多相旋转电机的制作方法

专利名称：多相旋转电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种多相旋转电机，特别是其电枢成员的每相单元与其它相单元 相互间以磁性隔离，并且在每一 电磁体组件或每一磁性组件上，每一组件本身的 极相互间约呈平行与轴向延展配置。
背景技术：
以通用电机而言，不论直流电机或交流电机的运作，其转子与定子间均采用 磁极同性相斥、异性相吸的磁原理。
Kawai等人在美国专利授权公告号5436518中提出一动力产生装置，其定子 的复数个电磁体的每条磁路被安排彼此各自独立，以便电磁体分别单独被磁化以 与其它电磁体无关，并对电磁体顺序励磁以控制转子运动在一预定方向。其藉由 安排电磁体各自独立，以处理毗邻线圈间磁通的转换干扰效应，使应用至电磁体 的能量可被最大有效利用，并尽量减少妨碍转子运动的干扰力量。
而后，马斯洛夫等人于中国专利申请公开号CN1561569中提出一种旋转电 机，其轴向对准的定子极与转子极各自具有面向径向的极面，藉由定子上各自独 立的电磁体极对的安排以处理毗邻的电磁体线圈间的磁通的转换干扰效应，并以 轴向对准的定子电磁体极对与轴向对准的转子永久磁铁磁极提供集中的面向径 向的磁通分布。
为了获得更大的总有效气隙表面面积，中国专利申请公开号CN1561569中公 开的电机，其轴向对准的定子极与转子极藉由形成整体一部份的轴向延伸额外 极，通过电枢电磁体极对的轴向延伸额外极和场磁极磁铁的相应轴向延伸额外极
3的增加，以进一歩增进电机之高转矩能力。然而，在此电机中，作为构成相的电 磁体线圈藉由多相电流激磁以产生一力量于电动机中；虽然电磁体的复数极因导 磁性核心部份而可提供较大力矩，但在电磁体通过永久磁铁时，电磁体将形成不 想要的额外顿转力矩。
为了降低电机因电磁体而产生顿转力矩的不利影响，什奥哈穆尼安等人于中
国专利申请公开号CN1659767中描述的电机，藉由安排定子极表面几何形状和转 子磁铁表面几何形状彼此相互歪斜关联以平衡不想要的顿转力矩，此种方式，并 不影响电机原有的磁通集中性能，且可降低顿转力矩的不利影响。但此种结构， 类同于中国专利申请公开号CN1561569中电机的电磁体的多相安排，而对移动方 向空间有效利用不利。为了说明中国专利申请公开号CN1561569中的此种状况， 以图l作为例示。
图1为中国专利申请公开号CN1561569中电机的转子磁极极面与作为定子极 极面的部份平面布局的示意图。电机的转子藉由在环绕着旋转轴的圆周方向上安 置永久磁体以形成轮状环的磁道；因而，在永久磁体的轮状环2'上，永久磁体 的复数个永久磁铁部份以轴向隔开的磁极极面2a、 2b、 2c环绕着旋转轴以构成 一永久磁体轮状环的磁道；图1的下边部份描绘有永久磁体的轮状环2'的5个 永久磁体的永久磁铁部份的磁极极面。而电机的定子则藉由复数个铁磁性隔离的 以导磁性材料制成的定子电磁体3e环绕着旋转轴以形成一电磁体轮状环；其中， 每一电磁体3e的轴向隔开的3个极各自以各自极面3ea、3eb、3ec与磁极极面2a、 2b、 2c以径向气隙分隔；图1的上边部份则描绘定子的4个电磁体3e的3个极 的极面。藉由图1的平面布局的示意图，以说明定子极与转子极隔着径向气隙相 互间在空间中的径向对应关系。在电机结构中，旋转轴方向为图中的垂直方向；图下边的转子的5个永久磁体的磁极极面2a、 2b、 2c仅只与图上边的定子的4 个电磁体3e的极面3ea、 3eb、 3ec以径向气隙分隔。
在图1电机中，为了控制转子与定子间在一预定移动方向上的一相对移动， 必需沿移动方向安排一序列的电磁体，直到一列的电磁体形成多相，并对沿移动 方向排列的电磁体3e中的线圈依顺序加以多相励磁电流，而控制转子运动以一 预定方向。此种在一个永久磁体轮状环形成的磁道中，以4个电磁体对应5个永 久磁体的4相电机结构，造成电机在移动方向的空间不能被有效利用。
因而，为了有效利用电机在移动方向的空间，而将电机结构如说明在之后的 图2的例示，更改为在电机的单一磁道中，以5个电磁体对应5个永久磁体的单 相结构。此时，因电磁体数量的增加，而获得更大的总有效气隙表面面积；但因 电机的单相结构，将造成当某一电磁体的极的极面与某一永久磁体的磁极极面相 互间以径向面对面时，另外其它的每一电磁体的极的极面也必定与永久磁体其中 之一的磁极极面相互间以径向面对面。此种状况，使电磁体线圈中不论是否有励 磁电流，电磁体与永久磁体相互间作用力的方向必然为径向，因而不利于电机的 运作。
为了使电机可获得移动方向所需的电磁力，电机结构必需如图1例示的多相 结构安排，以获得可用的运转特性。此外，电机结构的多相安排，也可平缓其顿 转力矩的不利影响。
对任一多相安排的电机结构而言，其在一具有两组相电磁体线圈的两相电机 中，两个相电流可均为一交流正弦波，且以一90度相位相互偏移。
在一具有三组相电磁体线圈的三相电机中，三个相电流可均为一交流正弦 波，且以一120度相位相互偏移。为了简化，之后的本发明参考到最普通的三相电机的三相操作，而且全部本 发明的陈述对多于或少于三相的电机也有效。
