CN104135090B - 电动机的动子与定子机构 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种电动机的动子与定子机构，其包含至少一定子以及至少一转子。每一定子包含多个第一磁性件，每一第一磁性件具有一第一表面以及突出第一表面的一凸块。至少一转子包含多个第二磁性件，每一第二磁性件具有一第二表面以及设于第二表面的一凹槽。第一表面面对第二表面，且每一凸块的宽度小于每一凹槽的宽度。

Description

电动机的动子与定子机构

技术领域

本发明涉及电动机的动子与定子机构。

背景技术

近年来，随着世界人口的增加以及科技的进步，能源的需求日亦增高，加上不可再生能源大量的消耗，进而导致能源成本逐渐高涨。因此，为了达到节约能源以及减少能源成本的目标，各国政府开始对能源使用率的要求日趋严格。在工厂节能上，政府不断从政策面及法规面，鼓励厂商提高产线效率。对于占了工厂用电百分之七十以上的马达，各厂商也愈研究如何改善其效率。在数种电机马达架构中，最常见的为感应马达。此外，永磁无刷马达与磁阻马达因具有结构简单、维护容易及效率高等优点，故而逐渐受到重视，也都逐步朝向提高能源效率发展。

以感应马达来说，改善效率的方式主要是朝降低内部能源损失方向着手。其内部损失大可概分为五种，包括铁损、转定子电阻损、气流与磨擦损，以及杂散损。其中，为降低转定子电阻损，将转子的材质改用铜金属乃为目前研究方向之一。对永磁无刷电机来说，磁铁对于马达性能扮演着举足轻重的角色，尤其是现今朝向高效率、轻薄及高扭力密度发展时，除了提高磁铁本身的磁能积之外，有效引导磁路与减少磁漏，提升磁铁使用率也是发展的重点。在工艺方式，传统电动机的动子与定子的设计，受限于磁铁成型及硅钢片冲压工艺，外型多为等厚度扇形的片状结构，使其磁铁表磁分布通常在边缘较高。此外，一般动子与定子机构以硅钢片与稀土磁铁(例如镝)制成，其中制造永久磁铁的稀土材料以及制造模具的成本较高，如此亦提高了总体生产成本。

因此，目前极需一种电动机的动子与定子机构，以提升其运转效率以降低其能源消耗以及减少制造成本。

发明内容

鉴于以上的问题，本发明提供一种电动机的动子与定子机构，以解决上述现有技术中，电机的高能源消耗以及高制造成本的问题。

本发明的一实施例提供一种电动机的动子与定子机构，包含至少一定子以及至少一转子。每一定子包含多个第一磁性件，每一第一磁性件具有一第一表面以及突出第一表面的一凸块。至少一转子包含多个第二磁性件，每一第二磁性件具有一第二表面以及设于第二表面的一凹槽。第一表面面对第二表面，且每一凸块的宽度小于每一凹槽的宽度。

本发明的另一实施例提供一种电动机的动子与定子机构，其包含至少一定子以及至少一转子。每一定子包含多个第一磁性件，每一第一磁性件具有一第一表面以及设于第一表面的一凹槽。转子包含多个第二磁性件，每一第二磁性件具有一第二表面以及突出于第二表面的一凸块。第一表面面对第二表面，且每一凸块的宽度小于每一凹槽的宽度。

本发明的一实施例提供一种电动机的动子与定子机构，其包含一定子以及一移动件。定子包含一第一磁性件，第一磁性件具有一第一表面以及突出第一表面的至少一凸块。移动件包含一第二磁性件，第二磁性件具有一第二表面以及设于第二表面的至少一凹槽。第一表面面对第二表面，且凸块的宽度小于凹槽的宽度。凸块以及凹槽沿移动件的移动方向延伸设置。

本发明的另一实施例提供一种电动机的动子与定子机构，其包含一定子以及一移动件。定子包含一第一磁性件，第一磁性件具有一第一表面以及设于第一表面的至少一凹槽。移动件包含一第二磁性件，第二磁性件具有一第二表面以及突出第二表面的至少一凸块。第一表面面对第二表面，且凸块的宽度小于凹槽的宽度。且凸块以及凹槽沿移动件的移动方向延伸设置。

根据本发明提供的电动机的动子与定子机构，通过动子与定子机构内彼此相对的凹槽以及凸块的结构导引并集中磁场通路，减少动子旋转或移动时的侧向磁漏，而提高磁通密度，进而提高第一磁性件以及第二磁性件的利用率。如此，可提高扭矩输出，以使提升整体能源效率。

附图说明

图1为根据本发明一实施例的一电动机的动子与定子机构的立体示意图；

图2为根据本发明一实施例的电动机的动子与定子机构的立体分解示意图；

图3为根据本发明一实施例的电动机的动子与定子机构的上视示意图；

图4为图3沿线段4-4的剖示图；

图5A为图4的电动机的动子与定子机构的局部放大剖示图；

图5B为根据本发明另一实施例的一电动机的动子与定子机构的局部放大剖示图；

图6为根据本发明另一实施例的一电动机的动子与定子机构的局部放大剖示图；

图7为根据本发明另一实施例的一电动机的动子与定子机构的局部剖示图；

图8A以及图8B分别为根据本发明另一实施例的一电动机的动子与定子机构的局部剖示图；

图9A、图9B、图9C、图9D、图9E、图9F以及图10分别为根据本发明另一实施例的一凸块以及一凹槽的剖示图；

图11A、图11B、图11C、图11D、图11E以及图11F分别为根据本发明另一实施例的一凸块的剖示图；

图12为根据本发明另一实施例的一电动机的动子与定子机构的立体示意图；

图13为根据本发明另一实施例的电动机的动子与定子机构的立体分解示意图；

图14为根据本发明另一实施例的电动机的动子与定子机构的上视示意图；

图15为图14沿线段15-15的剖示图；

图16A为图15的电动机的动子与定子机构的局部放大剖示图；

图16B、图16C、图17A以及图17B分别为根据本发明另一实施例的一电动机的动子与定子机构的局部放大剖示图；

图18为根据本发明一实施例的一电动机的动子与定子机构的立体示意图；

图19A以及图19B分别为根据本发明另一实施例的一电动机的动子与定子机构的立体透视示意图。

附图标记说明：

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

以下在实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何本领域的技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所公开的内容、权利要求书及图式，任何本领域的技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。以下的实施例进一步详细说明本发明的观点，但非以任何观点限制本发明的范畴。

