TWI455448B - High torque planetary magnetic motors - Google Patents

Description

高扭力行星式磁性馬達

本發明係有關一種高扭力行星式磁性馬達，尤指一種利用電磁感應與磁性相吸以產生高扭力運轉動能的高扭力行星式磁性馬達。

馬達，連接電氣後利用電磁感應以及磁性相吸或相斥，將電能轉換成一供以運轉的機械動能。隨著馬達技術演進，以及使用領域需求，許多不同運轉特性的馬達相繼研發而出。

又為使馬達得具有高扭力低轉速的運轉特性，習知作法大多利用一具太陽齒輪及數個行星齒輪的行星齒輪組產生高扭力低轉速的功效。習知具高扭力低轉速運轉特性的馬達，如中華民國發明專利第I253800號所揭。該案中所揭的馬達具有一分別連接該輸出軸及該轉子的行星齒輪組，該行星齒輪組包含有一與該轉子連接的太陽齒輪以及複數與該太陽齒輪相嚙合並與該轉子輸出軸連接的行星齒輪。該太陽齒輪受該轉子帶動，連動與其嚙合的該些行星齒輪轉動，由該輸出軸產生運轉動能，且可在低轉速的狀況下，產生高扭力輸出。

然而，前揭透過行星齒輪組的實施方式，雖可達成高扭力低轉速的功效，但利用機械齒輪實施，該太陽齒輪與該行星齒輪兩者間的齒面需相嚙合，齒與齒之間的間隙需經過一定精算，才可使該太陽齒輪與該行星齒輪兩者呈相嚙合。除此之外，若該太陽齒輪或該行星齒輪的其中之一在製造過程中，產生公差，亦可能導致該太陽齒輪與該行星齒輪之間的齒面無法嚙合。又，除設計繁瑣之外，齒輪乃是一種機械結構，機械結構長期實施下，皆會有磨耗的情事發生，導致齒輪失效，此外，機械結構每隔一段時間便需保養，以延續使用壽命，齒輪亦同，若長期忽略保養易導致齒面因缺乏潤滑等因素，產生齒面燒傷或點蝕的情事，由前述可知，齒面若產生前述燒傷或點蝕等情事，皆會影響到該行星齒輪組的整體實施。

再者，現有裝設該行星齒輪組的方式，多附加裝設於馬達結構之外，如此，馬達整體體積便受該行星齒輪組的限制，無法微小化，又，該行星齒輪組於作動過程中，亦會產生機械噪音。是故，若能針對前揭所述對現有馬達結構進行改良，必能解決前揭中所述的問題。

本發明之主要目的，除了提供高扭力運轉動能外，更以電磁感應與磁性相吸作為主要實施方式，汰去機械齒輪，避免機械齒輪實施上所產生的問題。

為達上述目的，本發明提供一種高扭力行星式磁性馬達，包括有一定子部、複數第一帶動轉子、複數第二帶動轉子以及一輸出轉子。該定子部包含有一環設於該定子部內緣的第一電磁組及第二電磁組。該第一電磁組包含有數個第一電磁單元，該些第一電磁單元受一預設控制訊號輪流通電使該第一電磁組產生至少有一第一作用磁力。該第二電磁組設於該第一電磁組一側，包含有數個第二電磁單元，該些第二電磁組受該預設控制訊號輪流通電使該第二電磁組產生至少有一第二作用磁力，該第二作用磁力極性相反於該第一作用磁力。該些第一帶動轉子，相對應該第一電磁組設置，每一該第一帶動轉子包含有複數面對該第一電磁單元設置的第一永磁部，相鄰的該第一永磁部以相異磁極交替排列，該第一永磁部根據該第一作用磁力的磁性驅動使該第一帶動轉子沿著該第一電磁組自轉。複數第二帶動轉子，相對於該第二電磁組設置，每一該第二帶動轉子包含有複數面對該第二電磁單元設置的第二永磁部，相鄰的該第二永磁部以相異磁極交替排列，該第二永磁部根據該第二作用磁力的磁性驅使該第二帶動轉子沿著該第二電磁組自轉。該輸出轉子包含有複數面對該第一永磁部設置的第三永磁部、複數面對該第二永磁部設置的第四永磁部以及一用以輸出動能的輸出軸。相鄰的該第三永磁部以相異磁極交替排列，而相鄰的該第四永磁部亦以相異磁極交替排列，該第三永磁部及該第四永磁部分別根據該第一永磁部及該第二永磁部的磁力驅動該輸出轉子相對該些第一帶動轉子及該些第二帶動轉子轉動，以該輸出軸輸出動能。

