TW201328133A - 磁性聯軸器與軸向氣隙永磁馬達之整合裝置 - Google Patents

Abstract

本發明係一種磁性聯軸器與軸向氣隙永磁馬達之整合裝置，包括一罩體、一馬達定子、一共用轉子、一聯軸器輸出部，該馬達定子係裝設於該罩體內，該共用轉子係可轉動地同軸裝設於該馬達定子且裝設有複數的永久磁鐵與該馬達定子磁性連動，該聯軸器輸出部係同軸地裝設於該共用轉子且與該共用轉子磁性連動，該聯軸器輸出部係包括一底座以及複數外聯軸磁極，該複數外聯軸磁極係裝設於該底座；藉此，該馬達定子係被輸入電流而產生磁極，使該共用轉子係受該馬達定子磁性連動而旋轉，且該共用轉子係磁性帶動該聯軸器輸出部進行旋轉以輸出扭矩，以成為一體式機電整合裝置，達到簡化整體機構及減少裝配所需的軸向空間的效果。

Description

磁性聯軸器與軸向氣隙永磁馬達之整合裝置

本發明係涉及一種用於馬達的聯軸器，尤其是一種磁性聯軸器與軸向氣隙永磁馬達之整合裝置。

馬達與聯軸器係機械系統中不可或缺的組成單元，其中馬達係係為一動力產生裝置，以轉換電瓶的電能為機械能輸出動力，聯軸器係為傳動裝置以將馬達所產生的動能的扭矩傳遞至其他構件。

由於馬達與聯軸器一般係分屬於傳動系統內的兩個獨立子機構，在個別設計以及製造完成後，再分別根據各種需求予以配合組裝，而廣泛應用於各種需要傳遞扭矩的場合，以滿足機械所需的動力，並將馬達的推力傳遞至各個構件。

然而，由於動力傳輸聯結較為複雜，馬達提供的轉矩須由輸入介面連接於聯軸器的輸入介面以傳達扭矩，由於聯軸器或馬達間的傳遞元件越多，則元件之間產生的摩擦力所耗損的產生額外的機械能也就越多，致使整體的效率偏低；再者，由於組成元件較多，且馬達與聯軸器是獨立設計製造，組合時所需要應用的傳輸介面零組件也較多，因此在各個元件之間的精度以及公差容易導致元件磨耗，特別是各個傳遞動力的過渡元件和固定用的機構，讓整體的製造與維修成本大幅增加，更影響系統的工作精度；另外，馬達與聯軸器係單獨裝配，因此所需佔用的空間較多，難以壓縮兩者之間的空間設計，也無法有效規劃安裝容積，使得整體裝置的體積偏大。

為了解決上述現有馬達與聯軸器分別組裝製造，需耗費較多空間、動能傳遞容易損耗、且維修成本較高等問題，本發明的主要目的在於提供一種磁性聯軸器與軸向氣隙永磁馬達之整合裝置。

本發明所運用的技術手段係在於提供一種磁性聯軸器與軸向氣隙永磁馬達之整合裝置，包括一罩體，其係呈中空；一馬達定子，其係呈盤狀裝設於該罩體內；一共用轉子，其係呈盤狀且可轉動地同軸裝設於該馬達定子異於該罩體的另一側，該共用轉子上係裝設有複數的永久磁鐵與該馬達定子磁性連動；以及一聯軸器輸出部，其係同軸地裝設於該共用轉子且與該共用轉子磁性連動，該聯軸器輸出部係包括一底座以及複數外聯軸磁極，該底座係同軸地裝設於該共用轉子，該複數外聯軸磁極係裝設於該底座朝向該共用轉子的一側且相鄰的二個該外聯軸磁極的磁性係彼此相反；藉此，該馬達定子係被輸入電流而產生磁極，使該共用轉子係受該馬達定子磁性連動而旋轉，且該共用轉子係磁性帶動該聯軸器輸出部進行旋轉以輸出扭矩。

