軸向全磁通電動機的製作方法

2023-05-13 11:41:26 1

專利名稱：軸向全磁通電動機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種軸向全磁通電動機結構，特別是一種利用增加磁力線感應 面積與全磁通結構以及暫停供電(斷電)的設計，以防止磁滯及具有省電功能， 並增加動力輸出的電動機結構。
背景技術：
目前，電動車輛的發展日新月異，其中，影響其性能的最重要因素為電動
機(馬達)的扭力。請參見圖1所示， 一般傳統的電動機包括一定子10 (定 部電樞)與一轉子20 (動部電樞)。其中，定子10的內緣部位等間距嵌設有 多個線圈ll，該線圈11是通過漆包線纏繞在迭壓的矽鋼片組上所構成；該轉 子20的圓周部位設有多個等間距排列的永久磁鐵21，令相鄰的二永久磁鐵21 具有相反的磁極，當該線圈11接通電流而產生磁場時，各線圈11的磁場將與 各永久磁鐵21的磁場相斥，而使轉子20與定子IO產生相對的旋轉，從而使 得轉子20的軸心23被帶動旋轉，以形成動力輸出。
然而，現有技術中的電動機的轉子20與定子10相面對的面積僅有單面， 以致於磁場的相斥力薄弱，造成輸出的扭力有限；且該現有電動機的轉子20， 其永久磁鐵21—側邊25，會在該轉子20旋轉時，與線圈ll產生異性磁極相 吸的磁滯情形，這樣，將會導致該現有電動機的扭力減弱，而無法提升。雖曾 有製造業將該側邊25作切角，以減少磁滯所造成的阻力，但是無形中卻增加 了許多次排斥力的毫電量。

發明內容
本發明的目的在於，提供一種軸向全磁通電動機，以增加該電動機的扭力， 解決現有技術中存在的問題。
為了實現上述目的，本發明公開了一種電動機的內部電樞，其設有至少二 層基板，該基板呈軸向的前、後相對向配置，各基板的內惻表面上裝設有呈環
狀排列的間隔設置的多個裝設孔，各裝設孔的內圍表面裝設有一導磁槽板，各 導磁槽板的內圍空間嵌設有一永久磁鐵；該電動機的外部電樞，位於該內部電 樞的二層基板之間，該外部電樞具有至少一框體，該框體裝設有呈環狀排列的 多個線圈，其對應於該前、後二層基板的各永久磁鐵之間，各線圈繞置於一導
磁碟組，各導磁碟組組裝於該框體，且各導磁碟組包括有二相對向的n形導磁
蓋體與一串接該二導磁蓋體的導磁芯軸，各線圈繞置於各導磁碟組的導磁芯 軸。通過各線圈在永久磁鐵前、後側的相對旋轉作用，以增加磁力線感應的面 積，以及通過永久磁鐵及線圈的全磁通結構，加強磁場磁力，從而增進電動機 的動力輸出以及增強扭力。
本發明另一目的在於，提供一種軸向全磁通電動機，以避免發生磁滯的現 象，解決現有技術中存在的問題。
為了實現上述目的，本發明各線圈在各永久磁鐵前、後側的相對旋轉，有 餘具有暫停供電(斷電)的設計，可以避免永久磁鐵與線圈發生相互磁吸所造 成的磁滯現象，以避免影響動力輸出。
以下結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細描述，但不作為對本發明的 限定。


圖1為現有的一種電動機的平面示意圖2為本發明的軸向全磁通電動機第一實施例的剖面示意圖3為本發明的軸向全磁通電動機第一實施例其中內部電樞的一實施例
圖4為內部電樞另一實施例的側視圖5為圖3及圖4的A-A剖面圖6為本發明的軸向全磁通電動機第一實施例其中外部電樞的框體的側 視圖7為圖6的B-B剖面圖8為圖2所示導磁碟組的立體圖9為圖8所示導磁碟組的分解圖IO為本發明的軸向全磁通電動機第一實施例其中導電組的立體圖，並
顯示部份剖面狀態；
圖11為圖IO所示導電組的側視圖； 圖12為圖11的C-C剖面圖13為本發明的軸向全磁通電動機第一實施例其中導電座單元的絕緣座
