专利名称：无刷电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种无刷电机的结构，更特别的是无刷电机之定子具有复数个磁性隔离之定子组件以与复数个含永磁铁之转子组件相互作用，而且转子组件之每一个极与定子组件之相应极之磁通路径带有一个径向分量气隙与轴向对应之轴向分量气隙。
背景技术：
以通用电动机而言，不论直流电动机或交流电动机之运作，其转子与定子间均采用磁极同性相斥、异性相吸的磁原理。早期绝大多数电动机之设计都只使用激磁体的一端来产生转距，此种设计最多也仅仅运用了电动机潜能的一半。但现今有许多旋转电动机之设计，利用激磁线圈的两端，以提供转子与定子间更大之有效气隙表面面积，来产生电动机的转距。但传统通用电动机的结构会因毗邻之磁极，造成磁通之集中受到影响，且毗邻之线圈也有不利的转换干扰效应。
Maslov等人在美国专利授权第6791222号证书中提出一种旋转电动机，其利用激磁线圈的两端以增加转子与定子间之气隙表面面积，且藉由各自独立之极对的安排以处理毗邻线圈间的磁通的转换干扰效应。此直流电动机之定子上包含有复数个各自独立激磁的电磁体，并以沿轴方向排列之转子磁铁与定子极对提供了非常集中的磁通分布，使磁通可以被集中在相对大的表面以促成高的力矩。并以感知器侦测转子与定子之相对位置，在不同的时间，分别合宜地控制电磁体上的线圈电流，来造成电动机之平顺运转。
为了可以获得更大的总有效气隙表面面积，而在美国专利授权第6891306号证书中，Maslov等人将上述电动机之结构加以增益。通过电动机定子极的表面和转子的磁铁之增加，藉由磁通之集中使磁通之分布被改进，以提供更大之磁通分布。使电动机构造提供了在转子组件与定子组件两者之中的更大之连续磁通产生路径。此电动机架构的构造藉由增加穿过复数个气隙之转子极与相对的定子极之表面面积，以促使磁通集中在相对大的表面上，以进一步地增进电动机之高转矩能力。但前述的两种电动机之电磁力的相互作用以轴向为主；若有轴向不平衡发生时，将容易对电动机有不良之影响。实际应用时，为了达到几何学上之空间径向平衡，而在设计运作之前，就必需事先妥当地安排线圈在空间中之配置。在运作中，同时启断相配合的数个线圈，以达到几何学上之平衡。此时，即使只有一个线圈故障，但为保障在几何学上之平衡，而必需将数个相配合之线圈同时停止运作。如此，不只是降低了电动机操控之灵活性，也加大了转矩之涟波。
此待解决之缺陷为，降低当轴向不平衡发生时对电机之不良影响；及改进磁极之磁通分布，且使磁通可以集中在相对更大的磁极表面上，以增进电机之高效率、高输出，还必需要顾及降低转矩之脉动和灵活安全之运作特性。
发明内容
本发明的目的是提供一种无刷电机，其电磁力的相互作用以径向为主，并且进一步地增加穿过气隙之转子极与相对的定子极之表面面积，以促使磁通集中在相对更大的表面上，来更进一步地增进无刷电机之高转矩能力；并且在达成无刷电机之高效率、高输出力矩的能力外，也可获得无刷电机在空间中更佳的几何学上的平衡，以获得灵活安全之运作特性的改进。本发明提供之无刷电机架构之构造至少部分可以达成上述之需求。
为实现上述需求，本发明的第一实施例中具体地提出了一种无刷电机的构造，其含有一个定子及一个转子。转子上含有复数个含永磁铁之磁性组件，而每一个磁性组件各自具有极性相反之两磁极，使复数个磁性组件以磁场极性N/S连续交替环绕着旋转轴之圆周方向配置，以构成一轮状环，且沿着旋转轴之圆周方向毗邻的永磁铁彼此以间隙分隔；并且，转子磁性组件之永磁铁均为薄且平坦的双极性永磁铁。转子之每一个含永磁铁之磁性组件具有以导磁性材料形成之一般约呈U形之结合座，而每一个磁性组件的U形结合座内侧之两侧边壁表面分别个安置有形成磁性组件两磁极之永磁铁，此被安置的永磁铁磁极表面各自面向径向分量气隙的其中之一；转子之每一个磁性组件所含之永磁铁在一个面向气隙的表面上具有单一磁场极性，而且和隔着气隙相对的永磁铁表面具有相反的磁场极性，因此形成一个朝着径向的磁极。前述的定子含有至少一个电磁体成员，而定子之复数个磁性隔离的电磁体成员环绕着旋转轴呈同轴配置；以及每一个电磁体成员都含有以导磁性之核心部分连接之成对极，而成对极的两极之各自的极面分别面向各自的径向分量气隙，且有一个线圈在电磁体成员的核心部分上形成，以及每一个线圈有各自的开关做激磁。其中，定子之每一个电磁体成员各自以非导磁性材料支持之构造固定至定子上，使定子之每一个电磁体成员相互间无铁磁性之接触，以处理毗邻线圈间磁通的转换干扰效应。将定子与转子组合，定子轮状环至少有部分被转子轮状环所环绕包含，以在转子轮状环面向径向的两面上定义转子与定子之间的两径向分量气隙。
