CN102594078A - 外转子电机装置 - Google Patents

Abstract

一种外转子电机装置，包括有外壳、中心轴、动子环及定子盘。外壳呈中空状，可容设动子环及定子盘，主要包含有一个环状的周缘。动子环是固设于外壳的周缘且设有多个朝向定子盘的第一凸齿，各第一凸齿之间设有一个第一凹槽。定子盘设有多个第二凹槽，第二凹槽之间绕设有电枢线圈，定子盘进一步设有多个第三凹槽，各第三凹槽设置于每两个相邻的第二凹槽之间，第三凹槽内设置有永久磁铁，利用第一凸齿的数量、第二凹槽数及外转子电机装置相数之间的特定数关系，可使外转子电机装置有较佳的输出功效。

Description

外转子电机装置

技术领域

本发明有关一种电机装置，特别是有关于一种外转子电机装置，并可同时应用于外转子马达或是外转子发电机。为便于解释，以下仅以外转子马达为例说明之，但并不用以局限本发明的实施方式与权利范围。

背景技术

轮毂电机是将电机结构与车轮的轮毂相结合的一种特殊结构，可用以降低电机结构与轮毂之间的传动机构的复杂度，达到结构精实及直接驱动的效果。直接驱动可减少传动过程中能量的损耗，并可有效提升对电瓶电力的利用以及续航力。一般的轮毂电机主要有二种架构，一种为采用高速电机搭配减速机的做法，另一为舍去减速机，由低速电机直接驱动，在相同扭力要求状况下，前者有体积小、重量轻的优势，但由于有减速机的装置，因而有加工较复杂、需经常润滑维护、产品可靠度较差及使用一段时间后容易有噪音的问题；而后者由于无齿轮箱，因此无前述所产生的问题，但缺点是如欲达到同样的扭力，则电机本体的体积与重量都较前者庞大。

另一方面，以电梯升降机构来说，近来逐渐朝向无机房升降机架构的方式设计，其架构亦有采用外转子电机(如轮壳电机)，以高速电机配减速机或低速电机无减速机搭配的方式来设计。此外，风力发电机中亦有采用外转子电机的设计方式，亦以高速电机配减速机或低速电机无减速机来配置。

以往这些外转子电机采用的电机架构主要为直流有刷电机及感应电机，但最近有逐渐被永磁无刷电机取代的趋势，传统的永磁无刷电机是磁石安装在转子上，于低速运转的场合，增加磁石的极数即可有效提升电机的扭力输出，但当电机的极数增加时则必须相对提高磁石的极数，因此造成磁石粘着、定位及可靠度的问题，同时，转子极数越多时定子也要相对多槽，如此造成电机实际制作上的问题，使得多极的电机设计无法生产。

发明内容

为了克服上述问题，本发明提出一种外转子电机装置，其永久磁铁设置于定子上，通过转子凸齿与定子凸齿的有效安排下，不用增加永久磁铁数量及定子绕线槽数就可获得多极的设计，并可有效提升扭力，同时也改善了产品的加工性及可靠度。本发明的外转子电机装置包括有外壳、中心轴、动子环及定子盘，其中，外壳内部呈中空状并可供容设动子环及定子盘。定子盘是设置于动子环的内部，且定子盘的中心结合于中心轴，中心轴则穿设于外壳的中央。外壳主要包含有环状的周缘，动子环固设于外壳周缘的内环面，动子环并设有多个朝向定子盘的第一凸齿，各第一凸齿之间设有第一凹槽。此外，定子盘设有多个第二凹槽，第二凹槽之间绕设有电枢线圈，其中定子盘进一步设有多个第三凹槽，各第三凹槽设置于每两个相邻的第二凹槽之间，第三凹槽内设置有永久磁铁，第二凹槽与第三凹槽间设置有至少一个的第二凸齿。若第一凸齿的数量为M，第二凹槽的数量为S，外转子电机装置的相数为P，则M与P及S满足下列关系式：M＝N*S±Q，其中N与Q皆为正整数，且2≤N，1≤Q≤(S/2P)。

因此，本发明的主要目的在于提供一种外转子电机装置，由于第三凹槽内设置有永久磁铁，并通过第一凸齿数量与第二凹槽数量及第二凸齿数量的特殊关系，可不需增加永久磁铁数以及电枢槽数，即可达到多极的设计。

