TWI285016B - Permanent magnet rotor and magnet cardle - Google Patents

Description

1285016 九、 【發 本 【先 設 固持 鐵施 係成 以1¾ 永 轉子 黏結 度非 人之 及降 「用 一方 久磁 固持 插入 中， 利第 極的 發明說明： 明所屬之技術領域】 明係有關於永久磁鐵轉子及磁性支架 計高速永久磁鐵馬達的一挑戰為在高速 在轉子軸上。由於轉子的旋轉造成的離心如何牌 加必須為轴所機械限制的向外（徑向）力Y力，造成礤 比例於在磁鐵的質量中心的半徑及角速斤因為離心力 速/高功率永久磁鐵馬達設計很困難。 的平方，所 久磁鐵馬達或交流發電機使用兩方法以將、 軸。第一方法為表面安裝，其中黏著 磉織固定至 至轉子軸的表面。於很多設計中，磁 冬礤鐵 、 玛領外地、4 磁性帶纏繞轉子軸而綁在磁鐵上。例如，、 ^鬲強 美國專利第5,801，470號，其名稱為「 森等 丹有固姓 低諧波場效損失的轉子」及頒予凡戴等人，t、圓栓 於高速轉子的永久磁鐵固持配置」之專’、名％為 〜案。對於 法，由於黏著劑及綁線的強度有限，安 、、、第 裝有磁鐵的女 鐵馬達或交流發電機的速度及功率係有 7 、 的。將磁鐵 在永久磁鐵轉子上的第二方法為内藏法， —A ± 其中將磁鐵 在軸表面下並藉由機械手段固定在定位 於此一方法 具有軸突出部的環將磁鐵固持住。見史 \在所之美國專 6,700,288號「高速轉子」。該環被藉由在軸上的每一 鴻尾或松樹配合而附著在該軸上。以實體产， 衣’在極附 1285016 著間可能累積公差，而造成若在組裝時餘隙不足， 擾其他部件的可能。此實體環也报難加工。此方法 議變化涉及對每一磁鐵的個別载體來替代實體環。 由衛荷佛等人所領證的美國專利第6，5 4 8，9 3 2號，名 於面速轉子的非磁性磁鐵固持通道配置」。 【發明内容】 依據本發明的一目的為提供一種磁性固持系統， 永久磁鐵轉子所固定的個別磁鐵。本發明係特別有 水久磁鐵馬達或交流發電機，並特徵在於免除在磁 層體及定子極間之所有低導磁材料。 4 Μ 磁性圓柱軸，該轴具有一旋轉軸及一大 該圓柱表面中的偶數個下凹及外伸槽定肩 多數個大致呈C形的高導磁疊層堆疊$ 一疊層堆疊靠著該等肋部的外伸部份。一 在每一下凹槽中。該等磁鐵具有分隔之s 專積層堆疊。磁鐵具有頂及底面。較佳扣 行，以及，磁鐵具有梯形體。該等磁鐵名 面被以相反極性磁化，使得靠著任一 C开 有相同的極性。 多數非磁性支架將永久磁鐵支持在該等下凹槽中 支架具有頂及底壁靠著永久磁鐵的頂及底面，2每 /、有軸向端壁，具有該等軸向端壁的圓周緣靠著 會有干 的一提 例如， 為「用 簡言 含一非 面。在 肋部。 部。每 係定位 靠著該 面為平 周端緣 的磁極 用於為 用於大 鐵、疊 ’其包 圓柱形 偶數個 該等肋 久磁鐵 端緣面 頂及底 每一圓 層堆疊 。每一 一支架 肋部的 6 1285016 外伸部份。支架的頂面在軸向的總軸向長度係大於疊層堆 疊的總軸長度，及磁鐵允許疊層堆疊與磁鐵被安裝在支架 的端壁間。 該等磁鐵被直接承受在肋部的支架所固持，以對抗離心 力。 依據一較佳實施例，其中提供一永久磁鐵轉子組件，其 包含一非磁性圓柱軸，其具有一旋轉軸及一大致圓柱表 面，具有偶數個下凹及外伸槽，以在其間定義偶數肋部。 該等肋部在一垂直於旋轉軸所取的平面上，有大致呈T形 的剖面。多數個大致C形高導磁疊層堆疊包圍該等肋部。 在形成疊層堆疊的個別板間之分隔係位於垂直於旋轉軸的 平面中。每一板具有緣面靠著該等肋部的外伸部份。 永久磁係被定位在每一下凹槽中。在個別永久磁鐵間之 分隔係位於垂直於旋轉軸的平面中。該等磁鐵具有大致平 行的頂及底緣面，放在垂直於旋轉軸所取的圓柱軸的剖面 的弦切處。