CN102290933A - 径向磁通式电机的气隙变动机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种径向磁通式电机的气隙变动机构，包含：一第一子件，具有一外侧环面；一环状的第二子件，同轴地环绕于第一子件周侧上，使各第一、第二子件以一同轴于第一、二子件曲率中心的转轴为轴，使各第一、第二子件彼此间为相对自转运动；一环状气隙，是介于第二子件内侧环面与第一子件的外侧环面间；第一子件与第二子件二者之任一，具有至少二彼此分离的弧形变径部，曲率中心并同轴于转轴，且以一侧弧面相向于另一子件的相向环面，在其间形成气隙，并可沿垂直于转轴的方向在一分开及一併合位置间移动；一驱动部，以驱动各变径部在分开及併合位置间位移动作。当各变径部在各分开及併合位置间移动时，可改变气隙宽度，进而改变气隙磁通密度。

Description

径向磁通式电机的气隙变动机构

技术领域

本发明涉及一种径向磁通式电机的气隙变动机构。

背景技术

就利用风力或水力等自然力所产生的动能进行发电的技术而言，由于该等自然力均是相当不稳定的作用力，因此，发电机在受到该等自然力的作用下的输出亦呈现相对的不稳定变动状态，是以，如何将发电机的输出予以稳定，是为风力发电等将自然力转换为电能的技术领域中亟待克服者，而其中，透过发电机的可变结构使输出稳定的方法则不失为可行的途径。

而以定子与转子适当设置磁铁与感应线圈而组构成的发电机，在将机械能转变为电能的作用上，乃是依据愣次定律，当受到外部机械能作用下，磁铁与感应线圈间所产生的相对运动，是可造成感应线圈的磁通量随之变化，此际，感应线圈中即会产生感应电动势，而倘感应线圈为闭回路的状态，则该感应电动势即得造成感应电流，同时，该感应电流与磁铁间并产生磁阻尼(magnetic damping)作用，致减缓磁铁与感应线圈间之相对运动，而在该减速过程中，并将磁铁与(或)感应线圈的动能转变成电能；更进一步来说，感应电动势与磁通量间乃是呈正比的状态，磁通量愈大则感应电动势愈大，但相对所形成的磁阻尼作用亦愈大，换言之，就发电机的运转启动而言，较低的磁通量是较为适合的设计，但在效率上却不佳。

而影响磁通量大小者，气隙(air gap)乃是为其中之一，当气隙越窄时越利形成紧密的磁通量，越宽时则相对形成较弱的磁通量，因此，在已有技术中遂有在轴向磁通的马达结构设计上，使其气隙为可变者，亦即藉由使定子与转子彼此间在转轴之轴向上得以相对位移的技术手段，使介于定子及转子间之气隙受到改变，据以透过调整气隙宽窄达到改变气隙磁通，而达到增加马达转速的目的。

上揭的已知技术固已揭露了透过气隙的可调整手段以达到改变气隙磁通的途径，惟其仅揭露了轴向磁通式马达的具体技术，对于径向磁通式马达的气隙可变技术内容则仍属欠缺。

发明内容

因此，本发明的主要目的在于提供一种径向磁通式电机的气隙变动机构，其是可适当地调整改变径向磁通式电机的气隙宽度，进而达到调整气隙磁通量的效果。

本发明的另一目的在于提供一种径向磁通式电机的气隙变动机构，其是可应用于风力发电的用途上，同时得以藉由控制气隙磁通量以达到降低启动风速、减缓顿力与减少共振效应的发生。

缘是，为达成上述目的，本发明所提供径向磁通式电机的气隙变动机构，包含有：

一第一子件，具有一外侧环面；

一环状的第二子件，是同轴地环绕在该第一子件的周侧上，使各该第一、第二子件以一同轴在该第一、二子件曲率中心的转轴为轴，使各该第一、第二子件彼此间为相对的自转运动；

一环状气隙，是介于该第二子件内侧环面与该第一子件的外侧环面间；

该第一子件与该第二子件二者之任一，是具有至少二彼此分离的弧形变径部，曲率中心并同轴于该转轴，且以一侧弧面相向于另一子件的相向环面，俾于其间形成该气隙，并可沿垂直于该转轴的方向在一分开及一併合位置间移动，当位于该併合位置上时，各该变径部是彼此併接而呈一具预定直径的併接环形，当位于该分开位置上时，则使各该变径部彼此相互分隔开来，据以扩张该併接环形的直径；

