TWI572121B - 一種可重構的感應以同步的馬達 - Google Patents

Description

一種可重構的感應以同步的馬達

本發明係有關於一種電動馬達和發電機，特別是關於調整轉子中固定磁體和/或不導磁分路塊的取向以獲得在各種每分鐘轉數下的有效操作。

本申請是2009年10月30日申請的美國專利申請序列號12/610,184以及2009年10月30日申請的美國專利申請序列號12/610,271的部分延續申請，所述兩個美國專利申請的全部內容通過參引結合入本申請中。

所述電動馬達的較佳形式是無電刷交流感應馬達。所述感應馬達的轉子包刮在定子內轉動的籠(或效仿”倉鼠輪”的鼠籠)。所述籠包括在轉子外圓周上角度間隔開的軸向延伸的棒。提供給定子的交流電在定子中引入了轉動定子磁場，而所述轉動感應地在所述棒中感應出電流。在棒中感應出的電流然後與同一定子磁場協作來產生轉矩並由此到致馬達的轉動。

將電流引入棒中要求所述棒不與轉動定子磁場同步移動(或轉動)，因為電磁感應需要場中的磁場與導體之間的相對運動。結果，轉子必須相對於轉動定子磁場滑動以在棒中感應出電流並由此產生轉矩，因此，感應馬達是異步馬達。

遺憾的是，低功率感應馬達效率不高，並且在降低的載荷下損失效率，因為由定子消耗的功率的量在低負載下仍不變。

一種改進感應馬達效率的方法是在轉子中加入永磁體。所述馬達起初以與通常的感應馬達相同的方式啟動，但當馬達達到其操作速度時，定子磁場與永磁體協作以進入同步操作。遺憾的是，永磁體的尺寸受到了限制，因為如果永磁體過大，那麼他們就會阻止馬達啟動。這種尺寸限制會限制從加入永磁體中獲得的益處。

本發明藉由提供一種可重構電動馬達來解決上述及其他需要，所述可重構電動馬達包括容納有可轉動永磁體或不導磁分路塊的轉子。所述磁體和/或分路塊具有在啟動時產生弱磁場用於異步感應馬達操作的第一位置，以及產生強磁場用於有效同步操作的第二位置。馬達包括在啟動時用於感應馬達操作的鼠籠式結構，其中永磁體和/或分路塊定位成產生弱磁場從而不干擾啟動。當馬達接近或達到同步每分鐘轉數時，永磁體和/或分路塊轉動以產生強磁場用於高校同步操作。磁體和/或分路塊的位置可以由離心機構控制，或者粘滯阻尼裝置可以延遲磁體和/或分路塊的轉動，或者電器控制的裝置可以控制磁體和/或分路塊的位置。

根據本發明的一方面，提供了一種以異步模式啟動並在啟動後轉換至更有效的同步模式的可重構無電刷交流電動馬達。所述馬達包括定子，所述定子接收交流店員信號並產生轉動定子磁場，以及與所述轉動定子磁場協作的轉子。所述轉子包括棒，所述棒形成鼠籠式結構，用於與所述轉動定子磁場感 應協作，提供操作的所述異步模式用於馬達啟動，以及至少一個可轉動永磁體用於有效的同步操作。所述永磁體位於所述轉子內並與所述極塊磁協作。所述永磁體具有產生弱磁場已允許感應馬達啟動的第一位置，並能夠轉動致產生強磁場已與所述轉動定子磁場協作用於有效同步操作的第二位置。

根據本發明的另一方面，提供了一種能夠從異步重構至同步的電動馬達，所述馬達具有包括多個可轉動圓柱形磁體或者可轉動的單個可轉動中空圓柱形磁體的磁路。所述磁體具有產生弱磁場用於異步操作的第一位置，以及產生強磁場用於同步操作的第二位置。

根據本發明的又一方面，提供了一種能夠從異步重構至同步的電動馬達，所述馬達具有包括多個可轉動不導磁分路塊或單個可轉動中空圓柱形不導磁分路塊的磁路。所述不導磁分路塊具有干擾磁路已產生弱磁場的第一位置，以及可以忽略地干擾磁路已產生強磁場的第二位置。

根據本發明的再一方面，提供了離心閉鎖機構，所述離心閉鎖機構將永磁體保留在弱磁場位置用於啟動，直到達到足夠用於轉換到同步操作的每分鐘轉數。示例性的離心閉鎖機構包括彈簧和配重，彈簧保持於可轉動永磁體接合的銷，所述配重在足夠的每分鐘轉數下克服彈簧以釋放磁體。

根據本發明的再者一方面，提供了一種或者包圍可轉動永磁體以抵抗永磁體轉動、或者在封裝有附連於可轉動磁體的槳的室內以抵抗永磁體轉動的例如矽樹脂的粘滯阻尼材料，以保 持弱磁場用於異步啟動。短時間後，磁體轉動以提供強磁場用於有效同步操作。

根據本發明的另一方面，提供了一種用於控制磁體和/或不導磁分路塊的位置的機電裝置。機電裝置可以由處理器控制以為電動馬達的當前狀態提供優化磁場。例如，在由於馬達上的負載而使得馬達到達同步速度比較緩慢，或由於負載增加而降低了馬達的每分鐘轉數時，機電裝置可以減弱磁場以幫助馬達達到或返回同步操作。這種機電裝置通常可應用於大型和/或昂貴的馬達。

