TW201547159A

TW201547159A - 定子靴部之削角方法

Info

Publication number: TW201547159A
Application number: TW103120142A
Authority: TW
Inventors: Lian-Shin Hung; Ching-Chih Huang; Bor-Chang Hung
Original assignee: Teco Elec & Machinery Co Ltd
Priority date: 2014-06-11
Filing date: 2014-06-11
Publication date: 2015-12-16
Also published as: TWI524632B

Abstract

一種定子靴部之削角方法，係應用於定子，定子包含定子本體、複數個齒槽與複數個齒靴，該些齒靴與該些齒槽相間地交錯排列於定子本體，該些齒靴之端部分別與位於定子本體之外部或內部之至少一基準點之間具有弧徑，且基準點分別對應於該些齒靴之中心線。定子靴部之削角方法先依據該些齒槽之數量決定一電機角度，再設定一削角展開角度，接著依據削角展開角度與電機角度之角度比值決定出位移長度，然後將弧徑加上位移長度以得到一參考半徑，最後以參考半徑畫出削角參考弧，以找出削角並削除削角。

Description

定子靴部之削角方法

本發明係有關於一種定子靴部之削角方法，尤指一種對定子之齒靴削角之定子靴部之削角方法。

一般而言，不論是工業應用、交通運輸或家電設備等，往往都會使用到旋轉電機(包含馬達與發電機)作為動能的產生源，將電能轉換機械能，然後再將所產生的機械能做進一步的應用。馬達分為永磁無刷馬達及繞線式激磁場馬達，相較於繞線式激磁場馬達，永磁無刷馬達包含永久磁石，可省掉使用碳刷及滑環等設備，因此具有高效率、高功率密度、耐用度較高、體積小、操控性佳及維修容易等優點，故永磁無刷馬達已有逐步取代傳統繞線式激磁場馬達的趨勢。

然而，不管是永磁無刷馬達或繞線式激磁場馬達，如何降低頓轉轉矩、反電動勢總斜波失真與轉矩漣波一直是業界努力的目標，因而提出許多方法，例如定子斜槽、轉子分段、磁石削弧與轉子鐵芯外徑削弧等之方法，其中，以轉子鐵芯外徑削弧方法為例，請參閱第一圖，第一圖係顯示本發明先前技術之轉子鐵芯外徑削弧之示意圖，如第一圖所示，轉子PA1包含有複數個磁石槽部PA11(圖中僅標示一個)以及複數個鐵芯部PA12(圖中僅標示一個)，鐵芯部PA12係與磁石槽部PA11彼此相間地排列。

在此先前技術應用例中，係對鐵芯部PA12削弧，具體來說，鐵芯部PA12的外徑對於轉子PA1的圓心C1具有一半徑R1，而其削弧方法為在圓心C1位移一位移距離R2而設定曲率中心C2，接著再以半徑R1加上位移距離R2之削弧半徑R3為半徑，以曲率中心C2為圓心對鐵芯部PA12畫弧，進而達到對轉子鐵芯外徑削弧之目的(磁石削弧也是採用同樣之方法)。

雖然轉子鐵芯外徑削弧之方法可提升電機特性，然而其機械強度較差之問題，且磁石削弧之方法雖然同樣可以達到優化電機特性的效果，但磁石之二端會愈來愈薄(亦即小於磁石中心厚度)，使磁石抗退磁能力降低，因而容易使磁石消磁而導致電機損壞。

有鑒於現有轉子鐵芯外徑削弧與磁石削弧方法中，普遍具有機械強度差以及易導致磁石消磁之問題。緣此，本發明主要係提供一種定子靴部之削角方法，其係不對轉子外徑或磁石削弧而改以對定子靴部削角，以解決先前技術所存在之問題。

基於上述目的，本發明所採用之主要技術手段係提供一種定子靴部之削角方法，係應用於一定子，定子包含一定子本體、複數個齒槽以及複數個齒靴，該些齒靴與該些齒槽係相間地交錯排列於定子本體，該些齒靴之一端部分別與位於定子本體之外部或內部之至少一基準點之間具有複數個弧徑，且基準點係對應於該些齒靴之中心線，定子靴部之削角方法包含先依據該些齒槽之數量決定一電機角度；接著選定一削角展開角度，削角展開角度係為該些弧徑中之一第一弧徑與一第二弧徑所夾之角度，第一弧徑與中心線所夾之角度相等於第二弧徑與中心線所夾之角度，且第一弧徑與端部具有一第三交點，第二弧徑與端部具有一第四交點；然後依據削角展開角度以及電機角度之角度比值，於至少一預設查表中找出一位移長度，預設查表係包含角度比值與位移長度之對應關係；接著將該些弧徑中之一參考弧徑加上位移長度，據以得到一參考半徑；再來以基準點為圓心，並以參考半徑為半徑畫出一削角參考弧，削角參考弧與第一端側具有一第五交點，並與第二端側具有一第六交點，第一交點、第三交點與第五交點之連線係形成一第一削角，第二交點、第四交點與第六交點之連線係形成一第二削角；最後削除第一削角與第二削角。