以及更包含有：

一驱动部，用以驱动各该变径部在该分开及该併合位置间位移动作；

藉此，当各该变径部在各该分开及併合位置间移动时，是可改变该气隙的宽度，进而改变气隙磁通的密度。

所述第一子件是更包含有一柱状第一子身，至少二结合部是分别用以将各该变径部结合于该第一子身上，并同时限制各该变径部仅在该分开及该併合位置间往复位移。

各所述结合部是分别具有一长形根槽，是以长轴平行于该第一子身柱轴的方式，凹设于该第一子身上，一卡缘，是突设于该根槽的一侧槽壁，用以缩小该根槽的槽口宽度。

各所述变径部是分别呈断面为弧形的长条状滑块，是以曲率中心同轴于该第一子身柱轴且长轴平行于该第一子身柱轴的方式，以一端插设滑接于对应的根槽中；而该结合部则更包含有一卡肋，是突设于该滑块位于对应根槽中的一端侧向位置上，并与该卡缘相向且相隔开来，当各该变径部位于该分开位置上时，该卡肋即随该滑块位移至与该卡缘抵接的位置上。

各所述结合部是更包含有至少一弹性体，夹置于该滑块一端与该根槽间，用以提供弹力推动该变径部位移至该分开位置上。

所述驱动部是包含有至少一位移压盘，是位于各该变径部所併接而成的环形的一端，并可沿该各该变径部的曲率中心线往复位移，一楔形断面的环状推体，是突设于该位移压盘相向于各该变径部的一侧，至少二与该推体的楔形断面呈互补的楔形槽，是分别凹设于各该变径部相向于该位移压盘的一端，且与该推体相嵌接。

所述第一子件是为转子，而更包含有至少二磁铁，是分别贴设于各该滑块的凸弧面上。

本发明的有益效果：本发明可适当地调整改变径向磁通式电机的气隙宽度，进而达到调整气隙磁通量的效果；其可应用于风力发电的用途上，同时得以藉由控制气隙磁通量以达到降低启动风速、减缓顿力与减少共振效应的发生。

附图说明

以下，兹即举本发明一较佳实施例，并配合图式作进一步说明，其中：

图1是本发明一较佳实施例的立体组合图。

图2是本发明一较佳实施例的立体分解图。

图3是本发明一较佳实施例沿图1中a-a割线的剖视图，其中，各该变径部是位于该併合位置上。

图4是本发明一较佳实施例沿图1中b-b割线的剖视图，其中，各该变径部是位于该併合位置上。

图5是本发明一较佳实施例图4中A区域的局部放大图。

图6是本发明一较佳实施例沿图1中a-a割线的剖视图，其中，各该变径部是位于该分开位置上。

图7是本发明一较佳实施例沿图1中b-b割线的剖视图，其中，各该变径部是位于该分开位置上。

图8是本发明一较佳实施例沿图7中c-c割线的剖视图，其中，各该变径部是位于该分开位置上。

图9是本发明一较佳实施例图7中B区域的局部放大图。

具体实施方式

请参阅各图所示，在本发明一较佳实施例中所提供径向磁通式电机的气隙变动机构10，其乃是以内转子式发电机为其具体的例示技术内容，而构成要件则主要由一作为转子的第一子件20、一作为定子的第二子件30、一环状气隙40及一驱动部50所构成。

第一子件20具有一概呈柱状的第一子身21，若干以断面呈弧状的长条滑块所构成的变径部22，是以曲率中心同轴于且长轴平行于该第一子身21柱轴的方式，各自藉由一结合部23而使一端221结合于该第一子身21的周侧上，而使各该变径部22彼此邻接，并得以各该变径部22的凸弧面222彼此相互併接呈一外侧环面24，若干磁铁25是分别贴设固接于对应变径部的凸弧面222上；