根據本發明的又一方面，提供了一種調整馬達和/或發電機內的磁場已在更寬的每分鐘轉數範圍內提供更有效的操作的方法。

以下舉出具體實施例以詳細說明本發明之內容，然並非用以限定本發明。本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

第1A圖示出了根據本發明的可重構電動馬達10的側視圖，第1B圖示出了所述可重構電動馬達10的端視圖，第2圖示出了可重構電動馬達10的沿第1A圖中線2-2所取的橫截面圖。所述馬達10包括定子繞組14以及居於可轉動馬達軸11上並未於定子繞組14內的轉子12。馬達10為無電刷交流電感應馬達，其包括在轉子12中的至少一個永磁體16(見第3圖至第7圖)，所述永磁體16可以調整成為在初始異步操作 的啟動時提供弱磁場，並在有效同步操作的啟動之後提供強磁場。

沿第2圖中線3-3所取的可重構電動馬達10的橫截面圖在第3圖中示出了所述馬達10的第一實施方式，該馬達10包括兩極馬達30a，其中在轉子12a中的單個兩極可轉動內部勇磁體(IPM)16為處於與馬達軸11同軸。永磁體16示出為在永磁體16各側上具有空氣間隙21，該空氣間隙21將永磁體16的北極(N)與南極(S)以軸向對齊的構造分開。用於感應操作的鼠籠式元件的棒32圍繞轉子12的外半徑、在角度上間隔開並且在轉子12的長度上延伸。所述棒可以是直的或可以是彎的以獲得降躁等益處。永磁體16與棒32由轉子極塊20承載，所述極塊20由空氣間隙21分隔開。極塊20較佳由例如鐵或鋼的單獨絕緣導磁材料的疊層構成。

沿第2圖中線3-3所取的根據本發明的可重構電動馬達10的橫截面圖在第4圖中示出了馬達10的第二實施方式，該馬達10包括四極馬達30b，其中單個四極可轉動永磁體16a在徑向對齊轉子12b構造中與馬達軸11同軸。極塊20分為四個1/4部，相鄰部之間有空氣間隙21。除此之外，馬達30b類似於馬達30a。

沿第2圖中線3-3所取的根據本發明的可重構電動馬達10的橫截面圖在第5圖中示出了馬達10的第三實施方式，該馬達10包括四極馬達30c，四極馬達30c帶有轉子12c，該轉子12c具有在徑向對齊轉子構造中與馬達軸11同軸的單個中空 四極可轉動永磁體16b。馬達軸23穿越中空磁體16b的中心。除此之外，馬達30c類似馬達30b。

第2A圖中示出了適於與本發明一起使用的圓柱形兩極永磁體16的立體圖。永磁體16具有磁體軸線11a。儘管根據本發明，圓柱形磁體適用於轉動磁體的較佳形狀，但是其他形狀也可以適於能夠移動，從而獲得本發明的益處，並且具有任何形狀且構成對於異步操作將轉子磁場調整為弱磁場、並且對於同步操作將轉子磁場調整為強磁場的可移動磁體的電動馬達也意於在本發明的範圍內。

沿第2圖中線3-3所取的根據本發明的可重構四極電動馬達10的橫截面圖在第6圖中示出了馬達10的第四實施方式，其包括四極馬達30d，馬達30d帶有四個角度間隔開的兩極可轉動永磁體16，永磁體16的磁體軸線在徑向對齊轉子12d構造中與馬達軸11平行。極塊包括4個外極塊20a和單個中空中心極塊20b。永磁體16在徑向上夾在中心極塊20b與外極塊20a之間，空氣間隙21將各外極塊20a與相鄰外極塊20a分隔開，並將中心極塊20b與外極塊20a分隔開，用於感應操作的鼠籠式元件的棒32圍繞轉子12外半徑在角度上間隔開並且在轉子12的長度上延伸。所述棒可以是直的或可以是彎的以獲得降噪等益處。極塊20a和20b較佳地由例如鐵或鋼的絕緣導磁材料的疊層構成。

沿第2圖中線3-3所取的根據本發明的可重構四極電動馬達10的橫截面在第7圖中示出了馬達10的第五實施方式，其 包括四極馬達30e，四極馬達30e帶有轉子12e，該轉子12e具有在角度上間隔開且磁體軸線在徑向對齊轉子構造中與馬達軸11平行的四隊兩極可轉動永磁體16。其他類似實施方式可包括具有四組由3個或更多個磁體組成的多組磁體。除此之外，馬達30e與馬達30d相似。

沿第2圖中線3-3所取的根據本發明的可重構四極電動馬達10的橫截面在第8圖中示出了馬達10的第六實施方式，該馬達10包括四極馬達30f，馬達30f帶有轉子12f，該轉子12f具有在角度上間隔開且磁體軸線為在磁通擠壓轉子構造中與馬達軸11平行的4個雙極可轉動永磁體16。四個永磁體16在角度上處於四個角度上間隔開的極塊20c之間。除此之外，馬達30f與馬達30d類似。

第9A圖中示出了沿第2圖中線3-3所取的馬達30a(見第3圖)的橫截面圖，其中轉動單個兩極永磁體16以提供最小(或弱)磁場24a。最小(或弱)磁場24a的產生是將永磁體16的北極(N)與南極(S)在轉子12a內旋轉對齊空氣間隙21，使永磁體16與極塊20產生錯位，以減少或抵銷定子磁場。弱磁場24a不干擾以感應模式啟動馬達30a用於初始異步操作。

