TW201618439A

TW201618439A - 混合式馬達結構

Info

Publication number: TW201618439A
Application number: TW103139627A
Authority: TW
Inventors: 彭明燦; 李少愉
Original assignee: 財團法人工業技術研究院
Priority date: 2014-11-14
Filing date: 2014-11-14
Publication date: 2016-05-16
Also published as: TWI536714B; CN105743239A; CN105743239B; US20160218579A1

Abstract

本發明係揭露一種混合式馬達結構，此馬達可包含定子、轉子、第一線圈、第一磁鐵組、第二線圈及第二磁鐵組。定子可包含複數個定子齒。轉子可設置定子上。第一線圈可繞設於該些定子齒上。第一磁鐵組可包含複數個第一磁鐵塊，該些第一磁鐵塊可對應於第一線圈而設置於轉子之周圍，第一磁鐵組可與第一線圈組成第一槽極配。第二線圈可繞設於該些定子齒上。第二磁鐵組可包含複數個第二磁鐵塊，該些第二磁鐵塊可對應於第二線圈而設置於轉子之周圍，第二磁鐵組與第二線圈可組成第二槽極配。此混合式馬達結構可應用於徑向或軸向馬達等各種馬達。

Description

混合式馬達結構

本發明係有關於一種混合式馬達結構，特別是一種單轉子單定子結構的馬達，其具有多個繞阻及對應的多個磁鐵組，且能同時提供低速高扭力及寬廣轉速域的混合式徑向馬達結構及混合式軸向馬達結構。

一般而言，由於電動車之輪內驅動馬達或一體式啟動發電機(Integrated Starter Generator，ISG)等等許多應用上有體積及重量的限制，又需要滿足低速高扭力及並能同時兼顧寬廣轉速域的需求，故馬達的設計上受到了很大的考驗。而習知技藝之馬達由於設計上的缺失，使其難以在上述的限制之下達到低速高扭力及並能同時兼顧寬廣轉速域的需求。

請參閱第1圖，其係為習知技藝之馬達之動力輸出特性示意圖。如圖所示，當曲線A的扭力要提高且同時要保有一定的轉速域時，則會變成曲線B，而由曲線A之最大功率點為P1，曲線B之最大功率點為P2，而最大功率點為轉速(rpm)乘以扭力(Nm)。因此，由上述可知，在曲線B之最大功率點P2之轉速及扭力均大於在曲線A之最大功率點P1之轉速及扭力的情況下，曲線B之最大功率點P2會遠大於曲線A之最大功率點P1，故習知技藝之馬達功率增加的需求大於扭力的線性增加。也就是說，為了要提供高扭力，習知技藝之馬達需要大幅增加功率，而在體積及重量受到限制的情況下，習知技藝之馬達要大幅提高功率的難度極高。

中華民國專利公開第TW201301717號揭露一種電磁變速馬達，其高低速區可用電磁變速切換，使馬達能於低速切換至高扭力模式、高速切換至高功率模式，利用變極電路使線圈達到全時應用，藉此達到低速高扭力及並能同時兼顧寬廣轉速域的需求。然而，此前案需要利用機構致動元件達成，故其結構複雜且成本較高。

美國專利第US7569970號揭露一種具有多轉子的馬達，其利用液壓控制雙轉子相對相位角，藉以控制磁通強弱，達到高、低速不同模式，藉此達到低速高扭力及並能同時兼顧寬廣轉速域的需求。然而，此前案需要於旋轉動態下維持可變角度，故其結構複雜且成本較高。

中華民國專利公告第TW521710號揭露一種電助動力之模組化輪轂，此前案能以雙轉子、雙定子同極同相的方式做轉子驅動，藉此達到低速高扭力及並能同時兼顧寬廣轉速域的需求。然而，此前案需要利用雙轉子及雙定子來達成，因此較難以兼顧體積及重量的限制，且其結構較為複雜且成本較高。

因此，如何提出一種馬達，能夠有效改善習知技藝之馬達結構複雜、成本過高及無法在體積及重量限制的情況下達到低速高扭力及寬廣轉速域的情況已成為一個刻不容緩的問題。

有鑑於上述習知技藝之問題，本發明之其中一目的就是在提供一種混合式馬達結構，以解決習知技藝之馬達結構複雜、成本過高及無法在體積及重量限制的情況下達到低速高扭力及寬廣轉速域的問題。

根據本發明之其中一目的，提出一種混合式馬達結構，此馬達可包含定子、轉子、第一線圈、第一磁鐵組、第二線圈及第二磁鐵組。定子可包含複數個定子齒。轉子可與定子成徑向設置。第一線圈可繞設於該些定子齒上。第一磁鐵組可包含複數個第一磁鐵塊，該些第一磁鐵塊可對應於第一線圈而設置於轉子之周圍，第一磁鐵組可與第一線圈組成第一槽極配。第二線圈可繞設於該些定子齒上。第二磁鐵組可包含複數個第二磁鐵塊，該些第二磁鐵塊可對應於第二線圈而設置於轉子之周圍，第二磁鐵組與第二線圈可組成第二槽極配。

在一實施例中，該些定子齒可設置於定子的內側表面或外側表面。

在一實施例中，第一線圈的極對數可為一對，而第二線圈的極對數可為第一線圈的極對數之大於一的整數倍。

在一實施例中，第一線圈的極對數可大於一對，而第二線圈的極對數可為第一線圈的極對數之大於一的整數倍。

在一實施例中，第二線圈的極對數可等於第二磁鐵組的極對數。

在一實施例中，第一線圈的極對數與第一磁鐵組的極對數的總和可等於該定子齒的數量。

在一實施例中，第二線圈可包含複數個子線圈，該些子線圈可繞設於該些定子齒上，且可透過串聯的方式連結。

在一實施例中，第二線圈可包含複數個子線圈，該些子線圈可繞設於該些定子齒上，任何一個子線圈可與其對應側的子線圈串聯，以形成一子線圈組，使第二線圈包含複數個子線圈組，該些子線圈組可互相連結。

