TWI228856B - Permanent-magnet rotor structure in motor - Google Patents

Description

1228856 捌、發明說明： 一、 發明所屬之技術領域： 本發明係關於馬達轉子結構，詳言之，係關於無刷馬 達内置永久磁鐵式轉子結構。 二、 先前技術： 由於電動車輛用馬達需要較高之過載能力，但因其構 裝空間常有限制，無法使用較大馬達之設計以達成其^能 需求。此外又因電動車輛用馬達常需要高速運轉並進行弱 磁控制，因此必須使用内置式永久磁鐵之轉子結構。而於 空間狹窄，又必須保持定值銅損，使馬達不至於過熱燒毀 之前提τ ’如何有效降低内置永久磁鐵式無刷馬達之電榧 反應，知:局其輸出扭力，並同時降低馬達之頓轉扭力，減 少馬達運轉振動，成為電動車輛用馬達設計之重要課題。 習知之内置式永久磁鐵無刷馬達，如us Pat 5844344， 其轉子結構如圖5所示，其中1為轉子，2為定子，3為主 磁極，4為磁場永久磁鐵，5為凹槽，此種轉子結構於重負 荷時因定子線圈之電樞反應磁場變強，經由主磁極之導磁 通路，導致馬達轉子磁極之磁場被減弱，致有使無刷馬達 之輸出扭力減小之缺點。為降低此種内置式永久磁鐵無刷 馬達之電樞反應，US Pat，6047460如圖6中所示，將轉子 la之每極3a圓形外周之邊緣部份削除，增加氣隙以減弱 電枢反應，但如此之轉子結構僅適合單方向旋轉，且每極 轉子之磁通亦被大幅減少。 I228856 ^ 有鑑於習知内置永久磁鐵式無刷馬達之缺點，本發明 斜對該等缺點作各種改良設計，而能達成所需之輪φ 要求。 二、發明内容： 本發明之目的係提供一種能適用於電動車輛之驅動馬 連，或適用於需要較高過載能力之動力用馬達，使無刷馬 達於高電裝載時之輸出轉矩得以有效提升、馬逹之頓轉轉 矩減少、並可獲得較大之磁阻轉矩之無刷馬達内置永久磁 鐵式轉子結構。 本發明之馬達内置永久磁鐵式轉子結構，包括:至少二 個主磁極，配置在該轉子之週邊，每-該主磁極之展開肖 A為定子每槽角度之N/2倍，其中N為：之奇數，且a必 須為最接近且小於360/P度之度數，P為馬達極數；其中 該各主磁極外周，採用R1與82二段式外弧，則位於該主 磁極之中央部份，R2位於R1之二側，化1與^2間以直線連 接，R1大於R2，該R1之展開角A1為該定子每槽角度之N/2 倍，N為>=3之奇數，且A1必須小於該轉子每一主磁極之 該展開角A;該等主磁極之内置永久磁鐵為雙片式永久磁 鐵之合成，且該雙片永久磁鐵鄰近之二端位於該主磁極之 實質f央而為外突式，主磁極二邊外緣，平行於對應之該 永久磁鐵之邊緣。 本發明使用R1與R2二段式外弧，並經由每極展開角 與Rl外弧之展開角保持適當角度’並配合使用外突式雙片 1228856 永久磁鐵合成磁極與於永久磁鐵邊緣之轉子主磁極二邊外 緣平行’制置式永久磁鐵姉馬賴以有誠弱定子線 圈之電枢反應磁場，增加主磁極磁通，提升細馬達於高 綠載時之輸it；轉矩；並可使無H連之頓轉轉矩減少， 同時使無刷馬達可獲得較大之磁阻轉矩。本發明之轉子結 構適合正反轉雙向操作α 雖，本發明可容易作各種之修飾和替代形式，然用參 考圖式犖例$兑明之方式而詳細說明本發明之特定實施例於 F。本發明將涵蓋所有落於所附申請專利範圍内所界定之 本發明之精神和範圍内之修飾、等效和替換。 四、實施方式： 為改善習知無刷馬達内置永久磁鐵式轉子結構之缺 點，本發明之轉子結構如圖1所示，將原本圖5之單一片 永久磁鐵4和圖β之單一片永久磁鐵私，改良成雙片永久 磁鐵4bl和4b2之合成，且為外突式，轉子lb之複數個主

磁極3b之每一極之展開角a為定子2b之每槽角度之n/2(N 為> 3之奇數)倍，且A必須為最接近且小於360/P度之度 數’ P為馬達極數。如定子為24槽，轉子為8極時，a為 37· 5 度。

