CN103779976B - 电机转定子结构 - Google Patents
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Abstract
一种电机转定子结构，包含一定子、一转子及多个突起结构。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。转子可相对定子枢转，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，这些第二表面面向这些第一表面。这些突起结构设置于这些第一表面或这些第二表面。
Description
技术领域
本发明是关于一种电机转定子结构，特别是具有磁性件的表面具有突起结构的电机转定子结构。
背景技术
近年来，随着能源成本逐渐高涨，各国对于能耗的要求日趋严格。特别是在工厂节能方面，马达占工厂总用电量的70％以上。因此，如何提升马达的运转效率便受到相当地重视。在数种马达架构中，永磁无刷马达因具有结构简单、易维护及效率高等优点，而逐渐受到重视。其中，又以轴向磁通马达(axial flux motor，AFM)具有径长比值低而容易薄型化的优点，而受到瞩目。
在永磁无刷马达中，磁铁对于马达性能扮演着举足轻重的角色。除了提高磁铁本身的磁能积之外，有效引导马达内部的磁路以及与减少磁铁的磁漏现象，也是马达的发展重点。
一般来说，在各种磁铁当中，又以稀土磁铁具有较高的磁能积，使得采用稀土磁铁的马达具有较佳的扭力密度而被广泛的运用于各机电领域。
然而，由于近年来稀土材料的价格大幅上涨将近三倍，使得采用稀土磁铁的马达的成本相对提升。因此，如何降低稀土磁铁的用量，并同时能够提高马达的运转效率，已是研究人员所欲追求的目标。
发明内容
本发明在于提供一种电机转定子结构，借以提升磁通密度而提高马达的运转效率，以降低磁铁材料的使用量。
本发明所揭露的电机转定子结构，包含一定子、一转子及多个突起结构。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。转子可相对定子枢转，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，这些第二表面面向这些第一表面。这些突起结构设置于这些第一表面或这些第二表面。
根据上述本发明所揭露的电机转定子结构，通过突起结构的设置，以集中转子磁性件与定子磁性件之间的磁通路径而避免发散，借以提升转子磁性件与定子磁性件之间的磁通量以及磁通密度。因此，本实施例的电机转定子结构可提升磁铁的利用率。所以，本发明的电机转定子结构可进一步地提升马达的运转效率，并可降低成本。
有关本发明的特征、实施与功效，现配合附图作优选实施例详细说明如下。
附图说明
图1A为根据本发明一实施例的电机转定子结构的结构示意图。
图1B为根据本发明一实施例的电机转定子结构的结构剖视图。
图2A为根据本发明一实施例的电机转定子结构的局部结构放大图。
图2B为根据本发明另一实施例的电机转定子结构的局部结构放大图。
图3A为根据本发明一实施例的突起结构的结构放大图。
图3B至图3G为根据本发明其他实施例的突起结构的结构放大图。
图4A为根据本发明一实施例的突起结构的排列示意图。
图4B为根据本发明另一实施例的突起结构的排列示意图。
图5A为根据本发明另一实施例的电机转定子结构的结构剖视图。
图5B为根据本发明另一实施例的电机转定子结构的结构剖视图。
图6A为根据本发明另一实施例的电机转定子结构的局部结构放大图。
图6B为根据本发明另一实施例的电机转定子结构的局部结构放大图。
第6C图为根据本发明另一实施例的电机转定子结构的局部结构放大图。
图7为根据本发明一实施例的具有突起结构的结构示意图。
【主要元件符号说明】
10-电机转定子结构；
10a-电机转定子结构；
10b-电机转定子结构；
11-定子；
111-第一磁性件；
1111-导磁件；
1112-线圈；
1113-第一表面；
112-壳体；
1121-第一壳件；
1122-第二壳件；
12-转子；
121-第二磁性件；
1211-第二表面；
122-转盘；
13-突起结构；
13a-突起结构；
13b-突起结构；
13c-突起结构；
13d-突起结构；
13e-突起结构；
13f-突起结构；
131c-导角结构；
131d-导角结构；
131e-导角结构；
131f-导角结构。
具体实施方式
