CN103107617A - 风扇直流马达的圆弧形磁石转子结构 - Google Patents
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Abstract
一种风扇直流马达的圆弧形磁石转子结构，于一风扇直流马达转子上具有多个磁极，且每一个磁极均由一圆弧状磁石构成，每一个圆弧状磁石以其圆弧外缘二端点做为圆弧状磁石角度，且该圆弧状磁石的二端点至转子心轴的中心点形成二切线所夹合的角度称之磁石抱合角度，该圆弧状磁石的磁石抱合角度比值为：磁石抱合角度比值＝(圆弧状磁石抱合角度)÷(360度/磁极数量)；且符合0.6≤磁石抱合角度比值≤0.8。本发明通过圆弧形的磁石结构，并针对磁石的形状及圆弧角度的大小及固定方式，特别加以限制及定义，用以降低马达的耗功损耗以提升马达效率、减少磁石材料使用量以降低成本、减少马达反应电动势以提高马达转速，以达到风扇及空调机功效提升的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种风扇直流马达的圆弧形磁石转子结构，尤其涉及一种提供一磁石马达转子结构设计，可以有效解决现有结构的三个缺点：降低马达的耗功损耗以提升马达效率、减少磁石材料使用量以降低成本、减少马达反应电动势以提高马达转速，以达到风扇及空调机功效的提升的目的。
背景技术
直流电动机(DC Motor)的好处为在控速方面比较简单，只须控制电压大小已可控制共转速，但此类电动机不宜在高温、易燃等环境下操作，而且由于电动机中需要以碳刷作为电流变换器(Commutator)的部件(有刷马达)，所以需要定期清理炭刷磨擦所产生的污物。无碳刷的马达称为无刷马达，相对于有刷，无刷马达因为少了碳刷与轴的摩擦因此较省电也比较安静。制作难度较高、价格也较高。
变频空调机的冷媒循环系统，如图1所示，一空调机包括有一蒸发器11、一冷凝器12、一膨胀装置13、二风扇14及一压缩机15的室内侧及室外侧各有一个风扇14，由于变频空调机的压缩机15使用直流磁石马达，所以若将空调机的风扇14也由定频马达，改为直流磁石马达来达到具有变频的功能，因为已有现成的直流电源控制器(图中未示)，所以并不会增加额外成本，却可大幅提升风扇14及空调机的功能及效率。
目前的空调机所使用的风扇马达，已由传统的定频感应马达，改为直流磁石马达。直流磁石马达具有体积小、效率高的优点。风扇马达因为需要的功率不大，马达的外径尺寸也较小，一般都以圆弧形磁石的设计，置于马达转子的外径位置，作为风扇马达转子的结构设计。
请参阅图2及图4A、图4B所示，为现有磁石马达转子结构图，其包括有多个堆栈转子硅钢片22，该些转子硅钢片22中心处可容置一转子心轴21，该转子心轴21为马达驱动的传动件。且该些转子硅钢片22具有多个固定孔23，可供螺丝或铆钉穿置，以供该些多硅钢片22及配合前后二片固定盖26形成固定状态。而该些转子硅钢片22设置有四个容置孔25，该四容置孔25可供四个圆弧状磁石24来做为转子的磁极，该四个圆弧状磁石24的弧角均为接近90度，此现有设计结构具有一些缺点，包括有：1、马达有较大的功率损失。2、需要使用较多的高单价磁石材料。3、在相同的马达负载条件下，会有较高的马达反应电动势，降低马达的最大转速范围。本发明的转子结构正为针对上述缺点改进的改良结构。
发明内容
基于解决以上所述现有技术的缺失，本发明的目的在于提供一种风扇直流马达的圆弧形磁石转子结构，主要目的为提供一磁石马达转子结构设计，可以有效解决现有结构的三个缺点：降低马达的耗功损耗以提升马达效率、减少磁石材料使用量以降低成本、减少马达反应电动势以提高马达转速，以达到风扇及空调机功效的提升的目的。
为达上述目的，本发明为一种风扇直流马达的圆弧形磁石转子结构，于一风扇直流马达转子上具有多个磁极，且每一个磁极均由一圆弧状磁石所构成，每一个圆弧状磁石以其圆弧外缘二端点做为圆弧状磁石角度，且该圆弧状磁石的二端点至转子心轴中心点形成二切线所夹合的角度称之磁石抱合角度，该些圆弧状磁石的设计结构原则如下：
