TW201433052A

TW201433052A - 永磁無刷馬達之轉子結構

Info

Publication number: TW201433052A
Application number: TW102103941A
Authority: TW
Inventors: Ying-You He
Original assignee: Ying-You He
Priority date: 2013-02-01
Filing date: 2013-02-01
Publication date: 2014-08-16

Abstract

一種永磁無刷馬達之轉子結構，其係設於具有複數個繞線槽之定子內部；該轉子結構包括有轉子鐵芯、複數極磁鐵及轉軸，該轉子鐵芯係由矽鋼片疊層或實心鐵材等導磁材料所製成，並沿著其外環面分佈排列成型有複數個嵌槽，且於對應各偶數個嵌槽之近中心軸孔位置處成型有透空槽孔，各透空槽孔間為肋架，該複數極磁鐵係分別嵌入固定於轉子鐵芯之嵌槽內，並使各相鄰之極磁鐵的相對面呈同性極面排列，該轉軸則係裝設於轉子鐵芯之中心軸孔上，並與轉子鐵芯連結同動；藉此，該轉子鐵芯不僅可易於製作組裝固定極磁鐵，且單一片磁鐵即可作為極磁鐵以降低磁鐵材料，而透空槽孔及肋架亦可使極磁鐵之磁力線集中分佈於近定子區域之作用端，進而提供易於製作組裝及提高磁效應之實用效益。

Description

永磁無刷馬達之轉子結構

本發明尤指其提供一種不僅可易於製作成型及組裝固定極磁鐵，且可使極磁鐵之磁力線集中分佈於近定子區域作用端之永磁無刷馬達之轉子結構。

按，馬達於現代各種產業中是不可或缺的重要裝置，其被廣泛地應用結合於各種機械設備、電器、運輸系統……等用途，其主要的動作原理係將電能轉換成為機械能，以驅動連接元件作旋轉等作動。

以永磁無刷馬達之轉子而言，其嵌入型極磁鐵的第一種型態請參閱第1、2圖，其係為美國專利第6,891,299號專利案，其係於非導磁性之轉軸11的外環面上加工成型出複數個工型的勾部111，複數組具有對應勾部111形狀之導磁性矽鋼片疊層12，則穿套於各勾部111的外側，而各極磁鐵13則嵌入固定於各矽鋼片疊層12間的位置，最後再以底蓋14及上蓋(圖面未示)上下夾合鎖固；該嵌入型之轉子的極磁鐵13，由於係嵌入固定於各矽鋼片疊層12間的位置，因此機械強度較高，而較適合高速旋轉，且極磁鐵13的形狀為近長方形體，不僅可降低秏材也較易於製作；惟該嵌入型之轉子，由於其採用非導磁性之轉軸11以減少非作用端的磁損失，因此勢必要在非導磁性之轉軸11上再組裝具導磁性矽鋼片疊層12，以供嵌入固定極磁鐵13及提供與定子線圈間之作用端的通磁路徑，然而在非導磁性之轉軸11的外環面上成型出複數個工型的勾部111，再於各勾部111上穿套具有對應形狀之矽鋼片疊層 12，不僅製作上較為繁瑣，且也增加組裝上的程序，徒然造成製作成本過高的情形。

嵌入型極磁鐵的第二種型態請參閱第3圖，其係為台灣專利公告第261301號專利案，其係為四極馬達之轉子結構，其轉子鐵心21為導磁性材料所製成，並於轉子鐵心21之周緣開設嵌槽211，以供嵌入極磁鐵22，每一個極磁鐵22係分別以偶數的單片磁鐵221組成，該轉子鐵心21雖易於製作成型及組裝固定極磁鐵22，惟由於每一個極磁鐵22係分別以偶數的單片磁鐵221組成，亦即四極馬達之轉子就必須使用到8片的磁鐵221，而較為耗費磁鐵221材料，且也無法有效降低非作用端的磁損失。

本發明之目的一，係提供一種永磁無刷馬達之轉子結構，該轉子結構之轉子鐵芯係由矽鋼片疊層或實心鐵材等導磁材料所製成，並沿著其外環面分佈排列成型有複數個嵌槽，複數極磁鐵係分別嵌入固定於轉子鐵芯之嵌槽內，並使各相鄰之極磁鐵的相對面呈同性極面排列；藉此，利用於該轉子鐵芯上直接製作成型出複數個嵌槽，以便於嵌入固定極磁鐵，即可達到易於製作組裝之實用效益。