在一實施例中，第二線圈可包含複數個子線圈組，各個子線圈組可包含複數個子線圈，該些子線圈可繞設於該些定子齒上，各個子線圈組中之該些子線圈可彼此串聯，該些子線圈組可彼此連結。

在一實施例中，各個子線圈組中之該些子線圈的數量可等於第二線圈之極對數之大於一的因數。

該些子線圈可等間隔地或接近等間隔地分佈於定子之圓周之機械角之0~360度上或第一線圈之磁場之電氣角之0~360度上。

在一實施例中，該些子線圈組之間可為串聯或並聯。

在一實施例中，第二線圈的極對數可為各個子線圈組中之子線圈數量的整數倍。

在一實施例中，以軸向方向視之，第一線圈及第二線圈之兩者之佈設範圍可均涵蓋該定子之線圈設置面。

在一實施例中，以軸向方向視之，第一線圈之佈設範圍可涵蓋定子之線圈設置面，而第二線圈之佈設範圍可未涵蓋定子之線圈設置面。

在一實施例中，以軸向方向視之，第二線圈之佈設範圍可涵蓋定子之線圈設置面，而第一線圈之佈設範圍可未涵蓋定子之線圈設置面。

在一實施例中，以軸向方向視之，第一線圈及第二線圈之兩者之佈設範圍可均未涵蓋定子之線圈設置面。

在一實施例中，定子可由較薄之矽鋼片疊合而成或由軟磁性複合材料(SMC)構成或同時包含疊合之薄矽鋼片及軟磁性複合材料。

根據本發明之其中一目的，再提出一種混合式馬達結構，此馬達可包含定子、轉子、第一線圈、第一磁鐵組、第二線圈及第二磁鐵組。定子可包含複數個定子齒。轉子可與定子成軸向設置。第一線圈可繞設於該些定子齒上。第一磁鐵組可包含複數個第一磁鐵塊，該些第一磁鐵塊可對應於第一線圈而設置於轉子之周圍，第一磁鐵組可與第一線圈組成第一槽極配。第二線圈可繞設於該些定子齒上。第二磁鐵組可包含複數個第二磁鐵塊，該些第二磁鐵塊可對應於第二線圈而設置於轉子之周圍，第二磁鐵組與第二線圈可組成第二槽極配。

在一實施例中，轉子更可包含轉子背鐵，第一磁鐵組及第二磁鐵組可設置於轉子背鐵之上。

在一實施例中，第一磁鐵組可設置於轉子背鐵上之徑向方向的外側，第二磁鐵組可設置於轉子背鐵上之徑向方向的內側。

在一實施例中，第一磁鐵組可設置於轉子背鐵上之徑向方向的內側，第二磁鐵組可設置於轉子背鐵上之徑向方向的外側。

在一實施例中，該些定子齒可設置於定子的下側表面，並朝向轉子設置。

在一實施例中，該些子線圈組之間可為串聯或並聯。

在一實施例中，以徑向方向視之，第一線圈及第二線圈之兩者之佈設範圍可均涵蓋該定子之線圈設置面。

在一實施例中，以徑向方向視之，第一線圈之佈設範圍可涵蓋定子之線圈設置面，而第二線圈之佈設範圍可未涵蓋定子之線圈設置面。

在一實施例中，以徑向方向視之，第二線圈之佈設範圍可涵蓋定子之線圈設置面，而第一線圈之佈設範圍可未涵蓋定子之線圈設置面。

在一實施例中，以徑向方向視之，第一線圈及第二線圈之兩者之佈設範圍可均未涵蓋定子之線圈設置面。

承上所述，依本發明之混合式馬達結構，其可具有一或多個下述優點：

(1)本發明之混合式馬達結構之一實施例在定子上同時設置二組線圈，並在轉子上同時設置對應的二組磁鐵組，故可視情況地針對二組線圈分別進行激磁，藉以組成分別具有高扭力及高功率特性的二組槽極配，故能達到低速高扭力及並能同時兼顧寬廣轉速域的需求。

(2)本發明之混合式馬達結構之一實施例利用特殊的線圈配置來使多組線圈間的磁通鏈結降到最低，使多組線圈可以更容易獨立地被驅動，故可以使馬達的效能達到最佳化。

(3)本發明之混合式馬達結構可以不全然用弱磁來增加轉速域，因此效率高且轉速域延伸更大。

(4)本發明之混合式馬達結構可以透過單轉子及單定子的架構來實現，因此體積小、重量輕、結構較為簡單且成本更低。

(5)本發明之混合式馬達結構可以在不提高整體功率的前提下達到低速高扭力，因此即使應用上有空間及重量的限制，本發明之混合式馬達仍然可以發揮極佳的效能，故很適合應用於電動車之輪內驅動馬達或一體式啟動發電機(Integrated Starter Generator，ISG)等等具有空間及重量限制的應用。