第9B圖中示出了沿第2圖中線3-3所取的馬達30a的橫截面圖，其中轉動單個兩極永磁體16以提供最大(或強)磁場24b。最大(或強)磁場24b的產生是將永磁體16的北極(N)與南極(S)在在轉子12a內旋轉分開空氣間隙21，使永磁體16與極塊20對齊，讓最大(或強)磁場24b與定子磁 場協作同步。強磁場24b將干擾啟動馬達30a，但在啟動馬達30a後以同步模式提供更有效的操作。

第10A圖中示出了沿第2圖中線3-3所取的馬達30b(見第4圖)的橫截面圖，其中轉動單個四極永磁體16a以提供最小(或弱)磁場24a。弱磁場24a不干擾以感應模式啟動馬達用於初始異步操作。

第10B圖中示出了沿第2圖中線3-3所取的馬達30b的橫截面圖，其中轉動單個四極永磁體16a以提供最大(或強)磁場。強磁場24b將干擾啟動馬達30b，但在啟動馬達30b後以同步模式提供更有效的操作。

第11A圖中示出了沿第2圖中線3-3所取的馬達30c(見第5圖)的橫截面圖，其中轉動單個中空四極永磁體16b以提供最小(或弱)磁場24a。弱磁場24a不干擾以感應模式啟動馬達用於初始異步操作。

第11B圖中示出了沿第2圖中線3-3所取的馬達30c的橫截面圖，其中轉動單個中空四極永磁體16b以提供最大(或強)磁場。強磁場24b將干擾啟動馬達30c，但在啟動馬達30c後以同步模式提供更有效的操作。

第12A圖中示出了沿第2圖中線3-3所取的馬達30d(見第6圖)的橫截面圖，其中轉動四個兩極永磁體16以提供最小(或弱)磁場24a。弱磁場24a不干擾以感應模式啟動馬達30d用於初始異步操作。

第12B圖中示出了沿第2圖中線3-3所取的馬達30d的橫截面圖，其中轉動四個兩極永永磁體16以提供最大(或強)磁場。強磁場24b將干擾啟動馬達30d，但在啟動馬達30d後以同步模式提供更有效的操作。

第13A圖中示出了沿第2圖中線3-3所取的馬達30e(見第7圖)的橫截面圖，其中轉動四對兩極永磁體16以提供最小(或弱)磁場24a。弱磁場24a不干擾以感應模式啟動馬達30e用於初始異步操作。

第13B圖中示出了沿第2圖中線3-3所取的馬達30e的橫截面圖，其中轉動四對兩極永永磁體16以提供最大(或強)磁場。強磁場24b將干擾啟動馬達30e，但在啟動馬達30e後以同步模式提供更有效的操作。

第14A圖中示出了沿第2圖中線3-3所取的馬達30f(見第8圖)的橫截面圖，其中轉動四個兩極永磁體16以在磁通擠壓轉子構造中提供最小(或弱)磁場24a。弱磁場24a不干擾以感應模式啟動馬達30f用於初始異步操作。

第14B圖中示出了沿第2圖中線3-3所取的馬達30f的橫截面圖，其中轉動四個兩極永永磁體16以磁通擠壓轉子構造中提供最大(或強)磁場。強磁場24b將干擾啟動馬達30f，但在啟動馬達30f後以同步模式提供更有效的操作。

第15A圖中示出了其中離心閉鎖機構40將單個永磁體16保持在最小磁場位置(見第9A圖)的馬達30a(見第3圖)的側視節面圖，第15B圖中示出了其中離心閉鎖機構將單個 永磁體保持於最小磁場位置(見第9A圖)的馬達30a的相應端視圖。第16A圖中示出了其中離心閉鎖機構40已經將單個永磁體16釋放至最大磁場位置的馬達30a的第二側視截面圖，第16B圖中示出了其中離心閉鎖機構已經將單個永磁體釋放至最大磁場位置的馬達30a的相應端視圖。離心閉鎖機構40包括配重44、轉動板50、彈簧盤48、滑動盤46、銷42及銷座52。所述配重44和彈簧盤48選擇成使得配重44在適當的每分鐘轉數下向外移動，使彈簧盤48從第15A圖所示的第一延伸位置卡和至第16A圖所示的折返位置，從而使銷42從銷座52中縮回以釋放永磁體16。

當馬達30a靜止時，永磁體16被磁性地推動至弱磁場位置，並且當馬達30a靜止時，離心閉鎖機構40也將銷42推動至銷座52中。結果，無論何時馬達30a停止，馬達30a都返回至弱磁場模式，允許馬達作為異步感應馬達啟動。當馬達30a達到足夠的每分鐘轉數時，離心閉鎖機構40將銷42從銷座52中拉出，釋放永磁體16。在足夠的每分鐘轉數下，馬達30a內的磁場推動永磁體16轉動90度至強磁位置，由此提供有效的同步操作。

適當的離心閉鎖機構的示例是由俄亥俄州貝德福德的TORQ公司製造的Synchrosnap®離心機構。為用於本發明，Synchrosnap®離心機構只是稍作修改以致動銷42，而不是提供電器開關功能。