磁石抱合角度比值＝(圆弧状磁石角度)÷(360度/磁极数量)；
圆弧状磁石设计范围为：
0.6≤磁石抱合角度比值≤0.8。
较佳者，该圆弧状磁石的中心处较圆弧状磁石的二端点为厚。
较佳者，该风扇直流马达结构为四个磁极时，其水平切线与垂直切线形成九十度弧角，该圆弧状磁石的外径延伸至内径的切线与相邻的该水平切线或该垂直切线的夹角大于四十五度。
较佳者，该风扇直流马达转子主体由多个硅钢片所构成。
较佳者，该些转子硅钢片具有多个固定孔，可供螺丝或铆钉穿置，以供该多个硅钢片形成固定状态。
较佳者，该多个硅钢片外缘至圆弧状磁石的外径的距离，必须为气隙距离的二倍以上，该气隙距离为转子与定子的间隙。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1为现有变频空调机的冷媒循环系统图；
图2为现有磁石马达转子结构图；
图3为本发明的磁石马达转子第一实施结构图；
图4A、图4B为图2的立体分解图；
图5A至图5C为图3的立体分解图；
图6为本发明的磁石马达转子第二实施结构图；
图7为本发明的磁石马达转子第三实施结构图；
图8为本发明的磁石马达转子第四实施结构图；
图9为本发明的磁石马达转子第五实施结构图；
图10为本发明磁石抱合角度比值vs.铜损及铁损关联图；
图11为本发明磁石抱合角度比值vs.马达效率值关联图；
图12为本发明磁石抱合角度比值vs.反应电动势电压值关联图；
图13为现有磁石马达的磁力线图；
图14为本发明磁石马达的磁力线图。
其中，附图标记
T～圆弧状磁石的中心处
t～圆弧状磁石的二端点
S～硅钢片外缘至圆弧状磁石的外径的距离
11～蒸发器
12～冷凝器
13～膨胀装置
14～风扇
15～压缩机
21、31～转子心轴
22、32～转子硅钢片
23、33～固定孔
24、34～圆弧状磁石
25、35～容置孔
26、36～固定盖
37～圆弧状磁石的外径延伸至内径的切线所形成的夹角
38～水平切线
39～垂直切线
40～磁石抱合角度
41～第一圆弧状磁石
42～第二圆弧状磁石
43～第三圆弧状磁石
44～第四圆弧状磁石
51、52、61、62～磁力线
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：
请参阅图3及图5A至图5C所示，为本发明的磁石马达转子第一实施结构图，其包括有多个堆栈转子硅钢片32，该些转子硅钢片32中心处可容置一转子心轴31，该转子心轴31为马达驱动的传动件。且该些转子硅钢片32具有多个固定孔33，可供螺丝或铆钉穿置，以供该些多硅钢片32及配合前后二片固定盖36形成固定状态。而该些转子硅钢片32设置有四个容置槽35，该四容置槽35可设置四个圆弧状磁石34来做为转子的磁极，于一风扇直流马达转子上具有多个磁极，且每一个磁极均由一圆弧状磁石34所构成，每一个圆弧状磁石34以其圆弧外缘二端点做为圆弧状磁石34角度，且该圆弧状磁石34的二端点至转子心轴31的中心点形成二切线所夹合的角度称之磁石抱合角度40，该些圆弧状磁石的设计结构原则如下：
磁石抱合角度比值＝(圆弧状磁石角度)÷(360度/磁极数量)；
圆弧状磁石设计范围为：
0.6≤磁石抱合角度比值≤0.8。
以四个磁极来举例，磁抱合角度＝圆弧状磁石角度÷90度
若要符合0.6≤磁石抱合角度比值≤0.8的原则
那么圆弧状磁石角度范围必须设定为72度至54度之间，而经实验数据看来，具有下列的优点：
1、改善现有技术的问题，增进风扇马达的功能及效率。
(1)可降低马达的功率损耗(铁损)，提高马达效率。
(2)可减少高单价磁石材料的使用量，节省制造成本。
(3)在相同的马达负载条件下，可减少马达反应电动势的电压值，藉以提高马达的最大转速范围。
2、增进风扇及空调机的功效。
3、本发明可应用于各种较小功率的直流磁石马达的商品。
除了上述的设计原则外，本发明还具有下列设计结构，可使本发明的直流马达特性更好：
