CN101227127B - 马达及其转子结构 - Google Patents

Abstract

一种可自力启动的马达，具有启动部分及运转部分，启动部分为鼠笼式感应马达，而运转部分为永磁式马达，启动部分与运转部分为同轴分离设置，且其绕线分别连接至交流电源，启动部分的绕线可装设开关，当启动部分驱动马达达到同步转速时，运转部分维持马达的同步运转，且可关闭启动部分，以减少铜损。

Description

马达及其转子结构

技术领域

本发明涉及一种马达及其转子结构；特别是涉及一种转子具有启动部分与运转部分的马达。

背景技术

现今许多产业的日常作业，常需依赖动力以驱动机械做旋转、或其它形式的运动，此时通常会选择以马达作为动力来源；由于马达可将电能或磁能转换成为机械能，故广泛地应用于各种工业、电器、运输系统等装置上，已成为一种不可或缺的设备。马达的型式有若干种，例如感应马达、永磁马达等等，可根据不同的环境及条件，选用不同型式的马达。

其中，可自力启动的永磁同步马达具有其优势，其通过转子结构具有启动部分与运转部分的设计，分别提供启动与运转时所需的转矩，故具有较高的效能。

更明确而言，利用感应马达的原理，先将定子接上交流电源使其产生旋转磁场后，转子的鼠笼结构便可产生感应电流，进而形成转矩驱动转子的启动。当转子转速达到与定子绕组的旋转磁场的频率相同时(即转子已达同步转速)，鼠笼结构便无法提供额外的转矩，而改由具有高运转效率的永磁式马达来提供，其由转子上的永久磁铁与定子绕组所产生的旋转磁场交互作用产生转矩，以维持同步转速。近年来，由于永久磁铁的材质与磁能积不断提升，使得自力启动式永磁同步马达可在同步旋转时得到极高的运转效率。

请配合图1A、1B，所示为公知永磁式马达的转子10，其包含转轴11及鼠笼式结构13，鼠笼式结构13在沟槽内轴向设有多导电棒131，转子10内部尚有多永久磁铁15，而转子10的两端还设有短路环17。鼠笼式结构13的导电棒131与定子(图中未示出)感应产生转矩，以启动转子的运转；达到同步转速后，定子所提供的磁场与永久磁铁间所产生转矩，则可维持转子于同步转速下旋转。

然而，此公知的永磁式马达在制造及设计上还会有以下缺点。首先，永久磁铁15有强大吸力，导致永久磁铁15在置入时与由多硅钢片迭置铆接而成的转子10吸引，因此增加置入的难度，且永久磁铁15与转子10可能因瞬间磁吸力导致碰撞而碎裂，甚或使作业员受伤。另外，若改以先将未充磁的永久磁铁15置入，利用定子线圈充磁之后，再灌注铝形成导电棒，则可能因为高温导致永久磁铁15去磁而失效。此外，转子10的内部空间部分被导电棒131所占据，可设置永久磁铁15的空间受限，导致马达的效率难以提升。

为改善上述的缺点，或可将转子的启动部分与运转部分分开制造，随后再进行组立的设计。如图2A、2B所示，启动部分13a为鼠笼式结构，而运转部分13b内具有永久磁铁15，以便在达到同步转速时做为马达运转的主激磁场。然而，此改良虽然可省却驱动器的设置，但分别相对于启动部分13a与运转部分13b的定子，为同一电源、同一组线圈所供应，在稳定状态时(如转子已达同步转速)，启动部分13a与定子间并不会产生作用力，但仍有电流通过，造成能量的损失，降低效率。

有鉴于此，提供可具有高运转效率的永磁式马达及其转子结构，乃为此业界亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种马达及其转子结构，转子结构具有同轴且分离的启动部分与运转部分，其中启动部分为感应式转子，不需要驱动器即可产生转矩，而运转部分为永磁式转子，可维持马达于同步转速，具有较高的效率。

