CN101378209A - 轴向全磁通电动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轴向全磁通电动机，在电动机的内部电枢设有至少二层基板，其呈轴向的前、后相对向配置，基板的内侧表面上装设有呈环状排列的间隔设置的多个装设孔，其内围装设有导磁槽板其包覆一永久磁铁；电动机的外部电枢设有呈环状排列的多个线圈，其对应于该前、后二层基板的各永久磁铁之间，各该线圈各绕置于一导磁盘组，其包括有二相对向的ㄇ形导磁盖体与一串接该二导磁盖体的导磁芯轴；通过各线圈在永久磁铁前、后侧的相对旋转作用，可以增加磁力线感应的面积，以及通过永久磁铁及线圈的全磁通结构，加强磁场磁力，从而增进电动机的动力输出以及增强扭力。

Description

轴向全磁通电动机

技术领域

本发明涉及一种轴向全磁通电动机结构，特别是一种利用增加磁力线感应面积与全磁通结构以及暂停供电(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

目前，电动车辆的发展日新月异，其中，影响其性能的最重要因素为电动机(马达)的扭力。请参见图1所示，一般传统的电动机包括一定子10(定部电枢)与一转子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，该线圈11是通过漆包线缠绕在迭压的硅钢片组上所构成；该转子20的圆周部位设有多个等间距排列的永久磁铁21，令相邻的二永久磁铁21具有相反的磁极，当该线圈11接通电流而产生磁场时，各线圈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，从而使得转子20的轴心23被带动旋转，以形成动力输出。

然而，现有技术中的电动机的转子20与定子10相面对的面积仅有单面，以致于磁场的相斥力薄弱，造成输出的扭力有限；且该现有电动机的转子20，其永久磁铁21一侧边25，会在该转子20旋转时，与线圈11产生异性磁极相吸的磁滞情形，这样，将会导致该现有电动机的扭力减弱，而无法提升。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毫电量。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种轴向全磁通电动机，以增加该电动机的扭力，解决现有技术中存在的问题。

为了实现上述目的，本发明公开了一种电动机的内部电枢，其设有至少二层基板，该基板呈轴向的前、后相对向配置，各基板的内侧表面上装设有呈环状排列的间隔设置的多个装设孔，各装设孔的内围表面装设有一导磁槽板，各导磁槽板的内围空间嵌设有一永久磁铁；该电动机的外部电枢，位于该内部电枢的二层基板之间，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，其对应于该前、后二层基板的各永久磁铁之间，各线圈绕置于一导磁盘组，各导磁盘组组装于该框体，且各导磁盘组包括有二相对向的ㄇ形导磁盖体与一串接该二导磁盖体的导磁芯轴，各线圈绕置于各导磁盘组的导磁芯轴。通过各线圈在永久磁铁前、后侧的相对旋转作用，以增加磁力线感应的面积，以及通过永久磁铁及线圈的全磁通结构，加强磁场磁力，从而增进电动机的动力输出以及增强扭力。

本发明另一目的在于，提供一种轴向全磁通电动机，以避免发生磁滞的现象，解决现有技术中存在的问题。

为了实现上述目的，本发明各线圈在各永久磁铁前、后侧的相对旋转，有余具有暂停供电(断电)的设计，可以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。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为现有的一种电动机的平面示意图；

