TWI675530B - 調速式磁性齒輪電機及含有其的馬達、發電機及電動載具 - Google Patents

Abstract

一種調速式磁性齒輪電機、及含有其的馬達、發電機及電動載具，該電機包含一感磁定子件，設有同軸固定於一心軸的數個繞線部；一調磁轉動件，設有同軸圍繞該感磁定子件的數個導磁部及與該心軸反向延伸的一轉軸，該調磁轉動件與該感磁定子件之間設有至少一軸承；一永磁轉動件，設有供該轉軸穿出該永磁轉動件的一穿孔、同軸地圍繞該調磁轉動件的數個磁極部及一轉傳構造，相鄰二該磁極部的極性相反，該永磁轉動件與該轉軸、該心軸之間分別設有一軸承，其中該導磁部係位於該繞線部與該磁極部之間；及一定位軸承組，設置於該永磁轉動件與一殼體之間。

Description

調速式磁性齒輪電機及含有其的馬達、發電機及電動載具

本發明係關於一種電機裝置，特別是關於一種調速式磁性齒輪電機、其用途及含有其的電動載具。

在現今社會中，電機裝置無所不在，舉凡各種家電中提供動力的馬達到用於發電的風車或渦輪等，均可利用適當的傳動裝置與電機裝置調配後做為特定用途，如：以齒輪作為加/減速或改變扭力等傳動構件，惟因傳統齒輪嚙合傳動方式會產生傳動磨損等情況，故逐漸發展出非接觸式傳動裝置。

舉例而言，為了解決現有馬達結合於齒輪減速機易損耗能量、傳動效率不佳及過載會產生崩齒損壞等問題，遂發展出習知磁性齒輪電機(一)，主要利用固定設置的複數調磁鐵心塊環繞於一馬達之內轉子與一外轉子之間，當該馬達之內轉子供電旋轉時，藉由固定不動的調磁鐵心塊導引磁力場，使得該外轉子反向旋轉，其一實施例可參酌中華民國公告第I452825號發明專利。

此外，為了解決發電機藉由變速箱進行減速時，該變速箱中的齒輪若過載則易造成崩齒損壞等問題，遂發展出習知磁性齒輪電機(二)，主要利用一導磁軛鐵環固定設置於一發電機之內轉子與一外轉子之間，當該外轉子受外力(如風能或洋流能等)驅動而旋轉時，藉由固定不動的導磁軛鐵環調節磁場，帶動該內轉子旋轉而使該發電機產生電力，其一實施例可參酌中華民國公告第I513149號發明專利。

然而，習知磁性齒輪電機係將習知馬達或發電機構成該內轉 子，配合該內轉子與外轉子中間的導磁軛鐵環(或複數調磁鐵心塊)作為定速轉動後的動力或電力輸出依據，惟該輸出的動力、電力及轉速在定速轉動過程中無法被調整，且該導磁軛鐵環(或複數調磁鐵心塊)內部構裝體積及複雜度無法降低。

再者，習知磁性齒輪電機需具三層磁件構造，即該內轉子(第一層)的動能經中間固定的導磁軛鐵環(第二層)分配磁力導引該外轉子(第三層)旋轉，該磁力傳遞過程雖無接觸磨損，但卻會有磁力無法在定速轉動過程中被調整的情況。而今，雖有將習知磁性齒輪電機的三層構造進一步簡化的相關探討，惟仍乏善可陳。

有鑑於此，有必要提供一種有別以往的磁性齒輪電機，以解決習用技術所存在的問題。

本發明之一目的在於提供一種調速式磁性齒輪電機，其係利用固設的內部線圈與外部磁鐵之間的調磁轉動件產生旋轉，並以可轉動的永磁轉動件調整磁能，進而實現即時調速、降低構裝體積及能量遞損。

本發明之另一目的在於提供一種包含調速式磁性齒輪電機的馬達，以便提高可調速的動力輸出率。

本發明之另一目的在於提供一種電動載具，其係利用上述調速式磁性齒輪電機作為一動力來源，以便提高可調速的動力輸出率。

本發明之另一目的在於提供一種包含調速式磁性齒輪電機的發電機，以便提高可調速的電力輸出率。

為達上述之目的，本發明提供一種調速式磁性齒輪電機，可包含：一感磁定子件，設有一心軸及數個繞線部，該數個繞線部同軸地固定於該心軸；一調磁轉動件，設有一轉軸及數個導磁部，該數個導磁部同軸地圍繞該感磁定子件，該轉軸與該感磁定子件的心軸反向地延伸，該調磁轉動件與該感磁定子件之間設有至少一第一軸承；一永磁轉動件，設有數個磁極部、一穿孔及一轉傳構造，該數個磁極部同軸地圍繞該調磁轉動件，相鄰二該磁極部的極性相反，該穿孔供該調磁轉動件的轉軸穿出該永磁轉動件，該穿孔與該轉傳構造分別鄰近該心軸的二端，該永磁轉動件與 該調磁轉動件的轉軸之間設有一第二軸承，該永磁轉動件與該感磁定子件的心軸之間設有一第三軸承，其中該數個導磁部係位於該數個繞線部與該數個磁極部之間；及一定位軸承組，設置於該永磁轉動件之一外周壁與一殼體之間。