於一實施例中，該定子部上具有數個用以繞製線圈以形成該些第一電磁組及該些第二電磁組的繞線部。

於一實施例中，該輸出轉子上具有一套設於該輸出軸並連接該定子部用以減少摩擦作用力的培林。

於一實施例中，該定子部具有一供該第一帶動轉子套設的第一限位軸以及一供該第二帶動轉子套設的第二限位軸。該第一限位軸及該第二限位軸進一步設置於一用以間隔該第一帶動轉子及該第二帶動轉子的間隔片。

於一實施例中，該高扭力行星式磁性馬達包含有一由該定子部、該些第一帶動轉子、該些第二帶動轉子以及該輸出轉子所組成的電磁構件集合，該高扭力行星式磁性馬達進一步同時實施有數個電磁構件集合。

於一實施例中，該第一電磁組包含有一由該些第一電磁單元繞線方向界定的數個第一電磁集合，該些第一電磁集合分受該預定控制訊號驅動同時產生有該第一作用磁力。該第二電磁組包含有一由該些第二電磁單元繞線方向界定的數個第二電磁集合，該些第二電磁集合分受該預定控制訊號驅動同時產生有該第二作用磁力。

於一實施例中，該些第一電磁單元的其中之一與該第二電磁單元的其中之一電性連接，使該第一電磁單元與該第二電磁單元受同一預定控制訊號驅動。

於一實施例中，該預定控制訊號由一控制電路所產生，該控制電路的驅動方式可選自於由霍爾元件驅動、反電動勢檢測驅動及時序直流電波驅動所組成的群組。

本發明高扭力行星式磁性馬達，主要利用電磁感應及磁性相吸產生運轉動能。該些第一帶動轉子、該些第二帶動轉子以及該輸出轉子之間，利用磁性相吸作用產生轉動，如此，本發明產生相同於以往行星式齒輪的作動功效，而得以將其汰除於馬達結構之中，避免馬達長期運轉導致機械結構磨損的問題一再發生。

10‧‧‧定子部

101‧‧‧第一電磁組

102‧‧‧第二電磁組

103‧‧‧第一電磁單元

103a‧‧‧第一電磁單元

104‧‧‧第二電磁單元

105‧‧‧繞線部

106‧‧‧第一限位軸

107‧‧‧第二限位軸

108‧‧‧間隔片

11‧‧‧第一帶動轉子

111‧‧‧第一永磁部

111a‧‧‧第一永磁部

111b‧‧‧第一永磁部

111c‧‧‧第一永磁部

12‧‧‧第二帶動轉子

121‧‧‧第二永磁部

121a‧‧‧第二永磁部

121b‧‧‧第二永磁部

13‧‧‧輸出轉子

131‧‧‧第三永磁部

131a‧‧‧第三永磁部

132‧‧‧第四永磁部

132a‧‧‧第四永磁部

133‧‧‧輸出軸

134‧‧‧培林

A‧‧‧第一電磁構件集合

B‧‧‧第二電磁構件集合

圖1，為本發明高扭力行星式磁性馬達一實施例之第一視角外觀分解示意圖。

圖2，為本發明高扭力行星式磁性馬達一實施例之第二視角外觀分解示意圖。

圖3，為本發明高扭力行星式磁性馬達一實施例之部分結構示意圖。

圖4，為本發明高扭力行星式磁性馬達一實施例之作動俯視示意圖。

圖5，為本發明高扭力行星式磁性馬達一實施例之作動仰視示意圖。

圖6，圖為本發明高扭力行星式磁性馬達另一實施例之第一電磁單元與第二電磁單元連接示意圖。

圖7，為本發明高扭力行星式磁性馬達另一實施例之數個電磁構件集合實施示意圖。

有關本發明之詳細說明及技術內容，現就配合圖式說明如下：請參閱『圖1』、『圖2』及『圖3』，圖為本發明高扭力行星式磁性馬達一實施例之外觀分解示意圖、另一方向外觀分解示意圖及其部分結構示意圖，如圖所示；本發明所稱的高扭力行星式磁性馬達，包括有一定子部10、複數第一帶動轉子11、複數第二帶動轉子12以及一相對應該第一帶動轉子11及該第二帶動轉子12設置的輸出轉子13。

