專利名稱：可因負載大小而自動調(diào)整氣隙的永磁式無刷馬達的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可因負載大小而自動調(diào)整氣隙的永磁式無刷馬達。
背景技術(shù)：
馬達根據(jù)用途的不同，其所設(shè)計的重點亦隨之改變，例如著重于馬 達的最大扭力、馬達最大轉(zhuǎn)速、馬達最大功率，或馬達最大慣量等各種 輸出數(shù)據(jù)，其中，馬達的最大扭力與馬達最大轉(zhuǎn)速，因直接影響到馬達 所能負載的重量與其速度，故為常見的考慮因素，而馬達的最大扭力與 最大轉(zhuǎn)速之間，其關(guān)系可由下列公式推導(dǎo)出<formula>formula see original document page 3</formula>其中T二馬達最大扭力、Nmax二馬達最大轉(zhuǎn)速、k t=馬達扭力 常數(shù)、C二常數(shù)9.55、 VD-馬達端電壓、A二馬達輸入電流
馬達在實際情況下，電力供應(yīng)源亦需配合整體設(shè)計而不可無限制的 提升，由上述公式可知，馬達在馬達端電壓VD與馬達輸入電流A—定 的情況下，最大扭力T與最大轉(zhuǎn)速Nma x是呈一反比的關(guān)系，最大扭 力與最大轉(zhuǎn)速勢必在設(shè)計時做一取舍，而除了馬達端電壓之外，其余影 響最大扭力、轉(zhuǎn)速的變因，亦可由該馬達的結(jié)構(gòu)上來設(shè)定，諸如馬達轉(zhuǎn) 子上永磁磁性件磁性強弱、磁極多寡、定子的繞串聯(lián)繞匝數(shù)、以及定子 與轉(zhuǎn)子間的氣隙大小等；
然而，上述的馬達結(jié)構(gòu)在現(xiàn)有的馬達中，皆在制品出廠后便已固定， 使用者難以隨其當時的使用需求而調(diào)整，進而在最大扭力與最大轉(zhuǎn)速之 間，產(chǎn)生難以兼具的弊??；
以現(xiàn)有的永磁式無刷馬達為例，如圖7所示，現(xiàn)有的永磁式無刷馬 達多為徑向氣隙型，顧名思意其定子與轉(zhuǎn)子是呈一內(nèi)一外的設(shè)置方式，且兩者之間保留有一固定大小的氣隙，因氣隙大小直接決定于定子、轉(zhuǎn) 子的內(nèi)外徑差，故無調(diào)整的空間，而其余的磁性件強度、磁極多寡、線 圈繞串聯(lián)繞匝數(shù)等，亦直接固定于馬達上，不是可自由調(diào)整的結(jié)構(gòu)，因 此若現(xiàn)有的馬達欲調(diào)整最大扭力與最大轉(zhuǎn)速，則需另外配合機械式齒輪
箱來實現(xiàn)。
現(xiàn)有馬達配合齒輪箱雖可達到調(diào)節(jié)最大扭力、最大轉(zhuǎn)速的目的，但 卻會產(chǎn)生出新的問題與缺點，因配合齒輪箱會造成成本增加、重量增加、 體積增加，且齒輪箱在傳遞能量時又會造成衰減，齒輪箱本身所消耗掉 的能量則被轉(zhuǎn)換為無用的熱量與噪音，更是另人頭痛的麻煩。
再者，若該馬達是利用于電動車上，則除了前述齒輪箱之外，另需 配合一機械式差速器來控制車輛轉(zhuǎn)向時內(nèi)外輪轉(zhuǎn)速不同的需求，如此將
造成整體能量約有4 0%至5 0%的損耗，直接反應(yīng)出此能量損耗的便 是該電動車的續(xù)航力將降低4 0 %至5 0 %，嚴重影響電動車的性能。
綜上所述，現(xiàn)有馬達的缺點可知，因影響負載載重的最大扭力，以 及影響速度的最大轉(zhuǎn)速之間是呈一反比的關(guān)系，故在電源一定的情況下， 兩者勢必有所取舍，而現(xiàn)有的馬達在完成后便難以控制其最大扭力、最