第17A圖(側視圖弱磁場)、第17B圖(端視圖弱磁場)、 第18A圖(側視圖強磁場)、第18B圖(端視圖強磁場)中示出了應用於馬達30f(見第8圖)的用於在弱磁場與強磁場24b之間轉換的裝置的第二示例。馬達30f的四個磁體16分別附連於小齒輪60，所述小齒輪全部接合較大的齒輪62，由此所有磁體16保持轉動地對齊。當馬達30f靜止時，銷42接合大齒輪62中的銷座52，當馬達30f達到足夠的每分鐘轉數時，離心閉鎖機構40將銷42從銷座52中拉出，釋放磁體16。如馬達30a一樣，當馬達30f停止時，馬達30f的永磁體16被磁性地推動至弱磁場位置(見第14A圖)，在足以進行同步操作的每分鐘轉數時被磁性地推動至強磁場位置(見第14B圖)。

第19A圖示出了根據本發明的可重構電動馬達轉子12g的端視圖，其中離心機構將中空圓柱形分段四極永磁體16(類似於第5圖中示出的中空四極永磁體16b)保持在最小磁場位置，第19B圖示出了轉子12g的端視圖，其中離心機構使四極永磁體轉動至最大磁場位置。四個佩中後的小齒輪60a包括質量失衡，在轉子轉動時產生轉矩，以轉動個齒輪60a。齒輪60a與中心的大齒輪62協作以轉動齒輪62，並且永磁體16c隨齒輪62轉動。當轉子12g停止時，永磁體16c偏置從而處於使得磁體間隙16c'居於極快間隙20'之間，並且產生最小磁場。當轉子12g轉動時，齒輪60a中的質量失衡使齒輪60a轉動，也使齒輪62和磁體16c轉動。到轉子12g達到同步操作速度時，磁體建議16c'與極塊間隙20'對齊，以提供最大磁場用於有效同步操作。

第20A圖示出了根據本發明的可重構電動馬達轉子12f的側視圖，其中端對堆半長中空圓柱形分段四極永磁體16c的極不對齊以提供弱磁場，第20B圖示出了沿第20A圖中線20B-20B所取的可重構轉子12h的橫截面圖，其中端對端半長磁體16c不對齊以提供弱磁場。在此實施方式中，可移動的第一磁體16c(即最靠近離心閉鎖機構40的磁體)能夠轉動從而使第一磁體16c的NS極與固定的第二磁體16c的NS極錯開以產生弱磁場。此弱磁場允許包括轉子12h的馬達以異步模式啟動。

第21A圖示出了根據本發明的轉子12h的側視圖，其中端對堆半長中空圓柱形分段四極永磁體16c的極對齊以提供強磁場，第21B圖示出了沿第21A圖中線21B-21B所取的轉子12h的橫截面圖，其中端對端半長磁體16c對齊以提供強磁場。離心閉鎖機構40將第一磁體保持為不對齊直至達到足夠的每分鐘轉數從而允許配重44克服彈簧48而釋放第一磁體16c，該第一磁體16c自然地趨於與第二磁體16c對齊。

在其他實施方式中，第一磁體16c的運動可由其他機電裝置或經由粘滯阻尼控制。粘滯阻尼的示例是用矽樹脂圍繞可移動磁體16c。

第22A圖示出了根據本發明的磁分路轉子12i的側視截面圖，其具有固定永磁體72以及不導磁轉動分路環70以重構轉子，第22B圖示出了沿的22A圖中線22B-22B所取的磁分路轉子12i的橫截面圖。轉動分路環70位於固定永磁體72外側， 將固定永磁體72與位於轉動分路環70外側的外極塊20a分開，所述極塊20a包括單獨絕緣的疊層以渦流最小。

內極塊(或護鐵、或電磁指引電樞)20b位於固定永磁體72內側並提供磁通的返回路徑。內極塊20b位於馬達軸23之上，馬達軸23較佳地與內極塊20b協作以提供足夠的厚度來與固定永磁體72和轉動分路環70一起完成磁路。內極塊20b較佳地包括單獨絕緣疊層，以使渦流最小，極塊20和20a除內極塊20b外可以是單個件。在一個實施方式中，定子、外極塊20a及內極塊20b可以經由將同一件疊塊沖壓出各自的形狀製成，由此利用幾乎材料的全部從而使廢料最少從而降低成本。此製造方法在諸如空調和冰箱馬達的高容量的應用中是優選的。固定永磁體72及內極塊20b可認為是一個極塊，例如，在馬達具有四個極電樞的情況下，因為存在四個磁體。

第23A圖示出了磁分路轉子12i，其中，由永磁體72產生的磁場在轉子12i中分路用於最小有效磁場，在第23B圖中，由永磁體72產生的磁場在轉子中不分路用於最大有效磁場。分路與不分路之間的轉換藉由沿弧71轉動分路環70實現。在分路位置上，轉動分路環70上的環間隙70a不與永磁體72上的磁體間隙72a對齊，並且不與極塊20a上的極塊間隙20a'對齊。在不分路位置上，轉動分路環70上的環間隙70a與永磁體72上的磁體間隙72a對齊，並且與極塊20a上的極塊間隙20a'對齊。

第24A圖示出了具有最小有效磁場24的磁分路轉子12i，第22B圖示出了具有最大有效磁場24b的磁分路轉子12i。最小磁場允許磁分路馬達作為異步感應馬達啟動，而最大磁場允許磁分路馬達作為同步馬達有效地操作。

