CN1306678C - 利用定子局部磁饱和效应改善启动死点的马达 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用定子局部磁饱和效应改善启动死点的马达，其由具永久磁铁的转子以及具硅钢片绕组线圈的定子构成，其中硅钢片齿槽的磁极末端的极缘，与转子永久磁铁间保持相等的气隙长度，且该磁极相对于其中心线两侧的区块呈不对称设计，本发明利用定子磁极的不对称设计，造成磁极的局部性磁饱和，使得气隙磁通密度分布不均匀，产生非对称的磁交链波形，进而改变马达输出扭矩波形分布，达到改善马达启动死点的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用定子局部磁饱和效应改善启动死点的马达，更具体地说，涉及一种在相等气隙长度及无改变定子磁极极缘的前提下，而能达到改善启动死点的马达。
背景技术
现今已知的永磁无刷马达是在单位时间内仅导通一组线圈以产生磁力，再利用磁力的吸斥原理来驱动转子运转，其主要包括有一定子及于定于内侧或外侧的转子，其中定子于各磁极处分别卷绕有线圈，且于磁极的极缘与转子的永久磁铁之间保持有一适当长度的气隙，通过定子线圈通电产生的磁场与转子永久磁铁的互相作用来驱动转子转动。
该永磁无刷马达在实际操作时，存在有启动死点的问题，如图9所示，该图示出了永磁无刷马达的转矩(CW)与转动机械角(θ)的关系，该马达的激磁转矩曲线为a，当马达静止时将在稳定点p的位置，而当马达输入激磁电流启动运转时，激磁转矩为零(a曲线的p点)，因此，永磁无刷马达存在因摩擦负载造成马达无法顺利启动运转的问题。虽然，对于前述永磁无刷马达存在的启动死点问题可以通过改用多组线圈的导通方式来解决，但基于成本考虑，对于某些系统而言，利用多组线圈导通的马达并不符合经济效益，因此，在不改变线圈导通的前提下只有通过改变马达的磁路结构，以有效解决该问题。
为此在美国专利第5,250,867号“PERMANENT MAGNET BRUSHLESS DC MOTERHAVING REDUCED COGGING”中公开了一无刷马达，该无刷马达主要是在定子硅钢片的磁极两端设有对称的穿孔，以解决传统马达在定子磁极极缘上形成凹部造成磁通气隙面积小的问题。
该美国专利中的无刷马达虽利用在定子硅钢片磁极两端设置的穿孔来改善传统马达于极缘上设凹部造成磁通气隙面积缩小的问题，然而，该马达定子设置有穿孔的磁极仍由于采取对称设计，而当应用到马达上后，马达于静止时仍将停在稳定点位置上，当马达输入激磁电流启动运转时，因激磁转矩也为零，故马达在摩擦负载下仍存在有启动死点的问题，不易于顺利地启动运转。
为此，本发明中的创作人为了解决前述永磁无刷马达存在启动死点的问题，而经潜心研究与开发，终创造出一种利用定子局部磁饱和效应改善启动死点的马达，即借助于定子磁极的改变，而在不改变气隙长度与磁极极缘的条件下，造成马达的不对称磁路，进而改变输出转矩分布的波形，达到马达无启动死点的功效。
发明内容
本发明中利用定子局部磁饱和效应改善启动死点的马达的主要目的在于解决现有永磁无刷马达存在启动死点的问题。
本发明是这样实现的：
一种利用定子局部磁饱和效应改善启动死点的马达，包括有一中空的转子及设于转子内的定子，该转子于其中空轭铁的内侧壁上设有不同磁极性且相间排列的永久磁铁，且于中央设有轴心，该轴心枢设于定子的硅钢片中央，该定子铁心周边呈放射状延伸有数个末端设有磁极的延伸部，该磁极外缘形成对应转子轭铁内侧弧径的外凸极缘，在极缘与永久磁铁间保持有一定的气隙长度，且于各延伸部上卷绕设有线圈，其特征在于：所述定子的磁极相对于其中心线两侧区块呈可使磁通发生偏移的不对称状，且借由所述磁极相对于其中心线一侧的区块于邻近极缘处设有至少一个孔洞形成所述不对称状。