該定子部10包含有一環設於該定子部10內緣的第一電磁組101及第二電磁組102，該第一電磁組101包含有數個第一電磁單元103，該第二電磁組102則包含有數個第二電磁單元104，該第二電磁組102設置於該第一電磁組101的一側。該第一電磁組101及該第二電磁組102進一步與一控制電路(本圖未示)電性連接，接收該控制電路所傳遞的一預定控制訊號，於不同時間驅動所相對應的該第一電磁單元103及該第二電磁單元104。該預定控制訊號使該第一電磁組101中的第一電磁單元103及該第二電磁組102中的第二電磁單元104輪流通電產生磁性。又該控制電路的控制訊號除用以驅動該第一電磁單元103及該第二電磁單元104外，更影響該第一電磁單元103及該第二電磁單元104通電後所產生之磁力極性，例如該第一電磁 單元103受驅動通有正電時，該第一電磁單元103依其繞線方式形成有具N極的磁力磁性。又該預定控制訊號可為一時序控制訊號，透過時序相位角的不同驅動該第一電磁單元103或該第二電磁單元104的其中之一。該控制電路可以霍爾元件驅動、反電動勢檢測或時序直流電波的方式驅動該第一電磁組101及該第二電磁組102。

該定子部10更進一步具有數個用以繞製線圈以形成該些第一電磁單元103及該第二電磁單元104的繞線部105。又該第一電磁單元103及該第二電磁單元104繞製線圈的方向可經排列設計，例如該第一電磁單元103的繞線方向為順時鐘繞製時，相鄰第一電磁單元103的另一該第一電磁單元103a便可為逆時鐘繞製，上述僅為單一實施例的舉例，並不用以限定本發明的實施方法。此外，一定數量的該些第一電磁單元103可進一步定義出一第一電磁集合，而該第一電磁集合中的該些第一電磁單元103的繞線方向具有一循環性，例如順繞、逆繞、順繞、逆繞。該第一電磁組101中的該些第一電磁集合分別受該預定控制訊號驅動時，同時產生有該第一作用磁力，該些第一作用磁力分別對該第一帶動轉子11產生作用，而因該第一電磁集合的繞線方向有一定循環，使該第一作用磁力亦產生循環，例如N極→S極→N極→S極...。又前揭以第一電磁組101具有該些第一電磁集合進行舉例，而該第二電磁組102亦可由該些第二電磁單元104定義出數個第二電磁集合，詳細請參前述，在此不於贅述。該定子部10進一步包含有至少一第一限位軸106及至少一第二限位軸107，該第一限位軸106可供該第一帶動轉子11穿設限位於其中，而第二限位軸107則可供該第二帶動轉子12穿設限位於其中。又於一實施例中，該定子部10進一步包含有一用以間隔該第一帶動轉子11及該第二帶動轉子12並可供該第一限位軸106及該第二限位軸107設置的間隔片108。

復如『圖3』所示，該些第一帶動轉子11相對應該第一電磁組101設置，每一該第一帶動轉子11包含有複數面對該第一電磁組101設置的第一永磁部111，而相鄰的該第一永磁部111以相異磁極交替排列。該些第二帶動轉子12相對應該第二電磁組102設置，每一該第二帶動轉子12包含有複數面對該第二電磁組102設置的第二永磁部121，相鄰的該第二永磁部121以相異磁極交替排列。又該第一帶動轉子11與該第二帶動轉子12 雖分別相對該第一電磁組101及該第二電磁組102設置，於本實施例中，該第一帶動轉子11更進一步的錯位於該第二帶動轉子12，如『第4圖』中所示。