本发明提供电动机的动子与定子机构，其用以接收电能，通过电磁效应，以使动子沿着定子移动或旋转，进而产生机械能。本发明所提供的电动机的动子与定子机构，其中动子可以是转子(Rotor)，以相对于定子而旋转；动子也可是移动件，以相对于定子而线性移动。此外，电动机可以是感应电机装置、磁阻电机装置、永磁无刷电机装置以及线性移动结构等，但动子与定子机构的应用标的非用以限定本发明。

请同时参照图1、图2以及图3。其中图1为根据本发明一实施例的一电动机的动子与定子机构的立体示意图，图2为根据本发明一实施例的电动机的动子与定子机构的立体分解示意图，图3为根据本发明一实施例的电动机的动子与定子机构的上视示意图。本实施例提供的电动机的动子与定子机构1，是一种转定子机构，其包含二定子2、2’以及一转子3。转子3夹设于二定子2、2’之间，并相对于二定子2、2’旋转。在本实施例中，转定子机构应用于轴向电动机。

请同时参照图1至图5A，其中图4为图3沿线段4-4的剖示图，而图5A为图4的电动机的动子与定子机构的局部放大剖示图。以定子2为例，其包含多个第一磁性件20以及一第一外壳23。第一磁性件20以转子3的旋转轴心A为圆心环绕而成一组圆环型结构。每一第一磁性件20具有一第一表面211以及突出第一表面211的二凸块212，第一表面211皆面向同一方向，而凸块212沿着旋转轴心A的圆周方向形成具有多个间隙的二环型凸道。在本实施例中，第一表面211的法线平行旋转轴心A。同样地，定子2’包含多个第一磁性件20’以及一第二外壳24。详细来说，第一磁性件20、20’各包含一导磁件21、21’以及一线圈22、22’。线圈22、22’分别缠绕些导磁件21、21’，导磁件21、21’各具有上述的第一表面211、211’以及上述设于第一表面211、211’的凸块212、212’。也就是说，第一磁性件20、20’可为电磁铁。此外，在本发明中，凸块212以及凹槽311的数量非用以限定本发明，在其他实施例，凸块212以及凹槽311的数量可以是一或二以上的数字。

以下介绍转子3的详细结构。转子3包含多个第二磁性件31以及一转轴32，而多个第二磁性件31围绕转轴32。各第二磁性件31具有一第二表面312、一第三表面314、设于第二表面312的二凹槽311以及设于第三表面314的二凹槽311’。第二表面312以及第三表面314为转子3的相反两侧，第二磁性件31的第二表面312皆面对导磁件21的第一表面211，而第三表面314皆面对导磁件21’的第一表面211’。在本实施例以及部分的实施例中，第一表面211至第二表面312的法线方向以及第一表面211’至第三表面314的法线方向皆平行于转子3的旋转轴线A，且第二磁性件31可为一体成型。再者，凹槽311沿着转子3的一圆周方向并以旋转轴心A为圆心而依序排列以形成一环型槽道3111。当转子3相对于定子2旋转时，凹槽311相对于凸块212旋转，且凸块212以旋转轴心A平行的方向而投影至转子3的投影位置皆位于环型槽道3111内。再者，如图5A所示，每一凸块212的宽度小于每一凹槽311的宽度。每一凹槽311具有一底部3112与相对的一第一侧壁3113以及一第二侧壁3114，每一凸块212具有一顶部2121与相对的一第一侧部2122以及一第二侧部2123。其中，每一凹槽311的底部3112面对于对应的凸块212的顶部2121，第一侧壁3113以及第二侧壁3114分别连接底部3112的相对两侧，而第一侧部2122以及一第二侧部2123分别连接顶部2121的相对两侧。第一侧壁3113对应于第一侧部2122，第二侧壁3114对应于第二侧部2123，如此，凸块212以及凹槽311于图5A方向所示的截面形状为矩形。如此，在本实施例中，凹槽311可分别沿着对应凸块212所组成的环型凸道旋转。此外，底部3112与顶部2121之间具有一垂直距离D1，而第一侧部2122与第一侧壁3113之间以及第二侧部2123与第二侧壁3114之间接具有垂直距离D2。在本实施例中垂直距离D1、D2彼此相等，然而，在其他实施例中，垂直距离D1、D2可彼此相异。此外，在本实施例中，凸块212未没入凹槽311内的容置空间，即顶部2121未设在第二表面312以及凹槽311的底部3112之间所形成的空间内。

然而，凸块212未没入凹槽311的结构未限定本发明。在其他实施例中，请参照图5B，其为根据本发明另一实施例的一电动机的动子与定子机构的局部放大剖示图。在本实施例中，凸块212没入凹槽311中底部3112、第一侧壁3113以及第二侧壁3114所形成的容置空间内。换句话说，凹槽311的底部3112至凸块212的顶部2121的垂直距离D3小于凹槽311的深度d1。