本發明之目的二，係提供一種永磁無刷馬達之轉子結構，該嵌入固定於轉子鐵芯嵌槽內之極磁鐵，係由單一片磁鐵所組成，進而達到有效降低磁鐵材料的使用。

本發明之目的三，係提供一種永磁無刷馬達之轉子結構，該轉子結構之轉子鐵芯係由矽鋼片疊層或實心鐵材等導磁材料所製成，其中，另於對應各偶數個嵌槽之近中心軸孔位置處成型有透空槽孔，利用透空槽孔的磁阻作用，即可使極磁鐵之磁力線集中分佈於近定子區域之作用端，並提供散熱及減低轉動慣量的作用，進而達到提高磁效應之實用效益。

本發明之目的四，係提供一種永磁無刷馬達之轉子結構，該轉子結構之轉子鐵芯係由矽鋼片疊層或實心鐵材等導磁材料所製成，其中，另於對應各偶數個嵌槽之近中心軸孔位置處成型有透空槽孔，各透空槽孔間為肋架，於各相鄰之極磁鐵的相對面呈同性極面排列分別嵌入固定於轉子鐵芯之嵌槽內後，即可使各肋架呈相同極性，而使極磁鐵之磁力線集中分佈於近定子區域之作用端，進而達到提高磁效應之實用效益。

習知部分：

11‧‧‧轉軸

111‧‧‧勾部

12‧‧‧矽鋼片疊層

13‧‧‧極磁鐵

14‧‧‧底蓋

21‧‧‧轉子鐵心

211‧‧‧嵌槽

22‧‧‧極磁鐵

221‧‧‧磁鐵

本發明部分：

31‧‧‧轉子鐵芯

31a‧‧‧第一肋架

31b‧‧‧第二肋架

31c‧‧‧第三肋架

311‧‧‧嵌槽

312‧‧‧透空槽孔

313‧‧‧中心軸孔

32、32a、32b、32c、32d、32e、32f‧‧‧極磁鐵

33‧‧‧轉軸

41‧‧‧轉子鐵芯

411‧‧‧嵌槽

412‧‧‧透空槽孔

413‧‧‧中心軸孔

50‧‧‧定子

第1圖：美國第6,891,299號專利案嵌入型轉子結構之示意圖。

第2圖：美國第6,891,299號專利案嵌入型轉子結構之剖面示意圖。

第3圖：台灣公告第261301號專利案嵌入型轉子結構之示意圖。

第4圖：本發明之組合示意圖。

第5圖：本發明之外觀示意圖。

第6圖：本發明轉子鐵芯之另一實施例圖。

第7圖：本發明轉子鐵芯之第一實施例透空槽孔的部份極性分佈示意圖。

第8圖：本發明轉子鐵芯之第一實施例透空槽孔的部份磁力線分佈示意圖。

第9圖：本發明轉子鐵芯之第二實施例透空槽孔的部份極性分佈示意圖。

第10圖：本發明轉子鐵芯之第三實施例透空槽孔的部份極性分佈示意圖。

為使貴審查委員對本發明作更進一步之瞭解，茲舉一較佳實施例並配合圖式，詳述如后：請參閱第4、5圖，本發明之轉子結構係包括有轉子鐵芯31、複數極磁鐵32及轉軸33，該轉子鐵芯31係為導磁材料，其可為矽鋼片疊層或實心鐵材等導磁材料製成，於本實施例中，該轉子鐵芯31係為矽鋼片疊層，該轉子鐵芯31上沿著其外環面係分佈排列成型有複數個長方形體之嵌槽311以及於中心開設有中心軸孔313，且於對應各偶數個嵌槽311之近中心軸孔313位置處成型有透空槽孔312，於本實施例中，係於各矽鋼片上以衝壓的方式成型出長方形體之嵌槽311、透空槽孔312及中心軸孔313，再將各矽鋼片疊層固定，以形成轉子鐵芯31；該複數極磁鐵32係分別由各單一片磁鐵所組成，例如四極馬達為4片單一磁鐵，八極馬達則為8片單一磁鐵，各極磁鐵32之形狀係對應於嵌槽311而概呈長方形體，其可分別嵌入固定於轉子鐵芯31之嵌槽311內，並使各相鄰之極磁鐵32的相對面呈同性極面排列，如N極相對於N極，S極相對於S極，為了確保複數極磁鐵32固定於嵌槽311內，亦可塗附黏著劑以加強彼此間的結合力，至於轉軸33則係裝設於轉子鐵芯31之中心軸孔313上，並與轉子鐵芯31連結同動；本發明由於導磁材料製成之轉子鐵芯31係可直接成型出長方形體之嵌槽311、透空槽孔312及軸孔313，不僅嵌槽311可便於嵌入固定極磁鐵32，且中心軸孔313亦可直接裝設轉軸33，進而達到易於製作組裝及降低成本之實用效益。