(6)本發明之混合式馬達結構可以透過徑向馬達、軸向馬達等等多種形式實現，故其應用範圍極為廣泛。

1‧‧‧混合式徑向馬達

11、21‧‧‧定子

11a‧‧‧定子上組件

11b‧‧‧定子下組件

111、211‧‧‧定子齒

1111‧‧‧齒靴

12、22‧‧‧轉子

221‧‧‧轉子背鐵

13、23‧‧‧第一線圈

14、24‧‧‧第二線圈

15、25‧‧‧第一磁鐵組

151、151’、251、251’‧‧‧第一磁鐵塊

16、26‧‧‧第二磁鐵組

161、161’、261、261’‧‧‧第二磁鐵塊

2‧‧‧混合式軸向馬達

A、B、A’、B’‧‧‧曲線

P1、P2、P1’、P2’‧‧‧最大功率點

S1-S6‧‧‧子線圈

SG1-SG2‧‧‧子線圈組

AR1-AR3‧‧‧箭頭

AD‧‧‧軸向方向

DD‧‧‧徑向方向

第1圖係為習知技藝之馬達之動力輸出特性之示意圖。

第2圖係為本發明之混合式馬達結構之第一實施例之第一示意圖。

第3圖係為本發明之混合式馬達結構之第一實施例之第二示意圖。

第4圖係為本發明之混合式馬達結構之第一實施例之第三示意圖。

第5圖係為本發明之混合式馬達結構之第一實施例之第四示意圖。

第6圖係為本發明之混合式馬達結構之第一實施例之第五示意圖。

第7圖係為本發明之混合式馬達結構之第一實施例之第六示意圖。

第8圖係為本發明之混合式馬達結構之第一實施例之第七示意圖。

第9圖係為本發明之混合式馬達結構之第一實施例之第八示意圖。

第10圖係為本發明之混合式馬達結構之第一實施例之第九示意圖。

第11圖係為本發明之混合式馬達結構之第一實施例之第十示意圖。

第12圖係為本發明之混合式馬達結構之第一實施例之第十一示意圖。

第13圖係為本發明之混合式馬達結構之第一實施例之第十二示意圖。

第14圖係為本發明之混合式馬達結構之第一實施例之第十三示意圖。

第15圖係為本發明之混合式馬達結構之第一實施例之第十四示意圖。

第16圖係為本發明之混合式馬達結構之第一實施例之第十五示意圖。

第17圖係為本發明之混合式馬達結構之第一實施例之第十六示意圖。

第18圖係為本發明之混合式馬達結構之第二實施例之第一示意圖。

第19圖係為本發明之混合式馬達結構之第二實施例之第二示意圖。

第20圖係為本發明之混合式馬達結構之第二實施例之第三示意圖。

第21圖係為本發明之混合式馬達結構之第二實施例之第四示意圖。

第22圖係為本發明之混合式馬達結構之第二實施例之第五示意圖。

第23圖係為本發明之混合式馬達結構之第二實施例之第六示意圖。

以下將參照相關圖式，說明依本創作之混合式馬達結構之實施例，為了清楚與方便圖式說明之故，圖式中的各部件在尺寸與比例上可能會被誇大或縮小地呈現，為使便於理解，下述實施例中之相同元件係以相同之符號標示來說明。

請參閱第2~4圖，其係為本發明之混合式馬達結構之第一實施例之第一示意圖、第二示意圖及第三示意圖，本實施例透過徑向馬達實現本發明之混合式馬達結構之概念。如圖所示，混合式徑向馬達1可包含定子11、轉子12、第一線圈13、第一磁鐵組15、第二線圈14及第二磁鐵組16。

如第2圖所示，定子11與轉子12可成徑向設置，定子11可包含複數個定子齒111，定子齒111可設置於定子11的內側表面或外側表面，在本實施例中，定子齒111設置於定子11的內側表面，定子11可為組合式，對應於高磁極時，其可由較薄之矽鋼片疊合而成或由軟磁性複合材料(SMC)構成或同時包含疊合之薄矽鋼片及軟磁性複合材料。如第3圖所示，第一線圈13及第二線圈14可分別繞設於該些定子齒111。如第4圖所示，第一磁鐵組15可包含複數個第一磁鐵塊151、151’第一磁鐵塊151及第一磁鐵塊151’分別代表不同的磁極，該些第一磁鐵塊151、151’可等間隔地或接近等間隔地設置於轉子12之周圍，並與第一線圈13相對應，其中，第一磁鐵組15與第一線圈13可組成第一槽極配，在本實施例中，第一磁鐵組15與第一線圈13組成的第一槽極配可具備高扭力特性。第二磁鐵組16可包含複數個第二磁鐵塊161、161’，第二磁鐵塊161及第二磁鐵塊161’分別代表不同的磁極，該些第二磁鐵塊161、161’可等間隔地或接近等間隔地設置於轉子12之周圍，並與第二線圈14相對應，其中，第二磁鐵組16與第二線圈14可組成第二槽極配，第二線圈14的極對數可等於第二磁鐵組16的極對數，在本實施例中，第二磁鐵組16與第二線圈14組成的第二槽極配可具備高功率特性。當然，上述的設置僅為舉例，本發明並不以此為限。

由上述可知，本實施例之混合式徑向馬達1同時具備有二組特性不同的槽極配，其中，第一槽極配具備高扭力特性，故適合在低速時產生高扭力；相反的，第二槽極配具備高功率特性，故適合在高速時產生高功率。因此，在實施操作時，可依操作轉速域的不同來決定同時或個別激磁第一線圈13及第二線圈14以產生不同的效果。例如，於低速時，可同時激磁第一線圈13和第二線圈14，以增加輸出扭力。於轉速高時，則只維持激磁第二線圈14，但需要增加功率時，第一線圈13的激磁可以用分時方式進行，只於第一線圈13反電動勢低時注入電流。當然，上述的設置僅為舉例，本發明並不以此為限。

請參閱第5圖，其係為本發明之混合式馬達結構之第一實施例之第四示意圖。如圖中所示，本實施例將二組不同的磁鐵組同時設置在轉子12上，其中，第一磁鐵組15可由多個第一磁鐵塊151、151’組成，第一磁鐵塊151及第一磁鐵塊151’分別代表不同的磁極，而該些第一磁鐵塊151、151’可等間隔地或接近等間隔地設置於轉子12之下半部之周圍；而第二磁鐵組16可由多個第二磁鐵塊161、161’所組成，而第二磁鐵塊161及第二磁鐵塊161’分別代表不同的磁極，而該些第二磁鐵塊161、161’可等間隔地或接近等間隔地設置於轉子12之上半部之周圍。當然，上述的設置僅為舉例，磁鐵塊之設置可依實際應用的需求改變，本發明並不以此為限。

