TWI505604B - 動力裝置 - Google Patents

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TWI505604B TW103103387A TW103103387A TWI505604B TW I505604 B TWI505604 B TW I505604B TW 103103387 A TW103103387 A TW 103103387A TW 103103387 A TW103103387 A TW 103103387A TW I505604 B TWI505604 B TW I505604B
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Chinghsiung Tsai
Hongcheng Sheu
Chiwen Chung
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Description

動力裝置
本發明是有關於一種旋轉電機。
旋轉電機是機電系統中主要的動力來源。第1圖為一種傳統的旋轉電機示意圖。旋轉電機10主要分成轉子部20及定子部30。一般轉子部20主要包含有磁石22及轉軸24，而定子部30主要包含有鐵芯32、繞組34。一般鐵芯32的外形皆為環形，轉子部20位於環形鐵芯32中間的空腔處。因此旋轉電機10的外殼會是以方型或是圓形為主。
但是在機電系統的空間配置中，若是旋轉電機的安裝空間非方形或是圓形時，在使用上便會受限於旋轉電機外形的限制，使得設備空間的利用無法達到最佳化。
本發明提供了一種旋轉電機，用以達到空間利用最佳化之目的。
本發明之一態樣提供了一種旋轉電機，包含轉子部以及至少一定子部。轉子部具有轉軸。定子部包含鐵芯以及繞設於鐵芯之繞組，其中鐵芯垂直於轉軸之剖面具有與 轉軸相切的一第一軸向，以及相交於第一軸向的一第二軸向，轉子部設置於第二軸向之延伸線上。
於一或多個實施例中，剖面之形狀可呈矩形或是弧形。
於一或多個實施例中，定子部之數量為二，定子部之間的夾角約為180度。
於一或多個實施例中，定子部之數量為三，定子部之間的夾角約為120度。於一或多個實施例中，旋轉電機更包含一外殼，定子部與轉子部位於外殼中。
於一或多個實施例中，轉子部沿第一軸向的長度小於轉子部沿第二軸向的長度。
於一或多個實施例中，轉子部沿第一軸向的長度大於轉子部沿第二軸向的長度。
本發明之另一態樣提供了一種動力裝置，包含複數個旋轉電機，其中每一旋轉電機包含轉子部與至少一定子部。轉子部具有一轉軸。定子部包含鐵芯以及繞設於鐵芯之繞組，其中定子部垂直於轉軸之剖面具有與轉軸相切的一第一軸向，以及相交於第一軸向的一第二軸向，轉子部設置於第二軸向之延伸線上。
於一或多個實施例中，剖面之形狀可呈矩形，旋轉電機橫向排列。
於一或多個實施例中，剖面之形狀可呈弧形，旋轉電機排列呈環形。
於一或多個實施例中，動力裝置更包含殼體，旋轉 電機設置於殼體中。
於一或多個實施例中，轉子部沿第一軸向的長度小於轉子部沿第二軸向的長度。
於一或多個實施例中，轉子部沿第一軸向的長度大於轉子部沿第二軸向的長度。
本發明之再一態樣為一種機械手臂，包含串聯之複數個前述的旋轉電機，其中每一旋轉電機中之定子部之數量為一，定子部之剖面呈矩形。
於一或多個實施例中，旋轉電機之尺寸可以依序遞減。
本發明藉由改變定子部之形狀以及其與轉子部之間的相對位置，便可以使得旋轉電機以及應用其之動力裝置與機械手臂達到更佳的空間利用率，使得旋轉電機以及應用其之動力裝置與機械手臂在空間的使用上更為靈活。
10‧‧‧旋轉電機
20‧‧‧轉子部
22‧‧‧磁石
24‧‧‧轉軸
30‧‧‧定子部
32‧‧‧鐵芯
34‧‧‧繞組
100‧‧‧旋轉電機
110‧‧‧轉子部
112‧‧‧轉軸
114‧‧‧磁石
120‧‧‧定子部
