的線圈(15)與電源斷路而形成不給電狀態；藉此，組構成一可降低感應電動勢、且具雙磁助之具磁隙之磁極錯位電動裝置者。

至於本發明電動裝置之第一、二實施例於實際使用時，其係如第3、8圖所揭示者，其係於一旋轉軸(500)上樞設有感應組(10)之靜盤(100)，且於靜盤(100)兩側等距固設有第一、二磁組(20、30)之動盤(200、300)，使第一、二磁組(20、30)之動盤(200、300)可同步相對感應組(10)之靜盤(100)高速旋轉；而由於第一、二磁組(20、30)係呈垂直運動方向充磁之第一、二磁性件(21、31)等距錯位設置，因此第一、二磁性件(21、31)之磁力線在重疊區(A)內的兩側呈逆向狀【如第2、7圖所示】，使重疊區(A)內之磁力線數量因衝突、抗流而稀疏，且因第一、二磁性件(21、31)間呈同極相對排列，磁力線相互壓縮成磁束，此時感應組(10)之線圈件(11)線圈(15)為給電驅動狀態，將可降低其輸入電力，且當感應組(10)線圈件(11)之線圈(15)給電磁化後，可增生雙磁助力，故其給電驅動時為兼可降低其輸入電力且可提供高輸出動力；因此，當第一、二磁組(20、30)同步相對感應組(10)移動，且該給電開關組(40)位於線圈件(11)之給電開關(41)對應第一磁組(20)第一磁性件(21)中央【如第4圖所示】、又或對應第二磁組(30)第二磁性件(31)中央【如第9 圖所示】之通路感應元件(45)時，可令該線圈件(11)之線圈(15)與給電電源呈導通狀，而形成給電驅動的狀態，令各該線圈件(11)對應第一磁性件(21)【如第4圖】或第二磁性件(31)【如第9圖】的一端給電激磁磁化形成相同極性，使其具有同極相斥的磁助力，且線圈件(11)另端第二磁性件(31)【如第4圖】或第一磁性件(21)【如第9圖】呈異極相吸的磁助力，讓移動之第一磁組(20)與第二磁組(30)增生雙磁助力，而能大幅提高其輸出動力。

而當線圈件(11)的斷路開關(42)在檢知第二磁組(30)第二磁性件(31)【如第5圖】或第一磁組(20)第一磁性件(21)【如第10圖所示】上相對的斷路感應元件(46)時，則可以切斷給電電源與線圈件(11)線圈(15)之連接形成斷電，迴避在高磁線切割的高感應電動勢下給電驅動，藉由前述第一、二磁組(20、30)兩者之磁力線在重疊區(A)內兩側相互呈逆向流動狀，使該區域之磁通量稀疏且相互壓縮形成一與運動方向平行的磁束，較無磁線切割的感應電動勢，故給電驅動時可降低其輸入電力。

透過前述的說明，本發明之具磁隙之磁極錯位電動裝置利用第一、二磁組(20、30)之第一、二磁性件(21、31)磁極呈同極相對、且位置呈錯位排列的設計，使第一、二磁組(20、30)兩者在重疊區(A)內之磁通量稀疏且相互壓縮形成一與運動方向平行的磁束，較無磁線切割的感應電動勢，故給電驅動時可降低其輸入電力，且當感應組(10)線圈件(11)之線圈(15)給電激磁後，由於磁化後與第一、二磁組(20、30)所產 生的磁應力能具有雙磁助，如此可供提高輸出動力，達到兼具低輸入電力、高輸出動力，提升能源轉換效率。

藉此，可以理解到本發明為一創意極佳之創作，除了有效解決習式者所面臨的問題，更大幅增進功效，且在相同的技術領域中未見相同或近似的產品創作或公開使用，同時具有功效的增進，故本發明已符合發明專利有關「新穎性」與「進步性」的要件，乃依法提出申請發明專利。

Claims (6)

