CN112152348A - 转子叠片及其适用的转子组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种转子叠片及其适用的转子组件，转子叠片适用于马达。马达具有马达气隙宽度值，转子叠片包括本体部、多个周缘以及多个磁石容置槽。本体部的中心组配对位于马达的轴心。多个周缘环绕设置于本体部的外侧。多个磁石容置槽容置马达的多个磁石且相对轴心环设于本体部。每一磁石容置槽容置所对应的磁石。磁石容置槽自轴心向外的方向具有容置槽宽度值。磁石容置槽与本体部外侧对应的周缘之间具有磁石深度值。磁石深度值大于第一倍率常数乘容置槽宽度值后减去马达气隙宽度值的运算总和值，且小于第一倍率常数乘容置槽宽度值后加上马达气隙宽度值的运算总和值。

Description

转子叠片及其适用的转子组件

技术领域

本发明涉及一种马达的转子组件，尤指一种转子叠片及其适用的转子组件。

背景技术

一般而言，永磁电机(Permanent magnetic electric machine)或称永磁马达(Permanent magnetic motor)的结构包括转子(Rotor)及定子(Stator)，定子设有绕组，转子设有永久型磁铁，且转子可通过例如硅钢片的转子叠片堆叠而成。其中，通过定子与转子之间产生的磁力相互作用，从而使转子进行转动。

为了提升马达效率或效能，必须提升单位电流所能产生的扭力比值，该值或称为转矩常数(Torque Constant,KT)，该值常用以评估马达的效率或效能。当马达具有较大的转矩常数KT，在相同的扭力需求下则仅需要较低的电流，可有效降低铜线损耗，达到提升效率的成效。

传统永磁马达多采用花瓣型转子(Flower-petal-shaped rotor)的设计，其在转子的靠近外径处开设多个槽孔，以整理磁束，达到提升马达扭矩或者降低顿转扭矩的效果。然而，在设计花瓣型转子时，为确保在优化转矩脉动(Torque ripple)条件下仍可保持输出转矩(Output torque)性能(较大的转矩)，需要在修弧深度(Arc depth)、磁石(Magnet)摆放位置以及肋部(Rib)尺寸上取得平衡。而依靠仿真分析软件进行时，往往又因为变动因子的数量极多，需要耗费极长的时间来求取设计值使表现平衡，而且转子尺寸参数彼此关系相互耦合，也造成计算最佳转子尺寸的难度上升。

有鉴于此，实有必要提供一种转子叠片及其适用的转子组件，以解决现有技术所面临的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种转子叠片及其适用的转子组件。通过马达气隙宽度值与磁石容置槽宽度值，设计磁石容置槽与本体部外侧的周缘之间的磁石深度值，以在最大输出转矩区间内获得最小转矩脉动，进而提升马达输出转矩(output torque of motor)的抗退磁性(anti-demangnetization)的耐受性(endurance)，达到提升马达效率的功效。

本发明的另一目的在于提供一种转子叠片及其适用的转子组件。通过马达气隙宽度值与磁石容置槽宽度值，在两相邻的磁石容置槽之间，设计自转子外周缘向转子轴心凹设的修弧深度值，以在最大输出转矩区间内获得最小转矩脉动，进而改善马达中磁铁漏磁通(leak flux/flux leakage)以及气隙磁通分布/密度(air-gap flux distribution/density)的相互影响，达到提升马达效率的功效。

本发明的再一目的在于提供一种转子叠片及其适用的转子组件。通过马达气隙宽度值与磁石容置槽宽度值，设计磁石容置槽与修弧部之间的第一肋部宽度值以及两相邻磁石容置槽间的第二肋部宽度值，以避免弱磁控制(flux weakening control)对磁石造成退磁的条件下，可有效减少转子肋部所造成漏磁通现象，确保转子组件提供最佳输出转矩性能，进而达到提升马达效率的功效。

本发明又一目的在于提供一种转子叠片及其适用的转子组件。通过优化尺寸及参数，更可简化设计的困难度，同时加速产品开发的速度。

为达上述目的，本发明提供一种转子叠片，适用于一马达，马达具有一马达气隙宽度值，转子叠片包括本体部、多个周缘以及多个磁石容置槽。本体部的中心组配对位于马达的一轴心。多个周缘环绕设置于本体部的外侧。多个磁石容置槽在槽内相对容置马达的多个磁石，多个磁石容置槽相对轴心环设于本体部，其中每一磁石容置槽容置所对应的磁石，磁石容置槽自轴心向外的方向具有一容置槽宽度值，且磁石容置槽与本体部外侧的周缘之间具有一磁石深度值，其中磁石深度值大于一第一倍率常数乘容置槽宽度值后减去马达气隙宽度值的运算总和值，且磁石深度值小于第一倍率常数乘容置槽宽度值后加上马达气隙宽度值的运算总和值。