在本發明之一實施例中，該導磁部與該繞線部、該磁極部之間可分別設有一氣隙。

在本發明之一實施例中，該調磁轉動件設有二定位環，該二定位環可共同夾設該數個導磁部，相鄰二該導磁部之間的間距可相同。

在本發明之一實施例中，該轉軸可固定於該二定位環的其中一個。

在本發明之一實施例中，該永磁轉動件的穿孔可連通一腔室，該腔室可容納該感磁定子件及該調磁轉動件，該腔室的一內周壁可設有該數個磁極部。

在本發明之一實施例中，該數個磁極部可包含極性相反且交替排列的數個第一永久磁鐵與數個第二永久磁鐵。

在本發明之一實施例中，該第一軸承、該第二軸承及該第三軸承可分別為一滾珠軸承。

在本發明之一實施例中，該數個繞線部可經由一定子鐵芯結合於該心軸。

在本發明之一實施例中，該轉傳構造可設有一接環，該接環與一接頭可相互嚙接。

在本發明之一實施例中，該接頭可設置一齒盤。

在本發明之一實施例中，該定位軸承組包含二軸承件，各該軸承件可為一滾珠軸承。

為達上述之目的，本發明另提供一種包含如上所述之調速式磁性齒輪電機的馬達，其中該馬達設有一電能輸入部、一動能輸入部及一動能輸出部，該電能輸入部可電性連接該調速式磁性齒輪電機的繞線部，該動能輸入部可耦接該調速式磁性齒輪電機的轉傳構造，該動能輸出部可耦接該調速式磁性齒輪電機的轉軸。

為達上述之目的，本發明另提供一種電動載具，可包含如上所述之調速式磁性齒輪電機，另包含至少一輪件及一傳動組件，其中該傳動組件可耦合於該輪件與該調速式磁性齒輪電機之間。

為達上述之目的，本發明另提供一種包含如上所述之調速式磁性齒輪電機的發電機，其中該發電機設有一第一動能輸入部、一第二動能輸入部及一電能輸出部，該第一動能輸入部可耦接該調速式磁性齒輪電機的轉軸，該第二動能輸入部可耦接該調速式磁性齒輪電機的轉傳構造，該電能輸出部可電性連接該調速式磁性齒輪電機的繞線部。

1‧‧‧感磁定子件

11‧‧‧心軸

12‧‧‧繞線部

13‧‧‧定子鐵芯

14‧‧‧銷件

2‧‧‧調磁轉動件

21‧‧‧轉軸

22‧‧‧導磁部

23‧‧‧第一軸承

24a‧‧‧定位環

24b‧‧‧定位環

3‧‧‧永磁轉動件

31‧‧‧磁極部

32‧‧‧穿孔

33‧‧‧第二軸承

34‧‧‧第三軸承

35‧‧‧腔室

351‧‧‧內周壁

36a‧‧‧接環

36b‧‧‧接頭

36c‧‧‧齒盤

4‧‧‧定位軸承組

4a‧‧‧軸承件

4b‧‧‧軸承件

5‧‧‧殼體

E‧‧‧調速式磁性齒輪電機

R1‧‧‧第一轉向

R2‧‧‧第二轉向

T‧‧‧傳動組件

W‧‧‧輪件

第1圖：本發明實施例之調速式磁性齒輪電機之立體組合剖視圖。

第2圖：本發明實施例之調速式磁性齒輪電機之運作示意圖。

第3圖：本發明實施例之調速式磁性齒輪電機做為一馬達用於一電動載具之使用示意圖。

為了讓本發明之上述及其他目的、特徵、優點能更明顯易懂，下文將特舉本發明較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。再者，本發明所提到的方向用語，例如上、下、頂、底、前、後、左、右、內、外、側面、周圍、中央、水平、橫向、垂直、縱向、軸向、徑向、最上層或最下層等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用以說明及理解本發明，而非用以限制本發明。