其中，上述定子靴部之削角方法之附屬技術手段之較佳實施例中，該些齒靴之端部之間係相距一端部距離，且削角參考弧係介於該些齒槽之二側之端部距離之二分之一之間。此外，削角展開角度係小於電機角度。

藉由本發明所採用之定子靴部之削角方法之主要技術手段後，由於不對轉子鐵芯或磁石削弧，因此有較佳的機械強度，並可降低磁石消磁之機率，且也可得到較佳的頓轉轉矩、反電動勢總斜波失真與轉矩漣波之電機特性。

本發明所採用的具體實施例，將藉由以下之實施例及圖式作進一步之說明。

PA1‧‧‧轉子

PA11‧‧‧磁石槽部

PA12‧‧‧鐵芯部

1‧‧‧定子

11‧‧‧定子本體

12、12a‧‧‧齒槽

13‧‧‧齒靴

131‧‧‧端部

132‧‧‧第一端側

133‧‧‧第二端側

134‧‧‧第一削角

135‧‧‧第二削角

100、200、300、400、500、600‧‧‧波形

A‧‧‧第一交點

B‧‧‧第二交點

C‧‧‧第三交點

D‧‧‧第四交點

E‧‧‧第五交點

F‧‧‧第六交點

C1‧‧‧圓心

C2‧‧‧曲率中心

C3‧‧‧基準點

L‧‧‧中心線

R1‧‧‧半徑

R2‧‧‧位移距離

R3‧‧‧削弧半徑

R4‧‧‧第一弧徑

R5‧‧‧第二弧徑

R6‧‧‧參考弧徑

R7‧‧‧弧徑

R8‧‧‧位移長度

R9‧‧‧參考半徑

W‧‧‧端部距離

S‧‧‧削角參考弧

θ₁‧‧‧電機角度

θ₂‧‧‧削角展開角度

第一圖係顯示本發明先前技術之轉子鐵芯外徑削弧之示意圖；第二圖係顯示本發明較佳實施例之定子靴部之削角方法之流程示意圖；第三圖係顯示本發明較佳實施例之定子之示意圖；第四圖係顯示本發明較佳實施例之定子削角之第一示意圖；第四A圖係顯示本發明較佳實施例之定子削角之第二示意圖；第四B圖係顯示本發明較佳實施例之定子削角之第三示意圖；第五圖係顯示本發明較佳實施例之反電動勢之波形圖；以及第六圖係顯示本發明較佳實施例之轉矩波形圖。

由於本發明所提供之定子靴部之削角方法，其組合實施方式不勝枚舉，故在此不再一一贅述，僅列舉一較佳實施例來加以具體說明。

請一併參閱第二圖至第五圖，第二圖係顯示本發明較佳實施例之定子靴部之削角方法之流程示意圖，第三圖係顯示本發明較佳實施例之定子之示意圖，第四圖係顯示本發明較佳實施例之定子削角之第一示意圖，第四A圖係顯示本發明較佳實施例之定子削角之第二示意圖，第四B圖係顯示本發明較佳實施例之定子削角之第三示意圖。

如圖所示，本發明所提供之定子靴部之削角方法係應用於一定子1，定子1可為外定子或內定子，而本發明較佳實施例以外定子來進一步說明，具體而言，定子1包含一定子本體11、複數個齒槽12、12a(圖中為12個，僅標示二個)以及複數個齒靴13(圖中為12個，僅標示一個)。其中，該些齒靴13與該些齒槽12係相間地交錯排列於定子本體11而圍繞成一個圓，且本發明較佳實施例所定義的齒靴係指整個突極，但也可指突極往圓心延伸之靴部。