图2为本发明的轴向全磁通电动机第一实施例的剖面示意图；

图3为本发明的轴向全磁通电动机第一实施例其中内部电枢的一实施例的侧视图；

图4为内部电枢另一实施例的侧视图；

图5为图3及图4的A-A剖面图；

图6为本发明的轴向全磁通电动机第一实施例其中外部电枢的框体的侧视图；

图7为图6的B-B剖面图；

图8为图2所示导磁盘组的立体图；

图9为图8所示导磁盘组的分解图；

图10为本发明的轴向全磁通电动机第一实施例其中导电组的立体图，并显示部份剖面状态；

图11为图10所示导电组的侧视图；

图12为图11的C-C剖面图；

图13为本发明的轴向全磁通电动机第一实施例其中导电座单元的绝缘座体的侧视图；

图14为图13的D-D剖面图；

图15A、15B、15C为本发明的轴向全磁通电动机的部份剖面的连续动作示意图；

图16为本发明的轴向全磁通电动机第二实施例的剖面示意图；

图17为本发明的轴向全磁通电动机第三实施例的剖面示意图。

其中，附图标记：

10—定子

11—线圈

20—转子

21—永久磁铁

23—轴心

25—侧边

30—内部电枢

31—基板

311—固定孔

32—装设孔

33—永久磁铁

34—导磁槽板

40—外部电枢

41—框体

42—线圈

421—A相线圈

422—B相线圈

423—C相线圈

43—导磁盘组

431—ㄇ形导磁盖体

432—导磁芯轴

433—凹凸细纹

44—外部盖体

441—磁极感应磁铁

45—轴承

46—轴心

50—导电单元

50a—导电组

51—环形绝缘体

52—导电环

53—通孔

54—电线

60—导电座单元

61—固定组件

62—绝缘座体

621—固定孔

622—穿线孔

63—容置槽

631—导电刷容置槽

632—弹簧容置槽

64—导电刷

65—弹簧

66—穿孔

67—导电片

671—电源线

68—控制器

69—第—磁极感应组件

70—第二磁极感应组件

80—冷却槽体

81—入水口

82—出水口

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图2为本发明电动机结构第一较佳实施例的剖面示意图，其主要绘示一轴向全磁通电动机的结构。如图2所示，本发明的轴向全磁通电动机主要包括有一内部电枢30与一外部电枢40；就供电系统而言，该电动机进一步包括有一导电单元50与一导电座单元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，该基板呈轴向的前后相对向配置。该基板31的内侧表面上设有呈环状排列的间隔设置的多个装设孔32。该装设孔32的内围表面各装设有一导磁槽板34，该导磁槽板34的内围空间各嵌设有一永久磁铁33，即，导磁槽板34包覆永久磁铁33的外侧面及整个周边；相邻的二永久磁铁33具相反的磁极。这样，各永久磁铁33的外侧面及外围均被包覆有用导磁材制成的导磁槽板34，以成为全磁通的设计。通过该导磁槽板34全磁通的导引磁力，能够加强该永久磁铁33两极的磁力。

同时，该装设孔32及该永久磁铁33对基板31的中心而言，可为环状的扇形设置(如图3所示)或斜向设置(如图4所示)，其较佳者为斜向设置。该永久磁铁33的斜向设置，可与下述的线圈形成交错的磁场界面，在换向时，可使磁力集中，且可相对地降低磁阻。

请一并配合参见图6至图9所示，外部电枢40装设在内部电枢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，其对应于前、后二层基板31的该永久磁铁33之间，该线圈42各绕置于一导磁盘组43。该导磁盘组43组装于框体41，且该导磁盘组43包括有二相对的ㄇ形导磁盖体431与一串接该二导磁盖体的导磁芯轴432，线圈42绕置于该导磁芯轴432上。这样，导磁盘组43不但其中心的导磁芯轴432具有导磁能力，而且其外围也由于二ㄇ形导磁盖体431两侧边的相接，而形成导磁通路。通过导磁盘组43全磁通的导引磁力，能够加强线圈42两极的磁力。

依靠上述永久磁铁33及线圈42的全磁通结构，可以使其加强磁场磁力而增加扭力。还可以由于永久磁铁33的斜向设置，使其磁力集中，降低磁阻，而增进速度。

此外，导磁盖体431的表面设有凹凸细纹433，可以扩充磁场面积，从而进一步增进扭力。

外部电枢40装设有一外部盖体44，该外部盖体通过一轴承45与一轴心46结合。该轴承45较佳的为一斜座轴承，可增加外部电枢40的稳定性。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，车轮的轴心46与外部电枢40相互枢接，使该外部电枢40可以该轴心46为圆心，进行旋转。

请一并参阅图10至图12所示，导电单元50装设在外部电枢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。该导电单元50包括多个导电组50a(实施例中显示具有三个导电组)，各导电组包括有绝缘环51与一设置在该绝缘环51内围部位的导电环52。导电环52与外部电枢40的线圈42以电线54电性连接。绝缘环51安装在框体41的内围部位，该绝缘环51除了提供以让导电环52固定之外，还可以避免导电环52与线圈42间不当的接触及防止漏电短路。且该绝缘环51设有通孔53，可供电线54穿通。

