CN101110546A - 多相无刷电机 - Google Patents

Abstract

一种多相无刷电机，在无刷电机中利用电枢成员的多相安排，与场磁铁成员磁极极面与对应的电枢成员相应极极面彼此关联以相互歪斜，以降低顿转力矩对输出力矩的不利影响。而且，因一个或更多无刷电机的帮助，而增加多相无刷电机在三维空间中更多的平行气隙，使电机在有限移动方向空间条件下，可藉由多相群组的安排来提供更高的力矩输出，或安排更多个串联且各自独立移动的个体。

Description

多相无刷电机

技术领域

本发明是关于一种电动机结构，特别是指一种多相无刷电机。

背景技术

以通用旋转电机而言，不论直流电机或交流电机的运作，其转子与定子间均采用磁极同性相斥、异性相吸的磁原理。对于产生一线性力量的线性电机，旋转电机的定子和转子被替换以线性电机的定子和动子，但操作原理相同。

Kawai等在美国专利授权公告号5436518中提出一动力产生装置，其定子的数个电磁体的每条磁路被安排彼此独立。因电磁体被安排各自的磁路彼此独立，以便分别单独被磁化以与其它电磁体无关，并对电磁体顺序励磁以控制转子运动在一预定方向。其藉由安排电磁体各自独立，来处理毗邻线圈间磁通的转换干扰效应，使应用至电磁体的能量可被最大有效利用，以尽量减少妨碍转子运动的干扰力量。

在Maslov等于美国专利授权公告号6891306与上述相关申请中，陆纬庭、Maslov等提出一种无刷电机，其藉由电枢上各自独立的电磁体极对的安排以处理毗邻线圈间的磁通的转换干扰效应，且以沿移动方向排列的场磁极磁铁与电枢电磁体极对提供了非常集中的磁通分布。并藉由增加穿过数个气隙的场磁极磁铁与相对的电枢电磁体极对的表面面积，获得更大的总有效气隙表面面积，使磁通的分布被改进，与促使磁通集中在相对大的表面上，进一步促成电机的高力矩能力。

Kawai、Maslov、陆纬庭等在专利中确认了磁通的集中与磁通的尽量利用，与磁通损失与干扰效应的极小化，与更大的总有效气隙表面面积，及电机在空间中获得更佳的几何学上的平衡，以获得电机的高效率、高力矩与灵活安全的运作特性，已经被描述在上述的专利应用中。虽然，在电机中，电磁体组件的线圈被电流激磁时，导磁性的核心部分连接成对极形成的电磁体却可提供较大的力矩；但是，在永久磁铁通过电磁体时，数个磁性隔离的含线圈的电磁体组件形成额外的顿转力矩，而造成输出力矩脉动，将对电机的操作有不利影响。

在无刷电机中，顿转力矩是电机控制性能下降的主因之一，为了减少顿转力矩的不利影响，可利用更多相群组，以控制转子与定子间的磁阻变化率。

理论上，电机因力量的更偶数运用与更多相群组，可获得更高效率，以相当程度降低顿转力矩的不利影响；但每一额外的相群组使电机的电枢电流控制变成更杂。

在一具有两组相线圈的两相电机中，两个相电流均为一交流正弦波且是以一90度相位相互偏移。

在一具有三组相线圈的三相电机中，三个相电流均为一交流正弦波且是以一120度相位相互偏移。

为了简化，本发明参考最普通的三相电机的三相操作，且全部本发明的陈述对多于或少于三相的电机也有效。

图1A为传统三相线性电机中电磁力的习知平面图。图中显示传统三相线性电机在移动方向的各位置上，预定安排作用在移动方向的每相电磁力Fa、Fb、Fc的平面展开图，因电枢三相线圈中的三相交流电流，使每相电磁力Fa、Fb、Fc的合成力F为定值，并显示于图中。

如上述，传统上三相电机已顾及平衡这些考虑，对三相而言，其每相由至少一个感应线圈组成，且必须沿运动方向组成，直到一列线圈成形；当所有的相以此法分配时，意即相当多数量的空间在电机本身的运动方向被占用。

图1B为三相线性电机基础部件依习知工艺所作安排。在美国专利授权公告号6670730中，Bartolotti等提出一种多相线性电机，图1B中显示三相线性电机如何安排磁铁6与相线圈5a、5b、5c，并在每一相线圈里流通相对于毗邻线圈有120度相位偏移量的一交流正弦波，以达到图1A所显示效果；此种安排，可在移动方向长度有限的限制下，藉由增加更多平行气隙提供更高的力矩输出，或安排更多个串联且各自独立移动的个体。其中，铁磁性材料的条状物8可作为沿移动方向排列的毗邻磁铁的磁通回归路径，但毗邻的磁极会造成磁通集中受到影响。

此外，控制转子与定子间的磁阻变化率有各种技术；其中，藉由改变定子极或转子极的极表面形状，并安排定子极表面几何形状和转子磁铁表面几何形状彼此相互歪斜关联以平衡不想要的顿转力矩，已经被Soghomonian等描述在美国专利授权公告号6717323中；此种歪斜安排，可抑制顿转力矩的大小的变化比率，使电机可尽量降低顿转力矩的不利影响，且不会不利于无刷电机原有的磁通集中性能。