如前所述的磁性聯軸器與軸向氣隙永磁馬達之整合裝置，其中所述的共用轉子係包括一共用軛鐵、複數轉子磁極以及複數內聯軸磁極，該共用軛鐵係可旋轉地同軸裝設於該馬達定子，該複數轉子磁極以及該複數內聯軸磁極係皆為永久磁鐵，該複數轉子磁極係裝設於該共用軛鐵朝向該馬達定子一側且與該馬達定子磁性連動，相鄰的二個該轉子磁極的磁性係彼此相反，該複數內聯軸磁極係裝設於該共用軛鐵相反於該馬達定子的一側且與該聯軸器輸出部磁性達動，相鄰的二個該內聯軸磁極的磁性係彼此相反。

如前所述的磁性聯軸器與軸向氣隙永磁馬達之整合裝置，其中所述的共用轉子係包括一主動輪以及複數共用磁極，該主動輪係可旋轉地同軸裝設於該馬達定子，該主動輪係設有複數的容置孔貫穿該主動輪且圍繞該主動輪的軸心呈間隔排列，該複數共用磁極係皆為永久磁鐵，該複數共用磁極係對應地裝設於該複數容置孔內且相鄰的二個該共用磁極的磁性係彼此相反，該複數共用磁極朝向該馬達定子的一側係與該馬達定子磁性連動且朝向該聯軸器輸出部的另一側係與該聯軸器輸出部磁性達動。

本發明係將永久磁鐵視作永磁無刷馬達中轉子的組成構件，亦為磁性聯軸器的構造元件，可做為馬達與聯軸器整合設計上的共用機件，因此以永久磁鐵做為整合設計上的媒介，將原屬兩個互為獨立的機械裝置在構造上加以整合，將可成為一體式機電整合裝置，可有效改善傳統設計的固有缺點；在構造整合方面，基於一體式的設計，本發明利用將磁性聯軸器之主動軸元件整合為該共用轉子並裝設於馬達定子上，可以簡化整體機構、縮短動力傳輸路徑、以及減少裝配所需的軸向空間；傳統馬達與機械式聯軸器以接觸傳動方式傳遞扭矩，而本發明係利用磁性進行非接觸的傳動，不會產生機件的磨耗與能源的損失，使整合裝置的輸出更為平穩，減少可能產生的振動及噪音，可降低因摩擦力而導致的機械能損耗，並縮減動力的傳輸路徑，致使整體效率提高；再者，整體的安裝空間，將現有的馬達轉子與磁性聯軸器共用為同一的共用轉子部件，可節省成本使整體機構更為緻密並減低重量，構造上較傳統動力與傳動裝置單獨設計更為緻密，組成機件更為簡化，因此具有輕量化與體積小的優勢，在維修上更行簡便；另外，本發明藉由磁性傳動，可具有過載保護作用，當最大的傳動扭矩超過臨界扭矩時，只會造成聯軸器輸出部與共用轉子之間的滑移，成為一過載的保護機制，降低對整合裝置以及整個傳動系統所造成的影響。

為了能夠詳細瞭解本發明的技術特徵及實用功效，並可依照說明書的內容來實施，更進一步以如圖式所示的較佳實施例，詳細說明如后：本發明係一種磁性聯軸器與軸向氣隙永磁馬達之整合裝置，請參照圖1至圖2的第一較佳實施例，其係包括一罩體10、一馬達定子20、一共用轉子30、一聯軸器輸出部40以及一轉軸50。

該罩體10係呈中空圓形筒狀；該馬達定子20係呈盤狀且沿其徑向設有複數的線圈繞匝，該馬達定子20係同軸地裝設於該罩體10內，該馬達定子20一側係朝向該罩體10內側面且另一側係裝設該共用轉子30，該共用轉子30係呈盤狀且可轉動地同軸裝設於該馬達定子20，該共用轉子30上係裝設有複數的永久磁鐵與該馬達定子20磁性連動，更佳地，該共用轉子30係包括一共用軛鐵31、複數轉子磁極32以及複數內聯軸磁極33，該共用軛鐵31係可旋轉地同軸裝設於該馬達定子20，該複數轉子磁極32以及該複數內聯軸磁係係皆為永久磁鐵，該複數轉子磁極32係裝設於該共用軛鐵31朝向該馬達定子20一側且與該馬達定子20磁性連動，相鄰的二個該轉子磁極32的磁性係彼此相反而使N極以及S極呈交錯同心排列，該複數內聯軸磁極33係裝設於該共用軛鐵31相反於該馬達定子20的一側且與該聯軸器輸出部40磁性連動，相鄰的二個該內聯軸磁極33的磁性係彼此相反而使N極以及S極呈交錯同心排列；該聯軸器輸出部40係同軸地裝設於該共用轉子30且與該共用轉子30磁性連動，該聯軸器輸出部40係包括一底座41以及複數外聯軸磁極42，該底座41係同軸地裝設於該共用轉子30，該複數外聯軸磁極42係裝設於該底座41朝向該共用轉子30的一側且相鄰的二個該外聯軸磁極42的磁性係彼此相反，該複數外聯軸磁極42係對應地受複數該內聯軸磁極33磁性連動；該轉軸50係貫穿該罩體10、該馬達定子20、該共用轉子30以及該聯軸器輸出部40的各個軸心位置，使該共用轉子30以及該聯軸器輸出部40能夠同軸旋轉。

