电磁发动机的制作方法

专利名称：电磁发动机的制作方法
技术领域：
本发明关于一种电磁发动机。
背景技术：
由于直流电动机具有碳刷及换向片，于转动时会有火花，易发生危险且需常维修， 因此，目前电动机伺服系统多使用永磁式同步电动机，以取代直流电动机。目前已知的永磁式同步电动机使用永久磁铁，作为转子侧的激磁场，故转子侧不 需激磁场绕组，使其铜损为零，并可省略碳刷、铜环等直流电动机的设备，以降低已知永磁 式同步电动机的体积，使其多应用于电动机伺服系统的定转速控制。工业革命后的能源获取，大多仰赖石化燃料的能量转化，其无法弥补的污染已酿 成对生态环境的严重破坏及气候变迁，履受大自然的反扑，人类不得不转换使用再生能源； 再生能源是最可靠能源，但其中天然能源不免受其天候环境的左右及限制；若考量其能量 产出的本益比，则生质燃料的生产可能严重影响食物供需，磁能的开发也许会启动关键性 的变革，可是目前萌芽的磁动机仅着重在利用机械式的磁性换向以产生转矩，构造复杂且 操控不易；而已知的电动机则是仅在控制领域里为提升效率而使用永久磁铁，不具能源体 现的条件；为解决以上问题，就是关于一种电磁发动机的本发明动机。

发明内容
本发明提供一种电磁发动机，除磁能的高度发挥应用外，又兼具马达般的操控性， 其包括一壳体、一转子结构及一定子结构。该转子结构具有至少一转子座及多个磁铁，所 述多个磁铁设置于该转子座的周边，所述多个磁铁具有一设定磁能。该定子结构具有多个 定子模块，固定于该壳体，每一定子模块具有一铁心及至少一线圈绕组，该线圈绕组绕设于 该铁心，使该铁心产生一相对应磁场，相对于所述多个磁铁，使该转子结构转动，该电磁发 动机输出功率大于或等于输入功率。本发明电磁发动机利用高磁铁磁通、低电控磁通、高转子磁极数、高频转速及高惯 量，并透过高性能的控制参数，满足高磁铁磁通的发挥及应用，将高磁铁磁通的磁能转成动 能，使得本发明电磁发动机的输出功率大于或等于输入功率。IMS 电力研究协会(Electric Power Research Institute,EPRI)报告指出，驱动 设备占用了全球一半的电能，若将所述多个耗能的驱动设备直接、间接或等效经由产能的 旋转动力取代，则节能减碳岂不成效乍现；本创作已发明其中的关键因子，诸如主要的磁 能倍率因子、次要的磁路效率因子、分段的磁场避扰因子，整机的磁能利用率因子、重要的 惯量稳定因子、电曳的衔铁保磁因子、分片的磁铁抑热因子、以及转速、转子半径、旋转气隙 等的常设规格因子，终而体现为关于一种电磁发动机，不仅解决了磁能应用的高度直效性、 诱发的自生循环性，更开发了可于电与磁的高阶能场转变中直接产出动能，体现不须通过 第三媒体的能量转换，可以没有电力输配的相关问题，不受经济规模限制的实施层面，不受 天候地理环境的影响限制，不须消耗第三物质的能量转化，也不制造第三产物的再议处理的一种高洁净高创作的自产能源。


图1显示本发明电磁发动机的剖面示意图；图2显示本发明电磁发动机的定子结构及转子结构的示意图；图3显示本发明电磁发动机的定子结构及转子结构的局部放大立体示意图；图4显示本发明调整铁心对磁铁间的距离的示意图；图5显示本发明定子模块与转子结构对应的示意图；图6显示本发明电磁发动机带动发电机的第一实施例示意图；图7显示本发明电磁发动机带动发电机的第二实施例示意图；及图8显示本发明电磁发动机的电路方块示意图；及图9显示用于测试本发明电磁发动机的马力勘验设备的示意图；图10显示本发明具磁铁的另一实施例的电磁发动机的剖面示意图；图11显示本发明具定子结构的另一实施例的电磁发动机的剖面示意图；图12显示本发明电磁发动机的定子结构及转子结构另一实施例的示意图；图13显示受外力施转装置带动本发明电磁发动机的转子结构的第一实施例示意 图；图14显示受外力施转装置带动本发明电磁发动机的转子结构的第二实施例示意 图；及图15显示受外力施转装置带动本发明电磁发动机的转子结构的第三实施例示意 图。附图标号10本发明的电磁发动机20 壳体21、22 侧面23周边面24 基座30转子结构31转子座32、33 磁铁34 扇叶35 转轴40第二定子结构50定子结构51定子模块60发电机70转轴支撑器71驱动单元72转子位置传感器