(1)该些圆弧状磁石(41、42、43、44)的中心处(图号为T)较圆弧状磁石的二端点(图号为t)为厚，(如：图6至图9)，利用此一结构，可使磁力线的分布更佳，达到马达最佳化目的。
(2)请参阅图3所示，该风扇直流马达结构为四个磁极时，其水平切线38与垂直切线39形成九十度弧角，该圆弧状磁石34的外径延伸至内径的切线与相邻的该垂直切线39的夹角大于四十五度。
(3)请参阅图3所示，该多个硅钢片32外缘至圆弧状磁石34的外径的距离(图号为S)，必须为气隙距离的二倍以上，该气隙距离是为转子与定子的间隙。
请参阅图10所示，为本发明磁石抱合角度比值vs.铜损及铁损关联图，由图中曲线图可了解在磁石抱合角度比值在0.6至0.8之间时，其铜损、铁损及总损耗处于较低的区间，因此磁石抱合角度比值在0.6至0.8之间时，可获得较低的损耗。
请参阅图11所示，为本发明磁石抱合角度比值vs.马达效率值关联图，由图中曲线图可了解在磁石抱合角度比值在0.6至0.8之间时，马达效率值的三点取样点均位于90％以上，也证明磁石抱合角度比值在0.6至0.8之间时，可获得较佳的马达效率值。
请参阅图12所示，为本发明磁石抱合角度比值vs.反应电动势电压值关联图，由图中曲线图可了解在磁石抱合角度比值在0.6至0.8之间时，反应电动势电压值处于175V至195V的较佳区间。
请参阅图13所示，为现有磁石马达的磁力线图，其中磁力线51是由一磁极走至相邻磁极，现有的磁力线52因硅钢片外缘至圆弧状磁石的外径的距离S距离等于0，故形成部分磁力线走快捷方式回到原来的磁极，形成无效的磁力线而做虚功，再比对本发明图14的磁力线分布图，大部分磁力线61也由一磁极走至相邻磁极，特别要强调的是，于气隙区磁力线62因为经由本发明硅钢片外缘至圆弧状磁石的外径的距离S距离大于二倍气隙距离的关系，几乎没有无效磁力线，故能达到较佳的效能。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种风扇直流马达的圆弧形磁石转子结构，其特征在于，于一风扇直流马达转子上具有多个磁极，且每一个磁极均由一圆弧状磁石所构成，每一个圆弧状磁石以其圆弧外缘二端点做为圆弧状磁石角度，且该圆弧状磁石的二端点至转子心轴的中心点形成二切线所夹合的角度称之磁石抱合角度，该圆弧状磁石的磁石抱合角度比值为：
磁石抱合角度比值＝(圆弧状磁石抱合角度)÷(360度/磁极数量)；
且符合0.6≤磁石抱合角度比值≤0.8。
2.根据权利要求1所述的风扇直流马达的圆弧形磁石转子结构，其特征在于，该圆弧状磁石的中心处较圆弧状磁石的二端点为厚。
3.根据权利要求1所述的风扇直流马达的圆弧形磁石转子结构，其特征在于，该风扇直流马达结构为四个磁极时，其水平切线与垂直切线形成九十度弧角，该圆弧状磁石的外径延伸至内径的切线与相邻的垂直切线的夹角大于四十五度。
4.根据权利要求1所述的风扇直流马达的圆弧形磁石转子结构，其特征在于，该风扇直流马达转子主体由多个硅钢片所构成。
5.根据权利要求4所述的风扇直流马达的圆弧形磁石转子结构，其特征在于，该些转子硅钢片具有多个固定孔，供螺丝或铆钉穿置，以供该多个硅钢片形成固定状态。
6.根据权利要求4所述的风扇直流马达的圆弧形磁石转子结构，其特征在于，该多个硅钢片外缘至圆弧状磁石的外径的距离，为气隙距离的二倍以上，该气隙距离为转子与定子的间隙。
7.根据权利要求1所述的风扇直流马达的圆弧形磁石转子结构，其特征在于，该风扇直流马达结构为四个磁极时，该圆弧状磁石角度范围为72度至54度之间。
8.根据权利要求1所述的风扇直流马达的圆弧形磁石转子结构，其特征在于，该磁石转子包括有多个堆栈转子硅钢片，该多个堆栈转子硅钢片设置有多个容置槽。
9.根据权利要求8所述的风扇直流马达的圆弧形磁石转子结构，其特征在于，该多个容置槽与多个圆弧状磁石相结合。
10.根据权利要求9所述的风扇直流马达的圆弧形磁石转子结构，其特征在于，该多个圆弧状磁石为四个。
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