該馬達定子20、該共用轉子30、該聯軸器輸出部40係同軸配置，該馬達定子20係被輸入電流而產生磁極，使該共用轉子30的該複數轉子磁極32係受該馬達定子20磁性影響而連動，進而使該共用轉子30的該共用軛鐵31旋轉，則該共用軛鐵31上的該複數內聯軸磁極33係磁性連動該聯軸器輸出部40的該複數外聯軸磁極42，使該聯軸器輸出部40的該底座41得以輸出扭矩。

請參照圖3所示，本發明的第一較佳實施例中，該馬達定子20係為三相八極十二槽的軸向氣隙直流無刷馬達且其最外徑為90mm、最內徑為50mm、繞組線徑為1.024mm、導體電流2條、匝數為54匝且額定電流為9.876A，而該轉子磁極32、該內聯軸磁極33以及該外聯軸磁極42係為B _r =0.76T、μ _r =1.26的永久磁鐵(Ferrite magnet)，且該馬達定子20以及該聯軸器輸出部40的該底座41的材質係為矽鋼片(50H600)，該聯軸器輸出部40的傳動比為1：1，由於該共用軛鐵31能將扭矩傳遞至該聯軸器輸出部40作為動力輸出，該共用軛鐵31係可防止漏磁且具有磁鏡(Magnetic mirror)作用，使磁通能均勻的分佈在共用軛鐵31表面並提升其所能傳輸的扭矩值，藉由該共用軛鐵31產生無數個連續鏡像效應，由於鏡像間的交互作用力急速遞減，使得該複數轉子磁極32以及該複數內聯軸磁極33與該共用軛鐵31間的交互作用視為磁鐵厚度的加倍，其結果經由等效磁路學理分析以及三維有限元素法驗證，本發明的電磁轉矩較原始馬達降低至11.5134Nm，但轉矩漣波的振幅由原先的45.21%增加至154.44%，且轉矩漣波增加至144.98%，上述結果在運行過程，由於該共用軛鐵31兩側的該複數轉子磁極32以及該複數內聯軸磁極33之間傳遞路徑較長，容易讓該聯軸器輸出部40與該共用轉子30的軸線角度偏移產生偏位誤差，當偏位的角度幅度增大，導致磁面間的距離變大，使得最大的傳動扭矩因此而減小，因此本發明適用於不需平穩輸出但輸出轉距要求較大的工作環境，相較於傳統設計具有安裝空間較小、能量損耗較低以及維修方便等優點。

請參照圖4以及圖5所示，本發明第二較佳實施例係將第一較佳實施例的該複數轉子磁極32以及該複數內聯軸磁極33整合為單一組的構件，並省略該共用軛鐵31，其中該共用轉子30A係包括一主動輪34A以及複數共用磁極35A，該主動輪34A係可旋轉地同軸裝設於該馬達定子20，該主動輪34A係設有複數的容置孔341A貫穿該主動輪34A且圍繞該主動輪34A的軸心呈等距間隔排列，該複數共用磁極35A係皆為永久磁鐵，該複數共用磁極35A係對應地裝設於該複數容置孔341A內且相鄰的二個該共用磁極35A的磁性係彼此相反，該複數共用磁極35A朝向該馬達定子20的一側係與該馬達定子20磁性連動且朝向該聯軸器輸出部40的另一側係與該聯軸器輸出部40磁性連動。