73整流单元74储电单元75控制单元76发电装置80发电机81第二转轴90该马力勘验设备91 本体92第一力臂93第二力臂94 吊重95 试片110 飞轮111周边齿轮或第一磨擦圆环面113活动把手120外力施转装置121起动轴122起动齿轮或第二磨擦圆环面123 弹簧124单转向轴承125连结装置210受外力施转装置220受外力施转装置311磁路环313受外力施转装置的周边面321、331磁铁的磁极面322-324 磁铁片511 铁心512线圈绕组513、514 夹制件515、516铁心固定片517、518 铁心的二端521、522 调整元件531 铁心532 铁心
具体实施例方式参考图1，其显示本发明电磁发动机的剖面示意图；参考图2，其显示本发明电磁 发动机的定子结构及转子结构的示意图；参考图3，其显示本发明电磁发动机的定子结构及转子结构的局部放大立体示意图。配合参考图1、2及3，本发明的电磁发动机10包括 一壳体20、一转子结构30及一定子结构50。在本实施例中，该壳体20具有二侧面21、22、 一周边面23及一基座24，二侧面21、22是为圆盘状，该周边面23固设于所述多个侧面21、 22，以形成一容纳空间，设置该转子结构30及该定子结构50。该基座24用以将该壳体20 固定于地面。该转子结构30具有至少一转子座31及多个磁铁32、33，所述多个磁铁32、33设 置于该转子座31的周边，所述多个磁铁具有一设定磁能，其中磁能为磁通(剩磁)与保磁 (矫顽)力的乘积。在本实施例中，36个磁铁设置于该转子座31的周边，且每一磁铁的磁 通约为5000高斯(N42H，42MG0e)。该转子座31具有一磁路环311，磁路环311与转子座31 的周边形成一容置空间，以设置所述多个磁铁。在本实施例中，以一个转子座31说明，本发 明可具有多个转子座。该定子结构50具有多个定子模块51，固定于该壳体，每一定子模块51具有一铁 心511及至少一线圈绕组512，该线圈绕组512绕设于该铁心511，使该铁心511产生一相 对应磁场，相对于所述多个磁铁，使该转子结构30的转动，将高磁铁磁通的磁能转成动能， 该电磁发动机输出功率大于或等于输入功率。本发明的电磁发动机10另包括一驱动单元(参考图8的驱动单元71)，连接至该 线圈绕组512，以控制该转子结构30的转速至一设定转速。本发明的电磁发动机10另包括 一转子位置传感器(参考图8的转子位置传感器72)，设置于该壳体20，用以检测该转子结 构30的位置，提供讯号至该驱动器，俾控制该转子结构30的转速。在本实施例中，本发明电磁发动机10的该转子结构30另包括多个扇叶34，设置于 该转子座31，用于散热。在其他的应用中，该转子结构30另包括一转轴35及多个扇叶，所 述多个扇叶可设置于该转轴35。请配合参考图3及图4，本发明电磁发动机10的该定子结构50另包括多个固定 调整结构，用以将所述多个定子模块51固定于该壳体20，并调整铁心511对磁铁32、33间 的距离。在本实施例中，每一个固定调整结构具有二夹制件513、514，用以夹制固定该铁心 511，每一夹制件513、514具有至少一调整元件521、522，用以调整铁心511对磁铁32、33间 的距离。在本实施例中，调整元件521、522是为螺丝，用以调整固定铁心511的位置，以移 动铁心511，使得铁心511对磁铁32、33间的距离可调整。在本实施例中，该铁心511是呈U型，该线圈绕组512绕设于该U型铁心511的中 央区域，于该U型铁心511的二端517、518产生一组相对应磁场，该U型铁心511的二端 分别相对于相邻不同极性的磁铁32、33。所述多个磁铁32、33的磁极面321、331是呈弧形 (外凸)，该U型铁心511的二端517、518的磁极面是呈对应弧形(内凹)，相对于所述多个 磁铁32、33的磁极面321、331。另外，该固定调整结构另包括二铁心固定片515、516，用以 固定该U型铁心511的二端517、518，防止该U型铁心511的二端517、518震动。在本实施例中，相邻磁铁32、33的极性不同，且一磁铁对应至铁心的一端。在其他 应用中，参考图12，其显示该磁铁32可由至少二个极性相同的磁铁组成，同样地，该磁铁33 可由至少二个极性相同的磁铁组成。因此，至少二相邻磁铁的极性相同，所述多个磁铁区分 为一第一极性磁铁组及一第二极性磁铁组，该第一极性磁铁组与该第二极性磁铁组相邻。 亦即，若磁铁32由至少二个极性相同的磁铁组成，则为该第一磁极组；若磁铁33由至少二个极性相同的磁铁组成，则为该第二磁极组。该U型铁心的一第一端的磁极面是相对于该 第一磁极组磁铁；亦即，该U型铁心的第一端的磁极面是相对于至少二个极性相同的磁铁。 该U型铁心的一第二端的磁极面是相对于该第二磁极组磁铁；亦即，该U型铁心的第二端的 磁极面是相对于至少二个极性相同的磁铁。在本实施例中，所述多个磁铁32、33的磁极面是朝向该壳体20的周边面23，该定 子结构50的所述多个铁心511的磁极面是相对所述多个磁铁32、33的磁极面。在其他应 用中，所述多个磁铁的磁极面可朝向该壳体20的一侧面(21或22)，则该定子结构50的所 述多个铁心511的设置位置则须转90度，使铁心511的磁极面相对所述多个磁铁32、33的
