CN104767423B - 电动机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电动机，包含一导磁结构、一轴承、一中空旋转轴、一环扣以及一可旋转电能与信号传递机构。导磁结构包含一第一次侧导磁单元与一第二次侧导磁单元，其中第二次侧导磁单元是沿轴向气隙与第一次侧导磁单元相迭而形成一对称结构并具有一中空轴心。轴承设置于导磁结构的中空轴心内的一侧，而中空旋转轴通过导磁结构的中空轴心并相对导磁结构而设置于轴承的另一侧。环扣则用以固定轴承与中空旋转轴。可旋转电能与信号传递机构设置于中空旋转轴内以供应电源与传递信号。
Description
技术领域
本发明是关于一种电动机，特别是关于一种无永久磁铁且为碟型轴向气隙结构的电动机。
背景技术
一般而言，要达到高功率密度，高扭力密度的电动机，所采用的技术皆以永久磁石作为转子磁力来源；而为了提高其功率密度，扭力密度，则需要以强力磁石作为永久磁石，以获得较强的磁力。由于强力磁石主要配方乃采用稀土作为原料。但是，近年来因稀土原料日渐枯竭，所以价格飙高，渐渐超过一般马达应用所能承担的成本；因此，近年来电动机技术发展由利用永久磁石作为磁力来源转移到无磁铁电动机的方向前进，例如：可变磁阻马达，与感应马达的向量控制…等。但是，此类无磁铁电动机的功率密度与扭力密度却相对较低，不利于直驱的应用领域。
即使是采用强磁磁石作为电动机转子磁力来源，虽然可以提高功率密度与扭力密度，不过，永久磁石会因为温度升高而产生的永久性退磁效应，日子长久会致使电动机效能降低。另外，永久磁石自身相对导磁率极低，所以磁铁越厚，其磁阻会越大，故在工业用数十万瓦等级的电动机，很难采用永磁式设计。
因此，如何提供一大扭力输出，且不通过减速机作的直接驱动电动机，又可舍去采用永久磁石，以及可变磁阻结构的缺点，实为一必需且实用的直驱电动机设计。
发明内容
本发明提供一种电动机(或称为发电机)，包含一导磁结构、一轴承、一中空旋转轴、一环扣以及一可旋转电能与信号传递机构。导磁结构包含一第一次侧导磁单元与一第二次侧导磁单元，其中第二次侧导磁单元是沿轴向气隙与第一次侧导磁单元相迭而形成一对称结构并具有一中空轴心。轴承设置于导磁结构之中空轴心内的一侧，而中空旋转轴通过导磁结构之中空轴心并相对导磁结构而设置于轴承的另一侧。环扣则用以固定轴承与中空旋转轴。可旋转电能与信号传递机构设置于中空旋转轴内以供应电源与传递信号。
在本发明的一实施例中，其中第一次侧导磁单元与第二次侧导磁单元是各自包含：一基座、固定于基座的一铁心，固定于该基座、套接于铁心的导电线圈以及电源与信号导线。
在本发明的一实施例中，其中本发明所提供的电动机(或发电机)更包含：两电路板，分别设置于导磁结构的相对两表面，并通过电源与信号导线电性连接导电线圈。
在本发明的一实施例中，其中基座的材质可为纯铁、低碳钢、硅钢材料或烧结铁粉心、压铸铁粉心。
在本发明的一实施例中，其中可旋转电能与信号传递机构是可为可扭转的一导电绞线、一电刷结构、一滑动导电环或一旋转变压器。较佳地，上述电刷结构包含：一电路板、一内圈电刷导电座、一外圈电刷导电座、一内圈电刷柱、一外圈电刷环、一电刷导引座、一内环弹簧、一外环弹簧、一内环导电层以及一外环导电层。其中，内圈电刷柱可套接于内圈电刷导电座且导电接触，而外圈电刷环可套接外圈电刷导电座且导电接触。另外，电刷导引座内部可套入内环弹簧、外环弹簧，且内环弹簧提供轴向压力于内圈电刷导电座以使内圈电刷柱与内环导电层紧密贴合作导电接触，而外环弹簧提供轴向压力于外圈电刷导电座以使外圈电刷环与外环导电层紧密贴合作导电接触。
故而，关于本发明的优点与精神可以经由以下发明详述及附图得到进一步的了解。
附图说明
图1显示本发明一实施例的电动机的立体示意图；
图2A显示本发明一实施例的第一次侧导磁单元的立体底部俯视示意图；
图2B显示本发明一实施例的第一次侧导磁单元的立体顶部示意图；
