TWI246247B - Segmented induction electric machine with interdigitated disk-type rotor and stator construction - Google Patents

Description

1246247 A7 B7 五、發明説明（1 ) 本發明有關一 種使用一扇形線 圈 結 構 之 電 感應機 可 使 轉子與定子元件 間之磁通的作用 表 面 積 最 大 化，而 能 獲 得 較高的磁通使用 效率。 發明背景 交流電動機， 如馬達，變壓器 及發 電 機 ， 由於具 有 南 的 耐用性及可靠度 且易於控制，尤 其 是 具 有 高 的轉矩 以 及 高 的功率密度乂因 此被廣泛地使用 〇 感 應 機 的 操作原 理 是 當電流在定子的 固定線圈或繞組 間 流 通 時 ， 會產生 一 轉動 的磁場，此轉動 磁場會使位於其 分佈 空 間 内 的轉子感 應 出 電流。轉子中的 感應電流與轉動 的 磁 場 交 互 作用而 產 生 一 轉動力。 迄今仍相信， 此種感應機的轉矩 密 度有 一 個基本 上 限 0 雖然材料會限制 磁通密度，然而 ^5» 流 密 度係 受限於 以 下 的 因素：（1)熱，（2)機械阻抗，以及（3)過 1¾ 的 電流密 度會 造 成局部的磁性飽和，本發明將轉 子 及 定 子 或 王早兀 及 次 單 元的配置最佳化 ，以在實質上不 增 大感 應 機 之體積 的 前 提 下，增加其輸出 量。過去一直認 爲 ， 交 流 動機的 功 率 密 度有一定的限制 ，且增加功率輸 出 的 唯 一 方 法便是增 加 機 器本身的體積。 本發明的主要 目的，係在給定 的 容 積 下 提供一 種 具 有 南轉矩的電動機 。本發明的第二 的 ， 在於提供一 種 電 動 機，其中利用一 -個或多個平行空氣丨 ^ [ % 中 的相同 磁 通 密 度，來克服轉矩 密度的一般限制 0 本發 明 的 第三目 的 在 於 提供一種電動機 ，其中磁通流通 過 多 個 空 氣 間隙， 其在轉 -4- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 x 297公釐） 1246247 A7 B7 五、發明説明（2 子上之每一空氣間隙處感應一表命 ^ 衣面電，而在给定的機器 容積下增加轉矩密度。本發明的第四目的在於提供一種電 動機，其可作爲一旋轉或同步機械操作。本發明之第五目 的在於提供一種電動機，其中利用嫌哭φ 用機备中的多個空氣間隙 來增加磁力密度，，然而，由於磁力的返回路徑仍幾乎維持 固定，因此僅會稍稍地增加機器的橫向尺寸。 — 發明挂 本發明爲一種交流電動機，包括： ⑷具有多個定子元件的-定予，各定子元件相互隔 開，且每一定子元件呈環狀碟盤並包括多個磁性隔離的磁 性齒； (b)具有多個轉子元件的一轉子，各轉子元件安裝於一 轉轴上且相互隔開’並以交錯的方式盘令 — J万式興疋子凡件間隙地配 置； ⑷設於定子元件上的多個電繞組’每'繞組關聯到定 子元件的-磁性齒組，該等繞組係設置成當電流流經繞組 時，在一第一方向上建立一磁通； 及轉子元件，而在 ，用以個別地控制 (d)透過連續定子元件上的對應齒組 一第二方向上完成一磁通路徑的機構。 本發明可進一步包括一模組控制單元 施加至每一定子元件的電能，此控制單元包括： (a) —微處理器控制器，一負載感測機構及多個定子栌 制模組；每一定子控制模組包括連接至一定子元件的一兩 子開關裝置；1其中微處理器控制器回應負載感測機構： 1246247 A7 ___ B7 五、發明説明（3 ) 產生用以控制控制模組的控制訊號；且每一控制模組回應 此控制訊號，並以一脈波寬控制的方式控制流入連接之定 子元件的電流。 在本發明中，每一定子控制模組進一步包括電流感測機 構，用以感測相關之定子元件的繞組電流，並產生輸出至 微處理器控制器的一相應訊號，控制器回應此訊號來補償 感測到的電流。 