本發明轉子結構之每極轉子外周，採用如圖1所示之 R1與R2二段式外弧，R1外弧位於主磁極之中央部份，R2 段在R1段之二側，而RI大於脱，二段外孤間則以直線L 連接。首先R1外弧之展開角A1為定子每槽角度之N/2(N 1228856 為>=3之奇數)倍，且A1必須小於轉子每極之展開角A。如 定子為24槽，轉子為8極時，由於每極之對應定子槽數為 3槽’轉子每極之展開角為45度，此時Αί為 (360/24/2)χ022· 5 度。 前述轉子每極展開角Α與R1外紙展開角Α1之角度取 決，其目的係為減少馬達之頓轉轉矩。而R2外弧半徑之決 定’係使馬達定子與轉子極面間於貶外弧段之氣隙變大， 使定子線圈之電極反應磁場得因氣隙變大而減弱。此外，R2 外弧段之氣隙雖變大，但因R2外弧為一圓弧，因此於R2 外旅段之氣隙仍為均勻，其每極轉子之磁通將不若習知us Pat. 6047460般被大幅減少，因此可於減弱定子線圈之電 枢反應磁場之同時，仍維持適當之每極轉子磁通α至於因 R1與R2 —段外孤部份氣隙不相同，馬達氣隙磁場之變化 亦形成落差’因此使用一直線L將R1與R2二段外弧連接， 以使馬達氣隙磁場之變化變得較順暢，同時亦減少馬達之 頓轉轉矩。本發明之轉子結構適合正反轉雙向操作。 使馬達疋子線圈之電極反應磁場減弱馬達轉子磁極磁 場之另一因素’為主磁極之導磁通路，因此本發明同時將 習知技術US Pat_ 5844344和US Pat· 6047460之主磁極永 久磁鐵之排列加以改變，如圖1和圖2中所示，將原本圖 5之單一片永久磁鐵4和圖6之單一片永久磁鐵知，改良 成雙片永久磁鐵4bl和4b2之合成，且該雙片永久磁鐵4bl 和4b2鄰近之二端位於該主磁極之實質中央而為外突式。 如圖不永久磁鐵4bl和4b2與水平方向維持一肖度C，如 1228856 此主磁極永久_之_面積增加 ，可獲得較多之主磁極 磁通此外’由）圖3中可知本發明之雙片永久磁鐵牝丨和 41)2之合成要麵7中習知之單片永久磁鐵鉍可使主磁極 之導磁^1路_減少，增加馬達定子_之雜反應磁場 流通路徑之磁阻，而使電樞反應磁場減弱。 再者’如圖4所示，於使用外突式雙片合成永久磁鐵 之同時，本發明將馬達轉子主磁極二邊外緣F，不與如圖 式之DB直線平行，而平行於永久磁鐵之邊緣，如此可使轉 子主磁極間之空間具較大之徑向深度，可使馬達因直交軸 電感維持較大之差異，而使馬達獲得較大之磁阻扭力， 本發明由於使用R1與R2二段式外弧，並經由每極展 闕角與R1外弧之展開角保持適當角度，並配合使用外突式 雙片永久磁鐵合成磁極與於永久磁鐵邊緣之轉子主磁極二 邊外緣平行，使内置式永久磁鐵無刷馬達得以有效減弱定 子線圈之雹枢反應磁場’增加主磁極磁通，提升無刷馬達 於高電裝載時之輸出轉矩；並可使無刷馬達之頓轉轉矩減 少，同時使無刷馬達可獲得較大之磁阻轉矩。因此本發明 極適用於電動車輛之驅動馬達’或需要較高過載能力之動 力用馬達，使馬達性能得以有效提升。 篆、圖式簡單說明· 圖1為本發明内置式永久磁鐵無刷馬達定子與轉子構 造實施例示意圖。 圖2為圖1中轉子部份使用外突式雙片永久磁鐵之局 1228856 部放大示意圖。 圖3為圖1中轉子部份使用外突式雙片永久磁鐵，可 獲得較多之主磁極磁通，並使主磁極供電框反應 磁場之導磁通路面積減少。 圖4為圖1實施例中轉子部份使用外突式雙片永久磁 鐵，其主磁極二邊外緣與永久磁鐵之邊緣平行之 示意圖。 圖5為習知内置式永久磁鐵無刷馬達定子與轉子構造 示意圖^ _ 圖6為另一習知内置式永久磁鐵無刷馬達轉子構造示 意圖。 圖7為習知之使用單片永久磁鐵。 圖號說明： 卜 la、 lb . ...........轉子 1、 2b . ...........定子 3> 3a、 3b . .....……主磁極 4、 4a、 4bl ^ 4b2 —磁場永久磁鐵 5' 5a . ...........凹槽 A、 A1 · ...........展開角 C . ...........角度 E · ...........主磁極二邊外緣 L、 BD . ...........直線 R1 、R2 ..........外弧 9

Claims (1)

1228856 玖、申請專利範圍： 1，-種馬達之内置永久磁鐵式轉子結構包括 至少二個主磁極，配置在胃# 磁^細“定子麵么二 =數且A必姆接近且小於謙度之n>: 其中該各純極相，獅二段式祕 位於該主磁極之中央部份，第二外孤位於該第一外= t側，而該第-外弧大於各該第二外弧，該第—外孤之 展開角Αϊ A該定子每槽角度之N/2倍，N為>=3之奇數， 且A1必須小於該轉子每一主磁極之該展開角a。 2·如申請專利範圍第i項之内置永久磁鐵式轉子結構其 中該等主磁極之内置永久磁鐵為雙片式永久磁鐵之合 成’且該雙片永久磁鐵鄰近之二端位於該主磁極之實質 中央而為外突式。 3·如申料利細第1或2項之内置永久磁鐵式轉子結 構，其中該第一外弧與該第二外弧之間以直線形連接。 4,如申請專利範圍第丨或2項之内置永久磁鐵式轉子結 構，其中該等主磁極二邊外緣’係平行於對應之該永久 磁鐵之邊緣。 "