經濟部中央標準局負工消費合作杜印策 v 4 2 7 0 4 7 at ___B7_五、發明説明（1 ) 本創作係爲一種適用於髙轉速、重負載之高效率永磁式 電動機，¥指一種使用二片內嵌式永久磁鐵採合成激磁之 方式構成轉子主磁極|提髙氣隙磁通密度，使電動機之運 轉效率提高，並可於髙轉速旋轉而不造成永久磁鐵飛脫， 且搭配主磁極矽鋦片部份使用之隔磁空槽，使此電動機於 重負載操作時，因定子線圈通電所產生之電樞反應磁場， 對電動檐主磁極磁場之退磁效應得以有效降低者^7 一般於電動檐轉子使用永久磁鐵之永磁式電動機，當其 操作轉速被要求提高時，爲防止永久磁鐵於轉子高轉速旋 轉造成飛脫•通常皆會將永久磁鐵由轉子外表面黏著之方 式，改爲以內嵌式之組裝方式，如此可藉由矽鑭片之支撐 力，抵抗電動機於髙速旋轉時造成永久磁鐵飛脫之離心力。 電動機轉子永久磁鐵以內嵌式之組裝方式之習知應用例， 得見於第一圓和第二圖，第一圖係中華民國第9J331號發 明專利之DC無刷馬達及控制裝置，該圖顯示電動機轉子 (501)的結構，包括電動機心軸（601>、矽鋼片（131)和永久 磁鐵（201);第二圓係 1993 年由8.戍.1\3 831*，18〇1<^3與 L. E. Unnewehr合著，由CRC Press公司所出版之 "Permanent Magnet, Reluctance, and Self -Synchronous Motors，，一書第159頁圖8.1與第169頁圖8.10中具有永 久磁鐵（202)、電動機心軸（602)及矽鋼片（132>之電動機轉 子（502)«·前述之習知應用例所使用之結構，可使電動機之 操作轉速得以提高*永久磁鐵仍不至飛脫。但電動機需得 到最大输出轉矩時，由於定子線圈通電激磁時所構成之激_3 _ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇Χ；297公釐） I----------^------1Τ------^ (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 427047 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 _____B7 五、發明説明（2) 磁磁場，必需與永久磁鐵所構成主磁極面中心線（通稱爲 直軸（11 ) Direct-axis亦稱d軸）維持九十度之電氣角（此 方位通稱爲交軸（12 ) Quadrature-axis亦稱q軸）’如此 若使用第一圖與第二圖之內嵌式組裝方式’其主磁極永久 磁鐵上之矽鏑片部份（即每一主磁極永久磁鐵與轉子外緣 間之矽鋼片部份），恰好提供一低磁阻（Low re丨uctance) 路徑，此一低磁阻路徑使定子線圈通電激磁時所構成之激 磁磁場，對電動機主磁極永久磁鐵之逆轉子旋轉方向部份， 造成退磁（Demagnetization)效應（一般通稱爲電樞反應 Armature reaction)» 當電動機亦需要於重負載之使用情 形下操作時，此電樞反應退磁效應，將隨定子線圈通電電 流之增加而更形嚴重：此外電樞反應由於係對主磁極永久 磁鐵之逆轉子旋轉方向部份造成退磁效應*亦造成主磁極 磁場之扭曲。若此一電動機其定子線圈通電電流之切換控 制，係採用轉子磁場檢知之方式進行（如使用霍爾感知器 Hall effect sensor)，電樞反應所造成主磁極磁場之扭曲， 將導致轉子磁極中性軸（Neutral axis)之轉移（一般爲偏 移至逆轉子旋轉方向），使定子線圏通電電流之切換控制時 序錯誤，而無法維持前述定子線圈通電激磁時所構成之激 磁磁場，必需與永久磁鐵所構成主磁極面中心線維持九十 度電氣角之關係（即激磁電流必需固定於交軸），致使電動 機之输出轉矩降低，而當電動機於重負載之使用情形下操 作時，電動機之输出轉矩則無法隨定子線圈通電電流之增 大，而直接有效增加。__4 本紙張尺度ΐϊ用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝· 訂 絲 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 427047 a? __B7_五、發明説明（3 ) 有鑑於前述習知應用例，無法同時兼顧於髙轉速與重負 載應用之缺失，本創作之目的係在於提供一種可有效利用 永久磁鐵*提髙電動機之操作效率，且同時可防止電動檐 於髙速旋轉時造成永久磁鐵飛脫，亦可有效減輕電動機於 重負載揉作時之電樞反應退磁效應，以使電動檐之輸出轉 矩有效增加之永磁式電動機。 