在本發明的微處理器控制器中，微處理器控制器可將每 一電流訊號與一預定的錯誤臨界値作比較，以偵測一繞組 錯誤並使控制模組將定子元件能量去除，而允許電動機繼 續運轉。 在本發明中，可從一多相電源來提供交流電。其中配置 電流感測機構來感測每一定子元件之繞組的各相電流。另 ’、用以產生一對應感測訊號的機構，並將訊號輸出至 微處理器控制器。控制器回應該感測訊號，並產生控制訊 破輸出至控制模組，Μ對定子I组中的各相電流作等化處 理。當利用此方式來施加電流時，微處理器控制器可將每 疋子π件之繞組中的各相位之每一電流感測訊號，與預 疋錯誤臨界値作比較，並使連接到該定子元件的定子控制 杈組將琢足子70件去能，如此可允許電動機持續地運轉。 在本發月中，負載感測機構可包括一馬達轉速感測器。 負載感測機構亦可包括一轉矩感測器。 "在本發明中，轉子元件可進一步包括多個徑向的溝槽， k向溝槽可使空氣在相鄰的轉子元件與定子元件間沿著徑 -6 -

1246247 A7 B7 五、 發明説明（4 ) 向 移動 以利於轉 子 元件 與 定子 元 件 中 所 產生 之 熱散去 0 在本 發 明中， 可 Μ吏外殼的構造有利' 氣流 經 外 殼的 流 通 ，而 或 可使外 殼爲 氣密 的 密封構造 0 本發 明 的另一 實 施 例爲 一 變壓 器 ， 其 包括一 主 單 元， 一 次 口 t? 一 早兀 及 一軟鐵 心 主單 元 具有多 個 元 件， 各 元件相 互 隔 開 ，且 每 一 元件 呈 環 狀碟 盤 並克括 多 個 磁性 隔 離的 磁 性 齒 磁性 齒 上 繞有 多 / 個 繞組 ? 且各主 單 元 的元 件 具有 相 同 的 繞 組數 次單 元 具有多 個 元 件， 各元件 相 互 隔 開 ，且 每 一 元件 呈 環 狀碟 盤 並包括 多 個磁性 隔 離的 磁 性 > 磁性 齒 上 繞有 多 個 繞組 且各次 單 元 的元件 具有 相 同 的 繞 組數 以 及 其中 主 單元的 元件 及次 單 元的 元件 皆 安裝於款 鐵 心上 J 使 次單 元 的元件 相 互 隔開 ， 並以 交錯 的 方 式與 主 單 元的 元 件 間隙 地 配置。 本發 明 的變壓 器 可 進一 步 包括 — 模組控 制單 元 y 用以 個 別 地控 制 施加至 每 一 主單 元 元件 及 次 單 元 元件 的 電 能， 此 模 組控 制 單元包括 一微處 理器控 制 器 ， -— 負 載感 測 機 構 及 多個 控 制 模組 9 每一 控 制模組 包括 連接 至 主單 元 元 件 或 次單 元 元 件的 一 電 子開 關 裝置； 微處 理 器控制 器 回 應負 載感測 機 構 以 產 生用 以 控 制控 制 模 組的 控 制訊號 每一 控 制模組 回 應 此控 制 訊號 ， 以 脈波 寬控 制 的 方式 控 制 流入 連接之主 單 元 元件 的 電流 -7- 並將 次 單元 元 件 連接 至 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 x 297公釐) 1246247 A7 B7 五、發明説明（5 ) 負載。此外每一控制模組可進一步包括電流感測機構，用 以感測相關元件的繞組電流，並產生輸出至微處理器控制 器的相應訊號，控制器回應此訊號來補償感測到的電流。 圖示之簡單説明 圖1顯示本發明之轉軸，轉子碟盤，定子及外殼的組裝 例示圖。 圖2A及2B-顯示本發明的扇形定子結構。 圖3顯示本發明之定子元件的三相繞組的配置例。 圖4A，4B及4C顯示本發明之轉子元件的配置例。 圖5顯示轉子元件的徑向溝槽。 圖6顯示本發明之馬達的控制配置。 圖7顯示本發明之變壓器的配置，其中主單元2夾於次 單元1之間。 圖8顯示本發明的一變壓器及主單元及次單元的模組控 制單元。 