TW538578B - Synchronous motor with built-in type permanent magnet - Google Patents

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538578 A7 ____B7 五、發明説明（） " ~~ (發明所屬之技術領域） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} 本發明係關於一種具備在轉子芯內裝複數永久磁鐵， 而在相鄰接之永久磁鐵之間分別具有磁性突極部之轉子芯 的永久磁鐵內裝型同步馬達者，尤其是關於一種利用起因 於轉子之磁性突極部所發生之磁阻轉矩與依永久磁鐵之轉 矩的永久磁鐵內裝型同步馬達者。 (習知技術） 在曰本特開平8 - 2 0 5 4 9 9公報，揭示著在裝設 於轉子芯之外周面上的複數永久磁鐵磁極間之芯設置磁性 突極部’藉將此等突極部之位置朝周方向偏離俾抑制轉矩 脈動之發生的同步馬達，在該同步馬達，轉子旋轉方向被 限定在一方向。 又，在日本特開平8-256455號公報，揭示著 藉磁阻同步馬達之轉子的磁性突極部之磁極寬，或將一部 分之一對磁性突極部之位置朝周方向偏離，俾抑制發生磁 阻同步馬達之脈動轉扭的技術。 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 在揭示於日本特開平1 1 一 1 8 3 2 8號公報之習知 的永久磁鐵內裝型同步馬達，將永久磁鐵磁極間磁心開角 作爲0，並將連結對應於永久磁鐵磁極間磁心之寬度的磁 極部之各端面中最遠離之兩端面前端，及旋轉軸中心之兩 系直線所形成的角度之最小値作爲0m i n，又將連結對 應於永久磁鐵磁極間磁心之寬度的磁極部之磁極部頭之各 端部中最遠離之兩端部，及旋轉軸中心之兩條直線所形成 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -4- 538578 A7 B7 五、發明説明（j 的角度之最大値作爲0m a X時，設定永久磁鐵磁極間磁 心之寬度成爲 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 0mi n^0Smax 俾抑制鋸齒轉矩。 (發明欲解決之課題） 在習知之永久磁鐵內裝型同步馬達中，永久磁鐵磁極 間磁心之開角0係作爲由磁極部之數與模式狀尺寸所決定 的0mi n^0Smax。但是，隨著定子之每極每相槽 數Q，各該永久磁鐵磁極間的發生轉矩之定時不相同之故 ，在該習知技術中，無法充分地抑制鋸齒轉矩或轉矩脈動 〇 本發明之目的係在於提供一種比習知更能一起抑制鑲 齒轉矩與通電時之轉矩脈動的永久磁鐵內裝型同步馬達。 (解決課題所用之手段） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本發明係以具備在定子心之複數磁極部施以一相位以 上之繞組所構成的定子，及極對數爲P (但p係1以上之 正整數），2 p個永久磁鐵在周方向隔著間隔內裝於固定 在軸之轉子心之內部，藉由該2 p個之永久磁鐵有2 p個 永久磁鐵磁極部形成於上述轉子心之外周，則形成有2 p 個磁性之突極部成爲夾住上述永久磁鐵磁極部作爲中間的 轉子的永久磁鐵內裝型同步馬達作爲改良對象。在這裏所 指之一個永久磁鐵，並不僅在物理上一個永久磁鐵之情形 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -5 - 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 538578 A7 B7 五、發明説明（g ，包含藉由複數永久磁鐵所構成而在磁性上可視爲一個永 久磁鐵之情形者。 在本發明中，2 P個永久磁鐵磁極部係由隔著一個等 間隔地位於周方向的第一群之P個永久磁鐵磁極部及隔著 一個等間隔地位於周方向的第二群之P個永久磁鐵磁極部 所構成。又2 p個磁性之突極部係由隔著一個等間隔地位 於周方向的第一群之P個磁性之突極部及隔著一個等間隔 地位於周方向的第二群之P個磁性之突極部所構成。又， 第一群之P個磁性之突極部的開角α 1，係比第二群之p 個磁性之突極部的開角α 2小。又，開角α 1及開角α 2 係決定成滿足下式。 a2-al = 2/S-(2n-l) rs 式中，η係自然數，々係從軸之中心通過鄰接之兩磁 性之突極部中心的兩條突極部假想中心線（C L 1， C L 2 )間之角度，r s係定子心之槽距〔單位係r a d 〕。又，轉子心的永久磁鐵磁極部之外周面部分之輪廓形 狀係由圓弧或橢圓之圓弧所構成也可以。 如上述地決定第一群的P個磁性之突極部之開角α1 與第二群的ρ個磁性之突極部之開角α 2之尺寸，則與將 與一及第二群之2 Ρ個磁性之突極部之開角成爲一定的習 知之同步馬達相比較，抑制轉矩脈動，而可大幅度地減小 轉矩脈動。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