定子之每一个电磁体成员的线圈有各自的开关做激磁，当线圈加以电流激磁时，在电磁体成员成对极的两极之各自的极面产生相反之磁场极性。但将线圈中之电流以相反方向激励时，则会使电磁体成员的成对磁极之极性逆转。这些各自分别激磁的定子电磁体成员的成对磁极藉由径向分量气隙与将其围绕包含之转子磁场作分隔，与相应之转子磁性组件的永磁场产生合宜之引力或斥力，以提供旋转。在此藉由定子电磁体成员的磁通路径之相互分隔，以处理两毗邻的线圈间之磁场干扰效应之不利的影响。此线圈之激磁开关可以用机械式之换向器或电子式之切换电路来达到，电子式之切换电路必需对应于位置感知器之感测讯号的响应来启断电子切换电路。
虽然转子磁性组件以及与其对应的定子电磁体成员之数目被特定提出以例示，但本发明之具体化实现时，定子电磁体成员之数目及转子磁性组件之数目可相同也可不同，以符合设计所需之要求来作决定。而且转子磁性组件沿着旋转轴之圆周方向毗邻的永磁铁彼此分隔之间隙的每一个间隙大小可以不需要相同，以及定子沿着旋转轴之圆周方向毗邻的电磁体成员相互间作磁性隔离之间隙的每一个间隙大小当然也可以不需要相同。因而可经由适当之安排来降低无刷电机操作时之转矩脉动。
在本发明的第二实施例中，一个改变，令转子磁性组件之两永磁铁磁极极面具有相同大小之极面积，以获得转子磁性组件的两永磁极具有均衡之磁通分布；以及定子电磁体成员成对极之两极极面也具有相同大小之极面积，使得定子电磁体成员成对极之两极经过之磁通平衡。但是，如此之改变，将造成每一个成员独立运作时对电机之不良影响；但可藉由电机中空间角度相角差180度之两线圈串联激磁或并联激磁，即可改善因几何学上之不平衡而产生的不佳效应，然而却也加大了无刷电机操作时之转矩脉动。
本发明的第三实施例中，在不减损无刷电机之输出且考虑到无刷电机之轴向平衡的状况下，为了要改进磁性组件之两磁极的磁通分布，将第一实施例之无刷电机之径向内侧之极面加以改变，以使额外约呈轴向对应的极面而获得磁性组件之两磁极极面具有相同大小之极面积；而且，当定子极在轴向分量之极面数目为偶数，则与定子极相应之转子极在轴向分量之极面数目两者相同，使径向内侧之定子极与相应之转子极间的轴向分量气隙的数目为偶数。此种改进使得电机不但可获得具有均衡磁通分布之两极，而且也可改善因几何学上之不平衡而产生的不佳效应。
进一步的一个改进，在本发明的第四实施例中，转子磁性组件之两个永磁铁磁极之每一个极各自具有约呈U形的极面，U形极面的三个极面中，一个极面一般垂直于旋转轴以极面面向径向分量气隙，而另外两个磁极则各自面向各自的轴向分量气隙；而定子电磁体成员成对极之每一个极各自具有约呈U形的横截面，并与磁性组件之相应磁极被以一个径向分量气隙与两个轴向分量气隙所分隔。定子与转子间除了有两径向分量气隙以分隔定子与转子，且每一个定子极与相应之转子极间有轴向对应之轴向分量气隙以分隔定子与转子，以使每一个定子极与相应之转子极间的轴向分量气隙的数目为偶数。藉由额外增加转子磁极之面向轴向分量之极面与相对应的定子极之极面，以获得穿过气隙之转子磁极与相对应的定子极之表面面积的额外增加，因而可以促使磁通集中在相对大的表面上，来进一步地增进无刷电机之高输出能力；同时藉由无刷电机之面向轴向之额外极面的增加，使磁性组件之两永磁铁磁极极面具有相同大小之极面积，以及电磁体成员成对极之两极极面积大小相同，提供了额外的构造优点，藉由无刷电机之架构上的各自独立组件之结构安排，来关注于无刷电机之几何学上的空间平衡，以获得灵活安全之运作特性的更进一步地改进；也因为无刷电机的定子复数个电磁体成员与转子复数个磁性组件在空间之平衡安排，而降低单一个体组件独立操作时，对电机之不良影响。
