TWI398076B - 馬達的轉子 - Google Patents

Description

馬達的轉子

本發明係有關於一種馬達的轉子。

習用的馬達轉子具有P個(P代表一個數目，而在此例中，P為2)永久磁鐵101，其等係沿著一旋轉軸的周邊方向設置於一設在該旋轉軸上之轉子核心的表面上，並配置成互相鄰接，如第18圖中所示。但是，使用此種型式之轉子的馬達具有以下的問題：會因為反相器之載波頻率而產生高頻電流漣波，而致在馬達的定子核心及永久磁鐵上造成較高諧波鐵損，而更有甚者，也會加大轉矩漣波。在高速轉動時，會使用所謂的場衰減控制來透過電流相位角的提前而抑制感應電壓的增大。這會造成轉矩的快速減低。另外，如第19圖(專利參考文獻1：日本專利第3659012號)中所示，其提出一種馬達的轉子，包含有二永久磁鐵101及二由磁性材料製成的凸極103，其等係沿著一旋轉軸的周邊方向交替地設置。在此種馬達的轉子中，可因凸極103的存在而抑制轉矩漣波的產生。

日本專利公開第08-23664號(專利參考文獻2)揭露一種馬達的轉子，其包含有第一及第二分割轉子磁極單元。該第一分割轉子磁極單元包含有多個第一種的型式永久磁鐵磁極部位及多個由磁性材料製成的第一種型式凸極部位，其等係沿著一旋轉軸之周邊方向交替地設置在一轉子核 心的表面上。該第二分割轉子磁極單元包含有多個第二種型式的永久磁鐵磁極部位及多個由磁性材料製成的第二種型式凸極部位，其等係沿著該旋轉軸的該周邊方向交替地設置在該轉子核心的該表面上。在此種的馬達轉子中，可透過讓第一種型式永久磁鐵磁極部位的磁極弧角與第二種型式永久磁鐵磁極部位的不同，且讓第一種型式凸極部位的開口角與第二種型式凸極部位的不同，而能抑制轉矩漣波的產生。

日本專利公開第01-122353號之第6圖顯示出一種馬達的轉子，其包含有一轉子核心，以及第一及第二分割轉子磁極單元。該第一分割轉子磁極單元包含有P個(P是一正偶數)第一種型式永久磁鐵磁極部位，其等係設置於該轉子核心的表面上。該第二分割轉子磁極單元包含有P個(P是正偶數)第二種型式永久磁鐵磁極部位，其等係設置於該轉子核心的該表面上。該等第一種型式永久磁鐵磁極部位的磁極弧角小於該等第二種型式永久磁鐵磁極部位的磁極弧角。但是，如該公開文獻的第1圖及第16圖所示，永久磁鐵12a、12b係接合於一軛9上。該軛9的外側表面會曝露於在周邊方向上相鄰的永久磁鐵之間。

日本專利公開第2002-272066號之第6圖中顯示出一種馬達的轉子，其中在多邊形軛11上所設置的永久磁鐵35之間填充以一種磁性結合劑20。該磁性結合劑係透過將永久磁鐵粉末揉合於黏著劑內而形成的。但是，此公開文獻中所顯示的轉子並不設有第一及第二分割轉子磁極單元。在此轉子中，形成於相鄰永久磁鐵35之間的間隙在尺寸上較大，且係在該等永久磁鐵35設置在多邊形軛11上而形成的。這些間隙並不是因為永久磁鐵磁極部位的尺寸精度所致。在此公開文獻中，要填充於相鄰永久磁鐵35之間的結合劑20是透過將永久磁鐵粉末與黏著劑揉合在一起而得到的，即是所謂的磁性結合劑。此結合劑20內所用的永久磁鐵粉末是一種具有高頑磁性的鐵磁性材料。其係一種具有高磁性阻力的磁性材料。含有永久磁鐵粉末的結合劑20在將相鄰的永久磁鐵加以延伸及使填充有結合劑20的部位等效於永久磁鐵以消減齒隙轉矩上是相當地有效。