請參閱第6圖，本實施例所示之轉子鐵芯41係由實心鐵材之導磁材料製成，該轉子鐵芯41上沿著其外環面係分佈排列成型有複數個長方形體之嵌槽411以及於中心開設有中心軸孔413，且於對應各偶數個嵌槽411之近中心軸孔413位置處成型有透空槽孔412，於本實施例中，該長方形體之嵌槽411、透空槽孔412及軸孔413係可利用加工切割的方式直接成型於轉子鐵芯41上。

請參閱第7、8圖，本發明之轉子鐵芯31係為導磁材料所製成，為了減少近定子區域之作用端的磁損失，係於對應各偶數個嵌槽311之近中心軸孔313位置處成型有透空槽孔312，於本實施例中，係於對應二個嵌槽311之近中心軸孔313位置處成型有透空槽孔312，轉子鐵芯31並於各透空槽孔312間形成肋架，於各嵌槽311嵌入固定極磁鐵32，並使各相鄰之極磁鐵32的相對面呈同性極面排列時，其極性分佈如第7圖說明，例如第一個極磁鐵32a的第一面為S極，第二面則為N極，而相鄰之第二個極磁鐵32b的第一面為N極，第二面則為S極，與第二個極磁鐵32b相鄰之第三個極磁鐵32c的第一面為S極，第二面則為N極，與第三個極磁鐵32c相鄰之第四個極磁鐵32d的第一面為N極，第二面則為S極，與第四個極磁鐵32d相鄰之第五個極磁鐵32e的第一面為S極，第二面則為N極，與第五個極磁鐵32e相鄰之第六個極磁鐵32f的第一面為N極，第二面則為S極，……其餘則依此類推；本發明由於在第一個極磁鐵32a、第二個極磁鐵32b、第三個極磁鐵32c、第四個極磁鐵32d、第五個極磁鐵32e、第六個極磁鐵32f等各極磁鐵的近中心軸孔313位置處(非作用端)成型有透空槽孔312，由於空氣的磁力傳導較差，因此可利用非作用端之透空槽孔312的磁阻作用，使得各極磁鐵的磁力線較為集中分佈於近定子50區域之作用端；且由於第一個極磁鐵32a與第二個極磁鐵32b間之轉子鐵芯31的第一肋架31a為N極，第三個極磁鐵32c與第四個極磁鐵32d間之轉子鐵芯31的第二肋架31b亦為N極，而第五個極磁鐵32e與第六個極磁鐵32f間之轉子鐵芯31的第三肋架31c亦為N極，使得轉子鐵芯31的各肋架均為相同極性，利用同性相斥的原理，各肋架間即不會形成通磁的路徑，相同的，亦可輔助各極磁鐵的磁力線較為集中分佈於近定子50的區域，進而有效降低轉子鐵芯31為導磁材料所造成的磁損失。此外，於轉子鐵芯31近中心軸孔313位置處成型有複數個透空槽孔312，除前述的磁阻作用以及使轉子鐵芯31的各肋架不會形成通磁的路徑外，透空槽孔312亦可提供散熱作用，並在降低轉子鐵芯31重量下，達到減低轉動慣量的作用。