请参考图4以及图5A。凹槽311、311’分别面对凸块212、212’，且凹槽311、311’与转轴32之间的距离相异。同理，凸块212、212’亦与转轴32之间的距离相异。换句换说，凹槽311、311’以及凸块212、212’所对应形成的组合以转轴32的径向方向依序分隔设置。

在本发明中，每一第二磁性件31可以为一永久磁铁或一导磁件。当第二磁性件31是导磁件时，导磁件是硅钢片，或导磁件的材质是软磁复合材料。

于上述的实施例中，公开了定子2具有凸块212以及转子3具有凹槽311。然而，在其他实施例中，定子2可具有凹槽，而转子3可具有凸块。请参照图6，其为根据本发明另一实施例的一电动机的动子与定子机构的局部放大剖示图。定子2、2’各具有凹槽213、213’以及转子3具有位于相反两侧的凸块313、313’，凹槽213、213’分别面对凸块313、313’。以凹槽213以及凸块313为例，凹槽213具有一底部2131以及一第一侧壁2132以及一第二侧壁2133，凸块313具有一顶部3131、一第一侧部3132以及一第二侧部3133，顶部3131面对底部2131，而第一侧壁2132以及第二侧壁2133分别对应第一侧部3132以及第二侧部3133。第一侧壁2132以及第二侧壁2133与第一侧部3132以及第二侧部3133皆相隔垂直距离D4，而顶部3131与底部2131相隔垂直距离D5。垂直距离D4可大于、等于或小于垂直距离D5。

在上述的实施例中，转子3由二定子2、2’所夹设的方式非用以限定本发明。请参照图7，其为根据本发明另一实施例的一电动机的动子与定子机构的局部剖示图。本实施例的结构类似于上述的实施例，故相同标号代表相似结构。在本实施例中，电动机的动子与定子机构1仅包含一定子2以及一转子3。定子2包含一导磁件21以及一第一外壳23。定子2位于转子3的一侧，即转子3设于定子2相反于第一外壳23的相反一侧。再者，导磁件21具有二凸块212，转子3具有二凹槽313，二凸块212以及二凹槽313分别彼此面对。如此，电动机的动子与定子机构1包含一定子2以及一转子3的组合中，当转子3相对于定子2旋转时，凹槽313亦相对于凸块212旋转，如此亦达到本案增加旋转扭矩的功效。

以下介绍具有多个彼此不等距的凹槽以及凸块的组合。请参照图8A，其为根据本发明另一实施例的一电动机的动子与定子机构的局部剖示图。图8A所绘的实施例与图7所示的实施例类似，故相同标号代表相似结构。在本实施例中，定子2的第一磁性件20具有多个凸块212，凸块212包括一第一凸块212a、一第二凸块212b以及一第三凸块212c，依序自转子3的旋转轴心A径向向外排列设置。其中，第一凸块212a至第二凸块212b的距离相异于第二凸块212b至第三凸块212c的距离。转子3的第二磁性件31具有多个凹槽311。凹槽311包含一第一凹槽311a、一第二凹槽311b以及一第三凹槽311c，依序自转子3的旋转轴心A径向向外排列设置。其中，第一凹槽311a至第二凹槽311b的距离相异于第二凹槽311b至第三凹槽311c的距离。详细来说，第一凸块212a、第二凸块212b以及第三凸块212c分别具有三第一侧部2122a、2122b、2122c，第一侧部2122a、2122b、2122c皆面向转轴(未绘出，于图示左侧)，且第一侧部2122a、2122b与第一侧部2122a、2122c之间的距离相异。再者，第一凹槽311a、第二凹槽311b以及第三凹槽311c分别具有三第一侧壁3113a、3113b、3113c，第一侧壁3113a、3113b、3113c皆面向转轴(未绘出)，且第一侧壁3113a、3113b与第一侧壁3113b、3113c之间的距离相异。然而，在其他实施例中，第一凸块212a至第二凸块212b的距离相同于第二凸块212b至第三凸块212c的距离，且第一凹槽311a至第二凹槽311b的距离亦可相同于第二凹槽311b至第三凹槽311c的距离。如此，当转子3相对于定子2旋转时，第一凹槽311a、第二凹槽311b以及第三凹槽311c亦相对于第一凸块212a、第二凸块212b以及第三凸块212c旋转，如此亦达到本案增加旋转扭矩的功效。

定子2的多个凹槽以及转子3的多个凸块之间的距离亦可不等距，请参照图8B，其为根据本发明另一实施例的一电动机的动子与定子机构的局部剖示图，本实施例与图6的实施例类似，故相同标号代表相似结构，且相同之处不在赘述。在本实施例中。定子2的第一磁性件20的导磁件21具有一第一凹槽213a、一第二凹槽213b以及一第三凹槽213c。第一凹槽213a、第二凹槽213b以及第三凹槽213c分别具有一第一侧壁2132a、2132b、2132c。转子3具有一第一凸块313a、一第二凸块313b以及一第三凸块313c，第一凸块313a、第二凸块313b以及第三凸块313c分别具有一第一侧部3132a、3132b、3132c。在本实施例中，第一凹槽213a与第二凹槽213b之间的距离以及第二凹槽213b与第三凹槽213c之间的距离相异，即第一侧壁2132a、2132b之间的距离相异于第一侧壁2132b、2132c之间的距离。类似地，第一凸块313a与第二凸块313b之间的距离以及第二凸块313b与第三凸块313c之间的距离彼此相异，即第一侧部3132a、3132b之间的距离相异于第一侧部3132b、3132c。类似地，在其他实施例中，第一凹槽213a与第二凹槽213b之间的距离可相同于以及第二凹槽213b与第三凹槽213c之间的距离，且第一凸块313a与第二凸块313b之间的距离相同于第二凸块313b与第三凸块313c之间的距离。