圖14為圖13的D-D剖面圖15A、 15B、 15C為本發明的軸向全磁通電動機的部份剖面的連續動作 示意圖16為本發明的軸向全磁通電動機第二實施例的剖面示意圖； 圖17為本發明的軸向全磁通電動機第三實施例的剖面示意圖。
其中，附圖標記
10— 定子
11— 線圈
20— 轉子
21— 永久磁鐵 23—軸心 25—側邊 30—內部電樞 31_基板 311 —固定孔 32—裝設孔 33 —永久磁鐵 34—導磁槽板 40—外部電樞 41 —框體 42—線圈
421— A相線圈
422— B相線圈
423— C相線圈 43 —導磁碟組
431 — n形導磁蓋體
432 —導磁芯軸
433 —凹凸細紋 44一外部蓋體 441一磁極感應磁鐵 45 —軸承 46—軸心
50— 導電單元 50a—導電組
51— 環形絕緣體
52— 導電環 53_通孔 54—電線
60 —導電座單元
61 —固定組件
62 —絕緣座體
621 —固定孔
622 —穿線孔 63_容置槽
631 —導電刷容置槽
632 —彈簧容置槽 64—導電刷
65 —彈簧
66— 穿孔
67— 導電片 671 —電源線
68— 控制器
69— 第一磁極感應組件
70— 第二磁極感應組件 80—冷卻槽體81— 入水口
82— 出水口
具體實施例方式
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實 施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅 僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
圖2為本發明電動機結構第一較佳實施例的剖面示意圖，其主要繪示一軸 向全磁通電動機的結構。如圖2所示，本發明的軸向全磁通電動機主要包括有 一內部電樞30與一外部電樞40;就供電系統而言，該電動機進一步包括有一 導電單元50與一導電座單元60。
請一併配合參閱圖3至圖5所示，內部電樞30設有至少二層基板31，該 基板呈軸向的前後相對向配置。該基板31的內側表面上設有呈環狀排列的間 隔設置的多個裝設孔32。該裝設孔32的內圍表面各裝設有一導磁槽板34，該 導磁槽板34的內圍空間各嵌設有一永久磁鐵33， g卩，導磁槽板34包覆永久 磁鐵33的外側面及整個周邊；相鄰的二永久磁鐵33具相反的磁極。這樣，各 永久磁鐵33的外側面及外圍均被包覆有用導磁材製成的導磁槽板34，以成為 全磁通的設計。通過該導磁槽板34全磁通的導引磁力，能夠加強該永久磁鐵 33兩極的磁力。
同時，該裝設孔32及該永久磁鐵33對基板31的中心而言，可為環狀的 扇形設置(如圖3所示)或斜向設置(如圖4所示)，其較佳者為斜向設置。 該永久磁鐵33的斜向設置，可與下述的線圈形成交錯的磁場界面，在換向時， 可使磁力集中，且可相對地降低磁阻。
請一併配合參見圖6至圖9所示，外部電樞40裝設在內部電樞30的二層 基板31之間。外部電樞40具有至少一框體41，該框體41裝設有呈環狀排列 的多個線圈42，其對應於前、後二層基板31的該永久磁鐵33之間，該線圈 42各繞置於一導磁碟組43 。該導磁碟組43組裝於框體41 ，且該導磁碟組43 包括有二相對的n形導磁蓋體431與一串接該二導磁蓋體的導磁芯軸432，線 圈42繞置於該導磁芯軸432上。這樣，導磁碟組43不但其中心的導磁芯軸 432具有導磁能力，而且其外圍也由於二n形導磁蓋體431兩側邊的相接，而
形成導磁通路。通過導磁碟組43全磁通的導引磁力，能夠加強線圈42兩極的磁力。
依靠上述永久磁鐵33及線圈42的全磁通結構，可以使其加強磁場磁力而 增加扭力。還可以由於永久磁鐵33的斜向設置，使其磁力集中，降低磁阻， 而增進速度。
此外，導磁蓋體431的表面設有凹凸細紋433，可以擴充磁場面積，從而 進一歩增進扭力。