本发明将这些运作原理应用至本发明的电机，以改善因电磁体组件形成的额外顿转力矩对输出力矩造成脉动。

发明内容

本发明的目的是提供一种多相无刷电机，以降低顿转力矩对输出力矩造成脉动；及使电机在有限移动方向空间条件下，额外提供更高的力矩输出，或安排更多个串联且各自独立移动的个体。

为实现上述目的，本发明的解决方案是：一种多相无刷电机，含有：

一个场磁铁成员，含有数个具有两磁极的磁性组件，而该每个磁性组件两磁极的每个磁极极面只显示出一个单一磁场极性并与另一个磁极极面的磁场极性相反；一个电枢成员，含有相互间磁性隔离的多相电磁体组件，而该每个具有成对极的含线圈的电磁体组件的每个极都含有各自的极面；该多相电磁体组件与该磁性组件并肩排列，且该每个磁性组件的两磁极极面彼此在第一个方向上被配置以实质上相反，该电磁体组件的成对极的每个极沿着移动方向分别隔着各自的气隙与一些该磁性组件的两磁极其中的一相应；并且，藉由在该数个电磁体组件的线圈以多相交流电流的流动，使该电磁体组件与相关的该磁性组件相互作用，而导致该电枢成员与该场磁铁成员在移动方向上的一相对移动。

上述多相电磁体组件的每一相电磁体组件移动的磁道，与其它相的电磁体组件具有不同的移动磁道。

上述多相电磁体组件的每一相电磁体组件不与全部的磁性组件相互作用。

上述每个磁性组件两磁极的每个磁极极面在第二个方向上具有对应的极面。

上述沿移动方向毗邻的磁性组件相互间无铁磁性接触。

上述数个磁性组件的每个磁极在沿移动方向排列的毗邻磁性组件磁极，以磁极极性N/S连续交替配置。

上述每个磁性组件具有以导磁性材料形成的结合座；且有永久磁铁安置在每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个永久磁铁在面向气隙的表面只显示出一个单一磁场极性，并与结合至磁性组件的结合座内侧表面的永久磁铁背面表面的磁场极性相反。

上述电磁体组件的成对极的每个极的极面与该磁性组件的两磁极其中相应极的极面相互歪斜。

该每个电磁体组件成对极的极面与该每个磁性组件两磁极的极面，在其各自面向气隙的表面上有相同的几何配置模式。

本发明还可以是一种多相无刷电机，含有：

一个场磁铁成员，含有沿移动方向排列的数个具有两磁极的含永久磁铁的磁性组件，而该每个磁性组件两磁极的每个磁极极面只显示出一个单一磁场极性并与另一个磁极极面的磁场极性相反，且该数个磁性组件的每个磁极在沿移动方向排列的毗邻磁性组件磁极，以磁极极性N/S连续交替配置；一个电枢成员，含有沿移动方向排列的数个相互间磁性隔离的具有成对极的含线圈的电磁体组件，而该每个电磁体组件成对极的每个极都含有各自的极面；该每个磁性组件的两磁极极面彼此在第一个方向上被配置以实质上相反，且该电磁体组件的成对极的每个极沿着移动方向分别隔着各自的气隙与该磁性组件的两磁极其中的一相应；并且，该电磁体组件的成对极的每个极的极面与该磁性组件的两磁极其中相应极的极面相互歪斜，藉由在该数个电磁体组件的线圈以多相交流电流的流动，使该电磁体组件与相关的该磁性组件相互作用，而导致该电枢成员与该场磁铁成员在移动方向上的一相对移动。

上述沿移动方向毗邻的该磁性组件相互间无铁磁性接触。

上述每个电磁体组件成对极的极面与每个磁性组件两磁极的极面，在其各自面向气隙的表面上有相同的几何配置模式。

采用上述方案，本发明主要是提供场磁铁成员磁性组件的两磁极极面与电枢成员电磁体组件的成对极极面彼此关联的几何配置模式，以控制顿转力矩的变化率；并利用多相群组安排，进一步平衡不想要的顿转力矩，以保障电机特性中的磁通集中，减小磁通损失使干扰效应极小化。且藉由电枢成员的多相群组安排，与一个或更多无刷电机的帮助，而增加电机在三维空间中更多的平行气隙，使电机在有限的移动方向空间条件下，还可获得提供更高力矩输出或安排更多个串联且各自独立移动的个体，如此，可使本发明可具有下述的特点与效果：

1、本发明藉由电机电枢成员的多相安排，使多相无刷电机可平衡电机的顿转力矩。

2、本发明藉由电机电枢成员的多相安排，与一个或更多无刷电机的帮助，使电机能在针对需要较小输出力矩的个体，可在移动方向保留相当程度空间，以视需要安排更多各自独立移动的个体。

3、本发明藉由电机电枢成员的多相安排，与一个或更多无刷电机的帮助，以增加更多的平行气隙，使电机能在空间增加有限的状况下提供更高的力矩。

4、本发明可针对无刷电机的特性具有力量的更偶数运用、磁通的集中、毗邻线圈间的磁通转换干扰效应的去除；并使该无刷电机藉由电枢成员的多相群组安排，与场磁铁成员磁极极面与相应电枢成员相应极极面彼此关联以相互歪斜，使电机可相当程度的降低与平衡顿转力矩对输出力矩造成脉动，其藉由适当安排场磁铁成员磁极极面与相应电枢成员相应极极面彼此关联的几何配置模式，以控制多相无刷电机中永久磁铁与电磁体间顿转力矩的变化率，与保持磁通集中的优点，并达到进一步的平衡顿转力矩对输出力矩的不利影响。