該些齒靴13之一端部131分別與位於定子本體11之外部或內部之至少一基準點C3(本發明較佳實施例僅為一個，將於下說明)之間具有複數個弧徑R4、R5、R6、R7，且基準點C3係分別對應於該些齒靴13之中心線L。具體來說，由於本發明較佳實施例之定子1是外定子，因此上述的基準點C3係指位於定子本體11內之圓心，而齒靴13之端部131係指齒靴13之末端面(但也可指末端點)，也就是說，齒靴13之端部131至基準點 C3的距離即定義為弧徑R4、R5、R6、R7。該些齒靴13之一第一端側132與端部131係具有一第一交點A，該些齒靴13之一第二端側133與端部131係具有一第二交點B，其中，第一端側132與第二端側133係彼此對應地設置於端部131的二側，其與端部131係呈類似「凹」字結構。

另外，在其他實施例之定子1係為內定子時，每一齒靴13的中心線L都對應有一個基準點C3，也就是說，若齒靴13有12個，那麼基準點C3也同樣有12個，且基準點C3位於定子本體11之外部，而其餘部分都與本發明較佳實施例相同，因此不再贅述。

此外，該些齒靴13之端部131之間係相距一端部距離W，而此端部距離W的定義是指端部最左側與相鄰端部最右側之距離(如第四圖所示，或是端部最右側與相鄰端部最左側之距離)，且此端部距離W可為直線距離或是曲線距離。另外，端部距離W也是指齒槽12、12a之開口寬度大小。

請進一步參閱第二圖，本發明較佳實施例對定子1之齒靴13進行削角之方法如下：步驟S101：依據齒槽之數量決定一電機角度；步驟S102：選定一削角展開角度；步驟S103：依據削角展開角度以及電機角度之角度比值，於至少一預設查表中找出一位移長度；步驟S104：將參考弧徑加上位移長度，據以得到一參考半徑；步驟S105：以基準點為圓心，並以參考半徑為半徑畫出一削角參考弧，以找出第一削角與第二削角；以及步驟S106：削除第一削角與第二削角。

其中，在步驟開始後係執行步驟S101依據齒槽之數量決定一電機角度。具體來說，由於本發明較佳實施例之齒槽12、12a的數量有12個，因此電機角度θ1是由整個圓的角度去分配12個齒槽12、12a的角度，亦即電機角度θ1=360°/12=30°，且電機角度θ1是指由二個弧徑R6、R7所夾之角度，也就是說，二弧徑R6、R7都是在端部距離W的二分之一處。

在執行完步驟S101後，隨即執行步驟S102選定一削角展開角度。進一步來說，削角展開角度θ2係以基準點C3為圓心，以第一弧徑R4(靠近第一端側132)與第二弧徑R5(靠近第二端側133)為半徑所夾之角度，也就是說，在進行削角前可進一步先選定削角展開角度θ2，此削角展開角度θ2是小於電機角度θ1，舉例來說，本發明較佳實施例係將削角展開角度θ2選定為11.25°，但在其他實施例中，並不限於此。此外，第一弧徑R4與中心線L所夾之角度相等於第二弧徑R5與中心線L所夾之角度，且第一弧徑R4與端部131具有一第三交點C，第二弧徑R5與端部131具有一第四交點D。

另外，步驟S102中選定削角展開角度θ2的方式是可以先從一預設之查表數據中選出，其可由預先模擬的方式製作出此查表數據。

在執行完步驟S102後，隨即執行步驟S103依據削角展開角度以及電機角度之角度比值，於至少一預設查表中找出一位移長度。具體來說，預設查表係包含角度比值與位移長度R5之對應關係，其主要係利用削角展開角度θ2以及電機角度θ1算出角度比值，其係由θ2/θ1而得，因此，本發明較佳實施例的角度比值係為0.375，而於預設查表(如下表一所示)中找出位移長度R8。

進一步來說，表一是位移長度R8為0.6mm的預設查表，實務上會有很多如表一之預設查表，舉例來說，可能會有0mm、0.2mm、0.4mm、0.8mm或1mm的預設查表，且其表格內容都會有角度比值與反電動勢、諧波失真、轉矩的比較關係，且預設查表可由預先模擬而得知。而在本發明較佳實施例中，可於表一中得知角度比值為0.375所對應的反電動勢、諧波失真以及轉矩都較小，因此選擇0.6mm作為位移長度R8。

另外，在此需要一提的是，在其他實施例中，步驟S102與步驟S103是可以同時執行，舉例來說，其可事先在一資料庫(可設置於如具有處理能力之電子裝置或遠端伺服器)中儲存有預先模擬好之查表，例如位移長度R8、角度比值、削角展開角度θ2、反電動勢、諧波失真、轉矩的數據比較關係，進而直接找出最佳的削角展開角度θ2與位移長度R8。

此外，上述模擬之方式例如可反覆先用削角展開角度θ2找出角度比值，接著再利用此角度比值模擬出位移長度R8，並進行靈敏度之測試，在模擬完位移長度R8後，在重新選定削角展開角度θ2並重複執行，進而得出多組靈敏度測試的數據，而可儲存於資料庫中。