此外，当图1电机以含永久磁铁的永久磁体形成的轮状环磁道作为定子，且 铁磁性隔离的以导磁性材料制成的多相电磁体作为转子时，因围绕着旋转轴的圆 周方向上必需留下许多空间以安排电磁体的多相结构，而使电机在移动方向的空 间上有许多被占用，故对电机在围绕着旋转轴的圆周方向的移动空间上同时安排 多个各自独立移动的个体不利；而且，也不利于电机在移动方向的空间有效利用。
因此，有一种需求，就是更有效的利用电机在围绕着旋转轴的圆周方向的移 动空间。

发明内容
本发明要解决现有技术对移动方向空间有效利用不利的缺点，提供一种电枢 成员的每相单元与其它相单元相互间以磁性隔离的多相旋转电机，其藉由多相单 元与二个或更多的磁道对应，以增加旋转电机在三维空间中更多的平行气隙，使
每相单元对应的磁道可与其它相单元对应的磁道不同，而达成更有效的利用电机 在围绕着旋转轴的圆周方向的移动空间。
本发明提供的多相旋转电机，在获得电机特性中的磁通集中以及磁通损失与 干扰效应的极小化的同时，利用多相单元的安排、电磁体组件的极的各自极面与 隔着径向气隙相应的磁性组件的相应磁极极面相互间的表面几何形状有差异，以 降低顿转力矩的不利影响；并且，藉由多相单元与二个或更多的磁道对应，与每 相单元的电磁体组件对应的磁道与其它相单元的电磁体组件对应的磁道不同，以 更有效的利用电机的移动方向空间。此外，当需要时，还可同时安排更多的各自 独立移动的个体。因而，本发明的一目标在提供一种每相单元与其它相单元相互间以磁性隔离 的多相旋转电机，针对电机的特性具有磁通集中、线圈间的磁通转换干扰效应的 去除，其藉由旋转电机的电磁体组件的多相单元与二个或二个以上的磁道对应， 使电机在相同体积的状况下，增加有效气隙表面面积来提供更高的力矩，使电机 的空间利用更有效率。
本发明的另一目标在提供一种每相单元与其它相单元相互间以磁性隔离的 多相旋转电机，针对电机的特性具有磁通集中、线圈间的磁通转换干扰效应的去 除，其藉由旋转电机的电磁体组件的多相单元与二个或二个以上的磁道对应，使 电机针对需要较小输出力矩的个体，可在移动方向保留更多的空间，以视需要安 排更多的各自独立移动的个体。
本发明的主要目标在提供一种每相单元与其它相单元相互间以磁性隔离的 多相旋转电机，针对电机的特性具有磁通集中、线圈间的磁通转换干扰效应的去 除，其藉由旋转电机的电磁体组件的多相单元与二个或二个以上的磁道对应，且 电磁体组件的极的各自极面与隔着径向气隙相应的磁性组件的相应磁极极面相 互间的表面几何形状有差异，使电机的空间利用更有效率，并降低顿转力矩对输 出造成脉动。
本发明的另一主要目标在提供一种每相单元与其它相单元相互间以磁性隔 离的多相旋转电机，针对电机的特性具有磁通集中、线圈间的磁通转换干扰效应 的去除，其藉由旋转电机的电磁体组件的多相单元与二个或二个以上的磁道对 应，且电磁体组件的极的各自极面与隔着径向气隙相应的磁性组件的相应磁极极 面相互间的表面几何形状有差异，使电机针对需要较小输出力矩的个体，可在移动方向保留更多的空间，以视需要安排更多的各自独立移动的个体，并降低顿转 力矩对输出造成脉动。
本发明所述的一种多相旋转电机，含有
一个场磁铁成员，具有二个或二个以上的磁道，而每一磁道为含永久磁铁的 磁性组件环绕着旋转轴的圆周方向配置以形成一轮状环，且该磁性组件本身的磁 极相互间约呈平行与轴向延展配置，与每一磁极极面祇显示出一单一的磁场极 性，以及该每一磁性组件本身的毗邻磁极极面具有的磁场极性相反；
一个电枢成员，具有的多相单元构成以每相单元含有至少一个电磁体组件， 而该每相单元与其它相单元相互间以磁性隔离，且该电磁体组件本身的极相互间 约呈平行与轴向延展配置；其特征为
该电枢成员的该每相单元的电磁体组件环绕着旋转轴的圆周方向与该场磁 铁成员的磁道其中之一呈同轴配置，以及该每相单元电磁体组件的每极极面各自 与该呈同轴配置的磁道的该磁性组件磁极极面其中之一以径向气隙分隔；并且，
藉由该多相单元的该每相单元各自与该场磁铁成员的磁道其中之一呈同轴 配置，以及在该与磁道其中之一呈同轴配置该每相单元电磁体组件流动一预定偏 移值的交流电流，而导致该电枢成员与该场磁铁成员间的一相对运动。
进一步，该每相单元的电磁体组件对应的磁道，与其它相单元的电磁体组件 对应的磁道不同。
进一步，该每一 电磁体组件都各自经由非导磁性材料组成的支撑构造分别固 定，使该每一电磁体组件相互间无铁磁性的接触。
进一步，该电磁体组件具有线圈与导磁性的链接部份，当该电磁体组件的线 圈加以电流激磁时，在该电磁体组件每极极面产生一单一的磁场极性，并使该电磁体组件本身的毗邻极极面产生的磁场极性相反，而当该线圈中通过的电流逆转 时，在该电磁体组件每极极面的磁场极性也随之逆转。
进一步，该场磁铁成员每一磁道的该磁性组件的每一磁极，与环绕着旋转轴 的圆周方向排列的毗邻磁性组件的毗邻磁极，沿着环绕着旋转轴的圆周方向以磁 极极性N/S连续交替配置。
更进一步，该电磁体组件的极的各自极面与隔着径向气隙相应的磁性组件的 相应磁极极面相互间的表面几何形状有差异。
更进一步，该场磁铁成员的每一磁道沿着环绕着旋转轴的圆周方向的毗邻磁 性组件相互间无铁磁性的接触。
再进一步，该每一磁性组件的永久磁铁藉由导磁性材料形成的链接部份结合 成一整体，使形成磁性组件磁极的永久磁铁在面向径向气隙的表面祇显示出一个 单一的磁场极性，并与结合至磁性组件的链接部份的永久磁铁背面表面的磁场极 性相反。