請參閱第6圖及第7圖，其係為本發明之混合式馬達結構之第一實施例之第五示意圖及第六示意圖。第6圖及第7圖例示了本實施例之定子之剖面圖。

本實施例中將二組不同的繞組同時設置在定子11之定子齒111上，故定子11可針對不同的應用有不同的設計。如第6圖及第7圖所示，定子11可由定子上組件11a及定子下組件11b構成，定子上組件11a對應於第二磁鐵組16，定子上組件11a之定子齒111面對第二磁鐵組16的部份可設置有齒靴1111；相反的，如第7圖所示，定子下組件11b對應於第一磁鐵組15，定子下組件11b之定子齒111面對第一磁鐵組15的部份則可以不設置有齒靴1111。當然，上述的設置僅為舉例，定子齒之齒靴可以隨著不同的應用而變化，本發明並不以此為限。

另外，根據磁鐵組在轉子12上不同的佈設狀況，線圈的佈設範圍也可以有不同的變化，只要能涵蓋對應的磁鐵組即可。

請參閱第8圖、第9圖及第10圖，其係為本發明之混合式馬達結構之第一實施例之第七示意圖、第八示意圖及第九示意圖。如第8圖所示，以圖中軸向方向AD視之，第一線圈13及第二線圈14之兩者之佈設範圍可均涵蓋定子11之線圈設置面。在另一較佳的實際例中，如第9圖所示，以圖中軸向方向AD視之，第一線圈13之佈設範圍可涵蓋定子11之線圈設置面，而第二線圈14之佈設範圍可未涵蓋定子11之線圈設置面；在另一較佳的實際例中，第二線圈14之佈設範圍可涵蓋定子11之線圈設置面，而第一線圈13之佈設範圍可未涵蓋定子11之線圈設置面。在另一較佳的實際例中，如第10圖所示，以圖中軸向方向AD視之，第一線圈13及第二線圈14之兩者之佈設範圍可均未涵蓋定子11之線圈設置面。當然，上述的設置僅為舉例，線圈的佈設範圍可依實際應用的需求改變，本發明並不以此為限。

請參閱第11及12圖，其係為本發明之混合式馬達結構之第一實施例之第十示意圖及第十一示意圖。第11圖及第12圖例示了本實施例的三相線圈之繞線之示意圖。

由於本發明所提出的電機架構之定子具有多個線圈，因此，如此透過合適的磁極關係，使多個線圈之間的磁通鏈結能夠降到最低也成為了一個重要課題，如此則可以維持馬達驅動時良好的獨立性，進而達到精準的馬達控制，使操控時能夠同時對不同的三相線圈進行控制。

如第11圖分別例示了本實施例第一線圈13之U相、V相及W相的繞線方式，其極對數為1。如第12圖分別例示了本實施例第二線圈14之U相、V相及W相的繞線方式，其極對數為4，故第二線圈14之極對數為第一線圈13之極對數的4倍。

也就是說，在第一線圈13的極對數等於1時，第二線圈14之極對數需要為第一線圈13的極對數之大於1的整數倍，即：第一線圈之極對數=1

第二線圈之極對數=n(n>1)

在本實施例中，第一線圈13的極對數與第一磁鐵組15的極對數的總和可等於定子11之定子齒111的數量，如此也可有效地減少線圈之間的磁通鏈結。

而在其它較佳的實施例中，第一線圈13的極對數可大於1，同樣的，第二線圈14之極對數需要為第一線圈13的極對數之大於1的整數倍，即：第一線圈之極對數=q(q>1)

第二線圈之極對數=nq(n>1)

在其它較佳的實際例中，第一線圈13的極對數及第二線圈14的極對數還可以有多種不同的配置，本發明並不以此為限。

透過上述的設置，可使本發明之混合式馬達結構之多個線圈之間的磁通鏈結降低，如此則可以維持馬達驅動時良好的獨立性，進而達到精準的馬達控制，以提供更佳的效能。當然，上述的設置僅為舉例，線圈的繞線可依實際應用的需求改變，本發明並不以此為限。

請參閱第13圖、第14圖及第15圖，其係為本發明之混合式馬達結構之第一實施例之第十二示意圖、第十三示意圖及第十四示意圖。第13圖、第14圖及第15圖例示了本實施例較佳的線圈配置。

如同上述，為了維持馬達驅動時良好的獨立性，進而達到精準的馬達控制，使操控時能夠同時對不同的三相線圈進行控制，使多個線圈之間的磁通鏈結降到最低變的極為重要，而本實施例透過子線圈的特殊串聯並聯關係可進一步降低多個線圈之間的磁通鏈結，本實施例中舉例說明了數種較佳的方式。

如第13圖所示，第一線圈13的極對數為1，第二線圈14之極對數為4，第二線圈14可為三相線圈，即U相、V相及W相，這裡以第二線圈14之U相為例，其可包含複數個子線圈S1-S4，該些子線圈S1-S4可繞設於定子11上，任何一個子線圈可與其對應側的子線圈串聯，以形成一子線圈組，使第二線圈14包含複數個子線圈組SG1-SG2，該些子線圈組SG1-SG2之間可為並聯。如圖所示，第二線圈14包含4個子線圈S1-S4，子線圈S1與對應側的子線圈S3串聯形成一個子線圈組SG1，子線圈S2與對應側的子線圈S4串聯形成一個子線圈組SG2，子線圈組SG1與子線圈組SG2並聯，圖中箭頭AR1所示之定子圓周方向為機械角0~360度。當然，子線圈組SG1與子線圈組SG2也可以是以串聯的方式連結。當然，在另一較佳的實施例中，該些子線圈S1-S4也可直接串聯。