使用此種馬達轉子的馬達包含有一用以偵測磁極位置的霍爾元件，設置於一定子上，以供根據該轉子的位置來切換定子電樞的電流。該用以偵測磁極位置的霍爾元件通常是設置在永久磁鐵在旋轉軸軸向方向上之邊緣的旁邊。但是，在設有凸極部位之轉子上，如同第19圖(參閱專利文獻1)中所示者，在磁通量密度波(代表著轉子之旋轉角度與沿著軸向方向自該間隙洩漏出去的磁通量之密度間的關係的波)之零交點(Zero Crosses)附近處會發生磁通量T1的擾動，其會被用以偵測磁極位置的霍爾元件加以偵測到，如第20圖中所示。因此，磁通量密度波很難形成為正弦波的波形，造成磁極位置偵測上的誤差。雖然凸極部位的存在可以減少轉矩漣波，但馬達的轉矩也會減低。

在不設有凸極部位的轉子中，如同第18圖中所示者，雖然未觀察到馬達轉矩明顯地減低，但卻無法消除轉矩漣波。在此種轉子中，會因為永久磁鐵之尺寸精度之故而在永久磁鐵之間形成一間隙。該間隙會造成磁通量密度波中的磁通量擾動T2，如第21圖中所示。

另外，在專利文獻2中所揭露的馬達轉子中，在磁通量密度波的零交點附近處會發生磁通量的擾動，而該波將不易於形成為一正弦波，故可能會造成故障。

本發明之一目的是要提供一種馬達的轉子，及一種永久磁鐵旋轉馬達，其可以保有高的馬達轉矩，並能減少轉矩漣波的生成，且更有甚者，磁極位置偵測的準確度不會變差。

本發明的另一目的在於提供一種馬達的轉子及一種永久磁鐵旋轉馬達，其中在由用以偵測磁極位置的霍爾元件所偵測到磁通量密度波中不容易產生磁通量擾動，而該磁通量密度波可以形成為正弦波。

本發明的再一目的是要提供一種馬達的轉子及一種永久磁鐵旋轉馬達，其中可以抑制轉矩漣波而維持高轉矩，且甚至能在高速轉動下抑制較高諧波鐵損。

本發明的再另一目的在於提供一種馬達的轉子及一種永久磁鐵旋轉馬達，其可以在高速轉動下防止永久磁鐵及凸極脫離轉子核心。

本發明的馬達的轉子包含有一設置於一旋轉軸上的轉子核心、一第一分割轉子磁極單元、以及一第二分割轉子磁極單元。該第一分割轉子磁極單元包含有P個(P是正偶數)第一種型式的永久磁鐵磁極部位及P個(P是正偶數)由磁性材料製成的凸極部位。此等永久磁鐵磁極部位及凸極部位係沿著該旋轉軸的周邊方向交替地設置在該轉子核心的表面上。此第二分割轉子磁極單元包含有P個(P是正偶數)第二種型式的永久磁鐵磁極部位，係沿著該旋轉軸的該周邊方向互相相鄰地設置在該轉子核心的該表面上。

第一分割轉子磁極單元及第二分割轉子磁極單元係沿著該旋轉軸的軸向方向以邊靠邊的方式設置，而使得一沿著該旋轉軸之軸線延伸而通過該第一種型式永久磁鐵磁極部位中心的第一虛擬中心線重合於一沿著該旋轉軸之軸線延伸而通過該第二種型式永久磁鐵磁極部位中心的第二虛擬中心線。

“永久磁鐵磁極部位”的定義是由一個或多個永久磁鐵所構成的磁極部位。例如說，一永久磁鐵磁極部位可以由一個永久磁鐵構成，或者是二個或多個表面具有相同極性的永久磁鐵加以組配而成。“凸極部位”的定義是由一個或多個凸極所構成的部位。