122‧‧‧鐵芯
124‧‧‧繞組
130‧‧‧外殼
200‧‧‧動力裝置
210‧‧‧殼體
300‧‧‧機械手臂
L1‧‧‧第一軸向
L2‧‧‧第二軸向
第1圖為一種傳統的旋轉電機示意圖。
第2-3圖繪示本發明之旋轉電機不同實施例的剖面示意圖。
第4、5、6圖分別繪示本發明之旋轉電機不同實施例的剖面示意圖。
第7圖與第8圖分別繪示本發明之動力裝置不同實施例的剖面示意圖。
第9圖與第10圖分別為第8圖之動力裝置於不同相位角配置下的力矩輸出圖。
第11圖繪示應用第5圖之旋轉電機的機械手臂一實施例的示意圖。
以下將以圖式及詳細說明清楚說明本發明之精神，任何所屬技術領域中具有通常知識者在瞭解本發明之較佳實施例後，當可由本發明所教示之技術，加以改變及修飾，其並不脫離本發明之精神與範圍。
本發明所提出之旋轉電機，藉由改變定子部的形狀以及其與轉子部之間的相對位置，便可以使得旋轉電機依照設置空間的需求而具有不同的外型，使得空間利用更為靈活。
參照第2圖，其繪示本發明之旋轉電機一實施例的剖面示意圖。旋轉電機100包含有轉子部110以及定子部120。轉子部110包含有轉軸112與多個磁石114，磁石114為極***錯排列地設置於轉軸112的表面。本實施例中之定子部120之數量為兩個，定子部120分別位於轉子部110的相對兩側。
定子部120包含有鐵芯122以及繞設於鐵芯122之繞組124。本實施例中，旋轉電機100應用於三相馬達，故鐵芯122之磁柱與對應之繞組124的數量均為三個。當定子部120之繞組124通電之後，便會產生磁性，藉由定子 部120與轉子部110之間的磁力作用，使得轉子部110旋轉。
不同於傳統的環形定子部，本實施例中之定子部120之形狀不再是中空的環型而是為矩形。具體而言，定子部120之鐵芯122於垂直於轉軸112的剖面具有一第一軸向L1與一第二軸向L2，第一軸向L1相切於轉軸112，亦即第一軸向L1為一條直線，第一軸向L1與轉軸112的外緣僅相交於一點，並且第一軸向L1的兩端垂直於鐵芯122的表面。第二軸向L2則與第一軸向L1相交，第二軸向L2的兩端亦大致垂直於鐵芯122的表面。於本實施例中，第二軸向L2與第一軸向L1之間大致相互垂直，並且鐵芯122沿第一軸向L1的長度小於鐵芯122沿第二軸向L2的長度。轉子部110則是設置於第二軸向L2的延伸線上。於本實施例中，兩定子部120分別位於轉子部110的兩側且兩定子部120之間的夾角約為180度。此時，兩定子部120與轉子部110橫向排列成為長條形。
配合著定子部120與轉子部110的設計，旋轉電機100更包含有外殼130。因應著長條配置的轉子部110與定子部120，外殼130之形狀亦為長條形。換言之，本實施例之旋轉電機100之外形為長條形，其可以適用於長條狀的空間中。
按照上述原理，藉由合適地變化定子部120的形狀以及定子部120與轉子部110之間的設置關係，便可以得到具有不同外形的旋轉電機100，以下將以不同實施例示例 說明之。
參照第3圖，其繪示本發明之旋轉電機另一實施例的剖面示意圖。旋轉電機100包含有轉子部110與定子部120，轉子部110具有轉軸112，定子部120包含鐵芯122以及繞設於鐵芯122之繞組124。鐵芯122垂直於轉軸112之剖面具有第一軸向L1與一第二軸向L2，第二軸向L2則與第一軸向L1相交，轉子部110設置於定子部120之第二軸向L2的延伸線上。
於本實施例中，兩定子部120分別位於轉子部110的兩側且兩定子部120之間的夾角約為180度，並且鐵芯122沿第一軸向L1的長度小於鐵芯122沿第二軸向L2的長度。
參照第4圖，其繪示本發明之旋轉電機另一實施例的剖面示意圖。旋轉電機100包含有轉子部110與定子部120，轉子部110具有轉軸112，定子部120包含鐵芯122以及繞設於鐵芯122之繞組124。鐵芯122垂直於轉軸112之剖面具有第一軸向L1與一第二軸向L2，第二軸向L2則與第一軸向L1相交，轉子部110設置於定子部120之第二軸向L2的延伸線上。