5、本发明为了克服在沿移动方向上安排有一序列的多相电磁体，使电机在移动方向的空间有许多被占用，而对电机在移动方向上同时安排多个串联且各自独立移动的个体不利；其藉由电枢成员的多相安排，与一个或更多无刷电机的帮助，及场磁铁成员磁极极面与相应电枢成员相应极极面彼此关联以相互歪斜，使该多相无刷电机可相当程度的降低与平衡顿转力矩对输出力矩造成脉动，使电机在移动方向空间有限下，安排更多串联且各自独立移动的个体。

6、本发明藉由电机电枢成员的多相安排，与一个或更多无刷电机的帮助，以及场磁铁成员磁极极面与相应电枢成员相应极极面彼此关联以相互歪斜，使该多相无刷电机可相当程度的降低与平衡顿转力矩对输出力矩造成脉动；使电机进一步增加有效气隙表面面积，以在空间增加有限的状况下提供更高力矩。

7、本发明藉由电机的电枢成员的多相安排，与一个或更多无刷电机的帮助，并增加更多的平行气隙，以及场磁铁成员磁极极面与相应电枢成员相应极极面彼此关联以相互歪斜；使电机更进一步增加有效气隙表面面积，以在空间几乎不增加的状况下提供更进一步的高力矩。

8、本发明可被运作以一旋转电机或线性电机。

附图说明

图1A为传统三相线性电机中电磁力的习知平面图；

图1B为三相线性电机基础部件依习知工艺所作安排；

图2为中国台湾专利申请号095123056中的无刷电机的作为转子的场磁铁成员与作为定子的电枢成员的例示性剖示图；

图3为组合三个图2的无刷电机沿轴向布置而得的立体分解图；

图4A为图3的无刷电机的部分详细截面图；

图4B为类同于图4A的一个改变结构的部分详细截面图，其组合三个中国台湾专利申请号095123056的无刷电机的较佳实施例沿径向布置而得的部分详细截面图；

图4C为类同于图4A的另一改变结构的部分详细截面图，其组合三个中国台湾专利申请号09417394的无刷电机的较佳实施例沿轴向布置而得的部分详细截面图；

图5为依据图4A的无刷电机的场磁铁成员磁性组件两磁极其中的一磁极极面与相应的电枢成员电磁体组件成对极的相应极极面的部份平面布局的示意图；

图6A为本发明第一实施例的多相无刷电机的场磁铁成员磁性组件两磁极其中的一磁极极面与相应的电枢成员电磁体组件成对极的相应极极面的表面部份平面布局的示意图；

图6B为本发明第二实施例的多相无刷电机的场磁铁成员磁性组件两磁极其中的一磁极极面与相应的电枢成员电磁体组件成对极的相应极极面的表面部份平面布局的示意图；

图7为本发明第三实施例的多相无刷电机的场磁铁成员磁性组件两磁极其中的一磁极极面与相应的电枢成员电磁体组件成对极的相应极极面的表面部份平面布局的示意图；

图8为本发明第四实施例，类同于图7中的平面布局的示意图的一个改变结构的部份平面布局的示意图；

图9为本发明第五实施例，类同于图8中的平面布局的示意图的另一改变结构的部份平面布局的示意图；

图10为本发明第六实施例，类同于图7中的平面布局的示意图的一个改变结构的部份平面布局的示意图；

图11为本发明第七实施例的电枢成员的部份立体分解图；

图12为图11结构的电枢成员的部份立体分解图的组合图；

图13A至13L为依据本发明的多相无刷电机的电磁体组件成对极与磁性组件两磁极的极面部份的各种配置的平面布局实施例。

主要组件符号说明

6磁铁        8条状物        5a、5b、5c相线圈

F合成力      Fa、Fb、Fc每相电磁力

83转子外环   74旋转轴

51、52、51c1、52c1、51c2、52c2、51c3、52c3、51d、52d、51a1、

52a1永久磁铁

55磁性组件的结合座

63电磁体组件核心部分

61、62、61c1、62c1、61c2、62c2、61c3、62c3、61d、62d、61a1

电磁体组件成对极

65、65c1、65c2、65c3电磁体成员的线圈

21、22分隔定子及转子的气隙

32沿移动方向毗邻的磁性组件的极间间隙

33沿移动方向毗邻的电磁体组件的极间间隙

C1、C2、C3场磁极成员

D1、D2、D3电枢成员

80转子盘

69电磁体组件的结合座

601c1、601c2、601c3定子固定柱

611a1固接板

611aa固接板在长条形片体结合处的孔洞

611ab固定组件

具体实施方式

本发明的无刷电机具有的电枢成员含数个磁性隔离的电磁体组件以与含数个磁性组件的场磁铁成员相互作用，以获得磁通的集中与力量的偶数利用，并藉由增加穿过数个气隙的场磁铁成员与相应的电枢成员的极面表面面积，促使力量的更偶数利用，如：Maslov等于美国专利授权公告号6891306与上述相关申请案。