本发明之绘图在作为例示说明，而非经由限制来叙述，在绘图中的相似组件 以相似参考数字表示。将本发明的少量一些实施形态，以随后绘图例示说明如下
图1为中国专利申请公开号CN1561569中电机的转子磁极极面与作为定子极
极面的部份平面布局的示意图。
图2为本发明第一实施例的部份组成成份的零附件的立体分解图。
图3为图2电机的转子部份磁性组件的永久磁极极面与相应的定子部份电磁图4为图3电机的改变转子部份磁性组件永久磁极的极数与相应的定子部份
电磁体组件极的极数均为两个的部份平面布局的示意图。
图5为可应用于本发明的三相电机中电磁力的平面图。
图6为本发明第二实施例的转子磁性组件的永久磁极极面与相应的定子电 磁体组件的极极面的部份平面布局的示意图，其类同于以三个图4电机沿轴向布 置组合而得。
图7为本发明的第三实施例，类同于图6中的平面布局的示意图的一个改变 结构的部份平面布局的示意图。
图8为本发明第四实施例，类同于图7中的平面布局的示意图的一个改变结 构的部份平面布局的示意图。
图9为本发明第五实施例，类同于图6中的平面布局的示意图的另一改变结 构的部份平面布局的示意图。 附图中的标号的说明
每相电磁力Fa、 Fb、 Fc
三相电磁力的合成力F为定值
永久磁体的轮状环2'
永久磁极的极面2a、 2b、 2c
电磁体3e、 80a、 80a' 、 80a' a、 80a' b、 80a' c
定子部份8
电枢成员的轮状环80' ' 、 80''' 相单元的轮状环80、 80' 、 80' a、 80' b、 80' c
电磁体组件的线圈85电磁体组件的导磁性的链接部份84
电磁体组件的极3ea、 3eb、 3ec、 81、 82、 83、 81' 、 82' 、 81' a、 82' a、 81' b、 82' b、 81' c、 82' c、 81' a、 82， a、 81' b、 82， b、 81' c、 82' c
电磁体组件的支撑构造89 转子部份7 转子外环79
场磁铁成员的轮状环70"、 70'， ' 、 701
磁性组件轮状环的磁道70、 70' 、 70' a、 70' b、 70' c 、 701a、 701b、 701c 磁性组件的磁极71、 72、 73、 71' 、 72'、 71' a、 72' a、 71' b、 72' b、 71' c、 72' c、 711a、 712a、 711b、 712b、 711c、 712c 磁性组件的链接部份74
毗邻电磁体组件沿环绕着旋转轴的圆周方向的极间间隙77、 77' 毗邻磁性组件沿环绕着旋转轴的圆周方向的极间间隙87、 87'
具体实施例方式
实施例一
图2为本发明第一实施例的部份组成成份的零附件的立体分解图，以图示例 示说明第一实施例其中一相的结构。图2的电机结构含有一个转子部份7与一个 定子部份8。在作为转子部份7的场磁铁成员上，每一磁性组件的永久磁铁71、 72、 73相互间约呈平行与轴向延展配置，并藉由导磁性材料形成的链接部份74 结合成一整体。形成磁性组件磁极的永久磁铁71、 72、 73可以是薄的双极性永 磁铁，使每一永久磁铁磁极极面都只显示出一个单一的磁极极性，并与结合至磁
11性组件的链接部份的永久磁铁背面表面的磁场极性相反。藉由一转子外环79的
帮助，含永久磁铁的磁性组件环绕着旋转轴的圆周方向配置以形成一磁性组件轮
状环的磁道70，使磁性组件的每一磁极与环绕着旋转轴的圆周方向排列的毗邻 磁性组件的毗邻磁极，沿着环绕着旋转轴的圆周方向以磁极极性N/S连续交替配 置；每一磁性组件的每一磁极71、 72、 73在面向径向气隙的表面祇显示出一个 单一的磁场极性且本身的毗邻磁极极面具有的磁场极性相反(图中未显示)。因 而，当环绕着旋转轴的圆周方向的毗邻磁性组件相互间无铁磁性的接触，且转子 外环79以非导磁性物质制造时，导磁性物质制造的链接部份74形成磁性组件之 轭铁，以作为磁性组件的永久磁铁磁极之一个磁通回归的路径，使磁通集中在磁 性组件两永久磁极的端部。作为定子部份8的电枢成员上，相互间以磁性隔离的 电磁体组件80a沿着环绕着旋转轴的圆周方向排列以形成一相单元的电磁体组件 轮状环80，而电磁体组件本身的极81、 82、 83相互间约呈平行与轴向延展配置； 其中，每一电磁体组件80a都各自经由非导磁性材料组成的支撑构造89分别固 定，使每一定子电磁体组件相互间的磁路实质上各自独立，以处理毗邻电磁体组 件间的磁通转换干扰效应。其中，每一电磁体组件具有两线圈85，以及每一电 磁体组件的极81、 82、 83经由一导磁性的链接部份84连接，使电磁体组件的线 圈加以电流激磁时，在电磁体组件的每极81、 82、 83的极面产生一单一的磁场 极性，并使电磁体组件本身的毗邻极极面产生的磁场极性相反，而当线圈中通过 的电流逆转时，在电磁体组件的极的极面的磁场极性也随之逆转。因而，电磁体 组件的极81、 82、 83的极面各自与呈同轴配置的磁性组件磁极其中之一71、 72、 73的极面以径向气隙分隔；当电磁体组件80a上的两线圈85受到激磁时，其磁 通经由电磁体组件的导磁性的链接部份84与极81、 82、 83，透过分隔定子及转