發明之詳細描述 本發明是一種具有新式轉子及定子配置的交流電動機， 相較於習知的設計，可產生更大的轉矩，且體積較習知者 爲小。本發明人認爲，藉由將定子所建立的相同磁通通過 多個空氣間隙，並使每一間隙的磁通與鄰近轉子所引生的 表面電流相互作用，便可達成增加輸出/減小體積的目 標，因此，可藉由多個間隙來使出力密度增倍。 本發明提供以下的優點，並超越習知的設計·· (1)提昇效率••藉由將定子與轉子交互作用所產生的磁 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐） 1246247

通截面積最佳化，可得到最大的功率輸出。相較於習知的 感應機，此可增加磁性能量的轉換並提昇效率。由於磁性 说f之轉換率的增加，相較於習知的感應機，僅需較少的 電能便能產生相同的機械功。不同於習知的設計，本發明 利用獨立的定子元件以及一個分離的馬達外殼，以允許移 開並更換個別的定子節區而利於維護。 (2) ϋ担-制&力:馬達的設計包括一個藉微處理器來; 操作的電子開關裝置，用以控制個別的定子元件。此特徵 -可使馬達在固定的轉速下運轉，且在額定的負载下具有最 佳的輸出功率。相較於習知的設計，可降低馬達轉子的鎖 死電流及激增電流。由於利用控制個別定子的方式，可使 馬達以較低的功率啓動，而能進一步減低馬達轉子的鎖死 電流及激增電流。 ⑺座少二八寸’重量及成本:在同樣的功率下，相較於 習知者’本發明的電動機具有較小的體積。節區化的設計 可製作出標準化的定子及轉子模組。藉由改變模組的安裝 數目，可獲得具有不同尺寸及功率的電動機。並且，製作 具有可交換模組的感應機，亦能使降低成本。 以下，利用圖例來説明本發明。如圖丨所示，本發明的 電動機10，亦稱爲馬達10，包括一外殼2〇，安裝於外殼 上的一定子30及一轉子40，轉子40具有一穿越之軸4〇A並 透過軸承22支撑於外殼20上，以相對軸40A旋轉。定子30 具有多個相互隔開之環形碟狀的定子元件32，且每一定子 元件包括多個磁性隔離的磁性齒36。 -9 - 本紙張尺度適用中國@家標準(CNS) A4規格(21G X 297公爱) --- 1246247 A7 B7 五、發明説明（7 ) 轉子40具有多個安裝於一轉軸44上的轉子元件42，轉 子元件42相互隔開，並與定子元件32交錯地配置。 如圖3所示，每一定子元件32具有多個電繞組34，每一 繞組34關聯到定子元件32的一個由磁性齒36組成之磁性 齒组36G，繞組34係設置成當電流C流通繞組34時，在一 第一方向0!會建立一磁通。圖中將一些楔形的定子元 件省略，以能清楚的顯示出繞組34。 透過連續之定子元件32上的齒36所組成之磁性齒組36G 及轉子元件42，而在第二方向D2上完成磁通路徑，藉此在 轉子元件42上引生出電流Q，並產生一轉動力F至轉子元 件42而使轉子40轉動。 如圖6所示，電動機1〇可進一步包括用以獨立控制每一 定子元件32之電能的一模組控制單元60。控制單元60包 括一微處理器控制器62，一負載感測機構70及多個定子控 制模組80。 每一定子控制模組80包括連接至定子元件32之繞组34 的一電子開關裝置82。適用的電子開關裝置包括三相AC 控制組件，隔離的閘偏壓電晶體（IGBT)以及類似的裝置。 微處理器控制器62回應負載感測機構以產生用以控制定 子控制模組80的控制訊號。負載感測機構70可包括一馬達 轉速感測器72或一轉矩感測器74。每一控制模組8〇產生 控制訊號，以利用脈波寬控制的方式，控制流入定子元件 32的電流C，藉此使轉子40以固定的轉速轉動，並使功率 輸出正比於負載。 