請再參閱『圖3』，該輸出轉子13，分別相對應該第一帶動轉子11及該第二帶動轉子12設置，包含有複數面對該第一永磁部111設置的第三永磁部131、複數面對該第二永磁部121設置的第四永磁部132、以及一用以輸出動能的輸出軸133。相鄰的該第三永磁部131以相異磁極交替排列，而相鄰的該第四永磁部132以相異磁極交替排列。又面向該第一永磁部111的第三永磁部131，其極性相反於該第一永磁部111，例如該第一永磁部111為N極時，該第三永磁部便為S極，而面向該第二永磁部121的第四永磁部132，其極性亦相反於該第二永磁部121，如此一來，本發明未受驅動時，該第一永磁部111與該第三永磁部131呈相互吸引的態樣，而該第二永磁部121則與該第四永磁部132相互吸引。此外，該第一永磁部111面對該第一電磁組101的磁力極性相反於該第一永磁部111面對該輸出轉子13的磁力極性，例如該第一永磁部111對應該第一電磁組101的磁力極性為N極時，該第一永磁部111對應該輸出轉子13的磁力極性則為S極，在此，僅以第一永磁部111進行舉例，但並不用以限制本發明的實施。於本實施例中，該定子部10、該些第一帶動轉子11、該些第二帶動轉子12以及該輸出轉子13可由複數矽鋼片堆疊製成。該輸出轉子13的輸出軸133可進一步具有一用以減少摩擦作用力的培林134(請參閱圖1及圖2)，而該第一帶動轉子11及該第二帶動轉子12亦可裝設有培林(本圖未示)。

請參閱『第4圖』及『第5圖』，圖為本發明高扭力行星式磁性馬達一實施例之作動俯視示意圖及其仰視示意圖，並請搭配參閱圖3，該控制電路供給電能驅使該些第一電磁組101及該第二電磁組102分別產生有一第一作用磁力及一第二作用磁力，如圖，該第一電磁組101中的第一電磁單元103通電，並根據該第一電磁單元103的線圈繞製方向產生有該第一作用磁力，在此則假設該第一作用磁力為N極磁力，該第一帶動轉子11隨即受該第一作用磁力作用，該第一永磁部111的其中之一具有相反於該第一作用磁力的極性磁力，亦即具有S極磁力極性的該第一永磁部111a，受該第一作用磁力吸引，驅使該第一帶動轉子11沿該第一電磁組101轉動。另 一方面，該第一帶動轉子11轉動時，該輸出轉子13所面對的該第一永磁部111b亦產生轉動，使該第一帶動轉子11與該輸出轉子13之間的磁力極性產生變化，如此，該第三永磁部131所對應的該第一永磁部111b產生磁力極性變化，亦驅使該第三永磁部131受磁性變化驅動該輸出轉子13旋轉，承上舉例，未產生變化前，該第一永磁部111b相對應該第三永磁部131的磁力極性為S極，而該第三永磁部131則為N極，當該第一帶動轉子11受該第一電磁組101作用產生旋轉，面對該輸出轉子13的第一永磁部111b因轉動，而轉由另一該第一永磁部111c面對該第三永磁部131，磁力極性亦由原先的S極轉換成N極，而該第三永磁部131亦受磁性相斥，鄰近該第三永磁部131磁力極性為S極的該第三永磁部131a受吸引，進而驅使該輸出轉子13旋轉。

承上所述，該第三永磁部131因磁力極性變化驅動該輸出轉子13旋轉，該第四永磁部132亦產生轉動，原先面對該第二永磁部121的該第四永磁部132轉動，轉由另一該第四永磁部132a對應，使該第四永磁部132與該第二永磁部121之間的磁力極性產生變化，驅使該第二帶動轉子12受磁力極性變化產生轉動，承前述舉例，該輸出轉子13未受作用轉動時，該第四永磁部132面對該第二永磁部121的磁力極性為S極，而該第二永磁部121則為N極，當轉由另一該第四永磁部面對該第二永磁部121時，磁力極性由原本的S極轉換成N極，該第二永磁部121受磁性相斥吸，鄰近該第二永磁部121磁力極性為S極的該第二永磁部121a受吸引，使該第二帶動轉子12沿該第二電磁組101旋轉。