下面结合附图对本发明作详细说明：

图2为中国专利申请号200610100123中的无刷电机的作为转子的场磁铁成员与作为定子的电枢成员的例示性剖示图。在转子外环83内，转子上含有沿移动方向排列的数个含永久磁铁51或52的磁性组件，环绕着旋转轴74的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。而且，形成磁性组件磁极的每个永久磁铁在面向气隙的表面只显示出一个单一磁场极性，并与结合至磁性组件的结合座55内侧表面的永久磁铁背面表面的磁场极性相反；使作为两磁极的永久磁铁的每个磁极极面只显示出一个单一磁场极性并与另一个磁极极面的磁场极性相反，且每个磁性组件的两磁极上的永久磁铁彼此以垂直于移动方向的间隙分隔。因而，藉由磁性组件的导磁性物质制造的结合座55，使磁通集中在磁性组件两磁极的端部。定子上含有沿移动方向排列的数个相互间以磁性隔离的含线圈65的电磁体组件，而每个电磁体组件具有一导磁性的核心部分63连接的成对极61、62，当电磁体组件上的线圈受到激磁时，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的气隙21、22与转子磁性组件的两永久磁铁51、52相互间作电磁的交互作用。其中，每个磁性组件的两磁极极面彼此在第一个方向上被配置以实质上相反，且电磁体组件的成对极的每个极沿着移动方向分别隔着各自的气隙与磁性组件的两磁极其中的一相应。环绕着旋转轴的圆周方向形成定子环的数个电磁体组件藉由非导磁性物质制造的结合座组装于定子，使每个定子电磁体组件相互间的磁路实质上各自独立，以处理毗邻线圈间磁通的转换干扰效应。

图2中，沿移动方向毗邻的磁性组件相互间无铁磁性接触；而且，沿移动方向毗邻的磁性组件的极间间隙32不需完全相同，以便与定子上的电磁体组件适当的配合；此外，沿移动方向毗邻的电磁体组件的极间间隙33不需完全相同，以便经由合宜安排，降低无刷电机的转矩脉动，达成所需的平顺运转。此种安排，使转子磁性组件配合定子电磁体组件可得到更集中的磁通分布，以提供更好的无刷电机特性。因而，藉由磁通集中，磁通尽量利用，磁通损失和转换干扰效应的极小化，以获得电机在高力矩输出时提供高效率操作。

图3为组合三个图二的无刷电机沿轴向布置而得的立体分解图。图4A为图3的无刷电机的部分详细截面图。其中，三个转子外环8 3各自结合三个场磁极成员C1、C2、C3其中的一，且图3中的三个场磁极成员各自与其相应的电枢成员D1、D2、D3相应；作为转子的场磁铁成员藉由三个转子外环的相互结合，以及组合两侧面的转子盘80，并透过轴承与固定轴结合；作为定子的电枢成员则直接与固定轴结合。定子上，电磁体组件藉由结合座69形成定子的一部分。每个电磁体组件含有一导磁性的核心部分连接的成对极61、62，且有一线圈65在电磁体组件的核心部分上形成；环绕着旋转轴的圆周方向形成定子环的数个电磁体组件成对极的两极61、62分别隔着各自的气隙与转子磁性组件的两永久磁铁磁极51、52各自相应。当电磁体组件的线圈受激磁时，其磁通经电磁体核心部分、成对极61、62，透过分隔定子及转子的气隙与磁性组件的两永久磁铁51、52相互间作电磁交互作用。

在轴上排列数个极对作为电机组织上的构造，已被描述在上述专利应用中。

更进一步的改进，图4B为类同于图4A的一个改变结构的部分详细截面图，其组合三个中国专利申请号200610100123的无刷电机的较佳实施例沿径向布置而得的部分详细截面图。藉由增加穿过气隙的磁性组件两磁极与相对的电磁体组件成对极的表面面积，促使磁通集中在相对大的表面上，而磁通分布也可改进成更平衡。在作为转子的场磁铁成员上，每个磁性组件两磁极51c1、52c1、51c2、52c2、51c3、52c3极面不但彼此在第一个方向上被配置以实质上相反，以及，每个磁性组件两磁极的每个磁极极面在第二个方向上具有对应的极面。定子上，含线圈65c1、65c2、65c3的电磁体组件藉由定子固定柱601c1、601c2、601c3形成定子的一部分；使作为定子的电枢成员的电磁体组件成对极61c1、62c1、61c2、62c2、61c3、62c3的每个极沿移动方向隔着各自的气隙与对应的磁性组件的两磁极其中的一相应。因而，磁性组件的每个永久磁铁磁极各自具有三个磁场极性相同的极面，使磁性组件的每个磁极的极面各自隔着气隙与定子成对极的相应极的相应极面相互作用。

图4C为类同于图4A的另一改变结构的部分详细截面图，其组合三个中国专利申请号200610033053的无刷电机的较佳实施例沿轴向布置而得的部分详细截面图。藉由增加穿过气隙的磁性组件两磁极与相对的电磁体组件成对极的表面面积，促使磁通集中在相对大的表面上。在作为转子的场磁铁成员上，每个磁性组件的两磁极51d、52d极面不但彼此在第一个方向上被配置以实质上相反，以及，每个磁性组件两磁极的每个磁极极面在第二个方向上具有对应的极面。作为定子的电枢成员的电磁体组件的成对极61d、62d的每个极沿移动方向隔着各自的气隙与对应的磁性组件的两磁极其中的一相应。因而，磁性组件的每个永久磁铁磁极各自具有三个磁场极性相同的极面，使磁性组件的每个磁极的极面各自隔着气隙与定子成对极的相应极的相应极面相互作用。