本发明的另一目的在于提供一种马达及其转子结构，通过两组线圈连接至同一电源，启动部分利用感应产生力矩以启动转子运转，到达同步转速之后，除了运转部分继续带动维持同步转速，可将启动部分的线圈关闭，减少不必要的线路铜损所导致的能量损失。

本发明的再一目的在于提供一种马达及其转子结构，上述转子与线圈的配置，使本发明的马达可不必使用驱动器，运用一般家用(市电)的三相电源即可达到启动及维持运转的效果。

本发明的又一目的在于提供一种马达及其转子结构，在制造过程中，由于启动部分的导电棒与运转部分的永久磁铁错置，磁铁可在不充磁的状况下置入，随后以定子线圈进行充磁即可，不会受到导电棒产生的感应电流影响，此工艺的改善可提升作业安全性并简化工艺。此外，通过永久磁铁与导电棒错置，可减少磁铁与定子之间阻隔，故磁阻较小，还可提升马达运转效率。

为达上述目的，本发明提供一种马达的转子结构，其具有转轴、第一转子及第二转子，第一转子具有多导电棒，平行地沿转轴的轴向，环设于该第一转子上，而第二转子内环设有多磁石；其中，第一转子及第二转子在转轴上同步旋转，且彼此间隔一距离。

本发明尚提供一种具有上述转子结构的马达，包含定子结构及线圈模块，定子结构包含分别对应第一转子与第二转子的第一定子及第二定子，线圈模块包含第一线圈及第二线圈，其中第一线圈绕设于第一定子上，第二线圈绕设于第二定子上，而第一线圈及第二线圈与电源电连接。

为让本发明的上述目的、技术特征、和优点能更明显易懂，下文以较佳实施例配合附图进行详细说明。

附图说明

图1A为公知永磁式马达转子的示意图；

图1B为图1A所示转子的剖面示意图；

图2A为另一公知永磁式马达转子的示意图；

图2B为图2A所示转子的剖面示意图；

图3为本发明的永磁式马达的示意图；以及

图4为本发明的转子的剖面示意图。

主要元件标记说明

10    转子            11    转轴

13    鼠笼式结构      13a   启动部分

13b   运转部分        131   导电棒

15    永久磁铁        17    短路环

30    转子结构        31    第一转子

311   导电棒          33    第二转子

331   磁石            35    转轴

37    短路环          50    定子结构

51    第一定子        53    第二定子

70    线圈模块        71    第一线圈

73    第二线圈        75    开关

90    电源            D     距离

具体实施方式

本发明所披露的马达如图3所示，其中转子结构的剖面示意图如图4所示。本发明的马达主要包含转子结构30、定子结构50及线圈模块70，其中，转子结构30具有第一转子31、第二转子33及转轴35。一般而言，第一转子31及第二转子33分别由多硅钢片迭置铆接而成，而转轴35为用以连接第一转子31及第二转子33，且可定义出一轴向，使第一转子31与第二转子33可沿此轴向，同步地在转轴35上旋转。

而定子结构50包含第一定子51及第二定子53，分别对应第一转子31与第二转子33设置，图3所示的第一定子51及第二定子53仅为示意图，实际上为环状结构，环绕第一转子31及第二转子33。线圈模块70可界定第一线圈71及第二线圈73，第一线圈71绕设于第一定子51上，而第二线圈73绕设于第二定子53上，以分别形成磁场；线圈模块70与电源90电连接，即第一线圈71及第二线圈73以实质上并联的形式，分别连接至电源90。于本发明中，以单一电源90即可分别提供二组线圈所需的电力，须说明的是，电源90实质上为交流三相电源，一般家用电源(市电)即可应用于本发明。