本发明的第五实施例中，第四实施例中的转子磁性组件之每一个磁极之U形永磁铁各自以三个永磁铁替代，使每一个磁性组件之磁极极性相反之两磁极的每一个磁极仍然各自具有三个磁场极性相同的极面。这样安排，虽然会对产生力矩的磁通之集中有些不利之影响，但是永磁铁的准备却是较为容易；而且对无刷电机之操作并无不同。
本发明的第六实施例中，考虑到永磁铁的准备与制造的方便，第四实施例中的转子磁性组件之每一个磁极之U形永磁铁各自以一个圆弧形永磁铁替代，使定子与转子间有两径向分量气隙以分隔定子与转子，且定子极与相应之转子极间有轴向对应之轴向分量气隙以分隔定子极与转子极。这样安排，虽然会减少极面表面面积，但对无刷电机之操作并无不同。
这样的安排，以及由于在无刷电机之组织构造之所提供的几何学上之改进，磁通分布可以改进成更平坦，以获得磁通的更集中，使得在尽量不额外增加空间与重量的状况之考虑下，获得无刷电机之高效率、高输出和灵活安全之运作特性的更进一步地改进。
在本发明之后的更进一步具体化展示及描述，并经由澈底地仔细思考本发明所作之说明，本发明额外的优点，将很快且明显地变成易于实施的工艺。当本发明在实际施行之际，本发明可以有其它各式各样且不完全一样的实体化措施；其能仅修整数个本发明的细节，而不偏离本发明所叙述申请专利范围所记载之各项技术事项的观点说明，来实行本发明。因而，本发明所作之描述及绘图仅只是在此被视为本质上之说明，而非是实际实行之限制。
图1为本发明的第一实施例的无刷电机的立体分解图；图2为本发明的第一实施例的无刷电机的组合图；图3为图2的无刷电机沿着线A-A所得到的剖视图；图4为图2的无刷电机沿着线B-B所得到的部份详细的截面图；图5为本发明的第二实施例，类同于图3中的剖视图之一个改变的结构剖视图；图6为本发明的第三实施例，类同于图4中的剖视图之一个改变的结构剖视图；图7为本发明的第四实施例，类同于图1结构的无刷电机定子的组合图的改变的部分立体分解图；图8为图7结构的无刷电机的定子的部分立体分解图的组合图；图9为本发明的第四实施例，以图示无刷电机构造的部份的剖视图；图10为本发明的第五实施例，类同于图9中的剖视图之一个改变的结构剖视图；图11为本发明的第六实施例，类同于图9中的剖视图之一个改变的结构剖视图。
主要组件符号说明径向分量气隙21、22、22b1、21c1、22c1、21d1、22d1轴向分量气隙21c2、21c3、22b2、22b3、22c2、22c3、21d2、21d3、22d2、22d3围绕着旋转轴的圆周方向毗邻的磁性组件之间的间隙32电磁体成员的极间间隙33、33c磁性组件的结合座55、55a、55b、55c磁性组件的永磁铁51、52、51a、52a、52b、51c、52c磁性组件的结合座内侧极面面向径向分量气隙的永磁铁51d1、52d1磁性组件的结合座内侧极面面向轴向分量气隙的永磁铁51d2、51d3、52d2、52d3电磁体成员60电磁体成员的成对极的两极61、62、61a、62a、62b、61c、62c电磁体成员的线圈65、65a1、65a2、65e电磁体成员的核心部分63电磁体成员的结合座69、69b电磁体成员的成对极的两U形极61、62侧面的凹槽611b、612b固接板611、612固接板611、612的径向凸出部611a、612a固接板611、612的孔洞611c、612c定子固定柱601固定柱601上的孔洞601c1、601c2固锁组件601a固定轴74转子盘80转子固定盘81、81c、81e定子固定盘82、82c转子外环83、83e
具体实施例方式
本发明的无刷电机适用于高效率发电机、电动机，可用于驱动装置的引擎，如电动轮椅、电动脚踏车、电动汽车、...等等。