又，該第二電磁組102受該控制電路驅動產生一第二作用磁力，而該第二作用磁力所形成的極性則依據該第一作用磁力的極性進行設計，當該第一作用磁力為N極時，該第二作用磁力便為S極，該第一電磁組101與該第二電磁組102通電時間相同，僅差異在通電極性，例如該第一電磁組101通有正電，該第二電磁組102便通有負電。承上述，前述雖依序解說該第一帶動轉子11、該第二帶動轉子12以及該輸出轉子13之間磁力變化。但實際上該第一帶動轉子11與該第二帶動轉子12是同時間產生轉動，驅使該輸出轉子13產生旋轉，由該輸出軸133產生動能。該第一帶動轉子11、該二帶動轉子12及該輸出轉子13於實施過程中形成有一磁力線路徑， 就前述舉例中可知，該磁力線路徑為『該第一作用磁力為N極→面對該第一電磁組101的該第一永磁部111為S極→對應該輸出轉子13的該第一永磁部111b為N極→面對該第一永磁部111b的該第三永磁部131為S極→經該輸出轉子13→面對該第二永磁部121的該第四永磁部132為N極→相對應該第四永磁部132的該第二永磁部121為S極→面對該第一電磁組102的該第二永磁部121b為N極→該第二作用磁力為S極』，最後經該定子部10將磁力傳回至產生有該第一作用磁力的第一電磁單元104之上，然而，本實施例中所舉僅用來解釋本發明的實施過程，並不用以限制本發明的具體實施例。此外，為令本發明的控制得以簡單化，並請參閱『第6圖』，圖為本發明高扭力行星式磁性馬達另一實施例之第一電磁單元與第二電磁單元連接示意圖，於一實施例中，該些第一電磁單元103的其中之一可與該些第二電磁單元104的其中之一呈電性連結，藉同一控制訊號產生作用中所需的該第一作用磁力及該第二作用磁力，又本實施例所舉，並不用以限制本發明的控制方式。

請參閱『第7圖』，圖為本發明高扭力行星式磁性馬達另一實施例之數個電磁構件集合實施示意圖，於一實施例中，前述實施例中所稱的該定子部10、該些第一帶動轉子11、該些第二帶動轉子12以及該輸出轉子13可進一步為一電磁構件集合，如此一來，本發明可進一步將數個該電磁構件集合設在同一個該輸出軸133之上，而得以同時實施。圖中所示僅用兩電磁構件集合進行舉例實施，如圖中所示的A及B，但並不用以限制本發明的實施態樣。

綜上所述，本發明高扭力行星式磁性馬達，主要藉電磁感應及磁性相吸產生運轉動能，該高扭力行星式磁性馬達包含有一定子部、一第一帶動轉子、一第二帶動轉子以及一對應該第一帶動轉子及該第二帶動轉子設置的輸出轉子，該定子部上包含有一環設於定子部內側的第一電磁組及第二電磁組，該第一帶動轉子根據該第一電磁組通電後所產生的第一作用磁力產生旋轉，該第二帶動轉子根據該第二電磁組通電後所產生的第二作用磁力產生旋轉，而該輸出轉子則受該第一帶動轉子及該二帶動轉子的磁性相吸產生轉動，如此，本發明以前揭架構，汰去現有以機械齒輪的實施方式，避免因馬達長期運轉導致機械結構磨損的問題一再發生。因此 本發明極具進步性及符合申請發明專利之要件，爰依法提出申請，祈 鈞局早日賜准專利，實感德便。

以上已將本發明做一詳細說明，惟以上所述者，僅為本發明之一較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應仍屬本發明之專利涵蓋範圍內。

10‧‧‧定子部

101‧‧‧第一電磁組

102‧‧‧第二電磁組

103‧‧‧第一電磁單元

103a‧‧‧第一電磁單元

104‧‧‧第二電磁單元

105‧‧‧繞線部

106‧‧‧第一限位軸

107‧‧‧第二限位軸

108‧‧‧間隔片

11‧‧‧第一帶動轉子

111‧‧‧第一永磁部

12‧‧‧第二帶動轉子

121‧‧‧第二永磁部

13‧‧‧輸出轉子

131‧‧‧第三永磁部

133‧‧‧輸出軸

134‧‧‧培林

Claims (11)