上述凸块以及凹槽的截面形状是矩形，但其形状非用以限定本发明，而可根据实际需求进行调整。请参照图9A至图10，其分别为根据本发明另一实施例的一凸块以及一凹槽的剖示图。如图9A所示，凸块212的截面形状是一半圆形，而凹槽311的截面形状是一圆弧形(形状小于半圆)，且凸块212以及凹槽311的圆心位于第一表面211的延伸面上，即凸块212以及凹槽311同圆心。另外，凸块212以及凹槽311的垂直距离D6小于凹槽311的深度d2，即凸块212的部分体积位于凹槽311内的容置空间中。如图9B所示，凸块212的截面形状是一圆弧形(形状小于半圆)，而凹槽311的截面形状是一圆弧形，凸块212的圆心位于第一磁性件内，而凹槽311的圆心位于第一表面211的延伸平面上。也就是说，凸块212以及凹槽311的圆心位置相异。如图9C所示，凸块212以及凹槽311的截面形状皆是椭圆形。如图9D所示，凸块212的截面形状是半圆形，而凹槽311的截面形状是椭圆形。如图9E所示，凸块212的截面形状是椭圆形，而凹槽311的截面形状是圆弧形，且凹槽311的圆心位于第一表面211的延伸面上。如图9F所示，凸块212的截面形状是柱状圆头形，而凹槽311的截面形状是半圆形。凹槽311的的圆心与凹槽311的柱状圆头的圆心位于同一位置，即凹槽311的的圆心位于凹槽311内。另外，在其他实施例中，当导磁件21具有凹槽213而第二磁性件31具有凸块313时，凹槽213以及凸块313的截面形状亦可如上述图9A至图9F的截面形状。举例来说，如图10所示，凹槽213截面形状是圆弧形，而凸块313截面形状是半圆形。因此，上述凸块以及凹槽的截面形状可以是半圆形、椭圆形、圆弧型、柱状圆头等，并且凸块以及凹槽的圆心、柱状圆头的柱长可依实际需求进行调整。

另外，请参考图11A至图11F，分别为根据本发明另一实施例的一凸块的剖示图。凸块的截面形状非限于上述的形状。如图11A所示，凸块212的截面形状是等腰三角形，且顶部2121为一锐角的尖端。如图11b所示，凸块212的截面形状是直角三角形，即第二侧部2123表面与第一表面211垂直，第一侧部2122表面与第一表面211夹有一锐角。如图11C所示，凸块212的截面形状是等腰梯形，即第一侧部2122以及第二侧部2123彼此对称于顶部2121，且顶部2121表面平行于第一表面211。如图11D所示，凸块212的截面形状是等腰三角形顶点导圆，即本实施例类似于图11A，但顶部2121为一导圆。如图11E所示，凸块212的截面形状是直角梯形，即凸块212的第一侧部2122表面垂直于第一表面211，第二侧部2123表面与第一表面211夹有一锐角，且顶部2121表面平行于第一表面211。如图11F所示，凸块212的截面形状是直角梯形顶点导圆，即相较于图11E，本实施例的顶部2121为一导圆(或称导角、倒角)。综合上述，凸块212的截面形状，以及顶部2121、第一侧部2122、第二侧部2123与第一表面211的设置关系可依实际需求进行调整。再者，类似于上述凸块，本实施例的凹槽(未绘出)的截面形状依实际需求而可为矩形、圆弧形、半圆形、柱状圆头形、等腰三角形顶点导圆、等腰三角形、直角三角形、等腰梯形、直角梯形或直角梯形顶点导圆等形状。

上述介绍轴向的电动机的动子与定子机构1，以下介绍径向的电动机的动子与定子机构。请同时参照图12至图16A，图12为根据本发明另一实施例的一电动机的动子与定子机构的立体示意图。图13为根据本发明另一实施例的电动机的动子与定子机构的立体分解示意图。图14为根据本发明另一实施例的电动机的动子与定子机构的上视示意图。图15为图14沿线段15-15的剖示图。图16A为图15的电动机的动子与定子机构的局部放大剖示图。在本实施例中，电动机的动子与定子机构1’包含一定子2以及一转子3，定子2以径向环绕转子3而设置。当运作时，转子3沿旋转轴心A而相对于定子2旋转。定子2包含多个第一磁性件20，各第一磁性件20包含一导磁件21以及一线圈22。各导磁件21具有一第一表面211以及设置于第一表面211上的二凸块212。线圈22分别缠绕导磁件21。在本实施例中，转子3包含多个第二磁性件31以及一转轴32，而多个第二磁性件31围绕转轴32，并且各第二磁性件31具有一第二表面312以及设置于第二表面312的二凹槽311。各第二磁性件31的第二表面312共同环绕向外，而第一表面211及其上的二凸块212面对第二表面312及其二凹槽311。也就是说，第一表面211至第二表面312的方向垂直于转子3的旋转轴心A。再者，第一磁性件20以及第二磁性件31的数目相异。

以下详细介绍电动机的动子与定子机构1’中第一磁性件20以及第二磁性件31的机构，请同时参考图15以及图16A。其中，导磁件21的各凸块212具有一顶部2121、一第一侧部2122以及一第二侧部2123，顶部2121的相对两侧连接第一侧部2122以及第二侧部2123，且第一侧部2122以及第二侧部2123连接第一表面211。凹槽311具有一底部3112、一第一侧壁3113以及一第二侧壁3114。第一侧壁3113以及第二侧壁3114的相对两端分别连接底部3112以及第二表面312。在本实施例中，顶部2121与底部3112的垂直距离D7等于第一侧部2122与第一侧壁3113的垂直距离D8。然而，在其他实施例中，顶部2121与底部3112的垂直距离D7亦可大于或小于第一侧部2122与第一侧壁3113的垂直距离D8。此外，在本实施例中，顶部2121位于第二表面312的延伸平面上，即凸块212未容置于凹槽311内。