請參照第1圖所示，本發明之一實施例揭露一調速式磁性齒輪電機E可包含一感磁定子件1、一調磁轉動件2、一永磁轉動件3及一定位軸承組4，該調磁轉動件2係可轉動地設於該感磁定子件1與該永磁轉動件3之間，該永磁轉動件3係可轉動地設於該調磁轉動件2與該定位軸承組4之間，該定位軸承組4設置於該永磁轉動件3與一殼體5之間，以下舉例說明其實施態樣，惟不以此為限。

舉例而言，如第1圖所示，該感磁定子件1可設有一心軸11及數個繞線部12，該數個繞線部12可同軸地固定於該心軸11。在一實 施例中，該心軸11可為一金屬軸管等，該心軸11更可延伸至該調速式磁性齒輪電機E外部，用以固定於一外部裝置，如馬達基座等，惟不以此為限。

在一實施例中，該數個繞線部12可經由一定子鐵芯13結合於該心軸11，如：該定子鐵芯13可由數個設有導磁效果之金屬片(如矽鋼片)層疊形成，用以提升導磁效果，該定子鐵芯13可套設於該心軸11之外周壁，如：該定子鐵芯13與該心軸11之間還可嵌設一銷件14(如習知插銷)，用以加強該定子鐵芯13與該心軸11的固定效果，並且該定子鐵芯13可形成數個極槽，用以繞設線圈形成該數個繞線部12，用以輸入電能使該繞線部12感應產生磁力，惟該繞線部12亦可受磁場作用而感應輸出電能。

在一實施例中，如第1圖所示，該調磁轉動件2可設有一轉軸21及數個導磁部22，該數個導磁部22同軸地圍繞該感磁定子件1，該轉軸21與該感磁定子件1的心軸11反向地延伸，該調磁轉動件2與該感磁定子件1之間設有至少一第一軸承23，在此例中，以設置兩個第一軸承23為例，該第一軸承23可為一滾珠軸承，使該調磁轉動件2與該感磁定子件1可以相對地樞轉。

在一實施例中，該調磁轉動件2設有二定位環24a、24b，該二定位環24a、24b可共同夾設該數個導磁部22，如：將設有導磁效果之數個條狀矽鋼片以該二定位環24a、24b進行鎖固，惟不以此為限；其中，相鄰二該導磁部22之間的間距可為相同，使經過該導磁部22進行傳遞之磁場分布較為均勻，惟不以此為限。

在一實施例中，如第1圖所示，該轉軸21可固定於該二定位環24a、24b的其中一個，如該轉軸21可鎖固於該定位環24b，使該轉軸21可用以輸出該調磁轉動件2產生的旋轉動能，惟該轉軸21亦可用以輸入外部動力源。

在一實施例中，如第1圖所示，該永磁轉動件3可設有數個磁極部31及一穿孔32，該數個磁極部31同軸地圍繞該調磁轉動件2，相鄰二該磁極部31的極性相反；該穿孔32可供該調磁轉動件2的轉軸21穿出該永磁轉動件3，用以輸出或輸入旋轉動能。在一實施例中，如第1圖所 示，該永磁轉動件3與該調磁轉動件2的轉軸21之間設有一第二軸承33，該第二軸承33可為一滾珠軸承，使該永磁轉動件3與該調磁轉動件2可以相對地樞轉。

在一實施例中，如第1圖所示，該永磁轉動件3與感磁定子件1的心軸11之間設有一第三軸承34，該第三軸承34可為一滾珠軸承，使該永磁轉動件3與該感磁定子件1可以相對地樞轉。

在一實施例中，該導磁部22可位於該繞線部12與該磁極部31之間，如：該導磁部22與該繞線部12、該磁極部31之間分別設有一氣隙。藉此，該磁極部31與該繞線部12共同產生的磁場可作用於該導磁部22，驅使該導磁部22移動，進而帶動該調磁轉動件2相對該感磁定子件1、永磁轉動件3旋轉，或者，當該導磁部22移動時，可對該磁極部31與該繞線部12之間的磁場產生調節作用。

在一實施例中，該永磁轉動件3的穿孔32可連通一腔室35，該腔室35容納該感磁定子件1及該調磁轉動件2，該腔室35的一內周壁351設有該數個磁極部31，例如：該數個磁極部31包含極性相反且交替排列的數個第一永久磁鐵與數個第二永久磁鐵，如：使該第一永久磁鐵以S極、該第二永久磁鐵以N極朝向該調磁轉動件2的該導磁部22，惟不以此為限。