图1为本发明的第一实施例之无刷电机的立体分解图，用以说明实施例之组成成员。本发明的无刷电机含有一个定子及一个转子。转子上含有复数个含永磁铁之磁性组件，每一个磁性组件具有以导磁性材料形成之一般约呈U形之结合座55，且在每一个磁性组件的U形结合座55内侧之两侧边壁表面分别个安置有形成磁性组件两磁极之永磁铁51与永磁铁52；且每一个磁性组件的U形结合座之侧背与转子固定盘81上之凹槽结合，使复数个含永磁铁之磁性组件围绕着旋转轴之圆周方向配置以构成转子轮状环，而转子固定盘81则与转子盘80其中之一结合；转子外环83结合两侧面之转子盘80并经由轴承与固定轴74结合。定子上含有复数个电磁体成员，每一个电磁体成员60具有以导磁性之核心部分连接的成对极，且有一个线圈65在核心部分上形成；定子电磁体成员藉由结合座69与定子固定盘82结合至固定轴74，使复数个电磁体成员围绕着旋转轴之圆周方向配置以构成定子轮状环。在此，定子轮状环至少部分被转子轮状环围绕包含，因而，在转子的径向之两面上定义转子与定子间的两个径向分量气隙。
图2为第一实施例之无刷电机的组合图，可适合用于车轮以作为运输工具之驱动。
图3为本发明的第一实施例以图示说明图2之无刷电机沿着线A-A所得到的剖视图。在转子外环83内，转子每一个磁性组件之结合座55的两侧边壁的内部表面各自安置有磁极表面面向径向分量气隙其中之一的永磁铁51与52；且每一个永磁铁磁极极面只显示出一个单一的磁场极性并与同一个磁性组件的另一个永磁铁磁极极面的磁场极性相反；以及复数个磁性组件环绕着旋转轴74之圆周方向以磁场极性N/S连续交替配置，以构成轮状的转子环。定子每一个电磁体成员含有以一导磁性之核心部分63连接的成对极61、62，且有一个线圈65在定子电磁体成员的核心部分上形成；环绕着旋转轴之圆周方向形成定子环的复数个电磁体成员成对极之两极61、62分别隔着各自的径向分量气隙21、22与转子磁性组件的两永磁铁磁极51、52各自相应。当电磁体成员上之线圈受到激磁时，其磁通经由电磁体核心部分63、成对极61、62，透过分隔定子及转子之气隙21、22与转子磁性组件的两永磁铁51、52相互间作电磁之交互作用。永磁铁51与52是薄的双极性永磁铁，每一个永磁铁磁极面都只显示出一个单一的磁极极性，并与永磁铁背边表面之极性相反；围绕着旋转轴之圆周方向毗邻的磁性组件间的间隙32不需要完全相同，以便于与定子上之组件适当的配合。图3的构造使产生力矩之磁通可以被集中。而且，围绕着旋转轴之圆周方向毗邻的定子电磁体成员间的间隙33不需要完全相同，以便于适当的配合转子上之组件，经过合宜的安排，来降低无刷电机之转矩脉动，达成所需之平顺运转。图中所标示之磁场极性N、S只是为了作为磁极极面面向气隙之磁场极性之图示说明，并非作为限制。
图4为图2之无刷电机沿着线B-B所得到之部份详细的截面图。如图4中例示，两侧边之转子盘80与转子外环83结合，而磁性组件以其结合座55与转子盘81结合。转子之每一个磁性组件之U形结合座55的两侧边壁的内部表面各自安置有磁极表面面向径向分量气隙其中之一的永磁铁51、52；而导磁性物质制造之结合座形成磁性组件之轭铁，其对安置在磁性组件之两永磁铁而言，在作为两永磁铁磁极之一个磁通回归的路径，使磁通集中在磁性组件两永磁极之端部。定子之电磁体成员具有核心部分63以链接一成对极61、62形成，且以导磁性之物质制造，如Fe，SiFe，SiFeP，SiFeCo，...等等；并且有线圈65在电磁体成员之核心部分63上形成。电磁体成员藉由结合座69组装于定子固定盘82，而定子固定盘则直接与旋转轴结合。两径向分量气隙21、22位于转子磁性组件两永磁极极面及定子成对极极面之间以分隔转子及定子。图4中，结合座69之制造材料可使用非导磁性之物质，如铝或不锈钢等等，以使每一个定子电磁体成员相互间为实质上各自自行独立的磁通路径。因定子电磁体成员相互间的铁磁性隔离，使转子磁性组件配合定子电磁体成员而可得到更集中的磁通分布，以提供更好的无刷电机特性。
无刷电机中，在适当的位置放置位置感知器或与换向器配合之电刷，使在合宜的时间分别启断各别的电磁体成员之线圈电流，以获致平顺之输出。例如，当无刷电机做为无刷电动机运转时，以感知器所测知之定子与转子相对位置作为反应，来恰当地控制电磁体成员上线圈之激磁，造成相应之定子电磁体成员的磁化。而相反之磁场极性N、S随之在电磁体成对极之两极极面上产生，此线圈激磁所造成之磁通越过气隙产生磁动势，与转子上之永磁极相互间作电磁之交互影响，以驱动转子旋转。