-6 - 538578 A7 B7 五、發明説明 \4 經濟部智慧財1局員工消资合作社印¾ 在這裏，若將第一群的P個磁性之突極部之磁極面的 曲率半徑R1 ，作成比第二群的P個磁性之突極部之磁極 面的曲率半徑R2更小時，則與將曲率半徑R 1與R2成 爲相同之情形相比較，可減小轉矩脈動。又，爲了增大轉 矩，曲率半徑R 1及R 2係選定比相鄰接之永久磁鐵磁極 部之磁極面之端部的曲率半徑更大，而且選定成爲R 1 < R 2之値較理想。但是，犧牲轉矩之大小，爲了更減小轉 矩脈動，當然也可將曲率半徑R 1及R 2形成比分別鄰接 的永久磁鐵磁極部之磁極面之端部的曲率更小。 在此時，藉由鄰接之兩永久磁鐵磁極部與位於鄰接之 兩永久磁鐵磁極部間的磁性之突極部所形成的轉子心之外 周面部分形狀，以從軸中心通過位於鄰接之兩永久磁鐵磁 極部間的磁性之突極部之中心的突極部假想中心線（ CL1，CL2)爲中心形成線對稱，且將轉子心之外周 面形狀於周方向3 6 0° /P之角度範圍的外周面部分形 狀均成爲相等之P等配形狀地，來決定2 P個之永久磁鐵 磁極部及2 p個之磁性之突極部之形狀較理想。構成如此 ，雖將磁性之突極部之開角成爲不同時，周方向之磁性平 衡係也保持均衡之故，不會產生各相位之電壓不平衡或轉 子偏心力。 又，將永久磁鐵磁極部之磁極面藉由圓弧面或橢圓之 圓弧面形成時，則將形成於永久磁鐵磁極部之磁極面與定 子心之複數磁極部之磁極面之間的間隙之尺寸δ d，決定 成滿足或大約滿足下述之式較理想。 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS >A4規格（210X297公釐） ----裝·— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 —線 538578 A7 B7 CT—=———CJ——^―_ I I Μ· II—^ 五、發明説明（g 5d = 5d〇/cos 〔p (0m—0dm)〕 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 式中，5 d 0係間隔之尺寸的最小値；0m係從軸之 中心通過位於鄰接的兩永久磁鐵磁極部間之磁性之突極部 之中心的兩突極部假想中心線（C L 1 ，C L 2 )之中心 的假想中心線（C L 3 )對於具有開角α 1的磁性之突極 部側之角度。又，0 d m係間隙之尺寸成爲最小値的假想 線PL 3至假想中心線（CL 3 )之角度。 爲了將鋸齒轉矩成爲最小之0 dm係使用角度4 1及 02時，則藉由0dm# (02 — 01)/2之式來決定 。但是，若來自間隙中之永久磁鐵之磁束密度分布從正弦 波大走樣時，則在（1/6) xxXrsS0dmS ( 1/2)xxxrs之範圍，鋸齒轉矩存在成爲最小値。在 此X係與0dm与（02—01)/2与（1/4)XXX rs近似時，0dm爲最接近於（42 - 41)/2之値 的自然數。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 又在滿足上述之條件之狀態下，假想中心線（C L 3 )與從軸之中心通過永久磁鐵磁極部之磁極面之周方向之 兩端的兩條假想線（PL1，PL2)中位於具有開角 α 2之磁性之突極部側的假想線（P L 1 )之間的角度 4 1，及假想中心線（CL 3 )與從軸之中心通過永久磁 鐵磁極部之磁極面之周方向之兩端的兩條假想線（P L 1 ，P L 2 )中位於具有開角α 1之磁性之突極部側的假想 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） -8- 538578 A7 B7 —r ·Ι ' 1.1 I ，-，'raW' " 1 五、發明説明€ ^ 線（PL2)之間的角度02，滿足下述之條件式。

Φ 2 > Φ I (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 02 — 01 与 0.5 (2m — 1) rs— (180° / P ) φ 2 + Φ 1 ^ μ · rs al + a2S (360°/p) — 2 (02 + 01) 式中，m及u係任意自然數。若滿足該條件時，不但 可將鋸齒轉矩接近於最小値，也可抑制轉矩脈動。 又在上述間隙之尺寸未能形成c 〇 s e c間隙的馬達 ，欲成立上述之角度02，41與開角αΐ ，α2之關係 ，則可滅小鋸齒轉矩及轉矩脈動。 又，若將α 1及α 2以及0 2及4 1能滿足下述之式 ，則可將鋸齒轉矩接近於最小値，而且也可將轉矩脈動接 近於最小値。 (180o/2p) + (al/2) - 02 与（ 1/4) ( 2 ν 1 - 1 ) r s (180°/2p) + (^2/2) — 01与（ 經濟部智慧財產局員工消资合作社印製 1/4) ( 2 v 2 - 1 ) r s 式中vl及ν2係任意自然數。 又在轉子心將第一及第二非磁性部藉空隙形成於永久 磁鐵之周方向之兩側之情形，第一非磁性部係開角位於 α 1之磁性之突極部側，而第二非磁性部係開角位於α 2 之磁性之突極部側時，第一及第二非磁性部之形狀，係橫 斷面積相同或第二非磁性部之橫斷面形狀形成比第一非磁 β張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） -9 - 538578 A7 B7 五、發明説明（\ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 性部之橫斷面形狀更大較理想。