在執行完步驟S103後，隨即執行步驟S104將參考弧徑加上位移長度，據以得到一參考半徑。具體來說，本案係將弧徑R6定義為參考弧徑，而在此步驟中，係將參考弧徑R6加上位移長度R8而得到一參考半徑R9。

接著執行步驟S105以基準點為圓心，並以參考半徑為半徑畫出一削角參考弧，以找出第一削角與第二削角。進一步來說，在步驟S105中，其係以基準點C3為圓心，以參考半徑R9畫出削角參考弧S，且削角參考弧S係介於該些齒槽12、12a之二側之端部距離W之二分之一之間，進而與第一端側132具有一第五交點E，並與第二端側133具有一第六交點F。其中，第一交點A、第三交點C與第五交點E之連線係形成一第一削角134(近似三角形)，第二交點B、第四交點D與第六交點F之連線係形成一第二削角135(近似三角形)。在找出第一削角134與第二削角135後，係執行步驟S106削除第一削角134與第二削角135，最後再執行步驟結束。

另外，在此值得一提的是，第四B圖所示之削角結果係僅一齒靴13已削角，在其他實施例中，係可同時對12個齒靴13一起削角，因此其係視實務狀況而決定採一次性削角或個別削角，特此敘明。

請一併參閱第五圖以及第六圖，第五圖係顯示本發明較佳實施例之反電動勢之波形圖，第六圖係顯示本發明較佳實施例之轉矩波形圖。其中，以角度比值為0.375並以各種不同的參考半徑R9的長度進行削角之結果如表二所示，由表二可明顯得知位移長度R8為0.6mm在反電動勢、總諧波失真、力矩以及轉矩漣波各項電機特性相比具有較佳之表現。

此外，如第五圖與第六圖所示，波形100、400係為位移長度R8為0.6mm之反電動勢波形與轉矩波形，波形 200、500係為位移長度R8為0mm之反電動勢波形與轉矩波形，波形300、600係為位移長度R8為1mm之反電動勢波形與轉矩波形，由圖中可明顯看出採用位移長度R8為0.6mm後所削角之定子1，因其反電動勢波型與轉矩波形較為平滑而有較佳的電機特性。

綜合以上所述，在採用了本發明所提供之定子靴部之削角方法後，由於不對轉子鐵芯或磁石削弧，因此有較佳的機械強度，並可降低磁石消磁之機率，且也可得到較佳的頓轉轉矩、反電動勢總斜波失真與轉矩漣波之電機特性。

藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。

Claims

一種定子靴部之削角方法，係應用於一定子，該定子包含有一定子本體、複數個齒槽以及複數個齒靴，該些齒靴與該些齒槽係相間地交錯排列於該定子本體，該些齒靴之一端部分別與位於該定子本體之外部或內部之至少一基準點之間具有複數個弧徑，且該基準點係對應於該些齒靴之一中心線，該些齒靴之一第一端側與該端部係具有一第一交點，該些齒靴之一第二端側與該端部係具有一第二交點，該定子靴部之削角方法包含以下步驟：(a)依據該些齒槽之數量決定一電機角度；(b)選定一削角展開角度，該削角展開角度係為該些弧徑中之一第一弧徑與一第二弧徑所夾之角度，該第一弧徑與該中心線所夾之角度相等於該第二弧徑與該中心線所夾之角度，且該第一弧徑與該端部具有一第三交點，該第二弧徑與該端部具有一第四交點；(c)依據該削角展開角度以及該電機角度之一角度比值，於至少一預設查表中找出一位移長度，該預設查表係包含該角度比值與該位移長度之對應關係；(d)將該些弧徑中之一參考弧徑加上該位移長度，據以得到一參考半徑；(e)以該基準點為圓心，並以該參考半徑為半徑畫出一削角參考弧，該削角參考弧與該第一端側具有一第五交點，並與該第二端側具有一第六交點，該第一交點、該第三交點與該第五交點之連線係形成一第一削角，該第二交點、該第四交點與該第六交點之連線係形成一第二削角；以及(f)削除該第一削角與該第二削角。
如申請專利範圍第1項所述之定子靴部之削角方法，其中，該些齒靴之該端部之間係相距一端部距離，在該步驟(e)中，該削角參考弧係介於該些齒槽之二側之該端部距離之二分之一之間。
如申請專利範圍第1項所述之定子靴部之削角方法，其中，該削角展開角度係小於該電機角度。