下述叙述作为例示之说明，以无刷电机中定子之单一个电磁体成员的线圈之激磁控制为例。因异性磁极相吸，当转子永磁极之N极转向定子电磁体成员磁极之S极时，永磁极组件的径向对边之S极同时也相同地转向同一电磁体成员成对磁极之N极，使转子永磁极被定子电磁体成员所吸引。而在转子永磁极被吸引，以致径向包含定子电磁体成员时，逆转定子电磁体成员的线圈中之电流，以迫使定子电磁体成员成对磁极之磁场方向随之逆转。此时，定子电磁体成员成对磁极之磁场极性与包围在外的转子永磁极因同性磁极相斥，使转子永磁极被定子电磁体成员所推斥；但同时也因异性磁极相吸，而对毗邻的转子永磁极加以吸引。重复进行上述之过程，因而造成转子旋转。
图5为本发明的第二实施例，类同于图3中的剖视图之一个改变的结构剖视图。在本发明的各个图中之例示，对于组件改变之部分采用改变之图号标示，使易于了解本发明的各个实施例之间的改变。相对于图3的电机，图5无刷电机之结构所作之改变，虽然影响了极大值输出，但却使得定子每一个电磁体成员成对极之两极磁通之分布可以更平衡；图3中每一个电磁体成员成对极之两极，在图5被以约具有相同极面面积之两极61a、62a替代，其以图示显示在图中。图5中，为了使转子磁性组件的两永磁极磁通之分布可以更匹配，每一个磁性组件两磁极之永磁铁51a与永磁铁52a也被改变成更为对称，且磁性组件的结合座55a也随永磁铁51a与永磁铁52a之改变而调整；因而，电磁体成员的成对极两极与磁性组件的两永磁铁磁极之磁通分布可以更为平衡。虽然，如此之改变，将可能加大无刷电机操作时之转矩脉动；但仍可藉由电机中几何学上之平衡运作以改善因几何学上之不平衡而产生的不佳效应，例如图5中例示之电机中空间角度相角差180度之线圈65a1、65a2，以两者串联或并联激磁。
图6为本发明的第三实施例，类同于图4中的剖视图之一个改变的结构剖视图。第三实施例之结构相对于第一实施例，可以不降低无刷电机之极大值输出，且促使定子成员组件的两极与转子组件的两永磁极上之磁通分布的更平衡。图4中，电磁体成员成对极两极中内侧之极62以及与之对应的磁性组件两永磁极中内侧之永磁极52，在图6被以具有U形极面的电磁体成员内侧极62b以及磁性组件内侧永磁极52b替代，其以图示显示在图中。而且在图6中显示，另一个转子磁性组件结合座55b与另一个结合定子与电磁体成员之结合座69b，是为了配合更替后之电磁体成员以及磁性组件永磁极以与其结合。图6中磁性组件之内侧永磁极之永磁铁52b是具有U形极面之薄的双极性永磁铁，每一个永磁铁的U形极面只显示出一个单一的磁极极性，并与结合至C形结合座之内侧表面的永磁铁之U形背面表面的磁极极性相反；图中所标示之磁场极性N、S只是为了作为磁极极面面向气隙之磁场极性之图示说明，并非作为限制。而与磁性组件永磁极52b相应之U形横截面的电磁体成员内侧极62b之U形外侧具有三个极面，使永磁极52b的U形极面与相应之内侧极62b的U形极面隔着径向分量气隙22b1与轴向分量气隙22b2、22b3相互作用。额外提供的气隙表面面积，可促使磁通集中的表面增加与两极之磁通分布的平衡，而且因轴向对应之平衡效应不致造成对电机之不良影响，以达成进一步地几何学上平衡的需求。
图7为本发明的第四实施例，类同于图1结构之无刷电机定子的组合图之改变的部分立体分解图。定子电磁体成员成对极的每一个U形极61c、62c可以提供一个相对大的气隙表面积，使无刷电机结构的体积减少，来获得更高效率之无刷电机；且每一个U形极之两侧面极面约呈轴向对应。而定子电磁体成员的每一个极61c、62c各自具有4个凹槽；每一个U形极有两个凹槽611b在U形极的一个侧面之两相反的末端，另外的两个凹槽612b则在U形极的另一个侧面之两相反的末端。以非导磁性材料形成之固接板611、612之两径向侧面上各自有一凸出部611a、612a，呈现由窄至宽之变化，而且较宽处在外，以在内之较窄处与凸出部之主体结合，而每一个固接板611、612之主体各自可形容成两个相同部件之组成，每一个部件为约成同心圆弧之长条形片体，将两个相同长条形片体部件的末端以轴向结合，并且在结合处之两径向侧面各自连接有前述的凸出部611a、612a；至于孔洞611c、612c可用作为两相邻接的固接板相互间之结合，因而使复数个固接板相邻接以组合成圆形之环圈。