第25A圖示出了磁分路轉子12i的側視截面圖，其示出了用於抵抗在分路操作與不分路操作之間快速變化的粘滯阻尼結構，第25B圖示出了沿第25A圖的線25B-25B索取的磁分路轉子12i的橫截面圖，其示出了槳型阻尼結構。粘滯阻尼結構連接於轉動分路環70以抵抗轉動分路環70的轉動。轉子12i中的磁場優選地在轉子12i靜止時提供轉動分路環70到分路位置的自然偏置，並且在馬達操作時提供到不分路位置的自然偏置。

粘滯阻尼結構的示例包括在充滿粘滯流體76的室內的槳74。槳74可包括例如四個槳的多個獎。粘滯流體76可以是細流體，而矽流體的粘性可以選擇誠提供轉動分路環70的期望粘滯阻尼。槳74可以包括端口74a，該端口74a允許粘滯流體在槳沿弧78運動時流過槳74。槳74的數量和端口74a的數量和尺寸均可調整，粘滯流體的粘性也可以調整，來調整轉動分路環70的阻尼。較佳地，轉動分路環70將被充分阻尼，以避免轉動分路環70在馬達從異步操作轉換至同步操作時振動。

在另一實施方式中，藉由圍繞轉動分路環70設置空隙來提供粘滯阻尼結構。空隙由粘滯流體填充，並且阻尼程度由選 擇粘滯流體的粘性來控制。矽流體是適當的粘滯流體的示例。雖然本文將粘滯阻尼描述為用於磁分路轉子，但這種粘滯阻尼也意於應用於本文描述的可重構電動馬達的任意實施方式(例如第3至8圖、第19A、19B圖極第20A至21B圖)，無論是使用分路環或可移動永磁體都可應用。在各情況中，磁路的可移動元件可以與例如矽樹脂的粘滯材料接觸，或連接至第25A圖和第25B圖中示出並描述的粘滯阻尼結構。所述接觸可以是可移動元件的整個外表面，也可以是可移動元件的外表面的一部分。此外，粘滯材料的粘性可以為單獨的應用進行選擇，以在從弱磁場轉換至強磁場時提供足夠的延遲。

一般而言，粘滯阻尼使得從啟動時的弱磁場滯有效同步操作時的強磁場的轉換延遲。此延遲優選為大約1至5秒，但是根據啟動負載可為更長時間，並提供到接近於同步速度的強磁場的轉換的延遲。如果到強磁場的轉換(例如大約20%至30%的對齊)在馬達達到同步速度之前發生地太快，則將會使啟動轉矩，而轉換上的延遲將僅引起很短時間中的效率降低。粘滯阻尼還降低或消除在馬達轉換至強磁場時的振動。

上文描述的粘滯阻尼優選的用於小型廉價馬達，它們諸如用於普通電器中並且成本低。在大型昂貴的馬達中，包括例如齒輪和/或液壓、氣動或電器(螺線管)的機電致動器可用於精確控制轉子的磁場以優化效率，其一些實施方式再透過參引結合入本文的美國專利申請No.12/610,271中公開。

由於大型馬達成本高昂，所以致動器反饋系統對於可重構 異步至同步馬達示可行且經濟的附加裝置，因為這種致動器反饋系統的成本只是對大型馬達進行轉子翻新或採購新的大型馬達相關的成本的很小的百分比。在大型馬達中，轉子慣量和/或馬達上的負載可顯著增加啟動時間。在這種情況下，可以使用墊子控制的致動機構來控制轉子的磁場。例如，當馬達上的負載超過鎖止馬達轉矩、並且每分鐘轉數減慢至低於同步速度的約50%時，致動機構可以使馬達中的磁路元件不對齊以減小轉子的磁場，從而允許馬達在感應轉矩下恢復，直至馬達負載減小或馬達達到異步速度，此時致動機構可以使磁路元件重新對齊。

第26圖示出了致動機構第一實施方式的側視圖，其中無電刷致動馬達80附接於大型馬達30j的永磁體轉子以及定子，第27圖示出了沿第26圖中的線27-27所取的無電刷致動器馬達80的橫截面圖。致動器馬達80連接於控制器(或處理器)86，所述控制器(或處理器)86由馬達電源或單獨的低壓電源供電。用於轉動為致感測的傳感器/編碼器88連接於控制器86以提供反饋和控制。致動器馬達80包括固定線圈82以及附接有磁體的致動器轉子84。致動器轉子84連接於轉子12j的(一個或多個)可轉動永磁體，或連接於轉子12的可轉動分路塊，已將轉子12j調整微弱轉子磁場用於啟動，以及調整圍牆轉子磁場用於有效同步操作。

第28A圖示出了馬達30j的磁體16，其由致動機構的第一實施方式調整以產生弱磁場，第28B圖示出了馬達的磁體， 其由致動機構的第一實施方式調整以產生強磁場。致動器轉子84直接附連於齒輪62，所述齒輪62轉動附連於各圓柱形磁體16的齒輪60a(見第28A圖和第28B圖)。

在啟動過程中，致動器馬達80以與轉子12j相同的速度轉動，使用定位傳感器/編碼器數據來將轉子磁體(或分路塊)定位在弱磁場位置，當馬達30j達到峰值異步速度時，致動器馬達80可以加速或減速以將轉子12j的轉子磁體(或分路塊)轉動至強磁場位置，此時正常磁通相互作用將保持對齊，並且致動器馬達可以隨轉子12j自由轉動而沒有任何損失。