1. 一種高扭力行星式磁性馬達，包括有：一定子部，包含有一環設於該定子部內緣的第一電磁組及第二電磁組，該第一電磁組包含有數個第一電磁單元，該些第一電磁單元受一預設控制訊號輪流通電使該第一電磁組上產生至少有一第一作用磁力，該第二電磁組設於該第一電磁組一側，包含有數個第二電磁單元，該些第二電磁單元受該預設控制訊號輪流通電使該第一電磁組上產生至少有一第二作用磁力，該第二作用磁力的磁性相反於該第一作用磁力；複數第一帶動轉子，相對應該第一電磁組設置，每一該第一帶動轉子包含有複數面對該第一電磁單元設置的第一永磁部，相鄰的該第一永磁部以相異磁極交替排列，該第一永磁部根據該第一作用磁力驅動使該第一帶動轉子沿著該第一電磁組自轉；複數第二帶動轉子，相對應該第二電磁組設置，每一該第二帶動轉子包含有複數面對該第二電磁單元設置的第二永磁部，相鄰的該第二永磁部以相異磁極交替排列，該第二永磁部根據該第二作用磁力驅動使該第二帶動轉子沿著該第二電磁組自轉；以及一輸出轉子，包含有複數面對該第一永磁部設置的第三永磁部，複數面對該第二永磁部設置的第四永磁部，以及一用以輸出動能的輸出軸，相鄰的該第三永磁部以相異磁極交替排列，相鄰的該第四永磁部以相異磁極交替排列，該第三永磁部及該第四永磁部分別根據該第一永磁部及該第二永磁部的磁力驅動該輸出轉子相對該些第一帶動轉子及該些第二帶動轉子轉動，以該輸出軸輸出動能。
2. 如申請專利範圍第1項所述的高扭力行星式磁性馬達，其中，該定 子部具有數個用以繞製線圈以形成該些第一電磁組及該些第二電磁組的繞線部。
3. 如申請專利範圍第1項所述的高扭力行星式磁性馬達，其中，該輸出轉子上具有一套設於該輸出軸並連接該定子部用以減少摩擦作用力的培林。
4. 如申請專利範圍第1項所述的高扭力行星式磁性馬達，其中，該定子部具有一供該第一帶動轉子套設的第一限位軸以及一供該第二帶動轉子套設的第二限位軸。
5. 如申請專利範圍第4項所述的高扭力行星式磁性馬達，其中，該定子部具有一用以間隔該第一帶動轉子及該第二帶動轉子並供該第一限位軸及該第二限位軸設置的間隔片。
6. 如申請專利範圍第1項所述的高扭力行星式磁性馬達，其中，該高扭力行星式磁性馬達包含有一由該定子部、該些第一帶動轉子、該些第二帶動轉子以及該輸出轉子所組成的電磁構件集合，該高扭力行星式磁性馬達進一步同時實施數個電磁構件集合。
7. 如申請專利範圍第1項所述的高扭力行星式磁性馬達，其中，該第一帶動轉子、該第二帶動轉子以及該輸出轉子分別是由矽鋼片堆疊而成。
8. 如申請專利範圍第1項所述的高扭力行星式磁性馬達，其中，該第一電磁組包含有一由該些第一電磁單元繞線方向界定的數個第一電 磁集合，於該些第一電磁集合分別受一預定控制訊號驅動同時產生有該第一作用磁力。
9. 如申請專利範圍第1項所述的高扭力行星式磁性馬達，其中，該第二電磁組包含有一由該些第二電磁單元繞線方向界定的數個第二電磁集合，於該些第二電磁集合分別受一預定控制訊號驅動同時產生有該第二作用磁力。
10. 如申請專利範圍第1項所述的高扭力行星式磁性馬達，其中，該些第一電磁單元的其中之一與該第二電磁單元的其中之一電性連接，使該第一電磁單元與該第二電磁單元受同一控制訊號通電驅動。
11. 如申請專利範圍第1項所述的高扭力行星式磁性馬達，其中，該預設控制訊號是由一控制電路所產生，而該控制電路的驅動方式選自於由霍爾元件驅動、反電動勢檢測驅動及時序直流電波驅動所組成的群組。