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 1246247 A7 B7 五、 發明説明（8 ) 每 一 控制模組80進一步包括電流感測機構90， 用以感 測 相 關 之 定子元件32的繞組34之電流C，定子控制 模組80 並 利 用 其 内的機構92產生輸出至微處理器控制器62 的一相 應 訊 號 92S，微處理器控制器62利用此訊號92S來補 償感測 到 的 電 流 C 〇 微處 理器控制器62將每一電流訊號92S與預定 的錯誤 臨 界 値 64F作比較，以偵測繞組錯誤。當偵測到 繞組錯 誤 / 時 微 處理器控制器62將一控制訊號66S送至 控制模 組 80 以 將對偵測到之錯誤反應的定子元件32去能 ，而允 許 電 動 機 10繼續運轉。 可 利用單相電源Vi，或多相電源VM來提供施 加至控 制 模 組 80 及電動機10的交流電。雖然多相電源VM 可包括 多 個 相 位 ，但建議使用三相電源V3。當使用多相電源VM 時 設 置負載感測機構70用以感測每一定子繞組 34内的 個 別 相 位 PI，P2，P3。訊號產生機構 92-1，92-1， 92-3 產 生 輸 出 至 微處理器控制器62的對應訊號92S1，92S2 ，92S3 〇 微處 理 器控制器62反應這些感測訊號9 2 S，以產 生用以 控 制 控 制 模组80的控制訊號66S1，66S2，66S3，以 便使定 子 繞 組34 的各相電流Cl，C2，C3相等。 微處 理器控制器6 2將每一電流感測訊號92S1 ，92S2 92S3 與 預定的錯誤臨界値64F1，64F2，64F3作比 較，以 偵 測 定 子 元件32中的繞組錯誤，並使連接到該定子 元件32 的 控 制 模 組80將該定子元件32去能，如此可允許 電動機 10 持 續 地運轉。 -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 x 297公釐) 1246247 A7 ------ -B7 五、發明説明（9 ) 如圖5所示，每一轉子元件42可進一步包括多個徑向的 溝槽42G，徑向溝槽42G可使空氣在相鄰的轉子元件42與 定子元件32間沿著徑向移動，以利於轉子元件與定子元件 中所產生之熱散去。本發明的此種設計可提供一種有效的 冷卻機構。M利於氣流之殼體結構”一詞包括可達成冷卻的 風扇及其他裝置或配置。例如，習知馬達或發電機所示用 的風扇組件亦可用於本發明。 在乾燥環境的一般應用中，可在電動機10的外殼2〇上配 置開口 24，以利於氣流的流通，並達到散熱的效果。在潮 濕環境或需要防爆結構的應用中，可將外殼2〇密封而達水 始、或氣密的目標。在此種不利的環境中，可將習知的散熱 元件26 —體的成形於外殼20上或接附於外殼2〇上。 如圖3所示，每一定子元件32上有多個電繞組34。每一 繞組包裹著由磁齒36組成之不同磁性齒組36G。此外亦有 多個具有磁性材料的返回元件，其透過連續之定子與轉子 上的對應磁性齒組，來建立軸向序列的磁通路徑。 如圖3所示，在每一定子元件32及轉子元件“上，具有 多個磁性隔離的磁性齒36，46。轉子元件42之磁性齒乜 的數目可不同於定子元件32之磁性齒36的數目。此外包括 磁性材料的返回機構建立一低磁組的方位性磁通路徑以及 多個包圍轉子磁性齒的導體路徑。 每一定子元件32亦具有多個電繞組34。每一繞組34包 圍不同的磁性齒組36G，以在連續定子元件與轉子元件之 對應磁性齒组36G，46G的轴向上產生磁通，並透過返回 -12- 1246247 A7 B7 五、發明説明（10 ) 機構以特定的方位返回。 圖3顯示定子元件32的一較佳實施例，每 一定子 元 件 32 爲環形的碟盤。圖4A，4B及4C顯示轉子元 件42的 一 較佳 實施例，且每一轉子元件42呈碟盤狀並安裝於轉軸 44 上 0 定子元件32的磁性齒36埋藏於環狀的碟盤内 ，且環狀 的 碟 盤具有疊層的構造。類似的，轉子元件42的 磁性齒 46 埋 藏 於碟盤内，-且碟盤具有疊層的構造。定子元 件32上 的磁 性 齒36數可大於轉子元件42上的磁性齒46數。 如圖1所示，多個軸向隔開的定子元件32 與轉子 元 件 42 間隔地配置。