磁极面。为增加转动惯量，本发明电磁发动机10的该转子结构30另包括一飞轮(图未示 出)，可设置于该转子座31或设置该转子结构30的转轴35。参考图10，其显示本发明具磁铁的另一实施例的电磁发动机的剖面示意图。本发 明的电磁发动机的磁铁32可另包括多个磁铁片，在该实施例中，磁铁32包括三个磁铁片 322、323、324，其极性相同。参考图11，其显示本发明具定子结构的另一实施例的电磁发动机的剖面示意图。 本发明的电磁发动机的铁心531的截面积加厚。参考图12，其显示本发明电磁发动机的定子结构及转子结构另一实施例的示意 图。本发明的电磁发动机的铁心532的截面积宽度加大，也随每相定子所辖转子圆周角度 往外作径向加大其扇形。参考图5，其显示本发明定子模块与转子结构上的磁铁的极性对应的示意图。在本 图5实施例中，输入电源为三相交流电源，依据输入至所述多个定子模块的输入电源相数， 所述多个定子模块设置于该转子结构的周边，亦即该定子结构50具有三个定子模块，其设 置于该转子结构30的周边。另外，该定子结构不限于具有三个定子模块，可具有三的倍数 个定子模块。或者，该定子结构可具有二个定子模块，对应至二个磁铁磁极，则电气角须相 差90度，二个定子模块须部分重迭设置，以配合二相电源驱动。若该定子结构具有三个定子模块，其中两相邻定子相距(360XN+120度)电气角， N是零或正整数，其值可以不同，依据图5，N = 2。实际测试的电磁发动机是6个定子模块， 其N = 2或3。图5的实施例，透过转子位置传感器取得转子磁极相位后，以控制定子模块电 流的相位及大小，当克服其磁阻转矩后开始运转，驱动频率渐增并使定子绕组电流产生的 磁场的合成相位，经常与其磁极端面下作用的磁铁磁场的合成相位保持接近，此与磁化同 方向的0度差的相位角，即本发明的电曳衔铁保磁因子，可免退磁顾虑，并得最大效率的吸 曳力，即3/2倍单相最大磁通作用力。另因导电与导磁的效用比将近亿倍，以致漏磁无所不 在，为提高各相间的磁阻，降低各相作用的磁通在定子铁心中互相造成窜扰，而将习用定子 铁心分段，以提升其磁能利用率，此即本发明的分段磁场避扰因子。在定转速下，对于负载 变动时，势必造成磁通作用的相角改变，此时透过转子位置传感器以电流大小追随补偿之， 为克服负载变动率太大，控制响应无法追补得上时，即以惯量来缓冲，此即本发明的重要的 惯量稳定因子，也因有此惯量稳定因子才能在转速、负载不变下，使曳引电流与两作用磁通 的相位角能做最佳的搭配，以提升电磁发动机的功率产出倍率，此偏离电曳衔铁保磁因子 的相位角以不超过45度为宜，超过90度即易发生斥驱力而失步；若由转子位置传感器检测得已达额定电流而相位角差不降反增的趋势时，即提示过载，超过一设定的相位角差容限 时，即做停机准备，可免因与磁化异方向的斥驱力而导致有退磁的机会，尤其电磁通大于磁 铁磁通的设计，或磁铁保磁(矫顽)力不足的设计，甚至不当控制时。在较高转速时，因磁 铁处于较高的频率作用下，为克制其所产生的涡流等热损温升的影响层面，此即本发明的 分片或等效分片的磁铁抑热因子，也可藉此以提高单位体积磁能的效果，或另利用助其导 热加装扇叶的方法以强化散热；若受限于驱动器的转速控制频率，此即本发明的由至少二 个极性相同的磁铁组成的磁极组或等效磁极组的方法，以降低转子等效磁极数，提高转速， 同样也可藉此以提高单位体积磁能的效果。本发明电磁发动机10可用以另产生电能，例如每一定子结构具有一铁心及二线 圈绕组，其中一输入电源输入至一第一线圈绕组，使转子结构转动，在转子结构转动时，使 一第二线圈绕组输出电能。另外，该定子结构可具有一第一组定子模块及一第二组定子模 块，其中一输入电压输入至该第一组定子模块的线圈绕组，使转子结构转动，在转子结构转 动时，使该第二组定子模块的线圈绕组输出电能。上述本发明电磁发动机的该第二组定子 模块产生的电能可再间接提供至本发明电磁发动机的该第一组定子模块，使本发明电磁发 动机能利用其本身产生的电能，使其继续运转。在其他应用中，该转子座可具有一第一表面及一第二表面，所述多个磁铁包括一 第一组磁铁及一第二组磁铁，该第一组磁铁设置于该第一表面的周边，该第二组磁铁设置 于该第二表面的周边；该定子结构具有一第一组定子模块及一第二组定子模块，该第一组 定子模块是对应至该第一组磁铁，该第二组定子模块是对应至该第二组磁铁。