[发明专利]多相无刷电机

说明书

技术领域

本发明是关于一种电动机结构，特别是指一种多相无刷电机。

背景技术

以通用旋转电机而言，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。对于产生一线性力量的线性电机，旋转电机的定子和转子被替换以线性电机的定子和动子，但操作原理相同。

Kawai等在美国专利授权公告号5436518中提出一动力产生装置，其定子的数个电磁体的每条磁路被安排彼此独立。因电磁体被安排各自的磁路彼此独立，以便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，来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，以尽量减少妨碍转子运动的干扰力量。

在Maslov等于美国专利授权公告号6891306与上述相关申请中，陆纬庭、Maslov等提出一种无刷电机，其藉由电枢上各自独立的电磁体极对的安排以处理毗邻线圈间的磁通的转换干扰效应，且以沿移动方向排列的场磁极磁铁与电枢电磁体极对提供了非常集中的磁通分布。并藉由增加穿过数个气隙的场磁极磁铁与相对的电枢电磁体极对的表面面积，获得更大的总有效气隙表面面积，使磁通的分布被改进，与促使磁通集中在相对大的表面上，进一步促成电机的高力矩能力。

Kawai、Maslov、陆纬庭等在专利中确认了磁通的集中与磁通的尽量利用，与磁通损失与干扰效应的极小化，与更大的总有效气隙表面面积，及电机在空间中获得更佳的几何学上的平衡，以获得电机的高效率、高力矩与灵活安全的运作特性，已经被描述在上述的专利应用中。虽然，在电机中，电磁体组件的线圈被电流激磁时，导磁性的核心部分连接成对极形成的电磁体却可提供较大的力矩；但是，在永久磁铁通过电磁体时，数个磁性隔离的含线圈的电磁体组件形成额外的顿转力矩，而造成输出力矩脉动，将对电机的操作有不利影响。

在无刷电机中，顿转力矩是电机控制性能下降的主因之一，为了减少顿转力矩的不利影响，可利用更多相群组，以控制转子与定子间的磁阻变化率。

理论上，电机因力量的更偶数运用与更多相群组，可获得更高效率，以相当程度降低顿转力矩的不利影响；但每一额外的相群组使电机的电枢电流控制变成更杂。

在一具有两组相线圈的两相电机中，两个相电流均为一交流正弦波且是以一90度相位相互偏移。

在一具有三组相线圈的三相电机中，三个相电流均为一交流正弦波且是以一120度相位相互偏移。

为了简化，本发明参考最普通的三相电机的三相操作，且全部本发明的陈述对多于或少于三相的电机也有效。

图1A为传统三相线性电机中电磁力的习知平面图。图中显示传统三相线性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。

如上述，传统上三相电机已顾及平衡这些考虑，对三相而言，其每相由至少一个感应线圈组成，且必须沿运动方向组成，直到一列线圈成形；当所有的相以此法分配时，意即相当多数量的空间在电机本身的运动方向被占用。

图1B为三相线性电机基础部件依习知工艺所作安排。在美国专利授权公告号6670730中，Bartolotti等提出一种多相线性电机，图1B中显示三相线性电机如何安排磁铁6与相线圈5a、5b、5c，并在每一相线圈里流通相对于毗邻线圈有120度相位偏移量的一交流正弦波，以达到图1A所显示效果；此种安排，可在移动方向长度有限的限制下，藉由增加更多平行气隙提供更高的力矩输出，或安排更多个串联且各自独立移动的个体。其中，铁磁性材料的条状物8可作为沿移动方向排列的毗邻磁铁的磁通回归路径，但毗邻的磁极会造成磁通集中受到影响。

此外，控制转子与定子间的磁阻变化率有各种技术；其中，藉由改变定子极或转子极的极表面形状，并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，已经被Soghomonian等描述在美国专利授权公告号6717323中；此种歪斜安排，可抑制顿转力矩的大小的变化比率，使电机可尽量降低顿转力矩的不利影响，且不会不利于无刷电机原有的磁通集中性能。

本发明将这些运作原理应用至本发明的电机，以改善因电磁体组件形成的额外顿转力矩对输出力矩造成脉动。

发明内容