在一實施例中，該永磁轉動件3可設有一轉傳構造，用以輸入來自外界的旋轉動能，如：該轉傳構造可設有一接環36a，該接環36a與該穿孔32可沿該心軸11的延伸方向相對設置，如：該穿孔32與該轉傳構造之接環36a可分別鄰近該心軸的二端，使該心軸11位於該接環36a與該穿孔32之間，在此例中，該接環36a鄰近該第三軸承34，該接環36a可沿該心軸11的延伸方向向外凸伸，該轉傳構造還可依實際應用配合任何用於易於輸入外部旋轉動力源的構造，作為該調速式磁性齒輪電機的一動力調整部，如：該接環36a可嚙接一接頭36b(如形成聯軸器接頭等)，用以耦接一轉動源(如馬達之轉軸等)；該接頭36b還可設置一齒盤36c，如：該齒盤36c可經由皮帶或鍊條等傳動組件與馬達聯結等，惟不以此為限，用以帶動該永磁轉動件3旋轉，以便調整電磁轉換過程，進而改變該調磁轉動件2 的轉速，據以調整本發明之調速式磁性齒輪電機的輸出能量，如動能或電能。

在一實施例中，該定位軸承組4設置於該永磁轉動件3之一外周壁與該殼體5之間，該定位軸承組4可包含二軸承件4a、4b(如滾珠軸承等)，使該永磁轉動件3可以相對地於該殼體5樞轉，該殼體5可為習知電動機殼體材料製成的適當形狀殼體，例如：以金屬材或塑料製成具有數個穿孔的構造，以便供上述心軸11、轉軸21及接環36a等伸出，惟不以此為限。

此外，如第1圖所示，本發明之一實施例揭露上述調速式磁性齒輪電機E的用途，可應用於作為一馬達，用以輸出動力；例如：該調速馬達設有一電能輸入部、一動能輸入部及一動能輸出部，該電能輸入部可電性連接該調速式磁性齒輪電機E的繞線部12，該動能輸入部可耦接該調速式磁性齒輪電機E的轉傳構造，以便銜接外部的裝置，如各式馬達軸等，惟不以此為限；該動能輸出部可耦接該調速式磁性齒輪電機E的轉軸21。以下舉例說明本發明實施例的能量配置態樣，惟不以此為限。

在一實施例中，該導磁部22可區分為m對磁極(如27對)，該磁極部31可區分為n對磁極(如22磁極對，每對均含N極與S極)，該繞線部12可由輸入的電訊號區分為k極對(如38極槽分為5極對)，用於依序輸入電訊號，其控制方式係所屬技術領域中設有通常知識者可以理解，在此容不贅述。

其中，該調磁轉動件2的轉向可由電訊號送至該繞線部12的順序而決定為一第一轉向R1或一第二轉向R2；該調磁轉動件2的轉速調整可依據該導磁部22、該磁極部31及該繞線部12之極對數的關係而定，舉例說明如下。

舉例而言，如第2圖所示，若該導磁部22的磁極對數m等於該磁極部31的磁極對數n與該繞線部12的極對數k之和，則該調磁轉動件2的轉速約為該繞線部12的電訊號變化速度(如100rpm)。依此類推，依上述m、n、k可調整轉速為等速運轉、減速運轉或加速運轉。此時，若該永磁轉動件3與該調磁轉動件2的轉向相同，則可利用該永磁轉動件3 的轉速，額外產生推進轉速之作用力，可使輸出的動力或電力進一步增加；反之，若該永磁轉動件3與該調磁轉動件2的轉向相反，則可利用該永磁轉動件3的轉速，則額外產生制動轉速之作用力，可使輸出的動力或電力進一步降低。

因此，藉由預先決定該導磁部22、磁極部31、繞線部12的極對數，即可簡單地確定該調磁轉動件2的轉速，使該馬達用作一等速機、一減速機或一加速機。而且，在運作過程中，即時調整該永磁轉動件3的轉向及轉速，可以實現即時調整或改變輸出動力的效果。

藉此，如第3圖所示，本發明之一實施例另揭露一種電動載具，可包含如上所述之調速式磁性齒輪電機E，該電動載具還可包含至少一輪件W及一傳動組件T，該傳動組件T可耦合於該輪件W與該調速式磁性齒輪電機E的轉軸21之間，例如：該輪件W可為習知各種車輛之輪子，該傳動組件T可為習知用於車輛傳動之傳動組件，其係本發明所屬技術領域中設有通常知識者可以理解，在此容不贅述。

此外，如第1圖所示，本發明之一實施例揭露上述調速式磁性齒輪電機E的用途，可應用於作為一發電機，其中該發電機設有一第一動能輸入部、一第二動能輸入部及一電能輸出部，該第一動能輸入部耦接該調速式磁性齒輪電機E的轉軸21，該第二動能輸入部可耦接該調速式磁性齒輪電機的轉傳構造，該電能輸出部可電性連接該調速式磁性齒輪電機E的繞線部12。