大轉(zhuǎn)速的輸出值，需另行配合齒輪箱來達成，但齒輪箱卻會帶來成本、 重量、體積的增加，以及能量損耗的缺點，實需研發(fā)出一種無需齒輪箱 便可達到調(diào)節(jié)最大扭力、最大轉(zhuǎn)速的馬達結(jié)構(gòu)，以克服現(xiàn)有馬達的缺點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的主要技術(shù)問題在于，克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺 陷，而提供一種可因負載大小而自動調(diào)整氣隙的永磁式無刷馬達，其可 改善現(xiàn)有的馬達無法調(diào)整輸出特性，需另外配合齒輪箱等缺點。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是
一種可因負載大小而自動調(diào)整氣隙的永磁式無刷馬達，設(shè)有一本體， 其特征在于，該本體包括 一定子，是固設(shè)于本體一端； 一輸出軸，是
樞設(shè)于該本體，輸出軸有部分長度伸露出本體外； 一轉(zhuǎn)子，通過一滑組
件與輸出軸呈可軸向位移的狀態(tài)以樞設(shè)于本體內(nèi)，并與定子保持有一可變動長度的氣隙； 一連接件，其兩端是分別與轉(zhuǎn)子、輸出軸結(jié)合，該連 接件隨轉(zhuǎn)子與輸出軸間的相對旋轉(zhuǎn)角度而傾斜； 一彈性件，是朝遠離定 子的方向推迫轉(zhuǎn)子，并令連接件趨于平直；借此，當輸出軸的負載改變 時，轉(zhuǎn)子與輸出軸間相對旋轉(zhuǎn)角度改變而影響連接件傾斜程度，進而帶 動轉(zhuǎn)子軸向位移，達到自動改變氣隙長度的功效。
前述的可因負載大小而自動調(diào)整氣隙的永磁式無刷馬達，其中轉(zhuǎn)子 內(nèi)設(shè)有一滑槽供所述滑組件與輸出軸組設(shè)。
前述的可因負載大小而自動調(diào)整氣隙的永磁式無刷馬達，其中彈性 件抵迫于輸出軸與轉(zhuǎn)子之間。
前述的可因負載大小而自動調(diào)整氣隙的永磁式無刷馬達，其中連接 件為數(shù)個。
借此，當輸出軸的負載改變時，轉(zhuǎn)子與輸出軸間相對旋轉(zhuǎn)角度改變 而影響連接件傾斜程度，進而帶動轉(zhuǎn)子軸向位移；該氣隙的長度則取決 于輸出軸所受的阻力大小，亦即取決于該輸出軸的負載重量；輸出軸的 負載愈大，則轉(zhuǎn)子與輸出軸所產(chǎn)生的相對旋轉(zhuǎn)角度愈大，連接件愈趨傾 斜，如此則轉(zhuǎn)子受到連接件的帶動軸向位移趨近定子，縮小氣隙長度， 氣隙長度小的馬達所呈現(xiàn)輸出特性便是高扭力低轉(zhuǎn)速；反的，輸出軸的 負載愈小，則轉(zhuǎn)子與輸出軸所產(chǎn)生的相對旋轉(zhuǎn)角度愈小，連接件愈趨平 直，如此則轉(zhuǎn)子受到彈性件的彈力推抵而軸向位移遠離定子，拉長氣隙 長度，氣隙長度大的馬達所呈現(xiàn)輸出特性便是高轉(zhuǎn)速低扭力。
