TWI427895B - Motor - Google Patents

Description

電動機

本發明係有關一種電動機，在提供一種可在轉子有效面積內增加磁鐵用量，以提高效率之電動機。

現今產業界中，常需要提供動力以驅動機械做旋轉、或其他形式之運動，此時常以馬達作為動力來源；由於馬達可將電能或磁能轉換成為機械能，故廣泛地應用於各種工業、電器、運輸系統等裝置上，已成為一種不可或缺的設備。

馬達大致可分為直流、交流、有刷、或無刷等型式，一般而言，馬達之結構係由一轉子以及一定子所組成，藉由轉子及定子問的磁通分佈，促使轉子進行旋轉運動，將此旋轉運動傳導出來之後，便可提供所需之機械能。其中，利用磁鐵本身具有磁性之特色，加以運用提供磁通者，係為永磁式電動機，由於永磁式電動機可在有限的體積內形成較大之轉矩、效能及精確度亦較高，故在市場上受到矚目。

請參閱第一圖所示為第一種習知永磁式電動機10之結構示意圖，其包含一轉子11以及一定子12，該轉子11上設置有複數個磁鐵111，而定子12則呈一環狀結構，且於內緣上環設有複數個定子磁極121，定子磁極121上則可繞設有線圈，待轉子11與定子12相互套設之後，轉子11與定子12之間恰形成一氣隙，當線圈通有電流時，由導磁性材質所製成之定子磁極121藉由轉子11之磁鐵111彼此作用，即產生一旋轉運動；該轉子11可另具有一心軸13，以便在轉子11進行旋轉運動時，將機械能傳導出來，供作進一步之使用。

其中，第一圖所示之轉子11中，其具有複數轉子磁極112，如圖所示係以四極馬達為例，故具有四個轉子磁極112，各轉子磁極112所設置之磁鐵111，其形狀幾為弧形橫剖面(由二個不同半徑之弧面構成)。因為磁鐵111置於轉子11中，故機械強度高，安裝及加工都較簡單，成本較低。只是有效利用的磁鐵容積較小，磁通量較小，因此無法充分提高電動機之效率。

如第二圖所示為本國專利公告號第582670號，專利名稱「永久磁鐵轉子型電動機」，其同樣包含一轉子11以及一定子12，該轉子11上設置有複數個磁鐵111，其形狀幾為扇形橫剖面。其有效利用的磁鐵容積雖較大，但容易產生運轉噪音。

本發明係之主要目的即在提供一種可在轉子有效面積內增加磁鐵用量，以提高效率之電動機。

本發明之電動機係設有：定子、轉子以及轉軸，該轉子並形成有複數轉子磁極，而各轉子磁極係設有一磁鐵，各磁鐵靠近外側係為一內凹之弧面，以及靠近內側形成有第一、第二、第三平面，且該弧面與第一、第三平面間則分別以連接面相互連接，各連接面則靠近該轉子之周面，該第一、第三平面與該第二平面形成之夾角分別為θ1、θ3，使轉子磁極之數量為P時，其滿足【90+(180/P)】度之條件，且於該弧面靠近第一平面之末端切線斜率小於或等於第一平面之斜率、於該弧面靠近第三平面之末端切線斜率小於或等於第三平面之斜率，藉由上述磁鐵之設計可在轉子有效面積內增加磁鐵用量，以提高電動機之效率，並可降低運轉時之噪音。

本發明之特點，可參閱本案圖式及實施例之詳細說明而獲得清楚地瞭解。

本發明主要針對一般電動機加以改良，如第三圖及第四圖所示，該永磁式電動機20係包含有：定子21、轉子22以及轉軸23；其中：該定子21係具有一環狀主體部211以及複數定子磁極212，各定子磁極212係凸設於該主體部211內部，而各定子磁極212內並形成有一容置空間。

該轉子22係設置於該容置空間中，並與各定子磁極212間具有氣隙，該轉子22並形成有複數轉子磁極221，而各轉子磁極221中並設有磁鐵222。

複數轉子磁極221之數量係為偶數設置，當轉子磁極之數量為P時，該定子磁極之數量滿足【P+(P/2)】之條件，而本實施係以四極馬達為例，故具有四個轉子磁極221，以及四個定子磁極212。

複數磁鐵222，係分別設於各轉子磁極221中，各磁鐵222係為鐵氧材質，各磁鐵222靠近外側係為一內凹之弧面R1，以及靠近內側形成有第一、第二、第三平面S1、S2、S3，且該弧面R1與第一、第三平面S1、S3間則分別以連接面S4相互連接，各連接面S4則靠近該轉子22之周面，該第一、第三平面S1、S3與該第二平面S2形成之夾角分別為θ1、θ3，使轉子磁極221之數量為P時，其滿足【90+(180/P)】度之條件，如圖所示之實施例中，P=4，而θ1=θ3=135度，且於該弧面R1靠近第一平面S1之末端A的切線(L_A )斜率小於或等於第一平面S1之斜率、於該弧面R1靠近第三平面S3之末端B的切線(L_B )斜率小於或等於第三平面S3之斜率，該相鄰磁鐵222之第一平面S1及第三平面S3相互平行。