第29圖示出了根據本發明的致動機構的第二實施方式，其中無電刷致動器馬達80a附連於大型馬達30k，第30圖示出了沿第29圖線30-30所取的無電刷致動器馬達80的橫截面圖。圓柱形永磁體16d包括在線圈82之上延伸的急轉彎部，形成致動器馬達80a的轉子。由此，致動器馬達80能夠控制磁體16d的位置。

第31圖示出了馬達30k的永磁體16d，其由致動器馬達80控制，使用定位傳感器/編碼器88數據以及控制器86以產生弱磁場，而第31B圖示出了由致動器馬達80控制以產生強磁場的磁體16d。

雖然本發明的技術內容已經以較佳實施例揭露如上，任何熟習此技藝者，再不脫離本發明之精神所作些許之更動與潤飾，皆應涵蓋於本發明的範疇內。

10、30a、30b、30c、30d、30e、30f、30j、30k‧‧‧馬達

11、23‧‧‧馬達軸

11a‧‧‧磁體軸線

12、12a~12j‧‧‧轉子

14‧‧‧定子繞組

16、16a、16b、16c、16d‧‧‧永磁體

16c'‧‧‧磁體間隙

20、20a、20b、20c‧‧‧極塊

20'、20a'‧‧‧極塊間隙

21‧‧‧空氣間隙

24、24a、24b‧‧‧磁場

32‧‧‧棒

40‧‧‧離心閉鎖機構

42‧‧‧銷

44‧‧‧配重

46‧‧‧滑動板

48‧‧‧彈簧盤

50‧‧‧轉動板

52‧‧‧銷座

60、60a、62‧‧‧齒輪

70‧‧‧轉動分路環

70a‧‧‧環間隙

71、78‧‧‧弧

72‧‧‧固定永磁體

72a‧‧‧磁體間隙

74‧‧‧槳

74a‧‧‧端口

76‧‧‧粘滯流體

80‧‧‧致動器馬達

82‧‧‧固定線圈

84‧‧‧致動器轉子

86‧‧‧控制器

88‧‧‧傳感器/編碼器

第1A圖是根據本發明的可重構電動馬達的側視圖。

第1B圖是所述可重構電動馬達的端視圖。

第2圖是沿第1A圖中線2-2線所取的根據本發明的可重構電動馬達的橫截面圖。

第2A圖示出了根據本發明的典型雙極永磁體。

第3圖是沿著第2圖中線3-3所取的根據本發明的可重構電動馬達的橫截面圖，其示出了在徑向對齊轉子構造中具有單個雙極永磁體的本發明的實施方式。

第4圖是沿第2圖中線3-3所取的根據本發明的可重構電動馬達的橫截面圖，其示出了在徑向對齊轉子構造中具有單個四極永磁體的本發明的實施方式。

第5圖是沿第2圖中線3-3所取的根據本發明的可重構電動馬達的橫截面圖，其示出了在徑向對齊轉子構造中具有單個四極中空永磁體的本發明的實施方式。

第6圖是沿第2圖中線3-3所取的根據本發明的可重構電動馬達的橫截面圖，其示出了在徑向對齊轉子構造中具有四個永磁體的本發明的實施方式。

第7圖是沿第2圖中線3-3所取的根據本發明的可重構電動馬達的橫截面圖，其示出了在徑向對齊轉子構造中具有四對永磁體的本發明的實施方式。

第8圖是沿第2圖中線3-3所取的根據本發明的可重構電動馬達的橫截面圖，其示出了在磁通擠壓轉子構造中具有四個 永磁體轉動成提供最小磁場的本發明的實施方式。

第9A圖是沿第2圖中線3-3所取的根據本發明的可重構電動馬達的橫截面圖，其示出了在徑向對齊轉子構造中單個永磁體轉動成提供最小磁場的本發明的實施方式。

第9B圖是沿第2圖中線3-3所取的根據本發明的可重構電動馬達的橫截面圖，其示出了在徑向對齊轉子構造中單個永磁體轉動成提供最大磁場的本發明的實施方式。

第10A圖是沿第2圖中線3-3所取的根據本發明的可重構電動馬達的橫截面圖，其示出了在徑向對齊轉子構造中單個四極永磁體轉動成提供最小磁場的本發明的實施方式。

第10B圖是沿第2圖中線3-3所取的根據本發明的可重構電動馬達的橫截面圖，其示出了在徑向對齊轉子構造中單個四極永磁體轉動成提供最大磁場的本發明的實施方式。

第11A圖是沿第2圖中線3-3所取的根據本發明的可重構電動馬達的橫截面圖，其示出了在徑向對齊轉子構造中單個中空四極永磁體轉動成提供最小磁場的本發明的實施方式。

第11B圖是沿第2圖中線3-3所取的根據本發明的可重構電動馬達的橫截面圖，其示出了在徑向對齊轉子構造中單個中空四極永磁體轉動成提供最大磁場的本發明的實施方式。

第12A圖是沿第2圖中線3-3所取的根據本發明的可重構電動馬達的橫截面圖，其示出了在徑向對齊轉子構造中四個永磁體轉動成提供最小磁場的本發明的實施方式。