12子的径向气隙与转子磁性组件的永久磁铁71、 72、 73相互间作电磁交互作用。 在此每一电磁体组件上的两线圈85可串联或并联激磁，或是视需要以安排不同 数目的线圈数量。
图3为图2电机的转子部份磁性组件的永久磁极极面与相应的定子部份电磁 体组件的极极面的部份平面布局的示意图。图中，上半部显示一相单元的电磁体 组件轮状环80的5个毗邻电磁体组件80a沿环绕着旋转轴的圆周方向的平面布 局，其中毗邻电磁体组件沿环绕着旋转轴的圆周方向以间隙77分隔；下半部显 示一磁性组件轮状环的磁道70的5个毗邻的含永久磁铁的转子磁性组件沿环绕 着旋转轴的圆周方向的平面布局，其中毗邻磁性组件沿环绕着旋转轴的圆周方向 以间隙87分隔。图3中，电磁体组件三个极的较上方极83的极面与磁性组件的 较上方磁极73的极面相应，电磁体组件三个极的中间极82的极面与磁性组件的 中间磁极72的极面相应，电磁体组件三个极的较下方极81的极面与磁性组件的 较下方磁极71的极面相应，且电磁体组件80a相互间以磁性隔离。因而，图中 例示的由左至右排列的下半部5个毗邻磁性组件可以安排为较下方磁极71的 极面极性以N、 S、 N、 S、 N，中间磁极72的极面极性以S、 N、 S、 N、 S，较上 方磁极73的极面极性以N、 S、 N、 S、 N (图中未显示)。本发明借助的此种上 述结构，虽然尽量利用了移动方向的空间，但因一序列电磁体组件沿环绕着旋转 轴的圆周方向的极间间隙77有相同间距，以及磁道上的毗邻磁性组件沿环绕着 旋转轴的圆周方向的极间间隙87有相同间距，将造成当某一电磁体组件的极的 极面与某一磁性组件的磁极极面相互间以径向面对面时，另外其它的每一 电磁体 组件的极的极面也必定与磁性组件其中之一的磁极极面相互间以径向面对面。此 种单相结构，使电磁体组件的线圈中不论是否有励磁电流，电磁体组件与磁性组件相互间作用力的方向必然为径向，因而不利于电机的运作。虽然电机为了有效 利用移动方向空间，可依需要设计沿环绕着旋转轴的圆周方向安排一序列电磁体
组件的极间间隙77或毗邻磁性组件的极间间隙87以不同的间距，并在合宜的时 间分别对每一电磁体组件各自激磁，以获得想要的性能；然而，不同间距的极间 间隙安排虽有尽量利用移动方向空间的利益，但将使电机的控制变成更复杂与困 难。
组合沿轴向布置的三个图2电机，以作为本发明的完整第一实施例的三相旋 转电机，其中每一图2电机为第一实施例的三相旋转电机的其中一相。因而，电 枢成员的每相单元的电磁体组件分别与场磁铁成员的磁道其中之一的磁性组件 以径向对应，且每相单元对应的磁道与其它相单元对应的磁道不同。藉由之后本 发明例示的第二或第三实施例以推论至第一实施例，而第二或第三实施例的场磁 铁成员的每一磁性组件的永久磁极数目与电枢成员的每一电磁体组件的极数目 被以两个作为例示，故不再在此做进一步的说明。
本发明的各种实施形态中，旋转电机的场磁铁成员的每一磁性组件的永久磁 极数目，与电枢成员的每一电磁体组件的极数目，可具有两个或超过两个以上。 为了易于表现场磁铁成员的每一磁性组件，与电枢成员的每一电磁体组件的在空 间中的相互关系，在之后的绘示与叙述说明中，旋转电机的场磁铁成员的每 一磁性组件的永久磁极数目，与电枢成员的每一电磁体组件的极数目，均以两个 作为例示。
图4为图3电机的改变转子部份磁性组件永久磁极的极数与相应的定子部份 电磁体组件极的极数均为两个的部份平面布局的示意图。图3电机的一相单元的 电磁体组件轮状环80与磁性组件轮状环的磁道70，在图4中被以一相单元的电磁体组件轮状环80'与磁性组件轮状环的磁道70'替代；故而每一电磁体组件 极的极数与每一磁性组件永久磁极的极数，各自由图3的三极更替成图4的两极， 其以图示例示在图中。图4中，图中上半部的5个电磁体组件80a'相互间以磁性 隔离，且毗邻电磁体组件80a'沿环绕着旋转轴的圆周方向具有极间间隙77'; 而下半部的5个毗邻磁性组件沿环绕着旋转轴的圆周方向则以极间间隙87'分 隔。图中上半部的5个电磁体组件80a'的两极的上方极82' 的极面与下半部的 5个磁性组件的两磁极的上方磁极72'的极面隔着一径向气隙相应；而上半部的 5个电磁体组件的两极的下方极81'的极面则与下半部的5个磁性组件的两磁极 的下方磁极71'的极面隔着一径向气隙相应。图中例示的由左至右排列的下半 部5个毗邻磁性组件可以安排为下方磁极71'的极面极性以N、 S、 N、 S、 N， 上方磁极72的极面极性以S、 N、 S、 N、 S (图中未显示)。在此每一磁道上的 各个电磁体组件的线圈可视需要串联、并联或视需要以各自激磁，使同一磁道的 各个电磁体组件的线圈上流通的电流为相同相的相电流；祇是当环绕着旋转轴的 圆周方向排列的毗邻电磁体组件的线圈以同相电流激磁时，不仅电磁体组件本身 的毗邻极极面产生的磁场极性相反，而且环绕着旋转轴的圆周方向排列的毗邻电 磁体组件，在其沿着环绕着旋转轴的圆周方向的毗邻磁极极面产生的磁场极性也 相反，使之能与相应磁道上沿环绕着旋转轴的圆周方向并以磁极极性N/S连续交 替配置的相应磁极以电磁交互作用。而且，每一电磁体组件上的线圈数量，可视 需要以安排至少一个线圈以上的数量。相对于图3电机，图4电机结构所作的改 变，虽然因总有效气隙表面面积的减少，而不利于极大值输出，但图4电机与图 3电机具有完全类同的特性与限制。
