[發明專利]具有柵欄式定子的外盤式馬達

在審

• 申請號: 201910795877.7
• 申請日: 2019-08-27
• 公開（公告）號: CN112448555A
• 公開（公告）日: 2021-03-05
• 發明（設計）人: 黃思倫
• 申請（專利權）人: 深圳市善象智能科技企業（有限合伙）
• 主分類號: H02K16/02
• 分類號: H02K16/02;H02K1/27;H02K1/12;H02K29/08;H02K29/03
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 肖冰濱;王曉曉

本發明公開了一種具有柵欄式H型定子的盤式馬達及馬達/發電機，包括樞軸、盤式外轉子及柵欄式H型式定子；柵欄式H型式定子每一H型鐵芯上下有大狹縫形成四個角體，透過外轉子永磁體與定子鐵芯體的將接觸面縮小，達到降低啟動電流。又可在四個角體纏繞線圈，其中任兩組為短路的短路線圈，另兩組為連接的馬達線圈繞組；透過位于磁極兩側或偏斜磁通，有效地且集中正交向量，使激磁磁通集中分布于四個角體磁極尖部，保持磁通偏移，達到降低啟動電流、改善頓轉轉矩及提升高速旋轉效率；另外，H型鐵芯除了有馬達線圈繞組外，還包含發電線圈繞組，使得動能所引起的磁感應，可以被有效轉換為電能輸出儲存，達到電能回收目的。

技術領域

本發明涉及一種外盤式馬達及發電機電能回收領域，特別指一種具有柵 欄式H型式定子的盤式馬達及馬達/發電機。

背景技術

常見的永磁式交流伺服馬達9，如圖1所示，將永久磁鐵91設置在馬達 外層的轉子92處，而將電樞線圈繞組93設置于核心的定子94處，無論是 電流經過電樞線圈繞組會因電阻而發熱，或是在換相過程中發生電流跳接時 的驟熱，都難以輕易散出；且因受限于內外層包覆式的結構設計，使得面對 輸出扭力變更、安裝空間限制等問題時，其應變的彈性也減少了。

盤式馬達與普通永磁電機結構基本相同，也包括有：定子、轉子和外殼， 而區別在于盤式馬達的轉子通常是永磁體，安裝在定子鐵芯體上的激磁線圈 產生磁場，對于轉子產生斥力與拉力，驅動永磁體轉子轉動。因為永磁體轉 子帶磁性，被動地與定子磁場作用。因此，定子與轉子之間，不僅能夠產生 拉力且也產生斥力，既然是磁拉力與斥力，便不僅有大、小的量差異，且有 正、負的區別。由于馬達未啟動時轉子永磁體會吸住定子鐵芯體，使得馬達 在啟動時，定子鐵芯體的線圈需要較大的啟動電流來產生拉力與推力，以及 運轉時會產生較大的頓轉轉矩便成為難免。

盤式馬達的啟動電流問題，長期以來都未找到有效的解決辦法，致使盤 式馬達在高速的效率難以提高。如第2圖所示，已知盤式馬達8，雖揭露有 盤式外轉子81的結構，但對上述的發熱及耗能問題并無適當解答。此外， 永久磁鐵82和線圈繞組83的數目未曾妥善匹配，也將導致磁回路無法均勻 作用，在每一作用周期中，都可能造成出力忽大忽小的轉動不均勻狀況。

盤式馬達降低磁吸力，主要通過減少永磁體轉子與定子鐵芯體的間隔較 大距離，或將接觸面縮小來提高轉速的設計，降低轉子永磁體磁吸力來減少 啟動電流，但僅適用于高速且低扭力，限制其應用場合。從電磁場理論可推 導出：電機單位體積力矩，在其它條件不變的情況下，與磁通變化量成正比。 由于啟動電流原因，轉子永磁體數目大于一定數量后，隨著轉子永磁體數的 增加因而降低轉子永磁體與定子鐵芯體之間的接觸面縮小，其啟動電流也會 成倍降低，致使定子鐵芯體的磁通幅值的減少量與定子鐵芯體的體積減少量相當，輸出力矩不會隨槽數的增加而增加。

改善定子鐵芯體的磁路與永磁體在啟動過程的磁吸力或啟動電流，傳統 上增加永磁體與定子鐵芯體的磁路的距離，亦即是增加空氣隙的長度，其缺 點即是因空氣隙磁阻的增加會導致馬達的效率降低且扭力降低。

又，永磁馬達在高速區域需要向定子鐵芯體的磁路的電磁鐵中流入更大 的電流，使其產生與永磁鐵磁通相反的磁通。因為隨著馬達的旋轉速度加快， 定子鐵芯體的磁路的電磁鐵的感應電壓將升至電源電壓上限，導致轉速無法 繼續增加轉速。但是，流入更大的電流無益于馬達扭矩的增加，最終使用的 電流越大，效率越低。因此，如何提高速度或者降低啟動電流量即成為當今 的盤式馬達主要研究課題。

有鑒于此，發明人本針對先前申請核準中國臺灣發明專利公告號 L664794號(申請號107103798)“具有柵欄式定子的外盤式馬達”，詳加 設計與審慎評估后，終得確具實用性的本發明。

發明內容

本發明的一目的，為提供一種具有柵欄式H型定子的盤式馬達，其主要 透過H型鐵芯本體上下大狹縫設計，將轉子永磁體與定子鐵芯體的將接觸面 縮小，達到降低啟動電流，同時改善高速區域的效率。