外部電樞40裝設有一外部蓋體44，該外部蓋體通過一軸承45與一軸心 46結合。該軸承45較佳的為一斜座軸承，可增加外部電樞40的穩定性。即 本發明的電動機可被運用於例如一交通工具(如自行車、機車、汽車等)的 輪子上，車輪的軸心46與外部電樞40相互樞接，使該外部電樞40可以該軸 心46為圓心，進行旋轉。
請一併參閱圖10至圖12所示，導電單元50裝設在外部電樞40的框體 41的內圍部位，並位於內部電樞30前、後二層基板31之間。該導電單元50 包括多個導電組50a (實施例中顯示具有三個導電組)，各導電組包括有絕緣 環51與一設置在該絕緣環51內圍部位的導電環52。導電環52與外部電樞40 的線圈42以電線54電性連接。絕緣環51安裝在框體41的內圍部位，該絕緣 環51除了提供以讓導電環52固定之外，還可以避免導電環52與線圈42間不 當的接觸及防止漏電短路。且該絕緣環51設有通孔53，可供電線54穿通。
請一併參閱圖13及圖14所示，導電座單元60以至少一固定組件61固定 在內部電樞30的二層基板31之間，位於導電單元50的內圍部位，且與該導 電單元50電性接觸。在實施中，該導電座單元60具有一呈環狀的絕緣座體 62，該絕緣座體在其不同的軸向位置由其中心部位向外圍部位開設有呈輻射狀 排列的與導電組50a數量相同的容置槽63，各容置槽63包括有一導電刷容置 槽631與一接續於該導電刷容置槽631底部的彈簧容置槽632，以分別容置一 導電刷64與一彈簧65;其中，該彈簧65可提供一彈力，使導電刷64隨時接 觸導電單元50的導電環52。
此外，絕緣座體62沿其軸向方向開設有與彈簧容置槽632底部相通的穿 孔66，用以裝設導電片67。該導電片67與彈簧65接觸，且該導電片67連接 一電源線671至一控制器68。在供電狀態下， 一外部電源(圖中為示出)通過控制器68、電源線671、導電片67、彈簧65、導電刷64、導電環52，而供 應至外部電樞40的線圈42。
當外部電樞40的線圈42被通過電流而產生磁場時，該線圈42的磁場將 與該永久磁鐵33的磁場相斥，使該外部電樞40與內部電樞30產生相對的旋 轉，從而形成動力輸出，這樣，通過該線圈42在永久磁鐵33前、後側的相對 旋轉作用，可以增加磁力線感應的面積，從而增加動力的輸出。
同時，上述容置槽63及其導電刷64的輻射狀分布，可有效利用外部電樞 40的內圍空間，導電刷面積大，散熱速度快，分流小，無放電的電弧火花， 因而使用的耐久性長。
再者，導電座單元60的絕緣座體62沿其軸向方向設有多個固定孔621， 而內部電樞30的基板31的相對應位置也設有多個固定孔311，上述固定組件 61可經過該固定孔621及311，而將導電座單元60及內部電樞30相固定。同 時，導電座單元60的絕緣座體62沿其軸向方向設有多個穿線孔622，以供穿 設電源線671至下述的第一磁極感應組件69之用。
在線圈42產生磁場時，當部分線圈42與永久磁鐵33的磁場為異性時， 為避免磁極異性相吸的磁滯問題，本發明還有斷電的設計。在本實施例中，在 外部蓋體44的內側面裝設有呈環狀且磁極與基板永久磁鐵相同的磁極感應磁 鐵441，而導電座單元60在與該磁極感應磁鐵441的相臨面設置有至少一組 第一磁極感應組件69 (如霍爾組件)，其與控制器68電性連接。當同一組磁 極感應組件69同時感應到線圈42及永久磁鐵33的磁場時，該控制器將電流 導入該線圈42 (通電)；當同一組磁極感應組件69僅一個磁極感應組件69 感應到線圈42及永久磁鐵33的磁場時，該控制器在不斷開電路的連接情況下， 控制電源暫時對線圈42停止供電(斷電)，即控制供電時間，此時內部電樞 30及該外部電樞40的相對旋轉動作將形成發電機的作用，並將所產生電力通 過原有的線路導入該線圈42內，作為下次再放電的電能，因而具有省電的效 果以及可以解決線圈42與永久磁鐵33的磁場異性相吸的磁滯問題。