在图4B与图4C中，电磁体组件成对极具约相同的极面面积，且磁性组件两磁极也具约相同的极面面积。虽然，藉由导磁性材料的适当安排，电磁体组件成对极具约相同大小的极面面积的电磁体组件的极面面积，与磁性组件两磁极具约相同大小的极面面积的磁性组件的极面面积不一定要相同；但一个电磁体组件成对极的极面面积与一个磁性组件两磁极的极面面积约相同，可促使电磁体组件成对极与磁性组件两磁极上的磁通分布更平衡，并进一步促成电机的几何学上的平衡需求。

此种安排，因电机在空间中获得更佳的几何学上平衡，与增加穿过气隙的总有效气隙表面面积，而利于在几乎不额外增加空间的环境中使用，且获得电机的灵活安全运作特性的进一步改进。

图5为依据图4A的无刷电机的场磁铁成员磁性组件两磁极其中的一磁极极面与相应的电枢成员电磁体组件成对极的相应极极面的部份平面布局的示意图。图中，以磁性组件磁极极面的其中的一与相应的电磁体组件的相应极极面作为例示说明；上半部显示一组相邻的三个电磁体组件的成对极其中的一的极面61沿移动方向的平面布局；下半部显示五组相邻的三个磁性组件的永久磁铁极面51沿移动方向的平面布局，沿移动方向毗邻的磁性组件以间隙32分隔。图5中，上方的电磁体组件的成对极极面与上方的磁性组件的永久磁铁极面相应，中间的电磁体组件的成对极极面与中间的磁性组件的永久磁铁极面相应，下方的电磁体组件的成对极极面与下方的磁性组件的永久磁铁极面相应，且电磁体组件相互间以磁性隔离。此种结构，为了驱动作为动子的电枢成员移动，在沿移动方向上，必需安排有一序列的多组电磁体组件，并对沿移动方向上的电磁体顺序励磁以控制动子运动在一预定方向；但在电机运作时，因永久磁铁通过电磁体造成额外的顿转力矩，对电机操作有不利影响。相较于一个无刷电机，此种三个无刷电机结构的顿转力矩被累加；而且，电机在移动方向上不得不留下许多空间以安排必需的电磁体，造成电机在移动方向的空间有许多被占用；此种状况对电机在移动方向的空间上同时安排多个串联且各自独立移动的个体不利。

图6A为本发明第一实施例的多相无刷电机的场磁铁成员磁性组件两磁极其中的一磁极极面与相应的电枢成员电磁体组件成对极的相应极极面的表面部份平面布局的示意图。为了使图5中的作为动子的电枢成员仅有一组相邻的三个电磁体组件能平顺移动，图6A中显示磁性组件的磁极极面61与相应的电磁体组件的相应极极面51是如何改变图5中的磁性组件与相应的电磁体组件的结构安排以依据本发明被安排在多相无刷电机中，以达成图1A中描述的效应。图中，一多相无刷电机含有一场磁铁成员与一电枢成员。场磁铁成员含有数个具有两磁极的含永久磁铁的磁性组件，而每个磁性组件两磁极的每个磁极极面只显示出一个单一磁场极性并与另一个磁极极面的磁场极性相反；电枢成员含有相互间磁性隔离的多相电磁体组件，而每个具有成对极的含线圈的电磁体组件的每个极都含有各自的极面；其中，多相电磁体组件与该磁性组件并肩排列，且每个磁性组件的两磁极极面彼此在第一个方向上被配置以实质上相反，电磁体组件的成对极的每个极沿着移动方向分别隔着各自的气隙与一些磁性组件的两磁极其中的一相应。藉由每一相的电磁体组件移动的磁道，与其它相的电磁体组件具有不同的移动磁道，以获得每一相的电磁体组件不与全部的磁性组件相互作用；且每个磁性组件的两磁极上的永久磁铁彼此以垂直于移动方向的间隙分隔，与数个磁性组件的每个磁极在沿移动方向排列的毗邻磁性组件磁极，以磁极极性N/S连续交替配置。而作为定子的场磁铁成员以相邻的三个磁性组件的磁极极面被安排在垂直于移动方向上相互偏移，并在一组相邻的三个电磁体组件的线圈中加入三相电流，而每相的电流波形为一正弦图，以使电机获得基本上为定值的合成力，而且只需一组相邻的三个电磁体组件即可控制该电枢成员与场磁铁成员在移动方向上以一预定方向的一相对移动。此种偏移虽可某种程度的降低顿转力矩的干扰；但永久磁铁通过电磁体造成的额外顿转力矩，仍将干扰电机操作。