为达上述目的，本发明另提供一种转子组件，适用于一马达。马达具有一马达气隙宽度值。转子组件包括多个磁石以及多个转子叠片。多个转子叠片沿马达的一轴心的方向堆叠。转子叠片包括本体部、多个周缘以及多个磁石容置槽。本体部的中心对位于马达的轴心。多个周缘环绕设置于本体部的外侧。多个磁石容置槽在槽内相对容置多个磁石，以轴心为中心环设于本体部，其中每一磁石容置槽容置所对应的磁石，磁石容置槽自轴心朝向转子组件外侧的方向具有一容置槽宽度值，且磁石容置槽与本体部外侧的周缘之间具有一磁石深度值，其中磁石深度值大于一第一倍率常数乘容置槽宽度值后减去马达气隙宽度值的运算总和值，且磁石深度值小于第一倍率常数乘容置槽宽度值后加上马达气隙宽度值的运算总和值。

附图说明

图1为揭示本发明较佳实施例的马达的立体结构图。

图2为揭示图1中马达结构的平面剖面图。

图3为揭示本发明较佳实施例的转子叠片的立体结构图。

图4为揭示本发明较佳实施例的转子叠片的俯视图。

图5为揭示本发明较佳实施例的转子叠片的局部结构放大图。

图6为揭示不同磁石深度值相对输出转矩的关系图。

图7为揭示不同磁石深度值相对转矩脉动的关系图。

图8为揭示本发明较佳实施例的转子叠片的另一局部结构放大图。

图9为揭示不同修弧深度值相对输出转矩的关系图。

图10为揭示不同修弧深度值相对转矩脉动的关系图。

图11为揭示本发明较佳实施例的转子叠片的再一局部结构放大图。

其中，附图标记：

1：马达

2：转子组件

20：转子叠片

21：本体部

22：磁石容置槽

22a：边缘处

23：周缘

23a：外周缘

23b：边界处

24：修弧部

24a：底边

25：第一肋部

26：第二肋部

27：磁石

3：定子组件

31：中空部

32：绕组

g：马达气隙宽度值

C：轴心

Md：磁石深度值

Pd：修弧深度值

Rr：第一肋部宽度值

Rt：第二肋部宽度值

T：容置槽宽度值

具体实施方式

体现本发明特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的态样上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及附图在本质上是当作说明之用，而非用于限制本发明。

请先参考图1至图5。其中图1为揭示本发明较佳实施例的马达的立体结构图，图2为揭示图1中马达结构的平面剖面图，图3为揭示本发明较佳实施例的转子叠片的立体结构图，图4为揭示本发明较佳实施例的转子叠片的俯视图，而图5为揭示本发明较佳实施例的转子叠片的局部放大图。在本实施例中，马达1至少包括有一转子组件2以及一定子组件3。其中转子组件2与定子组件3的组合采用外定子内转子的方式完成。在本实施例中，定子组件3具有一中空部31以及对应环绕于其多个齿部的多个绕组32，而转子组件2设置于定子组件3的中空部31内。其中马达1的转子组件2与定子组件3之间，组配形成一马达气隙宽度值g。较佳者，马达气隙宽度值g介于0.25mm至1.0mm之间，但本发明并不以此为限。在本实施例中，转子组件2包括有多个磁石27以及多个转子叠片20。其中多个转子叠片20可例如是由硅钢材料所制成，但本发明并不以此为限。多个转子叠片20沿马达1的一轴心C堆叠，轴心C即为转子组件2的中心，转子组件2以轴心C为中心转动，轴心C也为马达1的中心。另外，在本实施例中，转子叠片20的配置数量、配置间距及单片厚度等可视实际应用需求而调整变化。每一转子叠片20包括有一本体部21、多个周缘23以及多个磁石容置槽22。多个周缘23环绕于本体部21的外侧。多个磁石容置槽22以轴心C为中心而且彼此对称地环设于本体部21，并贯穿本体部21。多个转子叠片20沿轴心C对应堆叠后，上述多个磁石容置槽22在空间上可相对容置多个磁石27。详细说明，多个磁石容置槽22分别在各自的槽内容置对应的多个磁石27。上述磁石27可例如是一长条形柱状永久磁体，然本发明并不以此为限。在本实施例中，多个磁石容置槽22的数量相对于多个磁石27的数量，也即两者的数量相同，例如均为8个。其中每一磁石容置槽22组配容置所对应的磁石27，也即8个磁石容置槽22与所对应的8个磁石27，以轴心C为中心分别对应约45度的圆心角对称且一对一分布及配置，但并不以此为限。在其它实施例中，上述多个磁石容置槽22的数量与多个磁石27的数量，可例如是6、10、12。换言之，本发明多个磁石容置槽22的数量与多个磁石27的数量可表示为2N个，其中N为整数，且N大于等于3。借此，转子组件2可提供2N极数的设计，在此便不再赘述。此外，磁石容置槽22也可一对多地容置磁石27，但并不以此为限。