詳細言之，請參見圖15A、 15B、 15C所示，以三相電動機為例進行說明， 當線圈42接通電流而產生磁場，使外部電樞40與內部電樞30產生相對的旋 轉時
當外部電樞40旋轉至一角度時，為避免線圈42de其中一相線圈例如A
相線圈421產生與永久磁鐵33相異的磁極，此時該A相線圈421位於斷電區 域而處於斷電狀態，其磁極歸零，其它的B相線圈422及C相線圈423則位 於正、負電區域而處於用電狀態。這樣，B相線圈422及C相線圈423可由於 電流的供應，使外部電樞40與內部電樞30產生相對的旋轉，同時，A相線圈 421可由於內部電樞30及外部電樞40的相對旋轉動作，而形成發電機的作用， 並將所產生的電力通過原有的線路導入A相線圈421內，作為下次再放電的 電能(如圖15A所示)。
當外部電樞40旋轉至另一角度時，C相線圈423位於斷電區域而處於斷 電狀態，其磁極歸零，而其它的A相線圈421及B相線圈422則位於正、負 電區域而處於用電狀態。這樣，A相線圈421及B相線圈422可由於電流的 供應，使外部電樞40與內部電樞30產生相對的旋轉，同時，C相線圈423可 由於內部電樞30及外部電樞40的相對旋轉動作，而形成發電機的作用，並將 所產生的電力通過原有的線路導入C相線圈423內，作為下次再放電的電能 (如圖15B所示)。
當外部電樞40旋轉至再一角度時，B相線圈422位於斷電區域而處於斷 電狀態，其磁極歸零，而其它的A相線圈421及C相線圈423則位於正、負 電區域而處於用電狀態。這樣，A相線圈421及C相線圈423可由於電流的 供應，使外部電樞40與內部電樞30產生相對的旋轉，同時，B相線圈422可 由於內部電樞30及外部電樞40的相對旋轉動作，而形成發電機的作用，並將 所產生的電力通過原有的線路導入B相線圈422內，作為下次再放電的電能 (如圖15C所示)。
圖16為本發明的軸向全磁通電動機結構第二較佳實施例的剖面示意圖， 其主要繪示一具有多層內部電樞30及多層外部電樞40的全磁通電動機的結 構，因而可獲得更多的磁力線切割面積，從而具有更高的效率。另外，在圖2 的第一實施例中，設定內部電樞30為定部電樞(定子)，外部電樞40為動部 電樞(轉子)，然而，其定部電樞及動部電樞的相對角色可互換；例如在圖 16的第二實施例當中則為相反的設計，即設定內部電樞30為動部電樞(轉子)， 而外部電樞40為定部電樞(定子)。
由於圖16所示的本發明第二實施例的定部電樞為線圈，無需考慮到線圈 轉動時的接電問題，因此省略了上述第一實施例當中的導電單元50與導電座
單元60，其它內部電樞30及外部電樞40的構造及作用則與第一實施例相同。 就斷電的設計而言，在本第二實施例當中，如圖16所示，在外部電樞40 框體41內緣對應線圈42及永久磁鐵33的位置上，設置有至少一組第二磁極 感應組件70，其與一控制器(圖中未示出)電性連接。利用磁極感應組件70 控制電源暫時對線圈42停止供電(斷電)，其作用原理及功效與第一實施例 相同。
圖17為本發明的軸向全磁通電動機第三較佳實施例的剖面示意圖，在電 動機的外圍部位設置有一冷卻槽體80，其在相對角的位置分別設有一入水口 81與一出水口 82，可通以冷卻水至該冷卻槽體80並往復循環，從而可對電動 機施以冷卻散熱。
當然，本發明還可有其他多種實施例，在不背離本發明精神及其實質的情 況下，熟悉本領域的技術人員當可根據本發明作出各種相應的改變和變形，但 這些相應的改變和變形都應屬於本發明所附的權利要求的保護範圍。
權利要求