本實施例中，定子部120之數量為二，定子部120垂直於轉軸112的剖面形狀呈現弧形(或是近似於扇形)，兩定子部120分別設置於轉子部110的兩側，使得兩定子部120與位於其間的轉子部110共同構成另一個弧形(或是近似於扇形)的結構。
旋轉電機100包含有外殼130，轉子部110以及定子部120設置於外殼130之中。外殼130的形狀因應轉子部110以及定子部120的外形而同樣呈現弧形(或是近似於扇形)。
參照第5圖，其繪示本發明之旋轉電機又一實施例的剖面示意圖。旋轉電機100包含有轉子部110與定子部120，轉子部110具有轉軸112，定子部120包含鐵芯122以及繞設於鐵芯122之繞組124。鐵芯122垂直於轉軸112之剖面具有第一軸向L1與一第二軸向L2，第二軸向L2則與第一軸向L1相交，轉子部110設置於定子部120之第二軸向L2的延伸線上。
本實施例中，定子部120之數量為一個，定子部120垂直於轉軸112之剖面形狀可以為矩形或是弧形，定子部120配置於轉子部110的一側。外殼130之形狀可以為對應的矩形或是弧形。鐵芯122沿第一軸向L1的長度可以小於鐵芯122沿第二軸向L2的長度。
參照第6圖，其繪示本發明之旋轉電機又一實施例的剖面示意圖。旋轉電機100包含有轉子部110與定子部120，轉子部110具有轉軸112，定子部120包含鐵芯122以及繞設於鐵芯122之繞組124。鐵芯122垂直於轉軸112之剖面具有第一軸向L1與一第二軸向L2，第二軸向L2則與第一軸向L1相交，轉子部110設置於定子部120之第二軸向L2的延伸線上。
本實施例中，定子部120垂直於轉軸112之剖面的 形狀呈矩形，定子部120的數量為三。定子部120為放射狀地從轉子部110延伸設置，定子部120之間的夾角約為120度。對應於轉子部110以及定子部120之外殼130的形狀亦為放射狀的外形。
從前述實施例可以得知，本發明所提供之旋轉電機100可以配合不同的設置空間需求，改變定子部120的形狀以及定子部120與轉子部110之間的相對位置，以達到較佳的空間利用率，並且可以使得旋轉電機100具有更大的鐵芯122與繞組124配置空間，以提供較佳的電機特性。
本技術領域人員當可以依照實際需求變更定子部的120的形狀以及定子部120與轉子部110之間的相對位置，而不以前述實施例為限。
除此之外，多個前述之旋轉電機100更可以並聯使用，結合成為較大型的動力裝置，以下將以實施例說明之。
參照第7圖，其繪示本發明之動力裝置一實施例的剖面示意圖。動力裝置200包含有多個如第2圖所示之旋轉電機100，其中每一旋轉電機100包含有兩定子部120以及一轉子部110，鐵芯122垂直於轉子部110的剖面具有第一軸向L1與一第二軸向L2，第二軸向L2則與第一軸向L1相交，轉子部110設置於定子部120之第二軸向L2的延伸線上。
兩定子部120垂直於轉軸112之剖面呈矩形，兩定子部120分別位於轉子部110的兩側。此些旋轉電機100可以橫向排列，以共同構成長條形的動力裝置200。動力裝 置200包含有殼體210，旋轉電機100則是設置於殼體210之中。
或者，參照第8圖，其繪示本發明之動力裝置另一實施例的剖面示意圖。動力裝置200中包含有多個如第4圖所示之旋轉電機100，其中每一旋轉電機100包含有兩定子部120以及一轉子部110，鐵芯122垂直於轉子部110的剖面具有第一軸向L1與一第二軸向L2，第二軸向L2則與第一軸向L1相交，轉子部110設置於定子部120之第二軸向L2的延伸線上。兩定子部120垂直於轉軸112之剖面呈弧形(或近似於扇形)，兩定子部120分別位於轉子部110的兩側。此些旋轉電機100可以頭尾連續地排列，以共同構成環形的動力裝置200。此時動力裝置200的殼體210可以為中空的環形，旋轉電機100則設置於環形的殼體210內。