在另一實施例中，第一線圈13的極對數等於q(q為大於1的整數)，第二線圈14之極對數為nq(n為大於1的整數)。如第14圖所示，第一線圈13的極對數為q(q為大於1的整數)，第二線圈14之極對數為4q，第二線圈14可為三相線圈，即U相、V相及W相，這裡以第二線圈14之U相為例，其可包含複數個子線圈S1-S4，該些子線圈S1-S4可繞設於定子11上，任何一個子線圈可與其對應側的子線圈串聯，以形成一子線圈組，使第二線圈14包含複數個子線圈組SG1-SG2，該些子線圈組SG1-SG2之間可為並聯。如圖所示，第二線圈14包含4個子線圈S1-S4，子線圈S1與對應側的子線圈S3串聯形成一個子線圈組SG1，子線圈S2與對應側的子線圈S4串聯形成一個子線圈組SG2，子線圈組SG1與子線圈組SG2並聯。與前述實施例不同的是，圖中箭頭AR2所示之定子圓周方向為第一線圈13磁場之電氣角0-360度。同樣的，該些子線圈S1-S4也可直接串聯。

如第15圖所示，第一線圈13的極對數為1，第二線圈14之極對數為6，第二線圈14可為三相線圈，即U相、V相及W相，這裡以第二線圈14之U相為例，其可包含複數個子線圈S1-S6，該些子線圈S1-S6可繞設於定子11上，使第二線圈14包含複數個子線圈組SG1-SG2，該些子線圈組SG1-SG2之間可為並聯，第二線圈14的極對數為各個子線圈組SG1-SG2之子線圈數量的整數倍。如圖所示，第二線圈14包含6個子線圈S1-S6組成二個子線圈組SG1-SG2，子線圈S1、子線圈S3及子線圈S5串聯形成一個子線圈組SG1，子線圈S2、子線圈S4及子線圈S6串聯形成一個子線圈組SG2，子線圈組SG1與子線圈組SG2並聯，圖中箭頭AR3所示之定子圓周方向為機械角0-360度。當然，子線圈組SG1與子線圈組SG2也可以是以串聯的方式連結。當然，在另一較佳的實施例中，該些子線圈S1-S6也可直接串聯。

透過上述的配置可使第二線圈14對第一線圈13產生的磁通鏈結降到最低，使馬達驅動時能保持良好的獨立性，進而達到精準的馬達控制，使馬達能夠達到最佳的效能。

綜合上述，為了維持馬達驅動時良好的獨立性，進而達到精準的馬達控制，本發明提出了子線圈的一個串並聯的原則。當第一線圈13極對數q=1時，若第二線圈14有n個子線圈，其中n>1，至少有s種串聯方式，而s為n不等於一的因數的數量，該因數的集合為A={n₁,n₂,...,n_s}。例如n=4時，n₁=4，n₂=2，s=2。如n_i=k時，該k個子線圈的位置需平均分佈於定子11的圓周上，即機械角之0~360度上或第一線圈13之磁場之電氣角之0至360度，且該k個子線圈可彼此串聯，而串聯的子線圈之間則可為並聯或串聯。

第一線圈極對數q>1時，若第二線圈有nq個子線圈，其中n>1，至少有s種串聯方式，而s為n不等於一的因數的數量，該因數的集合為A={n₁,n₂,...,n_s}。例如n₁=4時，n₂=2，s=2。如n_i=k時，該k個子線圈的位置需平均分佈於定子11上第一線圈產生之磁場的電氣角圓周上，即電氣角由0至360度，且該k個子線圈可彼此串聯，而串聯的子線圈之間則可為並聯或串聯。

請參閱第16圖，其係為本發明之混合式馬達結構之第一實施例之第十五示意圖。第13圖例示了本實施例的第一線圈13之示意圖，在本實施例中，第一線圈13主要用於提升扭力。

如圖所示，為了減少混合式徑向馬達1的功率模組成本及複雜度，第一線圈13也可以採取單相線圈的架構。第13圖揭露由一般三相線圈轉成單相線圈的配置。第13圖左為原三相線圈，並由”+”表示電流輸入的方向，而第13圖右為三相串聯，串聯的方式為：電流流入U相的”+”端，再流入V相的”-“端，再流入W相的”-“端。紅色圓圈內標示新的單相線圈的”+”和”-“二端。

請參閱第17圖，其係為本發明之混合式馬達結構之第一實施例之第十六示意圖。第17圖例示了本發明之第一實施例之混合式馬達結構之動力輸出特性示意圖。

本發明可透過混合電機的方式來實現，因此可以達到如第17圖所示的動力輸出特性曲線。如圖中所示，由於整體功率大致不變，即曲線A’之最大功率點P1’與曲線B’之最大功率點P2’幾乎相同，故若欲增加曲線B’(低速區)之扭力時，僅需要其局部功率，因此重量體積不必大幅地增加，另外，本發明之混合式馬達結構可用磁極來增加低速扭力，而非提高電壓，故效率極高。因此，很適合用於電動車之輪內驅動馬達或一體式啟動發電機(Integrated Starter Generator，ISG)等等具有空間及重量限制的應用。

值得一提的是，習知技藝之馬達由於設計上的限制，使其無法在體積及重量限制的情況下達到低速高扭力及寬廣轉速域的需求。相反的，本發明之混合式馬達結構可於定子上同時設置多組線圈，並在轉子上同時設置對應的多組磁鐵組，藉以組成分別具有高扭力及高功率特性等等不同特性的多組槽極配，使其能夠達到特殊的動力輸出特性，故能在體積及重量限制的情況下達到低速高扭力及寬廣轉速域的需求。

另外，本發明之混合式馬達結構進一步提出不同的極對數及子線圈配置，使多組線圈間的磁通鏈結降到最低，使多組線圈之間不會互相干擾，故驅動馬達時能維持良好的獨立性，進而達到精準的馬達控制，故可以使馬達的效能達到最佳化。

又，習知技藝之馬達由於設計上的限制，僅能透過雙轉子及雙定子的架構來達到低速高扭力及寬廣轉速域的需求。相反的，本發明之混合式馬達結構透過上述特殊的設計可以用單轉子及單定子即能實現，因此體積小、重量輕、結構較為簡單且成本更低。再者，本發明之混合式馬達結構可以不全然用弱磁來增加轉速域，因此效率高且轉速域延伸更大。因此，由上述可知，本發明實具進步性之專利要件。