为方便说明，可定义第一转子31、第一定子51及第一线圈71共同形成一启动部分，其为一种感应马达结构，以提供启动时的动力来源。请参照图4，第一转子31为鼠笼式结构，如先前技术所披露，其环设有多轴向通孔，用以对应容置多导电棒311，使上述这些导电棒311可平行地沿转轴35的轴向，环设于第一转子31上，且导电棒311由铝或铜所制成；而第一转子31于两相对端部还分别设有两短路环37。从而，当第一定子51导电提供一磁场，第一转子31便可形成感应电流，进而产生转矩。

更明确而言，第一线圈71产生具有近似正弦波形的磁动势，进而使导体棒上产生感应电流，当感应电流切割磁场，会产生感应力于导体棒311上，促使转子转动，且其转速逐渐趋近旋转磁场的频率。

可进一步定义第二转子33、第二定子53及第二线圈73共同形成运转部分，为一种永磁马达结构。第二转子33内环设有多个磁石331，当第二定子53产生磁场，且转子结构30开始转动后，第二转子33的磁石331与该磁场反应产生转矩，用以维持马达于同步转速下运转。

本发明的特征在于，与第一线圈71及第二线圈73共同电连接至电源90，以分别提供第一定子51及第二定子53产生磁场；为配合第一线圈71及第二线圈73的分离设置，故在转子结构30上，第一转子31与第二转子33彼此间隔一适当的距离D。

本发明于第一线圈71上还可设有开关75，较佳如电磁开关，俾控制第一线圈71的电导通。通过本发明的设计，第一线圈71的导通可在马达转动的初始阶段，提供启动力矩，到达同步转速之后，第二线圈73的导通使得运转部分可继续带动维持同步转速，此时即可将开关75关掉，使第一线圈71无作用，仅保留第二线圈73的导通，维持同步转速即可。

通过上述的披露，本发明的马达具有感应式的启动部分，相较于公知永磁式马达，不需设置驱动器，并可于启动马达运转后，将启动部分的线路关闭以降低铜损；而永磁驱动的运转部分，维持马达于同步转速运转，保留了可降低滑差、顺利充磁等优点。此外，制造过程可较为简化及安全，且利用一般三相电源即可驱动。

上述的实施例仅用来例举本发明的实施方式，以及阐释本发明的技术特征，并非用来限制本发明的保护范畴。任何所属技术领域的技术人员可轻易完成的改变或均等性的安排均属于本发明所主张的范围，本发明的权利保护范围应以权利要求范围为准。

Claims (5)

1.一种马达，其特征是包含：

转子结构，其具有：

转轴，定义一轴向；

第一转子，具有多导电棒，上述这些导电棒为平行地沿上述轴向，环设于上述第一转子上；以及

第二转子，具有多个磁石，上述这些磁石环设于上述第二转子内；

其中，上述转轴连接上述第一转子及上述第二转子，使上述第一转子与上述第二转子同步旋转，且上述第一转子与上述第二转子间，彼此间隔一距离；

定子结构，包含第一定子及第二定子，分别对应上述第一转子与上述第二转子设置；以及

线圈模块，包含第一线圈及第二线圈，上述第一线圈绕设于上述第一定子上，而上述第二线圈绕设于上述第二定子上，上述第一线圈及上述第二线圈以并联的方式，直接与同一电源电连接，上述转子结构到达同步转速前，上述电源同时向上述第一线圈及上述第二线圈提供电力，上述转子结构到达同步转速后，断开上述电源对第一线圈的供电，仅保留上述电源对第二线圈的供电。

2.根据权利要求1所述的马达，其特征是上述第一转子具有鼠笼式结构，且上述第一转子环设有多个轴向通孔，用以对应容置上述这些导电棒。

3.根据权利要求1所述的马达，其特征是上述这些导电棒由铝或铜所制成，且上述第一转子及上述第二转子分别由多硅钢片迭置而成。

4.根据权利要求1所述的马达，其特征是上述转子结构还包含两短路环，分别设置于上述第一转子的两相对端部。

5.根据权利要求1所述的马达，其特征是还包含开关，设置于上述第一线圈上，俾控制上述第一线圈的电导通，且上述电源为交流三相电源。

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