15图5为可应用于本发明的三相电机中电磁力的平面图。图中显示三相电机在
移动方向的各位置上，预定安排作用在移动方向的每相电磁力Fa、 Fb、 Fc的平 面展开图，因电枢三相线圈中的三相交流电流，使每相电磁力Fa、 Fb、 Fc的合 成力F为定值，并显示于图中。 实施例二、三
图6为本发明第二实施例的转子磁性组件的永久磁极极面与相应的定子电 磁体组件的极极面的部份平面布局的示意图，其类同于组合沿轴向布置的三个图 4电机。图7为本发明的第三实施例，类同于图6中的平面布局的示意图的一个 改变结构的部份平面布局的示意图。在图6或图7中，本发明第二或第三实施例 的三相旋转电机，显示其电枢成员的三相单元如何沿着环绕着旋转轴的圆周方向 与场磁铁成员的三个轮状环磁道上的磁性组件相应；藉由电枢成员的三相单元的 每相单元分别对应各自不同的磁道，以依据本发明工艺所作的安排，使三相单元
的每相单元与各自与场磁铁成员的磁道其中之一呈同轴配置，其中在三相旋转电 机的每相单元电磁体组件的线圈中流通的交流正弦波电流相对于毗邻相单元电 磁体组件的线圈流通的交流正弦波电流有120度相位偏移量，使三相旋转电机获 得基本上为定值的合成力，来达成图5中描述的效应。在此以三相作为例示。
在图6或图7中作为例示说明的三相旋转电机的部份平面布局示意图，其类 同于沿轴向布置以三个图4电机；其中，每一图4电机作为第二与或三实施例的 三相旋转电机的其中一相。在图6或图7的例示中，全部的磁性组件被均分为三 个磁性组件轮状环的磁道70' a、 70' b、 70' c，使每一磁性组件轮状环的磁道 隔着各自的径向气隙各自与三个相单元的轮状环80' a、 80' b、 80' c的其中之 一相应；因而，每相单元对应的磁道具有与其它相单元对应的磁道不同。如图6的例示，三相旋转电机的场磁铁成员的轮状环70''的三个磁性组件 轮状环的磁道70' a、 70' b、 70' c各自的磁性组件相互间被安排沿着环绕着旋 转轴的圆周方向以各自的磁性组件两磁极(71' a、 72' a) 、 (71' b、 72' b)、
(71' c、 72' c)的极面在轴向上相互偏移；而三相旋转电机的电枢成员的轮状 环80''的三个相单元的轮状环80' a、 80' b、 80' c各自的电磁体组件相互间 则被安排沿着环绕着旋转轴的圆周方向以各自的电磁体组件两极(81' a、 82' a) 、 (81' b、 82, b) 、 (81' c、 82' c)的极面相互以轴向延展排列。
如图7的例示，三相旋转电机的场磁铁成员的轮状环70'''的三个磁性 组件轮状环的磁道70' a、 70' b、 70' c各自的磁性组件相互间被安排沿着环绕 着旋转轴的圆周方向以各自的磁性组件两磁极(71' a、72' a)、 (71' b、72' b)、
(71' c、72' c)的极面相互以轴向延展排列；而电枢成员的轮状环80'''的 三个相单元的轮状环80' a、 80' b、 80' c各自的电磁体组件相互间则被安排沿 着环绕着旋转轴的圆周方向以各自的电磁体组件两极(81' a、82' a)、 (81' b、 82， b) 、 (81' c、 82， c)的极面在轴向上相互偏移。
图6或图7中的三相旋转电机类同于各自以三个图4电机组成，其中每一图 4电机作为三相旋转电机的其中一相，电枢成员的每相单元电磁体组件的每极极 面各自与呈同轴配置的磁性组件轮状环的磁性组件磁极极面其中之一以径向气 隙分隔；每一图的上半部显示五组毗邻的电磁体组件沿环绕着旋转轴的圆周方向 的平面布局，其中每组三个电磁体组件各自含有各自的两极(81' a、 82' a)、
(81' b、 82' b) 、 (81' c、 82' c)的极面，且每组的三个电磁体组件相互间 以磁性隔离；每一图的下半部显示五组毗邻的磁性组件沿环绕着旋转轴的圆周方 向的平面布局，其中每组的三个磁性组件各自含有各自的两磁极(71' a、72' a)、(71' b、 72' b) 、 (71' c、 72' c)的极面。在各自的图中，上方电磁体组件 的两极(81' a、 82' a)的极面与上方磁性组件的两磁极(71' a、 72' a)的极 面相应，中间的电磁体组件的两极(81' b、 82' b)的极面与中间的磁性组件的 两磁极极面(71' b、 72' b)的极面相应，下方的电磁体组件的两极(81' c、 82' c)的极面与下方的磁性组件的两磁极(71' c、 72' c)的极面相应。此种结 构，藉由在轴向上安排一序列的电磁体组件，并对沿轴向排列的电磁体顺序励磁 以控制转子运动在一预定方向。此种安排，可在移动方向长度有限的限制下，藉 由增加更多的平行气隙提供更高的力矩输出；或在相同体积条件下，在移动方向 空间中安排更多数目的电磁体组件，以更有效的利用电机在围绕着旋转轴的圆周 方向的移动空间，来提供更高的力矩输出。因而，可对电机的移动方向空间作更 有效利用。