爲達成前述之功效舆目的，本創作之永磁式電動機係由 矽鋦片所沖製之定子（〇與轉子（5)所組合而成（阃號部 份請參酌第三圖及該圖以後之圖示），其定子（1)之線圈係 採三相繞組；轉子則具有偶數個主磁極，主磁極之形成係 採用內嵌式之片狀永久磁鐵（2)，每一磁極由二片永久磁 鐵採合成激磁之方式所構成，二片內嵌永久磁鐵間之夾角 角度，係介於90度與180度之間，二片永久磁鐵間之夾角 與其長度與寬度之配合，必需與每一主磁極外緣二周邊削 角位置配合，以使相鄰二主磁極之間，不藉定子齒部矽鋼 片構成漏磁路徑，並使電動機每一主磁極之展開角度介於 (N-1”（ 360 度/Ns)與（N-2) ( 360 度/Ns)間，其中 N 爲定子槽數Ns除以電動機之極數，且N>2;放置永久磁 鐵之矽鋼片部份，其與轉子矽鋼片每一主磁極外緣二周邊 削角處之矽鎘片厚度，應以矽鋼片沖製加工過程中所容許 之不產生斷裂之最小間隔爲原則，且必需具有足夠之機械 強度，以抵抗電動機轉子於高速旋轉時’每一主磁極矽鎘 片所產生之離心力量；而二片永久磁截間則設置中間空槽 (4)，此一中間空槽之間隔舆形狀’係不使二片永久磁鐵E_ _____ 一 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨OX297公釐} ~一 11 I— !l: ϋ I nn^— I 11 n u ^ (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 427047 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明（4) 靠近中間空槽部份，產生漏磁路徑’並使二片永久磁鐵之 激磁磁通得以合成11而每一磁極之介於磁極永久磁鐵舆轉 子矽鋼片之外緣間（即每一主磁極之矽鋼片部份）’設置複 數個隔磁空槽（3)，每一隔磁空槽（3)其端部與轉子矽鋼片外 緣舆磁極永久磁截間之間’保持一適當間隔’此間隔距難 以矽鋼片沖製加工過程中所容許之不產生斷裂之最小間隔 爲原則，且隔磁空槽之設置亦應於不使轉子矽鋼片與定子 矽鎘片產生等效齒槽效應爲要’以適當降低電動機之頓轉 轉矩（Cogging torque)，此外此複數個隔磁空槽（3>之設置’ 尙可減少每一主磁極之旋轉慣量’使電動機轉子於高速旋 轉時，減少每一主磁極矽鋼片所產生之離心力量。 由於主磁極之永久磁鐵（2)係採用內嵌式，可防止永久 磁鐵於電動機高速旋轉時’如表面黏著式永久磁鐵電動機 般，因受離心力量而容易掉落飛脫；又因每一主磁極係使 用二片永久磁鐵合成激磁之方式，可得到較僅使用單片永 久磁鐵爲強之主磁極磁場，因而可以使用磁氣特性與等級 較弱之永久磁鐵，仍可得到相當之主磁極磁場。但因使用 內嵌式永久磁鐵之結構，使電動機於重負載操作時，定子 線圈通電時所產生之電樞反應磁場存在一低磁阻路徑（即 每一主磁極永久磁鐵與轉子外緣間之矽鋼片部份），此一低 磁阻路徑使電揠反應磁場對電動機主磁極之永久磁截逆轉 子旋轉方向部份，造成強烈之退磁效應，使主磁極磁場之 強度過度減弱，因而造成電動機输出轉矩與操作效率之明 顧降低；而利用複數個隔磁空槽（3)，可將此電樞反應磁場___6 本紙張尺^通用中國國家標準（〇^>人4規格（2丨0';<297公釐> —-.I I I— . n I i I u .Γ I 訂 1 — I I 1 線 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 427047 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明（5 ) 旁導並使其集中於隔磁空槽二端邊緣之矽鋼片部份與永久 磁鐵與軸心間之內矽鋼片部份U3)，以減少其平行於主磁 極永久磁鐵於逆轉子旋轉方向部份磁場之退磁磁場分量’ 使電動機於重負載操作時，仍不會構成太強之電樞反應退 磁磁場，以不使主磁極磁場之強度過度減弱’以提高電動 機於重負載操作時之輸出轉矩與操作效率；此外因電樞反 應磁場亦導致電動機主磁極磁場之不對稱分佈，即電動機 之磁極中性軸（即N磁極與S磁極之分界線）造成偏移’ 且此中性軸偏移角度尙隨負載之強弱變動所形成之不同電 樞反應磁場而變動，使電動機之輸出特性造成改變’當於 主磁極使用複數個隔磁空槽時，由於適當減弱電樞反應對 主磁極磁場之影響，電動機重負載所造成磁極中性軸角度 之偏移，亦同時減少。 