該等磁鐵係在每一圓柱緣面處，以相反極性加 以磁化，使得靠在C形疊層堆疊的磁極具有相同極性。 多數非磁性支架將永久磁鐵支持在下凹槽内。每一支架 具有一頂及底壁靠著疊層永久磁鐵的個別部份的頂及底緣 面。每一支架具有軸端壁，其面被係位於垂直於旋轉軸的 平面中及端壁的緣直接靠著該T形肋部的外伸部份。支架 的頂及底面的總軸向長度係大於疊層堆疊的總軸向長度， 以及，疊層磁鐵允許該等疊層堆疊及磁鐵被安裝在支架的 端壁的延伸部間。 7 1285016 依據另一實施例，提供有一磁性支架，用以將永久磁鐵 支持於具有一旋轉軸的永久磁鐵轉子的圓柱面上的外伸下 凹槽中。支架係為非磁性，並由用以靠著永久磁鐵的徑向 面的頂及底壁。該支架具有軸端壁連接至頂及底壁。該等 端壁具有面大致垂直於旋轉軸。軸端壁的圓周緣被架構以 直接靠著槽的外伸部份。支架的頂壁的總軸向長度係大於 磁鐵的總軸向長度，藉以允許一磁鐵安裝於支架的軸端壁 間，而在磁通路徑中，沒有支架的任何部份。 本發明之其他特性及目的與優點將由以下之詳細說明及參 考附圖加以了解。 【實施方式】 參考第1圖，軸10包含依據本發明之永久磁鐵轉子的基 礎。軸1 0係由非磁性高強度材料，例如鎳始合金所作成。 如於第2圖所示，軸1 0具有中斷圓柱面，相對於轉子的旋 轉軸定義。在軸的每一端，設置有用於軸承1 2的組件。軸 承12建立轉子的旋轉軸。軸10具有偶數個實質相同下凹 及外伸槽1 3。槽1 3定義實質相同的大致呈T形肋部1 1， 在接近槽具有鳩尾面1 5。如下所述，磁鐵將被一支架所定 位在槽之内。 雖然軸1 0在磁鐵附近具有一連續剖面（軸向延伸），但為 了容易了解，將軸假設為支持偶數個磁鐵的個別切片。第 3圖例示由軸所取出之切片，及第4圖為第3圖的分解圖。 第1圖清楚地顯示多數大致呈C形疊層堆疊1 7，其係由 8 1285016 例 係 可 堆 槽 係 及 係 時 性 2 4 旋 軸 面 軸 疊 尾 之； 承‘ 的： 有: 處 如電氣鋼之高導磁材料包含T形肋部n所作成。堆疊 由個別片材定位以垂直軸的旋轉轴加以作成。這些片材 以具有緣，靠著肋部的外伸或鳩尾面。以此方式，疊層 疊被機械地固定以當軸旋轉時，抵抗離心力。 且曰 用以固持永久磁鐵的多數非磁性支架18被定位在每一 中。每-…8承載疊層的永久…9。支架的結構 例不於第4、6、7及8圖中。每一支架具有—頂壁^ -底壁22。當支架被安裝在#子的槽中時，$些壁大致 位於轴及圓周方向中。頂壁21靠著磁鐵並當轉子旋轉 ’抵抗傾向於將磁鐵拋出的離心力。支架係由質輕非磁 :構材料’例如鈦所形成。支架可以具有軸端壁23及 棘结合至頂及底壁4壁將軸端壁^，使得它們當高速 端辟頂壁被徑向向外推擠時1們不會破裂在磁鐵上。 15。Μ / Μ具有緣Μ，其係被架構以靠著肋部的鳩尾 :支架的軸端壁間之空間係足夠大，以隔開磁鐵的 的^與疊層堆疊㈣向長度。較佳地，磁鐵與疊層堆 Θ長度為相同。支牟将获士 面@ A 叉朱係猎由支架與外伸肋部上的鳩 的嚙合而至被固定抵抗離心力。 第 J =示永久磁鐵19及第7圖顯示被插入支架1” 久磁鐵19。磁鐵具有一麻 曼在支架的底壁22上：及一頂緣31，底緣32 IS壁21 κ ' 上，而頂緣31則承受在支架18 。也可以…磁鐵：:：在圓柱轴的剖面的炫切 鐵架構’例如’磁鐵的頂及底緣可以 9 1285016 是圓柱形，具有圓柱軸於接近轉子旋轉軸。於此時，支架 將具有頂及底壁，其具有對應圓柱面靠著磁鐵。磁鐵的此 圓周緣（非平行緣）3 3係為支架所曝露。以此方式，磁鐵的 緣可以靠著疊層堆疊，如第1圖所示。這是為本發明的基 本特性。沒有實體非磁性材料存在於磁鐵與疊層之間，並 且，較佳地，磁鐵緊靠疊層體。 磁鐵典型為稀土族永久磁鐵。磁鐵在每一圓柱緣面，以 相反極性加以磁化。靠著任一 C形疊層堆疊的極性係為相 同極性。直接在每一肋部上的疊層堆疊的部份係為轉子的 磁極。