在其他实施例中，请参照图16B，其为根据本发明另一实施例的一电动机的动子与定子机构的局部放大剖示图。顶部2121与底部3112的垂直距离D9小于凹槽311的深度d3，即凸块212的部分体积容置于凹槽311的容置空间内，如此亦可达到本案提升旋转时扭矩的功效。

上述各第一磁性件20以及第二磁性件31仅分别具有二凸块212以及二凹槽311，但凸块212以及凹槽311的数量非用以限定本发明。请参照图16C，其为根据本发明另一实施例的一电动机的动子与定子机构的局部放大剖示图。在本实施例中，各定子2包括依序排列的一第一凸块212a、一第二凸块212b以及一第三凸块212c，且第一凸块212a至第二凸块212b的距离相异于第二凸块212b至第三凸块212c的距离。转子3的各第二磁性件31包含依序排列的一第一凹槽311a、一第二凹槽311b以及一第三凹槽311c，第一凹槽311a至第二凹槽311b的距离相异于第二凹槽311b至第三凹槽311c的距离。详细来说，第一凸块212a、第二凸块212b以及第三凸块212c分别具有一第一侧部2122a、2122b、2122c，第一侧部2122a、2122b、2122c皆面向同一方向，而第一侧部2122a、2122b之间的距离相异于第一侧部2122b、2122c之间的距离。类似地，第一凹槽311a、第二凹槽311b以及第三凹槽311c分别具有一第一侧壁3113a、3113b、3113c，第一侧壁3113a、3113b、3113c皆面向同一方向，且第一侧壁3113a、3113b之间的距离相异于第一侧壁3113b、3113c之间的距离。

然而，在其他实施例中，第一凸块212a至第二凸块212b的距离相等于第二凸块212b至第三凸块212c的距离，且第一凹槽311a至第二凹槽311b的距离相等于第二凹槽311b至第三凹槽311c的距离。

上述介绍的电动机的动子与定子机构1’中，定子2包含凸块212，而转子3包含凹槽311。在其他部分的实施例中，定子2可包含凹槽，而转子3包含凸块。请参照图17A，其为根据本发明另一实施例的一电动机的动子与定子机构的局部放大剖示图。本实施例与上述实施例的结构相似，故相同之处不再赘述。在电动机的动子与定子机构1’中，定子2的每一第一磁性件20具有一第一表面211以及设于第一表面211的一凹槽213。转子3的每一第二磁性件31具有一第二表面312以及突出于第二表面312的一凸块313。其中第一表面211面对第二表面312，且每一凸块313的宽度小于每一凹槽213的宽度。详细来说，每一凹槽213具有一底部2131以及二第一侧壁2132以及一第二侧壁2133，每一凸块313具有一顶部3131、一第一侧部3132以及一第二侧部3133。在本实施例中，凸块313的顶部3131至凹槽213的底部2131的垂直距离D10等于第一侧壁2132至第一侧部3132的垂直距离D11。此外，凸块313未进入凹槽213的容置空间内。

另外，在其他实施例中，凸块313的顶部3131至凹槽213的底部2131的垂直距离D10相异于第一侧壁2132至第一侧部3132的垂直距离D11。在其他实施例中，凸块313的顶部3131介于凹槽213的底部2131和第一表面211之间，即凸块313的部分体积位于凹槽213的容置空间内。

上述凸块313以及凹槽213的数目非用以限定本发明，请参照图17B，其为根据本发明另一实施例的一电动机的动子与定子机构的局部放大剖示图。本实施例与上述图16B以及图17A所示的实施例相似，故相同之处不再赘述。各第一磁性件20包括依序排列的一第一凹槽213a、一第二凹槽213b以及一第三凹槽213c，且第一凹槽213a至第二凹槽213b的距离相异于第二凹槽213b至第三凹槽213c的距离。各第二磁性件31包含依序排列的一第一凸块313a、一第二凸块313b以及一第三凸块313c，第一凸块313a至第二凸块313b的距离相异于第二凸块313b至第三凸块313c的距离。详细来说，第一凹槽213a、第二凹槽213b以及第三凹槽213c分别具有一第一侧壁2132a、2132b、2132c，第一侧壁2132a、2132b、2132c皆面向同一方向，而第一侧壁2132a、2132b之间的距离相异于第一侧壁2132b、2132c之间的距离。类似地，第一凸块313a、第二凸块313b以及第三凸块313c分别具有一第一侧部3132a、3132b、3132c，第一侧部3132a、3132b、3132c皆面向同一方向，且第一侧部3132a、3132b之间的距离相异于第一侧部3132b、3132c之间的距离。

然而，在其他实施例中，第一凹槽213a至第二凹槽213b的距离亦可相等于第二凹槽213b至第三凹槽213c的距离，且第一凸块313a至第二凸块313b的距离亦可相等于第二凸块313b至第三凸块313c的距离。

下述的实验组1的模拟分析测试，是指本案图7的单一定子2以及单一转子3的轴向结构，而此电动机的动子与定子机构1(即转定子机构)应用于单气隙(Gap)轴向磁通永磁马达。其中，转轴32的外径为14公厘(mm)，转子3的外径为24mm，以三相直流电压输入电能，额定功率为80瓦特(W)，磁石体积是指转子的导磁件的磁石的体积，总厚度是指包括定子2以及转子3的电动机的动子与定子机构，磁通密度是指电动机的动子与定子机构1气隙间总磁通密度，磁通密度轴向分量是指沿着旋转轴心A的单一方向的磁通密度，扭矩是指转子3所输出的力矩值。其中，对照组1以及对照组2为现有技术中的电动机的动子与定子机构的运作测试，即对照组1以及对照组2无本发明所提供的凸块以及凹槽的结构。另外，对照组1以及对照组2的定子体积相同，而对照组2的磁石体积与实验组1相同。体积、厚度、磁通、扭矩与扭矩密度差异(％)一栏是指实验组1分别相较于对照组1、对照组2的差异。