其利用定子局部磁饱和效应改善启动死点的马达可为线圈径向绕阻径向气隙的外转式、内转式马达，也可为线圈轴向绕组径向气隙的马达，该马达由具有永久磁铁的转子以及硅钢片绕设有线圈的定子组构成，其中定子硅钢片磁极末端的极缘与永久磁铁间保持有相同固定的气隙长度，而定子的磁极相对于其中心线两侧的区块设计呈磁通可发生偏移的不对称状，且借由所述磁极相对于其中心线一侧的区块于邻近极缘处设有至少一个孔洞形成所述不对称状。
另外，所述磁极相对于其中心线两侧的区块外形相同，且于偏离中心线一例的区块于邻近极缘处设有所述任意形状的孔洞，以使磁极相对于其中心线两侧呈不对称状。
另外，所述的磁极相对于其中心线两侧的区块外形不相同，以使磁极相对于中心线两侧呈不对称状。
另外，所述的磁极相对于其中心线两侧的区块外形不相同，且于偏离中心线面积较小的区块于邻近极缘处设有所述任意形状孔洞，以使磁极相对于中心线两侧呈不对称状。
本发明中利用定子局部磁饱和效应改善启动死点的马达在不改变气隙长度或极缘极缘的前提下，通过对磁饱和的分布规划，利用定子磁极形成局部性磁饱和，造成气隙磁通密度分布不均匀，产生非对称的磁交链波形，进而改变马达顿转扭矩波形分布，利用顿转扭矩使得马达在激磁转矩为零时仍有额外的扭矩输出，也即马达的总输出转矩(激磁转矩+顿转扭矩)在任意机械位置均不为零。
本发明还提供了一种利用定子局部磁饱和效应改善启动死点的马达，其包括有一转子及套设于转子外侧的定子，该转子于其轭铁中间设有轴心，轭铁外侧壁设有数个不同磁极性且相间排列的永久磁铁，定子以其环状硅钢片提供转子并枢设其中定子套于一个具有可套设于转子外侧的环状硅钢片，该硅钢片内侧数个放射状排列的末端具有磁极的延伸部，该磁极末端形成对应转子外周缘弧径的内凹极缘，极缘与永久磁铁间保持有一定的气隙长度，各延伸部上分别绕组设有线圈，其特征在于：所述定子的磁极相对于其中心线两侧区块形成可使磁通偏移的不对称状，且借由所述磁极相对于其中心线一侧的区块于邻近极缘处设有至少一个孔洞形成所述不对称状。
本发明还提供了一种利用定子局部磁饱和效应改善启动死点的马达，其包括有一中空转子以及设于转子内的定子，转子于其中空轭铁中央设有轴心，且于轭铁内侧壁上设数个不同磁极性且相间排列的永久磁铁，定子具有一轴心杆，该轴心杆上下端设有硅钢片构成定子铁心，线圈绕设于轴心杆上介于上下硅钢片之间，该硅钢片周边放射状延伸的延伸部末端具有数个磁极，该磁极外缘的极缘与永久磁铁间保持一定的气隙长度，上下硅钢片的磁极呈相间排列状，其特征在于：该定子磁极相对于其中心线两侧的区块形成使磁通偏移的不对称状，且借由所述磁极相对于其中心线一侧的区块于邻近极缘处设有至少一个孔洞形成所述不对称状。
附图说明
下面将结合附图对本发明中的具体实施例作进一步详细说明。
图1是本发明中线图径向绕组径向气隙的外转式马达的平面示意图；
图2是本发明中线圈径向绕组径向气隙的内转式马达的平面示意图；
图3是本发明中定子实施例一的平面示意图；
图4是本发明中定子实施例二的平面示意图；
图5是本发明中定子实施例三的平面示意图；
图6是本发明中马达的转矩(CW)与转动机械角(θ)的关系图：
图7是本发明中线圈轴向绕组径向气隙的马达的俯视平面示意图；