設置此種非磁性部，則可 抑制來自永久磁鐵之磁通洩漏（短路），及可防止永久磁 鐵之減磁。然而在本發明中將開角α 1及開角α 2成爲不 相同之故，容易發生永久磁鐵之磁通洩漏或容易發生永久 磁鐵，係在永久磁鐵之周方向兩端形成不相同。亦即在α 1 <α 2時，來自α 2側之永久磁鐵的磁通之洩漏比來自 α 1側之永久磁鐵的磁通之洩漏形成較大。因此α 2側之 永久磁鐵之端部的減磁量比α 1側之永久磁鐵之端部的減 磁量形成較大。由此種觀點，爲了積極地抑制來自α 2側 之永久磁鐵之端部的磁通洩漏及該部分之減磁，將第二非 磁性部之橫斷面積形成比第一非磁性部之橫斷面積較大。 (發明之實施形態） 經濟部智慧財產局員工消黃合作社印製 以下參照圖式詳述本發明之實施形態。第1圖係表示 本發明的永久磁鐵內裝型同步馬達之一實施形態之定子與 轉子之構成的圖式。在第1圖中，以記號1所示之構件係 定子，該定子係具備：將矽鋼板予以多層所構成的環狀軛 2，及在該環狀軛之內周側構成隔著所定間隔配置於周方 向之磁極部的複數磁極部3，及形成於鄰接之兩磁極部3 之間的槽4，及三相位繞組依次捲裝於此等磁極部3所形 成的未圖示之繞組部所構成。藉軛2與磁極部3來構成定 子心。 該例子之定子1係槽數Ns爲48，極對數Ρ爲4， 而相位數爲3之故，每極每相位槽數Q係成爲Q = 4 8/ ^紙張尺度適用中國國家標準（〇奶）八4说格（210父297公釐） " -10 - 538578 A7 B7 五、發明説明（^ (-2x4x3) = 2。又槽距 r s 爲 7： s = 7 · 5° 。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 又，以記號5所示之構件係轉子。該轉子5係在固定 於軸6之轉子心7之內部內裝隔著間隔配置於周方向的八 個永久磁鐵8…，而且在鄰接之兩個永久磁鐵8之間分另(1 具有磁性之突極部9…及1 0…。在轉子心7之外周部， 爲了明確地形成磁性之突極部9…及1 0…，形成有朝徑 方向與軸線方向延伸之複數槽1 1…。位於永久磁鐵8之 徑方向外側的轉子心7之外周面部分構成八個永久磁鐵磁 極部1 2。又，轉子心7也與定子心同樣地將矽鋼板予以 多層所構成，在內裝有永久磁鐵8…之部分具有插入永久 磁鐵之貫通孔。永久磁鐵8係橫斷面形狀呈矩形狀者。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在該例子中，八個永久磁鐵磁極部1 2…及八個磁性 之突極部9…及1 0…之形狀，係藉由位於鄰接之兩個永 久磁鐵磁極部與鄰接之兩個永久磁鐵磁極部間的磁性之突 極部所形成之轉子心7之外周面部分形狀，以從軸6之中 心通過位於鄰接之兩個永久磁鐵磁極部之間的磁性之突極 部之中心的突極部假想中心線CL1 ，CL 2爲中心成爲 線對稱，而且轉子心7之外周面形狀決定成在周方向 9 0°之角度範圍之外周面部分形狀均呈相等之四等配形 狀。 八個磁性之突極部係由隔著一個等間隔地位於周方向 之第一群的四個磁性之突極部9…及隔著一個等間隔地位 於周方向之第二群的四個磁性之突極部1 〇…所構成。第 一群的四個磁性之突極部9…之開角αΐ，係比第二群的 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -11 · 538578

7 7 A B 經濟部智慈財產局員工消費合作社印¾ 五、發明説明（“ 四個磁性之突極部1 〇…之開角α 2更小。在該例子中， 定子心7之槽距爲7 · 5 ° ，而槽開度爲2 . 1 °之故，開 角α 2係1 5 ° ，而開角α 1係7 · 5。^又此時之開角 之較佳範圍係12 · 9° · 1°之値，而 開角αΐ之較佳範圍係5 · 4。· 6。之値。 又以一般式表示開角α 1及開角α 2之關係，兩者係 決定成能滿足下述之式（1)就可以。 a2-al=(2iS)~(2n-l) rs ......(1 ) 式中，η係自然數，/9係從軸之中心通過鄰接之兩個 磁性之突極部之中心的兩條突極部假想中心線（C L 1 ， CL2)間的角度；r s係上述定子心之槽距。在本實施 形態中，η = 6。滿足該式，則可將轉矩脈動比習知者大 幅度地減低。 第2圖係表示在本發明的第二實施形態之永久磁鐵內 裝型同步馬達所使用之轉子之構成的圖式。該實施形態與 第1圖之實施形態不同之處，係將一對非磁性部1 3藉由 形成於永久磁鐵8…之周方向兩側之空隙設於轉子心7。 四個磁性之突極部9…及四個磁性之突極部10…之各該 開角a 1及a 2係與第1圖之實施形態同樣地被決定。槽 1 1之開度係可用角度yS d - a 1求出，而在該例子係 1.875° 。又，角度石d係由泠d# (1/2)( 2n—l) rs來決定。式中η係任意自然數。 第3圖係表示對應於申請專利範圍第9項之發明的第 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ----—-!-I-----π------ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -12 - 538578 A7 _ B7 五、發明説明（ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 三實施形態之永久磁鐵內裝型同步馬達之轉子之構成的圖 式。該實施形態與第2圖之實施形態不同之處，係將槽 1 1…之開角（周方向之開口尺寸）形成比第2圖之實施 形態之槽1 1之開角更大。而減小永久磁鐵磁極部1 2之 周方向之長度尺寸。其他構造係與第2圖之實施形態相同 。在該實施形態中，將槽1 1之開度d — α 1 )成爲 3.75° 。在此万 f 係由 ySf々（l/4) (2n — l )rs來決定。式中η係任意自然數。 第4圖係表示對於第1圖至第3圖之實施形態，測定 轉矩脈動含有率之資料。在第4圖中，Α係將八個磁性之 突極部之開角成爲一定値（8 · 75° )的習知之永久磁 鐵內裝型同步馬達之轉矩脈動含有率。第4圖之B、C及 D係表示第1圖至第3圖之永久磁鐵內裝型同步馬達的轉 矩脈動含有率。由該圖可知，依照本發明之實施形態，可 大幅度地減低轉矩脈動。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第5圖係表示本發明的永久磁鐵內裝型同步馬達之第 四實施形態之轉子之構成的圖式。定子心側之構成係與第 1圖之實施形態相同。在第5圖中，在與表示與第1圖之 實施形態相同部分附與在第1圖所附與之記號相同之記號 。在該實施形態中，八個（2 P個）之永久磁鐵磁極部 1 2 a…及1 2 b…係由：隔著一個等間隔地位於周方向 的第一群之四個（P個）之永久磁鐵磁極部1 2 a…及隔 著一個等間隔地位於周方向的第二群之四個（p個）之永 久磁鐵磁極部1 2b…所構成。又，八個（2 P個）的磁 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -13 - 538578 A7 _ B7 _______ 五、發明説明（4ι (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 性之突極部9…及1 0…也係由：隔著一個等間隔地位於 周方向的第一群之四個（P個）的磁性之突極部9…及隔 著一個等間隔地位於周方向的第二群之四個（p個）的磁 性之突極部1 0…所構成。第一群之四個的磁性之突極部 9…的開角α 1 ，係形成比第二群之四個的磁性之突極部 1 0…的開角α 2更小。在該實施形態，開角α 1及開角 α 2係也滿足上述（1 )式。 具體而言，定子心之槽距係7 · 5 ° ，而槽開度係 2 · 1。之故，開角 係 12 · 9° $以2$17 · 1。 之値之故，又，開角αΐ係5 · 4° · 6°之値 較理想。該例子中，將作爲16° ，而將αΐ作爲 6 · 5。° 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 又，在該例子中，藉由位於鄰接之兩個永久磁鐵磁極 部1 2 a及1 2 b與鄰接之兩個永久磁鐵磁極部1 2 a及 1 2 b間的磁性之突極部9或1 0所形成之轉子心7的外 周面部分形狀，以從軸6之中心通過位於鄰接之兩個永久 磁鐵磁極部1 2 a及1 2 b·之間的磁性之突極部9或1 0 之中心的突極部假想中心線C L 1，C L 2爲中心成爲線 對稱，且將轉子心7之外周面形狀朝周方向90° ( 3 6 0° /P )之角度範圍的外周面部分形狀均成爲相等 之四等配形狀（P等配形狀）地，來決定八個永久磁鐵磁 極部1 2 a…及1 2 b…及八個磁性之突極部9…及1 0 …之形狀。構成如此，雖將磁性之突極部9…及1 0…之 開角α 1及α 2成爲不同時，周方向之磁性之平衡係保持 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X29*7公釐） -14- 538578 A7 B7 ___vz _ .ι^^ττ——_ I —i n—m π emrm-n *· ’ 曾 _ _ ·γμ^——— 五、發明説明（^ 均衡之故，不會產生各相位之電壓不平衡或轉子偏心力。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 又，在該例子中，形成於永久磁鐵磁極部1 2 a…及 1 2 b之磁極面與定子心之複數磁極部之磁極面之間的間 隔之尺寸5 d能滿足下述（2 )式而決定成爲所謂 c 〇 s e c間隙。 5d = 5d〇/cos 〔p (0m — 0dm)〕 .........(2 ) 式中，5 d 0係間隔之尺寸的最小値；0 m係從軸之 中心通過位於鄰接的兩永久磁鐵磁極部間之磁性之突極部 之中心的兩突極部假想中心線（C L 1 ，C L 2 )之中心 的假想中心線C L 3對於具有開角α 1的磁性之突極部側 之角度；5 d m係間隙之尺寸成爲最小値的假想線P L 3 至假想中心線CL3之角度。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在此將鋸齒轉矩成爲最小所用的0 dm係使用後述之 角度41及42時，則藉由0dm与（#2-01)/2 之式來決定。但是來自間隙中之永久磁鐵之磁通密度分布 在從正弦波大走樣時，則在（1/6) xxxr s^0dm S ( 1/2) xxxr s之範圍，鋸齒轉矩存在成爲最小値 。在此 X 係與 0dm 与（02 — 01)/2 与（1/4) xxxrs近似時，0dm爲最接近於（02-01)/2 之値的自然數。 永久磁鐵磁極部1 2 a及1 2 b之磁極面之形狀，係 能接近於藉上述式所決定之値的値地藉圓弧或橢圓之弧來 決定。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ' 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 538578 A7 B7

五、發明説明（I 又在此例子中，將開角α 1之磁性之突極部9的曲率 半徑R1，形成比開角α2之磁性之突極部之曲率半徑 R 2更小。若將第一群之ρ個磁性之突極部之磁極面的曲 率半徑R1 ，形成比第二群之Ρ個磁性之突極部之磁極面 的曲率半徑r 2更小時，則與將曲率半徑R 1與R 2相同 時相比較，即可減小轉矩脈動。又，爲了增大轉矩，曲率 半徑R1及R2，係選定比各該鄰接的永久磁鐵磁極部之 磁極面之端部的曲率半徑更大，而且成爲R 1 <R2之値 較理想。第6圖係表示用以確認變更該曲率半徑時之效果 ，在圖示之條件製作模1 1至模1 3來測定轉矩脈動含有 率的結果。由該測定結果可知，在成爲R 1 <R 2之模 1 3時，可知轉矩脈動含有率成爲最小。 在上述式中，作爲0 dm=〇°時之間隔係形成所謂 一般性之c 〇 s e c間隙者，採用此種間隙構成時，則不 管馬達之旋轉方向，可將來自間隙中之永久磁鐵的磁通密 度分布接近於正弦波，又可抑制鋸齒轉矩。又，將0 dm 作爲1/6槽距〜1/2槽距之範圍的値時，在將來自間 隙中之永久磁鐵的正弦波磁通分布維持在正弦波狀之狀態 下，可飛躍地抑制鋸齒轉矩。附帶地在第5圖之實施例中 ，將0 m設成2 ° 。 又，在該實施形態下，假想中心線C L 3與從軸6之 中心通過永久磁鐵磁極部1 2 a或1 2 b之磁極面之周方 向之兩端的兩條假想線P L 1及P L 2中位於具有開角 α 2之磁性之突極部1 0側的假想線P L 1之間的開角 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

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五、發明説明（U {請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 冬1 ，及假想中心線c L 3與從軸6之中心通過永久磁鐵 磁極部1 2 a或1 2 b之磁極面之周方向之兩端的兩條假 想線P L 1及P L 2中位於具有開角α 1之磁性之突極部 9側的假想線p L 2之間的角度4 2 ’成爲滿足下述之條 件式（3 )至（6 ) ° 0 2 > 0 1 ......... ( 3 ) 02 — · 5 (2m— 1) rs — (1 8 0 〇 / P ) ......... ( 4 ) 0 2 + 0 1 与 u · r s ......... ( 5 ) a 1 + a 2 ^ (360〇/p) - 2 (02 + 01) .........(6 ) 式中，p係極對數，m及u係任意自然數。若滿足該 條件時，則可將鋸齒轉矩接近於最小値。 具體而言，在該例子中’角度01係11 · 025° S0 1S15 · 225°之範圍之値較理想，又，開角 02 係 14 .775° $02^18 .975° ，而且角度 01及角度必2係滿足1 · 65° $02 — 01$ 經濟部智慈財4局員工消費合作社印^ 5 · 85° 及 27 · 9° $02 + 01^32 · 1° 之關係 者較理想。 在該例子中，將角度41作爲13· 125° ，又將 角度02作爲16 · 875° 。該角度係作爲τ s = 7.5。 、p=4、m=7、u=4，將此等値代入上述 (4)式及（5)式時’則成爲 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -17- 538578 A7 B7 五、發明説明（匕 0 2 — 必 1 i (1 8 0 〇 / p ) 0 2 + 0 1 £ Ψ 2 — Φ 1 〇-5(2m^i)rs u r s 5 = 〇.5(2m—l)rs-(180 p) = 0 · 5x(2x7— x7 — (180/4 7 0 2 + 0 1 = u 由該二式求出0 6.8 7 5 ° 〇 又，依據該角度4 1及4 2之値，求出將鋸齒轉矩成 最小所用的~ d m及0 d m之最適値範圍時，則成爲 r s 4X7.5 = 30 • 1 2 5 ° 及 0 2 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 爲 0dm=(02-0 1)/2 1 6.875 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 3 · 125)/2 = 1 · 875。。故在 0dm = 1.875 ，可將鋸齒轉矩成爲最小。在此求出滿足上 述之 0dm 与（02-41)/2 与（1/4) xxxrs 之X時’則滿足（1/4) xxx：rs = i · 875之X成 爲1 〇 因此，將x=l與τ s = 7 · 5。代入求出0dm之 範圍的上述之（1/6)xxxrsS0dmS(1/2) xxxr s，則 1 · 25。S0dm$3 · 75。決定作爲 0 dm之最適値範圍。 如第7圖所不地，將槽1 1 a及1 1 b之周方向的寬 度（開度）設定在22 · 5°與1 · 5° 。又在該例子中， 如第7圖所示地，將第一及第二非磁性部1 3 a及1 3 b 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -18- 538578 A7 B7 ,晒'w· ·ΙΙ—-.圓 Ι__Γ II· _Ι· _ III »Ι· I» ΊΠ » r^^.+ '」一———— 五、發明説明I ^ 之形狀對於形成在轉子心7的一個永久磁鐵成爲不同。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 在該實施形態中，將αΐ及α2以及42及41，成 爲能滿足下述之式（7)及（8)式，則可將轉矩接近於 最小値。 (180ο/2ρ) + (α1/2) - 02=( 1 / 4 ) ( 2 ν 1 - 1 ) r s ......... ( 8 ) (180ο/2ρ) + (α2/2) - 01=( 1 / 4 ) ( 2 ν 2 - 1 ) τ s ......... ( 9 ) 式中VI及V2係任意自然數。 在該例子中將各部角度設成能滿足上述（8)及（9 )之條件。 將轉矩脈動成爲最小之各部之角度條件，係由解管上 述（3)式，（4)式，（5)式及（6)式的連立方程 式可求得。第8圖係表示8極4 8槽分布繞組的同步馬達 中，將鋸齒轉矩成爲最小的0 2與4 1與m之關係的圖式 。縱軸係42，橫軸係01。在第8圖中，藉由圓記號所 選擇之1]1與11之値所決定的轉矩脈動成爲最小之條件點。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第9圖係表示由上述（1) ，（8)及（9)式所得 到之α 1與α 2及η的關係。在實施本發明之情形，滿足 該關係地來決定α 1與α 2之關係，即可將轉矩脈動成爲 最小。 (發明之效果） 依照本發明，具有可抑制鋸齒轉矩，而且可抑制轉矩 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） -19- 538578 A7 B7 — —— —一 " - —— 五、發明説明（j7 脈動之優點。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) (圖式之簡單說明） 第1圖係表示本發明的永久磁鐵內裝型同步馬達之第 一實施形態之構成的槪念圖。 第2圖係表示本發明的永久磁鐵內裝型同步馬達之第 二實施形態之永久磁鐵內裝型同步馬達所使用之轉子之構 成的圖式。 第3圖係表示本發明的永久磁鐵內裝型同步馬達之第 三實施形態之永久磁鐵內裝型同步馬達所使用之轉子之構 成的圖式。 第4圖係表示對於第1圖至第3圖之實施形態，測定 轉動脈動含有率的資料。 第5圖係表示本發明的永久磁鐵內裝型同步馬達之第 四實施形態之構成的槪念圖。 第6圖係表示變更曲率半徑R1與R 2時的轉矩脈動 之減低效果的圖式。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第7圖係表示第5圖之實施形態的局部放大圖。 第8圖係表示在以8極4 8槽分布繞組之同步馬達中 ，將鋸齒轉矩成爲4 2與4 1及X之關係的圖式。 第9圖係表示將由（1) ，（8)及（9)式所得到 之轉矩脈動成爲最小之α 1與α 2的關係。 (記號之說明） 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） -20- 538578

7 7 A B 五、發明説明（ 1 ··定子 / 2 ••軛 3 :磁極部 4 :槽 5 :轉子 6 :軸 7 :轉子心 8 :永久磁鐵 9，10:磁性之突極部 -----—^^-----•玎------Ϊ^ΙΦΓ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印5i 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -21 -

Claims (1)

1. 經濟部智慧財產局工消費合作社印製 538578 A8 B8 C8 —D8 ' " Π ' ·_·ηΐ _ - . _ II - I II — !_ I I -- 六、申請專利範圍 1 · 一種永久磁鐵內裝型同步具備： 在定子心之複數磁極部施以一相^|J；h之繞組所構成 的定子，及 、、' 極對數爲P (但P係1以上之正整數），2 p個永久 石兹鐵在周方向隔著間隔內裝於固定在軸之轉子心之內部， 藉由該2 p個之永久磁鐵有2 p個永久磁鐵磁極部形成於 上述轉子心之外周，且形成有2 p個磁性之突極部成爲夾 住上述永久磁鐵磁極部作爲中間的轉子的永久磁鐵內裝型 同步馬達，其特徵爲： 上述2 p個磁性之突極部係由隔著一個等間隔地位於 上述周方向的第一群之P個磁性之突極部及隔著一個等間 隔地位於上述周方向的第二群之P個磁性之突極部所構成 上述第一群之P個磁性之突極部的開角α 1 ，係比上‘ 述第二群之Ρ個磁性之突極部的開角α 2小； 上述開角α 1及開角α 2係決定成下述之式作爲特徵 — αΐ 与 2冷 一 （2n — 1) r s 式中，η係自然數，Θ係從上述軸之中心通過鄰接之 兩磁性之突極部中心的兩條突極部假想中心線（C L 1， C L 2 )間之角度，r s係上述定子心之槽距。 2.如申請專利範圍第1項所述之永久磁鐵內裝型同 步馬達，其中’上述第一群的P個磁性之突極部之磁極面 的曲率半徑R1 ，係比上述第二群的P個磁性之突極部之 表紙張尺度適用中國國家梂準（CNS ) A4规格（210X297公釐） ^ " ----ί— I.-IS.-----IT-----—0ΦΙ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 538578 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 Λ8 BS C8 D8 六、申請專利範圍 磁-極面的曲率半徑R 2更小者。 3 ·如申請專利範圍第1項所述之永久磁鐵內裝型同 步馬達’其中，上述2 p個之永久磁鐵磁極部及上述2 p 個之磁性之突極部的形狀，係藉由鄰接之兩永久磁鐵磁極 部與位於上述鄰接之兩永久磁鐵磁極部間的上述磁性之突 極部所形成之上述轉子心的外周面部分形狀，以從上述軸 之中心通過位於上述鄰接之兩永久磁鐵磁極部間的磁性之 突極部之中心的上述突極部假想中心線（CL1 ，CL2 )爲中心形成線對稱；且上述轉子心之外周面形狀於周方 向3 6 0° /p之角度範圍的外周面部分形狀決定均成爲 相等之P等配形狀者。 4 ·如申請專利範圍第2項所述之永久磁鐵內裝型同 步馬達，其中， 上述永久磁鐵磁極部之磁極面係藉由圓弧面或橢圓之 圓弧面所形成； 形成於上述永久磁鐵磁極部之上述磁極面與上述定子 心之上述複數磁極部之磁極面之間的間隙之尺寸5 d，決 定成滿足或大約滿足下述之式作爲特徵： 5d = 5d〇/cos 〔p (0m — 0dm)〕 式中，5 d 0係上述間隙之尺寸的最小値；上述0m ‘係從上述軸之中心通過位於上述鄰接的兩永久磁鐵磁極部 間之上述磁性之突極部之中心的兩個上述突極部假想中心 線（CL1 ，CL2)之中心的假想中心線（CL3)對 於具有上述開角α 1的上述磁性之突極部側之角度；上述 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4规格（210X297公釐） ----ί— I.-------IT-----ί^φ— (請先聞讀背面之注意Ϋ項再填寫本頁) -23 - 538578 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 Θ -d m係上述間隙之尺寸成爲最小値的假想線（P L 3 ) 至上述假想中心線（C L 3 )之角度。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 5 ·如申請專利範圍第4項所述之永久磁鐵內裝型同 步馬達，其中，假想中心線（CL 3)與從上述軸之中心 通過上述永久磁鐵磁極部之磁極面之周方向之兩端的上述 兩條假想線（PL1 ，PL2)中位於具有上述開角江2 之上述磁性之突極部側的假想線（P L 1 )之間的角度 4 1，及假想中心線（CL 3 )與從上述軸之中心通過上 述永久磁鐵磁極部之磁極面之周方向之兩端的上述兩條假 想線（PL1 ，PL2)中位於具有上述開角αΐ之上述 磁性之突極部側的假想線（P L 2 )之間的角度4 2，滿 足下述之條件式 Φ > Φ 1 02 — 41 与 0.5 (2m — 1) rs—(180。 / P ) 02 + 01^^*18 經濟部智慧財產局工消費合作社印製 α1 + α2$ (360°/p) — 2 (02 + 01) 式中，m及u係任意自然數。 6 .如申請專利範圍第5項所述之永久磁鐵內裝型同 步馬達，其中，上述α 1及α 2以及上述4 2及0 1又滿 足下述之式， (180〇/2ρ) + (α1/2) - 42与（ 1/4) ( 2 ν 1 - 1 ) r s (18〇〇/2ρ) + (α:2/2) - ( 本紙張尺度逍用中國國家標隼（CNS )Α4规格（210x297公釐） 經濟部智慧財產局3(工消費合作社印製 538578 A8 B8 C8 D8 " 11 _ 1 I—— -Mil· !! 1 ------—------ -- «._ -------. __ ' 六、申請專利範圍 - 1/4) ( 2 v 2 - 1 ) r s 式中vl及v2係任意自然數。 7 ·如申請專利範圍第1、2、3、4、5或6項中 任何一項所述之永久磁鐵內裝型同步馬達，其中，在上述 轉子心藉由空隙形成有第一及第二非磁性部於上述永久磁 鐵之上述周方向之兩側；上述第一非磁性部係上述開角位 於α 1之上述磁性之突極部側，上述第二非磁性部係上述 開角位於α 2之上述磁性之突極部側；上述第一及第二非 磁性部之形狀，係橫斷面積相同或上述第二非磁性部之橫 斷面形狀形成比上述第一非磁性部；^斷面形狀更大者。 8 · —種永久磁鐵內裝型同步具備： 在定子心之複數磁極部施以三組所構成的定 子，及 極對數爲P，八個永久磁鐵在周方向隔著間隔內裝於· 固定在軸之轉子心之內部，藉由該八個永久磁鐵有八個永 久磁鐵磁極部形成於上述轉子心之外周，且形成有八個磁 性之突極部成爲夾住上述永久磁鐵磁極部作爲中間的轉子 的永久磁鐵內裝型同步馬達，其特徵爲： 上述八個永久磁鐵磁極部，係由隔著一個等間隔地位 於上述周方向的第一群之四個永久磁鐵磁極部與隔著一個 等間隔地位於上述周方向的第二群之四個永久磁.鐵磁極部 所構成； 上述八個磁性之突極部，係由隔著一個等間隔地位於 上述周方向的第一群之四個磁性之突極部及隔著一個等間 本紙張尺度逍用中國國家梂準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ----«I— I—-I-----IT----- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -25- 538578 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 隔地位於上述周方向的第二群之四個磁性之突極部所構成 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 上述第一群之四個磁性之突極部的開角α 1 ，係比上 述第二群之四個磁性之突極部的開角α 2小.； 上述定子心之槽距爲以7 · 5°而槽開度爲2 · 1°時 ，上述開角α2係12 · 9° · 1°之値，上 述開角α 1係5 · 4 ^ α 1 $ 9 · 6 °之値。 9.如申請專利範圍第8項所述之永久磁鐵內裝型同 步馬達，其中，上述八個之永久磁鐵磁極部及上述八個磁 性之突極部的形狀，係藉由鄰接之兩永久磁鐵磁極部與位 於上述鄰接之兩永久磁鐵磁極部間的上述磁性之突極部所 形成之上述轉子心的外周面部分形狀，以從上述軸之中心 通過位於上述鄰接之兩永久磁鐵磁極部間的上述磁性之突 極部之中心的突極部假想中心線（C L 1 ，C L 2 )爲中‘ 心形成線對稱；且上述轉子心之外周面形狀於周方面 9 0°之角度範圍的外周面部分形狀決定均成相等之四等 配形狀者。 經濟部智慧財產局8工消費合作社印製 1 〇 ·如申請專利範圍第9項所述之永久磁鐵內裝型 同步馬達，其中 從上述軸之中心通過鄰接之兩個上述突極部假想中心 線（C L 1 ，C L 2 )之中心的假想中心線（C丄3 )與 從軸之中心通過上述永久磁鐵磁極部之磁極面之周方面之 兩端的上述兩條假想線（PL1 ，PL2)中位於具有上 述開角α 2之上述磁性之突極部側的假想線（P L 1 )之 本紙張尺度逍用中國國家揉準（CNS ) Α4規格（210X29*7公釐） 538578 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範囷 間的角度 0 1 爲 11 · 025° · 225。之 範圍之値； (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 從上述假想線（C L 3 )與從上述軸之中心通過上述 永久磁鐵磁極部之磁極面之周方向之兩端的上述兩條假想 線（PL 1 ，PL2)中位於具有上述開角α 1之上述磁 性之突極側的假想線（P L 2 )之間的角度4 2爲 14 · 775° S02S18 . 975° 之範圍之値； 而且上述開角0 1及上述角度4 2係滿足1 · 6 5° $02 — 01S5 · 85° 及 27 · 9° S02 + 01S 3 2 . 1 °之關係者。 11 .如申請專利範圍第10項之永久磁鐵內裝型同 步馬達，其中， 上述永久磁鐵磁極部之磁極面係藉由圓弧面或橢圓之 圓弧面所形成； 形成於上述永久磁鐵磁極部之上述磁極面與上述定子 心之上述複數磁極部之磁極面之間的間隙之尺寸5 d，決 定成滿足或大約滿足下述之式作爲特徵： 經濟部智慧財產局3;工消費合作社印製 5d = 5d〇/cos 〔p (0m— 0dm)〕 式中，5 d 0係上述間隙之尺寸的最小値；上述0m 係從上述軸之中心通過位於上述鄰接的兩永久磁鐵磁極部 間之上述磁性之突極部之中心的兩個上述突極部假想中心 線（CL1 ，CL2)之中心的假想中心線（CL3)對 於具有上述開角α 1的上述磁性之突極部側之角度；上述 0dm係 1 · 25° · 75° 之範圍之値。 -27- 本纸張尺度逍用中國a家梂準（CNS > A4规格（210X297公釐）