如上述的结构，本发明电磁发动机可单纯用以作为电动机，例如输入电源可输入 至该第一组定子模块及该第二组定子模块的线圈绕组，用以使转子结构转动。另外，本发明 电磁发动机可用以另产生电能，例如一输入电源输入至该第一组定子模块的线圈绕组，使 转子结构转动，在转子结构转动时，使该第二组定子模块的线圈绕组输出电能。同样地，上 述本发明电磁发动机的该第二组定子模块产生的电能可再间接提供至本发明电磁发动机 的该第一组定子模块，使本发明电磁发动机能利用其本身产生的电能，使其继续运转。参考图6，其显示本发明电磁发动机带动发电机的第一实施例示意图。本发明电磁 发动机10的该转子结构另包括一转轴35及一转轴支撑器70，该转轴支撑器70用以支撑该 转轴35，该转轴35延伸至一发电机60，以带动该发电机60，该发电机的结构与该电磁发动 机10的结构大致相同，略述如下。该发电机60包括一第二壳体、一第二转子结构及一第二 定子结构，该第二转子结构具有一转子座及多个磁铁，所述多个磁铁设置于该转子座的周 边，该第二定子结构具有多个定子模块，固定于该第二壳体，每一定子模块具有一铁心及至 少一线圈绕组，该线圈绕组绕设于该铁心，相对于所述多个磁铁，使磁铁磁通透过该铁心的 磁路感应至该线圈绕组，该线圈绕组输出电能。另外，该第二转子结构的转子座可具有一第一表面及一第二表面，所述多个磁铁 包括一第三组磁铁及一第四组磁铁，该第三组磁铁设置于该第一表面的周边，该第四组磁 铁设置于该第二表面的周边；该定子结构具有一第三组定子模块及一第四组定子模块，该 第三组定子模块是对应至该第三组磁铁，该第四组定子模块是对应至该第四组磁铁，该第 三组定子模块及该第四组定子模块的线圈绕组输出电能。上述发电机60产生的电能可再 间接提供至本发明电磁发动机10，使本发明电磁发动机10继续运转。
参考图7，其显示本发明电磁发动机带动发电机的第二实施例示意图。本发明电磁 发动机10的该转子结构30另包括-第一转轴35及一转轴支撑器70，该转轴支撑器70用 以连接该第一转轴35及一发电机80的一第二转轴81，以带动该发电机80。该发电机80 的结构与该电磁发动机10的结构大致相同，略述如下。该发电机包括一第二壳体、一第二 转子结构及一第二定子结构，该第二转子结构具有一转子座、该第二转轴及多个磁铁，所述 多个磁铁设置于该转子座的周边，该第二定子结构具有多个定子模块，固定于该第二壳体， 每一定子模块具有一铁心及至少一线圈绕组，该线圈绕组绕设于该铁心，相对于所述多个 磁铁，使磁铁磁通透过该铁心的磁路感应至该线圈绕组，该线圈绕组输出电能。另外，该第二转子结构的转子座具有_第一表面及一第二表面，所述多个磁铁包 括一第三组磁铁及一第四组磁铁，该第三组磁铁设置于该第一表面的周边，该第四组磁铁 设置于该第二表面的周边；该定子结构具有一第三组定子模块及一第四组定子模块，该第 三组定子模块是对应至该第三组磁铁，该第四组定子模块是对应至该第四组磁铁，该第三 组定子模块及该第四组定子模块的线圈绕组输出电能。本发明电磁发动机利用高磁铁磁通、低电控磁通、高转子磁极数、高频转速及高惯 量，并透过高性能的控制参数，满足高磁铁磁通的发挥及应用，将高磁铁磁通的磁能转成动 能，本发明电磁发动机输出功率大于或等于输入功率。参考图8，其显示本发明电磁发动机 的一实施例的电路方块示意图。如上所述，本发明的电磁发动机10包括转子结构30、定 子结构50、驱动器及转子位置传感器72。第二定子结构40可为上述图6或图7的发电机 的第二定子结构，以输出电能。该驱动器具有至少一驱动单元71、一控制单元75、一整流单 元73及一储电单元74。第二定子结构40输出的电能经由整流单元73及储电单元74，将 输出电能整流及储存，以供给至驱动单元71，经该控制单元75的控制，使本发明电磁发动 机10继续运转；在其他应用，另包括一藉外力旋转的发电装置76，此发电装置76的输出电 能经由整流单元73及储电单元74，将输出电能整流及储存，满足其当储电的电池损坏、长 时漏电或电力系统不及的独立、偏僻地区，得以自助建构满足其起动条件。依据本发明上述的实施例，磁铁磁通(mm)及定子电磁通OiO是直接影响输出倍率 大小的主要及次要变数，依实作经验的累积，得有如此的概念及参考依据，分析实施成果背 后的原由，整理归纳出其他更重要而仍未揭示的关键因子，兹将理论简化配合说明如下当系统效率η小于1时，设Ns为转速，T为转矩，d为转子半径，定子电磁通， mm为磁铁磁通，r为两磁通距离；则两磁通参考磁性库伦定律的关系，其作用力F如下式(1) 所示F = me*mm/4 π μ r2(1)，本发明电磁发动机输出功率P如下式(2)所示