图8是本发明中线圈轴向绕组径向气隙的马达的侧视平面示意图；
图9是传统永磁无刷马达的转矩(CW)与转动机械角(θ)的关系图。
具体实施方式
本发明可应用于线圈径向绕组径向气隙的外转式或内转式永磁无刷马达，或可应用于线圈轴向绕组径向气隙的永磁无刷马达，如图1所示，线圈径向绕组径向气隙的外转式马达包括有一中空转子10以及装设于转子10内部的定子20，转子10于一中空轭铁11的内侧壁上装设有数个不同磁极性且相间排列的永久磁铁13，转子10的中央设有一轴心14，定子20具有硅钢片21，该硅钢片21的中央与轴心14枢设，硅钢片21周边具有数个呈放射状延伸的延伸部23，各延伸部23的末端具有磁极24，磁极24的外缘形成对应转子10容置空间弧径的外凸极缘241，且于极缘241与转子10的永久磁铁13间保持有一定的气隙长度，各延伸部23上分别绕设有线圈25，磁极24相对于中心线242两侧为不对称型态，使其磁通产生偏移。
如图2所示，线圈径向绕组径向气隙的内转式马达包括有一转子10以及套设于转子10外侧的定子20，转子10于其中空轭铁11的中间设有轴心14，且于轴心14的外侧环设有数个不同磁极性且相间排列的永久磁铁13，定子20套于具有一可套设于转子10外侧的环状硅钢片21，该硅钢片21在其内侧壁朝轴心方向延伸有数个呈放射状排列的延伸部23，各延伸部23的末端具有磁极24，该磁极24的末端形成对应转子10外周缘弧径的内凹极缘241，且于极缘241与转子10的永久磁铁13间保持有一定的气隙长度，各延伸部23上分别绕设有线圈25，磁极24相对于中心线242的两侧为不对称型态，使磁通产生偏移。
前述内转式或外转式马达的定子20硅钢片21中，磁极24相对于中心线242的两侧均为不对称型态，使磁通产生偏移的方式可以由下列数种方式来实现，其中：如图3所示，磁极24相对于中心线242两侧的区块243、244外形相同，且于偏离中心线242一侧的区块244在邻近极缘241处设有至少一个以上孔洞245，该孔洞245可为圆形、椭圆形、方形、多边形...或其他几何形状的任意孔形，以使磁极24相对于中心线242两侧呈不对称的型态。
如图4所示，磁极24也可在不改变原有内凹或外凸的极缘241形状下，使相对于中心线242两侧的区块243、244的外形不等，使磁极24相对于中心线242两侧呈不对称状。
如图5所示，磁极24相对于中心线242两侧的区块243、244外形不等，且于偏离中心线242的面积较小区块244在邻近极缘241处设有至少一个以上孔洞245，孔洞245可为圆形、椭圆形、方形、多边形...或其他几何形状的任意孔形，使磁极24相对于中心线242两侧区块243、244呈不对称的型态。
本发明中的永磁无刷马达经前述设计后，其特点在于：定子20在不改变磁极24与永久磁铁13间的气隙长度或不改变极缘241的前提下，通过适当的磁饱和分布规划，使得定予磁极24形成局部性磁饱和，造成气隙磁通密度分布不均匀，产生非对称的磁交链波形，如图6所示，由马达的转矩(CW)与转动机械角(θ)的关系可以了解，马达的激磁转矩曲线为A，顿转扭矩曲线为B，而合成后的总转矩曲线为C，因此，本发明通过改变马达顿转忸矩波形分布的手段，达到马达的总输出转矩(激磁转矩+顿转扭矩)在任意机械位置均不为零，使本发明中的永磁无刷马达既有的架构下，得以有效克服启动死点问题。