图6或图7的实施例例示的三相旋转电机，其可藉由每一电磁体组件都各自 经由非导磁性材料组成的支撑构造分别固定，与沿环绕着旋转轴的圆周方向毗邻 的电磁体组件间的间隙使沿环绕着旋转轴的圆周方向毗邻的电磁体组件相互间 无铁磁性接触，以降低毗邻线圈间的磁通转换干扰效应；而沿环绕着旋转轴的圆 周方向毗邻的磁性组件间的间隙使沿环绕着旋转轴的圆周方向毗邻的磁性组件 相互间以磁性隔离，可使磁性组件的磁极磁通分布更平坦。第二与第三实施例在 相同的输入下获得相同的输出特性。而且，对需求高力矩的很多应用来说，无论 如何，空间都是有限的；此种安排，相较于一个磁道的电机，可使本发明的电机
能在相同空间的限制下提供更高的输出。 实施例四
18图8为本发明第四实施例，类同于图7中的平面布局的示意图的一个改变结 构的部份平面布局的示意图。为了进一歩平缓永久磁铁通过电磁体造成的额外顿
转力矩，第三实施例三相旋转电机的场磁铁成员的轮状环70'''被更替以第 四实施例三相旋转电机的场磁铁成员的轮状环701。图8中，三相旋转电机的场 磁铁成员的轮状环701的三个磁性组件轮状环的磁道701a、 701b、 701c各自的磁 性组件两磁极(711a、 712a) 、 (7Ub、 712b) 、 (711c、 712c)的极面被安排以 相互间垂直于移动方向排列，以及各自与隔着径向气隙相应相单元的相应电磁体 组件的相应极极面具有不同的几何形状；而电枢成员的轮状环的三个相单元的轮 状环各自的电磁体组件相互间则被安排沿着环绕着旋转轴的圆周方向以各自的 电磁体组件两极极面在轴向上相互偏移。
在图8中，电磁体组件的两极的每极极面与相应磁性组件的两磁极的相应磁 极极面在空间中以预定的位置相互偏移，与相同间距的电磁体组件间的间隙、相 同间距的磁性组件间的间隙，并藉由三相旋转电机的每相单元电磁体组件的线圈 中流通的交流正弦波电流相对于毗邻相单元电磁体组件的线圈流通的交流正弦 波电流有120度相位偏移量，使磁性组件与电磁体组件相互作用，而导致电枢成 员与场磁铁成员间在环绕着旋转轴的圆周方向上以一预定方向的一相对移动，以 达成图5中描述的效应。在此以三相作为例示。
第四实施例中，因电磁体组件的极的各自极面与隔着径向气隙相应的磁性组 件的相应磁极极面相互间的表面几何形状有差异，使得当电磁体组件的极面边缘 在接近或离开永久磁极极面边缘时，因相互作用的极面边缘相互歪斜关联，使作 用在电磁体组件与磁性组件永久磁极间的额外顿转力矩不会突变，而降低电机因 额外顿转力矩造成的不利影响。此种表面几何形状差异的安排，仍保有在移动方向长度有限的限制下，对电机移动方向空间作更有效利用的利益；还可进一歩抑 制顿转力矩的大小之变化比率。 实施例五
图9为本发明第五实施例，类同于图6中的平面布局的示意图的另一改变结 构的部份平面布局的示意图。第五实施例的三相旋转电机的场磁铁成员的轮状环 70''与第二实施例相同，其三个磁性组件轮状环的磁道70' a、 70' b、 70' c 各自的磁性组件相互间仍然被安排沿着环绕着旋转轴的圆周方向以各自的磁性 组件两磁极(71' a、 72' a) 、 (71' b、 72' b) 、 (71' c、 72' c)的极面在 轴向上相互偏移。而图9的电枢成员仅需一组三个电磁体组件80a' a、 80a' b、 80a' c即可提供在移动方向上需要的一相对移动，其中，三个相单元各自的电磁 体组件80a' a、 80a' b、 80a' c的两极(81' a、 82' a) 、 (81' b、 82' b)、 (81' c、 82' c)的极面相互以轴向延展排列。因而，每相单元至少具有一个含 线圈的电磁体组件，而每一电磁体组件的每极含有各自的极面，且每一电磁体组 件的两极相互间约呈平行与横向延展配置。
图9中， 一三相旋转电机的电枢成员的三相单元的每相单元的电磁体组件与
场磁铁成员环绕着旋转轴的圆周方向的三个轮状环磁道其中之一呈同轴配置，而 三个相单元的每相单元祇含有一个具有两极的电磁体组件，且每一电磁体组件本
身的极相互间约呈平行与轴向延展配置，以及每相单元与其它相的相单元相互间 以磁性隔离。在三相旋转电机中，每一磁性组件的两磁极的每一磁极极面祇显示 出一单一的磁场极性，而每一磁性组件本身的毗邻磁极极面具有的磁场极性相 反；并且，磁铁成员每一轮状环磁道的磁性组件的每一磁极，与环绕着旋转轴的 圆周方向排列的毗邻磁性组件的毗邻磁极，沿着环绕着旋转轴的圆周方向以磁极
20极性N/S连续交替配置(未显示)。其中，每相单元的电磁体组件对应的磁道，与 其它相单元的电磁体组件对应的磁道不同，以使每一电磁体组件的每一磁极沿着 环绕着旋转轴的圆周方向各自与相应的磁性组件的一个相应极以一径向气隙分 隔。藉由三相单元的每相单元与磁道其中之一呈同轴配置，其中每相单元电磁体 组件的线圈中流通的交流正弦波电流相对于毗邻相单元电磁体组件的线圈流通
的交流正弦波电流有120度相位偏移量，使三相旋转电机获得基本上为定值的合
成力，而导致该电枢成员与该场磁铁成员间的一相对运动。而且，三相单元的组 成祇需一组三个电磁体组件，即可控制电枢成员与场磁铁成员间在环绕着旋转轴 的圆周方向上以 一预定方向的 一相对移动。