据此，各该变径部22乃是得于对应结合部23的拘束下，沿垂直于该第一子身21的柱轴方向，在一分开及一併合位间往复地线性位移，当位于该併合位置上时，各该变径部22以凸弧面222併接而成的该外侧环面24是具有一适当的第一直径，而当位于该分开位置上时，各该变径部22则是彼此分离，而使各该变径部22的凸弧面222彼此相隔开来，而将所形成的该外侧环面24直径予以扩大至一第二直径、但环面则呈不连续状；

更进一步来说，各该结合部23分别具有一长形的根槽231，是以长轴平行于第一子身21柱轴的方式，凹设于第一子身21的周侧体壁上，用以容纳对应变径部22的一端221与的插接滑设，一卡缘232是突设于该根槽231槽口的一侧槽壁上，一卡肋233则是突设于对应变径部一端221的侧方体壁上，并与该卡缘232彼此相向对应，二盲孔234是分别凹设于该根槽231槽底上，二由弹簧构成的弹性体235是分别以一端容设于各该盲孔234中，另端则抵接于该变径部一端221的端面上，用以提供弹力，将对应的变径部22往外推移至该分开位置上，而当各该变径部22位于该分开位置上时，该卡肋233是与该卡缘232彼此抵接，用以限制各该变径部22自滑接根槽231的槽口脱出。

该第二子件30是具有一环状的第二子身31，内径是较该第二直径为大，并同轴地穿套在该第一子件20的周侧上，二端板32是分别盖设固接于该第二子身31的轴向两端上，惟，关于该第二子件30作为发电机的定子构件所应具备的具体技术内容，乃属已知技术的范踌，且为一般熟习本项技术者所熟知者，是以于此即不另为冗陈。

该气隙40呈环状，是介于该第二子件30内侧环面33与该第一子件外侧环面24间，而宽度则取决于各该变径部22所在的位置而定，具体而言，各该变径部22位于该併合位置时所形成的该外侧环面所具有的第一直径，与位于该分开位置上所形成的该外侧环面所具有的第二直径，各该第一、第二直径并不相等，而藉由该第二直径大于该第一直径的构造，是相对地缩小了该外侧环面24与该第二子件内侧环面33间的距离，亦即，当各该变径部22位于该分开位置上时，所形成之气隙40宽度D’是小于各该变径部22位于该併合位置上时所形成之气隙40宽度D。

该驱动部50具有多数楔形槽51，是分别凹设于各该变径部22的长轴两端端面上，二呈圆形的位移压盘52彼此是以同轴于该第一子身21柱轴的方式，分别滑设于该第一子身21的柱轴两端，二断面呈楔形的环状推体53是分别突设于该二位移压盘52彼此的相向盘面上，而与各该楔形槽51互补嵌接，二圆状的导程盘54是彼此平行地分设于各该位移压盘52的相背端侧上，二环状导槽55是分别凹设于各该导程盘54的周侧，若干受到定位的长形桥块56是分别桥接于相邻的位移压盘52与导程盘54上，若干导柱57是分别以一端垂直设于对应桥块56上，另端则滑接于对应的导槽55中，若干弯曲呈适当形状的推槽58是分别凹设于对应桥体56的长轴另端上，若干导销59是彼此等角地分别突设于各该导程盘54的周侧盘缘上，并以自由端滑接于对应的推槽58中，据此，当转动各该导程盘54的同时，是可使各该导销59于滑接的推槽58位移，并藉由各该推槽58预设的路径而使各该桥块56受力而在该第一子身21的柱轴方向上往复位移，据以推拉各该位移压盘52，俾以藉由彼此嵌接的各该推体53与楔形槽51间的滑接斜面，将各该位移压盘52平行于该第一子身21轴向位移的动作，转变成使各该变径部22沿垂直于该第一子身21轴向方向位移动作的施力，从而达到控制各该变径部22于各该併合及分开位置间位移动作的目的。

藉由上述构件的组成，该径向磁通式电机的气隙变动机构10在使用上，是可供作为如应用风力为发电的风力发电机上，据此，当发电机启动的初始，是可经由该驱动部50推动各该变径部22位移至该併合位置上，以增加气隙40宽度，从而降低风力发电的启动风速，并避免顿力作用，使发电机的启动平稳且顺畅，而当发电机已启动且风速亦足够时，则再透过该驱动部50使各该变径部22在离心力、线圈铁心与磁铁吸力，与各该弹性体235的作用下，位移至该分开位置上，据以缩小该气隙40的宽度，以提高气隙磁通量，提高发电的能力。