图6B为本发明第二实施例的多相无刷电机的场磁铁成员磁性组件两磁极其中的一磁极极面与相应的电枢成员电磁体组件成对极的相应极极面的表面部份平面布局的示意图。图6B为图2结构的电机的一个改变结构的磁性组件两磁极其中的一磁极极面61与相应的电磁体组件成对极的相应极极面51的表面部份平面布局的示意图。图中，一多相无刷电机含有一场磁铁成员与一电枢成员。场磁铁成员含有沿移动方向排列的数个具有两磁极的含永久磁铁的磁性组件，而每个磁性组件两磁极的每个磁极极面只显示出一个单一磁场极性并与另一个磁极极面的磁场极性相反；电枢成员含有沿移动方向排列的数个相互间磁性隔离的具有成对极的含线圈的电磁体组件，而每个电磁体组件成对极的每个极都含有各自的极面。其中，数个磁性组件的每个磁极在沿移动方向排列的毗邻磁性组件磁极，以磁极极性N/S连续交替配置，且每个磁性组件的两磁极极面彼此在第一个方向上被配置以实质上相反，而电磁体组件的成对极的每个极沿着移动方向分别隔着各自的气隙与该磁性组件的两磁极其中的一相应。虽然，沿着移动方向毗邻的磁性组件间的间隙32不需完全相同，与沿着移动方向毗邻的电磁体组件间的间隙33不需完全相同，以便适当的相互配合，经过合宜安排，来降低无刷电机的转矩脉动。但是，电磁体组件的成对极的每个极的极面与磁性组件的两磁极其中相应极的极面在空间中以预定的位置相互偏移，与相同的电磁体组件间的间隙33、相同的磁性组件间的间隙32，并藉由在数个电磁体组件的线圈以多相交流电流的流动，而每相的电流波形为一正弦图，使磁性组件与电磁体组件相互作用，而导致电枢成员与场磁铁成员在移动方向上以一预定方向的一相对移动，以达成图1A中描述的效应。此种安排可使电机的电枢电流的控制简化。在此以三相作为例示。

在第二实施例中，为了驱动场磁铁成员移动，在沿移动方向上，必需安排有一序列的多相电磁体组件，因而，电机在移动方向上不得不留下许多空间以安排必需的电磁体组件，此状况造成电机在移动方向的空间有许多被占用，对电机在移动方向的空间上同时安排多个串联且各自独立移动的个体不利。

图7为本发明第三实施例的多相无刷电机的场磁铁成员磁性组件两磁极其中的一磁极极面与相应的电枢成员电磁体组件成对极的相应极极面的表面部份平面布局的示意图。图8为本发明第四实施例，类同于图7中的平面布局的示意图的一个改变结构的部份平面布局的示意图。图中显示垂直于移动方向相邻的三个磁性组件的磁极极面61a1除了被安排在垂直于移动方向上相互偏移，而且与相应的电磁体组件的相应极极面51还具有歪斜关联；此种歪斜安排，可抑制顿转力矩的大小的变化比率，以进一步降低顿转力矩对电机运转的干扰。

在图7与图8中，当电磁体的极面边缘在接近或离开永久磁铁的极面边缘时，因相互作用的极面边缘相互歪斜关联，使作用在电磁体与永久磁铁的额外顿转力矩的变动不会突变，而相当程度的降低因额外顿转力矩造成的电机顿动；藉由此种歪斜安排，可以缓和电磁体与永久磁铁的额外顿转力矩的变动，而配合相邻的三个电磁体组件使相邻的三个磁性组件的磁极极面在垂直于移动方向上相互偏移，可使顿转力矩因相互抵消而进一步平稳顿转力矩的变动。

如第三、第四实施例，相邻的三个电磁体组件的线圈中加入三相电流，可使电机获得基本上为定值的合成力。此状况有利于电机在移动方向的空间上同时安排多个串联且各自独立移动的个体。

图9为本发明第五实施例，类同于图8中的平面布局的示意图的另一改变结构的部份平面布局的示意图。图中显示相邻的三个电磁体组件的极面51被安排在垂直于移动方向上相互偏移；而相邻的三个磁性组件的磁极极面61a1则在垂直于移动方向上排列，且与相应的电磁体组件的相应极极面歪斜关联。

图8与图9的实施例提供的多相无刷电机，其沿移动方向毗邻的电磁体组件间的间隙33使毗邻的电磁体组件相互间无铁磁性接触，以降低毗邻线圈间的磁通转换干扰效应；而沿移动方向毗邻的磁性组件间的间隙32使毗邻的磁性组件相互间以磁性隔离，可使磁极磁通分布更平坦。其中，沿移动方向排列的多组具有成对极的电磁体组件相互间以磁性隔离，且每一相含线圈的电磁体组件移动的磁道，与其它相含线圈的电磁体组件具有不同的移动磁道，以使每一相含线圈的电磁体组件不与全部的磁性组件相互作用。第四与第五实施例在相同的输入下获得相同的输出特性。而且，对需求高力矩的很多应用来说，无论如何，空间都是有限的；此种安排，可使电机能在相同空间的限制下提供更高且平顺的输出。

图10为本发明第六实施例，类同于图7中的平面布局的示意图的一个改变结构的部份平面布局的示意图。第三实施例的电磁体组件成对极极面被改变成第六实施例的此种几何配置模式，可作为平缓与改变电磁体组件与磁性组件间的磁阻变化率的另一种选择。如图10的例示，电磁体组件成对极的一极面51a1与磁性组件两磁极的一极面61，在它们各自面向气隙的表面上有各自相同的几何配置模式。第六实施例中，每个电磁体组件成对极的两极极面与每个磁性组件两磁极的两极极面，在它们面向气隙的表面上有各自相同的几何配置模式(未显示)，使磁性组件两磁极的两极极面与相应电磁体组件的相应极极面具有与前述实施例不同的歪斜关联。此不同状况的歪斜关联改变，仍具有平缓电磁体组件与磁性组件间的顿转力矩变化率的功效，且与前述实施例具有不同的顿转力矩变化率。