每一定子元件32包括多個磁 性隔離 的 磁 性 齒。包括磁性材料的返回機構建立一低磁組 的方位 性磁 通 路徑，且在每一定子元件32上具有多個電繞 組34。 每 一 繞 組34圍繞不同的磁性齒組。定子元件32可由 磁性， 導 材 料所構成。轉子元件42可由導電、透磁材料 及非導 材料 所構成，並形成磁性齒（圖4 )。定子元件32 或轉子 元 件 42 的磁性齒可如圖2A或4C所示。圖5顯示具有 _多個溝槽42G 的轉子元件42，這些溝槽42G對轉子元件42 提供冷卻 的 功 效。 本發明的交流電動機亦可作爲一發電機， 如習知 之 電 馬 達。亦即，轉子的轉軸40可藉由外部的電源 而轉動 ， 並 可 將產生的電流導用於任一種期望的用途。 在本發明的交流電動機（亦可爲發電機， 或作爲 一 實 施 例的變壓器）中，可使用習知設計之馬達， 發電機 變 壓 器所使用的構成材料。 -13 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 x 297公釐) 1246247 A7 B7 五、發明説明（11 ) 可使用習知的電子控制電路來作爲本發明中的各種控制 機構及控制單元。例如，本發明中的負載感測機構70，控 制訊號或感測訊號產生機構，電流感測機構，電流感測機 構於本發明中較佳的是使用控制電晶體（CT)。 在本發明中，轉子元件及定子元件（位於依據本發明之 馬達或發電機内）或主元件及次元件（位於依據本發明之變 壓器）間的幾何關係爲獨特的。此種獨特的扇形幾何不僅 提供更高的操作效率，且使馬達，發電機及變壓器的製作 更加簡化。 依據本發明的變壓器包括主單元及次單元。主單元及次 單元由個別的單元（類似於馬達/發電機實施例中的定子結 構）所構成，且如圖1-4所示。本發明的優點在於變壓器之 主單元及次單元的配置。圖7顯示依據本發明之步升（step-up)變壓器的一例。 在圖7中，變壓器的主單元由個別的定子元件1所構 成。變壓器的次單元由個別的轉子元件2所構成。這些元 件安裝於一軟鐵心上。如同習知的變壓器，流入主單元繞 組的電流在次單元的繞组中引生出電流。升壓量是由主單 元的繞組圈數與次單元的繞組圈數比所決定。 在本發明的變壓器中，各主單元之元件的繞組數皆相 同。且各次單元之元件的繞組數皆相同。 圖7顯示本發明之主單元元件與次單元元件的配置。每 一主單元元件夾疊於兩個次單元元件間，如此可最佳化鐵 心磁通的通透性以及通過每一定子的磁性電流，藉此可提 -14- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 1246247 A7 B7 五、發明説明 (12 ) 高主單元與 次單元間的功 率轉換 效能。 將變壓器 之主單元及次 單元分 割成個別的元件， 可使模 組控制單元 針對主單元及 次單元 之各元件來進行控 制 如 此便可依據 需要來調整電 流的輸 出。在本發明之變 壓 器 的 最佳配置（圖8)中，主單. 元及次 單元的個別定子元 件 可 在 低需求下切 換至關（電流 斷路） ，或在高需求下切 換 至 開 (電流短路） 。因此，本發 明的變 壓器可在尖峰時期 擴 充 容一’ 積，但亦可 在或極接近實 際的需 要來進行操作，如 此 可 降 低習知變壓 器所造成的能 量浪費 。”尖峰時期擴充容積 係 指主單元及 次單元元件之 .總數。 ”在實際需求或近 實 際 需 求下進行操作’’是指電連接至電 源或負載之各主單 元 元 件 及次單元元 件的元件數。 依據本發 明之變壓器的控制模 組，最好類似於上 述 實 施 例之交流電 動機的控制模 組。 本發明之 變壓器的構成材料， 包括習知變壓器所使 用 的 材料。 