值得注意的是，如图4及图5所示，在本实施例中磁石容置槽22自轴心C朝向转子组件2外侧的方向上(或者朝向本体部21的周缘23的方向上)具有一容置槽宽度值T，其中容置槽宽度值T等于或略大于磁石27的厚度，以使磁石27可稳固地嵌设于所对应的磁石容置槽22且不致脱离。较佳者，容置槽宽度值T小于15倍的马达气隙宽度值g，但本发明并不以此为限。在本实施例中，多个周缘23彼此相邻并环绕本体部21，也即，多个周缘23环绕设置于本体部21的外侧。另外，磁石容置槽22与本体部21外侧的周缘23之间具有一磁石深度值Md。在实施例中，磁石深度值Md大于一第一倍率常数K1乘容置槽宽度值T后减去马达气隙宽度值g的运算总和值，且磁石深度值Md小于第一倍率常数K1乘容置槽宽度值T后加上马达气隙宽度值g的运算总和值。其关系可如下式(1)所示：

K1×T-1×g＜Md＜K1×T+1×g (1)

在本实施例中，第一倍率常数K1介于1.4至1.5之间。表1为模拟不同磁石深度值所得的输出转矩以及转矩脉动：

表1

磁石深度值Md	输出转矩[N·M]	转矩脉动[％]
			K1×T-2g	28.6	1.7
K1×T-1.5g	29.19	1.65
			K1×T-1g	29.99	1.6
K1×T-0.5g	31.01	1.55
			K1×T+0g	31.89	1.7
K1×T+0.5g	31.47	1.85
			K1×T+1g	31.16	2.12
K1×T+1.5g	30.38	1.73
			K1×T+2g	29.81	1.56

图6为揭示不同磁石深度值相对输出转矩的关系图。图7为揭示不同磁石深度值相对转矩脉动的关系图。如图6与图7所示，当转子叠片20设计的磁石深度值Md介于式(1)的范围时，即磁石深度值Md大于一第一倍率常数K1乘容置槽宽度值T后减去马达气隙宽度值g的运算总和值，且磁石深度值Md小于第一倍率常数K1乘容置槽宽度值T后加上马达气隙宽度值g的运算总和值，马达1可在最大输出转矩区间内，同时获得最小转矩脉动。借此，马达输出转矩的抗退磁性的耐受性可获得提升，进而达到提升马达效率的功效。

此外，再请参考图1至图5以及图8。其中图8为揭示本发明较佳实施例的转子叠片的另一局部结构放大图。在本实施例中，每两相邻的周缘23之间可还定义一个外周缘23a，其中转子叠片20还包括多个修弧部24，分别位于两相邻的磁石容置槽22之间(或上述每两相邻的周缘23之间)，自本体部21的外侧的多个外周缘23a向轴心C凹设，且在外周缘23a至修弧部24的底边24a间具有一修弧深度值Pd。其中修弧深度值Pd大于一第二倍率常数K2乘容置槽宽度值T后减去马达气隙宽度值g的运算总和值，且修弧深度值Pd小于第二倍率常数K2乘容置槽宽度值T后加上马达气隙宽度值g的运算总和值。其关系可如下式(2)所示：

K2×T-1×g＜Pd＜K2×T+1×g (2)

在本实施例中，第二倍率常数K2介于0.5至0.6之间。表2为模拟不同修弧深度值所得的输出转矩以及转矩脉动：

表2

修弧深度值Pd	输出转矩[N·M]	转矩脉动[％]
			K2×T-2g	29.4	2.21
K2×T-1.5g	30.65	2.14
			K2×T-1g	31.78	2.05
K2×T-0.5g	32.63	1.85
			K2×T+0g	31.89	1.7
K2×T+0.5g	30.98	1.85
			K2×T+1g	30.28	2.03
K2×T+1.5g	28.8	1.73
			K2×T+2g	27.5	1.65