當凸極部位是設置在第一分割轉子磁極單元上，如同本發明的馬達的轉子，在此凸極部位內會產生磁阻轉矩，可抑制較高諧波鐵損的加大，且轉矩漣波的生成也會受到抑制。藉由使用不具有凸極部位的第二分割轉子磁極單元，其可以抑制馬達轉矩的降低。但是，由於永久磁鐵磁極部位之尺寸精度所致，在該第二分割轉子磁極單元之該等P個第二種型式永久磁鐵磁極部位中二相鄰永久磁鐵磁極部位之間會形成一間隙。此間隙之所以會產生是因為永久磁鐵的尺寸精度之決定必須要考量到轉子核心之加工精度及轉子的組裝精度之故。在實際製造馬達的轉子時，必須採用某種的手段或方法來使該間隙在每一零件或組件的加工精度及組裝精度上而言能儘可能地小。要改善用來製做永久磁鐵磁極部位之永久磁鐵的尺寸精度是不容易的。事實上，若能充份地改善永久磁鐵的尺寸精度的話，則永久磁鐵的價格會變成相當的高。對於熟知此技藝之人士而言，在不改善永久磁鐵之尺寸精度的情形下來製造馬達的轉子是很常見的事。當沿著旋轉軸的周邊方向來配置多個永久磁鐵磁極部位時，不可避免地會在二個相鄰的永久磁鐵磁極部位之間形成一間隙。一般而言，該一間隙沿著該周邊方向測得的尺寸是約0.2至0.5公釐。但是，該間隙會在第二分割轉子磁極單元的磁通量密度波上造成擾動。因此，在本發明中，在該間隙內設置有一由軟性磁性材製成的間隔件。在配置著該由軟性磁性材料所製成的間隔件時，磁通量密度波上的擾動會被抑制，而磁通量密度波會接近於正弦波。

最好該第一種型式永久磁鐵磁極部位的磁極弧角θm與該凸極部位之開口角θs的比值(也就是θm/θs)是在1.5至2.5的範圍內。如果該比值(θm/θs)小於1.5，則轉矩會降低，而轉矩漣波也可能會增加。如果該比值(θm/θs)超過2.5，則高速轉動下的轉矩會降低，且無法完全地抑制較高諧波鐵損。在此例中，最好該第一分割轉子磁極單元在軸向方向上的長度L1與該第二分割轉子磁極單元在軸向方向上的長度L2的比值(也就是L1/L2)是在0.75至1的範圍內。

在第一分割轉子磁極單元在軸向方向上的長度L1等於第二分割轉子磁極單元在軸向方向上的長度L2時，其將可以抑制較高諧波鐵損的增加。

最好第一種型式永久磁鐵磁極部位及第二種型式永久磁鐵磁極部位係被分割加以磁化，而使得其等的磁化方向是平行於一通過該旋轉軸之中心及該等第一及第二永久磁鐵磁極部位之中心而正交於該等第一及第二虛擬中心線的第三虛擬中心線。以此方式，由用以偵測磁極位置的霍爾元件所偵測到的磁通量密度波的波形會更接近於正弦波。

最好能在第一及第二轉子磁極單元的外側周邊表面上設置一層保護層。該保護層係藉由將一由強化纖維材料製成的紗線捲繞於該等外側周邊表面上，並浸漬於黏著劑內而得以固定該紗線於其上而製成的。在此種配置下，即使轉子磁極單元是由二個(第一及第二)分割轉子磁極單元所構成的，該保護層亦可防止該等分割轉子磁極單元因為高速轉動時的離心力而脫離轉子核心。

特別的是，本發明所能獲得的磁通量密度波擾動的抑制效果在磁極位置的偵測實質上會影響到馬達的控制的高速旋轉馬達中會很明顯地表現出來。高速旋轉馬達的定義是旋轉軸以每分鐘150,000轉或更高之高速旋轉。在此種高速旋轉馬達中，由於因磁通量密度波之擾動而造成的磁極位置的偵測精度的衰減會大幅度地減低馬達的控制精度，因此本發明所達成的效果是相當顯著的。

在設有本發明之馬達轉子的永久磁鐵旋轉馬達中，一用以偵測該馬達轉子的磁極位置的霍爾元件係設置用來測量自該第二種型式永久磁鐵磁極部位洩漏出之漏磁通量。藉由此種配置，如前所述，在由用以偵測磁極位置的霍爾元件所偵測到的磁通量密度波內很難產生磁通量的擾動，且磁通量密度波的波形會接近於正弦波，以抑制馬達控制上的故障情形。

