CN101106292A

CN101106292A - 电动机的结构

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Publication number: CN101106292A
Application number: CNA2006101058999A
Authority: CN
Inventors: 叶恩综; 叶东华
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-07-11
Filing date: 2006-07-11
Publication date: 2008-01-16

Abstract

一种电动机的结构，是于电动机的内部电枢设有至少二层基板，它们彼此呈前、后相对向配置，各基板设有呈环状排列的多个装设孔，它们各嵌设一永久磁铁，使相邻的二永久磁铁具有相反的磁极；而电动机的外部电枢设有呈环状排列的多个线圈，它们对应前后二层基板的永久磁铁之间而绕置于一硅钢片组上；借助各线圈于永久磁铁前、后侧的相对旋转作用，使增加磁力线感应的面积，进而增加动力的输出；并利用暂停供电(断电)设计，以防止磁滞及具有省电功能。

Description

电动机的结构

技术领域

本发明是关于一种电动机的结构，尤指一种利用增加磁力线感应面积与暂停供电(断电)的设计，以防止磁滞及具有省电功能，并增加动力输出的电动机结构。

背景技术

电动车辆的发展日新月异，然而影响其性能的最重要因素为电动机(马达)的扭力和爬坡能力。请参阅图1所示，一般传统的电动机是包括一定子10(定部电枢)及一转子20(动部电枢)。其中，定子10的内缘部位等间距嵌设有多个线圈11，这些线圈11是漆包线缠绕于叠压的硅钢片组上所构成；而转子20的圆周部位设有多个等间距排列的永久磁铁21，使相邻的二永久磁铁21具有相反的磁极，以于这些线圈11通电流而产生磁场时，各该线圈11的磁场将与各永久磁铁21的磁场相斥，而使转子20与定子10产生相对的旋转，因而使得转子20的轴心23被带动旋转，造成动力输出。

然而，该现有电动机的转子20与定子10相面对的面积仅有单面，以致磁场相斥力薄弱，造成输出的扭力和爬坡能力有限；且该现有电动机的转子20，其永久磁铁21一侧边25，在该转子20旋转时，将会与线圈11产生异性磁极相吸的磁滞情形，如此，将导致该现有电动机的扭力和爬坡能力减弱，无法提升。虽曾有制造业将该侧边25作切角，以减少磁滞所造成的阻力，但是无形中却增加了许多次排斥力的耗电量。

发明内容

发明人有鉴于前述现有电动机扭力和爬坡能力无法提升的缺点，而提供本发明电动机结构的发明，以期能摒除先前技术所产生的缺失。

本发明的一目的是提供一种电动机的结构，以提高该电动机的扭力和爬坡能力的效率。

根据上述的目的，本发明的电动机的内部电枢设有至少二层基板，它们彼此呈前、后相对向配置，各基板的内侧表面设有环状排列的多个装设孔，它们各嵌设有一永久磁铁，使相邻的二永久磁铁具有相反的磁极；而电动机的外部电枢设有呈环状排列的多个线圈，它们彼对应于前后二永久磁铁之间，线圈绕置于一硅钢片组上；以于这些线圈通电流而产生磁场时，各线圈的磁场将与各永久磁铁的磁场相斥，而使外部电枢与内部电枢产生相对的旋转，因而造成动力输出；如此，借助各线圈于永久磁铁前、后侧的相对旋转作用，使增加磁力线感应的面积，进而增加动力的输出，达成增加电动机的扭力和爬坡能力的效率。

本发明的另一目的是提供一种电动机的结构，以避免发生磁滞的现象。

根据上述的目的，通过本发明各线圈于各永久磁铁前、后侧的相对旋转，且因具有暂停供电(断电)的设计，使可避免永久磁铁与线圈发生相互磁吸所造成的磁滞现象，以避免影响动力输出。

附图说明

图1是现有一种电动机的平面示意图。

图2是本发明电动机第一实施例的剖面示意图。

图3是本发明电动机第一实施例其中内部电枢的立体图并显示部份剖面状态。

图4是图3所示内部电枢其中基板的侧面图。

图5是图4的A-A剖面图，并显示其装设永久磁铁及导磁板的状态。

图6是本发明电动机第一实施例其中外部电枢的框体的立体图。

图7是图6所示框体的侧面图。

图8是图7的B-B剖面图。

图9是本发明电动机第一实施例其中整流子的立体图，并显示部份剖面状态。

图10是图9所示整流子的侧面图。

图11是图10的C-C剖面图。

图12是本发明电动机第一实施例其中碳刷组的本体的立体图，并显示部份剖面状态。

图13是图12所示本体的侧面图。

图14是图13的D-D剖面图。

图15是图12所示本体的另一侧面图。

图16是第12所示碳刷组其中所使用的内导电环片的立体图。

图17是第12所示碳刷组其中所使用的外导电环片的立体图。

图18A、18B、18C是本发明电动机的部份剖面的连续动作示意图。

图19是本发明电动机第二实施例的剖面示意图。

图20是本发明电动机第二实施例其中于外部电枢装设磁极感应元件的平面示意图。

具体实施方式

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图的二个较佳实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。