图9为揭示不同修弧深度值相对输出转矩的关系图。图10为揭示不同修弧深度值相对转矩脉动的关系图。如图9与图10所示，当转子叠片20设计的修弧深度值Pd介于式(2)的范围时，即修弧深度值Pd大于一第二倍率常数K2乘容置槽宽度值T后减去马达气隙宽度值g的运算总和值，且修弧深度值Pd小于第二倍率常数K2乘容置槽宽度值T后加上马达气隙宽度值g的运算总和值，马达1可在最大输出转矩区间内，同时获得最小转矩脉动。借此，马达中磁铁漏磁通以及气隙磁通分布/密度的相互影响可获得改善，进而达到提升马达效率的功效。

此外，再请参考图1至图5以及图8与图11。其中图11为揭示本发明较佳实施例的转子叠片的再一局部结构放大图。在本实施例中，每个磁石容置槽22与对应的修弧部24之间具有一第一肋部25，在修弧部24的底边24a的边界处23b至磁石容置槽22的边缘处22a具有一第一肋部宽度值Rr。其中第一肋部宽度值Rr大于容置槽宽度值T除容置槽宽度值T与马达气隙宽度值g之和后减去0.5倍马达气隙宽度值g的运算总和值，且小于容置槽宽度值T除容置槽宽度值T与马达气隙宽度值g之和后加上0.25倍马达气隙宽度值g的运算总和值。其关系可如下式(3)所示：

T/(g+T)-0.5×g＜Rr＜T/(g+T)+0.25×g (3)

此外，在本实施例中每两个相邻的磁石容置槽22之间具有一第二肋部26，第二肋部26具有一第二肋部宽度值Rt。其中第二肋部宽度值Rt大于容置槽宽度值T除容置槽宽度值T与马达气隙宽度值g之和后加上0.25倍马达气隙宽度值g的运算总和值，且小于容置槽宽度值T除容置槽宽度值T与马达气隙宽度值g之和后加上1.25倍马达气隙宽度值g的运算总和值。其关系可如下式(4)所示：

T/(g+T)+0.25×g＜Rt＜T/(g+T)+1.25×g (4)

借此设计的磁石容置槽22与修弧部24之间的第一肋部宽度值Rr以及两相邻磁石容置槽22间的第二肋部宽度值Rt，在避免弱磁控制对磁石造成退磁的条件下，可有效减少转子肋部所造成漏磁通现象，确保转子组件2提供最佳输出转矩性能，进而达到提升马达效率的功效。

综上所述，本发明提供一种转子叠片及其适用的转子组件。依据马达气隙宽度值与磁石容置槽宽度，设计磁石容置槽与本体部外侧的周缘之间的磁石深度值，以在最大输出转矩区间内，获得最小转矩脉动，进而提升马达输出转矩的抗退磁性的耐受性。通过马达气隙宽度值与磁石容置槽宽度，在两相邻的该磁石容置槽之间，设计自外周缘向轴心凹设的修弧深度值，以在最大输出转矩区间内，获得最小转矩脉动，进而改善马达中磁铁漏磁通以及气隙磁通分布/密度的相互影响。又通过马达气隙宽度值与磁石容置槽宽度值，设计磁石容置槽与修弧部之间的第一肋部宽度值以及两相邻磁石容置槽间的第二肋部宽度值，以于避免弱磁控制对磁石造成退磁的条件下，可有效减少转子肋部所造成漏磁通现象，确保转子组件提供最佳输出转矩性能，进而达到提升马达效率的功效。通过优化尺寸及参数，更可简化设计的困难度，同时加速产品开发的速度。

本发明得由熟习此技术的人士任施匠思而可作各种更动与润饰，但这些更动和润饰皆包含于所要求保护的范围。

Claims (14)

1.一种转子叠片，适用于一马达，其特征在于，该马达具有一马达气隙宽度值，该转子叠片包括：

一本体部，且该本体部的中心组配对位于该马达的一轴心；

多个周缘，环绕设置于该本体部的外侧；以及

多个磁石容置槽，该多个磁石容置槽在槽内相对容置该马达的多个磁石，该多个磁石容置槽相对该轴心环设于该本体部，其中每一该磁石容置槽容置所对应的该磁石，该磁石容置槽自该轴心向外的方向具有一容置槽宽度值，且该磁石容置槽与该本体部外侧对应的该周缘之间具有一磁石深度值，

其中该磁石深度值大于一第一倍率常数乘该容置槽宽度值后减去该马达气隙宽度值的运算总和值，且该磁石深度值小于该第一倍率常数乘该容置槽宽度值后加上该马达气隙宽度值的运算总和值。