如图9显示，磁性组件与相应的电磁体组件是如何依据本发明被安排在三相 旋转电机中，以达成图5中描述的效应。此状况，有利于旋转电机在沿环绕着旋 转轴的圆周方向的空间上同时安排多个各自独立移动的个体。此外，三相旋转电 机的电枢成员的三相单元可如本实施例的例示，以一组三个电磁体组件为单位， 其电枢成员的三相单元可视输出需求以决定需要的单位数量。
虽然，如图9显示，本发明第五实施例的三相旋转电机的场磁铁成员的三个 磁性组件轮状环的磁道，其各自的磁性组件相互间被安排沿着环绕着旋转轴的圆 周方向以各自的磁性组件两磁极极面在轴向上相互偏移；而电枢成员的一组三个
电磁体组件的两极极面以相互以轴向延展排歹u。但本发明亦可类同于如第七实施 例的三相旋转电机的场磁铁成员的三个磁性组件轮状环的磁道，其各自的磁性组 件相互间被安排沿着环绕着旋转轴的圆周方向以各自的磁性组件两磁极极面相
互以轴向延展排列；而电枢成员的三相单元则仍为一组三个电磁体组件，且一组 三个电磁体组件的两极极面则在轴向上相互偏移(未显示)。虽然，在本发明之前的各个实施例中，沿环绕着旋转轴的圆周方向毗邻的电 磁体组件相互间无铁磁性接触；但本发明的各个实施例的部份结构可被更替，以 使沿环绕着旋转轴的圆周方向毗邻的电磁体组件相互间也可具有铁磁性接触，此 种改变仍然为本发明的各式各样实施例的例示。在此改变第二实施例或第三实施 例例示的三相旋转电机的部份结构成份，以作为例示说明。
在本发明前述第二实施例或第三实施例的三相旋转电机的改变结构例示中， 电枢成员每相单元的每一电磁体组件各自经由导磁性材料组成的支撑构造分别 固定，而使沿环绕着旋转轴的圆周方向毗邻的电磁体组件相互间具有铁磁性接 触，且去除电枢成员的一半数量的电磁体组件，并平均分配给各个磁道，使沿环 绕着旋转轴的圆周方向毗邻的电磁体组件被以间隔一个去除，而造成沿环绕着旋 转轴的圆周方向毗邻的电磁体组件间的间隙尺寸增加了一个极面的间距，并对应 至(未显示)。然而，此改变结构例示的场磁铁成员仍与之前例示的第二实施例 或第三实施例的三相旋转电机的场磁铁成员相同；因而，此改变结构的电枢成员 的每相单元的电磁体组件环绕着旋转轴的圆周方向与场磁铁成员的磁道其中之 一呈同轴配置，以及每相单元电磁体组件的每极极面各自与呈同轴配置的磁道的 磁性组件磁极极面其中之一以径向气隙分隔。并且，每一磁道上的各个电磁体组 件的线圈可视需要串联、并联或视需要以各自激磁，使同一磁道的各个电磁体组 件的线圈上流通的电流为相同相的相电流；使得当环绕着旋转轴的圆周方向排列 的毗邻电磁体组件的线圈以同相电流激磁时，电磁体组件本身的毗邻极极面产生 的磁场极性相反，而且环绕着旋转轴的圆周方向排列的电磁体组件，在其沿着环 绕着旋转轴的圆周方向的毗邻磁极极面产生的磁场极性相同。故而，因三相旋转 电机的电枢成员的每相单元与其它相单元相互间以磁性隔离，以及每相单元的电磁体组件对应的磁道与其它相单元的电磁体组件对应的磁道不同，而可藉由每相 单元电磁体组件的线圈中流通的交流正弦波电流相对于毗邻相单元电磁体组件 的线圈流通的交流正弦波电流有120度相位偏移量，以控制电枢成员与场磁铁成 员间在环绕着旋转轴的圆周方向上以一预定方向的一相对移动。
本发明的另外的实施例，将上述的改变第二实施例或第三实施例的部份结构 成份的三相旋转电机作一个改进。电枢成员每相单元的每一电磁体组件的支撑构 造被改变成以非导磁性材料制造。此种改变，使三相旋转电机藉由每一电磁体组 件都各自经由非导磁性材料组成的支撑构造分别固定，与沿环绕着旋转轴的圆周 方向毗邻的电磁体组件间的间隙使沿环绕着旋转轴的圆周方向毗邻的电磁体组 件相互间无铁磁性接触，以降低毗邻线圈间的磁通转换干扰效应；此外，即使有 某一电磁体组件的线圈故障，将因电磁体组件相互间的磁性隔离，而可限制其不 利影响的干扰。
因而，如之前实施例的例示，本发明提出的方法，可在移动方向长度有限的 限制下，藉由增加更多的平行气隙提供更高的力矩输出，或同时安排更多个且各 自独立移动的个体。甚至于可视需求，以一组三个电磁体组件为单位，选择适合 的单位数量，以供应输出需求。
而且，虽然在本发明之前的各个以三相旋转电机为实施例例示的多相旋转电 机中，沿环绕着旋转轴的圆周方向毗邻的磁性组件相互间以磁性隔离；但本发明 的各个实施例的部份结构可被更替，使沿环绕着旋转轴的圆周方向毗邻的磁性组 件相互间非以磁性隔离。如三相旋转电机作为外壳以固定磁性组件的转子外环 被更替以由导磁性的材料形成、或是沿环绕着旋转轴的圆周方向毗邻的磁性组件 间的间隙被去除。此夕卜，三相旋转电机的磁性组件的由导磁性的材料形成链接部份也可被更替以非导磁性的材料形成。上述的各种改变对磁性组件磁极的磁通集 中有不利影响；但是，这些多相旋转电机的运转控制与之前的实施例并无不同， 仍然为本发明的各式各样的实施例的其中之一，而且能获得可用的运转。
本发明具体化实现时，对于磁性组件或是电磁体组件任何一者而言，其所组
成组件的尺寸可规格化制造，使能有利于制造简化。此外，在本发明的各种实施 例中，磁性组件可藉由导磁性材料形成的链接部份结合永久磁极形成一整体，以 及多相旋转电机上作为外壳以固定磁性组件的外环可由非导磁性的材料形成，使 场磁铁成员的磁性组件相互间无铁磁性接触；因而，在磁性组件的磁极上可提供 更平坦的磁通分布。而且，电磁体组件藉由非导磁性材料组成的支撑构造分别固 定，使每一定子电磁体组件相互间的磁路实质上各自独立，以尽可能降低磁通的 转换干扰效应之达成。因此，本发明的多相旋转电机，不仅获得电机特性中的磁 通集中与磁通损失与干扰效应的极小化；并可藉由电枢成员的多相单元安排，与
