CN108023416A - 永磁式转子与永磁式转动构件 - Google Patents
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Abstract
一种永磁式转子与永磁式转动构件，该永磁式转子包含一转子铁心、多个永久磁铁及一非磁性外固定环。转子铁心具导磁性，并具有一外表面及自外表面向内凹陷的多个鸠尾槽。这些永久磁铁分别卡合于这些鸠尾槽。非磁性外固定环套设于转子铁心，并将这些永久磁铁环绕于内。其中，非磁性外固定环不具导磁性。本发明还公开了具有上述永磁式转子的永磁式转动构件。
Description
技术领域
本发明涉及一种转子转动构件，特别是一种永磁式转子与永磁式转动构件。
背景技术
在高速永久磁铁马达领域中，常见的挑战为转子在高速旋转所形成的离心力会迫使永久磁铁沿转轴的径向向外甩。因此，如何确保转子在高速旋转时磁铁能保持固定于转子铁心上，则成为此领域研发人员的努力目标。
永久磁铁马达或交流发电机使用两方法以将磁铁固定至转子轴。第一方法为表面安装，其中粘着剂被用以将磁铁粘结至转子轴的表面。第二方法为内藏法，将磁铁藏在转子铁心内，以借由转子铁心固定在转子轴上。
然而，对于表面安装法来说，由于粘着剂的强度有限，转速所产生的离心力超过粘着剂的粘着力时，受粘着剂粘着的磁铁则有可能脱离。因此，对于表面安装法来说，安装有磁铁的永久磁铁马达或交流发电机的速度及功率将受到限制。对于内藏法来说，因转子铁心具导磁性，故必需将转子铁心位于永久磁铁外围的部分薄化，以避免减损马达的效率。但转子铁心的外壁变薄却会降低结构强度，导致永久磁铁有被甩出的风险。因此上述两种方法皆无法有效确保高速永久磁铁马达的组装可靠度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种永磁式转子与永磁式转动构件，借以改善表面安装法与内藏法皆无法兼顾高速转动下的永久磁铁马达的组装可靠度与马达效率的问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种永磁式转子，包含一转子铁心、多个永久磁铁及一非磁性外固定环。转子铁心具导磁性，并具有一外表面及自外表面向内凹陷的多个鸠尾槽。这些永久磁铁分别卡合于这些鸠尾槽。非磁性外固定环套设于转子铁心，并将这些永久磁铁环绕于内。其中，非磁性外固定环不具导磁性。
为了更好地实现上述目的，本发明还提供了一种永磁式转动构件，包含一转轴、至少一个永磁式转子及一定子。至少一个永磁式转子套设于转轴，并包含一转子铁心、多个永久磁铁及一非磁性外固定环。转子铁心具导磁性，并具有一外表面及自外表面向内凹陷的多个鸠尾槽。这些永久磁铁分别卡合于这些鸠尾槽。非磁性外固定环套设于转子铁心，并将这些永久磁铁环绕于内。非磁性外固定环不具导磁性。定子环绕永磁式转子与转轴。
本发明的技术效果在于：
本发明的永磁式转子与永磁式转动构件，永久磁铁通过转子铁心的鸠尾槽与非磁性外固定环双重防护来固定于转子铁心上，有助于避免永磁式转子在高速转动时发生永久磁铁撞击定子的问题。
此外，因非磁性外固定环不具导磁性，故不用担心非磁性外固定环的厚度增加会影响永久磁铁与定子线圈有交链的磁力线回路数量，进而能够兼顾马达效率与组装可靠度。
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为根据本发明第一实施例所述的转轴、永磁式转子与定子相组的立体示意图；
图2为图1的分解示意图；
图3为图2的永磁式转子的分解示意图；
图4为图1的剖面示意图；
图5为采用图1的永磁式转子的磁力线回路示意图；
图6为采用永久磁铁直接嵌设于转子铁心的转子的磁力线回路示意图；
图7为采用图1的永磁式转子与采用现有技术的永久磁铁嵌设于转子铁心的效率曲线比较图。
其中，附图标记
1 永磁式转动构件
10 转轴
20 永磁式转子
30 定子
100 转子铁心