P N Ns*T=Ns*d*F ocNs* d*me*mm/4u^ir2 (2)其中转速Ns与转子半径d的关系，等效于移动距离与施力臂的关系，互为正逆因 子(即转速Ns大，半径d缩小；若半径d要大，则变转速Ns要缩小)；而磁通距离r，则不离 转子与定子间的气隙的设计考量范畴；因而证实转速Ns、转子半径d及磁通距离r，三者即 是本发明的常设规格因子，而非效率或倍率因子。本发明实施例所利用的U形定子铁心，是基于将环状连续的长电磁路径加以切割缩短的理念，由E形再缩短改善而来，其理论可参考磁路欧姆定律来加以说明，即定子电磁 通如下式(3)所示me = I*Nt*yA/l (3)其中I为电流，Nt为匝数，A为电磁极铁心端面积，1为磁路长度。即所产生的定子 电磁通me与磁路长度1成反比，至于面积A因与转子磁极面的大小相对应，碍于空间限制， 故将暂列为规格因子，最后于实际空间上的利用，再做最佳化使等效截面积加大即可，如图 11所示除电磁极铁心531端面轴向加厚外，其余截面积的宽度如图12的铁心532所示，也 随每相定子所辖转子圆周角度往外作径向加大其扇形。假设电磁路径长度1是效率改善的关键要素之一，则参考式⑵及(3)，在相同 条件=k(为分析单纯化，一般只改变关系式中的一个变数，然后观察此变数对关系式的 结果会造成什么程度的影响，其余变数固定不变，这些固定不变的变数就以k表示之)的 情形下，将⑶式代入(2)式，得 P ^ Ns*d*I*Nt* μ A/l*mm/4 π μ r2，令 P = k/1，则 k = k' μ A*mm/47 π μ r2 (k'=内嵌常数)，若这些变数固定，只看1的变化，则变 化前与变化后的关系，即列式k/1 = ikZ/s5^—1。当本发明电磁发动机效率为η时，为 提升效率使接近1，则需满足k*(l/l) = ηΛΙΙ// )、—1，前式表原磁路长度1时的效 率为η，后式表原效率η及其他变数k不变的情形下，须把原磁路长度7缩短成多短的1 s，才能使效率n提升至接近1。得倍，此n2倍的关系，是为长路径U形定子模块 (1)对短路径U形定子模块(1短)的效率验证比对中的依据。另外，以功率为例说明，P/Pi = 11，P为输出功率，Pi为输入功率，设P短/Pi—1/η， 即能使效率接近1，则P /Ρ— l/η2，即—η2倍。其中Ps为须把原磁路长度1缩短成多 短的1 ，才能使效率η提升至1。另以长短路径U形定子模块施加定电流时，其对无电流铁心的吊重，与对有电流 铁心的吊重，虽然对有电流的吊重，其重量大于无电流的吊重，但验算其所消耗的功率，对 所能吊起的重量的效率比，因对于有电流铁心，必须输入电流，增加总输入功率，故其通有 电流的效率不敌无电流时的效率，证实其磁路的缩短，对效率的改善虽起了效果，但小于1 的效率n，相乘之后仍小于1，故称n2为本发明的次要磁路效率因子。但如将通有电流的铁心视为已被磁化后的磁铁时，因通入电流是外部须要输入电 力，铁心才具有磁能，但这部分假如以磁铁代替，则不须要输入电力就具有磁能，所以输出 的作用力不变的条件下，原两组须输入电流的铁心，现在仅一组须要输入电流，当然效率就 可大于1，除非原效率连0. 5都不到，例如两组需输入电流的铁心效率为输出功率/输入功 率=η (0. 5 < η < 1)，如一组铁心不输入电流而以磁铁取代之，则输出功率/0. 5*输入功 率=2η，所以2η >1，除非η≥0. 5才无法符合上式，则可应用磁路效率因子、磁场避扰 因子的方法先降低磁路磁阻，提升整机效率达0.5以上；而磁路的改善只是改变效率η的 大小，无法使n ^ 1，所以磁路改善只是效率因子，但如将一组原本需通电铁心换成磁铁， 则211 > 1，甚至达2倍的(输出功率-输入功率)/输入功率≥1。参考上述式(1)及(2)，在相同条件=k下，即P ^ Ns*d*me*mm/4 Ji yr2，令P = k*mm，则k = k‘ *Ns*d*me/4 π yr2(k'=内嵌常数)，若这些变数固定，只看mm的变化，则 变化前与变化后的关系，即列式Wmm= n，k*mmiS*n =2。本发明电磁发动机的效率为η时，为提升效率n变成倍率，使其中ι倍用于输入，则增强后的磁铁磁通，至少需满足下式 (4)及式(5)k*mm= n (4)k*mmS*n=2(5)可得mmiS/mm = ？