請參閱第9圖，本發明之轉子鐵芯31係於對應各偶數個嵌槽311之近中心軸孔313位置處成型有透空槽孔312，於本實施例中，係於對應四個嵌槽311之近中心軸孔313位置處成型有透空槽孔312，轉子鐵芯31並於各透空槽孔312間形成肋架，於各嵌槽311嵌入固定極磁鐵32，並使各相鄰之極磁鐵32的相對面呈同性極面排列時，其極性分佈亦可如第一個極磁鐵32a的第一面為N極，第二面則為S極，而相鄰之第二個極磁鐵32b的第一面為S極，第二面則為N極，與第二個極磁鐵32b相鄰之第三個極磁鐵32c的第一面為N極，第二面則為S極，與第三個極磁鐵32c相鄰之第四個極磁鐵32d的第一面為S極，第二面則為N極，與第四個極磁鐵32d相鄰之第五個極磁鐵32e的第一面為N極，第二面則為S極，與第五個極磁鐵32e相鄰之第六個極磁鐵32f的第一面為S極，第二面則為N極，……其餘則依此類推；本發明由於在第一個極磁鐵32a、第二個極磁鐵32b、第三個極磁鐵32c、第四個極磁鐵32d、第五個極磁鐵32e、第六個極磁鐵32f等各極磁鐵的近中心軸孔313位置處(非作用端)成型有透空槽孔312，因此可利用非作用端之透空槽孔312的磁阻作用，使得各極磁鐵的磁力線較為集中分佈於近定子50區域之作用端；且由於第一個極磁鐵32a與第二個極磁鐵32b間之轉子鐵芯31的第一肋架31a為S極，而第五個極磁鐵32e與第六個極磁鐵32f間之轉子鐵芯31的第二肋架31b亦為S極，使得轉子鐵芯31的各肋架均為相同極性，利用同性相斥的原理，各肋架間即不會形成通磁的路徑，相同的，亦可輔助各極磁鐵的磁力線較為集中分佈於近定子50的區域，進而有效降低轉子鐵芯31為導磁材料所造成的磁損失。

請參閱第10圖，本發明之轉子鐵芯31係於對應各偶數個嵌槽311之近中心軸孔313位置處成型有透空槽孔312，於本實施例中，係於對應四個嵌槽311之近中心軸孔313位置處成型有凹型之透空槽孔312，轉子鐵芯31並於各凹型之透空槽孔312間形成肋架，於各嵌槽311嵌入固定極磁鐵32，並使各相鄰之極磁鐵32的相對面呈同性極面排列時，其極性分佈亦可如第一個極磁鐵32a的第一面為N極，第二面則為S極，而相鄰之第二個極磁鐵32b的第一面為S極，第二面則為N極，與第二個極磁鐵32b相鄰之第三個極磁鐵32c的第一面為N極，第二面則為S極，與第三個極磁鐵32c相鄰之第四個極磁鐵32d的第一面為S極，第二面則為N極，與第四個極磁鐵32d相鄰之第五個極磁鐵32e的第一面為N極，第二面則為S極，與第五個極磁鐵32e相鄰之第六個極磁鐵32f的第一面為S極，第二面則為N極，……其餘則依此類推；本發明由於在第一個極磁鐵32a、第二個極磁鐵32b、第三個極磁鐵32c、第四個極磁鐵32d、第五個極磁鐵32e、第六個極磁鐵32f等各極磁鐵的近中心軸孔313位置處(非作用端)成型有透空槽孔312，因此可利用非作用端之透空槽孔312的磁阻作用，使得各極磁鐵的磁力線較為集中分佈於近定子50區域之作用端；且由於第一個極磁鐵3 2a與第二個極磁鐵32b間之轉子鐵芯31的第一肋架31a為S極，第三個極磁鐵32c與第四個極磁鐵32d間之轉子鐵芯31的第二肋架31b亦為S極，而第五個極磁鐵32e與第六個極磁鐵32f間之轉子鐵芯31的第二肋架31c亦為S極，使得轉子鐵芯31的各肋架均為相同極性，利用同性相斥的原理，各肋架間即不會形成通磁的路徑，相同的，亦可輔助各極磁鐵的磁力線較為集中分佈於近定子50的區域，進而有效降低轉子鐵芯31為導磁材料所造成的磁損失。

綜上所述，本發明實為一深具實用性及進步性之設計，然未見有相同之產品及刊物公開，從而允符發明專利申請要件，爰依法提出申請。