根據本發明的馬達的轉子，由於在第一分割轉子磁極單元內設置凸極部位之故，會在凸極部位內產生磁阻轉矩，故可抑制較諧波鐵損的增大。在第二分割轉子磁極單元中，由於第二種型式永久磁鐵磁極部位係互相相鄰設置的，因此可以抑制馬達轉矩的降低。再者，在本發明中，在因為永久磁鐵磁極部位之尺寸精度之故而形成於第二分割轉子磁極單元之多個永久磁鐵磁極部位中的二相鄰永久磁鐵磁極部位之間的間隙內插入由軟性磁性材料所製成的間隔件。該軟性磁性材料具有較小的頑磁性，但有著較大的相對導磁率(較小磁阻)。藉由將軟性磁性材料製成的間隔件設置於永久磁鐵磁極部位之間的間隙內，該間隙的磁阻將可減低。因此之故，其將可抑制自第二分割轉子磁極單元洩漏出之漏磁通量的磁通量密度波的擾動，而使得該磁通量密度波的波形更接近於正弦波。因此之故，可以抑制磁極位置之偵測準確度的降低。

現在將配合圖式來詳細說明本發明的較佳實施例。第1圖是根據本發明之一實施例的永久磁鐵旋轉馬達的部份剖面圖。在此圖式中，馬達的轉子是以頂視平面圖繪製，而其他的部位則是以剖面圖繪製，以供易於瞭解。如第1圖中所示，本實施例中的馬達包含有一馬達定子1及一馬達轉子3。定子1具有一對托架5A、5B及一電樞7。該對托架5A、5B以可轉動的方式支撐住轉子3。一供轉子3使用之用以偵測磁極位置的霍爾元件9是固定於該對托架5A、5B中的一托架5B上。該用以偵測磁極位置的霍爾元件9係設置於距一將於稍後加以說明的第二種型式永久磁鐵磁極部位25之一邊緣約1公釐之處，以供偵測自該第二種型式永久磁鐵磁極部位25洩漏出的漏磁通量。電樞7包含有一電樞核心8及多個捲繞於電樞核心8上的繞組10，並係由該對托架5A、5B以夾置關係加以支撐住。

第2圖是馬達的轉子3的外觀圖，而第3A圖及第3B圖則分別是沿著第2圖中線段A－A及B－B所取的剖面圖。第4圖是馬達的轉子3的分解圖。這些圖式中略去一將於稍後再加以說明的保護層19。為更易於瞭解，在3A圖及第3B圖中省略掉代表剖面的陰影線。如第1圖至第4圖中所示，該馬達的轉子3包含有一旋轉軸11、一轉子核心13、一第一分割轉子磁極單元15、一第二分割轉子磁極單元17、以及該保護層19。轉子核心13在形狀上係呈圓柱狀，並係一體地設置於旋轉軸11在軸向方向上的中心部位上。第一分割轉子磁極單元15包含有P個(P是正偶數，在此例中為二)第一種型式永久磁鐵磁極部位21及P個(P為正偶數，在此例中為二)由磁性材料製成的凸極部位23。該等永久磁鐵磁極部位21及凸極部位23係沿著旋轉軸11之周邊方向交替地設置於轉子核心13之表面的一部份上。第二分割轉子磁極單元17包含有P個(P是正偶數，在此例中為二)第二種型式永久磁鐵磁極部位25，互相鄰接地設置於轉子核心13的該表面的另一部份上。在一因為製造尺寸精度之故而形成於該等第二種型式永久磁鐵磁極部位25中的二相鄰第二種型式永久磁鐵磁極部位25之間的間隙內設置有一由軟性磁性材料所製成的間隔件27。該間隙的厚度尺寸，亦即該間隙沿著旋轉軸之周邊方向所測得的尺寸，是約0.2至0.5公釐。理論上，該間隙最好是完全由該間隔件27加以填滿。但是，由於要將該間隙完全填滿並不容易，因此要事先準備二種或多種具有不同厚度尺寸的間隔件。在實際製造馬達的轉子的製程中是將具有最適合填滿該間隙之厚度尺寸的間隔件27插置於該間隙內。該間隔件27可以是藉由使用壓機對鐵金屬粉末做密實模製加工而製成的模製零件，或者也可以是以壓平或金屬輥軋方式將磁性鐵片的厚度加以縮減而製成的薄片材所構成。