此外若可於矽鑲片之沖製工藝與射出成型塑料之聯著固 結力上獲得改善與克服，則隔磁空槽於設置時，其端部與 轉子矽鋼片外緣之間，可僅需留置約爲此一電動機氣隙厚 度之間隔（此間隔距離仍能容許矽鋼片沖製加工過程中不 產生斷裂），隔磁空槽其端部與磁極永久磁鐵間則不留置間 隔，如此此一電動機其轉子之製作可於轉子矽鋼片叠積沖 製完成後，以射出成型法（或相關之製程）將塑料（7)注 塡於隔磁空槽中（請參関第二十三圖），但永久磁鐵之內嵌 槽則不注塡塑料•然轉子矽鋼片雙端則設置可將各隔磁空 槽部之塑料互相聯結之端部，使各相離之隔磁空槽間能以 端部結合爲一體，並對轉子矽鋼片之分離各部份，提供固___7__ 本紙張尺度適用中國國家捸準（CNS ) A4規格（210X297公逢) I -1 I I n n n n ^ n n ^ (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 427047 济. A7 B7 經濟部中央標準局員工消费合作社印製 五、發明説明（6 ) 結力，使轉子矽鎘片成爲一完整個體，待轉子矽網片組成 與電動機心軸組裝完成後，再使用車床將轉子矽銷片組成 之外緣（亦即隔磁空槽端部與轉子矽網片外緣之間隔）車 除，使此轉子矽鋦片上之隔磁空槽爲完全分離，而不存在 連接之矽銅片部份。當此一電動機使用前述之方法，採用 完全分離之隔磁空槽（9)時，由於隔磁空槽二端邊緣之砂 鋼片部份已完全移除，可完整阻斷定子線圈通電時所產生 之電樞反應磁場之低磁阻路徑（即每一主磁極永久磁鐵與 轉子外緣間之矽鋼片部份，已爲隔磁空槽完全阻隔），而將 大部份之電樞反應磁場旁導至永久磁鐵與軸心間之內矽網 片部份，可更大幅減少其平行於主磁極永久磁鐵磁場之退 磁磁場分量 > 將電樞反應對主磁極磁場之影響降至最低， 使電勸機於重負載操作時，維持接近無載操作（即電動機 定子線圈未通電激磁時）時之主磁極磁場，同時並更減少 磁極中性軸之偏移，而獲得更理想之输出特性。 本創作之結構特徵與實施手段，茲附以圖式詳細說明如后： (一） 圖式部份： 第一圖：一般習知之電動機轉子結構- 第二圖：另一習知之電動機轉子結構D 第三圖：本創作適用於高轉速、重負載之高效率永 磁式電動機之結構。 第四圓：本創作於電動機設置隔磁空槽與永久磁鐵 而定子線圈未通電激磁時之磁通分佈。 8 本紙張尺度適用令國囷家標準（CNS ) A4規格（210X29：?公a ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)
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T 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 Α2Ί〇αΊ Α7 _Β7_五、發明説明（7 ) 第五圓：本創作於電動機未設置隔磁空槽但設置永 久磁鐵而定子線圈未通電激磁時之磁通分佈。 第六圖：本創作於電動機設置隔磁空槽與永久磁鐵 而定子線圈未通電激磁時之氣隙磁通密度徑向値之 分佈與大小。 第七圓：本創作於電動機未設置隔磁空槽但設置永 久磁鐵而定子線圈未通電激磁時之氣隙磁通密度徑 向値之分佈與大小。 第八圖：本創作電動機定子線圈通電激磁時通電線 圈與電動機轉子位置與永久磁鐵極性之正確關係。 第九圖：本創作於電動機設置隔磁空槽但未設置永 久磁鐵而定子線圈通電激磁時之磁通分佈。 第十圖：本創作於電動機未設置隔磁空槽與未設置 永久磁鐵而定子線圈通電激磁時之磁通分佈。 第十一圖：本創作於電動機設置隔磁空槽與永久磁 鐵且定子線圈通電激磁時之磁通分佈。 第十二圖：本創作於電動機設置隔磁空槽與永久磁 鐵且定子線圈通電激磁時氣隙磁通密度徑向値之分 佈與大小。 第十三圖：本創作於電動機未設置隔磁空槽但設置 永久磁鐵而定子線圈通電激磁時之磁通分佈》 第十四圓：本創作於電動機未設置隔磁空槽但設置 永久磁鐵而定子線圈通電激磁時氣隙磁通密度徑向 値之分佈與大小》__9__ 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）
In n 訂 腺 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 427047 A7 經濟部中央榡準局員工消費合作社印策 ______B7五、發明説明（8 ) 第十五圖：本創作於竜動搂未設置隔磁空槽與設置 隔磁空槽但皆設置永久磁鐵，而定子線圈通電激磁 (轉子外周激磁電流密度180安匝/cm，電動機轉+ 叠稹厚度爲100 mm，且激磁電流固定於交軸）時之 輸出轉矩比較表。 第十六圖：本創作於電動機設置完全分離隔磁空槽 時之結構。 第十七圖：本創作於電動機設置完全分離隔磁空槽 時，設置永久磁鐵而定子線圈未通電激磁時之磁通 分佈。 第十八阖：本創作於電動機設置完全分雜隔磁空槽 時，設置永久磁鐵而定+線圈未通電潭磁時之氣隙 磁通密度徑向値之分佈與大小。 第十九圖：本創作於電動機設置完全分離隔磁空槽 時，未設置永久磁鐵而定子線圈通電激磁時之磁通 分佈- 第二十圖：本創作於電動機設置完全分離隔磁空槽 時，設置永久磁鐵且定子線圈通電激磁時之磁逋分 佈。 第二十一圖：本創作於電動機設置完全分離隔磁空 槽時，設置永久磁鐵且定子線圈通電激磁時之氣隙 磁通密度徑向値之分佈與大小。 第二十二圖··本創作於電動機未設置隔磁空槽、設 置隔磁空槽與設置完全分離隔磁空槽但皆設置永久___10 _ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS )八4規格（210X297公釐> ----------------π------0 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟‘部中央標準局負工消費合作社印製 42704 7 λτ _Β7___五、發明説明（9) 磁鐵，而定子線圈通電激磁時（轉子外周激磁電流 密度180安匝/cm，電動機轉子疊積厚度爲mm’ 且激磁電流固定於交軸）之輸出轉矩比較表。 第二十三圖：本創作於電動機設置完全分離隔磁空 槽時，採用射出成型法所製作之轉子。 第二十四圖：本創作之隔磁空槽應用於習知內嵌式 永久磁鐵電動機之結構。 第二十五圖：習知內嵌式永久磁鐵電動機設置隔磁 空槽與永久磁鐵而定子線圈未通電激磁時之磁通分 佈。 第二十六圖：習知內嵌式永久磁鐵電動機未設置隔 磁空槽但設置永久磁鐵而定子線圈未通電激磁時之 磁通分佈。 第二十七圖：習知內嵌式永久磁鐵電動機設置隔磁 空槽與永久磁鐵而定子線圈未通電激磁時之氣隙磁 通密度徑向値之分佈與大小。 第二十八圖：習知內嵌式永久磁鐵電動機未設置隔 磁空槽但設置永久磁鐵而定子線圈未通電激磁時之 氣隙磁通密度徑向値之分佈與大小< 第二十九圓：習知內嵌式永久磁鐵電動檐設置隔磁 空槽但未設置永久磁鐵而定子線圈通電激磁時之磁 通分佈。 第三十圖：習知內嵌式永久磁鐵電動機未設置隔磁 空槽與未設置永久磁鐵而定子線圈通電激磁時之磁11 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張又度適用中國國家樣準（CNS ) A4規格（2丨0X297公釐） 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 4270 47 a? B7五、發明説明（10 ) 通分佈11 第三十一圓：習知內嵌式永久磁鐵電動機設置隔磁 空槽與永久磁鐵且定子線圈通電激磁時之磁通分 佈。 第三十二圖：習知內嵌式永久磁鐵電動機設置隔磁 空槽與永久磁鐵且定子線圈通電激磁時氣隙磁通密 度徑向値之分佈舆大小。 第三十三圓：習知內嵌式永久磁鐵電動機未設置隔 磁空槽但設置永久磁鐵而定子線圈通電激磁時之磁 通分佈。 第三十四圖：習知內嵌式永久磁鐵電動機未設置隔 磁空槽但設置永久磁鐵而定子線圈通電激磁時氣隙 磁通密度徑向値之分佈與大小。 ¥三十五圖：習知內嵌式永久磁鐵電動機未設置隔 磁空槽與設置隔磁空槽但皆設置永久磁鐵，而定子 線圈通電激磁（轉子外週激磁電流密度180安匝 /cm，電動機轉子疊積厚度爲100mm，且激磁電流 固定於交軸）時之输出轉矩比較表^ 圖號部份： (1) 電動機定子 （6 ) (601)(602)電動機心軸 (2) (201>(202)永久磁鐵 （7)塑料 (3) 隔磁空槽 (4) 中間空槽 （9)完全分離隔磁空槽 (5) (501)(502)電動機轉子12 I訂 I i I 線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 427047 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 A7 _B7 _五、發明説明（11 ) (100)氣隙磁通密度徑向値分佈起始位置 (200)磁鐵定位槽 （101)磁極中性軸 (11)直軸 （12)交軸 (13) 內矽網片部份 （131)(132)矽鋼片 (14) 主磁極矽鎘片部份 觀察第四與第五圓，分別爲本創作於電動機設置與未 設置隔磁空槽（3)，但皆設置永久磁鐵（2)而定子線圈未通電 激磁時之磁通分佈。創作例所使用永久磁鐵（2>之材質爲 NMH钕鐵硼（NdFeB)燒結磁鐵，其殘留磁通密度（Br) 爲 1·05~1·17 Tesla，內在矯頑磁力（iHc)爲 1353 kA/m， 最大磁能積（（BH) max)爲32~34 MGOe，溫度係數爲-0.58%/degreeC。第四與第五圓二者比較可知隔磁空槽（3) 之設置會使主磁極磁通集中於隔磁空槽間（3)之矽鋦片部 份。由於電動機主磁極磁場對電動機输出轉矩具直接之影 響（即直軸磁場）*其變化可由氣隙磁通密度徑向値之分佈 與大小直接觀察得知。但再觀察第六與第七圖|分別爲設 置舆未設置隔磁空槽（3)時其氣隙磁通密度徑向値之分佈與 大小，可知並無太大差異與改變。因此定子線圈未通電激 磁時，隔磁空槽（3)之設置，對電動機之整體磁路並不造成 影響，但需注意不使隔磁空槽間之矽銷片部份產生磁飽和 之情況。 由於電樞反應係於定子線圈通電激磁時方產生，因此 可由獨立觀察定子線圈通電激磁時其磁場之分佈，探討隔 磁空槽（3)之設置與否，對電動機整體磁路之影響。本創作_13 _ 本紙浪尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） . I —1 n - ϋ n n ^ I 線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 4 2 7 〇 4 7 A7 B7 經濟部中央標準局員Η消費合作社印製 五、發明説明（12) 電動機定子線圈通電激磁時通電線圈與電動機轉子（5)位置 與永久磁鐵（2)極性之正確關係如第八圖所示，如此可滿足 電動機直交軸維持九十度之電氣角，以獲得最大輸出轉矩。 創作例所使用之線性激磁電流密度（Linear current density)爲180安晅/cm，第九與十圖爲本創作於電動機 設置與未設置隔磁空槽（3)時，但皆未設置永久磁鐵（2>而定 子線圈通電激磁時之磁通分佈·觀察第十圖可得知當未設 置隔磁空槽（3)時，電動様定子線圏通電激磁時所構成之磁 場，幾乎完全以主磁極永久磁鐵與轉子外緣間矽鏑片部份 之低磁阻路徑，作爲其通過電動機轉子之通路，此磁場對 直接對電動機主磁極永久磁鐵逆轉子旋轉方向部份，造成 強烈之退磁效應，使主磁極磁場之強度減弱，並造成主磁 極磁場之不對稱分佈。再次觀察第九囿可得知當設置隔磁 空槽（3)時，對電動機定子線圈逋電激磁時所構成之磁場而 言，主磁極永久磁鐵（2)與轉子外緣間矽鋼片部份之主要通 路，其磁阻因隔磁空槽（3)之設置而升高，因而大部份被旁 導並使其集中於隔磁空槽二端邊緣之矽鋦片部份與永久磁 鐵與軸心間之內矽鋼片部份（13)，由於隔磁空槽二端邊緣 之矽鏑片部份相當狹窄，僅能通過有限之磁通，迫使定子 線圈通電激磁時所構成之部份磁通，尙需以永久磁鐵與軸 心間之內矽鋼片部份作爲通路，如此可有效降低定子線圈 通電激磁磁場對主磁極磁場之影響，減弱此磁場對電動棰 主磁極永久磁鐵逆轉子旋轉方向部份之退磁效應，同時降 低對主磁極磁場所造成之扭曲變形《14 (讀先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) t --° 丁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐） 4 7 A7 , B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（13 ) 當電動機操作時，其內部磁場係由定子線圏通電激磁 時所構成之磁場舆轉子主磁極永久磁鐵所構成之磁場所合 成，因此觀察電動機設置永久磁鐵（2>而定子線圈通電激磁 時之磁通分佈，可直接明瞭電樞反應對主磁極磁場之影響。 此影響亦可由電動機氣隙磁通密度徑向値之分佈舆大小得 知。第十一圖、十二圖與第十三圖、十四圖爲本創作於電 動橹設置與未設置隔磁空槽（3)時，但皆設置永久磁鐵（2)且 定子線圈通電激磁時之磁通分佈與其相對應之氣隙磁通密 度徑向値之分佈與大小。可明顯觀察得知未設置隔磁空槽（3) 時，主磁極磁場之扭曲變形與主磁極永久磁鐵逆轉子旋轉 方向部份之退磁效應：但當設置隔磁空槽（3)時，主磁極磁 場之扭曲變形獲得改善，亦減輕主磁極永久磁鐵逆轉子旋 轉方向部份之退磁效應。觀察氣隙磁通密度徑向値之分佈 與大小，亦可得知主磁極於逆轉子旋轉方尚部份之氣隙磁 通密度徑向値明顯升高，而每一主磁極磁場亦較完整對稱； 由於圖示之氣隙磁通密度徑向値之分佈與大小，其橫軸係 電動機之氣隙部份之圓周位置，起始點（100)爲第八圖所 示，縱軸爲氣隙磁通密度徑向値之大小（其單位爲Tesla)， 氣隙磁通密度徑向値爲零時，可等效視爲電動機之磁極中 性軸所在位置，而觀察圖十二與圖十四可知設置與未設置 隔磁空槽（3”而定子線圈通電激磁時，其磁極中性軸（1〇ι) 所在位置。當設置隔磁空槽時，較接近前述第六與第七圖 所示，於未通電激磁時其磁極中性軸之所在。 使用隔磁空槽（3)對電動機輸出轉矩之影響，可由第十___15__ 本纸張尺度適用中國國家禚準（CNS ) A4规格（210X297公釐） I- n —1 ^ n I n n I I n n I I ^ (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標牟局貝工消費合作社印製 4 27 Ο 4 7 Α7 _ _Β7_ 五、發明説明（14) 五圖得知，第十五圖所載爲電動機定子線圈通電激磁時* 設置與未設置隔磁空槽時之輸出轉矩比較表，所使用之線 性激磁電流密度（Linear current density’即此線性激磁 電流密度與電動機轉子外周緣總長之乘積，即爲電動機之 總激磁電流安匝）爲180安匝/cm，電動機轉子叠積厚度 爲100 mm，且激磁電流固定於交軸，而電動機矽鋼片材 質爲H23,永久磁鐵材質爲N33H。由输出轉矩比較表可 知，於前述之條件下，未設置隔磁空槽時之输出轉矩爲 3.8N-m，設置隔磁空槽時之输出轉矩爲4.6N-m，電動機加 設置隔磁空槽時，其输出轉矩約可增加20%。 由於電動機設置隔磁空槽時，隔磁空槽二端邊緣之矽 鋼片部份，仍能通過定子線圈通電激磁時所構成之部份磁 通，若隔磁空槽其端部與主磁極永久磁鐵間完全不留置間 隔時，隔磁空槽對降低定子線圈通電激磁磁場對主磁極磁 場之影響可獲得最佳效果。第十六圖爲本創作設置完全分 離隔磁空槽（9)時之結構，配合參照第二十三圓，爲本創作 於電動檐設置完全分離隔磁空槽時，採用射出成型法所製 作之轉子（5”有塑料（7)塡注該完全分離隔磁空槽（9)。第 十七圖爲本創作於電動機設置完全分離隔磁空槽（9)且設置 永久磁鐵（2)但定子線圈未通電激磁時之磁通分佈，第十八 圖爲其氣隙磁通密度徑向値之分佈與大小。綜合観察十七 與十八圖可知，使用完全分離隔磁空槽（9)時，可降低主磁 極磁場與定子矽鋦片之齒槽效應，與第六與第七圖比較’ 主磁極磁場之氣隙磁通密度徑向値之分佈較接近弦波__16 _ 本紙法尺度逋用中國國家標準( CNS ) A4規格（210X297公釐） ' I I I I I I^衣 I . n n n . n n ^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 427047 Α7 Β7 經濟部中央標準局貝工消费合作社印製 五、發明説明（15) (Sinusoidal wave)，如此於電動機運轉時，其頓轉轉矩 (Cogging torque)可有效降低。再觀察第十九圖，本創 作於電動機設置完全分難隔磁空槽（9)卻未設置永久磁鐵 (圖示顯示磁鐵定位槽200)而定子線圈通電激磁時之磁通分 佈，可得知主磁極永久磁鐵與轉子外緣間矽鋼片部份之主 要通路，已爲完全分離隔磁空槽完全阻斷，定子線圈通電 激磁時所構成之大部份磁通，只能以永久磁鐵與軸心（6)間 之內矽鋼片部份（13)作爲其通路，如此定子線圈通電激磁 磁場對主磁極磁場之影響將大幅減低，其效果可由第二十 與二+ —圓得知》主磁棰磁場之扭曲變形極其輕微，且其 氣隙磁通密度徑向値之分佈與大小幾乎與第十八圓所示相 同，爲一近乎對稱之分佈，主磁極於逆轉子旋轉方向部份 之氣隙磁通密度徑向値僅微弱降低（仍有極微量激磁磁場 通過永久磁截與轉子外緣間矽鋼片部份）。至於中性軸偏移 量之減少效果，則因定子線圈通電激磁磁場仍存在永久磁 鐵與軸心間之內矽鋼片部份（13)作爲其通路，而與設置隔 磁空槽時接近。 完全分離隔磁空槽（9)由於其大幅減低定子線圏通電激 磁磁場對主磁極磁場之影響，可觀察其對電動機输出轉矩 之影謇。第二十二圖爲本創作於電動機未設置隔磁空槽、 設置隔磁空槽與設置完全分離隔磁空槽，而其餘條件皆舆 第十五圖所示之输出轉矩比較表爲完全相同時之比較，當 使用完全分離隔磁空槽時，其输出轉矩爲5.8N-m，較未設 置隔磁空槽時之輸出轉矩約增加50%，較設置隔磁空槽時17 (锖先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -β 丁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210Χ297公釐） 427047 經濟部中央標準局員工消費合作•社印製 A7 _B7____ 五、發明説明（16 ) 之输出轉矩約增加26%，電動機之输出特性，因完全分離 隔磁空槽之設置，獲得大幅之提髙。 第二十四圖爲本創作之隔磁空槽（3)應用於習知內嵌式 永久磁截電動機之應用例，每一磁極之介於磁極永久磁鐵（2) 與轉子矽鋼片之外緣間（即每一主磁極之矽鋼片部份14>， 設置複數個隔磁空槽（3>，每一隔磁空槽其端部與轉子矽鋼 片外緣舆磁極永久磁鐵間之間，保持一適當間隔，此間隔 距離以矽鋼片沖製加工過程中所容許之不產生斷裂之最小 間隔爲原則，且隔磁空槽之設置亦應於不使轉子矽網片與 定子矽鋼片產生等效齒槽效應爲要，以適當降低頓轉轉矩》 觀察第二十五與第二十六圓，分別爲本創作於電動機 設置舆未設置隔磁空槽（3)，但皆設置永久磁鐵（2)而定子線 圈未通電激磁時之磁通分佈。應用例所使用永久磁鐵之材 質亦爲N33H銨鐵硼燒結磁鐵，第二十五與第二十六圖二 者比較可知隔磁空槽（3)之設置會使主磁極磁通集中於隔磁 空槽間之矽鋦片部份（即主磁極矽鎘片部份14)。再觀察第 二十七與第二十八圖，分別爲設置與未設置隔磁空槽時其 氣隙磁通密度徑向値之分佈舆大小，並無太大差異與改 變，。因此定子線圈未通電激磁時，隔磁空槽之設置，對 電動機之整體磁路並不造成影響，但同樣地需注意不使隔 磁空槽間之矽鋼片部份產生磁飽和之情況。 第二十九與第三十圖爲習知內嵌式永久磁鐵電動機未 設置與設置隔磁空槽（3)時，但皆未設置永久磁鐵（圖示顯 示磁鐵定位槽200)而定子線圈通電激磁時之磁通分佈觀__18_ 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS } A4規格（210X297公釐) 1 裝 . 訂" (請先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標绝局負工消費合作社印装 427047 a7 _B7_五、發明説明（17) 察第二十九圖可得知未設置隔磁空槽時，電動機定子線圈 通電激磁時所構成之磁場’幾乎完全以主磁極永久磁鐵（2) 與轉子外緣間矽鎘片部份之低磁阻路徑，作爲其通過電動 機轉子之通路，此磁場直接對電動機主磁極永久磁鐵逆轉 子旋轉方向部份，造成強烈之退磁效應，使主磁極磁場之 強度減弱，並造成主磁極磁場之不對稱分佈。再次觀察第 三十圖可得知當設置隔磁空槽（3>時，對電動機定子線圈通 電激磁時所構成之磁場而言，主磁極永久磁鐵（2)舆轉子外 緣間矽鎘片部份之主要通路，其磁阻因隔磁空槽P)之設置 而升高，因而大部份被旁導並使其集中於隔磁空槽二端邊 緣之矽網片部份，由於隔磁空槽二端邊緣之矽鋼片部份相 當狹窄，僅能通過有限之磁通，迫使定子線圈通電激磁時 所構成之部份磁通，尙需以永久磁鐵與軸心（6)間之內矽鋼 片部份（13)作爲通路，如此可有效降低定子線圈通電激磁 磁場對主磁極磁場之影響，減弱此磁場對電動機主磁極永 久磁鐵逆轉子旋轉方向部份之退磁效應，同時降低主磁極 磁場所造成之扭曲變形。 第三十一圓、三十二圖與第三十三圖、三十四圖爲習 知內嵌式永久磁鐵電動機設置與未設置隔磁空槽（3)時，但 皆設置永久磁鐵（2)且定子線圈通電激磁時之磁通分佈與其 相對應之氣隙磁通密度徑向値之分佈與大小。可観察得知 未設置隔磁空槽時，主磁極磁場之扭曲變形與主磁極永久 磁鐵逆轉子旋轉方向部份之退磁效應：但當設置隔磁空槽 時，主磁極磁場之扭曲變形獲得改善，亦減輕主磁極永久 __19_ 本紙張尺度適用中國國家榡準（CNS ) A4規格（210X297公釐） I---^------^------1T------^ (諳先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 42704 7 at _B7 五、發明説明（18 ) 磁鐵逆轉子旋轉方向部份之退磁效應。觀察氣隙磁通密度 徑向値之分佈與大小，亦可得知主磁極於逆轉子旋轉方商 部份之氣隙磁通密度徑向値升高，而每一主磁極磁場亦較 完整對稱。 使用隔磁空槽對習知內嵌式永久磁鐵電動機输出轉矩 之影響，可由第三十五圖得知，第三十五圓所載爲習知內 嵌式永久磁鐵電動機定子線圈通電激磁時，設置與未設置 隔磁空槽時之输出轉矩比較表，所使用之線性激磁電流密 度（Linear current density)亦爲 180 安西/cm，電動機 轉子叠積厚度爲l〇〇mm，且激磁電流固定於交軸，而電動 機矽鎘片材質爲H23,永久磁鐵材質爲N33H。由输出轉 矩比較表可知，於前述之條件下，未設置隔磁空槽時之输 出轉矩爲3.6N-m，設置隔磁空槽時之输出轉矩爲4.5N-m， 習知內嵌式永久磁鐵電動機加設隔磁空槽時，其輸出轉矩 約可增加25% - 與習知技術比較，本創作具有以下之優點： 1. |創存電動機使用二片永久磁鐵合成激磁之方式構成主 磁極，可得到較僅使用單片永久磁鐵爲強之主磁極磁 場，因而可以使用磁氣特性與等級較弱之永久磁鐵，仍 可得到相當之主磁極磁場。 2. 使用複數個隔磁空槽或複數個完全分離隔磁空槽，可有 效減低定子線圈通電激磁磁場對主磁極磁場之影響，減 少其平行於主磁極永久磁鐵於逆轉子旋轉方向部份磁場 之退磁磁場分量，使電動機於重負載操作時，仍不會構 __20_ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > A4規格（210X297公瘦 1 I . f In I I {^ϋ n 訂 I I I I 線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ，峨w?7 A7 _B7_ 五、發明説明（19) 成太強之電樞反應退磁磁場，並不使主磁極磁場之強度 過度減弱，以提高電動機於重負載操作時之輸出轉矩與 操作效率；同時減少電動機於重負載操作所造成磁極中 性軸角度之偏移》 3.使用完全分離隔磁空槽時，可降低主磁極磁場與定子矽 鏑片之齒槽效應，使主磁極磁場之氣隙磁通密度徑向値 之分佈較接近弦波*如此於電動機運轉時，其頓轉轉矩 可有效降低》 綜上所述，本創作所提供適用於高轉速、重負載之高效 率永磁式電動機，的確已改善習知同類技術之缺失，而提 供一種可有效減低電動機定子線圈通電激磁磁場電樞反應 之新穎永磁式電動機設計者，誠已合乎專利法相關要件， 爰依法提出申請。惟以上所舉之創作實例，僅本飢作具體 手段之一，並非用以限定本創作之實施範圍，故凡根據前 述所舉之創作實例內容，所爲之等效變更或局部修飾，仍 應含括於本創作之專利範圍。 I----------^------ΐτ------^ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作杜印裝 _21 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > A4規格（210X297公釐）