图2C显示本发明一实施例的第一次侧导磁单元的立体爆炸示意图；
图3显示本发明一实施例的电动机的立体组装剖面示意图；以及
图4显示本发明一实施例的电动机的可旋转电刷机构的立体剖面示意图。
具体实施方式
以下将参照附图说明本发明的实施形态来叙述本发明。在附图中，相同的组件符号表示相同的组件，并且为求清楚说明，组件的大小或厚度可能夸大显示。
请参考图1，图1为本发明一实施例一种电动机的立体示意图。电动机1为经由包含有第一次侧导磁单元100a与第二导次侧磁单元100b以上下盘相迭方式组合而成的导磁结构，且采取定子，转子转盘皆为绕线的结构，并沿轴向气隙结合成一组可相对旋转电动机的对称结构。且在中空轴心处加入可旋转电能与信号传递机构设计，让定子与转子皆通电成为上下电磁铁作同步电流切换，转换成机械扭力输出，提供一种对称式中空转轴的轴向气隙磁通碟型电动机。
请同时参考图2A、图2B及图2C，图2A为本发明一实施例的第一次侧导磁单元100a的立体底部俯视示意图，图2B为本发明一实施例的第一次侧电动机导磁单元100a的立体顶部示意图，图2C为本发明一实施例一种的第一次侧电动机导磁单元100a的立体爆炸示意图。必须说明的是，图2A至图2C是以第一次侧导磁单元100a为例来说明，第二次侧导磁单元100b亦具有相同的结构，在此便不再赘述。于图2C中，第一次侧导磁单元100a至少包含一基座110、一铁心120固定于基座110上方、一导电线圈130是套接于铁心120周围及一电源与信号导线140。于较佳地实施例中，基座100的材质可为纯铁、低碳钢、硅钢材料或烧结铁粉心、压铸铁粉心等导磁材料。铁心120是可以采用与基座110相同材料的螺丝以固定、铆接、黏接、焊接等方式环状排列固定于基座110。导电线圈130则为以导电材料环绕铁心120所构成的扇形圈绕式结构。
请参考图3，图3为本发明一实施例的电动机的立体组装剖面示意图。电动机1是利用上述第一次侧导磁单元100a与第二次侧导磁单元100b以上下盘相迭的方式，沿轴向气隙结合成一组可相对旋转电动机的对称结构。另外，电动机1的结构更包含一轴承210、一中空旋转轴220、一环扣230、一可旋转电能与信号传递机构240与两电路板150。
于图3中，轴承210可安置于导磁结构100之中空轴心内的一侧，用以承受轴向与径向的附载力量。中空旋转轴220则通过导磁结构100之中空轴心并可以螺丝固定、紧配合、铆接、黏接、焊接等方式相对导磁结构100而设置于轴承210的另一侧。环扣230则用以固定轴承210与中空旋转轴220于上述相对位置上。最后，可旋转电能与信号传递机构240是设置于中空旋转轴内，用以在导磁结构100中空轴心之间负责电源供应与信号传递功能。
较佳地，可旋转电能与信号传递机构40可为或其内可以填置可扭转的导电绞线、电刷结构、滑动导电环或旋转变压器，通过上述结构可以链接各别安置的第一次侧导磁单元100a与第二次侧导磁单元100b。
至于上述两电路板150则是分别设置于导磁结构100的相对两表面，通过电源与信号导线140可链接导电线圈130，且该两电路板150上设计此电动机1的驱控电路布局(Layout)以及电源供应电路布局。
请参考图4，图4为本发明一实施例的电动机的可旋转电刷机构立体剖面示意图。本实施例提供一电动机中空轴心之间负责电源供应与信号传递功能的可旋转电刷机构，如图4所示，电刷机构是包含：一内圈电刷柱310、一外圈电刷环312、一电路板314、一内圈电刷导电座316、一外圈电刷导电座318、一电刷导引座320、一内环弹簧322、一外环弹簧324、一内环导电层326、一外环导电层328、导线330、332、334、336、一凹槽338、空洞340、342。