在本實施例中，第一及第二種型式永久磁鐵磁極部位21、25係分別由一個永久磁鐵所構成的。每一凸極部位23是由以壓機對鐵金屬粉末做密實模製而製成的模製零件所構成的。此外，每一個由軟性磁性材料所製成的間隔件27亦是以由壓機進行密實模製而加以模製而成的一鐵金屬粉末模製零件所構成的。如第2圖中所示，第一分割轉子磁極單元15及第二分割轉子磁極單元17係沿著旋轉軸11的軸向方向以邊靠邊的方式配置的，而使得一沿著旋轉軸11之軸線A延伸而通過第一種型式永久磁鐵磁極部位21之中心的第一虛擬中心線C1會重合於一沿著該軸線A延伸而通過第二種型式永久磁鐵磁極部位25之中心的第二虛擬中心線C1’。

第一種型式永久磁鐵磁極部位21及第二種型式永久磁鐵磁極部位25係被分別加以磁化，而使得其等的磁化方向平行於一通過該旋轉軸11之中心及該等第一及第二永久磁鐵磁極部位之中心且正交於該等第一或第二虛擬中心線C1、C1’的第三虛擬中心線C3，如第3圖中所示。

第一分割轉子磁極單元15在軸向方向上的長度L1是等於第二分割轉子磁極單元17在軸向方向上的長度L2。最好長度L1對長度L2的比值(L1/L2)是在0.75至1的範圍內。如前所述，凸極部位23係由以壓機對鐵金屬粉末做密實模製而製成的模製零件，與轉子核心13是分別製做的。

如第3圖中所示，第一種型式永久磁鐵磁極部位21之磁極弧角θm與該凸極部位23之開口角θs的比值(也就是θm/θs)是在1.5至2.5的範圍內。

如第5圖中所示，固定在在第一及第二轉子磁極單元15、17的外側周邊表面上的保護層19(參閱第1圖)是藉由將一由強化纖維材料製成的緊綳紗線19a捲繞於該等外側周邊表面上，並將該紗線19a浸漬於黏著劑內而得以固定該紗線於其上而製成的。

第6圖顯示出自第二分割轉子磁極單元洩漏之漏磁通量的磁通量密度波形(此波形代表著轉子之旋轉角度與沿著軸向方向自該間隙洩漏出的磁通量之密度間的關係)，其係由本發明之馬達內用以偵測磁極位置的霍爾元件所加以偵測的。如自第6圖中所可得知的，第20圖及第21圖中所示之磁通量的擾動基本上不會發生在根據本發明之馬達的磁通量密度波內。也就是說，該磁通量密度波的波形接近於一正弦波。第6圖中以虛線顯示的波是未將間隔件插入至間隙內之時的磁通量密度波。

接下來將透過使用本實施例的馬達(本發明的馬達)、一使用第18圖中所示之轉子的馬達(對比例或對照例一之馬達)、以及一使用第19圖中之轉子的馬達(對比例或對照例二之馬達)來探討轉子之旋轉角度與轉矩強度間的關係。第7圖至第10圖分別顯示出在電流越前角為0度、20度、40度、60度時，每一種馬達之轉子旋轉角度與轉矩間的關係。第11圖顯示出每一種馬達的電流越前角與平均轉矩間的關係。如第7圖至第11圖中可以得知的，當電流越前角為0度時，對照例一的馬達具有最大的轉矩。另一方面，當電流越前角分別為20度、40度、60度時，本實施例的馬達具有較那些對比範例，即對照例一及對照例二，為高的轉矩。此外，可以知道在每一種電流越前角中，根據本發明之實施例的馬達中具有較對照例二為小的轉矩漣波。

第12圖顯示出根據本發明之實施例及那些對比範例，即對照例一及對照例二，之馬達的相位感應。自此圖中可以得知，本實施例的馬達具有較對照例一為大的相位感應，並具有與對照例二沒有太大差異的相位感應。因此，可以瞭解到，本實施例的馬達可以抑制由反相器載波頻率所造成的高頻電流漣波的產生，也可以抑制較高諧波鐵損的加大。