图11为本发明第七实施例的电枢成员的部份立体分解图。图12为图11结构的电枢成员的部份立体分解图的组合图。第七实施例中，如同图4B或图4C的无刷电机，藉由增加穿过气隙的磁性组件两磁极与相应电磁体组件成对极的极面面积，促使磁通集中在相对大的表面上；因而，每个磁性组件两磁极的每个磁极极面在第二个方向上具有对应的极面，使磁性组件的两磁极的每个极各自具有约呈U形极面(未显示)。此外，在第七实施例中，类似第一实施例的例示安排，场磁铁成员以相邻的三个磁性组件的磁极极面被安排在垂直于移动方向上相互偏移。其中，沿着移动方向排列的多组具有成对极的电磁体组件相互间以磁性隔离，且藉由每一相的电磁体组件移动的磁道，与其它相的电磁体组件具有不同的移动磁道，以使每相含线圈的电磁体组件不与全部磁性组件相互作用；且在相邻的三个电磁体组件的线圈中加入三相电流，以控制动子运动在一预定方向(未显示)。为了配合磁性组件的磁极极面，电枢成员的电磁体组件成对极的每个椭圆形极51a1、52a1极面彼此在第一个方向上被配置以实质上相反，且每个椭圆形极极面在第二个方向上具有极面与相应的磁性组件磁极极面对应；电磁体组件在第二个方向上的极面侧边的圆弧弧面有一斜面以供组装时与非导磁性材料形成的固接板611a1契合。每个固接板611a1可形容成两个相同部件的组成，每个部件为约成同心圆弧且两侧侧边具有弯曲圆弧的长条形片体，将两个相同长条形片体部件的末端结合，而在长条形片体结合处的孔洞611aa可作为在第二个方向上对应的两个固接板相互间以传统固定方式固定。固定组件611ab即为此种表示。在组装时，每个长条形片体两侧侧边的弯曲圆弧弧面的斜面与电磁体组件在第二个方向上的极面侧边的圆弧弧面的斜面配合。固接板上的孔洞可作为两相邻接的固接板相互间的结合，并藉由支撑柱的帮助，使数个电磁体组件沿移动方向配置以形成电枢成员。如图11与图12中的例示。

第七实施例中，藉由穿过气隙的场磁铁成员两磁极与相应的电枢成员成对极的极面表面面积的额外增加，可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的高输出能力；同时藉由增加多相无刷电机的额外极面，使磁性组件的两永久磁铁磁极极面具有相同大小的极面积，以及电磁体组件成对极的两极极面积大小相同，提供了额外的构造优点。此种改进使电机可获得具有均衡磁通分布的两极，也可改善因几何学上的不平衡而产生的不佳效应。

第四、第五与第七实施例中，相同尺寸的电磁体组件极面与相同尺寸的磁性组件极面会因顿转力矩的作用而倾向移动动子到一个平衡位置，且因多组电磁体组件而加大顿转力矩的不利影响。然而，在输入三相电流不变的条件下，为了使电磁体组件与磁性组件间的磁阻极小化，可藉由安排每组磁体组件的极面与其它组磁体组件的极面，相对于各自相应的磁性组件的极面具有不同状况的歪斜关联，藉由不同状况的歪斜关联造成不同的顿转力矩变化率，降低因多组电磁体组件而增大的顿转力矩。当然，也可安排每组电磁体组件的极面尺寸与其它组电磁体组件的极面尺寸的差异，以及每组磁性组件的极面尺寸其它组磁性组件的极面尺寸也可彼此不同，以降低顿转力矩(未显示)。

在第二实施例中，在输入三相电流不变的条件下，为了使电磁体组件与磁性组件间的磁阻极小化，可藉由安排每组磁体组件的极面与其它组磁体组件的极面，相对于各自相应的磁性组件的极面具有不同状况的歪斜关联，藉由其不同的顿转力矩变化率，降低因多组电磁体组件而增大的顿转力矩(未显示)。当然，也可如七实施例的例示，藉由额外增加在第二个方向上的穿过气隙的磁性组件的极面与相应的电磁体组件的极面，以获得穿过气隙的场磁铁成员磁极与相应的电枢成员的表面面积的额外增加，而促使磁通集中在相对大的表面上，来进一步地增进多相无刷电机的高输出能力(未显示)。

图13A至13L为依据本发明的多相无刷电机的电磁体组件成对极与磁性组件两磁极的极面部份的各种配置的平面布局实施例。在图中各种不同形态的几何配置模式可作为电磁体组件成对极的极面与磁性组件两磁极的极面表面几何模式的选择，如图10的第六实施例与图7的第三实施例相互间替换的例示。在图13A至13L中，各种不同形态的几何配置模式的极面可提供电磁体组件与磁性组件间具有不同状况的歪斜关联；可藉由适宜的匹配，以获得想要的电磁体组件与磁性组件间的磁阻变化率。显示在图13A至13L中的各种形态的几何配置模式可藉由粉末材质的软性铁心材料制造，图中各种形态的几何配置模式只是作为例示而非作为限制。

本发明可应用于发电机与电动机的同步类型的多相无刷旋转电机，以及同步类型的多相无刷线性电机；其中，同步类型的多相无刷电机可为永久磁铁型式或是直流电流激磁型式。

虽然磁性组件与电磁体组件的特定数目被例示在前述实施例中，但本发明具体化实现时，可依需求安排实际数目，以符合设计所需要求。且对场磁铁成员或是电枢成员任何一者而言，其所组成组件的尺寸可规格化的制造，以有利于制造简化。本发明的多相无刷电机可降低顿转力矩对输出力矩造成脉动，并使电机在有限的移动方向空间条件下，还可获得提供更高力矩输出或安排更多个串联且各自独立移动的个体的利益，实际上也使多相无刷电机易于操控。