换言之，该径向磁通式电机的气隙变动机构10的主要技术特征乃是在于使该介于转子与定子间的气隙得以受到控制改变，透过调整磁通量的技术手段，以改变发电机启动时所需的外加施力，以及减少磁通量较大的情况下所易衍生的顿力作用状态，并据以减少发电机的共振效应，从而具有较已知技术更佳的功效显现。

另外，申请人必需特别加以提出说明者是，上揭实施例固是举以发电机为例，但该径向磁通式电机的气隙变动机构10亦得被实施于马达上，此乃其使用上的选择而已，再者，各该变径部除可被设置于内转子上以达到改变径向尺寸的效果外，事实上，其亦得以被设置于内定子、外转子或外定子等不同的电机构成中，其间的变换乃至于细部构造上的不同，乃是仅为熟习本项技术者得基于本发明而易于完成者，亦即，该等变换均应仍为本申请专利范围所得涵摄者，而同受本案的保护。

Claims (7)

1.一种径向磁通式电机的气隙变动机构，包含有：

一第一子件，具有一外侧环面；

一环状的第二子件，是同轴地环绕在该第一子件的周侧上，使各该第一、第二子件以一同轴在该第一、二子件曲率中心的转轴为轴，使各该第一、第二子件彼此间为相对的自转运动；

一环状气隙，是介于该第二子件内侧环面与该第一子件的外侧环面间；

其特征在于：

该第一子件与该第二子件二者之任一，是具有至少二彼此分离的弧形变径部，曲率中心并同轴子该转轴，且以一侧弧面相向于另一子件的相向环面，俾于其间形成该气隙，并可沿垂直于该转轴的方向在一分开及一併合位置间移动，当位于该併合位置上时，各该变径部是彼此併接而呈一具预定直径的併接环形，当位于该分开位置上时，则使各该变径部彼此相互分隔开来，据以扩张该併接环形的直径；

以及更包含有：

一驱动部，用以驱动各该变径部在该分开及该併合位置间位移动作。

2.根据权利要求1所述的径向磁通式电机的气隙变动机构，其特征在于：

所述第一子件是更包含有一柱状第一子身，至少二结合部是分别用以将各该变径部结合于该第一子身上，并同时限制各该变径部仅在该分开及该併合位置间往复位移。

3.根据权利要求2所述的径向磁通式电机的气隙变动机构，其特征在于：

各所述结合部是分别具有一长形根槽，是以长轴平行于该第一子身柱轴的方式，凹设于该第一子身上，一卡缘，是突设于该根槽的一侧槽壁，用以缩小该根槽的槽口宽度。

4.根据权利要求3所述的径向磁通式电机的气隙变动机构，其特征在于：

各所述变径部是分别呈断面为弧形的长条状滑块，是以曲率中心同轴于该第一子身柱轴且长轴平行于该第一子身柱轴的方式，以一端插设滑接于对应的根槽中；而该结合部则更包含有一卡肋，是突设于该滑块位于对应根槽中的一端侧向位置上，并与该卡缘相向且相隔开来，当各该变径部位于该分开位置上时，该卡肋即随该滑块位移至与该卡缘抵接的位置上。

5.根据权利要求4所述的径向磁通式电机的气隙变动机构，其特征在于：各所述结合部是更包含有至少一弹性体，夹置于该滑块一端与该根槽间，用以提供弹力推动该变径部位移至该分开位置上。

6.根据权利要求1所述的径向磁通式电机的气隙变动机构，其特征在于：所述驱动部是包含有至少一位移压盘，是位于各该变径部所併接而成的环形的一端，并可沿该各该变径部的曲率中心线往复位移，一楔形断面的环状推体，是突设于该位移压盘相向于各该变径部的一侧，至少二与该推体的楔形断面呈互补的楔形槽，是分别凹设于各该变径部相向于该位移压盘的一端，且与该推体相嵌接。

7.根据权利要求1或2所述的径向磁通式电机的气隙变动机构，其特征在于：所述第一子件是为转子，而更包含有至少二磁铁，是分别贴设于各该滑块的凸弧面上。

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