請參閱第18~20圖，其係為本發明之混合式馬達結構之第二實施例之第一示意圖、第二示意圖及第三示意圖，本實施例透過軸向馬達實現本發明之混合式馬達結構之概念。如圖所示，混合式軸向馬達2可包含定子21、轉子22、第一線圈23、第一磁鐵組25、第二線圈24及第二磁鐵組26。

如第18圖所示，定子21與轉子22可成軸向設置。如第19圖所示，本實施例之定子21可包含複數個定子齒211，其中，定子齒211可設置於定子21的下側表面，並朝向轉子22，定子21可為組合式，對應於高磁極時，其可由較薄之矽鋼片疊合而成或由軟磁性複合材料(SMC)構成或同時包含疊合之薄矽鋼片及軟磁性複合材料。如第20圖所示，第一線圈23及第二線圈24可分別繞設於該些定子齒211。如第15圖及第17圖所示，第一磁鐵組25可包含複數個第一磁鐵塊251、251’，第一磁鐵塊251及第一磁鐵塊251’分別代表不同的磁極，以徑向方向觀之，該些第一磁鐵塊251、251’可設置於轉子22之轉子背鐵221之上側周圍靠外側的部份，並與第一線圈23相對應，其中，第一磁鐵組25與第一線圈23可組成第一槽極配，在本實施例中，第一磁鐵組25與第一線圈23組成的第一槽極配可具備高扭力特性。第二磁鐵組26可包含複數個第二磁鐵塊261、261’，第二磁鐵塊261及第二磁鐵塊261’分別代表不同的磁極，以徑向方向觀之，該些第二磁鐵塊261、261’可設置於轉子22之轉子背鐵221之上側周圍靠內側的部份，並與第二線圈24相對應，其中，第二磁鐵組26與第二線圈24可組成第二槽極配，第二線圈24的極對數可等於第二磁鐵組26的極對數，在本實施例中，第二磁鐵組26與第二線圈24組成的第二槽極配可具備高功率特性。當然，上述的設置僅為舉例，例如，以徑向方向觀之，第一磁鐵組25也可設置於轉子22之轉子背鐵221之上側周圍靠內側的部份，以徑向方向觀之，第二磁鐵組26則可設置於轉子22之轉子背鐵221之上側周圍靠外側的部份，本發明並不以此為限。

由上述可知，本實施例之混合式軸向馬達2同樣也可同時具備有二組特性不同的槽極配，其中，第一槽極配可具備高扭力特性，故適合在低速時產生高扭力；相反的，第二槽極配可具備高功率特性，故適合在高速時產生高功率，因此，實施操作時，可依操作轉速域的不同來決定同時或個別激磁第一線圈23及第二線圈24以產生不同的效果。例如，於低速時，可同時激磁第一線圈23和第二線圈24，以增加輸出扭力。於轉速高時，則只維持激磁第二線圈24，但需要增加功率時，第一線圈23的激磁可以用分時方式進行，只於第一線圈23反電動勢低時注入電流。當然，上述的設置僅為舉例，本發明並不以此為限。

同樣的，與前述實施例相同，根據磁鐵組在轉子22上不同的佈設狀況，線圈的佈設範圍也可以有不同的變化，只要能涵蓋對應的磁鐵組即可。

請參閱第21圖、第22圖及第23圖，其係為本發明之混合式馬達結構之第一實施例之第四示意圖、第五示意圖及第六示意圖。如第21圖所示，以圖中徑向方向DD視之，第一線圈23及第二線圈24之兩者之佈設範圍可均涵蓋定子21之線圈設置面。在另一較佳的實際例中，如第22圖所示，以圖中徑向方向DD視之，第二線圈24之佈設範圍可涵蓋定子21之線圈設置面，而第一線圈23之佈設範圍可未涵蓋定子21之線圈設置面；在另一較佳的實際例中，第一線圈23之佈設範圍可涵蓋定子21之線圈設置面，而第二線圈24之佈設範圍可未涵蓋定子21之線圈設置面。在另一較佳的實際例中，如第23圖所示，以圖中徑向方向DD視之，第一線圈23及第二線圈24之兩者之佈設範圍可均未涵蓋定子21之線圈設置面。當然，上述的設置僅為舉例，線圈的佈設範圍可依實際應用的需求改變，本發明並不以此為限。

同樣的，與前述實施例相同，為了能透過合適的磁極關係使多個線圈之間的磁通鏈結能夠降到最低，以維持馬達驅動時良好的獨立性，進而達到精準的馬達控制，本實施例之混合式軸向馬達2之第一線圈23及第二線圈24也可具備特殊的極對數關係，而其子線圈也可以具有特定的串並聯關係，而上述之設置於本發明之第一實施例中已有詳細介紹，故不在此重覆說明。

綜上所述，本發明之混合式馬達結構可在定子上同時設置多組線圈，並在轉子上同時設置對應的多組磁鐵組，故可視情況地針對多組線圈分別進行激磁，藉以組成分別具有高扭力及高功率等等不同特性的多組槽極配，故能達到低速高扭力及並能同時兼顧寬廣轉速域的需求。

本發明之混合式馬達結構利用特殊的線圈配置來使多組線圈間的磁通鏈結降到最低，使多組線圈可以更容易獨立地被驅動，因此多組線圈之間不會彼此影響，因此可以使馬達的效能達到最佳化。

本發明之混合式馬達結構可以不完全使用弱磁來增加轉速域，因此，本發明之混合式馬達結構效率高且其轉速域延伸更大。

本發明之混合式馬達結構可以透過單轉子及單定子即可實現，因此，本發明之混合式馬達結構體積較小、重量較輕、結構較為簡單且成本較習知技藝更低。

本發明之混合式馬達結構可以在不提高整體功率的前提下達到低速高扭力，因此即使應用上有空間及重量的限制，本發明之混合式馬達結構仍然可以發揮極佳的效能，故很適合用於電動車之輪內驅動馬達或一體式啟動發電機(Integrated Starter Generator，ISG)等等具有空間及重量限制的應用。