參照第9圖與第10圖，其分別為第8圖之動力裝置於不同相位角配置下的力矩輸出圖。當採用多個旋轉電機100組合成如第8圖所示之動力裝置200時，若是未設計旋轉電機100之間的相位角，而使得所有的旋轉電機100具有相同的相位角時，此時動力裝置200的力矩輸出圖會如第9圖所示，具有明顯的頓動力。
因此，本實施例更進一步地調整各個旋轉電機100之間的相位角，使其具有相位角差，用以減少頓動力的產生。具體而言，每一個旋轉電機100之間的相位角差為頓動力的循環週期(電氣角度)除以並聯之旋轉電機100的數 量。第8圖之動力裝置200經由此相位角調整之後的力矩輸出圖會如第10圖所示，不具有明顯的頓動力。
綜上所述，多個並聯之旋轉電機100可再構成另一動力裝置200，本技術領域人員當可以依照實際需求變更變更定子部的120的形狀與旋轉電機100之間的排列方式，使得空間利用更為靈活，並可以調整旋轉電機100之間的相位角，以減少頓動力的現象。
參照第11圖，其繪示應用第5圖之旋轉電機的機械手臂一實施例的示意圖。機械手臂300包含有多個串聯之旋轉電機100，每一個旋轉電機100可用以提供一個軸向的移動，將多個旋轉電機100串聯之後，便可以使機械手臂300進行預定的移動。
由於每一個旋轉電機100只具有一個定子部120以及一轉子部110，因此，相較於傳統使用環形鐵芯的情形，本發明之旋轉電機100可以達到輕量化以及節省空間配置之功效。又為了要減輕機械手臂300末端的重量，旋轉電機100的尺寸可以從一端至另一端依序遞減，使得較為靠近基部的旋轉電機100具有較大的尺寸，而較為接近工作部的旋轉電機100具有較小的尺寸。
從以上實施例可以得知，藉由改變定子部之形狀以及其與轉子部之間的相對位置，便可以使得旋轉電機以及應用其之動力裝置與機械手臂達到更佳的空間利用率，使得旋轉電機以及應用其之動力裝置與機械手臂在空間的使用上更為靈活。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧旋轉電機
110‧‧‧轉子部
112‧‧‧轉軸
114‧‧‧磁石
120‧‧‧定子部
122‧‧‧鐵芯
124‧‧‧繞組
130‧‧‧外殼
L1‧‧‧第一軸向
L2‧‧‧第二軸向

Claims (6)

  1. 一種動力裝置，包含複數個並聯之旋轉電機，其中每一該些旋轉電機包含：一轉子部，具有一轉軸；以及至少一定子部，該定子部包含一鐵芯以及繞設於該鐵芯之一繞組，其中該鐵芯垂直於該轉軸之剖面具有與該轉軸相切的一第一軸向，以及相交於該第一軸向的一第二軸向，該轉子部設置於該第二軸向之延伸線上，其中該定子部剖面之形狀呈弧形，該些旋轉電機之間的相位角差為頓動力的循環週期除以該些旋轉電機之數量。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之動力裝置，其中該至少一定子部之數量為二，該些定子部之間的夾角約為180度。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之動力裝置，其中該至少一定子部之數量為三，該些定子部之間的夾角約為120度。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之動力裝置，其中該轉子部沿該第一軸向的長度小於該轉子部沿該第二軸向的長度。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之動力裝置，其中該轉子部沿該第一軸向的長度大於該轉子部沿該第二軸向的長度。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之動力裝置，其中該些旋轉電機排列呈環形。
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