1、一種軸向全磁通電動機，其特徵在於，該電動機包括一內部電樞，其設有至少二層基板，該基板呈軸向的前、後相對向配置，該基板的內側表面上各裝設有呈環狀排列的間隔設置的多個裝設孔，該裝設孔的內圍表面各裝設有一導磁槽板，該導磁槽板的內圍空間各嵌設有一永久磁鐵，該導磁槽板包覆該永久磁鐵的外側面及周邊；以及一外部電樞，位於該內部電樞的該二層基板之間，該外部電樞具有至少一框體，該框體裝設有呈環狀排列的多個線圈，其對應於該前、後二層基板的該永久磁鐵之間，該線圈各繞置於一導磁碟組，該導磁碟組組裝於該框體，且該導磁碟組各包括有二相對向的ㄇ形導磁蓋體與一串接該二導磁蓋體的導磁芯軸，該線圈各繞置於該導磁碟組的導磁芯軸。
2、 如權利要求1所述的軸向全磁通電動機，其特徵在於，該電動機進一 步包括有一導電單元，裝設於該外部電樞的內圍部位，並位於該內部電樞的二層基 板之間，該導電單元包括多個導電組，該導電組各包括一絕緣環與一設於該絕 緣環內圍部位的導電環，該絕緣環安裝於該框體的內圍部位，該導電環與該線 圈相電性連接；以及一導電座單元，以至少一固定組件固定於該內部電樞的二層基板之間，並 位於該導電環單元的內圍部位；該導電座單元具有一呈環狀的絕緣座體，該絕 緣座體在其不同的軸向位置由其中心部位向其外圍部位開設有呈輻射狀排列 的與該導電組數量相同的容置槽，該容置槽各包括有一導電刷容置槽與一接續 於該導電刷容置槽的底部的彈簧容置槽，其分別容置一導電刷與一彈簧，該絕 緣座體沿其軸向方向開設有與該容置槽的底部相通的多個穿孔，該穿孔各裝設 有一導電片，該導電片與該彈簧的底部相接觸，而該導電刷與該導電環相接觸。
3、 如權利要求1或2中任一項所述的軸向全磁通電動機，其特徵在於， 該裝設孔及該永久磁鐵對該基板的中心而言呈環狀的扇形設置。
4、 如權利要求1或2中任一項所述的軸向全磁通電動機，其特徵在於， 該裝設孔及該永久磁鐵對該基板的中心而言呈環狀的斜向設置。
5、 如權利要求1或2中任一項所述的軸向全磁通電動機，其特徵在於， 該導磁蓋體的表面設有凹凸細紋。
6、 如權利要求2所述的軸向全磁通電動機，其特徵在於，該外部電樞裝 設有一外部蓋體，該外部蓋體通過一軸承與一軸心結合。
7、 如權利要求6所述的軸向全磁通電動機，其特徵在於，該外部蓋體的 內側面裝設有呈環狀且磁極與基板永久磁鐵相同的磁極感應磁鐵，該導電座單 元在與該磁極感應磁鐵的相臨面設有至少一組第一磁極感應組件，該感應組件 與一控制器電性連接。
8、 如權利要求6所述的軸向全磁通電動機，其特徵在於，該軸承為斜座軸承。
9、 如權利要求1所述的軸向全磁通電動機，其特徵在於，該外部電樞的 框體的內緣在對應於該線圈及該永久磁鐵的位置上，設有至少一組第二磁極感 應組件，該感應組件與一控制器電性連接。
10、 如權利要求9所述的軸向全磁通電動機，其特徵在於，該電動機的外 圍部位設有一冷卻槽體，該冷卻槽體的相對角位置分別設有一入水口與一出水 □。
全文摘要
本發明涉及一種軸向全磁通電動機，在電動機的內部電樞設有至少二層基板，其呈軸向的前、後相對向配置，基板的內側表面上裝設有呈環狀排列的間隔設置的多個裝設孔，其內圍裝設有導磁槽板其包覆一永久磁鐵；電動機的外部電樞設有呈環狀排列的多個線圈，其對應於該前、後二層基板的各永久磁鐵之間，各該線圈各繞置於一導磁碟組，其包括有二相對向的ㄇ形導磁蓋體與一串接該二導磁蓋體的導磁芯軸；通過各線圈在永久磁鐵前、後側的相對旋轉作用，可以增加磁力線感應的面積，以及通過永久磁鐵及線圈的全磁通結構，加強磁場磁力，從而增進電動機的動力輸出以及增強扭力。
文檔編號H02K29/08GK101378209SQ200710142099
公開日2009年3月4日 申請日期2007年8月27日 優先權日2007年8月27日
發明者葉東華, 葉恩綜 申請人:葉恩綜;葉東華