第13A圖及第13B圖分別是根據本發明另一實施例的永久磁鐵旋轉馬達轉子的第一及第二分割轉子磁極單元215、217的剖面圖。為更易於瞭解，在13A圖及第13B圖中省略掉代表剖面的陰影線。在此實施例的馬達的轉子中，第一及第二種型式永久磁鐵磁極部位221、225是被分別加以磁化，而使得其等的磁化方向(箭號M2)是朝向旋轉軸211的徑向方向，其將稱為徑向磁化方位。其他的零件則大致上與第1圖至第4圖中所示之馬達的轉子相同。第14圖顯示出供此實施例之馬達使用之用以偵測磁極位置的霍爾元件所偵測出的磁通量密度波。如第14圖中所示，如同第20圖及第21圖中所示之磁通量擾動並不會發生在此實施例之馬達的磁通量密度波內，但其波形變成一方波。

第15圖是供根據本發明再一實施例之永久磁鐵旋轉馬達的馬達轉子3的外觀圖。第16A圖及第16B圖分別是沿著第15圖中線段A－A及B－B所取的剖面圖。第17圖是馬達轉子3的分解圖。在此實施例的馬達轉子3中，凸極部位323與間隔件327是形成為一體的。如第15圖至第17圖中所示，此馬達轉子3包含有旋轉軸11、轉子核心13、第一分割轉子磁極單元15、第二分割轉子磁極單元17、以及保護層19。轉子核心13在形狀上係呈圓柱狀，並係一體地設置於旋轉軸11在軸向方向上的中心部位上。第一分割轉子磁極單元15包含有P個(P是正偶數，在此例中為二)第一種型式永久磁鐵磁極部位21及P個(P為正偶數，在此例中為二)由磁性材料製成的凸極部位323，且該等永久磁鐵磁極部位21及凸極部位323係沿著旋轉軸11之周邊方向交替地設置於轉子核心13之表面的一部份上。第二分割轉子磁極單元17包含有P個(P是正偶數，在此例中為二)第二種型式永久磁鐵磁極部位25及P個(P是正偶數，在此例中為二)由軟性磁性材料製成的間隔件327，且該等永久磁鐵磁極部位25及間隔件327係沿著旋轉軸11之該周邊方向交替地設置於轉子核心13之該表面的另一部份上。根據此實施例，凸極部位323及間隔件327係形成為一體的。間隔件327係插置於一由於製造尺寸精度之故而形成於二相鄰第二種型式永久磁鐵磁極部位25之間的間隙內。在此實施例中，第一及第二種型式永久磁鐵磁極部位21、25是分別由一永久磁鐵所構成的。如第15圖中所示，第一分割轉子磁極單元15及第二分割轉子磁極單元17係沿著旋轉軸11的軸向方向以邊靠邊的方式配置的，而使得一沿著旋轉軸11之軸線A延伸而通過第一種型式永久磁鐵磁極部位21之中心的第一虛擬中心線C1會重合於一沿著該軸線A延伸而通過第二種型式永久磁鐵磁極部位25之中心的第二虛擬中心線C1’，且一沿著該軸線A延伸而通過凸極部位323之中心的第四虛擬中心線C2會重合於一沿著該軸線A延伸而通過間隔件327之中心的第五虛擬中心線C2’。

如第16圖中所示，第一種型式永久磁鐵磁極部位21及第二種型式永久磁鐵磁極部位25係被分別加以磁化，而使得其等的磁化方向(箭號M1)是平行於一通過旋轉軸11之中心及永久磁鐵磁極部位之中心的第三虛擬中心線C3。

此外，第一分割轉子磁極單元15在軸向方向上的長度L1是等於第二分割轉子磁極單元17在軸向方向上的長度L2。最好長度L1對長度L2的比值(L1/L2)是在0.75至1的範圍內。凸極部位323及間隔件327係由以壓機對鐵金屬粉末做密實模製而一體模製而成的單一零件，並係與轉子核心13是分別製做的。

如第16圖中所示，第一種型式永久磁鐵磁極部位21之磁極弧角θm1小於第二種型式永久磁鐵磁極部位25之磁極弧角θm2，而凸極部位323之開口角θs1大於間隔件327之開口角θs2。詳細地說，第一種型式永久磁鐵磁極部位21的磁極弧角θm1與凸極部位323之開口角θs1的比值(θm1/θs1)是一個位在1.5至2.5範圍內的值。間隔件327之外側周邊的弧長最好是1公釐或更小。在此例中，當一涵蓋該間隔件外側周邊的假想圓的半徑定義為R，則第二種型式永久磁鐵磁極部位25的磁極弧角θm2與間隔件327之開口角θs2的比值(θm2/θs2)是(πR-1)或更大，其中π是pi(圓周對直徑的比值)。