第12B圖是沿第2圖中線3-3所取的根據本發明的可重構電 動馬達的橫截面圖，其示出了在徑向對齊轉子構造中四個永磁體轉動成提供最大磁場的本發明的實施方式。

第13A圖是沿第2圖中線3-3所取的根據本發明的可重構電動馬達的橫截面圖，其示出了在徑向對齊轉子構造中四對永磁體轉動成提供最小磁場的本發明的實施方式。

第13B圖是沿第2圖中線3-3所取的根據本發明的可重構電動馬達的橫截面圖，其示出了在徑向對齊轉子構造中四對永磁體轉動成提供最大磁場的本發明的實施方式。

第14A圖是沿第2圖中線3-3所取的根據本發明的可重構電動馬達的橫截面圖，其示出了在磁通擠壓轉子中四個永磁體轉動成提供最小磁場的本發明的實施方式。

第14B圖是沿第2圖中線3-3所取的根據本發明的可重構電動馬達的橫截面圖，其示出了在磁通擠壓轉子中四個永磁體轉動成提供最大磁場的本發明的實施方式。

第15A圖是根據本發明的可重構電動馬達的端視圖，其中離心閉鎖機構將單個永磁體保持在最小磁場位置。

第15B圖是根據本發明的可重構電動馬達的端視圖，其中離心閉鎖機構將單個永磁體保持在最小磁場位置。

第16A圖是根據本發明的可重構電動馬達的側視截面圖，其中離心閉鎖機構將單個永磁體釋放至最大磁場位置。

第16B圖是根據本發明的可重構電動馬達的端視圖，其中離心閉鎖機構將單個永磁體釋放至最大磁場位置。

第17A圖是根據本發明的可重構電動馬達的側視截面圖，其 中離心閉鎖機構將四個永磁體保持在最小磁場位置。

第17B圖是根據本發明的可重構電動馬達的端視圖，其中離心閉鎖機構將四個永磁體保持在最小磁場位置。

第18A圖是根據本發明的可重構電動馬達的側視截面圖，其中離心閉鎖機構將四個永磁體釋放至最大磁場位置。

第18B圖是根據本發明的可重構電動馬達的端視圖，其中離心閉鎖機構將四個永磁體釋放至最大磁場位置。

第19A圖是根據本發明的可重構電動馬達的端視圖，其中離心閉鎖機構使四極永磁體轉動到最小磁場位置。

第19B圖是根據本發明的可重構電動馬達的端視圖，其中離心閉鎖機構使四極永磁體轉動到最大磁場位置。

第20A圖示出了根據本發明的可重構電動馬達的側視截面圖，其中端對端半長磁體不對齊以提供弱磁場。

第20B圖示出了沿第20A圖中線20B-20B所取的根據本發明的可重構電動馬達的橫截面圖，其中端對端半長磁體不對齊以提供弱磁場。

第21A圖示出了根據本發明的可重構電動馬達的側視截面圖，其中端對端半長磁體對齊以提供強磁場。

第21B圖示出了沿第21A圖中線21B-21B所取的根據本發明的可重構電動馬達的橫截面圖，其中端對端半長磁體對齊以提供強磁場。

第22A圖是根據本發明的磁分路轉子的側試截面圖，其具有 固定磁體及磁分路以重構轉子。

第22B圖是沿第22A圖中線22B-22B所取的磁分路轉子的橫截面圖。

第23A圖示出了磁分路轉子，其中在所述轉子內由永磁體產生的磁場分路成最小有效磁場。

第23B圖示出了磁分路轉子，其中所述轉子內由永磁體產生的不分路磁場用於最大有效磁場。

第24A圖示出了具有最小有效磁場的磁分路轉子。

第24B圖示出了具有最大有效磁場的磁分路轉子。

第25A圖是示出槳型阻尼結構的磁分路轉子的側視截面圖。

第25B圖是沿第25A圖的線25B-25B所取的示出槳型阻尼結構的磁分路轉子的橫截面圖。

第26圖示出了根據本發明的致動機構的第一實施方式的側視，具有無電刷致動器馬達，來控制大型馬達的轉子的永磁體的位置。

第27圖示出了沿第26圖中的線27-27所取的無電刷致動器馬達的第一實施方式的橫截面圖。

第28A圖示出了透過致動機構第一實施方式不對齊以產生弱磁場的馬達的磁體。

第28B圖示出了透過致動機構第一實施方式對齊以產生強磁場的馬達的磁體。

第29圖示出了根據本發明的致動機構的第二實施方式的側視 圖，具有無電刷致動馬達，來控制大型馬達的轉子的永磁體的位置。

第30圖示出了沿第29圖的線30-30所取的無電刷致動器馬達的第二實施方式的橫截面圖。

第31A圖示出了透過致動機構第二實施方式不對齊以產生弱磁場的馬達的磁體。

第31B圖出了透過致動機構第二實施方式對齊以產生弱磁場的馬達的磁體。

10‧‧‧馬達

2-2‧‧‧橫截面線

Claims (20)