请一并参阅图13及图14所示，导电座单元60以至少一固定组件61固定在内部电枢30的二层基板31之间，位于导电单元50的内围部位，且与该导电单元50电性接触。在实施中，该导电座单元60具有一呈环状的绝缘座体62，该绝缘座体在其不同的轴向位置由其中心部位向外围部位开设有呈辐射状排列的与导电组50a数量相同的容置槽63，各容置槽63包括有一导电刷容置槽631与一接续于该导电刷容置槽631底部的弹簧容置槽632，以分别容置一导电刷64与一弹簧65；其中，该弹簧65可提供一弹力，使导电刷64随时接触导电单元50的导电环52。

此外，绝缘座体62沿其轴向方向开设有与弹簧容置槽632底部相通的穿孔66，用以装设导电片67。该导电片67与弹簧65接触，且该导电片67连接一电源线671至一控制器68。在供电状态下，一外部电源(图中为示出)通过控制器68、电源线671、导电片67、弹簧65、导电刷64、导电环52，而供应至外部电枢40的线圈42。

当外部电枢40的线圈42被通过电流而产生磁场时，该线圈42的磁场将与该永久磁铁33的磁场相斥，使该外部电枢40与内部电枢30产生相对的旋转，从而形成动力输出，这样，通过该线圈42在永久磁铁33前、后侧的相对旋转作用，可以增加磁力线感应的面积，从而增加动力的输出。

同时，上述容置槽63及其导电刷64的辐射状分布，可有效利用外部电枢40的内围空间，导电刷面积大，散热速度快，分流小，无放电的电弧火花，因而使用的耐久性长。

再者，导电座单元60的绝缘座体62沿其轴向方向设有多个固定孔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，上述固定组件61可经过该固定孔621及311，而将导电座单元60及内部电枢30相固定。同时，导电座单元60的绝缘座体62沿其轴向方向设有多个穿线孔622，以供穿设电源线671至下述的第一磁极感应组件69之用。

在线圈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，本发明还有断电的设计。在本实施例中，在外部盖体44的内侧面装设有呈环状且磁极与基板永久磁铁相同的磁极感应磁铁441，而导电座单元60在与该磁极感应磁铁441的相临面设置有至少一组第一磁极感应组件69(如霍尔组件)，其与控制器68电性连接。当同一组磁极感应组件69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该线圈42(通电)；当同一组磁极感应组件69仅一个磁极感应组件69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，并将所产生电力通过原有的线路导入该线圈42内，作为下次再放电的电能，因而具有省电的效果以及可以解决线圈42与永久磁铁33的磁场异性相吸的磁滞问题。

详细言之，请参见图15A、15B、15C所示，以三相电动机为例进行说明，当线圈42接通电流而产生磁场，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42de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位于断电区域而处于断电状态，其磁极归零，其它的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。这样，B相线圈422及C相线圈423可由于电流的供应，使外部电枢40与内部电枢30产生相对的旋转，同时，A相线圈421可由于内部电枢30及外部电枢40的相对旋转动作，而形成发电机的作用，并将所产生的电力通过原有的线路导入A相线圈421内，作为下次再放电的电能(如图15A所示)。

当外部电枢40旋转至另一角度时，C相线圈423位于断电区域而处于断电状态，其磁极归零，而其它的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。这样，A相线圈421及B相线圈422可由于电流的供应，使外部电枢40与内部电枢30产生相对的旋转，同时，C相线圈423可由于内部电枢30及外部电枢40的相对旋转动作，而形成发电机的作用，并将所产生的电力通过原有的线路导入C相线圈423内，作为下次再放电的电能(如图15B所示)。

当外部电枢40旋转至再一角度时，B相线圈422位于断电区域而处于断电状态，其磁极归零，而其它的A相线圈421及C相线圈423则位于正、负电区域而处于用电状态。这样，A相线圈421及C相线圈423可由于电流的供应，使外部电枢40与内部电枢30产生相对的旋转，同时，B相线圈422可由于内部电枢30及外部电枢40的相对旋转动作，而形成发电机的作用，并将所产生的电力通过原有的线路导入B相线圈422内，作为下次再放电的电能(如图15C所示)。