本發明之混合式馬達結構能應用於徑向馬達、軸向馬達等等多種不同形式的馬達，故其應用範圍極為廣泛。

可見本發明在突破先前之技術下，確實已達到所欲增進之功效，且也非熟悉該項技藝者所易於思及，其所具之進步性、實用性，顯已符合專利之申請要件，爰依法提出專利申請，懇請貴局核准本件發明專利申請案，以勵創作，至感德便。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。其它任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應該包含於後附之申請專利範圍中。

1‧‧‧混合式徑向馬達

11‧‧‧定子

111‧‧‧定子齒

12‧‧‧轉子

13‧‧‧第一線圈

14‧‧‧第二線圈

16‧‧‧第二磁鐵組

161‧‧‧第二磁鐵塊

Claims

一種混合式馬達結構，其包含有：一定子，係包含複數個定子齒；一轉子，係與該定子成徑向設置；一第一線圈，係繞設於該些定子齒上；一第一磁鐵，係包含複數個第一磁鐵塊，該些第一磁鐵塊對應於該第一線圈而設置於該轉子之周圍，該第一磁鐵與該第一線圈係組成一第一槽極配；一第二線圈，係繞設於該些定子齒上；以及一第二磁鐵，係包含複數個第二磁鐵塊，該些第二磁鐵塊對應於該第二線圈而設置於該轉子之周圍，該第二磁鐵與該第二線圈係組成一第二槽極配。
如申請專利範圍第1項所述之混合式馬達結構，其中該些定子齒係設置於該定子的內側表面或外側表面。
如申請專利範圍第1項所述之混合式馬達結構，其中該第一線圈的極對數係為一對，而該第二線圈的極對數係為該第一線圈的極對數之大於一的整數倍。
如申請專利範圍第1項所述之混合式馬達結構，其中該第一線圈的極對數係大於一對，而該第二線圈的極對數係為該第一線圈的極對數之大於一的整數倍。
如申請專利範圍第1項所述之混合式馬達結構，其中該第二線圈的極對數係等於該第二磁鐵組的極對數。
如申請專利範圍第3、4或5項所述之混合式馬達結構，其中該第一線圈的極對數與該第一磁鐵組的極對數的總和係等於該定子齒的數量。
如申請專利範圍第1項所述之混合式馬達結構，其中該第二線圈包含複數個子線圈，該些子線圈係繞設於該些定子齒上，且以串聯的方式連結。
如申請專利範圍第1項所述之混合式馬達結構，其中該第二線圈包含複數個子線圈，該些子線圈係繞設於該些定子齒上，任何一個該子線圈係與其對應側的該子線圈串聯，以形成一子線圈組，使該第二線圈包含複數個該子線圈組。
如申請專利範圍第8項所述之混合式馬達結構，其中該些子線圈組之間係為串聯。
如申請專利範圍第8項所述之混合式馬達結構，其中該些子線圈組之間係為並聯。
如申請專利範圍第3項所述之混合式馬達結構，其中該第二線圈包含複數個子線圈組，各個該子線圈組係包含複數個子線圈，該些子線圈係繞設於該些定子齒上，各個該子線圈組中之該些子線圈係彼此串聯，該些子線圈組係彼此連結。
如申請專利範圍第11項所述之混合式馬達結構，其中各個該子線圈組中之該些子線圈的數量係等於該第二線圈之極對數之大於一的因數。
如申請專利範圍第12項所述之混合式馬達結構，其中該些子線圈係等間隔地或接近等間隔地分佈於該定子之圓周之機械角之0~360度上或第一線圈之磁場之電氣角之0~360度上。
如申請專利範圍第4項所述之混合式馬達結構，其中該第二線圈包含複數個子線圈組，各個該子線圈組係包含複數個子線圈，該些子線圈係繞設於該些定子齒上，各個該子線圈組中之該些子線圈係彼此串聯，該些子線圈組係彼此連結。
如申請專利範圍第14項所述之混合式馬達結構，其中各個該子線圈組中之該些子線圈的數量係等於該第二線圈之極對數之大於一的因數。
如申請專利範圍第15項所述之混合式馬達結構，其中該些子線圈係等間隔地或接近等間隔地分佈於該第一線圈之磁場之電氣角之0~360度上。
如申請專利範圍第11項或第14項所述之混合式馬達結構，其中該些子線圈組之間係為串聯。
如申請專利範圍第11項或第14項所述之混合式馬達結構，其中該些子線圈組之間係為並聯。
如申請專利範圍第17項所述之混合式馬達結構，其中該第二線圈的極對數係為該各個該子線圈組中之該些子線圈的數量的整數倍。
如申請專利範圍第18項所述之混合式馬達結構，其中該第二線圈的極對數係為該各個該子線圈組中之該些子線圈的數量的整數倍。
如申請專利範圍第1項所述之混合式馬達結構，其中，以軸向方向視之，該第一線圈及該第二線圈之兩者之佈設範圍係均涵蓋該定子之線圈設置面。
如申請專利範圍第1項所述之混合式馬達結構，其中，以軸向方向視之，該第一線圈之佈設範圍係涵蓋該定子之線圈設置面，而該第二線圈之佈設範圍未涵蓋該定子之線圈設置面。
如申請專利範圍第1項所述之混合式馬達結構，其中，以軸向方向視之，該第二線圈之佈設範圍係涵蓋該定子之線圈設置面，而該第一線圈之佈設範圍未涵蓋該定子之線圈設置面。
如申請專利範圍第1項所述之混合式馬達結構，其中，以軸向方向視之，該第一線圈及該第二線圈之兩者之佈設範圍係均未涵蓋該定子之線圈設置面。