在此實施例中，凸極部位323的開口角θs1是54度，而間隔件327的開口角θs2是4.5度。

另一種可能是，第一種型式永久磁鐵磁極部位的磁極弧角θm1與凸極部位之開口角θs1的比值(θm1/θs1)是在4.5至7.5範圍內，而間隔件之外側周邊的弧長是1公釐或更小。在此例中，最好第一分割轉子磁極單元在軸向方向上的長度L1與第二分割轉子磁極單元在軸向方向上的長度L2的比值(L1/L2)是在1至1.33的範圍內。

在前述的每一實施例中，凸極部位23及轉子核心13均是分別製做的。凸極部位也可以與轉子核心一體地設置。

在前述每一實施例中，第一及第二種型式永久磁鐵磁極部位21、25是分別由一永久磁鐵所構成的，且凸極部位23、223、323亦是由一永久磁鐵所構成的。第一及第二種型式永久磁鐵磁極部位21、25可以分別由多個永久磁鐵所構成，且凸極部位23亦可由多個永久磁鐵所構成。再者，本發明並不僅限於前述的實施例，而在不脫離本發明範疇的情形下，仍可有多種的變化及改良。

1．．．定子

3．．．轉子

5A．．．托架

5B．．．托架

7．．．電樞

8．．．電樞核心

9．．．霍爾元件

10．．．繞組

11．．．旋轉軸

13．．．轉子核心

15．．．第一分割轉子磁極單元

17．．．第二分割轉子磁極單元

19．．．保護層

19a．．．紗線

21．．．第一種型式永久磁鐵磁極部位

23．．．凸極部位

25．．．第二種型式永久磁鐵磁極部位

27．．．間隔件

211．．．旋轉軸

215．．．第一分割轉子磁極單元

217．．．第二分割轉子磁極單元

221．．．第一種型式永久磁鐵磁極部位

225．．．第二種型式永久磁鐵磁極部位

323．．．凸極部位

327．．．間隔件

C1．．．第一虛擬中心線

C1’．．．第二虛擬中心線

C2．．．第四虛擬中心線

C2’．．．第五虛擬中心線

C3．．．第三虛擬中心線

L1．．．長度

L2．．．長度

第1圖是根據本發明之一實施例的永久磁鐵旋轉馬達的部份剖面圖。

第2圖是使用於第1圖中所示之永久磁鐵旋轉馬達內的馬達的轉子的外觀圖。

第3A圖及第3B圖分別是沿著第2圖中線段A－A及B－B所取的剖面圖。

第4圖是第2圖中所示之馬達的轉子的分解圖。

第5圖顯示出保護層是如何地固定至第2圖中所示之馬達的轉子的第一及第二分割轉子磁極單元的外側周邊表面上。

第6圖顯示出由第1圖中所示之永久磁鐵旋轉馬達中所使用之用以偵測磁極位置的霍爾元件所偵測出的磁通量密度波。

第7圖顯示出一實驗中所用之每一種馬達之轉矩與轉子旋轉角度之間在電流越前角為零度時的關係。

第8圖顯示出該實驗中所用的每一種馬達之轉矩與轉子旋轉角度之間在電流越前角為20度時的關係。

第9圖顯示出該實驗中所用的每一種馬達之轉矩與轉子旋轉角度之間在電流越前角為40度時的關係。

第10圖顯示出該實驗中所用的每一種馬達之轉矩與轉子旋轉角度之間在電流越前角為60度時的關係。

第11圖顯示出該實驗中所用的每一種馬達的平均轉矩與電流越前角間的關係。

第12圖顯示出根據本發明之實施例及對比例或對照例一及二之馬達的相位感應。

第13A圖及第13B圖分別是根據本發明另一實施例的永久磁鐵旋轉馬達轉子的第一及第二分割轉子磁極單元的剖面圖。

第14圖顯示出由使用第13圖中所示之轉子的永久磁鐵旋轉馬達中所使用之用以偵測磁極位置的霍爾元件所偵測出的磁通量密度波。