图16为本发明的轴向全磁通电动机结构第二较佳实施例的剖面示意图，其主要绘示一具有多层内部电枢30及多层外部电枢40的全磁通电动机的结构，因而可获得更多的磁力线切割面积，从而具有更高的效率。另外，在图2的第一实施例中，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可互换；例如在图16的第二实施例当中则为相反的设计，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16所示的本发明第二实施例的定部电枢为线圈，无需考虑到线圈转动时的接电问题，因此省略了上述第一实施例当中的导电单元50与导电座单元60，其它内部电枢30及外部电枢40的构造及作用则与第一实施例相同。

就断电的设计而言，在本第二实施例当中，如图16所示，在外部电枢40框体41内缘对应线圈42及永久磁铁33的位置上，设置有至少一组第二磁极感应组件70，其与一控制器(图中未示出)电性连接。利用磁极感应组件70控制电源暂时对线圈42停止供电(断电)，其作用原理及功效与第一实施例相同。

图17为本发明的轴向全磁通电动机第三较佳实施例的剖面示意图，在电动机的外围部位设置有一冷却槽体80，其在相对角的位置分别设有一入水口81与一出水口82，可通以冷却水至该冷却槽体80并往复循环，从而可对电动机施以冷却散热。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1、一种轴向全磁通电动机，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，该基板呈轴向的前、后相对向配置，该基板的内侧表面上各装设有呈环状排列的间隔设置的多个装设孔，该装设孔的内围表面各装设有一导磁槽板，该导磁槽板的内围空间各嵌设有一永久磁铁，该导磁槽板包覆该永久磁铁的外侧面及周边；以及

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，其对应于该前、后二层基板的该永久磁铁之间，该线圈各绕置于一导磁盘组，该导磁盘组组装于该框体，且该导磁盘组各包括有二相对向的ㄇ形导磁盖体与一串接该二导磁盖体的导磁芯轴，该线圈各绕置于该导磁盘组的导磁芯轴。

2、如权利要求1所述的轴向全磁通电动机，其特征在于，该电动机进一步包括有：

一导电单元，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，该导电单元包括多个导电组，该导电组各包括一绝缘环与一设于该绝缘环内围部位的导电环，该绝缘环安装于该框体的内围部位，该导电环与该线圈相电性连接；以及

一导电座单元，以至少一固定组件固定于该内部电枢的二层基板之间，并位于该导电环单元的内围部位；该导电座单元具有一呈环状的绝缘座体，该绝缘座体在其不同的轴向位置由其中心部位向其外围部位开设有呈辐射状排列的与该导电组数量相同的容置槽，该容置槽各包括有一导电刷容置槽与一接续于该导电刷容置槽的底部的弹簧容置槽，其分别容置一导电刷与一弹簧，该绝缘座体沿其轴向方向开设有与该容置槽的底部相通的多个穿孔，该穿孔各装设有一导电片，该导电片与该弹簧的底部相接触，而该导电刷与该导电环相接触。

3、如权利要求1或2中任一项所述的轴向全磁通电动机，其特征在于，该装设孔及该永久磁铁对该基板的中心而言呈环状的扇形设置。

4、如权利要求1或2中任一项所述的轴向全磁通电动机，其特征在于，该装设孔及该永久磁铁对该基板的中心而言呈环状的斜向设置。

5、如权利要求1或2中任一项所述的轴向全磁通电动机，其特征在于，该导磁盖体的表面设有凹凸细纹。

6、如权利要求2所述的轴向全磁通电动机，其特征在于，该外部电枢装设有一外部盖体，该外部盖体通过一轴承与一轴心结合。

7、如权利要求6所述的轴向全磁通电动机，其特征在于，该外部盖体的内侧面装设有呈环状且磁极与基板永久磁铁相同的磁极感应磁铁，该导电座单元在与该磁极感应磁铁的相临面设有至少一组第一磁极感应组件，该感应组件与一控制器电性连接。

8、如权利要求6所述的轴向全磁通电动机，其特征在于，该轴承为斜座轴承。

9、如权利要求1所述的轴向全磁通电动机，其特征在于，该外部电枢的框体的内缘在对应于该线圈及该永久磁铁的位置上，设有至少一组第二磁极感应组件，该感应组件与一控制器电性连接。

10、如权利要求9所述的轴向全磁通电动机，其特征在于，该电动机的外围部位设有一冷却槽体，该冷却槽体的相对角位置分别设有一入水口与一出水口。

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