如申請專利範圍第1項所述之混合式馬達結構，其中該定子係由矽鋼片疊合而成或由軟磁性複合材料構成或同時包含疊合之矽鋼片及軟磁性複合材料。
一種混合式馬達結構，其包含有：一定子，係包含複數個定子齒；一轉子，係與該定子成軸向設置；一第一線圈，係繞設於該些定子齒上；一第一磁鐵，係包含複數個第一磁鐵塊，該些第一磁鐵塊對應於該第一線圈而設置於該轉子上，該第一磁鐵與該第一線圈係組成一第一槽極配；一第二線圈，係繞設於該些定子齒上；以及一第二磁鐵，係包含複數個第二磁鐵塊，該些第二磁鐵塊對應於該第二線圈而設置於該轉子上，該第二磁鐵與該第二線圈係組成一第二槽極配。
如申請專利範圍第26項所述之混合式馬達結構，其中該轉子更包含一轉子背鐵，該第一磁鐵及該第二磁鐵係設置於該轉子背鐵之上。
如申請專利範圍第27項所述之混合式馬達結構，其中該第一磁鐵係設置於該轉子背鐵上之徑向方向的外側，該第二磁鐵係設置於該轉子背鐵上之徑向方向的內側。
如申請專利範圍第27項所述之混合式馬達結構，其中該第一磁鐵係設置於該轉子背鐵上之徑向方向的內側，該第二磁鐵係設置於該轉子背鐵上之徑向方向的外側。
如申請專利範圍第26項所述之混合式馬達結構，其中該些定子齒係設置於該定子的下側表面，並朝在該轉子設置。
如申請專利範圍第26項所述之混合式馬達結構，其中該第一線圈的極對數係為一對，而該第二線圈的極對數係為該第一線圈的極對數之大於一的整數倍。
如申請專利範圍第26項所述之混合式馬達結構，其中該第一線圈的極對數係大於一對，而該第二線圈的極對數係為該第一線圈的極對數之大於一的整數倍。
如申請專利範圍第26項所述之混合式馬達結構，其中該第二線圈的極對數係等於該第二磁鐵組的極對數。
如申請專利範圍第31、32或33項所述之混合式馬達結構，其中該第一線圈的極對數與該第一磁鐵組的極對數的總和係等於該定子齒的數量。
如申請專利範圍第26項所述之混合式馬達結構，其中該第二線圈包含複數個子線圈，該些子線圈係繞設於該些定子齒上，且以串聯的方式連結。
如申請專利範圍第26項所述之混合式馬達結構，其中該第二線圈包含複數個子線圈，該些子線圈係繞設於該些定子齒上，任何一個該子線圈係與其對應側的該子線圈串聯，以形成一子線圈組，使該第二線圈包含複數個該子線圈組。
如申請專利範圍第36項所述之混合式馬達結構，其中該些子線圈組之間係為串聯。
如申請專利範圍第36項所述之混合式馬達結構，其中該些子線圈組之間係為並聯。
如申請專利範圍第31項所述之混合式馬達結構，其中該第二線圈包含複數個子線圈組，各個該子線圈組係包含複數個子線圈，該些子線圈係繞設於該些定子齒上，各個該子線圈組中之該些子線圈係彼此串聯，該些子線圈組係彼此連結。
如申請專利範圍第39項所述之混合式馬達結構，其中各個該子線圈組中之該些子線圈的數量係等於該第二線圈之極對數之大於一的因數。
如申請專利範圍第40項所述之混合式馬達結構，其中該些子線圈係等間隔地或接近等間隔地分佈於該定子之圓周之機械角之0~360度上或該第一線圈之磁場之電氣角之0~360度上。
如申請專利範圍第32項所述之混合式馬達結構，其中該第二線圈包含複數個子線圈組，各個該子線圈組係包含複數個子線圈，該些子線圈係繞設於該些定子齒上，各個該子線圈組中之該些子線圈係彼此串聯，該些子線圈組係彼此連結。
如申請專利範圍第42項所述之混合式馬達結構，其中各個該子線圈組中之該些子線圈的數量係等於該第二線圈之極對數之大於一的因數。
如申請專利範圍第43項所述之混合式馬達結構，其中該些子線圈係等間隔地或接近等間隔地分佈於該第一線圈之磁場之電氣角之0~360度上。
如申請專利範圍第39項或第42項所述之混合式馬達結構，其中該些子線圈組之間係為串聯。
如申請專利範圍第39項或第42項所述之混合式馬達結構，其中該些子線圈組之間係為並聯。
如申請專利範圍第45項所述之混合式馬達結構，其中該第二線圈的極對數係為該各個該子線圈組中之該些子線圈的數量的整數倍。
如申請專利範圍第46項所述之混合式馬達結構，其中該第二線圈的極對數係為該各個該子線圈組中之該些子線圈的數量的整數倍。
如申請專利範圍第26項所述之混合式馬達結構，其中，以徑向方向視之，該第一線圈及該第二線圈之兩者之佈設範圍係均涵蓋該定子之線圈設置面。
如申請專利範圍第26項所述之混合式馬達結構，其中，以徑向方向視之，該第一線圈之佈設範圍係涵蓋該定子之線圈設置面，而該第二線圈之佈設範圍未涵蓋該定子之線圈設置面。
如申請專利範圍第26項所述之混合式馬達結構，其中，以徑向方向視之，該第二線圈之佈設範圍係涵蓋該定子之線圈設置面，而該第一線圈之佈設範圍未涵蓋該定子之線圈設置面。
如申請專利範圍第26項所述之混合式馬達結構，其中，以徑向方向視之，該第一線圈及該第二線圈之兩者之佈設範圍未涵蓋該定子之線圈設置面。
如申請專利範圍第26項所述之混合式馬達結構，其中該定子係由矽鋼片疊合而成或由軟磁性複合材料構成或同時包含疊合之矽鋼片及軟磁性複合材料。