請參照圖6所示，由於第二較佳實施例省略該第一較佳實施例的該共用軛鐵31，因此傳動效能有所變更，使得電磁轉距降低，但轉矩漣波的震動幅度曲線較為平緩，而轉矩漣波降低44.61%，可用於低扭矩的領域，同樣具有安裝空間較小、能量損耗較低以及維修方便等優點。

以上所述，僅是本發明的較佳實施例，並非對本發明作任何形式上的限制，任何所屬技術領域中具有通常知識者，若在不脫離本發明所提技術特徵的範圍內，利用本發明所揭示技術內容所作出局部更動或修飾的等效實施例，均仍屬於本發明技術特徵的範圍內。

10．．．罩體

20．．．馬達定子

30、31A．．．共用轉子

31．．．共用軛鐵

32．．．轉子磁極

33．．．內聯軸磁極

34A．．．主動輪

341A．．．容置槽

35A．．．共用磁極

40．．．聯軸器輸出部

41．．．底座

42．．．外聯軸磁極

50．．．轉軸

圖1係本發明第一較佳實施例的立體分解圖。

圖2係本發明第一較佳實施例組裝後的局部剖視立體圖。

圖3係本發明第一較佳實施例與原始馬達的輸出扭矩與轉矩漣波曲線圖。

圖4係本發明第二較佳實施例的立體分解圖。

圖5係本發明第二較佳實施例組裝後的局部剖視立體圖。

圖6係本發明第二較佳實施例與原始馬達的輸出扭矩與轉矩漣波曲線圖。

10．．．罩體

20．．．馬達定子

30．．．共用轉子

31．．．共用軛鐵

32．．．轉子磁極

33．．．內聯軸磁極

40．．．聯軸器輸出部

41．．．底座

42．．．外聯軸磁極

50．．．轉軸

Claims (3)

1. 一種磁性聯軸器與軸向氣隙永磁馬達之整合裝置，包括：一罩體，其係呈中空；一馬達定子，其係呈盤狀裝設於該罩體內；一共用轉子，其係呈盤狀且可轉動地同軸裝設於該馬達定子異於該罩體的另一側，該共用轉子上係裝設有複數的永久磁鐵與該馬達定子磁性連動；以及一聯軸器輸出部，其係同軸地裝設於該共用轉子且與該共用轉子磁性連動，該聯軸器輸出部係包括一底座以及複數外聯軸磁極，該底座係同軸地裝設於該共用轉子，該複數外聯軸磁極係裝設於該底座朝向該共用轉子的一側且相鄰的二個該外聯軸磁極的磁性係彼此相反；藉此，該馬達定子係被輸入電流而產生磁極，使該共用轉子係受該馬達定子磁性連動而旋轉，且該共用轉子係磁性帶動該聯軸器輸出部進行旋轉以輸出扭矩。
2. 如請求項1所述的磁性聯軸器與軸向氣隙永磁馬達之整合裝置，其中所述的共用轉子係包括一共用軛鐵、複數轉子磁極以及複數內聯軸磁極，該共用軛鐵係可旋轉地同軸裝設於該馬達定子，該複數轉子磁極以及該複數內聯軸磁極係皆為永久磁鐵，該複數轉子磁極係裝設於該共用軛鐵朝向該馬達定子一側且與該馬達定子磁性連動，相鄰的二個該轉子磁極的磁性係彼此相反，該複數內聯軸磁極係裝設於該共用軛鐵相反於該馬達定子的一側且與該聯軸器輸出部磁性達動，相鄰的二個該內聯軸磁極的磁性係彼此相反。
3. 如請求項1所述的磁性聯軸器與軸向氣隙永磁馬達之整合裝置，其中所述的共用轉子係包括一主動輪以及複數共用磁極，該主動輪係可旋轉地同軸裝設於該馬達定子，該主動輪係設有複數的容置孔貫穿該主動輪且圍繞該主動輪的軸心呈間隔排列，該複數共用磁極係皆為永久磁鐵，該複數共用磁極係對應地裝設於該複數容置孔內且相鄰的二個該共用磁極的磁性係彼此相反，該複數共用磁極朝向該馬達定子的一側係與該馬達定子磁性連動且朝向該聯軸器輸出部的另一側係與該聯軸器輸出部磁性連動。