表1-A实验组1与对照组1、2的比较图

表1-B实验组1与对照组1、2的比较图

根据上述的分析结果，本案实验组1与对照组1进行比较，在输出扭矩(Torque)近似相同的情况下，实验组1的磁石体积与总厚度明显减少，如此可减少材料成本。再者，实验组1的总磁通密度、磁通密度轴向分量以及扭矩密度(扭矩除以转子与定子总体积)则明显提高。

本发明的实验组1与对照组2进行比较，在磁石体积相同的情况下，实验组1的厚度减薄，且总磁通密度、磁通密度轴向分量、扭矩以及扭矩密度明显提升。

以下的实验组与对照组，是用于比较在相同转子体积下，在不同气隙空间下，具有凹槽以及凸块的实验组与现有不具有凹槽以及凸块的对照组的扭力比较。其中实验组的气隙是指上述实施例中凸块212至凹槽311的间距，而对照组的气隙是指转子与定子间的距离。再者，实验组1是同为上述的单气隙轴向永磁马达，实验组2是指如图1至图5A所示实施例的电动机的动子与定子机构1，其额定功率为1500W，三相交流电压输入，

转轴32的外径为86mm，转子的外径为170mm。实验组3是指如图13至图16A所示实施例的电动机的动子与定子机构1应用于一单气隙径向感应马达的运作测试。其额定功率为7500W，三相交流电压输入，电动机的动子与定子机构1的厚度是150mm，转轴32的外径为48mm，转子的外径为210mm。

表2实验组与对照组的扭矩比较图

由上述的实验结果可以得知，各实验组的扭矩皆有较对照组明显提升。因此，本案的电动机的动子与定子机构通过彼此相对的凹槽以及凸块的结构导引并集中磁场通路，减少转子旋转时的侧向磁漏，以提高磁通密度，进而提高第一磁性件以及第二磁性件的利用率。如此，整体能效率得可提升。此外，大致来说，在本发明的电动机的动子与定子机构的同一测试组合当中，气隙距离与扭矩成反比。

上述具有凸块和凹槽的转定子机构亦可应用于线性移动结构，请参照图18，图18为根据本发明一实施例的一电动机的动子与定子机构的立体示意图。本发明的一实施例提供的电动机的动子与定子机构1”，是一种线性移动结构，其包含彼此相对的一定子2”以及一移动件3’。定子2”包含一第一磁性件20，第一磁性件20具有一第一表面211以及突出第一表面211的二凸块212。移动件3’包含一第二磁性件31，第二磁性件31具有一第二表面312以及设于第二表面312的二凹槽311，第一表面211面对第二表面312，且凸块212的宽度小于凹槽311的宽度，且凸块212以及凹槽311沿移动件3’的移动方向延伸设置。当运作时，凹槽311沿着凸块212进行线性移动。在本发明中，凸块212以及凹槽311的数量非用以限定本发明，在其他实施例，凸块212以及凹槽311的数量可以是一或二以上的数字。上述凸块212以及凹槽311的设置，可防止侧向磁漏，增加定子2”与移动件3’间的磁通密度，进而提升输出扭矩。

在本实施例中，第二磁性件31为一永久磁铁或一导磁件。导磁件是硅钢片，或导磁件的材质是软磁复合材料。

然而，在其他实施例中，电动机的动子与定子机构1”的定子2”可不具有凸块，而移动件3’可不具有凹槽。定子2”的第一磁性件20可包含设于第一表面的一凹槽(未绘出)，移动件3’的第二磁性件31可包含设于第二表面的凸块(未绘出)。而凹槽以及凸块彼此面对。凸块亦沿着凹槽线性移动，如此亦可达到本发明提升输出功率的功效。

在本发明中，电动机的动子与定子机构1”的凸块212的截面的形状为矩形、圆弧形、半圆形、柱状圆头形、等腰三角形顶点导圆、等腰三角形、直角三角形、等腰梯形、直角梯形或直角梯形顶点导圆等形状。而电动机的动子与定子机构1”的每一凹槽311的截面的形状为矩形、圆弧形、半圆形、柱状圆头形、等腰三角形顶点导圆、等腰三角形、直角三角形、等腰梯形、直角梯形或直角梯形顶点导圆等形状。

请参照图19A，其为根据本发明另一实施例的一电动机的动子与定子机构的立体透视示意图。在本实施例中，本实施例与图18的实施例类似，故相同标号代表相似结构，且相同之处不在赘述。在本实施例中，二凸块212分别具有三凸起部212d、212e、212f，凸起部212d、212e、212f并沿移动件3’的移动方向间隔设置。三凸起部212d、212e、212f之间分别具有一凹陷部2124、2125，而凹陷部2124、2125分别具有彼此相对的一第一墙面2124a、2125a以及一第二墙面2124b、2125b，且第一墙面2124a、2125a面对相同方向，而第二墙面2124b、2125b面对另一相同方向。在本实施例中，第一墙面2124a、2125a之间的距离相等于些第二墙面2124b、2125b之间的距离。换句话说，凹陷部2124、2125彼此同宽，即凸起部212d、212e、212f彼此间隔相同。如此，亦可提升电动机的动子与定子机构的输出扭矩。

另外，当定子2’包含凹槽(未绘出)，而移动件3’包含凸块(未绘出)时，移动件3’的凸块可具有多个凸起部以及凸起部之间的凹陷部，而凸起部通过凹陷部而彼此等距间隔设置。