如图7和图8所示，本发明应用于线圈轴向绕组径向气隙的永磁无刷马达时，该马达包括一中空转子30以及装设于转子30内部的定子40。转子30于其中空轭铁31中设一轴心34，且于轭铁31内侧壁上设数个不同磁极性且相间排列的永久磁铁33，定子40具有一轴心杆42上下端各设硅钢片43构成的定子铁心41，线圈44绕组于轴心杆42上介于上下硅钢片43之间，该硅钢片43周边具有数个呈放射状延伸的延伸部431，各延伸部431末端具有磁极432，该磁极432外线形成对应转子内弧径的外凸极缘433，且极缘433与转子30的永久磁铁33保持一定的气隙长度，上下硅钢片43的磁极432呈相间排列，定子40的磁极432相对于中心线434两侧区块435、436为不对称的型态，使磁通产生偏移，也可达成克服马达启动死点的功用。
前述定子40的磁极432利用相对于中心线434两侧区块435、436不对称的设计，使磁通产生偏移方式相同于前述线圈径向绕组的实施例，其中：
磁极相对于其中心线两侧的区块外形相同，且于偏离中心线一侧的区块邻近极缘处设有至少一个以上孔洞，该孔洞可为圆形、椭圆形、方形、多边形...或其他几何形状的孔形，使磁极相对于其中心线两侧的区块呈不对称型态，该磁极维持原有的外凸极缘形状，该磁极相对于其中心线两侧的区块外形不等，使该磁极相对于其中心线两侧呈不对称状。
另，磁极相对于其中心线两侧的区块外形不等，且于偏离中心线的面积较小区块邻近极缘处设有至少一个以上孔洞，该孔洞可为圆形、椭圆形、方形、多边形、...或其他几何形状的任意孔形，使该磁极相对于其中心线两侧呈不对称型态。
经前述说明后，可明确了解本发明确实提供了一种具有一定新颖性且具产业利用价值的马达。
另外，以上虽然对本发明中的较佳实施例作了说明，但并不能作为本发明的保护范围，即对本领域的普通技术人员来说应该明白，在不脱离本发明的设计精神下可以对其作出等效的变化与修饰，因此，凡是在不脱离本发明的设计精神下所作出的等效变化与修饰，均应认为落入本发明的保护范围。
Claims (12)
1.一种利用定子局部磁饱和效应改善启动死点的马达，包括有一中空的转子及设于转子内的定子，该转子于其中空轭铁的内侧壁上设有不同磁极性且相间排列的永久磁铁，且于中央设有轴心，该轴心枢设于定子的硅钢片中央，该定子铁心周边呈放射状延伸有数个末端设有磁极的延伸部，该磁极外缘形成对应转子轭铁内侧弧径的外凸极缘，在极缘与永久磁铁间保持有一定的气隙长度，且于各延伸部上卷绕设有线圈，其特征在于：所述定子的磁极相对于其中心线两侧区块呈可使磁通发生偏移的不对称状，且借由所述磁极相对于其中心线一侧的区块于邻近极缘处设有至少一个孔洞形成所述不对称状。
2.根据权利要求1中所述的利用定子局部磁饱和效应改善启动死点的马达，其特征在于：所述磁极相对于其中心线两侧的区块外形相同，且于偏离中心线一侧的区块于邻近极缘处设有所述孔洞，使磁极相对于中心线两侧呈不对称状。
3.根据权利要求1中所述的利用定子局部磁饱和效应改善启动死点的马达，其特征在于：所述磁极相对于其中心线两侧的区块外形不等，使磁极相对于中心线两侧呈不对称状。
4.根据权利要求1中所述的利用定子局部磁饱和效应改善启动死点的马达，其特征在于：所述磁极相对于其中心线两侧的区块外形不等，且于偏离中心线面积较小的区块于邻近极缘处设有所述孔洞，使磁极相对于其中心线两侧呈不对称状。