固接板上的径向之两凸出部611a与定子电磁体成员的极上之径向之两凹槽611b契合，而固接板上的径向之两凸出部612a则与定子电磁体成员的极上之径向之两凹槽612b契合。因而，固接板611与612两者实质上是可以完全相同的。在图中之定子固定柱601则有结合定子轮状环至定子固定盘之功能，固定柱601上之孔洞601c1藉由传统之固定方式与固接板612上的孔洞612c结合，而固锁组件601a显示在图中作为例示；并藉由固定柱之孔洞601c2与定子固定盘结合。实际上，本结构中之固接板611即使不存在，对无刷电机之操作并不会不同。
藉由电磁体成员的极上凹槽与固接板上的凸出部之紧密接合，以非导磁性材料形成之复数个固接板相邻接以配合复数个电磁体成员，使复数个电磁体成员围绕着旋转轴之圆周方向配置以形成定子轮状环。图8为以图标说明图7结构之无刷电机定子的部分立体分解图之组合图。在定子环中毗邻的电磁体成员以极间间隙33c分隔，使每一个电磁体成员相互间无铁磁性之接触，因而毗邻的电磁体成员具有磁之隔离。
图9为本发明的第四实施例，以图示无刷电机构造之部份的剖视图，无刷电机之定子构造的部份组合图显示在图7。复数个固接板611、612相邻接以配合复数个电磁体成员，并藉由固定柱601与定子固定盘82c结合，使复数个电磁体成员围绕着旋转轴之圆周方向配置以形成定子轮状环。配合定子电磁体成员之U形极61c、62c构造的改变，转子每一个含永磁铁之磁性组件具有以导磁性材料形成之一般约呈C形之结合座55c，结合座内侧表面的上半部与一个U形永磁铁51c之背面表面结合，而同一结合座内侧表面的下半部，则结合有表面磁场极性相反之另一个U形永磁铁52c，以形成磁性组件之磁极极面磁场极性相反之两磁极。磁性组件之每一个磁极的永磁铁是具有U形极面之薄的双极性永磁铁，而每一个永磁铁的U形极面只显示出一个单一的磁极极性，并与结合至结合座之内侧表面的永磁铁之U形背面表面的磁场极性相反。每一个磁性组件的C形结合座之侧背与转子固定盘81c上之凹槽结合，而转子固定盘则与转子盘80其中之一结合；转子外环83结合两侧面之转子盘。因而，磁性组件之每一个永磁铁磁极各自具有三个磁场极性相同的磁极表面，第一个极面一般平行于旋转轴以极面面向径向分量气隙21c1(或22c1)，而另外两个极面则各自面向轴向对应的轴向分量气隙21c2、21c3(或22c2、22c3)；磁性组件之每一个磁极的极面各自隔着气隙与定子成对极之相应极的相应极面相互作用。复数个含永磁铁之磁性组件环绕着旋转轴之圆周方向配置以构成一轮状环，而围绕着旋转轴之圆周方向毗邻的永磁铁以磁极极性N/S连续交替配置。图中所标示之磁场极性N、S只是为了作为磁极极面面向气隙之磁场极性之图示说明，并非作为限制。
图10为本发明的第五实施例，类同于图9中的剖视图之一个改变的结构剖视图。图9中磁性组件的结合座内侧表面之U形永磁铁51c与52c已经各自被以三个永磁铁51d1、51d2、51d3与52d1、52d2、52d3替代，其以图示显示在图10中。图中，永磁铁51d1与52d1安置于结合座内侧表面上，使磁极极面分别面向各自的径向分量气隙21d1与22d1；而永磁铁51d2、51d3与52d2、52d3则各自安置于C形结合座内侧面向轴向之表面上，使磁极极面分别面向各自的轴向分量气隙21d2、21d3与22d2、22d3。每一个磁极的三个永磁铁各自都是薄的双极性永磁铁且具有平坦的极面，且每一个永磁铁磁极面只显示出一个单一的磁极极性，并与永磁铁背面表面的极性相反；因而，磁性组件之每一个磁极的三个相互毗邻之永磁铁磁极极面具有相同的磁场极性，使得产生穿过气隙的磁通可以相互辅助，并且与同一个磁性组件之另一个磁极的三个相互毗邻之永磁铁具有的磁场极性相反。图10中所标示之磁场极性N、S只是为了作为图示以例示说明永磁铁磁极之极性，并非作为限制。