图2是本发明电动机结构第一较佳实施例的剖面示意图，主要是一有刷电动机的结构。如图所示，本发明的电动机主要包括有一内部电枢30、一外部电枢40、二整流子50、以及二碳刷组60。

请一并配合参阅图3至图5所示，内部电枢30设有至少二层基板31，彼此呈前后相对向配置，各基板31的内侧表面上各设有呈环状排列的多个装设孔32。这些装设孔32各嵌设有一永久磁铁33，使相邻的二永久磁铁33具有相反的磁极；且这些装设孔32各装设有一导磁板34，导磁板34临接于永久磁铁33的外侧面，使借助这些导磁板34的导引磁力，使增加这些永久磁铁33两极的磁力线。

请一并配合参阅图6至图8所示，外部电枢40装设于内部电枢30的二层基板31之间。外部电枢40具有至少一框体41，该框体41装设有呈环状排列的多个线圈42，这些线圈42对应于前、后二层基板31的各永久磁铁33之间，各线圈各绕置于一硅钢片组43。硅钢片组43包括一贯穿于线圈42的硅钢片431及二位于硅钢片前、后端的硅钢片环432。借助硅钢片组43的导引磁力，使增加线圈42两极的磁力线。另外，外部电枢40装设有一外部盖体44，该外部盖体经由一轴承45与一轴心46结合。轴承45较佳者为一斜座轴承，可增加外部电枢40的稳定性。也即本发明的电动机可被运用于例如一交通工具(如：自行车、机车、汽车等)的轮子上，车子轮子的轴心46与外部电枢40相互枢接，使该外部电枢4可以该轴心46为圆心，进行旋转。

请一并参阅图9至图11所示，二整流子50装设于外部电枢40的框体41的内围部位，并位于内部电枢30前、后二层基板31之间。各整流子50包括有一环型绝缘体51，以及间隔嵌装于环形绝缘体51内围部位的多个导电铜块52及多个断电铜块53。各整流子50的导电铜块52与外部电枢40的线圈42以电线54电性连接。环形绝缘体51除了提供导电铜块52固定之外，还借以避免导电铜块52与线圈42间不当的接触及防止漏电短路。

请一并参阅图12至图17所示，二碳刷组60以至少一固定元件61固定于内部电枢30的二层基板31之间，并分别位于二整流子50的内围部位，且分别与该二整流子50相接触。于实施上，各碳刷组60具有一呈环状的本体62，该本体由其中心部位向外围部位开设有呈辐射状排列的多个容置槽63，各容置槽包括有一碳刷容置槽631及一弹簧容置槽632，弹簧容置槽接续于碳刷容置槽631的底部，以分别容置一碳刷64及一弹簧65彼此相接触，弹簧65可提供一弹力，使碳刷64可接触于整流子50的导电铜块52。本体于其中心部位横向开设有呈环状排列的多个穿孔66彼与弹簧容置槽632的底部相通，用以装设导电环片67，且该导电环片67与弹簧65相接触。容置槽63及其碳刷64的辐射状分布，可有效利用外部电枢40的内围空间，碳刷面积大，散热速度快，分流小，因而使用的耐久性长。

导电环片67包括有一内导电环片671及一外导电环片672，它们彼此分别以电源线673接通至一电源的正、负极。内导电环片671具有一内环体6711，该内环体具有多个导电插脚6712，它们彼此间隔插置于碳刷组60的穿孔66；而外导电环片672则具有一外环体6721，该外环体也具有多个导电插脚6722，它们彼此也间隔插置于碳刷组60的穿孔66。因此，在供电状态下，外部电源即可依序经由导电环片67、弹簧65、碳刷64、导电铜块52，而供应至外部电枢40的线圈42。

碳刷组60的本体62横设有多个固定孔621，而内部电枢30的基板31的相对应位置也设有多个固定孔311，上述固定元件61可经由该些固定孔621及311，而将碳刷组60及内部电枢30相固定。另外，碳刷组60的本体62横设有多个穿线孔622，以供穿设电源线673至对向的碳刷组60之用。

碳刷组60的本体62的外周壁凹设有多个储碳槽68，以供容置碳刷64与导电铜块52摩擦时所产生的碳刷屑。

当外部电枢40的线圈42被通以电流而产生磁场时，各线圈42的磁场将与各永久磁铁33的磁场相斥，而使外部电枢40与内部电枢30产生相对的旋转，因而造成动力输出，如此，借助各线圈40于永久磁铁33前、后侧的相对旋转作用，使增加磁力线感应的面积，进而增加动力的输出。