5.一种利用定子局部磁饱和效应改善启动死点的马达，其包括有一转子及套设于转子外侧的定子，该转子于其轭铁中间设有轴心，轭铁外侧壁设有数个不同磁极性且相间排列的永久磁铁，定子套于一个具有可套设于转子外侧的环状硅钢片，该硅钢片内侧数个放射状排列的末端具有磁极的延伸部，该磁极末端形成对应转子外周缘弧径的内凹极缘，极缘与永久磁铁间保持有一定的气隙长度，各延伸部上分别绕设有线圈，其特征在于：所述定子的磁极相对于其中心线两侧区块形成可使磁通偏移的不对称状，且借由所述磁极相对于其中心线一侧的区块于邻近极缘处设有至少一个孔洞形成所述不对称状。
6.根据权利要求5中所述的利用定子局部磁饱和效应改善启动死点的马达，其特征在于：所述磁极相对于其中心线两侧的区块外形相同，且于偏离中心线一侧的区块于邻近极缘处设有所述孔洞，使磁极相对于其中心线两侧呈不对称状。
7.根据权利要求5中所述的利用定子局部磁饱和效应改善启动死点的马达，其特征在于：所述磁极相对于其中心线两侧的区块外形不等，使该磁极相对于其中心线两侧呈不对称状。
8.根据权利要求5中所述的利用定子局部磁饱和效应改善启动死点的马达，其特征在于：所述磁极相对于中心线两侧的区块外形不等，且于偏离中心线面积较小的区块于邻近极缘处设有所述孔洞，使磁极相对于中心线两侧呈不对称状。
9.一种利用定子局部磁饱和效应改善启动死点的马达，其包括有一中空转子以及设于转子内的定子，转子于其中空轭铁中央设有轴心，且于轭铁内侧壁上设数个不同磁极性且相间排列的永久磁铁，定子具有一轴心杆，该轴心杆上下端设有硅钢片构成定子铁心，线圈绕设于轴心杆上介于上下硅钢片之间，该硅钢片周边放射状延伸的延伸部末端具有数个磁极，该磁极外缘的极缘与永久磁铁间保持一定的气隙长度，上下硅钢片的磁极呈相间排列状，其特征在于：该定子磁极相对于其中心线两侧的区块形成使磁通偏移的不对称状，且借由所述磁极相对于其中心线一侧的区块于邻近极缘处设有至少一个孔洞形成所述不对称状。
10.根据权利要求9中所述的利用定子局部磁饱和效应改善启动死点的马达，其特征在于：所述磁极相对于其中心线两侧的区块外形相同，且于偏离中心线一侧的区块于邻近极缘处设有所述孔洞，使磁极相对于其中心线两侧呈不对称状。
11.根据权利要求9中所述的利用定子局部磁饱和效应改善启动死点的马达，其特征在于：所述磁极相对于其中心线两侧的区块外形不等，使该磁极相对于其中心线两侧呈不对称状。
12.根据权利要求9中所述利用定子局部磁饱和效应改善启动死点的马达，其特征在于：所述磁极相对于其中心线两侧的区块外形不等，且于偏离中心线面积较小的区块邻近极缘处设有所述孔洞，使磁极相对于其中心线两侧呈不对称状。
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP02 | Change in the address of a patent holder | ||
| CP02 | Change in the address of a patent holder |
Address after: The new Taiwan China Ya Lu Kaohsiung City No. 30 Lane 296 Patentee after: Sunonwealth Electric Machine Industry Co.,Ltd. Address before: Kaohsiung City, Taiwan, China Patentee before: Sunonwealth Electric Machine Industry Co.,Ltd. |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20070321 |