本發明提供一種包括扇 形定子 及轉子元件的馬達及發 電 機，以及包括扇形主單元 元件及 次單元元件的變壓 器 〇 使 用扇形元件 可大幅地簡化 製程並提高本發明之馬達 發 電 機及變壓器 的元件更換性 0 本發明提供一種交流電 動機的 製造及設計方法， 此 動 機具有一外 殼，安裝於外 殼上的 *一定子以及一轉子 轉 子 具有一轉軸 穿越，並藉由 轴承以 相對該轉軸轉動地 固 定 於 外殼上，此 方法包括： -15- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 x 297公釐) 1246247 A7 B7 五、發明説明（Π ) (a)由多個定子元件中選擇所需數目的定 子 元件 以 產 生期望的馬力或電動機功率，其中定子元件 呈 環狀 的碟 罄 J1TL· 並具多個隔離的磁性齒，每一定子元件上有 多 個電 繞 組 且每一繞組關聯到定子元件的一磁性齒組， 當 電流 流 經 繞 組時，會在一第一方向上建立一磁通； (b)由多個個別的轉子元件選擇所需的轉 子 元件 數 以 產生期望的馬力或電動機功率； i (C)將選取-的定子元件安裝於外殼内，使得 各元 件 相 互 隔開； (d)將選取的轉子安裝於轉軸上且相互隔 開 ，並 使轉 子 元件與定子元件交錯的配置。 利用此方法所產生的電動機亦可應用於 一 馬達 或 發 電 本發明亦提供一種變壓器的製造及設計方 法 ，此 變 壓 器 具有一主單元、一次單元及一軟鐵心，此方 法 包括步 驟 (a)由多個元件中選擇所需的數目來形成 次 單元 以 產 生期望的變壓器輸出功率，其中每一元件呈 環狀的碟 盤 並 具多個隔離的磁性齒，次單元的每一元件 上 有多 個 電 繞 組，且各元件具有相同的繞組數； (b)由多個元件中選擇所需的元件數來形 成 主單 元 且 元件數較次單元元件數少一，以產生期望的 變 壓器 輸 出 功 率，其中每一元件呈環狀的碟盤並具多個隔 離 的磁 性 齒 主單元的每一元件上有多個電繞組，每一繞 組 關聯 到 元 件 上的一磁性齒組，且各元件具有相同的繞组 數 -16- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 x 297公釐） 1246247 A7 B7 五、發明説明（Μ ) (C)堆疊次單元的元件及主單元的元件，並使鐵心通過 元件的環狀中空部位，使得次單元的元件相互隔開，並間 隙地與主單元的元件交錯的配置。 本發明的變壓器可爲多相或單相變壓器。 依據本發明，交流馬達或發電機的定子及轉子，或變壓 器的主單元及次單元，可由在空間上相隔配置的一組元件 所構成。例如，本發明的變壓器是由主單元元件及次單元 」 元件的堆疊所構成，而使主單元的元件夾於兩個次單元的 元件間（圖7及圖8 )。次單元的各元件連接至一負載電 路，且主單元的各元件連接至一電源電路。當連接至每一 次單元元件及主單元元件的電路包含有模組控制器時，可 使變壓器實現最大的操作彈性，並輸出最佳的效率。 在本發明之馬達及發電機的應用中，堆疊各轉子元件及 各定子元件，如圖1所示，其中每一定子元件由兩個轉子 元件所夾疊。依據本發明的定子元件可用來製作馬達/發 電機或變壓器。 可依據選定的出力，例如2、5、10或20馬力，來決定 本發明之定子元件與轉子元件的組合。例如，要建立功率 爲40馬力的馬達，可堆疊兩個20馬力的定子轉子組合，或 堆疊4個10馬力的組合，或8個5馬力的組合，或20個2馬 力的組合。 此種結合元件或節區組合的能力可將製程簡化。相較於 習知的製造方式，利用本發明，可在同一條組裝線上生產 馬達，發電機及變壓器。可將馬達或發電機之定子、轉子 -17- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐) 1246247 A7 B7 五、發明説明（15 ) 的相同元件，用於變壓器之主單元及次單元的元件上。 維修亦被簡化。例如，可簡單地以好的元件更換壞掉的 元件來修復馬達、發電機或變壓器。