舉例而言，該調磁轉動件2之轉軸21可結合一扇葉或一渦輪，用以接收外力(如風力或水力等)輸入動能，驅使該調磁轉動件2旋轉，進而使該感磁定子件1的繞線部12產生電力輸出，更可利用該調磁轉動件2與該永磁轉動件3的同向運轉，以增強電力產生效果，其運作方式係本發明所屬技術領域中設有通常知識者可以理解，在此容不贅述。

雖然本發明已以較佳實施例揭露，然其並非用以限制本發明，任何熟習此項技藝之人士，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種更動與修飾，因此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。

Claims (14)

1. 一種調速式磁性齒輪電機，包含：一感磁定子件，設有一心軸及數個繞線部，該數個繞線部同軸地固定於該心軸；一調磁轉動件，設有一轉軸及數個導磁部，該數個導磁部同軸地圍繞該感磁定子件，該轉軸與該感磁定子件的心軸反向地延伸，該調磁轉動件與該感磁定子件之間設有至少一第一軸承；一永磁轉動件，設有數個磁極部、一穿孔及一轉傳構造，該數個磁極部同軸地圍繞該調磁轉動件，相鄰二該磁極部的極性相反，該穿孔供該調磁轉動件的轉軸穿出該永磁轉動件，該穿孔與該轉傳構造分別鄰近該心軸的二端，該永磁轉動件與該調磁轉動件的轉軸之間設有一第二軸承，該永磁轉動件與該感磁定子件的心軸之間設有一第三軸承，其中該數個導磁部係位於該數個繞線部與該數個磁極部之間；及一定位軸承組，設置於該永磁轉動件與一殼體之間。
2. 如申請專利範圍第1項所述之調速式磁性齒輪電機，其中該導磁部與該繞線部、該磁極部之間分別設有一氣隙。
3. 如申請專利範圍第1項所述之調速式磁性齒輪電機，其中該調磁轉動件設有二定位環，該二定位環共同夾設該數個導磁部，相鄰二該導磁部之間的間距相同。
4. 如申請專利範圍第3項所述之調速式磁性齒輪電機，其中該轉軸固定於該二定位環的其中一個。
5. 如申請專利範圍第1項所述之調速式磁性齒輪電機，其中該永磁轉動件的穿孔連通一腔室，該腔室容納該感磁定子件及該調磁轉動件，該腔室的一內周壁設有該數個磁極部。
6. 如申請專利範圍第5項所述之調速式磁性齒輪電機，其中該數個磁極部包含極性相反且交替排列的數個第一永久磁鐵與數個第二永久磁鐵。
7. 如申請專利範圍第1項所述之調速式磁性齒輪電機，其中該第一軸承、該第二軸承及該第三軸承分別為一滾珠軸承。
8. 如申請專利範圍第1項所述之調速式磁性齒輪電機，其中該數個繞線部經由一定子鐵芯結合於該心軸。
9. 如申請專利範圍第1項所述之調速式磁性齒輪電機，其中該轉傳構造設有一接環，該接環與一接頭相互嚙接。
10. 如申請專利範圍第9項所述之調速式磁性齒輪電機，其中該接頭設置一齒盤。
11. 如申請專利範圍第1項所述之調速式磁性齒輪電機，其中該定位軸承組包含二軸承件，各該軸承件為一滾珠軸承。
12. 一種包含如申請專利範圍第1至11項任一項所述之調速式磁性齒輪電機的馬達，其中該馬達設有一電能輸入部、一動能輸入部及一動能輸出部，該電能輸入部電性連接該調速式磁性齒輪電機的繞線部，該動能輸入部耦接該調速式磁性齒輪電機的轉傳構造，該動能輸出部耦接該調速式磁性齒輪電機的轉軸。
13. 一種電動載具，係包含如申請專利範圍第1至11項任一項所述之調速式磁性齒輪電機，另包含至少一輪件及一傳動 組件，其中該傳動組件耦合於該輪件與該調速式磁性齒輪電機之間。
14. 一種包含如申請專利範圍第1至11項任一項所述之調速式磁性齒輪電機的發電機，其中該發電機設有一第一動能輸入部、一第二動能輸入部及一電能輸出部，該第一動能輸入部耦接該調速式磁性齒輪電機的轉軸，該第二動能輸入部耦接該調速式磁性齒輪電機的轉傳構造，該電能輸出部電性連接該調速式磁性齒輪電機的繞線部。