请参照图19B，其为根据本发明另一实施例的一电动机的动子与定子机构的立体透视示意图。在本实施例中，凸块212具有三凸起部212d、212e、212f，并沿移动件3’的移动方向间隔设置。三凸起部212d、212e、212f之间分别具有一凹陷部2124、2125，凹陷部2124、2125分别具有一第一墙面2124a、2125a以及一第二墙面2124b、2125b。第一墙面2124a、2125a之间的距离相异于第二墙面2124b、2125b之间的距离。换句话说，凹陷部2124、2125彼此的宽度不同，而使凸起部212d、212e、212f彼此的间隔相异。如此，亦可提升电动机的动子与定子机构的输出扭矩。

另外，当定子2’包含凹槽(未绘出)，而移动件3’包含凸块(未绘出)时，移动件3’的凸块可具有多个凸起部以及凸起部之间的凹陷部。凹陷部的宽度不同，而使凸起部通过凹陷部而彼此间隔设置，且凸起部的间隔相异。

在制作方面，本发明的导磁件可以为软磁复合材料磁铁或树脂结合型磁铁。软磁复合材料磁铁主要由铁或铁基粉的粉体(Iron/Iron based powder)以及不同比例的硅、铝、锰混合，并再搭配结合剂(Binder)共同制成。其中，结合剂主要是无机材料，例如是磷与二氧化硅黏结而成。如此，因为软磁复合材料的粉体为绝缘，较现有技术的硅刚片能抑制涡形电流。其次，材料利用率以及模具成本亦较冲压所制成的硅钢片高。

另外，树脂结合型磁铁主要由钕、铁、硼所制成，因为不包含镝，故可降低材料成本，且同以压铸方式制造，可降低成本，另外，可于导磁件表面氧化处理，以降低长时间使用后的磁通耗损。

综合上述，根据本发明提供的电动机的动子与定子机构，通过彼此相对的凹槽以及凸块的结构导引并集中磁场通路，减少转子旋转时的侧向磁漏，而提高磁通密度，进而提高第一磁性件以及第二磁性件的利用率。如此，可提高扭矩输出，以使提升整体能源效率。此外，电动机的动子与定子机构亦可减少材料的使用，相较于现有技术，而产生更高的扭矩输出，进而降低材料以及制造成本。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (30)

1.一种电动机的动子与定子机构，包含：

至少一定子，包含多个第一磁性件，每一该第一磁性件具有一第一表面以及突出该第一表面的一凸块；以及

至少一转子，包含多个第二磁性件，每一该第二磁性件具有一第二表面以及设于该第二表面的一凹槽，所述第一表面面对所述第二表面，且该第一表面至该第二表面的方向平行于该转子的旋转轴线，每一该凸块的宽度小于每一该凹槽的宽度。

2.如权利要求1所述的电动机的动子与定子机构，其特征在于，所述凹槽沿着该转子的一圆周方向依序排列而形成一环型槽道，当该转子相对于该定子旋转时，所述凸块投影至该转子的投影位置皆位于该环型槽道内。

3.如权利要求1所述的电动机的动子与定子机构，其特征在于，每一该第一磁性件包含一导磁件以及一线圈，所述线圈分别缠绕所述导磁件，每一该导磁件具有该第一表面以及设于该第一表面的该凸块。

4.如权利要求1所述的电动机的动子与定子机构，其特征在于，每一该凹槽具有一底部，每一该凸块具有一顶部，该凹槽的该底部至该凸块的该顶部的垂直距离小于该凹槽的深度。

5.如权利要求1所述的电动机的动子与定子机构，其特征在于，每一该第二磁性件为一永久磁铁或一导磁件。

6.如权利要求5所述的电动机的动子与定子机构，其特征在于，每一该第二磁性件是该导磁件时，该导磁件是硅钢片，或该导磁件的材质是软磁复合材料。

7.如权利要求1所述的电动机的动子与定子机构，其特征在于，该至少一定子位于该转子的一侧。

8.如权利要求1所述的电动机的动子与定子机构，其特征在于，该至少一定子的数量为二，该转子夹设于该二定子之间。

9.如权利要求1所述的电动机的动子与定子机构，其特征在于，每一该凹槽具有一底部与相对的一第一侧壁以及一第二侧壁，每一该凸块具有一顶部与相对的一第一侧部以及一第二侧部，其中每一该凹槽的该底部面对于对应的该凸块的该顶部。

10.如权利要求1所述的电动机的动子与定子机构，其特征在于，每一该第一磁性件具有多个所述凸块，所述凸块包括一第一凸块、一第二凸块以及一第三凸块依序自该转子的旋转轴心径向向外排列，该第一凸块至该第二凸块的距离相异于该第二凸块至该第三凸块的距离，每一该第二磁性件具有多个所述凹槽，所述凹槽包含一第一凹槽、一第二凹槽以及一第三凹槽依序自该转子的旋转轴心径向向外排列，该第一凹槽至该第二凹槽的距离相异于该第二凹槽至该第三凹槽的距离。

11.如权利要求1所述的电动机的动子与定子机构，其特征在于，每一该凸块的截面的形状为矩形、圆弧形、半圆形、柱状圆头形、等腰三角形顶点导圆、等腰三角形、直角三角形、等腰梯形、直角梯形或直角梯形顶点导圆等形状，每一该凹槽的截面的形状为矩形、圆弧形、半圆形、柱状圆头形、等腰三角形顶点导圆、等腰三角形、直角三角形、等腰梯形、直角梯形或直角梯形顶点导圆等形状。