整流子50与电刷组60的相互配合，使得整流子50具有电性换向及暂时断电的作用，也即，当碳刷64刷经整流子50的断电铜块53的区域的时点时，将对整流子50暂时停止供电。此是于线圈42产生磁场时，当部分线圈42与永久磁铁33的磁场为异性时，为避免磁极异性相吸的磁滞问题，电刷组60的碳刷64将通过整流子50的分配，在不断开电路的状况下，暂时对该部分线圈42停止供电(断电)(即控制供电时间)。此时内部电枢30及外部电枢40的相对旋转动作将形成发电机的作用，并借助原有的电路将所产生的电力导入外部电枢40的各线圈42中储存，作为下次再放电的电能，因此该部分线圈42可因断电，而使电动机具有发电功能而发电，故除了利用断电时减少磁滞外，还可作为储电功效，达成省电的目的。

再详细予以说明，请参阅图18A、18B、18C所示，以三相电动机为例作说明，当线圈42通电流而产生磁场，使外部电枢40与内部电枢30产生相对的旋转时：

当外部电枢40旋转至一角度时，为避免线圈42的其中一相线圈例如A相线圈421产生与永久磁铁33相异的磁极，此时该A相线圈421是位于断电区域而处于断电状态，其磁极归零，其他的B相线圈422及C相线圈423则位于正、负电区域而处于用电状态。如此，B相线圈422及C相线圈423可因电流的供应，使外部电枢40与内部电枢30可产生相对的旋转，同时，A相线圈421可因内部电枢30及外部电枢40的相对旋转动作，而形成发电机的作用，并将所产生电力借原有的线路导入A相线圈421内，作为下次再放电的电能(如图18A所示)。

当外部电枢40旋转至另一角度时，C相线圈423是位于断电区域而处于断电状态，其磁极归零，而其他的A相线圈421及B相线圈422则位于正、负电区域而处于用电状态。如此，A相线圈421及B相线圈422可因电流的供应，使外部电枢40与内部电枢30可产生相对的旋转，同时，C相线圈423可因内部电枢30及外部电枢40的相对旋转动作，而形成发电机的作用，并将所产生电力借助原有的线路导入C相线圈423内，作为下次再放电的电能(如图18B所示)。

当外部电枢40旋转至再一角度时，B相线圈422是位于断电区域而处于断电状态，其磁极归零，而其他的A相线圈421及C相线圈则位于正、负电区域而处于用电状态。如此，A相线圈421及C相线圈423可因电流的供应，使外部电枢40与内部电枢30可产生相对的旋转，同时，B相线圈422可因内部电枢30及外部电枢40的相对旋转动作，而形成发电机的作用，并将所产生电力借助原有的线路导入B相线圈422内，作为下次再放电的电能(如图18C所示)。

图19是本发明电动机结构第二较佳实施例的剖面示意图，主要是一无刷电动机的结构，且为多层内部电枢30及多层外部电枢40的结构安排，因而可获得更多的磁力线切割面积，而具有更高的效率。另外在图2的第一实施例当中，是设定内部电枢30为定部电枢(定子)，外部电枢40为动部电枢(转子)，然而，其定部电枢及动部电枢的相对角色是可互换的；例如在图19的第二实施例当中为相反的设计，即设定内部电枢30为动部电枢(转子)，而外部电枢40为定部电枢(定子)。

由于图19所示的本发明第二实施例是一种无刷电动机的结构，因此省略了上述第一实施例当中的整流子及碳刷组元件，其他内部电枢30及外部电枢40的构造及作用则与第一实施例相同。

而对于断电的设计，在本第二实施例当中，是如图19及图20所示，于外部电枢40框体41内缘对应线圈42及永久磁铁33的位置上，设有至少一组磁极感应元件70(如：霍尔元件)，这些磁极感应元件70与一控制器(图中未示)电讯连接，当同一组磁极感应元件70同时感应到线圈42及永久磁铁33的磁场时，该控制器将电流导入这些线圈42(通电)；当同一组磁极感应元件70仅一个磁极感应元件70感应到线圈42及永久磁铁33的磁场时，该控制器在不断开电路的连接情况下，控制电源暂时对这些线圈42停止供电(断电)(即控制供电时间)，此时内部电枢30及该外部电枢40的相对旋转动作将形成发电机的作用，并将所产生电力借助原有的线路导入各线圈42内，作为下次再放电的电能，具有省电以及避免线圈42与永久磁铁33的磁场异性相吸的磁滞问题。其作用原理及功效与第一实施例相同