1. 一種以異步模式和同步模式操作的可重構無電刷交流電動馬達，該馬達包含：一定子，該定子接收交流電源信號並產生一轉動定子磁場；一馬達軸；一轉子，該轉子隨該馬達軸一起轉動，該轉子包含：一感應元件，該感應元件用於該轉動定子磁場協作，提供操作的異步模式用於馬達啟動；一極塊，該極塊固定於該轉子；以及至少一可移動磁路元件，該至少一個可移動磁路元件位於該轉子內，並與該極塊協作，以可移動磁路元件與極塊錯位所產生之第一位置，具有產生弱磁場以允許感應馬達啟動，以及可移動磁路元件與極塊對齊所產生之第二位置，能夠相對於該轉子轉動致產生磁場以與該轉動定子磁場協作用於有效同步操作。
2. 如請求項1所述之電動馬達，其中，該可移動磁路元件包含括至少一可轉動永磁體。
3. 如請求項2所述之電動馬達，其中，該可轉動永磁體包含磁體軸線平行於該馬達軸的單個永磁體。
4. 如請求項2所述之電動馬達，其中，該可轉動永磁體包含與該馬達軸同軸的單個可轉動中空永磁體。
5. 如請求項2所述之電動馬達，其中，該可移動永磁體包含四個角度上間隔開、軸線平行且為徑向對齊轉子構造的可轉動永 磁體。
6. 如請求項2所述之電動馬達，其中，該可移動永磁體包含四組間隔開、彼此平行且為徑向對齊轉子構造的磁體，每組磁體具有至少兩個磁體。
7. 如請求項2所述之電動馬達，其中，該可移動永磁體包含四對間隔開、彼此平行且為徑向對齊轉子構造的可轉動永磁體。
8. 如請求項2所述之電動馬達，其中，該可移動永磁體包含四個間隔開、彼此平行且為磁通擠壓構造的可轉動永磁體。
9. 如請求項2所述之電動馬達，更包含一離心閉鎖機構，該離心閉鎖機構用於將至少一個磁體保留在最小磁場位置，直到達到足夠用於轉換到同步操作的每分鐘轉數。
10. 如請求項1所述之電動馬達，其中，該可移動磁路元件包含由不導磁且不可磁化材料製成之一可移動分路塊，並且能夠移動已將磁場調整為弱磁場以及調整為強磁場。
11. 如請求項10所述之電動馬達，其中，該可移動分路塊為可轉動分路環且為圓柱形，與該馬達軸同軸並圍繞與該馬達軸同軸的軸線轉動。
12. 如請求項11所述之電動馬達，其中，該可轉動分路環具有由從前置後延伸的第一間隙分隔開的分路部的可轉動圓柱形形狀，該固定永磁體具有由從前置後延伸的第二間隙分隔開的磁體部的圓柱型形狀。
13. 如請求項12所述之電動馬達，其中，該可轉動分路環位於該轉子的極塊內側，該固定永磁體位於該可轉動分路環內側。
14. 如請求項13所述之電動馬達，其中，該極塊包含與磁體部之間的該第二間隙對齊的極塊間隙。
15. 如請求項14所述之電動馬達，其中，該可轉動分路環上的該第一間隙與該極塊間隙和該固定磁體上的該第二間隙能夠不對齊，產生該弱磁場以允許該感應馬達啟動，並能夠轉動至第二位置，使該可轉動分路環上的該第一間隙與該極塊間隙和該固定永磁體上的該第二間隙對齊，從而產生強磁場用於有效同步操作。
16. 如請求項1所述之電動馬達，其中，該可移動磁路元件的轉動由粘滯阻尼結構進行阻尼。
17. 如請求項16所述之電動馬達，其中，該粘滯阻尼結構包含在由粘滯流體填充的室中的槳。
18. 如請求項16所述之電動馬達，其中，該粘滯阻尼結構包含與該可移動磁路元件直接接觸的粘滯流體。
19. 一種以異步模式啟動並在啟動後轉換至更有效地同步模式的可重構無電刷交流動馬達，該馬達含：一定子，該定子接收交流電源信號並產生一轉動定子磁場；穿過該定子之一馬達軸；一轉子，該轉子位於該馬達軸上，隨該馬達軸一起轉動，該轉子包含： 一感應元件，該感應元件用於與該轉動定子磁場協作，提供異步操作模式用於馬達啟動；一極塊，該極塊由不可磁化導磁材料製成；以及至少一可轉動永磁體，該可轉動永磁體位於該轉子內並具有與該馬達軸平行的磁體軸線，與該極塊磁協作，以可移動磁路元件與極塊錯位所產生之第一位置，具有產生弱磁場以允許感應馬達啟動，以及可移動磁路元件與極塊對齊所產生之第二位置，能夠相對於該轉子轉動致產生磁場以與該轉動定子磁場協作用於有效同步操作；以及一粘滯阻尼裝置，該粘滯阻尼裝置延遲該可轉動永磁體從弱磁場位置至強磁場位置的轉動，直到達到足夠轉換為同步操作的每分鐘轉數。
20. 一種以異步模式啟動並且在啟動後轉換至更有效的同步模式的可重構無電刷交流電動馬達，該馬達包含：一定子，該定子接收交流電源信號並產生一轉動定子磁場；穿過該定子之一馬達軸；一轉子，該轉子位於該馬達軸上，隨該馬達軸一起轉動，該轉子包含：一棒，該棒形成鼠籠式結構，用於該轉動定子磁場感應協作，提供操作的異步模式用於馬達啟動；一極塊，該極塊由不可磁化導磁材料製成；以及位於該轉子內的至少一固定永磁體； 至少一可轉動分路塊，該可轉動分路塊由不導磁不可磁化材料製成，與該固定永磁體和該極塊磁協作，並能夠圍繞平行於該馬達軸的軸線轉動，以將該轉子的磁場調整為弱磁場用於感應啟動，以及調整為強磁場用於有效同步操作；以及一粘滯阻尼裝置，該粘滯阻尼裝置延遲該可轉動分路塊從弱磁場位置至強磁場位置的轉動，直到達到足夠轉換為同步操作的每分鐘轉數。