图11为本发明的第六实施例，类同于图9中的剖视图之一个改变的结构剖视图。图9中磁性组件的结合座内侧表面之U形永磁铁51c、52c已经各自被以永磁铁51e、52e替代，其以图示显示在图中。第十一图中，为了配合永磁铁51e、52e之改变，在转子外环83e内，永磁铁51e、52e安置于磁性组件结合座55e内侧表面，且藉由磁性组件的结合座之侧背与转子固定盘81e上之凹槽结合；而定子电磁体成员的成对极61e、62e隔着各自的气隙21e、22e以与转子磁性组件的永磁铁51e、52e相应，以在定子与转子间有两径向分量气隙以分隔定子与转子，且定子极与相应之转子极间有轴向对应之轴向分量气隙以分隔定子极与转子极；电磁体成员的线圈65e例示在图中，以配合成对极之改变。
更进一步的改进，在本发明的第七实施例中，第四实施例之转子固定盘以及转子外环也可以由非导磁性的材料形成，使环绕着旋转轴之圆周方向毗邻的永磁铁彼此不但以间隙分隔且相互间无铁磁性之接触。因此，提供了在转子磁极上更平坦的磁通分布；使得磁通的集中、磁通的尽量利用与尽可能降低磁通的转换干扰效应之达成，以获得在高输出时提供高效率之无刷电机的运作。并且藉由无刷电机在空间中更佳的几何学上的平衡，使几何学之不平衡所产生的不利影响可减至最少，以获致灵活安全之操控能力。
虽然转子磁性组件以及与其对应的定子电磁体成员之数目被特定提出，但本发明之具体化实现时，定子电磁体成员之数目及转子磁性组件之数目可相同也可不同，以符合设计所需之要求来作决定。而且转子磁性组件沿着旋转轴之圆周方向毗邻的永磁铁彼此分隔之间隙的每一个间隙大小可以不需要相同，以及定子沿着旋转轴之圆周方向毗邻的电磁体成员相互间作磁性隔离之间隙的每一个间隙大小当然也可以不需要相同。因而可经由适当之安排来降低无刷电机操作时之转矩脉动。在前述之所有的实施例中，无刷电机之转子磁性组件之结合座部分当然可由非导磁性的材料形成，虽然会对磁通之集中有不利之影响，但对无刷电机之运转控制并无不同，仍然能获得无刷电机之可用的运转。
此外，不论是对于定子或是转子任何一者而言，其所组成组件的尺寸也可各自以规格化之制造，使能有利于制造之简化。本发明之无刷电机除了可提供更大之输出、更高能量之效率以外，实际上也使无刷电机易于制造。
实际具体实施时，尤有更甚者，可将本发明的实施例之复数个无刷电机以轴向扩张的方式来提供输出之增加。或是更进一步地，在考虑到电动机额外的扁平化、更大之输出需要以及更平顺之运转需求下，将复数个无刷电机以径向串接，且将径向串接之无刷电机在环绕着各自的圆周方向分别各自配置各自的转子轮状环与定子轮状环，使串接之无刷电机在各自的圆周方向移动轮状环一个相应之角度；因此不需要额外增加位置感知器，而在合适的时间，分别对定子电磁体成员的线圈各自加以适当之激磁，来达成所需之运转。
前述的各种实行之形态，系作为一例示来阐明本发明，但本发明并不受到该等实施形态之限制。虽然本发明之例示为一个在内的定子经由一个在外的转子所包围环绕，但这些结构也能被反置，以至于转子被定子所包围环绕。在本次公开中，仅只显示且描述本发明少量的各式各样的一些例示。本发明能够应用在各式各样的其它组合及环境中，而且能够在不超过类似于上述说明之本发明概念的范围内改变或修正。
权利要求
1.一种无刷电机，含有一个转子，含有环绕着旋转轴的圆周方向配置以构成一轮状环的复数个含永磁铁的磁性组件，而每一个磁性组件各自具有两磁极；一个定子，含有呈同轴配置的复数个磁性隔离的电磁体成员环绕着旋转轴以构成一轮状环，而每一个电磁体成员都含有成对极；其特征在于定子电磁体成员的成对极的每一个极各自与转子磁性组件的两磁极其中之一相应，以及定子与转子间有两径向分量气隙以分隔定子与转子，且定子极与相应的转子极间有轴向对应的轴向分量气隙以分隔定子极与转子极；并且，定子轮状环至少有部分被转子轮状环所环绕包含。
2.如权利要求1所述的无刷电机，其特征在于前述的定子极与相应的转子极间有轴向对应的轴向分量气隙以分隔定子极与转子极，定子极与相应的转子极间轴向分量气隙的数目为零。
3.如权利要求2所述的无刷电机，其特征在于前述的定子极与相应的转子极在轴向分量的极面不同时存在。
4.如权利要求1所述的无刷电机，其特征在于前述的定子极与相应的转子极间有轴向对应的轴向分量气隙以分隔定子极与转子极，定子极与相应的转子极间轴向分量气隙的数目为偶数。