2.如权利要求1所述的转子叠片，其特征在于，该第一倍率常数介于1.4至1.5之间。

3.如权利要求1所述的转子叠片，其特征在于，还包括多个修弧部，分别位于两相邻的该磁石容置槽之间，且自每两相邻的该周缘之间定义的一外周缘向该轴心凹设而具有一修弧深度值，其中该修弧深度值大于一第二倍率常数乘该容置槽宽度值后减去该马达气隙宽度值的运算总和值，且该修弧深度值小于该第二倍率常数乘该容置槽宽度值后加上该马达气隙宽度值的运算总和值。

4.如权利要求3所述的转子叠片，其特征在于，该第二倍率常数介于0.5至0.6之间。

5.如权利要求3所述的转子叠片，其特征在于，每一该磁石容置槽与对应的该修弧部之间具有一第一肋部，该第一肋部具有一第一肋部宽度值，该第一肋部宽度值大于该容置槽宽度值除该容置槽宽度值与该马达气隙宽度值之和后减去0.5倍该马达气隙宽度值的运算总和值，且该第一肋部宽度值小于该容置槽宽度值除该容置槽宽度值与该马达气隙宽度值之和后加上0.25倍该马达气隙宽度值的运算总和值。

6.如权利要求5所述的转子叠片，其特征在于，两相邻的该磁石容置槽之间更具有一第二肋部，该第二肋部具有一第二肋部宽度值，该第二肋部宽度值大于该容置槽宽度值除该容置槽宽度值与该马达气隙宽度值之和后加上0.25倍该马达气隙宽度值的运算总和值，且该第二肋部宽度值小于该容置槽宽度值除该容置槽宽度值与该马达气隙宽度值之和后加上1.25倍该马达气隙宽度值的运算总和值。

7.如权利要求1所述的转子叠片，其特征在于，该多个磁石容置槽与该多个磁石的数量相同，该数量为2N，其中N为整数，且N大于等于3。

8.一种转子组件，适用于一马达，其特征在于，该马达具有一马达气隙宽度值，该转子组件包括：

多个磁石；以及

多个转子叠片，沿该马达的一轴心的方向堆叠，其中每一该转子叠片包括：

一本体部，该本体部的中心对位于该轴心；

多个周缘，环绕设置于该本体部的外侧；以及

多个磁石容置槽，该多个磁石容置槽在槽内相对容置该多个磁石，以该轴心为中心环设于该本体部，其中每一该磁石容置槽容置所对应的该磁石，该磁石容置槽自该轴心朝向该转子组件的外侧的方向具有一容置槽宽度值，且该磁石容置槽与该本体部外侧对应的该周缘之间具有一磁石深度值，

其中该磁石深度值大于一第一倍率常数乘该容置槽宽度值后减去该马达气隙宽度值的运算总和值，且该磁石深度值小于该第一倍率常数乘该容置槽宽度值后加上该马达气隙宽度值的运算总和值。

9.如权利要求8所述的转子组件，其特征在于，该第一倍率常数介于1.4至1.5之间。

10.如权利要求8所述的转子组件，其特征在于，还包括多个修弧部，分别位于两相邻的该磁石容置槽之间，且自每两相邻的该周缘之间定义的一外周缘向该轴心凹设而具有一修弧深度值，其中该修弧深度值大于一第二倍率常数乘该容置槽宽度值后减去该马达气隙宽度值的运算总和值，且该修弧深度值小于该第二倍率常数乘该容置槽宽度值后加上该马达气隙宽度值的运算总和值。

11.如权利要求10所述的转子组件，其特征在于，该第二倍率常数介于0.5至0.6之间。

12.如权利要求10所述的转子组件，其特征在于，每一该磁石容置槽与对应的该修弧部之间具有一第一肋部，该第一肋部具有一第一肋部宽度值，该第一肋部宽度值大于该容置槽宽度值除该容置槽宽度值与该马达气隙宽度值之和后减去0.5倍该马达气隙宽度值的运算总和值，且该第一肋部宽度值小于该容置槽宽度值除该容置槽宽度值与该马达气隙宽度值之和后加上0.25倍该马达气隙宽度值的运算总和值。

13.如权利要求12所述的转子组件，其特征在于，两相邻的该磁石容置槽之间更具有一第二肋部，该第二肋部具有一第二肋部宽度值，该第二肋部宽度值大于该容置槽宽度值除该容置槽宽度值与该马达气隙宽度值之和后加上0.25倍该马达气隙宽度值的运算总和值，且该第二肋部宽度值小于该容置槽宽度值除该容置槽宽度值与该马达气隙宽度值之和后加上1.25倍该马达气隙宽度值的运算总和值。

14.如权利要求8所述的转子组件，其特征在于，该多个磁石容置槽与该多个磁石的数量相同，该数量为2N，其中N为整数，且N大于等于3。

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