在許多場合，都有可 能需要進行局部維修。藉由製作簡化的庫存部件並依電動 機或變壓器的期望功率來選擇其組合，本發明可簡化部件 的存貨管理。 10 電動機 20 外殼 _ 22 軸承 24 開口 30 定子 32 定子元件 34 繞組 36 磁性齒 36G磁性齒組 40 轉子 40A轉軸 42 轉子元件 44 轉軸 46 磁性齒 60 控制單元 62 微處理器控制器 70負載感測機構 72 馬達轉速感測器 -18- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 1246247 A7 B7 五、發明説明（l6 ) 74 轉矩感測器 80 定子控制模組 82 電子開關裝置 90 電流感測機構 -19-本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)

Claims (1)

1. 1·:種交流電動機，具有_外殼、安裝於該外殼上的— 疋子以及-轉子，該轉子具有一穿越之轴，並透過轴 承以相對於該轴之方式支撐於外殼上，該電動機包 括： 二有多個定子元件的定子’各定子元件相互隔開， 且每一定子元件呈環狀碟盤並包括多個磁性隔離的磁 性齒； 具有多個轉子元件的轉子，各轉子元件安裝於一轉 軸上且相互隔開，並以交錯的方式與定子元件間隙地 配置； 各定子元件上的多個電繞組，每一繞組關聯到定子 元件的一磁性齒組，當電流流經繞組時，在一第一方 向上建立一磁通； 透過連續定子元件上的對應齒組及轉子元件，而在 一第二方向上完成一磁通路徑的機構；及 一模組控制單元，用以個別地控制施加至每一定子 元件的電能，該模組控制單元包括： 一微處理器控制器、一負載感測機構及多個定子控 制模組； 每一控制模組包括連接至一定子元件的一電子開關 裝置； 微處理器控制器回應負載感測機構，以產生用以控 制控制模組的控制訊號； 每一控制模組回應該控制訊號，並以脈波寬控制的 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210Χ 297公釐) 1246247 A8 B8 C8

   方式控制流入連接之定子元件的電流 且輸出功率正比於負 如此使轉子以一定速轉動，且輸 載0 ’其中每一控制模組進

   號，控制器回應該訊號來補償感測到的電流 如申請專利範圍第丨項之電動機，其中 一步包括電流感測機構，用以感測關

   組錯誤，且回應偵測到的錯誤，使控制模組將該定子 元件去能，以允許電動機持續地運轉。 4.如申印專利範圍第2項之電動機，其中從多相電源來提 供交流電，電流感測機構感測每一定子元件之繞組的 各相電流’用以產生對應感測訊號的機構將訊號輸出 至微處理器控制器，控制器回應該感測訊號將控制訊 號輸出至控制模組，以對定子繞組中的各相電流作等 化處理。 5·如申請專利範圍第4項之電動機，其中該微處理器控制 器將每一定子元件之繞組的各相電流感測訊號與預定 的錯誤臨界值作比較，以偵測定子元件中的繞組錯 誤’並使連接到該定子元件的定子控制模組將該定子 元件去能，以允許電動機持續地運轉。 6·如申請專利範圍第1項之電動機，其中該負載感測機構 包括一馬達轉速感測器。 -2 - 張尺度適用f _轉準(CNS)織格(21(^_7公董）- 1246247 A8 B8 C8

   7·如申請專利範圍第1項之電動機，其中該負載感測機構 包括 轉矩感測器。 8. 如申請專利範圍第i項之電動機， -步包括多個徑向的溝槽，徑向溝槽可使空氣在I: 的轉子元件與定子元件間沿著徑向移動’以利於轉子 元件與定子元件中所產生之熱散去。 9. 如申請專利範圍第8項之電動機，其中該外殼係構成有 利於氣流的流通。 10. 如申請專利範圍第8項之電動機，其中該外殼的構造為 密封的氣密構造。 