再者，利用本发明的结构，可设计线圈42及永久磁铁33的极数，即该极数或间距作适当且最有效的调整，使电动机输出高扭力，或输出高转速，故本发明的结构可依扭力与转速的特定设计需要作远距提供高转速，近距提供高扭力的输出功率设计。

本发明虽已借上述较佳实施例加以详细说明，但以上所述的仅用以说明本发明使熟知本技术的人员可更易于了解本发明，并非用来限定本发明实施的范围。故而凡依本发明申请权利要求范围所述的形状构造特征及精神所作出的等同的变化与修饰，均应包含于本发明的申请专利范围内。

Claims

1.一种电动机的结构，其特征在于，该电动机包括：

一内部电枢，其设有至少二层基板，彼此呈前、后相对向配置，各该基板的内侧表面上各装设有呈环状排列的多个装设孔，各该装设孔各嵌设有一永久磁铁；

一外部电枢，位于该内部电枢的该二层基板之间，该外部电枢具有至少一框体，该框体装设有呈环状排列的多个线圈，它们彼对应于该前、后二层基板的各该永久磁铁之间而各绕置于一硅钢片组；依该外部电枢的线圈与该内部电枢的永久磁铁的多层多面的相互排吸作用，以于该等线圈通电流而产生磁场时，各该线圈的磁场将与各该永久磁铁的磁场相斥，而使该外部电枢与该内部电枢产生相对的旋转，因而造成动力输出；又当部分线圈与部分永久磁铁的磁极为异性时，对这些线圈暂时停止供电(断电)，此时该内部电枢及该外部电枢的相对旋转动作将形成发电机的作用，并将所产生的电力导入该电动机的各线圈中储存，作为下次再放电的电能。

2.如权利要求1所述的电动机的结构，其特征在于该内部电枢为定子，而该外部电枢为转子。

3.如权利要求1所述的电动机的结构，其特征在于该内部电枢为转子，而该外部电枢为定子。

4.如权利要求1所述的电动机的结构，其特征在于该内部电枢的各该装设孔各装设有一导磁板，且各该导磁板临接于各该永久磁铁的外侧面。

5.如权利要求4所述的电动机的结构，其特征在于该硅钢片组包括一贯穿该线圈的硅钢片及二位于该硅钢片前、后端的硅钢片环。

6.如权利要求5所述的电动机的结构，其特征在于该外部电枢的框体的内缘在对应于线圈该及该永久磁铁的位置上，设有至少一组磁极感应元件，这些感应元件与一控制器电讯连接，以同一组磁极感应元件同时感应到该线圈及该永久磁铁的磁场时，该控制器将电流导入这些线圈。

7.如权利要求6所述的电动机的结构，其特征在于该外部电枢经一轴承与一轴心结合。

8.如权利要求5所述的电动机的结构，其特征在于该电动机结构进一步包括有：

二整流子，装设于该外部电枢的内围部位，并位于该内部电枢的二层基板之间，且该二整流子与该外部电枢的这些线圈相电性连接；以及

二碳刷组，以至少一固定元件固定于该内部电枢的二层基板之间，并分别位于该二整流子的内围部位，且分别与该二整流子相接触。

9.如权利要求8所述的电动机的结构，其特征在于该整流子包括有一环形绝缘体，以及间隔嵌装于该环形绝缘体内围部位的多个导电铜块及多个断电铜块。

10.如权利要求8所述电动机的结构，其特征在于该碳刷组具有一呈环状的本体，该本体由其中心部位向外围部位开设有呈辐射状排列的多个容置槽，各该容置槽各包括有一碳刷容置槽及一弹簧容置槽，弹簧容置槽接续于该碳刷容置槽的底部，以分别容置一碳刷及一弹簧彼此相接触，且该本体于其中心部位横向开设有呈环状排列的多个穿孔彼与该弹簧容置槽的底部相通，用以装设导电环片，且该导电环片与该弹簧相接触。

11.如权利要求10所述的电动机的结构，其特征在于该导电环片包括有一内导电环片及一外导电环片，它们彼此分别接通至一电源的正、负极；该内导电环片具有一内环体，该内环体具有多个导电插脚，它们彼此间隔插置于该碳刷组的穿孔；该外导电环片具有一外环体，该外环体具有多个导电插脚，它们彼此间隔插置于该碳刷组的穿孔。

12.如权利要求10所述的电动机的结构，其特征在于该碳刷组的本体的外周壁凹设有多个储碳槽。

13.如权利要求10所述电动的机结构，其特征在于该外部电枢装设有一外部盖体，该外部盖体经一轴承与一轴心结合。

14.如权利要求13所述电动机的结构，其特征在于该轴承为斜座轴承。