110 外表面
120 鸠尾槽
121 槽侧面
200 永久磁铁
210 外侧面
300 非磁性外固定环
A 中心轴线
L1、L2 磁力线回路
Do 外径
Di 内径
D1、D2 距离
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1至图4。图1为根据本发明第一实施例所述的永磁式转动构件的立体示意图。图2为图1的分解示意图。图3为图2的永磁式转子的分解示意图。图4为图1的剖面示意图。
本实施例的永磁式转动构件1包含一转轴10、一永磁式转子20及一定子30。永磁式转子20适用于高速旋转的装置，此处所谓的高速例如为每分钟30000转以上。永磁式转子20套设于转轴10，以令永磁式转子20和转轴10一并转动。定子30例如固定于马达壳体(未绘示)，并将永磁式转子20与转轴10围绕于内。本实施例的永磁式转子20的数量为多个，但并不以此为限，在其他实施例中，永磁式转子20的数量也可以仅为单个。
永磁式转子20包含一转子铁心100、多个永久磁铁200及一非磁性外固定环300。
转子铁心100具导磁性，其材料例如为铁、钴、镍等合金。转子铁心100具有一中心轴线A、一外表面110及自外表面110向内凹陷的多个鸠尾槽120。每一鸠尾槽120具有相对的二槽侧面121。两槽侧面121的间距随远离中心轴线A而递减。
这些永久磁铁200分别紧配地卡合于这些鸠尾槽120，其用意在于可使得这些永久磁铁200受到二槽侧面121的压迫而贴附于转子铁心100。因此，当永磁式转子20在高速旋转时，永久磁铁200可受鸠尾槽121的拘束而可避免朝转子铁心100的径向位移，即可避免永久磁铁200脱离转子铁心100。如此一来，即可避免永久磁铁200撞击外围的定子30而造成马达损坏的状况发生。
上述的永久磁铁200与鸠尾槽120的数量各为四个，但并不以此为限，在其他实施例中，永久磁铁200与鸠尾槽120的数量也可以为三个或五个以上。惟，永久磁铁200与鸠尾槽120的数量越多则永久磁铁200鸠尾槽120的组装可靠度越高。
虽然上述提及鸠尾槽120可避免朝转子铁心100的径向位移，但光靠转子铁心100的鸠尾槽120仍无法完全避免永久磁铁200撞击外围的定子30的状况发生。其原因在于，永磁式转子20在高速旋转时，存放永久磁铁200的鸠尾槽120，会因离心力过大而造成永久磁铁200的二侧变形或断裂。或是，转子铁心100亦有可能受离心力影响而产生变形。因此，当永磁式转子20高速转动时，永久磁铁200亦有可能自鸠尾槽120脱出。
因此，在本实施例中，还额外通过非磁性外固定环300紧配套设于转子铁心100，以令非磁性外固定环300扮演第二道防护关卡。详细来说，非磁性外固定环300不具导磁性，其材料例如为钛合金。非磁性外固定环300套设于转子铁心100，并将这些永久磁铁200环绕于内。
此外，如图4所示，非磁性外固定环300具有一内径Di，转子铁心100具有一外径Do，且内径Di小于外径Do，使非磁性外固定环300紧配套设于转子铁心100。其中，内径Di例如比外径Do小0.35毫米，并可通过组装治具(未绘示)将非磁性外固定环300套设于转子铁心100上。当永久磁铁200可能自鸠尾槽脱出时，仍可借由非磁性外固定环300来将永久磁铁200限制于鸠尾槽120内。其中，在本实施例中，内径Di与外径Do的差值为0.35毫米，但并不以此为限，在其他实施例中，内径Di与外径Do的差值可为介于0.25至0.45毫米的任一值。
再者，永久磁铁200具有远离转子铁心100的中心轴线A的一外侧面210。外表面110至中心轴线A的距离D1大于外侧面至中心轴线A的距离D2，以减少非磁性外固定环300与转子铁心100的接触面积，进而让非磁性外固定环更易套设于转子铁心。其中，距离D1与距离D2的差异例如为0.1～0.2毫米。