12.一种电动机的动子与定子机构，包含：

至少一定子，包含多个第一磁性件，每一该第一磁性件具有一第一表面以及设于该第一表面的一凹槽；以及

至少一转子，包含多个第二磁性件，每一该第二磁性件具有一第二表面以及突出于该第二表面的一凸块，所述第一表面面对所述第二表面，该第一表面至该第二表面的方向垂直于该转子的旋转轴线，该至少一定子环绕该转子设置，且每一该凸块的宽度小于每一该凹槽的宽度。

13.如权利要求12所述的电动机的动子与定子机构，其特征在于，每一该第一磁性件包含一导磁件以及一线圈，所述线圈分别缠绕所述导磁件，每一该导磁件具有该第一表面以及设于该第一表面的该凹槽。

14.如权利要求12所述的电动机的动子与定子机构，其特征在于，每一该凹槽具有一底部，每一该凸块具有一顶部，该凸块的该顶部至该凹槽的该底部的垂直距离小于该凹槽的深度。

15.如权利要求12所述的电动机的动子与定子机构，其特征在于，每一该第一磁性件具有多个所述凹槽，所述凹槽包括一第一凹槽、一第二凹槽以及一第三凹槽，该第一凹槽至该第二凹槽的距离相异于该第二凹槽至该第三凹槽的距离，每一该第二磁性件具有多个所述凸块，所述凸块包含一第一凸块、一第二凸块以及一第三凸块，该第一凸块至该第二凸块的距离相异于该第二凸块至该第三凸块的距离。

16.如权利要求12所述的电动机的动子与定子机构，其特征在于，每一该凸块的截面的形状为矩形、圆弧形、半圆形、柱状圆头形、等腰三角形顶点导圆、等腰三角形、直角三角形、等腰梯形、直角梯形或直角梯形顶点导圆等形状，每一该凹槽的截面的形状为矩形、圆弧形、半圆形、柱状圆头形、等腰三角形顶点导圆、等腰三角形、直角三角形、等腰梯形、直角梯形或直角梯形顶点导圆等形状。

17.如权利要求12所述的电动机的动子与定子机构，其特征在于，每一该第二磁性件为一永久磁铁或一导磁件。

18.如权利要求17所述的电动机的动子与定子机构，其特征在于，每一该第二磁性件是该导磁件时，该导磁件是硅钢片，或该导磁件的材质是软磁复合材料。

19.一种电动机的动子与定子机构，包含：

一定子，包含一第一磁性件，该第一磁性件具有一第一表面以及突出该第一表面的至少一凸块；以及

一移动件，包含一第二磁性件，该第二磁性件具有一第二表面以及设于该第二表面的至少一凹槽，该第一表面面对该第二表面，且该凸块的宽度小于该凹槽的宽度，且该凸块以及该凹槽沿该移动件的移动方向延伸设置，每一该至少一凸块具有至少三凸起部，并沿该移动件的移动方向间隔设置，该至少三该凸起部之间分别具有一凹陷部，所述凹陷部分别具有一第一墙面以及一第二墙面。

20.如权利要求19所述的电动机的动子与定子机构，其特征在于，所述第一墙面之间的距离相等于所述第二墙面之间的距离。

21.如权利要求19所述的电动机的动子与定子机构，其特征在于，所述第一墙面之间的距离相异于所述第二墙面之间的距离。

22.如权利要求19所述的电动机的动子与定子机构，其特征在于，每一该凸块的截面的形状为矩形、圆弧形、半圆形、柱状圆头形、等腰三角形顶点导圆、等腰三角形、直角三角形、等腰梯形、直角梯形或直角梯形顶点导圆等形状，每一该凹槽的截面的形状为矩形、圆弧形、半圆形、柱状圆头形、等腰三角形顶点导圆、等腰三角形、直角三角形、等腰梯形、直角梯形或直角梯形顶点导圆等形状。

23.如权利要求19所述的电动机的动子与定子机构，其特征在于，该第二磁性件为一永久磁铁或一导磁件。

24.如权利要求23所述的电动机的动子与定子机构，其特征在于，该导磁件是硅钢片，或该导磁件的材质是软磁复合材料。

25.一种电动机的动子与定子机构，包含：

一定子，包含一第一磁性件，该第一磁性件具有一第一表面以及设于该第一表面的至少一凹槽；以及

一移动件，包含一第二磁性件，该第二磁性件具有一第二表面以及突出该第二表面的至少一凸块，该第一表面面对该第二表面，且该凸块的宽度小于该凹槽的宽度，且该凸块以及该凹槽沿该移动件的移动方向延伸设置，每一该至少一凸块具有至少三凸起部，并沿该移动件的移动方向间隔设置，该至少三该凸起部之间分别具有一凹陷部，所述凹陷部分别具有一第一墙面以及一第二墙面。

26.如权利要求25所述的电动机的动子与定子机构，其特征在于，所述第一墙面之间的距离相等于所述第二墙面之间的距离。

27.如权利要求25所述的电动机的动子与定子机构，其特征在于，所述第一墙面之间的距离相异于所述第二墙面之间的距离。

28.如权利要求25所述的电动机的动子与定子机构，其特征在于，每一该凸块的截面的形状为矩形、圆弧形、半圆形、柱状圆头形、等腰三角形顶点导圆、等腰三角形、直角三角形、等腰梯形、直角梯形或直角梯形顶点导圆等形状，每一该凹槽的形状为矩形、圆弧形、半圆形、柱状圆头形、等腰三角形顶点导圆、等腰三角形、直角三角形、等腰梯形、直角梯形或直角梯形顶点导圆等形状。

29.如权利要求25所述的电动机的动子与定子机构，其特征在于，该第二磁性件为一永久磁铁或一导磁件。

30.如权利要求29所述的电动机的动子与定子机构，其特征在于，该导磁件是硅钢片，或该导磁件的材质是软磁复合材料。