/！^倍，其中！！^胃是为需把磁铁磁通加强至多大的磁铁磁通，才 能使(输出功率-输入功率)/输入功率彡1 ；例η = 0.7，则2/η2 = 4. 08倍，即磁铁磁 通较原来的磁铁磁通mm必须增强至2/ η2 = 4. 08倍后，即可提升效率至倍率，即(输出功 率-输入功率)/输入功率>1，即转子磁铁设定一至少等于系统小于1的效率η时的磁通 的2/ η2倍时，即得以实现电磁发动机的普遍利用性，而非仅节能长效，故称本发明的主要 磁能倍率因子为2/η2。另外，以功率为例说明，P/Pi = η，P为输出功率，Pi为输入功率，设Pis/Pi = 2/ n，即能使效率n提升为倍率，则ρ强/P = 2/112，即HimisAim = 2/Ii2倍。其中P强为须把 原磁铁磁通mm加强至多大的磁铁磁通mmiS，才能使效率η提升为倍率。以下再说明为何本发明电磁发动机的输出功率 > 输入功率的另一分析，及倍率上 的应用例。如上所述，假设me为定子电磁通，mm为磁铁磁通，r为两磁通距离；依上述两磁极 作用力F的式(1) =F = me*mm/4 ^ μ r2 ；即两磁极作用力F与两磁极磁通量乘积成正比，与两 磁极距离的平方成反比；设无磁能磁铁or铁心的磁铁磁通=1，磁铁设定的磁通为mm，设电 磁铁心对磁铁的作用效率=n (0 < n < 1)，若令mm >> 1/ n ；则me* n*mm >> me*l*l， 其中me*l*l表示定子对于无磁能铁心Oiim= 1)的作用，且其作用效率假设为1( η = 1)。 因此，若把电磁铁心对无磁能铁心的作用改成对有磁能磁铁(其磁通为mm)的作用，其效果 就可超越即使效率=1的原对无磁能铁心的效率；故？^^- >> F_1#1。设作用力的功效倍率为6，则6= (me*n*mm-me*l*l)/me*l*l，得G= n*mm，此即本 发明的整机的磁能利用率因子，因n受铁心饱和系数影响(磁通大漏磁愈大效率愈降)， 故电磁输入叫愈小，η愈不使倍率G下降(故磁路愈粗短对η的降幅也愈小)；因FnffiM->> Ffflew^1 ；故此扭力作用于半径=d的圆周上的转矩T = d*F，则转矩>> Τ_Μ。依旋转输出功率公式P = 1.027*Ns*T(即约转速*转矩)，知相同的定子电磁通 me、扭力转矩T下，若转速Ns愈大，则P愈大，故以定子电磁通产生转矩T起动，为增大Ns加 速，定子电磁通增大转矩T亦增大，而输出功率P也随之增大，倍率G随之减小，至输出功率 P或转矩τ达一设定值，此过程倍率G亦降到最小，在此转速Ns下，所诱发出的磁铁磁能与 所输入的电磁磁能转成储存为惯量里的动能，此为第一阶应用领域。 然后减小输入电流以减小转矩T，随之增加电磁输入频率，行无段电子齿轮换档作 用以提升转速Ns，虽加速减缓但铁心饱和度降低，回升磁能转成动能过程中的倍率G，如此 基于加速时间与倍率G成反比的操控下，继续将磁能转成动能储存在惯量中以增大负载变 动率的应对能力，继续提升转速Ns以增大输出功率P的倍数基数，达失步前的最高转速Ns 时，基数最大，动能最大，倍率G最佳，磁能功效比最大，此为第二阶应用领域。
亦即磁能经过圆周半径d的放大后，变成转矩T，再经过转速Ns的放大后，转成输 出功率P，故一经运转后，磁能除转成为对外输出功率外，更可透过发电装置提供自生循环 所需的电能；于上述的控制方法，在(输出功率-输入功率)/输入功率> 1的目的下，可用较小容量的伺服驱动技术以降成本外，并利用电力电子功率元件的安全工作区的保护设计 特性，虽起动加速较慢，但却可在达额定电流及一设定频率后的再加速中，自动降低额定电 流来提高频率，自动完成起动运转过程，实现电磁发动机最高效的目标功能。故本发明电磁发动机是藉提高惯量及转速Ns的手段，以TMg>> Twfi的方法(其 中Teffi为本发明的电磁发动机的转矩，Twfi为无磁能铁心的磁阻马达的转矩且其效率假设 达100%，但两者输入电流相同)，将磁能转成动能的功能，而达到输出功率大于或等于输 入功率，甚至达(输出功率-输入功率)/输入功率彡1的目的。参考图9，其显示用于测试本发明电磁发动机的马力勘验设备的示意图。该马力勘 验设备90包括一本体91、一第一力臂92、一第二力臂93、一吊重94及一试片95。第一力 臂92与第二力臂93连接，且该试片95设置于第一力臂92与第二力臂93之间，该试片95 与本发明电磁发动机的转轴35接触。表1为本发明电磁发动机的实测数据，其输出马力是 达目标转速下，才施以自制马力勘验设备的加载，若转速不被压低，则表示该电磁发动机在 此转速的输出功率，大于此吊重勘验值，再由此吊重除0. 4公斤米而得勘验马力值，并非实 际输出的功率值。若依吊重41. 5公斤米来算各转速下勘验马力或功率值，则41. 5/0. 4*746 =77397. 5W，其勘验倍率走势亦雷同上述的分析，即倍率G随转速Ns的提升，由大而减小， 在扭力T达最大，倍率G达最小后，再随转速Ns的提升而回升。表权利要求