本发明的再一目的在于提供一种外转子电机装置，由于第一凸齿数与第二凹槽数具有特定关系，因此可有效地提升扭力。

本发明的又一目的在于提供一种外转子电机装置，由于不需增加绕线槽数及永久磁铁数量就可获得多极的设计，使得采多极设计时加工难度降低。

本发明的又一目的在于提供一种外转子电机装置，由于采用永久磁铁设置在定子的电机架构，使得产品的可靠度提升。

附图说明

由于本发明主要是揭露一种外转子电机装置，其中所利用的外转子马达结构与基本原理，已为相关技术领域具有通常知识者所能明了，故以下文中的说明，不再作完整描述。同时，以下文中所对照的附图，是表达与本发明特征有关的结构示意，并未亦不需要依据实际尺寸完整绘制，其中：

图1是本发明的外转子电机装置主要结构示意图。

图2A是本发明的转子环与定子盘配置示意图。

图2B是本发明的转子环与定子盘局部示意图。

图2C是本发明定子盘实施态样示意图。

图2D是本发明定子盘实施态样示意图。

图3是本发明外壳另一实施态样示意图。

具体实施方式

请参考图1，为本发明外转子电机装置1较佳实施例的主要结构示意图，外转子电机装置1包括有外壳11、中心轴12、动子环13及定子盘14，其中，外壳11的内部呈中空状并可供容设动子环13及定子盘14。定子盘14设置于动子环13的内部，且定子盘14的中心结合于中心轴12，中心轴12则穿设于外壳11的中央。外壳11包含有环状的周缘110，动子环13是固设于外壳11的周缘110的内环面。再者，在外壳11内的适当位置以及定子盘14上可进一步设置动子环位置感测模块(未图标)，动子环感测模块可为霍耳感知器或是光遮断器等，若动子环感测模块为光遮断器，则动子环本身可进一步搭配对应的光盘，由于位置感测模块的装设及种类已为此项技术领域的技术人士所已知，故不再加以赘述。

请同时参考图2A及图2B，图2A是本实施例动子环13与定子盘14配置图，图2B是动子环13与定子盘14局部示意图。动子环13设有多个朝向定子盘14的第一凸齿131，各第一凸齿131之间设有第一凹槽132。在本实施例中，设定第一凸齿131的数量为M个，定子盘14设有多个第二凹槽141及多个第三凹槽142，各第三凹槽142设置于每两个相邻的第二凹槽141之间，电枢线圈15绕设在相邻的第二凹槽141之间，且电枢线圈15跨越第三凹槽142，使第三凹槽142位于电枢线圈15当中，另外，第三凹槽142朝向动子环13的一端可开设有第四凹槽143，且第三凹槽142内设置有永久磁铁16，同时，在第二凹槽141与第三凹槽142间设置有至少一个的第二凸齿140。

由上述外转子电机装置1中动子环13与定子盘14上各凹槽与各凸齿间的配置，令第二凹槽141的数量为S，令外转子电机装置1的相数为P，则M与P及S满足下列关系式：M＝N*S±Q，其中N与Q皆为正整数，且2≤N，1≤Q≤(S/2P)。

此外，第三凹槽142可以依实际需求予以多样化设计，例如在图2C中，第三凹槽142在靠近定子盘14中心的一端，可再进一步开设有第五凹槽144。或是，为了设计上的需要，第三凹槽142与第四凹槽143可以具有相同的宽度而合而为一。此外，可进一步配置多个场绕线圈，来做磁场的控制，在相邻的第四凹槽143(图2C未示)之间跨越第二凹槽141设置第一场线圈17，或是在相邻的第五凹槽144之间，绕设第二场线圈18。必须强调的是，当设置第一场线圈17及/或第二场线圈18之后，如果为了降低成本的考或结构设计上的要求，其中的永久磁铁16便可以移除，不需设置，而以第一场线圈17或第二场线圈18或是二者所产生的磁力取代永久磁铁16的磁力。另外，第一场线圈17与第二场线圈18可以同时设置，也可以仅设置其中之一。

请再参见图2D，第二凹槽141靠近定子盘14中心的一端可以再进一步横向开设第六凹槽145，而使电枢线圈15分别绕设在相邻的第六凹槽145之间。再者，本发明所提出的外转子电机装置1(图未示)为了提高极数P，在每个第四凹槽143与其相邻的第二凹槽141之间所设置的第二凸齿140的数量也可以是2个(甚至更多)，而在这二个第二凸齿140之间便形成有第七凹槽146。而跨越第四凹槽143的一对第七凹槽146也可以依需要而进一步设置电枢线圈15。