请参照图1A、图1B及图2A，图1A为根据本发明一实施例的电机转定子结构的结构示意图，图1B为根据本发明一实施例的电机转定子结构的结构剖视图，图2A为根据本发明一实施例的电机转定子结构的局部结构放大图。
本发明的电机转定子结构10包含一定子11、一转子12及多个突起结构13。
定子11包含多个第一磁性件111，且定子11另包含一壳体112，这些第一磁性件111固定于壳体112。
详细来说，在本实施例中，壳体112可包含一第一壳件1121及一第二壳件1122，第一壳件1121与第二壳件1122是间隔设置。这些第一磁性件111分别固定于第一壳件1121及一第二壳件1122，且这些第一磁性件111介于第一壳件1121及第二壳件1122之间。每一第一磁性件111包含一导磁件1111以及一线圈1112，线圈1112圈绕导磁件1111。换句话说，第一磁性件111为一电磁铁。每一第一磁性件111的导磁件1111具有一第一表面1113。
此外，上述本实施例的导磁件1111的材质可为软磁复合材料。导磁件1111的制作方式可以是将包含有铁(Fe)、硅(Si)、铝(Al)、锰(Mo)的成份的混合粉体，以绝缘接合剂(binder)压结成块状而形成。上述的绝缘接合剂可以为无机材，譬如磷(Phosphates)与二氧化硅(Oxides)。与传统采用冲压制成的硅钢片的导磁件比较，本实施例的导磁件1111因为压铸成形的关系而具有较高的材料利用率。此外，本实施例的导磁件1111的材质因具有等向性的铁磁特性，因此在设计上可比传统的硅钢片的导磁件更具有弹性。
转子12以可相对定子11枢转的关系枢设于定子11。转子12包含多个第二磁性件121，这些第二磁性件121为永久磁铁。转子12另包含可相对壳体112旋转的一转盘122，转盘122介于第一壳件1121及第二壳件1122之间。这些第二磁性件121固定于转盘122上，且这些第二磁性件121介于位于第一壳件1121的这些第一磁性件111与位于第二壳件1122的这些第一磁性件111之间。并且，这些第二磁性件121具有相对的二第二表面1211，此二第二表面1211分别面向固定于第一壳体1121的导磁件1111的第一表面1113以及固定于第二壳体1122的导磁件1111的第一表面1113。
上述本实施例的第二磁性件121可为树脂结合型磁铁，其主要包含钕(Nd)、铁(Fe)与錋(B)等元素，且可通过压铸结的方式制成。相比于传统稀土磁铁，本实施例的第二磁性件121因没有镝(Dy)元素需求而可降低成本达30％以上。
需注意的是，上述定子11的壳体112是以包含二壳件(第一壳件1121及第二壳件1122)为例，但壳件的数量非用于限定本发明。譬如在其他实施例当中，定子11的壳体112也可以仅包含单一个壳件，而第一磁性件111仅位于第二磁性件121的单侧。
本实施例的这些突起结构13设置于这些第一表面1113以及这些第二表面1211上。突起结构13可以是但不限于以一体成型的方式设置于第一表面1113或第二表面1211马达。突起结构13用于提升第一磁性件111的第一表面1113与第二磁性件121的第二表面1211之间的磁通密度，以提升运用本发明的电机转定子结构10的马达的运转效率。
此外，在本实施例中，位于这些第一表面1113的这些突起结构13与位于这些第二表面1211的这些突起结构13是正对配置，如图2A。详细来说，所谓的正对配置是指由第一表面1113的这些突起结构13投影至第二表面1211的位置与第二表面1211的这些突起结构13的位置相重叠。
需注意的是，上述第一表面1113上的这些突起结构13与第二表面1211上的这些突起结构13的相对位置关系并非用于限定本发明。举例来说，如图2B所示的另一施例当中，位于这些第一表面1113的这些突起结构13与位于这些第二表面1211的这些突起结构13是交错配置。所谓的交错配置是指由第一表面1113的这些突起结构13投影至第二表面1211的位置介于第二表面1211的每一突起结构13之间而不相重叠。通过第一表面1113上的突起结构13与第二表面1211上的突起结构13的交错配置关系，可有利于电机转定子结构10的组装而避免第一表面1113上的突起结构13与第二表面1211上的突起结构13产生干涉的问题。