在本发明的各种实施例中，在多相无刷电机上的场磁铁成员作为固定磁性组件的外壳可由非导磁性的材料形成，使沿着移动方向毗邻的磁性组件相互间无铁磁性接触；如转子外圈83由非导磁性的材料形成。因此，提供了在场磁铁成员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的达成，以获得在高力矩输出时提供高效率的多相无刷电机的运作。

在前述实施例中，多相无刷电机的场磁铁成员作为固定磁性组件的外壳由导磁性材料形成，或是磁性组件的结合座部分由非导磁性材料形成，将造成磁极的磁通集中受到不利影响；但对多相无刷电机的运转控制并无不同，仍然能获得多相无刷旋转电机的可用运转。

前述各种实行的形态，是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限制。虽然本发明的例示为一个在内的电枢成员经由一个在外的场磁铁成员所包围环绕，但这些结构也能被反置，以至场磁铁成员被电枢成员所包围环绕。此外，本发明也可有其它不同的实施，以多个线圈替代单个线圈；增加更多的并行线圈而只有较少的相电流数目；相电流相互偏移的相位不平衡，如：三相电流非以一120度相位相互偏移；等等。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的本发明概念的范围内改变或修正。

Claims (12)

1.一种多相无刷电机，含有：

一个场磁铁成员，含有数个具有两磁极的磁性组件，而该每个磁性组件两磁极的每个磁极极面只显示出一个单一磁场极性并与另一个磁极极面的磁场极性相反；

一个电枢成员，含有相互间磁性隔离的多相电磁体组件，而该每个具有成对极的含线圈的电磁体组件的每个极都含有各自的极面；

其特征在于：该多相电磁体组件与该磁性组件并肩排列，且该每个磁性组件的两磁极极面彼此在第一个方向上被配置以实质上相反，该电磁体组件的成对极的每个极沿着移动方向分别隔着各自的气隙与一些该磁性组件的两磁极其中的一相应；并且，

藉由在该数个电磁体组件的线圈以多相交流电流的流动，使该电磁体组件与相关的该磁性组件相互作用，而导致该电枢成员与该场磁铁成员在移动方向上的一相对移动。

2.如权利要求1所述的多相无刷电机，其特征在于：该多相电磁体组件的每一相电磁体组件移动的磁道，与其它相的电磁体组件具有不同的移动磁道。

3.如权利要求1所述的多相无刷电机，其特征在于：该多相电磁体组件的每一相电磁体组件不与全部的磁性组件相互作用。

4.如权利要求1所述的多相无刷电机，其特征在于：该每个磁性组件两磁极的每个磁极极面在第二个方向上具有对应的极面。

5.如权利要求1所述的多相无刷电机，其特征在于：沿移动方向毗邻的该磁性组件相互间无铁磁性接触。

6.如权利要求1所述的多相无刷电机，其特征在于：该数个磁性组件的每个磁极在沿移动方向排列的毗邻磁性组件磁极，以磁极极性N/S连续交替配置。

7.如权利要求1所述的多相无刷电机，其特征在于：该每个磁性组件具有以导磁性材料形成的结合座；且有永久磁铁安置在每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个永久磁铁在面向气隙的表面只显示出一个单一磁场极性，并与结合至磁性组件的结合座内侧表面的永久磁铁背面表面的磁场极性相反。

8.如权利要求1所述的多相无刷电机，其特征在于：该电磁体组件的成对极的每个极的极面与该磁性组件的两磁极其中相应极的极面相互歪斜。

9.如权利要求8所述的多相无刷电机，其特征在于：该每个电磁体组件成对极的极面与该每个磁性组件两磁极的极面，在其各自面向气隙的表面上有相同的几何配置模式。

10.一种多相无刷电机，含有：

一个场磁铁成员，含有沿移动方向排列的数个具有两磁极的含永久磁铁的磁性组件，而该每个磁性组件两磁极的每个磁极极面只显示出一个单一磁场极性并与另一个磁极极面的磁场极性相反，且该数个磁性组件的每个磁极在沿移动方向排列的毗邻磁性组件磁极，以磁极极性N/S连续交替配置；

一个电枢成员，含有沿移动方向排列的数个相互间磁性隔离的具有成对极的含线圈的电磁体组件，而该每个电磁体组件成对极的每个极都含有各自的极面；

其特征在于：该每个磁性组件的两磁极极面彼此在第一个方向上被配置以实质上相反，且该电磁体组件的成对极的每个极沿着移动方向分别隔着各自的气隙与该磁性组件的两磁极其中的一相应；并且，

该电磁体组件的成对极的每个极的极面与该磁性组件的两磁极其中相应极的极面相互歪斜，藉由在该数个电磁体组件的线圈以多相交流电流的流动，使该电磁体组件与相关的该磁性组件相互作用，而导致该电枢成员与该场磁铁成员在移动方向上的一相对移动。

11.如权利要求10所述的多相无刷电机，其特征在于：沿移动方向毗邻的该磁性组件相互间无铁磁性接触。

12.如权利要求10所述的多相无刷电机，其特征在于：该每个电磁体组件成对极的极面与该每个磁性组件两磁极的极面，在其各自面向气隙的表面上有相同的几何配置模式。

Images