1.一种电磁发动机，其特征在于，所述电磁发动机包括一壳体；一转子结构，具有至少一转子座及多个磁铁，所述多个磁铁设置于所述转子座的周边， 所述多个磁铁具有一设定磁能；及一定子结构，具有多个定子模块，固定于所述壳体，每一定子模块具有一铁心及至少一 线圈绕组，所述线圈绕组绕设于所述铁心，使所述铁心产生一相对应磁场，相对于所述多个 磁铁，使所述转子结构转动，所述电磁发动机输出功率大于或等于输入功率。
2.如权利要求1的电磁发动机，其特征在于，另包括一驱动器，连接至所述线圈绕组， 以控制所述转子结构的转速至一设定转速。
3.如权利要求1的电磁发动机，其特征在于，所述转子结构另包括多个扇叶，设置于所 述转子座。
4.如权利要求1的电磁发动机，其特征在于，所述转子结构另包括一转轴及多个扇叶， 所述多个扇叶设置于所述转轴。
5.如权利要求1的电磁发动机，其特征在于，所述定子结构另包括多个固定调整结构， 用以将所述多个定子模块固定于所述壳体，并调整铁心对磁铁间的距离。
6.如权利要求5的电磁发动机，其特征在于，每一个固定调整结构具有二夹制件，用以 夹制固定所述铁心，每一夹制件具有至少一调整元件，用以调整铁心对磁铁间的距离。
7.如权利要求1的电磁发动机，其特征在于，另包括一转子位置传感器，设置于所述壳 体，用以检测所述转子结构的位置。
8.如权利要求1的电磁发动机，其特征在于，所述转子座具有一第一表面及一第二表 面，所述多个磁铁包括一第一组磁铁及一第二组磁铁，所述第一组磁铁设置于所述第一表 面的周边，所述第二组磁铁设置于所述第二表面的周边；所述定子结构具有一第一组定子 模块及一第二组定子模块，所述第一组定子模块对应至所述第一组磁铁，所述第二组定子 模块对应至所述第二组磁铁。
9.如权利要求8的电磁发动机，其特征在于，一输入电源输入至所述第一组定子模块 及所述第二组定子模块的线圈绕组。
10.如权利要求8的电磁发动机，其特征在于，一输入电源输入至所述第一组定子模块 的线圈绕组，所述第二组定子模块的线圈绕组输出电能。
11.如权利要求1的电磁发动机，其特征在于，所述转子结构另包括一转轴及一转轴支 撑器，所述转轴支撑器用以支撑所述转轴，所述转轴延伸至一发电机，以带动所述发电机， 所述发电机包括一第二壳体、一第二转子结构及一第二定子结构，所述第二转子结构具有 至少一转子座及多个磁铁，所述多个磁铁设置于所述转子座的周边，所述第二定子结构具 有多个定子模块，固定于所述第二壳体，每一定子模块具有一铁心及至少一线圈绕组，所述 线圈绕组绕设于所述铁心，相对于所述多个磁铁，使磁铁磁通透过所述铁心的磁路感应至 所述线圈绕组，所述线圈绕组输出电能。
12.如权利要求11的电磁发动机，其特征在于，所述第二转子结构的转子座具有一第 一表面及一第二表面，所述多个磁铁包括一第三组磁铁及一第四组磁铁，所述第三组磁铁 设置于所述第一表面的周边，所述第四组磁铁设置于所述第二表面的周边；所述定子结构 具有一第三组定子模块及一第四组定子模块，所述第三组定子模块对应至所述第三组磁铁，所述第四组定子模块对应至所述第四组磁铁，所述第三组定子模块及所述第四组定子 模块的线圈绕组输出电能。
13.如权利要求1的电磁发动机，其特征在于，所述转子结构另包括一第一转轴及一转 轴支撑器，所述转轴支撑器用以连接所述第一转轴及一发电机的一第二转轴，以带动所述 发电机，所述发电机包括一第二壳体、一第二转子结构及一第二定子结构，所述第二转子结 构具有一转子座、所述第二转轴及多个磁铁，所述多个磁铁设置于所述转子座的周边，所述 第二定子结构具有多个定子模块，固定于所述第二壳体，每一定子模块具有一铁心及一线 圈绕组，所述线圈绕组绕设于所述铁心，相对于所述多个磁铁，使所述铁心产生一相对应磁 场，所述线圈绕组输出电能。
14.如权利要求13的电磁发动机，其特征在于，所述第二转子结构的转子座具有一第 一表面及一第二表面，所述多个磁铁包括一第三组磁铁及一第四组磁铁，所述第三组磁铁 设置于所述第一表面的周边，所述第四组磁铁设置于所述第二表面的周边；所述定子结构 具有一第三组定子模块及一第四组定子模块，所述第三组定子模块对应至所述第三组磁 铁，所述第四组定子模块对应至所述第四组磁铁，所述第三组定子模块及所述第四组定子 模块的线圈绕组输出电能。