请再参考图1，在较佳的实施例中，外壳11可进一步包含有壳盖111及底部112，底部112的边缘可延轴向垂直延伸形成周缘110，同时在外壳的周缘110的另一端形成圆形的开口，壳盖111是可盖设于开口上，使外壳11中间形成容置空间，其中，壳盖111的盖设于开口的形式，是可采用与外壳11固定结合或可拆分离的方式，在此并不加以限定。

请参考图3，在另一实施例中，外壳21亦可包含两个壳盖22，且相对夹设于周缘23的两侧，以使周缘23中间形成容置空间。

再者，其中一个壳盖22可与动子环13连结，使动子还13旋转时与壳盖22产生连动，或者，动子还13可与周缘23连结，周缘进一步可延伸出叶片，当动子还13转动时带动周缘23转动使叶片旋转而形成类似风扇结构，动子还13与壳体11连结方式为相关技术人员所能理解的技术，故在此不加以限制本发明所适用的动子还13与壳体11的连结方式。

由本发明所提出的外转子电机装置1，由于凹槽与凸齿间具有特定的配置关系，且可进一步由调整场线圈的电流来有控制气隙中的磁通密度，由此可有效地提升外转子电机装置1的扭力，尤其是外转子电机装置1于低转速时的扭力，举例来说，当本发明所述的外转子电机装置1被应用在电动车上时，当电动车行进间爬坡进行电磁换档，由高转速转换为低转速时，本发明的外转子电机装置1可提供较高的扭力，使得电动车在爬坡过程中有较好的动力输出。同时，由于本发明第三凹槽142内设置有永久磁铁16，且第一凸齿131数量与第二凹槽141数量及第二凸齿140数量具有特定关系，使得可以不需增加永久磁铁数以及电枢槽数，即可达到多磁极的设计，在制作上亦较为方便。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的权利范围；同时以上的描述，对于相关技术领域的专门人士应可明了及实施，因此其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在权利要求范围中。

Claims (10)

1.一种外转子电机装置，包括有一外壳、一中心轴、一动子环及一定子盘，其中，该外壳呈中空状，其内部可供容设该动子环及定子盘，该定子盘设置于该动子环的内部，该定子盘的中心结合于该中心轴，该中心轴穿设于该外壳的中央；

其特征在于：

该外壳主要包含有一个环状的周缘；

该动子环固设于该外壳的周缘的内环面，该动子环设有多个朝向该定子盘的第一凸齿，各第一凸齿之间设有一个第一凹槽，该第一凸齿的数量为M；

该定子盘设有多个第二凹槽，多个电枢线圈绕设在相邻的第二凹槽之间，其中该定子盘进一步设有多个第三凹槽，各第三凹槽设置于每两个相邻的第二凹槽之间，各第二凹槽与各第三凹槽间设置有至少一第二凸齿，该第三凹槽内设置有永久磁铁，该第二凹槽的数量为S，令该外转子电机装置的相数为P，则M与P及S满足以下的关系式：

M＝N*S±Q，其中N与Q皆为正整数，且2≤N，1≤Q≤(S/2P)。

2.如权利要求1所述的外转子电机装置，各第三凹槽朝向该动子环的一端开设有第四凹槽。

3.如权利要求2所述的外转子电机装置，多个第一场线圈绕设在相邻的两个第四凹槽之间。

4.如权利要求1所述的外转子电机装置，各第三凹槽朝向该定子盘中心的一端开设有第五凹槽。

5.如权利要求4所述的外转子电机装置，多个第二场线圈绕设在相邻的第五凹槽之间。

6.如权利要求1所述的外转子电机装置，在各第二凹槽靠近该定子盘中心的一端，进一步开设第六凹槽。

7.如权利要求1所述的外转子电机装置，其中该第二凸齿上进一步在开设有第七凹槽。

8.如权利要求7所述的外转子电机装置，其中跨越该第四凹槽的一对第七凹槽间进一步设置电枢线圈。

9.如权利要求1所述的外转子电机装置，其中该外壳进一步包含一个壳盖与一个底部，该周缘垂直于该底部、且自该底部的边缘延伸而成，该周缘的另一端形成一圆形的开口，该壳盖对应盖设于该开口处。

10.如权利要求1所述的外转子电机装置，其中该外壳进一步包含二个壳盖，该两壳盖乃呈相对应状，夹设于该周缘的两侧。

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