5.如权利要求4所述的无刷电机，其特征在于前述的定子极在轴向分量的极面数目为偶数，则定子极与相应的转子极在轴向分量的极面数目两者相同。
6.如权利要求1所述的无刷电机，其特征在于前述的定子的每一个电磁体成员的成对极以导磁性的核心部分连接，且有一个线圈在电磁体成员的核心部分上形成，当线圈加以电流激磁时，在电磁体成员成对极的两极的各自的极面产生相反的磁场极性，并使每一个极的极面产生的磁场极性相同，而且当线圈中通过的电流逆转时，在成对极的两极极面的磁场极性也随之逆转。
7.如权利要求6所述的无刷电机，其特征在于前述的定子的每一个电磁体成员都各自经由非导磁性材料组成的构造分别固定至定子上，使定子的每一个电磁体成员相互间无铁磁性的接触。
8.如权利要求6所述的无刷电机，其特征在于前述的转子的每一个磁性组件的两磁极的每一个磁极极面只显示出一个单一的磁场极性并与另一个磁极极面的磁场极性相反。
9.如权利要求8所述的无刷电机，其特征在于在此前述的每一个含永磁铁的磁性组件具有以导磁性材料形成的结合座；且有复数个永磁铁安置在每一个磁性组件的结合座的内侧表面，以形成磁性组件的两磁极；而形成磁性组件磁极的每一个永磁铁在面向气隙的表面只显示出一个单一的磁场极性，并与结合至磁性组件的结合座内侧表面的永磁铁背面表面的磁场极性相反。
10.如权利要求6所述的无刷电机，其特征在于在此前述的转子的复数个永磁铁在环绕着旋转轴的圆周方向排列的毗邻永磁铁沿着环绕着旋转轴的圆周方向以磁极极性N/S连续交替配置。
11.如权利要求6所述的无刷电机，其特征在于在此前述的定子电磁体成员的成对极的一个极的极面面向的气隙有三个分量，而气隙的三个分量中的一个为径向分量气隙，另两个为轴向对应的轴向分量气隙。
12.如权利要求11所述的无刷电机，其特征在于在此前述的定子的每一个电磁体成员成对极的有三个分量气隙的极之横截面约呈U形，而极之U形横截面的三个极面中的底部极面一般面向径向分量气隙，使转子与定子之间的两个径向分量气隙位于定子的径向的相反的两面上，而另外两个极面则面向各自的轴向分量气隙。
13.如权利要求9所述的无刷电机，其特征在于在此前述的与定子极相应的转子极，转子磁性组件的两磁极之一个相应永磁铁磁极的极面面向的气隙有三个分量，而气隙的三个分量中的一个为径向分量气隙，另两个为轴向对应的轴向分量气隙。
14.如权利要求13所述的无刷电机，其特征在于在此前述的每一个含永磁铁的磁性组件具有一般约呈C形的结合座；且有复数个永磁铁安置在每一个磁性组件的C形结合座的内侧表面，以形成磁性组件的两磁极；磁性组件的每一个磁极各自具有三个磁场极性相同的磁极表面，第一个极面一般平行于旋转轴以极面面向径向分量气隙其中之一，而另外两个极面则面向各自的轴向分量气隙。
15.如权利要求14所述的无刷电机，其特征在于在此前述的磁性组件的每一个磁极的永磁铁具有约呈U形的横截面以形成磁极的三个极面，且每一个U形磁极的三个极面中的底部极面一般平行于旋转轴。
16.如权利要求9所述的无刷电机，其特征在于在此前述的每一个磁性组件的两磁极上的永磁铁实质上彼此以径向间隙分隔。
17.如权利要求10所述的无刷电机，其特征在于此前述的环绕着旋转轴的圆周方向毗邻的永磁铁彼此以间隙分隔。
18.如权利要求17所述的无刷电机，其特征在于在此前述的环绕着旋转轴的圆周方向毗邻的永磁铁彼此不但以间隙分隔且相互间无铁磁性的接触。
19.如权利要求9所述的无刷电机，其特征在于在此前述的转子磁性元件的结合座部分可由非导磁性的材料形成。
全文摘要
本发明系一种无刷电机，含有一个转子含有一个定子，其中，定子电磁体成员的成对极之每一个极各自与转子磁性组件之两磁极其中之一相应，以及定子与转子间有两径向分量气隙以分隔定子与转子，且定子极与相应之转子极间有轴向对应之轴向分量气隙以分隔定子极与转子极；并且，定子轮状环至少有部分被转子轮状环所环绕包含。
文档编号H02K1/12GK1897424SQ20061010012
公开日2007年1月17日 申请日期2006年6月27日 优先权日2005年6月29日
发明者陆纬庭 申请人:陆孝庭