此外，如本实施例的图3A所示，突起结构13的外型可为柱体，譬如圆柱体。需注意的是，突起结构13的外型非用于限定本发明。在其他实施例中，突起结构13a的外型也可为三角柱体(如图3B所示)，或者突起结构13b的外型也可为方柱体(如第3C图所示)。并且，如图3D至图3G所示的其他实施例中，突起结构13c/13d/13e/13f的一端也可具有一导角结构131c/131d/131e/131f。此外，在本实施例或其他实施例中，本实施例的这些突起结构13可以是阵列排列(如图4A所示)。或者，在其他实施例当中，这些突起结构13可以是放射状排列(如图4B所示)。但这些突起结构13的排列方式非用于限定本发明。这些突起结构13的设置除了可提升磁通密度外，更可通过调整突起结构13的外型以及排列方式，以视不同需求而选择性的提升电机转定子结构10的最大转矩(MaximumTorque)、转矩涟波(Torque Ripple)或顿转转矩(Cogging Torque)，以符合实际运用需求。
请接着参照图5A，图5A为根据本发明另一实施例的电机转定子结构的结构剖视图。本实施例与图1B的实施例相似，因此只针对相异处加以说明。
本实施例的电机转定子结构10a与图1B的实施例的差异在于，这些突起结构13仅设置于第一表面1113而未设置于第二表面1211。所以这样的突起结构13的配置，依旧可以提升电机转定子结构10a的第一表面1113与第二表面1211之间的磁通密度，以提升运用此电机转定子结构10a的马达的运转效率。
请接着参照图5B，图5B为根据本发明另一实施例的电机转定子结构的结构剖视图。本实施例与图1B的实施例相似，因此只针对相异处加以说明。
本实施例的电机转定子结构10b与图1B的实施例的差异在于，这些突起结构13仅设置于第二表面1211而未设置于第一表面1113。所以这样的突起结构13的配置，依旧可以提升电机转定子结构10b的第一表面1113与第二表面1211之间的磁通密度，以提升运用此电机转定子结构10b的马达的运转效率。
请接着参照图6A，图6A为根据本发明另一实施例的电机转定子结构的局部结构放大图。本实施例与图2A的实施例相似，因此只针对相异处加以说明。
本实施例的突起结构13与图2A的实施例的差异在于，突起结构13可相对第一表面1113的法线向量L1以及第二表面1211的法线向量L2倾斜一角度θ，角度θ的范围可为-45至45度。详细来说，突起结构13的结构中线L与第一表面1113的法线向量L1以及第二表面1211的法线向量L2夹一锐角。通过突起结构13相对第一表面1113的法线向量L1或第二表面1211的法线向量L2的倾斜设置，可更加提升磁通密度。需注意的是，本实施例是以第一表面1113以及第二表面1211都设置有倾斜的突起结构13为例，但不以此为限。譬如在其他实施例当中，也可仅有第二表面1211具有倾斜的突起结构13，如图6B所示。或者，在其他实施例当中，也可仅有第一表面1113具有倾斜的突起结构13，如图6C所示。
根据上述本发明所揭露的各种电机转定子结构的实施例，更以仿真软件Maxwell仿真本发明各实施例以及现有转定子结构的磁通量、最大扭力以及Z轴磁通量来做比较，比对数据如图7以及下表一、二所示。
如图7所示，横轴代表具有第一表面1113或是第二表面1211的一长度区段(单位毫米/mm)，纵轴代表磁通量大小(单位：毫特斯拉/mTesla)。虚线代表第一表面1113以及第二表面1211都不具有突起结构13的现有转定子结构的磁通量曲线。实线代表第一表面1113或是第二表面1211具有突起结构13的实施例的磁通量曲线。而上述的突起结构13为放射状排列。每一突起结构13的外型为直径1.0mm以及高度0.5mm的圆柱体，且突起结构13相对第一表面1113或是第二表面1211的倾斜角度为30度。由图7可知，第一表面1113或是第二表面1211具有突起结构13的实施例(实线)的平均的磁通量大于第一表面1113以及第二表面1211都不具有突起结构13的现有转定子结构(虚线)。由此仿真分析可知，在第一磁性件111的第一表面1113或是于第二磁性件121的第二表面1211设置突起结构13，确实有助于提升电机转定子结构的转子与定子之间的气隙磁通量，进而提升马达的运转效率。
此外，如下表一所示，为各组转定子结构的最大扭力、磁通量以及Z轴磁通量的比较表。其中，对照组为不具有突起结构的现有转定子结构，实施例1至实施例19为第二表面1211具有突起结构13的电机转定子结构，且实施例1至实施例19具有不同倾斜角度的突起结构13。其中，倾斜角度为正代表突起结构13相对第二表面1211的法线向量L2向右倾斜，而倾斜角度为负代表突起结构13相对第二表面1211的法线向量L2向左倾斜。并且，上述对照组以及实施例1至实施例19的转定子结构除了在突起结构上具有差异外，其余特征条件都相同。此外，上述的磁通量代表第一表面1113至第二表面1211的磁通量，而Z轴磁通量代表第一表面1113至第二表面1211的磁通量的Z轴方向的分量。