每相单元对应的磁道与其它相单元对应的磁道不同，以在电机在体积不变的状况 下，因增加场磁铁成员的磁性组件与相应的电枢成员的电磁体组件的有效气隙表 面面积，而增进电机的高转矩能力。此外，本发明多相旋转电机并可视需要以安 排更多的各自独立移动的个体。
前述的各种实行之形态，在作为一例示来阐明本发明，但本发明并不受到该 等实施形态之限制。虽然本发明之例示为在内的电枢成员的多相单元经由在外的 丄勿低5n^;j乂m。、j孑匕w亇〃ruira〃i、t充，ui込^:t百T"JiiiH匕个汉乂乂旦，w土j j^j低《i cp乂j/4口、j
轮状环被电枢成员的多相单元所包围环绕。此外，本发明也可有其它不同的实施
形态，增加更多的平行相单元而祇有较少的相电流数目；相电流相互偏移的相位 不平衡，如三相电流非以一120度相位相互偏移；同一磁道的各个电磁体组件
24的线圈上流通的电流为同相但大小不一定相同的相电流；等等。在本次公开中，仅祇显示且描述本发明少量的各式各样的一些例示。本发明能够应用在各式各样的其它组合及环境中，而且能够在不超过类似于上述说明之本发明概念的范围内改变或修正。
权利要求
1.一种多相旋转电机，含有一个场磁铁成员，具有二个或二个以上的磁道，而每一磁道为含永久磁铁的磁性组件环绕着旋转轴的圆周方向配置以形成一轮状环，且该磁性组件本身的磁极相互间约呈平行与轴向延展配置，与每一磁极极面祇显示出一单一的磁场极性，以及该每一磁性组件本身的毗邻磁极极面具有的磁场极性相反；一个电枢成员，具有的多相单元构成以每相单元含有至少一个电磁体组件，而该每相单元与其它相单元相互间以磁性隔离，且该电磁体组件本身的极相互间约呈平行与轴向延展配置；其特征为该电枢成员的该每相单元的电磁体组件环绕着旋转轴的圆周方向与该场磁铁成员的磁道其中之一呈同轴配置，以及该每相单元电磁体组件的每极极面各自与该呈同轴配置的磁道的该磁性组件磁极极面其中之一以径向气隙分隔；并且，藉由该多相单元的该每相单元各自与该场磁铁成员的磁道其中之一呈同轴配置，以及在该与磁道其中之一呈同轴配置该每相单元电磁体组件流动一预定偏移值的交流电流，而导致该电枢成员与该场磁铁成员间的一相对运动。
2. 如权利要求1的多相旋转电机，其特征为该每相单元的电磁体组件对应的磁 道，与其它相单元的电磁体组件对应的磁道不同。
3. 如权利要求2的多相旋转电机，其特征为该每一电磁体组件都各自经由非导磁 性材料组成的支撑构造分别固定，使该每一电磁体组件相互间无铁磁性的接触。
4. 如权利要求1的多相旋转电机，其特征为该电磁体组件具有线圈与导磁性的链 接部份，当该电磁体组件的线圈加以电流激磁时，在该电磁体组件每极极面产生 一单一的磁场极性，并使该电磁体组件本身的毗邻极极面产生的磁场极性相反， 而当该线圈中通过的电流逆转时，在该电磁体组件每极极面的磁场极性也随之逆 转。
5. 如权利要求2或3的多相旋转电机，其特征为该场磁铁成员每一磁道的该磁性 组件的每一磁极，与环绕着旋转轴的圆周方向排列的毗邻磁性组件的毗邻磁极， 沿着环绕着旋转轴的圆周方向以磁极极性N/S连续交替配置。
6. 如权利要求5的多相旋转电机，其特征为该电磁体组件的极的各自极面与隔 着径向气隙相应的磁性组件的相应磁极极面相互间的表面几何形状有差异。
7. 如权利要求5的多相旋转电机，其特征为:该场磁铁成员的每一磁道沿着环绕着 旋转轴的圆周方向的毗邻磁性组件相互间无铁磁性的接触。
8. 如权利要求7的多相旋转电机，'其特征为:该磁性组件相互间无铁磁性的接触。
9. 如权利要求1的多相旋转电机，其特征为:该每一磁性组件的永久磁铁藉由导磁 性材料形成的链接部份结合成一整体，使形成磁性组件磁极的永久磁铁在面向径 向气隙的表面祇显示出一个单一的磁场极性，并与结合至磁性组件的链接部份的 永久磁铁背面表面的磁场极性相反。
10. 如权利要求8的多相旋转电机，其特征为:该电磁体组件的极的各自极面与隔着 径向气隙相应的磁性组件的相应磁极极面相互间的表面几何形状有差异。
全文摘要
一种多相旋转电机具有一场磁铁成员与一电枢成员，其场磁铁成员具有二个或二个以上以含永久磁铁的磁性组件构成轮状环的磁道，以及电枢成员的每相单元的电磁体组件与其它相单元的电磁体组件相互间以磁性隔离，且每相单元对应的磁道可与其它相单元对应的磁道不同。其中，在每一电磁体组件或每一磁性组件上，每一组件本身的极相互间约呈平行与轴向延展配置；且每相单元的电磁体组件分别与场磁铁成员的磁道其中之一的磁性组件以径向对应。藉由在多相单元的每相单元流动一预定偏移值的交流电流，使每相单元的电磁体组件沿着环绕着旋转轴的圆周方向分别与场磁铁成员的磁道其中之一的磁性组件相互作用，而导致电枢成员与场磁铁成员间的一相对运动。
文档编号H02K1/12GK101577452SQ20081006235
公开日2009年11月11日 申请日期2008年5月9日 优先权日2008年5月9日
发明者陆纬庭 申请人:联塑(杭州)机械有限公司;陆孝庭