本發(fā)明的可因負載大小而自動調(diào)整氣隙的永磁式無刷馬達，其適用 于各式需根據(jù)負載而自動調(diào)整高扭力或高轉(zhuǎn)速的裝置，例如以電動車為 例，因本發(fā)明的本體氣隙是由輸出軸負載阻力所決定，當電動車乘載較 重或剛加速起動時負載大，則本體氣隙縮小，成為低速馬達相同電流而 可提供較大的扭力以適應(yīng)載重量大的情況；反之，當電動車乘載較輕時 或定速巡航負載輕時，則本體氣隙增長，成為高速馬達而可提供較大的 轉(zhuǎn)速允許高速巡航，如此則可免除齒輪箱等變速結(jié)構(gòu)的設(shè)置，并減少馬 達本體輸出能量的損耗，減輕重量、縮小體積、降低成本，提高續(xù)航力。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。 圖1是本發(fā)明氣隙較大狀態(tài)的剖視圖。
圖2是本發(fā)明氣隙較小狀態(tài)的剖視圖。
圖3是本發(fā)明彈性件特性曲線與磁性件的吸力、氣隙關(guān)系圖表。 圖4至圖6是本發(fā)明轉(zhuǎn)子、輸出軸、連接件的狀態(tài)變化簡示圖。 圖7是現(xiàn)有馬達結(jié)構(gòu)的示意圖。 圖中標號說明
1 0-
1 —
1 1 1 2 1 3
-本體 -定子
工
間
-輸出軸
1 3 1
1 3 3
1 4 —
1 6 —
射
-磁性件
-滑組件
-連接件
-氣隙
1 2 1
1 3 2
1 5
-軸承組
-彈性件
1 1 1——線圈組 具有實施方式
本發(fā)明可因負載大小而自動調(diào)整氣隙的永磁式無刷馬達，請參閱圖1 所示，這種可因負載大小而自動調(diào)整氣隙的永磁式無刷馬達其本體l內(nèi) 具有容置空間1 0 ，該容置空間1 0內(nèi)容設(shè)有一定子1 1、 一輸出軸1 2 、 一轉(zhuǎn)子1 3 、 一連接件1 4與一彈性件1 5 ，其中
該定子l l為多極環(huán)狀硅鋼片，其固設(shè)于本體l容置空間l 0內(nèi)的 一端，該定子l 1上繞匝有數(shù)個銅導(dǎo)線線圈組1 1 1，該線圈組l 1 1
在通電時可產(chǎn)生磁性；
該輸出軸l 2是以數(shù)組軸承組1 2 l與本體l樞接，該輸出軸l 2 有一部分長度伸露出本體1容置空間1 0外，以連接于負載并將其帶轉(zhuǎn);
該轉(zhuǎn)子l 3亦為多極環(huán)狀，轉(zhuǎn)子l 3上設(shè)有數(shù)個對應(yīng)于定子1 l線 圈組1 1 1的磁性件13 1，該轉(zhuǎn)子1 3的磁性件1 3 1與定子1 1之間保持有一可變動長度的氣隙1 6;該轉(zhuǎn)子l 3中央設(shè)有一滑槽1 3 2， 該滑槽1 3 2是供輸出軸1 2 —端伸入，且轉(zhuǎn)子1 3的滑槽1 3 2與輸 出軸l 2之間設(shè)有珠狀或環(huán)狀的滑組件1 3 3，令轉(zhuǎn)子l 3可于本體1
內(nèi)與輸出軸l2做軸向的位移；
該連接件l 4兩端分別樞設(shè)于轉(zhuǎn)子1 3與輸出軸1 2，該連接件l 4的數(shù)量可視本體1的規(guī)格而做調(diào)整為數(shù)個，借該連接件1 4令轉(zhuǎn)子1 3與輸出軸1 2結(jié)合，該連接件l 4可呈桿狀或扣環(huán)狀，其主要是用以 連接轉(zhuǎn)子1 3與輸出軸1 2 ，如此則當轉(zhuǎn)子1 3與輸出軸1 2間具有扭 力差而產(chǎn)生相對旋轉(zhuǎn)時，該連接件l 4是受扭力影響而趨于傾斜，并拉 動轉(zhuǎn)子l 3沿滑槽1 3 2做軸向位移；待轉(zhuǎn)子l 3與輸出軸1 2扭力平 衡時，則轉(zhuǎn)子l 3可通過連接件1 4帶轉(zhuǎn)輸出軸1 2;
該彈性件l 5是設(shè)置于轉(zhuǎn)子1 3與輸出軸1 2之間，該彈性件l 5 是朝遠離定子l l的方向推迫轉(zhuǎn)子l 3，并令連接件l 4趨于平直；該 彈性件1 5所提供的彈力，需略大于轉(zhuǎn)子1 3磁性件1 3 1與定子1 1 間的吸力，而該彈性件l 5的特性曲線需滿足如圖3所示的圖表。
該圖3是以厚度8腿的磁性件為測試標的做說明，呈現(xiàn)出該磁性件 的吸力(縱軸，單位為kg)、彈性件的推力(同吸力的縱軸，單位為kg) 與氣隙(橫軸，單位為mm)間的關(guān)系；該磁性件的吸力是與氣隙長度平 方呈一反比的關(guān)系，當氣隙縮小時，吸力便增強，氣隙增長吸力便減弱； 對于彈性件而言，當氣隙縮小時，則該彈性件受壓縮的形變量愈大，該 彈性件對轉(zhuǎn)子所推抵的彈力愈強，彈性件的彈力亦與氣隙長度平方呈反 比；因此以氣隙為橫坐標的磁性件吸力，以及彈性件推力表現(xiàn)出具有一 致性的狀態(tài)，而該彈性件的推力是趨使轉(zhuǎn)子遠離定子，磁性件吸力恰相 反，趨使轉(zhuǎn)子靠近定子，因此在選擇彈性件時，其彈性系數(shù)所表現(xiàn)出的 特性曲線，需在各氣隙長度時彈力皆略大于磁性件吸力，如此方可令轉(zhuǎn) 子不與定子完全貼合，并令連接件趨于平直。
本發(fā)明在使用時，當定子l l的線圈組通電后，則定子l l硅鋼片 上產(chǎn)生電磁力并與轉(zhuǎn)子l 3磁性件1 3 l相吸或相斥，此作用力令轉(zhuǎn)子1 3旋轉(zhuǎn)，但此時馬達輸出軸l 2因受外部負載的阻力影響尚未轉(zhuǎn)動， 故轉(zhuǎn)子l 3與輸出軸1 2之間產(chǎn)生一些稍許相對旋轉(zhuǎn)角度，如此則樞設(shè) 于轉(zhuǎn)子l 3與輸出軸1 2之間的連接件1 4便會趨于傾斜，克服彈性件 1 5的推抵力量而使轉(zhuǎn)子1 3磁性件1 3 1與定子1 1趨近，縮短氣隙 1 6如圖2所示，當輸出軸l 2負載的阻力減小時，則轉(zhuǎn)子l 3受彈性 件1 5的推抵而朝趨遠于定子1 1，令轉(zhuǎn)子1 3回復(fù)至圖1所示的狀態(tài)。
該氣隙l 6的長度則取決于輸出軸1 2所受的阻力大小，亦即取決 于該輸出軸l 2的負載大小；輸出軸l 2的負載愈大，則轉(zhuǎn)子l 3與輸 出軸l 2所產(chǎn)生的相對旋轉(zhuǎn)角度愈大，連接件l 4愈趨傾斜，如此則轉(zhuǎn) 子l 3受到連接件1 4的帶動軸向位移趨近定子1 1，縮小氣隙l 6長 度，氣隙l 6長度小的馬達所呈現(xiàn)輸出特性便是高扭力低轉(zhuǎn)速；
反之，輸出軸l 2的負載愈小，則轉(zhuǎn)子l 3與輸出軸1 2所產(chǎn)生的 相對旋轉(zhuǎn)角度愈小，連接件14愈趨平直，如此則轉(zhuǎn)子l 3受到彈性件 1 5的彈力推抵而軸向位移遠離定子1 1，拉長氣隙l 6長度，氣隙l 6長度大的馬達所呈現(xiàn)輸出特性便是高轉(zhuǎn)速低扭力。
該轉(zhuǎn)子1 3 、輸出軸1 2與連接件1 4的關(guān)系請參閱圖4至圖6。
如圖4所示，在未使用或負載較輕時，則輸出軸l 2所受阻力小， 轉(zhuǎn)子l 3與輸出軸1 2之間相對旋轉(zhuǎn)角度小，連接件l 4呈較平直的狀 態(tài)，此時轉(zhuǎn)子l 3未被拉近，而具有最大的氣隙l 6，即呈高轉(zhuǎn)速低扭 力的狀態(tài)。
如圖5所示，當負載增加時，則輸出軸l 2所受阻力增加，轉(zhuǎn)子l 3與輸出軸1 2之間產(chǎn)生扭力差而相對旋轉(zhuǎn)角度增加，連接件l 4趨于 傾斜，此時轉(zhuǎn)子l 3受連接件1 4的拉動，氣隙l 6較小，該本體l的 扭力增加而轉(zhuǎn)速減低。
如圖6所示，當負載更大時，則連接件l 4更趨于傾斜，氣隙l 6 更小，即呈高扭力低轉(zhuǎn)速的狀態(tài)。
本發(fā)明的可因負載大小而自動調(diào)整氣隙的永磁式無刷馬達，其適用 于各式需根據(jù)負載^5自動調(diào)整高扭力或高轉(zhuǎn)速的裝置，以電動車為例，因本發(fā)明的本體l氣隙l6是由輸出軸12負載阻力所決定，當電動車 乘載較重的人或物時，則本體l氣隙l 6縮小，而可提供較大的扭力， 適應(yīng)載重量大及加速啟動的情況；反之，當電動車乘載較輕時或高速巡 航，則本體1氣隙1 6增長，而可提供較大的轉(zhuǎn)速，如此則可免除齒輪 箱等變速結(jié)構(gòu)的設(shè)置，并減少馬達本體1輸出能量的損耗與相關(guān)成本。
權(quán)利要求
1.一種可因負載大小而自動調(diào)整氣隙的永磁式無刷馬達，設(shè)有一本體，其特征在于，該本體包括一定子，是固設(shè)于本體一端；一輸出軸，是樞設(shè)于該本體，輸出軸有部分長度伸露出本體外；一轉(zhuǎn)子，通過一滑組件與輸出軸呈可軸向位移的狀態(tài)以樞設(shè)于本體內(nèi)，并與定子保持有一可變動長度的氣隙；一連接件，其兩端是分別與轉(zhuǎn)子、輸出軸結(jié)合，該連接件隨轉(zhuǎn)子與輸出軸間的相對旋轉(zhuǎn)角度而傾斜；一彈性件，是朝遠離定子的方向推迫轉(zhuǎn)子，并令連接件趨于平直；借此，當輸出軸的負載改變時，轉(zhuǎn)子與輸出軸間相對旋轉(zhuǎn)角度改變而影響連接件傾斜程度，進而帶動轉(zhuǎn)子軸向位移。
2 .根據(jù)權(quán)利要求1所述的可因負載大小而自動調(diào)整氣隙的永磁式 無刷馬達，其特征在于所述轉(zhuǎn)子內(nèi)設(shè)有一滑槽供所述滑組件與輸出軸組 設(shè)。
3 .根據(jù)權(quán)利要求1所述的可因負載大小而自動調(diào)整氣隙的永磁式 無刷馬達，其特征在于所述彈性件抵迫于輸出軸與轉(zhuǎn)子之間。
4 .根據(jù)權(quán)利要求1所述的可因負載大小而自動調(diào)整氣隙的永磁式 無刷馬達，其特征在于所述連接件為數(shù)個。
全文摘要
一種可因負載大小而自動調(diào)整氣隙的永磁式無刷馬達，設(shè)有一本體，本體包括一定子，是固設(shè)于本體一端；一輸出軸，是樞設(shè)于該本體，輸出軸有部分長度伸露出本體外；一轉(zhuǎn)子，通過一滑組件與輸出軸呈可軸向位移的狀態(tài)以樞設(shè)于本體內(nèi)，并與定子保持有一可變動長度的氣隙；一連接件，其兩端分別與轉(zhuǎn)子、輸出軸結(jié)合，該連接件隨轉(zhuǎn)子與輸出軸間的相對旋轉(zhuǎn)角度而傾斜；一彈性件，是朝遠離定子的方向推迫轉(zhuǎn)子，并令連接件趨于平直；借此，當輸出軸的負載改變時，轉(zhuǎn)子與輸出軸間相對旋轉(zhuǎn)角度改變而影響連接件傾斜程度，進而帶動轉(zhuǎn)子軸向位移，達到自動改變氣隙長度的功效。本發(fā)明減少馬達本體輸出能量的損耗，減輕重量、縮小體積、降低成本，提高續(xù)航力。
文檔編號H02K7/12GK101291089SQ200710097839
公開日2008年10月22日 申請日期2007年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月20日
發(fā)明者葉東龍 申請人:葉東龍