15.如权利要求1的电磁发动机，其特征在于，所述定子结构具有一第一组定子模块及 一第二组定子模块，一输入电压输入至所述第一组定子模块的线圈绕组，所述第二组定子 模块的线圈绕组输出电能。
16.如权利要求1的电磁发动机，其特征在于，所述多个磁铁的磁极面朝向所述壳体的 一周边面，所述定子结构的所述多个铁心的磁极面相对所述多个磁铁的磁极面。
17.如权利要求1的电磁发动机，其特征在于，所述多个磁铁的磁极面朝向所述壳体的 一侧面，所述定子结构的所述多个铁心的磁极面相对所述多个磁铁的磁极面。
18.如权利要求1的电磁发动机，其特征在于，所述铁心呈U型，所述线圈绕组绕设于所 述U型铁心的中央区域，于所述U型铁心的二端产生一组相对应磁场，所述U型铁心的二端 分别相对于相邻不同极性的磁铁。
19.如权利要求18的电磁发动机，其特征在于，至少二相邻磁铁的极性相同，所述多个 磁铁区分为一第一磁极组磁铁及一第二磁极组磁铁，所述第一磁极组磁铁与所述第二磁极 组磁铁相邻，所述U型铁心的一第一端的磁极面相对于所述第一磁极组磁铁，所述U型铁心 的一第二端的磁极面相对于所述第二磁极组磁铁。
20.如权利要求18的电磁发动机，其特征在于，所述多个磁铁的磁极面呈弧形，所述U 型铁心的二端的磁极面呈对应弧形，相对于所述多个磁铁的磁极面。
21.如权利要求1的电磁发动机，其特征在于，所述转子结构另包括一飞轮，设置于所 述转子座。
22.如权利要求1的电磁发动机，其特征在于，所述转子结构另包括一飞轮，设置于所 述转子结构的一转轴。
23.如权利要求1的电磁发动机，其特征在于，依据输入至所述多个定子模块的输入电 源相数，所述多个定子模块设置于所述转子结构的周边。
24.如权利要求1的电磁发动机，其特征在于，每一定子结构具有一铁心及二线圈绕 组，其中一输入电源输入至一第一线圈绕组，一第二线圈绕组输出电能。
25.如权利要求1的电磁发动机，其特征在于，另包括一发电装置以输出电能。
26.如权利要求10、11、12、13、14、15、24或25的电磁发动机，其特征在于，另包括一驱 动器，所述驱动器具有至少一驱动单元、一控制单元、一整流单元及一储电单元，其中所述 整流单元及所述储电单元用以将输出电能整流及储存。
27.如权利要求1的电磁发动机，其特征在于，所述磁铁另包括多个磁铁片，所述多个 磁铁片具有相同极性。
28.如权利要求1的电磁发动机，其特征在于，另包括一受外力施转装置，设置于所述 转子结构，以使所述转子结构转动。
29.如权利要求洲的电磁发动机，其特征在于，所述受外力施转装置设置于所述转子 结构的所述转子座。
30.如权利要求观的电磁发动机，其特征在于，所述转子结构另包括一转轴，所述转轴 延伸至所述壳体外，所述受外力施转装置设置于所述壳体外的所述转轴。
31.如权利要求观的电磁发动机，其特征在于，所述转子结构另包括一转轴及一飞轮， 所述转轴延伸至所述壳体外，所述飞轮设置于所述壳体外的所述转轴，所述受外力施转装 置设置于所述飞轮。
32.如权利要求四、30或31的电磁发动机，其特征在于，所述受外力施转装置为一齿轮。
33.如权利要求四、30或31的电磁发动机，其特征在于，所述受外力施转装置为一皮带 轮轴。
34.如权利要求31的电磁发动机，其特征在于，所述受外力施转装置为一活动把手，设 置于所述飞轮的一外露面。
35.如权利要求30的电磁发动机，其特征在于，所述转轴具有一轴端，所述受外力施转 装置为一驱动齿件，设置于所述轴端。
36.如权利要求四、30或31的电磁发动机，其特征在于，所述受外力施转装置为一磨擦 圆环面。
37.如权利要求观的电磁发动机，其特征在于，所述受外力施转装置为所述转子结构。
全文摘要
本发明关于一种电磁发动机，除将磁力开发成一种连续使用的能源外，其应用又兼具马达般的操控性及方便性；概以磁铁分片抑制高频作用的热损温升及提高磁能，以磁极组磁铁提高转速及磁能，以分段定子避免扰磁，以磁路粗短提高磁能利用率，以转子半径的力臂惯量来稳定系统响应克服负载变动率等，满足高磁能发挥及应用的条件，外施一低输入电流曳引以输出动能，实现一电磁发动机，且使该电磁发动机的输出功率大于或等于输入功率。
文档编号H02N11/00GK102097979SQ20091025275
公开日2011年6月15日 申请日期2009年12月9日 优先权日2009年12月9日
发明者张瑞丰, 陈明元 申请人:陈明元