表一
由表一可知，具有突起结构13的每一实施例的最大扭力、磁通量以及Z轴磁通量都优于不具有突起结构的现有转定子结构。并且，突起结构13又以倾斜0度角具有最佳的最大扭力，以倾斜-40、-35、35度角具有最佳的磁通量，以倾斜-35度角具有最佳的Z轴磁通量。
此外，如下表二所示，为各组转定子结构的最大扭力、磁通量以及Z轴磁通量的比较表。其中，对照组为不具有突起结构的现有转定子结构，实施例1至实施例19为第一表面1113及第二表面1211都具有突起结构13的电机转定子结构，且实施例1至实施例19具有不同倾斜角度的突起结构13。其中，倾斜角度为正代表突起结构13相对第一表面1113的法线向量L1向右倾斜，以及突起结构13相对第二表面1211的法线向量L2向右倾斜。而倾斜角度为负代表突起结构13相对第一表面1113的法线向量L1向左倾斜，以及突起结构13相对第二表面1211的法线向量L2向左倾斜。并且，上述对照组以及实施例1至实施例19的转定子结构除了在突起结构上具有差异外，其余特征条件都相同。此外，上述的磁通量代表第一表面1113至第二表面1211的磁通量，而Z轴磁通量代表第一表面1113至第二表面1211的磁通量的Z轴方向的分量。
表二
由表二可知，具有突起结构13的每一实施例的最大扭力、磁通量以及Z轴磁通量都优于不具有突起结构的现有转定子结构。并且，突起结构13又以倾斜-20度角具有最佳的最大扭力，以倾斜-45度角具有最佳的磁通量以及最佳的Z轴磁通量。
根据上述实施例的电机转定子结构，通过突起结构的设置，以集中转子磁性件与定子磁性件之间的磁通路径而避免发散，借以提升转子磁性件与定子磁性件之间的磁通量以及磁通密度。因此，本实施例的电机转定子结构可提升磁铁的利用率。所以，本发明的电机转定子结构可进一步地提升马达的运转效率，并可降低成本。
Claims (13)
1.一种电机转定子结构，其特征在于，其包含有：
一定子，包含：一壳体和多个第一磁性件，其中，该壳体包含间隔设置的第一壳件及第二壳件，该多个第一磁性件中一部分的第一磁性件位于第一壳体；另一部分的第一磁性件位于第二壳体，每一该第一磁性件具有一第一表面；
一转子，可相对该定子枢转，位于与所述定子平行的一平面上，所述定子的第一壳体和第二壳体之间，该转子包含多个第二磁性件，该些第二磁性件侧向安装并彼此相连，每一该第二磁性件具有一第二表面，该些第二表面面向该些第一表面；以及
多列的突起结构，其中至少三列的突出结构被安装于每一个第二表面或每一个第一表面，每一列的突出结构至少包含3个突出结构。
2.根据权利要求1所述的电机转定子结构，其特征在于，多列的突起结构中至少两列的突出结构设置于该些第一表面及该些第二表面。
3.根据权利要求2所述的电机转定子结构，其特征在于，位于该些第一表面的该些突起结构与位于该些第二表面的该些突起结构是正对配置。
4.根据权利要求2所述的电机转定子结构，其特征在于，位于该些第一表面的该些突起结构与位于该些第二表面的该些突起结构是交错配置。
5.根据权利要求1所述的电机转定子结构，其特征在于，该些突起结构相对该些第一表面的法线向量或该些第二表面的法线向量倾斜一角度。
6.根据权利要求1所述的电机转定子结构，其特征在于，该些突起结构的外型为柱体。
7.根据权利要求6所述的电机转定子结构，其特征在于，该些突起结构的外型为圆柱体、三角柱体或方柱体。
8.根据权利要求1所述的电机转定子结构，其特征在于，该些突起结构是阵列排列。
9.根据权利要求1所述的电机转定子结构，其特征在于，该些突起结构是放射状排列。
10.根据权利要求1所述的电机转定子结构，其特征在于，每一该第一磁性件包含一导磁件以及一线圈，该线圈圈绕该导磁件。
11.根据权利要求1所述的电机转定子结构，其特征在于，每一该第二磁性件为一永久磁铁。
12.根据权利要求1所述的电机转定子结构，其特征在于，该转子另包含一转盘，该转盘可相对该壳体旋转，该些第二磁性件固定于该转盘。
13.根据权利要求12所述的电机转定子结构，其特征在于，该转盘介于该第一壳件及该第二壳件之间，且该些第二磁性件介于位于该第一壳件的该些第一磁性件与位于该第二壳件的该些第一磁性件之间。
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