在本实施例中，因非磁性外固定环300不具导磁性，故不用担心非磁性外固定环300的厚度太厚会减少永久磁铁200与定子线圈有交链的磁力线回路数量。如此一来，将可依结构强度需求来加厚非磁性外固定环300，进而防止永磁式转子在高速旋转时，永久磁铁200会脱离鸠尾槽120撞击非磁性外固定环300。
请参阅图5与图6，图5为采用图1的永磁式转子的磁力线回路示意图。图6为采用永久磁铁直接嵌设于转子铁心的转子的磁力线回路示意图。
如图5所示，采用本实施例，因非磁性外固定环300不具导磁性，使得磁力线由永久磁铁200发出跑到定子30内部再回到永久磁铁200原始位置，形成多个永久磁铁200与定子线圈有交链的磁力线回路L1。
相较之下，如图6所示，若把本实施例的永磁式转子20改为用现有的转子20’(永久磁铁嵌设于转子铁心的态样)，也就是说，具导磁性的转子铁心有部分介于永久磁铁与定子之间。因，转子铁心具导磁性，故永久磁铁与定子线圈间大部分变成无交链的磁力线回路L2。因此，永久磁铁与定子线圈间有交链的磁力线回路L1数量则大幅下降。
请参阅图7，图7为采用图1的永磁式转子与采用相应技术的永久磁铁嵌设于转子铁心的效率曲线比较图。
从图7中可知，采用本实施例的永磁式转子20的马达的效率值可达93％至96％。但采用相应技术的永久磁铁嵌设于转子铁心的马达的效率值仅可达到77％至84％。因此，不难发现采用本实施例的永磁式转子20可大幅提升马达的效率值。
根据上述实施例的永磁式转子与永磁式转动构件，永久磁通过转子铁心的鸠尾槽与非磁性外固定环双重防护来固定于转子铁心上，有助于避免永磁式转子在高速转动时发生永久磁铁撞击定子的问题。
此外，因非磁性外固定环不具导磁性，故不用担心非磁性外固定环的厚度增加会影响永久磁铁与定子线圈有交链的磁力线回路数量，进而能够兼顾马达效率与组装可靠度。
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 (11)
1.一种永磁式转子，其特征在于，包含：
一转子铁心，该转子铁心具导磁性，并具有一外表面及自该外表面向内凹陷的多个鸠尾槽；
多个永久磁铁，分别卡合于该多个鸠尾槽；以及
一非磁性外固定环，套设于该转子铁心，并将该多个永久磁铁环绕于内；
其中，该非磁性外固定环不具导磁性。
2.如权利要求1所述的永磁式转子，其特征在于，该非磁性外固定环具有一内径，该转子铁心具有一外径，且该内径小于该外径。
3.如权利要求1所述的永磁式转子，其特征在于，该内径与该外径的差值介于0.25至0.45毫米。
4.如权利要求1所述的永磁式转子，其特征在于，该转子铁心具有一中心轴线，该永久磁铁具有远离该转子铁心的该中心轴线的一外侧面，该外表面至该中心轴线的距离大于该外侧面至该中心轴线的距离。
5.如权利要求4所述的永磁式转子，其特征在于，该外表面至该中心轴线与该外侧面至该中心轴线的距离差介于0.1至0.2毫米。
6.如权利要求1所述的永磁式转子，其特征在于，该多个永久磁铁分别紧配地装设于该多个鸠尾槽。
7.如权利要求1所述的永磁式转子，其特征在于，该转子铁心具有一中心轴线，该鸠尾槽具有相对的两槽侧面，该两槽侧面的间距随远离该中心轴线而递减。
8.如权利要求1所述的永磁式转子，其特征在于，该非磁性外固定环的材料为钛合金。
9.如权利要求1所述的永磁式转子，其特征在于，该多个永久磁铁的数量为至少三个。
10.一种永磁式转动构件，其特征在于，包含：
一转轴；
至少一个永磁式转子，套设于该转轴，包含：
一转子铁心，该转子铁心具导磁性，并具有一外表面及自该外表面向内凹陷的多个鸠尾槽；
多个永久磁铁，分别卡合于该多个鸠尾槽；以及
一非磁性外固定环，套设于该转子铁心，并将该多个永久磁铁环绕于内，该非磁性外固定环不具导磁性；以及
一定子，环绕该永磁式转子与该转轴。
11.如权利要求10所述的永磁式转动构件，其特征在于，该至少一个永磁式转子的数量为多个，该定子环绕该多个永磁式转子与该转轴。
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