于图4中，内圈电刷柱310与外圈电刷环312为导电材料所制，可以用石墨、铜、镍合金等材质制作。电路板314为一不导电材料制成，例如：塑料等绝缘材料。内环导电层326与外环导电层328是利用电镀、黏贴或印刷等方式形成导电材料覆在电路板314与电刷接触的面上，内环导电层326是与内圈电刷柱310直接接触导电的内环，可通过导电电线336与电路板150连接，外环导电层328是与外圈电刷环312直接接触的外环，可通过导电电线334与电路板150连接。
内圈电刷导电座316与外圈电刷导电座318为导电材料所制，例如:铜合金、镍合金等，内圈电刷柱310可以直接套进内圈电刷导电座316内且为导电接触，外圈电刷环312可以直接套进外圈电刷导电座318内且同样为导电接触。电刷导引座320为不导电材料所制，用以为轴心的电刷导引座，内部可套入内环弹簧322、外环弹簧324。内环弹簧322可以提供轴向压力给予内圈电刷导电座316迫使内圈电刷柱310与内环导电层326紧密贴合作导电接触。外环弹簧324可以提供轴向压力给予外圈电刷导电座318迫使外圈电刷环312与外环导电层328紧密贴合作导电接触。导线330用以链接外圈电刷导电座318与电路板150，以负责二者之间传递电能的导线，期间经过中空旋转轴220之中空轴壁凹槽338，再穿过电刷导引座320结构上的空洞340，以避开外环弹簧324压挤所造成干涉。导线332用以链接内圈电刷导电座316与电路板150，以负责二者之间传递电能的导线，穿过电刷导引座320结构上的空洞342，以避开外环弹簧324压挤所造成干涉。
由上述实施例结构可知，本发明舍去采用永久磁铁，为双层绕线结构又只有单一气隙面，且气隙面位于径向方向，因此具有更大的气隙面积、更低的磁阻，即双层绕线无永久磁铁结构，导磁与绕线结构更为简单，在同样体积与重量要求下，磁通密度可以增加数倍以上。又本发明采取定子，转子转盘皆为绕线的结构，且在中空转轴处加入旋转电能与信号传递机构设计，让定子与转子皆通电成为上下电磁铁作同步电流切换，每一瞬间的各相都有电流驱动，转换成扭力输出，因此功率密度与扭力密度在同样体积与空间下，都可以获得更大的值。
本发明的权利要求书；凡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书内。
Claims (4)
1.一种无需使用永久磁石的电动机，其特征为，至少包含：
一导磁结构，包含一第一次侧导磁单元与一第二次侧导磁单元，该第二次侧导磁单元是沿轴向气隙与该第一次侧导磁单元相迭而形成一对称结构并具有一中空轴心；
一轴承，设置于该导磁结构的该中空轴心内的一侧；
一中空旋转轴，通过该导磁结构的该中空轴心并相对该导磁结构而设置于该轴承的另一侧；
一环扣，固定该轴承与该中空旋转轴；以及
一电刷结构，设置于该中空旋转轴内，以供应电源与传递信号，其中该电刷结构包含：
一电路板；
一内圈电刷导电座；
一外圈电刷导电座；
一内圈电刷柱，该内圈电刷柱可套接于该内圈电刷导电座且导电接触；
一外圈电刷环，该外圈电刷环可套接该外圈电刷导电座且导电接触；
一电刷导引座；
一内环弹簧；
一外环弹簧；
一内环导电层；以及
一外环导电层，其中，该电刷导引座内部可套入该内环弹簧、该外环弹簧，该内环弹簧提供轴向压力于该内圈电刷导电座以使该内圈电刷柱与该内环导电层紧密贴合作导电接触，该外环弹簧提供轴向压力于该外圈电刷导电座以使该外圈电刷环与该外环导电层紧密贴合作导电接触。
2.如权利要求1所述的电动机，其特征为，该第一次侧导磁单元与该第二次侧导磁单元包含：
一基座；
一铁心，固定于该基座；
一导电线圈，套接于该铁心；以及
一电源与信号导线。
3.如权利要求2所述的电动机，其特征为，更包含：
两电路板，分别设置于该导磁结构的相对两表面，并通过该电源与信号导线电性连接该导电线圈。
4.如权利要求2所述的电动机，其特征为，该基座的材质是由纯铁、低碳钢、硅钢材料以及烧结铁粉心或压铸铁粉心群组中所选出。
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