注意，沒有非磁性材料放置在轉子的表面上，因此， 轉子極可以更接近定子繞組，以作更有效的耦合。 雖然，本發明已經詳細並以專利法所需地加以說明，但 本人仍想要以以下之申請專利範圍保護本案。 【圖式簡單說明】 第1圖為由垂直於轉子軸的平面所取的組裝轉子的立體 ran · 圖， 第2圖為垂直轉子軸所取的轉子的剖面圖； 第3圖為轉子軸切片的組裝立體圖； 第4圖為依據本發明之永久磁鐵轉子軸的切片的分解立 體圖； 第5圖為依據本發明之磁性支架的立體圖； 第6圖為磁鐵組的立體圖； 第7圖為具有磁鐵放置於定位的磁性支架的立體圖； 10 1285016 第8圖為磁性支架的軸向端視圖；及 第 9圖為沿著垂直於轉子軸的平面所取之支架的剖面 圖。 【元件代表符號簡單說明】 10 轴 11 肋部 12 轴承 13 槽 15 鳩尾面 17 疊層堆疊 18 支架 19 磁鐵 21 頂壁 22 底壁 23 軸端壁 24 軸端壁 26 緣 31 頂緣 32 底緣 33 圓周緣 11

Claims (1)

1285016 十、申請專利範圍： 1 一種永久磁鐵轉子組件，包含： 一非磁性圓柱轴’具有一旋轉轴及大致圓柱面’有 偶數個下凹及外伸槽，其間定義偶數個肋部； 多數大致呈 C形的高導磁疊層堆疊，包圍該等肋 部，每一疊層堆疊靠著該等肋部的外伸部份； 多數永久磁鐵，定位在每一下凹槽中，該等磁鐵杲 有分隔的圓周端緣面靠著疊層堆疊及該等磁鐵具有頂 及底面，該等磁鐵係在每一圓周端緣面以相反極性加 以磁化，使得靠著任一 C形疊層堆疊的磁極具有相同 極性；及 多數非磁性支架，用以支撐永久磁鐵於下凹槽中， 每一支架具有頂面及底壁靠著該等永久磁鐵的頂及底 面，及每一支架具有軸端壁，以該軸端壁的圓周緣直 接靠著肋部的外伸部份，該支架的頂壁在軸向的總軸 長度大於該疊層堆疊與磁鐵的總軸向長度，以允許疊 層堆疊與磁鐵安裝於支架的端壁間， 藉此磁鐵係被直接承受在肋部上的支架所固定，以 對抗離心力。 2. 一種永久磁鐵轉子組件，包含： 一非磁性圓柱軸，具有一旋轉轴及一大致圓柱面， 具有偶數個下凹及外伸槽，其間定義偶數個肋部，該 12 1285016 等肋部在沿著垂直於旋轉軸所取的平面大致呈T形 面； 多數大致C形的高導磁疊層堆疊，包圍該等肋部 形成疊層堆疊的個別板間之分隔係位於垂直該旋轉 的平面中，每一板具有緣面，靠著該等肋部的外伸 份； 多數永久磁鐵，定位在每一下凹槽中，該等個別 久磁鐵間之分隔係位於垂直於旋轉軸的平面中，該 磁鐵具有分隔的圓周緣面靠著該疊層堆疊的板的 面，該等磁鐵具有大致平行的頂及底緣面，係位在 著垂直旋轉軸所取的圓柱軸的剖面之玆切處，該等 鐵係在每一圓周緣面以相反極性加以磁化，使得靠 任一 C形疊層堆疊的磁極為相同極性；及 多數非磁性支架，用以將疊層永久磁鐵固持於下 槽中，每一支架具有一頂及底壁靠著該疊層永久磁 的個別剖面的頂及底緣面，及每一支架具有軸端壁 其面係位在垂直於旋轉軸的平面中，及該等端壁的 直接靠著該等Τ形肋部的外伸部份，該等支架的頂 底面的總軸長度係大於該疊層堆疊及疊層磁鐵的總 長度，以允許疊層堆疊及磁鐵被安裝在支架的端壁 延伸部間， 藉此該等磁鐵被直接承受在肋部上的支架軸承所 剖 軸 部 永 等 緣 沿 磁 在 凹 鐵 ， 緣 及 軸 的 固 定，以對抗離心力。 13 1285016 3 . 一種磁性支架，用以支撐一永久磁鐵在具有一旋轉軸 的永久磁鐵轉子的面上的外伸下凹槽中，該支架係為 非磁性並包含：一頂及底壁靠著該永久磁鐵且其尺寸 為將永久磁鐵固持在外伸槽内；以及，軸端壁，大致 垂直於旋轉軸，並具有軸端壁的圓周緣被架構以直接 靠著該等槽的外伸部份，支架的頂及底壁在軸向的總 轴長度係大於磁鐵的總軸長度，以允許一磁鐵安裝於 該支架的軸端壁間，而在磁鐵的磁通路徑中沒有支架。 14