1. 一種具磁隙之磁極錯位電動裝置，該電動裝置具有一感應組，且於該感應組兩側分設有一第一磁組與一第二磁組，其中第一、二磁組可同步與感應組相對運動，且該感應組與該第一、二磁組間設有一供選擇性操控感應組與一電源是否連通給電之給電開關組：所述之感應組係由一或一個以上之線圈件所組成，各該線圈件具有一以垂直運動方向延伸之導磁體及至少一環設於該導磁體之線圈所構成，且各該線圈件之線圈並分別連接一給電電源；而所述之第一磁組係由二個或二個以上之等長第一磁性件串接而成，又各該第一磁性件係呈垂直運動方向充磁，且第一磁性件以同極磁極對應感應組，再者第一磁組之兩兩相鄰第一磁性件間分別形成有一磁隙，該磁隙之長度大於等於0.5倍第一磁性件、且小於等於1.5倍第一磁性件；另所述之第二磁組係由二個或二個以上之等長第二磁性件串接而成，且各該第二磁性件與前述第一磁性件等長，又各該第二磁性件係呈垂直運動方向充磁，而第二磁性件以同極磁極對應感應組，且第一、二磁組之第一、二磁性件對應感應組的磁極呈同極相對，再者第二磁組之兩兩相鄰第二磁性件間分別形成有一磁隙，該磁隙與第一磁阻之磁隙等長，且第二磁性件中心點位置對應第一磁組中相對第一磁性件之一端側緣，令第二磁組之第二磁性件與第一磁組之第一磁性件係 呈相對之等距錯位狀，而第一、二磁組之各相對第一、二磁性件間分別具有一重疊區；至於，所述之給電開關組係由至少一通路開關、至少一斷路開關、至少一通路感應元件及至少一斷路感應元件所構成，而該通路開關與該通路感應元件分設於該重疊區相對運動方向進入感應組的一端中最先接觸線圈件的第一磁組一側，且其中通路開關設於感應組之線圈件對應第一磁組一端中央，而其中通路感應元件設於第一磁性件對應感應組一端中央，再者該斷路開關與該斷路感應元件分設於重疊區相對運動方向離開感應組的一端最後脫離的第二磁阻一側，又其中斷路開關設於感應組之線圈件對應第二磁組一端中央，而斷路感應元件則設於第二磁性件對應感應組一端中央。
2. 如申請專利範圍第1項所述之具磁隙之磁極錯位電動裝置，其中該感應組之各該線圈件係分設於一靜盤上，而第一、二磁組之第一、二磁性件係分別設於一動盤上，且感應組之靜盤係樞設於一旋轉軸，而第一、二磁組的動盤係等距固設於該旋轉軸之靜盤兩側，使第一、二磁組能同步相對感應組轉動。
3. 如申請專利範圍第1項所述之具磁隙之磁極錯位電動裝置，其中該第一、二磁組之磁隙長度等於第一、二磁性件長度。
4. 一種具磁隙之磁極錯位電動裝置，該電動裝置具有一感應組，且於該感應組兩側分設有一第一磁組與一第二磁組，其中第一、二磁組可同步與感應組相對運動，且該感應組與該第 一、二磁組間設有一供選擇性操控感應組與一電源是否連通給電之給電開關組：所述之感應組係由一或一個以上之線圈件所組成，各該線圈件具有一以垂直運動方向延伸之導磁體及至少一環設於該導磁體之線圈所構成，且各該線圈件之線圈並分別連接一給電電源；而所述之第一磁組係由二個或二個以上之等長第一磁性件串接而成，又各該第一磁性件係呈垂直運動方向充磁，且第一磁性件以同極磁極對應感應組，再者第一磁組之兩兩相鄰第一磁性件間分別形成有一磁隙，該磁隙之長度小於等於1.5倍第一磁性件、且大於等於0.5倍第一磁性件；另所述之第二磁組係由二個或二個以上之等長第二磁性件串接而成，且各該第二磁性件與前述第一磁性件等長，又各該第二磁性件係呈垂直運動方向充磁，而第二磁性件以同極磁極對應感應組，且第一、二磁組之第一、二磁性件對應感應組的磁極呈同極相對，再者第二磁組之兩兩相鄰第二磁性件間分別形成有一磁隙，該磁隙與第一磁阻之磁隙等長，且第二磁性件中心點位置對應第一磁組中相對第一磁性件之一端側緣，令第二磁組之第二磁性件與第一磁組之第一磁性件係呈相對之等距錯位狀，而第一、二磁組之各相對第一、二磁性件間分別具有一重疊區；至於，所述之給電開關組係由至少一通路開關、至少一斷路開關、至少一通路感應元件及至少一斷路感應元件所構成，而該通路開關與該通路感應元件分設於該重疊區相對運動方 向進入感應組的一端中最先接觸線圈件的第二磁組一側，且其中通路開關設於感應組之線圈件對應第二磁組一端中央，而其中通路感應元件設於第二磁性件對應感應組一端中央，再者該斷路開關與該斷路感應元件分設於重疊區相對運動方向離開感應組的一端最後脫離的第一磁阻一側，又其中斷路開關設於感應組之線圈件對應第一磁組一端中央，而斷路感應元件則設於第一磁性件對應感應組一端中央。
5. 如申請專利範圍第4項所述之具磁隙之磁極錯位電動裝置，其中該感應組之各該線圈件係分設於一靜盤上，而第一、二磁組之第一、二磁性件係分別設於一動盤上，且感應組之靜盤係樞設於一旋轉軸，而第一、二磁組的動盤係等距固設於該旋轉軸之靜盤兩側，使第一、二磁組能同步相對感應組轉動。
6. 如申請專利範圍第4項所述之具磁隙之磁極錯位電動裝置，其中該第一、二磁組之磁隙長度等於第一、二磁性件長度。