第15圖是供根據本發明再一實施例之永久磁鐵旋轉馬達所使用之轉子的外觀圖。

第16A圖及第16B圖分別是沿著第15圖中線段A－A及B－B所取的剖面圖。

第17圖是第15圖中所示之馬達的轉子的分解圖。

第18圖是一習用例的馬達的轉子的頂視平面圖。

第19圖是另一習用例的馬達的轉子的頂視平面圖。

第20圖顯示出由使用第19圖中所示之轉子的永久磁鐵旋轉馬達中所使用之用以偵測磁極位置的霍爾元件所偵測出的磁通量密度波。

第21圖顯示出由使用第18圖中所示之轉子的永久磁鐵旋轉馬達中所使用之用以偵測磁極位置的霍爾元件所偵測出的磁通量密度波。

1．．．定子

3．．．轉子

5A．．．托架

5B．．．托架

7．．．電樞

8．．．電樞核心

9．．．霍爾元件

10．．．繞組

11．．．旋轉軸

19．．．保護層

Claims (8)

1. 一種馬達的轉子，包含有：一轉子核心，設置於一旋轉軸上，一第一分割轉子磁極單元，包含有P個(P是正偶數)第一種型式的永久磁鐵磁極部位及P個(P是正偶數)由磁性材料製成的凸極部位；該等第一種型式永久磁鐵磁極部位及凸極部位係沿著該旋轉軸的周邊方向交替地設置在該轉子核心的表面上，以及一第二分割轉子磁極單元，包含有P個(P是正偶數)第二種型式的永久磁鐵磁極部位，沿著該旋轉軸的周邊方向互相相鄰地設置在該轉子核心的該表面上，該等第一分割轉子磁極單元及第二分割轉子磁極單元係沿著該旋轉軸的軸向方向以邊靠邊的方式設置，而使得一沿著該旋轉軸之軸線延伸而通過該第一種型式永久磁鐵磁極部位中心的第一虛擬中心線會重合於一沿著該旋轉軸之軸線延伸而通過該第二種型式永久磁鐵磁極部位中心的第二虛擬中心線，其中在第二分割轉子磁極單元的P個第二種型式永久磁鐵磁極部位的二相鄰永久磁鐵磁極部位之間，因為該等永久磁鐵磁極部位之尺寸精度之故而形成有一間隙；以及一由軟性磁性材製成的間隔件，設置於該間隙內。
2. 如申請專利範圍第1項之馬達的轉子，其中該間隙在周邊方向上的寬度是1.0公釐或更小。
3. 如申請專利範圍第1項之馬達的轉子，其中該第一種型式永久磁鐵磁極部位的磁極弧角θm與該凸極部位之開口角θs的比值(也就是θm/θs)是在1.5至2.5的範圍內，且該第一分割轉子磁極單元在軸向方向上的長度L1與該第二分割轉子磁極單元在軸向方向上的長度L2的比值(也就是L1/L2)是在0.75至1的範圍內。
4. 如申請專利範圍第3項所述之馬達的轉子，其中該第一分割轉子磁極單元在軸向方向上的長度L1等於該第二分割轉子磁極單元在軸向方向上的長度L2。
5. 如申請專利範圍第1項所述之馬達的轉子，其中該等第一種型式永久磁鐵磁極部位及該等第二種型式永久磁鐵磁極部位係被分割加以磁化，而使得其等的磁化方向是平行於一通過該旋轉軸之中心及該等第一及第二永久磁鐵磁極部位之中心而正交於該等第一及第二虛擬中心線的第三虛擬中心線。
6. 如申請專利範圍第1項所述之馬達的轉子，其中在第一及第二轉子磁極單元的外側周邊表面上設有一層保護層，該保護層係藉由將一由強化纖維材料製成的紗線捲繞於該等外側周邊表面上，並浸漬於黏著劑內而得以固定該紗線於其上而製成的。
7. 如申請專利範圍第1項所述之馬達的轉子，係供用於高速旋轉馬達內，其中該旋轉軸係以每分鐘150,000轉或更高之高速旋轉。
8. 一種永久磁鐵旋轉馬達，包含有申請專利範圍第1項至第7項中任一項之馬達的轉子，其中一用來偵測該馬達之轉子的磁極位置的霍爾元件係設置用來測量自該第二種型式永久磁鐵磁極部位洩漏出之漏磁通量。