11· 一種變壓器，包括一主單元，一次單元及一軟鐵心， 主單元具有多個元件，各元件相互隔開，且每一元 件呈環狀碟盤並包括多個磁性隔離的磁性齒，磁性齒 上繞有多個電繞組，且各主單元的元件具有相同的繞 組數； 次單元具有多個元件，各元件相互隔開，且每_元 件呈環狀碟盤並包括多個磁性隔離的磁性齒，磁性齒 上繞有多個電繞組，且各次單元的元件具有相同的繞 組數；且 其中主單元的元件及次單元的元件安裝於軟鐵心 上，使次單元的元件相互隔開，並以交錯的方式與主 單元的元件間隙地配置。 12·如申請專利範圍第丨丨項之變壓器，進一步包括一模組 控制單元，用以個別地控制施加至每一主單元元件及 -3- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐） 1246247 A8 B8 C8

   申請專利範圍 次單元元件的電能，該模組控制單元包括： 一微處理^控制器，一負載感測機構及多個控制模 組； 關聯至主單元的每一控制模組包括一電子開關裝 置，用以將電源連接至主單元元件； 關聯至次單元的每一控制模組包括一電子開關裝 置，用以將負載連接至次單元元件； 该微處理器控制器回應負載感測機構，以產生用以 控制控制模組的控制訊號； 每一主單元控制模組回應該控制訊號，控制由電源 流入連接之主單元元件的電流，且每一次單元控制模 組回應該控制訊號，控制由連接之次單元元件流入負 載的電流。 13.如申請專利範圍第1 2項之變壓器，其中每一控制模組 進步包括電流感測機構及訊號產生機構，電流感測 機構用以感測相關元件的繞組電流，訊號產生機構產 生輸出至微處理器控制器的訊號，控制器回應該訊號 來補償感測到的電流。 14·如申請專利範圍第}，2或4項之電動機，其中該電動 機用作一馬達。 15·如申請專利範圍第！，2或4項之電動機，其中該電動 機用作一發電機。 16· —種交流電動機的製造方法，該電動機具有外殼，安 裝於一外殼上的一定子以及一轉子，轉子具有一軸， -4- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 申請專利範圍 並藉由轴承以相對該軸旋轉之方式固定於外殼上，該 方法包括步驟： (a)由多個定子元件中選擇所需數目的定子元件，以 產生期望的馬力或電動機功率，其中定子元件呈環狀 的碟盤並具多個隔離的磁性齒，每一定子元件上有多 個電繞組，且每一繞組關聯到定子元件的一磁性齒 組’當電流流經繞組時’會在一第一方向上建立一磁 通； 、⑻由多個個別的轉子元件選擇所需的轉子元件數， 以產生期望的馬力或電動機功率； ⑷將選取的定子元件安裝於外殼内，使得各元件相 互隔開； ⑷將選取的轉子安裝於轉轴上且相互隔開，並使轉 子元件與定子元件交錯的配置。 Π.如申請專利範圍第16項之方法，其中該電動機係製成 —「一馬達。 忧如申請專利範圍第16項之方法’其中該電 一發電機。 “風 19· 一種變壓器的製造方法，該變壓器具有一主單一 次單元及一軟鐵心，該方法包括步驟： (a)由多個元件令選擇所需的數目來形成次單元，、 產生期望的變壓器輸出功率，其中每一7° M 几件呈環狀的 碟盤並具多個隔離的磁性齒，次單元的I — 一 可—兀件上有 多個電繞組，且各元件具有相同的繞組數； 8 8 8 8 A B c D 1246247 六、申請專利範圍 (b)由多個元件中選擇所需的元件數來形成主單元， 且其元件數較次單元元件數少一，以產生期望的變壓 器輸出功率，其中每一元件呈環狀的碟盤並具多個隔 離的磁性齒，主單元的每一元件上有多個電繞組，每 一繞組關聯到元件上的一磁性齒組，且各元件具有相 同的繞組數； (C)堆疊次單元的元件及主單元的元件，並使鐵心通 過元件的環狀中空部位，使得次單元的元件相互隔 開，並間隙地與主單元的元件交錯的配置。 20.如申請專利範圍第1 9項之方法，其中該變壓器為多相 或單相。 -6- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐）