CN112448555A - 具有栅栏式定子的外盘式马达 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有栅栏式H型定子的盘式马达及马达/发电机，包括枢轴、盘式外转子及栅栏式H型式定子；栅栏式H型式定子每一H型铁芯上下有大狭缝形成四个角体，透过外转子永磁体与定子铁芯体的将接触面缩小，达到降低启动电流。又可在四个角体缠绕线圈，其中任两组为短路的短路线圈，另两组为连接的马达线圈绕组；透过位于磁极两侧或偏斜磁通，有效地且集中正交向量，使激磁磁通集中分布于四个角体磁极尖部，保持磁通偏移，达到降低启动电流、改善顿转转矩及提升高速旋转效率；另外，H型铁芯除了有马达线圈绕组外，还包含发电线圈绕组，使得动能所引起的磁感应，可以被有效转换为电能输出储存，达到电能回收目的。

Description

具有栅栏式定子的外盘式马达

技术领域

本发明涉及一种外盘式马达及发电机电能回收领域，特别指一种具有栅 栏式H型式定子的盘式马达及马达/发电机。

背景技术

常见的永磁式交流伺服马达9，如图1所示，将永久磁铁91设置在马达 外层的转子92处，而将电枢线圈绕组93设置于核心的定子94处，无论是 电流经过电枢线圈绕组会因电阻而发热，或是在换相过程中发生电流跳接时 的骤热，都难以轻易散出；且因受限于内外层包覆式的结构设计，使得面对 输出扭力变更、安装空间限制等问题时，其应变的弹性也减少了。

盘式马达与普通永磁电机结构基本相同，也包括有：定子、转子和外壳， 而区别在于盘式马达的转子通常是永磁体，安装在定子铁芯体上的激磁线圈 产生磁场，对于转子产生斥力与拉力，驱动永磁体转子转动。因为永磁体转 子带磁性，被动地与定子磁场作用。因此，定子与转子之间，不仅能够产生 拉力且也产生斥力，既然是磁拉力与斥力，便不仅有大、小的量差异，且有 正、负的区别。由于马达未启动时转子永磁体会吸住定子铁芯体，使得马达 在启动时，定子铁芯体的线圈需要较大的启动电流来产生拉力与推力，以及 运转时会产生较大的顿转转矩便成为难免。

盘式马达的启动电流问题，长期以来都未找到有效的解决办法，致使盘 式马达在高速的效率难以提高。如第2图所示，已知盘式马达8，虽揭露有 盘式外转子81的结构，但对上述的发热及耗能问题并无适当解答。此外， 永久磁铁82和线圈绕组83的数目未曾妥善匹配，也将导致磁回路无法均匀 作用，在每一作用周期中，都可能造成出力忽大忽小的转动不均匀状况。

盘式马达降低磁吸力，主要通过减少永磁体转子与定子铁芯体的间隔较 大距离，或将接触面缩小来提高转速的设计，降低转子永磁体磁吸力来减少 启动电流，但仅适用于高速且低扭力，限制其应用场合。从电磁场理论可推 导出：电机单位体积力矩，在其它条件不变的情况下，与磁通变化量成正比。 由于启动电流原因，转子永磁体数目大于一定数量后，随着转子永磁体数的 增加因而降低转子永磁体与定子铁芯体之间的接触面缩小，其启动电流也会 成倍降低，致使定子铁芯体的磁通幅值的减少量与定子铁芯体的体积减少量相当，输出力矩不会随槽数的增加而增加。

改善定子铁芯体的磁路与永磁体在启动过程的磁吸力或启动电流，传统 上增加永磁体与定子铁芯体的磁路的距离，亦即是增加空气隙的长度，其缺 点即是因空气隙磁阻的增加会导致马达的效率降低且扭力降低。

又，永磁马达在高速区域需要向定子铁芯体的磁路的电磁铁中流入更大 的电流，使其产生与永磁铁磁通相反的磁通。因为随着马达的旋转速度加快， 定子铁芯体的磁路的电磁铁的感应电压将升至电源电压上限，导致转速无法 继续增加转速。但是，流入更大的电流无益于马达扭矩的增加，最终使用的 电流越大，效率越低。因此，如何提高速度或者降低启动电流量即成为当今 的盘式马达主要研究课题。

有鉴于此，发明人本针对先前申请核准中国台湾发明专利公告号 L664794号(申请号107103798)“具有栅栏式定子的外盘式马达”，详加 设计与审慎评估后，终得确具实用性的本发明。

发明内容

本发明的一目的，为提供一种具有栅栏式H型定子的盘式马达，其主要 透过H型铁芯本体上下大狭缝设计，将转子永磁体与定子铁芯体的将接触面 缩小，达到降低启动电流，同时改善高速区域的效率。

为了要达到上述目的，其所采用的技术手段为：提供一种具有栅栏式H 型定子的盘式马达，至少包括：

一根沿轴向延伸的枢轴；

二个彼此平行配置的盘式外转子，每一盘式外转子分别包括一个盘体及 偶数个永久磁铁，其中盘体分别以其中心垂直固设于枢轴，偶数个永久磁铁 设置于盘体，且以盘体为中心成环状排列设置在盘体上，其中每一盘体上的 每两个相邻永久磁铁以相同磁极设置，而前述两个盘式外转子的盘体中的永 久磁铁为相异磁极彼此相对设置；

一组栅栏式H型式定子，包括多数个H型铁芯，每一H型铁芯本体上 下有大狭缝，使本体上下形成四个角体，其中H型铁芯本***于上下大狭缝 之间以横向方式缠绕马达线圈绕组，又多数个H型铁芯分别以上述枢轴为圆 心，且沿着轴向彼此平行均匀排列，前述每一H型铁芯的四个角体的各自两 极分别近接对应前述两个盘式外转子中的永久磁铁，又前述H型铁芯数目大 于上述永久磁铁数目的一倍且低于二倍，或H型铁芯数目小于上述永久磁铁 数目的0.5倍；

一个转子位置感测组件，供量测上述盘式外转子的永久磁铁位置，并输 出至少一个位置信号；及

一个致能控制器，依据所收到的前述位置信号，提供交流的频率式驱动 信号至上述马达线圈绕组，并使得每两相邻前述马达线圈绕组的频率式驱动 信号间，分别具有一均匀的相位差，且该组栅栏式定子的所有相邻马达线圈 绕组间的前述相位差总和为360度的非零整数倍。

上述本发明一种具有栅栏式H型定子的盘式马达，主要透过每二个彼此 平行配置的盘式外转子之间设置一组栅栏式H型定子铁芯的结构，利用H 型定子铁芯本体的上下大狭缝设计，将定子铁芯体上的线圈的交流的频率式 驱动讯号磁化H型铁芯的主磁通产生畸变偏移，有效地均匀集中于两侧且分 布于四个角磁极尖部，增大一交流的频率式驱动讯号磁化H型铁芯的主磁通 与永磁体的正交量，以及保持磁通偏移，来降低启动电流，同时改善高速区 域的效率。其不仅给栅栏式H型式定子的盘式马达的广泛应用创造一个有利 条件，同时，在高速运转时，具有较大的正交向量，以降低转子永磁体与定 子铁芯体的磁吸力，让马达启动电流降低的功效。

在上述一种具有栅栏式H型定子的盘式马达中，其进一步特征在于，所 述一组栅栏H型式定子，包括多数个H型铁芯，其中所述每一H型铁芯本 体上下有大狭缝，使本体形成四个角体，四个角体上分别缠绕线圈，其中一 侧上下两个角体上线圈以横向方式缠绕连接成马达线圈绕组，另一侧上下两 个角体上线圈则分别缠绕成短路线圈。

本发明另一目的，为提供一种具有栅栏式H型定子的盘式马达，其主要 透过H型铁芯本体的上下大狭缝形成的四个角体，在四个角体上分别缠绕线 圈，在其中一侧对角的两个角体上线圈以横向方式缠绕连接成马达线圈绕组， 另一侧对角的两个角体上线圈则分别缠绕成短路线圈；因此，在马达转子启 动过程中，流过定子与转子气隙的合成磁通都是偏斜磁通或位于磁极两侧的， 且此磁通能有效地且集中与转子永磁体的磁通产生正交向量，使激磁磁通集 中分布于四个角体磁极尖部，保持磁通偏移，进而可以轻易推动永磁体转子， 达到降低启动时的启动电流，并且改善盘式马达的顿转转矩，以及提升盘式 马达在高速的效率。

为了要达到上述目的，其所采用的技术手段为：提供一种具有栅栏式H 型定子的盘式马达，至少包括：

一根沿轴向延伸的枢轴；

二个彼此平行配置的盘式外转子，每一盘式外转子分别包括一个盘体及 偶数个永久磁铁，其中盘体分别以其中心垂直固设于枢轴，偶数个永久磁铁 设置于盘体，且以盘体为中心成环状排列设置在盘体上，其中每一盘体上的 每两个相邻永久磁铁以相同磁极设置，而前述两个盘式外转子的盘体中的永 久磁铁为相同磁极彼此相对设置；

一组栅栏式H型式定子，包括多数个H型铁芯，每一H型铁芯本体上 下有大狭缝，使本体形成四个角体，四个角体上分别缠绕线圈，其中一侧对 角两个角体上线圈以横向方式缠绕连接成马达线圈绕组，另一侧对角两个角 体上线圈则分别缠绕成短路线圈，又多数个H型铁芯分别以上述枢轴为圆心， 且沿着轴向彼此平行均匀排列，前述每一H型铁芯的四个角体的各自两极分 别近接对应前述两个盘式外转子中的永久磁铁，又前述H型铁芯数目大于上 述永久磁铁数目的一倍且低于二倍，或H型铁芯数目小于上述永久磁铁数目 的0.5倍；

一个转子位置感测组件，供量测上述盘式外转子的永久磁铁位置，并输 出至少一个位置信号；以及

一个致能控制器，依据所收到的前述位置信号，提供交流的频率式驱动 信号至上述马达线圈绕组，并使得每两相邻前述马达线圈绕组的频率式驱动 信号间，分别具有一均匀的相位差，且该组栅栏式定子的所有相邻马达线圈 绕组间的前述相位差总和为360度的非零整数倍。

本发明再一目的，为提供一种具有栅栏式H型定子的盘式马达/发电机， 其主要透过H型铁芯本体的上下大狭缝形成的四个角体，四个角体上分别缠 绕线圈，其中一侧对角的两个角体上线圈以横向方式缠绕连接成马达线圈绕 组，另一侧对角的两个角体上线圈则分别缠绕成短路线圈，且在H型铁芯本 体上下大狭缝部位以纵向方式缠绕发电线圈绕组，使本发明在定子的H型铁 芯上有马达线圈绕组及发电线圈绕组，在不变更马达单体的设计下，使得动 能所引起的磁感应，可以被有效转换为电能输出储存，同时可以使磁铁和铁 芯间的磁阻降低，达到降低启动电流、改善顿转转矩、提升高速旋转效率、 以及电能回收的目的。

本发明为了要达到上述目的，其所采用的技术手段为：提供一种具有栅 栏式H型定子的盘式马达/发电机，至少包括：

一根沿轴向延伸的枢轴；

二个彼此平行配置的盘式外转子，每一盘式外转子分别包括一个盘体及 偶数个永久磁铁，其中盘体分别以其中心垂直固设于枢轴，偶数个永久磁铁 设置于盘体，且以盘体为中心成环状排列设置在盘体上，其中每一盘体上的 每两个相邻永久磁铁以相同磁极设置，而前述两个盘式外转子的盘体中的永 久磁铁为相同磁极彼此相对设置；

一组栅栏式H型式定子，包括多数个H型铁芯，每一H型铁芯本体上 下有大狭缝，使本体上下形成四个角体，四个角体上分别缠绕线圈，其中一 侧对角两个角体上线圈以横向方式缠绕连接成马达线圈绕组，另一侧对角两 个角体上线圈则分别缠绕成短路线圈，在H型铁芯本体上下大狭缝部位以纵 向方式缠绕发电线圈绕组，又多数个H型铁芯分别以上述枢轴为圆心，且沿 着轴向彼此平行均匀排列，前述每一H型铁芯的四个角体的各自两极分别近 接对应前述两个盘式外转子中的永久磁铁，又前述H型铁芯数目大于上述永 久磁铁数目的一倍且低于二倍，或H型铁芯数目小于上述永久磁铁数目的 0.5倍；

一个转子位置感测组件，供量测上述盘式外转子的永久磁铁位置，并输 出至少一个位置信号；

一个致能控制器，依据所收到的前述位置信号，提供交流的频率式驱动 信号至上述马达线圈绕组，并使得每两相邻前述马达线圈绕组的频率式驱动 信号间，分别具有一均匀的相位差，且该组栅栏式定子的所有相邻马达线圈 绕组间的前述相位差总和为360度的非零整数倍；以及

一组电能回收回路，供接收储存上述发电线圈绕组所产生的电能。

在上述一种具有栅栏式H型定子的盘式马达及马达/发电机中，其中每 一H型铁芯为多个取向性硅钢片迭制成圆形或方形柱状。

在上述一种具有栅栏式H型定子的盘式马达及马达/发电机中，其中栅 栏式H型定子更包括有二个固持H型铁芯的非导磁定子基座。

在上述一种具有栅栏式H型定子的盘式马达及马达/发电机中，其中H 型铁芯的四个角体顶部与近接对应的上述永久磁铁的最短距离小于上述盘 体厚度。

由于本发明一种具有栅栏式H型定子的盘式马达及马达/发电机，包括 二个彼此平行配置的盘式外转子及一组栅栏式H型定子，藉由转子与定子相 互间的巧妙配置及一根枢轴的串接，一方面减少空气隙的距离，使得磁通量 主要经过H型铁芯和永久磁铁达成回路，另一方面在栅栏式H型定子的H 型铁芯上的上下大狭缝部位以纵向方式缠绕发电线圈绕组，使得作为发电机 时，磁通路仍能保持畅通，磁阻降低，发电效率藉此提升；且由于永久磁铁 和H型铁芯的数目相互匹配，共同构成磁回路，搭配彼此具有特定相位差的 频率式驱动讯号，让转子的运转顺畅；尤其，结合H型铁芯数目大于上述永 久磁铁数目的一倍且低于二倍，或H型铁芯数目小于上述永久磁铁数目的 0.5倍的结构特点，每一永久磁铁都恰好搭配一个完整磁回路，有效提升马 达/发电机的能量转换效率，进而达成以上所述所有目的。

附图说明

图1为已知外转子永磁式交流伺服马达示意图，用以说明马达定子与转 子的相对位置关系；

图2为已知盘式马达架构示意图，用以说明其永久磁铁与线圈相对关系；

图3为本发明较佳实施例的立体分解示意图，用以说明枢轴、二个盘式 外转子、盘体、永久磁铁、栅栏式H型定子、H型铁芯及定子基座的相对位 置关系；

图4为H型铁芯为圆形柱状示意图；

图5为H型铁芯为方形柱状示意图；

图6为永久磁铁相邻相同极性且相对位置相异极性，H型铁芯本***于 上下大狭缝之间横向缠绕马达线圈绕组与永久磁铁的相对关系示意图；

图7为图6永久磁铁与H型铁芯内部产生的磁场变化剖视示意图；

图8为永久磁铁相邻相同极性且相对位置相异极性，H型铁芯本体D-B 同侧角体线圈缠绕连接成马达线圈绕组，另一侧角体A-C线圈分别缠绕成短 路线圈与永久磁铁的相对关系示意图；

图9为永久磁铁相邻相同极性且相对位置相异极性，H型铁芯本体A-C 同侧角体线圈缠绕连接成马达线圈绕组，另一侧角体B-D线圈分别缠绕成短 路线圈与永久磁铁的相对关系示意图；

图10为永久磁铁相邻相同极性且相对位置相同极性，H型铁芯本体C-D 对角角体线圈缠绕连接成马达线圈绕组，另一侧对角角体A-B线圈分别缠绕 成短路线圈与永久磁铁的相对关系示意图；

图11为永久磁铁相邻相同极性且相对位置相同极性，H型铁芯本体A-B 对角角体缠绕连接成马达线圈绕组，另一侧对角角体C-D线圈分别缠绕短路 线圈与永久磁铁的相对关系示意图；

图12为永久磁铁相邻相同极性且相对位置相同极性，H型铁芯本体对 角角体线圈缠绕连接成马达线圈绕组，另一侧对角角体线圈分别缠绕成短路 线圈与永久磁铁的相对关系示意图；

图13为图12永久磁铁与H型铁芯内部产生的磁场变化剖视示意图；

图14为永久磁铁相邻相同极性且相对位置相同极性，H型铁芯本体对 角角体线圈缠绕连接成马达线圈绕组，另一侧对角角体线圈分别缠绕成短路 线圈，本体上下大狭缝部位纵向缠绕发电线圈绕组与永久磁铁的相对关系示 意图；

图15为图14永久磁铁与H型铁芯内部产生的磁场变化剖视示意图；

图16为感测组件及智能控制器提供频率式驱动讯号示意图，用以说明 致能控制器接收感测组件量测永久磁铁的位置信号，提供交流频率相邻线圈 组所接收频率式驱动讯号相位差关系。

附图标记说明：

9-永磁式交流伺服马达；8-盘式马达；10-外盘式马达；82(91、122)- 永久磁铁；12(81、92)-转子；83(93、132)-线圈绕组；13(94)-定子； 11-枢轴；131-铁芯；121-盘体；133-基座；134-狭缝；135(A、B、C、D) -角体；136-感测组件；137-智能控制器；138-短路线圈；139-发电线圈绕组

具体实施方式

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图 的较佳实施例的详细说明中，将可清楚呈现；此外，在各实施例中，相同的 组件将以相似的标号表示，另外轴向、纵向的定义为沿着附图的上下方向， 横向的定义为沿着附图的左右方向。

如图3所示，本发明一种具有栅栏式H型定子的外盘式马达10，有一 根沿轴向延伸的枢轴11、两个彼此平行配置的盘式外转子12、一组栅栏式 H型式定子13；其中每一个盘式外转子12包括一个盘体121及偶数个永久 磁铁122；栅栏式H型式定子13包括多数个H型铁芯131及缠绕在每一H 型铁芯131的马达线圈绕组132。

在本实施例中，所述盘体121为圆形盘状，永久磁铁122以6个为略呈 长扁弯弧形；在本领域的技术人员所能轻易理解，即使此处的永久磁铁122 改采如马蹄形或长方形，只要依前述方式设置于盘体121中，均无碍于本发 明的实施。

并且，在本实施例中，所述栅栏式H型式定子13包括9根等长度的圆 形柱状H型铁芯131，且每一H型铁芯131的长度均为3.5公分，H型是指 形状类似英文字母H；又如图4及图5所示，所述H型铁芯131可为圆形或 方形柱状，均无碍于本申请实施。

另外，所述H型铁芯131为以多个取向性硅钢片构成，在本发明技术领 域中，普通技术人员可以任意选择，例如铁粉压铸而成或其他惯用磁导体作 为H型铁芯，均无碍于本申请实施。

如图3所示，所述二个彼此平行配置的盘式外转子12，每一前述盘式外 转子12分别包括一个盘体121及偶数个永久磁铁122，其中盘体121分别以 其中心垂直固设于枢轴11，所述偶数个永久磁铁122以盘体121为中心成环 状排均匀，且平坦嵌设于盘体121中，其中盘体121上的每两个相邻永久磁 铁122以相同磁极设置，而两个平行的盘式外转子12的盘体中的永久磁铁 122为相异磁极彼此相对设置。

如图3所示，所述栅栏式H型式定子13包括多数个H型铁芯131，其 中H型铁芯131共同受二个非导磁定子基座133的固持，且多数个H型铁 芯131分别以枢轴11为圆心，并沿着轴向彼此平行均匀排列设置在二个非 导磁定子基座133中间。

如图3、图4及图5所示，每一H型铁芯131本体上下有大狭缝134， 使其形成四个角体135，其中H型铁芯131本***于上下大狭缝134之间以 横向方式缠绕成马达线圈绕组132，所述四个角体135的各自两极分别近接 对应两个盘式外转子12中的永久磁铁122，如图6所示；又H型铁芯131 数目大于上述永久磁铁122数目的一倍且低于二倍，或H型铁芯数目小于上 述永久磁铁数目的0.5倍，所以无论永久磁铁122转动至任何位置，都可以 有部分永久磁铁122恰好对应两根相邻的H型铁芯131，且两根相邻的H型 铁芯131分别接近两个永久磁铁122N极和S极，而上下两个完整磁回路， 如图6及图7所示。

如图16所示，本发明还包括一个感测组件136及一个与感测组件136 连接的致能控制器137；其中所述感测组件136为霍尔组件，但不限定为此 组件，该感测组件136主要用以提供量测盘式外转子12的永久磁铁122位 置，并可将量测的位置信号输出到致能控制器138，致能控制器138可依据 所收到来自感测组件136的位置信号，提供一个交流的频率式驱动信号至每 一个马达线圈绕组132，并使得每两相邻前述马达线圈绕组132的频率式驱动信号间，分别具有一均匀的相位差，且该组栅栏式H型定子13的所有相 邻马达线圈绕组132间的前述相位差总和为360度的非零整数倍。

请参阅图6及图7所示，其中图6为永久磁铁相邻相同极性且相对位置 相异极性，H型铁芯本***于上下大狭缝之间横向缠绕马达线圈绕组与永久 磁铁的相对关系示意图。图7为图6永久磁铁与H型铁芯内部产生的磁场变 化剖视示意图。

如图所示，本发明在每一H型铁芯131位于上下大狭缝134之间以横向 方式缠绕马达线圈绕组132，供接受一交流的频率式驱动信号磁化H型铁芯 131产生主磁场；因在H型铁芯131作用之下，利用H型铁芯131本身的大 狭缝134，在永久磁铁122的磁极刚经过H型铁芯131对应角体135端部， 且将H型铁芯131本体上的马达线圈绕组132的交流的频率式驱动讯号磁化 H型铁芯131的主磁通产生畸变偏移，有效地均匀集中于两侧且分布于四个 角体135磁极尖部，增大交流的频率式驱动讯号磁化H型铁芯131的主磁通 与永久磁铁122的正交量，以及保持磁通偏移，来降低启动电流，同时改善 高速区域的效率。此外，在高速运转时，具有较大的正交向量，以降低盘式 永久磁铁122与H型铁芯131的磁吸力，达到让马达启动电流降低的功效。

如图7所示，当外盘式马达轴向上方的盘式外转子12的永久磁铁122 的磁极自左至右以N-S、S-N、N-S…的方式排列设置于盘体121，相对地位 于轴向下方的盘式外转子12的永久磁铁122的磁极自左至右以S-N、N-S、 S-N、…方式排列设置于盘体121，配合图3所示，此时，若有一H型铁芯 131被驱动感应出的磁极正好与相互近接的上方的盘式外转子12的永久磁 铁122的磁极相异，共同形成封闭的磁力线，另一方面则与下方永久磁铁122 磁极相同，因同磁极相斥，而由H型铁芯131牵引永久磁铁122沿着枢轴 11旋转运动，也就是上述盘式外转子12被上述栅栏式H型定子13磁力驱 动旋转，而且在永久磁铁122通过对应的H型铁芯131本体四个角体135 端部后，励磁的频率式驱动讯号又会逐渐换相，改以相反的磁性再度推动磁 铁继续运转。于本实施例中，会在圆周上每隔120度产生一处相同的推或拉的作用，使得上述外盘式马达10中每一时相可产生三倍的推力或拉力。上 方与下方的永久磁铁122在图7所示瞬间，磁力线是行经马达线圈132，并 且由下方H型铁芯131本体内部及相邻的H型铁芯131本体返回而构成完 整磁回路。

请参阅图8到图11所示，在本发明一种具有栅栏式H型定子的盘式马 达中，藉由每二个彼此平行配置的盘式外转子12之间设置一组由多数个H 型铁芯131构成的栅栏式H型定子13结构，利用H型铁芯131本体的大狭 缝134形成四个角体135，在四个角体135上缠绕四组线圈，在四组线圈选 择其中两组线圈为短路线圈138，亦即是蔽极线圈(ShadingCoil)功能，被 选择短路的绕组具有匝数少且亦可以使用铜环组成，成为高电阻、小电感抗的电阻性线圈。

将其中两组线圈设为短路线圈138，且另两组线圈连接为马达线圈绕组 132，供接受一交流的频率式驱动讯号磁化H型铁芯。由于从两组未被短路 线圈(马达线圈绕组132)藉由交流的频率式驱动讯号产生的主磁场中所产 生的互感磁通，将会在两组短路线圈138中产生感应电压，在经过短路会产 生一个短路电流。这个短路电流与另两组未被短路的线圈(马达线圈绕组132) 接受一交流的频率式驱动讯号所产生的激磁电流不是同步。根据楞次定律， 此感应电势使得两组短路线圈138产生感应电流反抗另两组未被短路线圈 (马达线圈绕组132)通过接受一交流的频率式驱动讯号磁化H型铁芯的主 磁通的磁通变化，故造成在短路线圈138的磁通相较于两组未被短路线圈(马 达线圈绕组132)通过接受一交流的频率式驱动讯号磁化的主磁通滞后90 度，此滞后磁通可以改变两组未被短路线圈(马达线圈绕组132)通过接受 一交流的频率式驱动讯号磁化的主磁通的相位，亦即是短路线圈138的磁通 与两组未被短路线圈(马达线圈绕组132)通过接受一交流的频率式驱动讯 号磁化的主磁通合成一个偏斜磁通的效果，可使得两组未被短路线圈(马达 线圈绕组132)通过接受一交流的频率式驱动讯号磁化的主磁通方向产生畸 变。

由此可知，由两组短路线圈138所产生的交变磁场理想地与两组未被短 路线圈(马达线圈绕组132)藉由交流的频率式驱动讯号产生的主磁场落后 且相移90度，这将会导致H型铁芯体的两个部分的磁场不会同时为零，且 这个短路线圈138的短路电流又产生新磁场且抵消一部份原來交流的频率式 驱动讯号产生的主磁场，并导致主磁通变化迟缓，继而造成定子铁芯体的角 体磁极尖部主磁场轻微扭曲变形，且间接造成磁场的相移现象。

如图8及图9所示，由于短路线圈138设于H型铁芯中，可根据盘式马 达的设于定子磁极两端之中的四个角体135上。当永久磁铁磁路设计不同且 马达需要转向时，必须将主磁极铁心翻面改变铜环短路放置位置，在永久磁 铁122相邻相同极性，且上下相对位置相异极性时，必须将短路线圈138设 在H型铁芯位于同一侧，短路欲顺时针方向旋转时，如图8所示，可将A、 C铜环短路，而B、D铜环开路；而欲逆时针方向旋转时，如图9所示，则 将A、C铜环开路，B、D铜环短路。

如图10及图11所示，在永久磁铁122相邻相同极性，且上下相对位置 相同极性时，需要将短路线圈138设在H型铁芯位于对角侧，当马达的转向 时，须将主磁极铁心翻面改变铜环短路放置位置，欲顺时针方向旋转时，如 图10所示，可将A、B铜环短路，而C、D铜环开路；而欲逆时针方向旋转 时，如图11所示，则将A、B铜环开路，C、D铜环短路。

由上得知，在盘式马达10的盘式外转子12启动过程中，流过定子13 与盘式外转子12气隙的合成磁通都是位于偏斜磁通或磁极两侧的，可以有 效地集中产生正交向量，且激磁磁通集中分布于四个角体135磁极尖部，保 持磁通偏移，达到降低启动电流、改善盘式马达的顿转转矩、以及提升盘式 马达在高速的效率，大幅提高性价比(性价比为性能/价格，为反映了单位付 出所购得的商品性能)。

再请参阅图12及图13所示，其中图12为永久磁铁相邻相同极性且相 对位置相同极性，H型铁芯本体一侧对角的角体线圈缠绕连接成马达线圈绕 组，另一侧对角的角体线圈缠绕成短路线圈与永久磁铁的相对关系示意图。 图13为永久磁铁与H型铁芯内部产生的磁场变化剖视示意图。

如图所示，每一H型铁芯131本体一侧对角两个角体135线圈缠绕成马 达线圈132，另一侧对角两个角体135上线圈则分别缠绕成短路线圈138， 在本实施例中，H型铁芯131对角的两组线圈连接成一马达线圈绕组132， 供接受一交流的频率式驱动讯号(图未示)磁化前述H型铁芯131。由于这 个短路线圈138的短路电流又产生新磁场且抵消一部份原來交流的频率式驱 动讯号产生的主磁场，并导致主磁通变化迟缓，继而造成H型铁芯131的角 体135磁极尖部主磁场轻微扭曲变形，且间接造成磁场的相移现象，如图13 所示，上述轴向上方的盘式外转子12的永久磁铁122的磁极自左至右以N-S、 S-N、N-S…方式排列设置于盘体121，而相对位于轴向下方的盘式外转子12 的永久磁铁122的磁极自左至右以N-S、S-N、N-S…方式排列设置于盘体 121，配合图3所示，此时，若有一H型铁芯131被驱动感应出的磁极正好 与相互近接的上方盘式外转子12的永久磁铁122的磁极相异，共同形成封 闭的磁力线，另一方面则与下方盘式外转子12的永久磁铁122的磁极相反， 因异磁极相吸以及同磁极相斥，而由H型铁芯131牵引永久磁铁122沿着枢 轴11旋转运动，也就是上述盘式外转子12被上述栅栏式H型定子13磁力 驱动旋转，于本实施例中，会在圆周上每隔120度产生一处相同的推或拉的 作用，使得上述外盘式马达10中每一时相可产生三倍的推力或拉力。在图13所示，上方与下方的永久磁铁122瞬间，磁力线是行经马达线圈绕组132， 并且由H型铁芯131本体下方内部横杆及相邻的H型铁芯131本体返回而 构成完整磁回路。

由于本实施例中的H型铁芯131数目(9支)为永久磁铁(6个)的1.5 倍，所以无论盘式外转子14转动至任何位置，都可以有部分永久磁铁122 恰好对应两根相邻的H型铁芯131，且两根相邻的H型铁芯131分别接近其 N极和S极，使得上下方的盘式外转子12相互对应的两永久磁铁122，分别 可以藉由其中一个H型铁芯131内部横杆通过自己H型铁芯131，返回该永 久磁铁122的另一极而构成上下两个完整磁回路。

此外，每一H型铁芯131内部横杆，使得永久磁铁122的磁力线将密集 通过H型铁芯131，磁阻因而大幅降低。当然，熟悉本领域人士可以理解， 要构成上述对应的磁回路，本发明前述H型铁芯131的数目必须为相对于上 述枢轴11呈现放射状对称分布的正整数，且数目大于上述永久磁铁122数 目的一倍并低于二倍，或H型铁芯数目小于上述永久磁铁数目的0.5倍。

再请参阅图14及图15所示，其中图14为永久磁铁相邻相同极性且相 对位置相同极性，H型铁芯本体一侧对角的角体线圈缠绕连接成马达线圈绕 组，另一侧对角的角体线圈缠绕成短路线圈，本体上下大狭缝部位纵向缠绕 发电线圈绕组与永久磁铁的相对关系示意图。图15为永久磁铁与H型铁芯 内部产生的磁场变化剖视示意图。

如图所示，每一上述H型铁芯131本体上下大狭缝134缠绕有一发电机 线圈绕组139，接受马达线圈绕组132所产生的磁化前述H型铁芯131的交 变互感磁通；在马达运转时，由于栅栏式H型定子13的旋转，会使得设置 于H型铁芯131本体上下大狭缝134的发电线圈绕组139在运动过程中切割 磁力线，回收部分动能并且转换为电能。

根据楞次定律，此感应电势使得发电线圈绕组139产生感应电流或负载 电流反抗马达线圈绕组132的频率式驱动讯号磁化H型铁芯131的主磁通的 磁通变化，故造成在发电机线圈绕组132的磁通相较于马达线圈绕组132通 过接受一交流的频率式驱动讯号磁化的主磁通滞后90度，另因发电线圈绕 组139与马达线圈绕组132互差90度。因此，马达磁通与发电机磁通可以 设计达到同相位，提供永久磁铁完整的磁力线通路，让磁阻大幅降低，且永 久磁铁的旋转移动可以周期性地减弱铁芯受交流电讯号励磁过程中的磁滞 现象，让磁滞现象所带来的发热及能量耗损降低，藉此使得本发明所揭露的 马达在运转过程中发热量低，能量转换效率高，达成超越现有技术的上述发 明目的。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本 发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术 人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应仍属本发明专利涵盖 的范围内。

Claims (10)

1.一种具有栅栏式H型定子的盘式马达，至少包括：

一根沿轴向延伸的枢轴；

二个彼此平行配置的盘式外转子，每一盘式外转子分别包括一个盘体及偶数个永久磁铁，其中盘体分别以其中心垂直固设于枢轴，偶数个永久磁铁设置于盘体，且以盘体为中心成环状排列设置在盘体上，其中每一盘体上的每两个相邻永久磁铁以相同磁极设置，而前述两个盘式外转子的盘体中的永久磁铁为相异磁极彼此相对设置；

一组栅栏式H型式定子，包括多数个H型铁芯，每一H型铁芯本体上下有大狭缝，使本体上下形成四个角体，其中H型铁芯本***于上下大狭缝之间以横向方式缠绕马达线圈绕组，又多数个H型铁芯分别以上述枢轴为圆心，且沿着轴向彼此平行均匀排列，前述每一H型铁芯的四个角体的各自两极分别近接对应前述两个盘式外转子中的永久磁铁，又前述H型铁芯数目大于上述永久磁铁数目的一倍且低于二倍，或H型铁芯数目小于上述永久磁铁数目的0.5倍；

一个转子位置感测组件，供量测上述盘式外转子的永久磁铁位置，并输出至少一个位置信号；及

一个致能控制器，依据所收到的前述位置信号，提供交流的频率式驱动信号至上述马达线圈绕组，并使得每两相邻前述马达线圈绕组的频率式驱动信号间，分别具有一均匀的相位差，且该组栅栏式定子的所有相邻马达线圈绕组间的前述相位差总和为360度的非零整数倍。

2.一种具有栅栏式H型定子的盘式马达，至少包括：

一根沿轴向延伸的枢轴；

二个彼此平行配置的盘式外转子，每一盘式外转子分别包括一个盘体及偶数个永久磁铁，其中盘体分别以其中心垂直固设于枢轴，偶数个永久磁铁设置于盘体，且以盘体为中心成环状排列设置在盘体上，其中每一盘体上的每两个相邻永久磁铁以相同磁极设置，而前述两个盘式外转子的盘体中的永久磁铁为相异磁极彼此相对设置；

一组栅栏式H型式定子，包括多数个H型铁芯，每一H型铁芯本体上下有大狭缝，使本体上下形成四个角体，四个角体上分别缠绕线圈，其中一侧上下两个角体上线圈以横向方式缠绕连接成马达线圈绕组，另一侧上下两个角体上线圈则分别缠绕成短路线圈，又多数个H型铁芯分别以上述枢轴为圆心，且沿着轴向彼此平行均匀排列，前述每一H型铁芯的四个角体的各自两极分别近接对应前述两个盘式外转子中的永久磁铁，又前述H型铁芯数目大于上述永久磁铁数目的一倍且低于二倍，或H型铁芯数目小于上述永久磁铁数目的0.5倍；

一个转子位置感测组件，供量测上述盘式外转子的永久磁铁位置，并输出至少一个位置信号；及

一个致能控制器，依据所收到的前述位置信号，提供交流的频率式驱动信号至上述马达线圈绕组，并使得每两相邻前述马达线圈绕组的频率式驱动信号间，分别具有一均匀的相位差，且该组栅栏式定子的所有相邻马达线圈绕组间的前述相位差总和为360度的非零整数倍。

3.一种具有栅栏式H型定子的盘式马达，至少包括：

一根沿轴向延伸的枢轴；

二个彼此平行配置的盘式外转子，每一盘式外转子分别包括一个盘体及偶数个永久磁铁，其中盘体分别以其中心垂直固设于枢轴，偶数个永久磁铁设置于盘体，且以盘体为中心成环状排列设置在盘体上，其中每一盘体上的每两个相邻永久磁铁以相同磁极设置，而前述两个盘式外转子的盘体中的永久磁铁为相同磁极彼此相对设置；

一组栅栏式H型式定子，包括多数个H型铁芯，每一H型铁芯本体上下有大狭缝，使本体形成四个角体，四个角体上分别缠绕线圈，其中一侧对角两个角体上线圈以横向方式缠绕连接成马达线圈绕组，另一侧对角两个角体上线圈则分别缠绕成短路线圈，又多数个H型铁芯分别以上述枢轴为圆心，且沿着轴向彼此平行均匀排列，前述每一H型铁芯的四个角体的各自两极分别近接对应前述两个盘式外转子中的永久磁铁，又前述H型铁芯数目大于上述永久磁铁数目的一倍且低于二倍，或H型铁芯数目小于上述永久磁铁数目的0.5倍；

一个转子位置感测组件，供量测上述盘式外转子的永久磁铁位置，并输出至少一个位置信号；及

一个致能控制器，依据所收到的前述位置信号，提供交流的频率式驱动信号至上述马达线圈绕组，并使得每两相邻前述马达线圈绕组的频率式驱动信号间，分别具有一均匀的相位差，且该组栅栏式定子的所有相邻马达线圈绕组间的前述相位差总和为360度的非零整数倍。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的具有栅栏式H型定子的盘式马达，其中每一H型铁芯为多个取向性硅钢片迭制成圆形或方形柱状。还包括一个连接至上述栅栏式定子的马达外壳。

5.根据权利要求1-3中任意一项所述的具有栅栏式H型定子的盘式马达，其中栅栏式H型定子更包括有二个固持H型铁芯的非导磁定子基座。

6.根据权利要求1-3中任意一项所述的具有栅栏式H型定子的盘式马达，其中H型铁芯的四个角体顶部与近接对应的上述永久磁铁的最短距离小于上述盘体厚度。

7.一种具有栅栏式H型定子的盘式马达/发电机，至少包括：

一根沿轴向延伸的枢轴；

二个彼此平行配置的盘式外转子，每一盘式外转子分别包括一个盘体及偶数个永久磁铁，其中盘体分别以其中心垂直固设于枢轴，偶数个永久磁铁设置于盘体，且以盘体为中心成环状排列设置在盘体上，其中每一盘体上的每两个相邻永久磁铁以相同磁极设置，而前述两个盘式外转子的盘体中的永久磁铁为相同磁极彼此相对设置；

一组栅栏式H型式定子，包括多数个H型铁芯，每一H型铁芯本体上下有大狭缝，使本体形成四个角体，四个角体上分别缠绕线圈，其中一侧对角两个角体上线圈以横向方式缠绕连接成马达线圈绕组，另一侧对角两个角体上线圈则分别缠绕成短路线圈，在H型铁芯本体上下大狭缝部位以纵向方式缠绕发电线圈绕组，又多数个H型铁芯分别以上述枢轴为圆心，且沿着轴向彼此平行均匀排列，前述每一H型铁芯的四个角体的各自两极分别近接对应前述两个盘式外转子中的永久磁铁，又前述H型铁芯数目大于上述永久磁铁数目的一倍且低于二倍，或H型铁芯数目小于上述永久磁铁数目的0.5倍；

一个转子位置感测组件，供量测上述盘式外转子的永久磁铁位置，并输出至少一个位置信号；

一个致能控制器，依据所收到的前述位置信号，提供交流的频率式驱动信号至上述马达线圈绕组，并使得每两相邻前述马达线圈绕组的频率式驱动信号间，分别具有一均匀的相位差，且该组栅栏式定子的所有相邻马达线圈绕组间的前述相位差总和为360度的非零整数倍；及

一组电能回收回路，供接收储存上述发电线圈绕组所产生的电能。

8.根据权利要求7所述的具有栅栏式H型定子的盘式马达/发电机，其中每一H型铁芯为多个取向性硅钢片迭制成圆形或方形柱状。还包括一个连接至上述栅栏式定子的马达外壳。

9.根据权利要求7所述的具有栅栏式H型定子的盘式马达/发电机，其中栅栏式H型定子更包括有二个固持H型铁芯的非导磁定子基座。

10.根据权利要求7所述的具有栅栏式H型定子的盘式马达/发电机，其中H型铁芯的四个角体顶部与近接对应的上述永久磁铁的最短距离小于上述盘体厚度。

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