該轉軸23係設於轉子22之中心處，與轉子22設為一體。

如第五圖之第二實施例所示，該電動機20係為六極馬達，故具有六個轉子磁極221，以及九個定子磁極212，而各轉子磁極221上之磁鐵222同樣符合上述條件。

故本發明之電動機運轉時，藉由上述磁鐵之設計可在轉子有效面積內增加磁鐵用量，以提高電動機之效率，並可降低運轉時之噪音。

如第六圖所示係表示第一種習知電動機(如第一圖所示)以及本發明電動機之運轉效率說明圖。如圖所示，於相同運轉轉速下，本發明電動機之運轉效率相對較高。如第七圖所示係表示第一種習知電動機(如第一圖所示)之頓轉轉矩(Cogging Torque)對應於轉子位置的波形圖。如第八圖所示係表示本發明電動機之頓轉轉矩(Cogging Torque)對應於轉子位置的波形圖，該頓動轉矩為馬達未激磁下，轉子磁鐵與定子齒槽互相作用而產生的轉矩，此大小會影響馬達的震動噪音，若數值越高，可能影響馬達之效能或產生振動、噪音之情形較為嚴重，若數值越低，可減少振動、噪音產生之機會；而以第七圖與第八圖可知本發明電動機之頓動轉矩較低，有效減少振動、降低噪音。

如第九圖所示係表示第二種習知電動機(如第二圖所示)以及本發明電動機之頓轉轉矩對應於轉子位置的波形圖。如圖可知本發明電動機其轉矩波形較密，振幅較低，使電動機於低速運轉時震動表現較佳。

再者，該轉子磁極221上係進一步設有鉚釘孔224，該轉子磁極之弧面R1與鉚釘孔224之距離係大於0.5mm，可加強轉子22之結構強度，或不穿設鉚釘孔而保持空洞狀態時，可減少轉子之轉動慣量，並可作為散熱之用。

本發明之技術內容及技術特點巳揭示如上，然而熟悉本項技術之人士仍可能基於本發明之揭示而作各種不背離本案發明精神之替換及修飾。因此，本發明之保護範圍應不限於實施例所揭示者，而應包括各種不背離本發明之替換及修飾，並為以下之申請專利範圍所涵蓋。

10．．．永磁式電動機

11．．．轉子

111．．．磁鐵

112．．．轉子磁極

12．．．定子

121．．．定子磁極

13．．．心軸

20．．．永磁式電動機

21．．．定子

211．．．環狀主體部

212．．．定子磁極

22．．．轉子

221．．．轉子磁極

222．．．磁鐵

224．．．鉚釘孔

23．．．轉軸

A．．．末端

L_A ．．．切線

B．．．末端

L_AB ．．．切線

R1．．．弧面

S1．．．第一平面

S2．．．第二平面

S3．．．第三平面

S4．．．連接面

第一圖係為第一種習知電動機中轉子與定子之結構示意圖。

第二圖係為第二種習知電動機中轉子與定子之結構示意圖。

第三圖係為本發明電動機中轉子與定子之第一實施例結構示意圖。

第四圖係為本發明中磁鐵之第一實施例放大結構示意圖。

第五圖係為本發明電動機中轉子與定子之第二實施例結構示意圖。

第六圖所示係表示第一種習知電動機(如第一圖所示)以及本發明電動機之運轉效率說明圖。

第七圖所示係表示第一種習知電動機(如第一圖所示)之頓轉轉矩對應於轉子位置的波形圖。

第八圖所示係表示本發明電動機之頓轉轉矩對應於轉子位置的波形圖。

如第九圖所示係表示第二種習知電動機以及本發明電動機之頓轉轉矩對應於轉子位置的波形圖。

22．．．轉子

222．．．磁鐵

224．．．鉚釘孔

A．．．末端

L_A ．．．切線

B．．．末端

L_AB ．．．切線

R1．．．弧面

S1．．．第一平面

S2．．．第二平面

S3．．．第三平面

S4．．．連接面

Claims (6)

1. 一種電動機，其係包含有：一定子，該定子係具有一環狀主體部以及複數定子磁極，各定子磁極係凸設於該主體部內部，而各定子磁極內並形成有一容置空間；一轉子，該轉子係略成圓形之片體，係設置於該容置空間中，並與各定子磁極間具有氣隙，該轉子並形成有複數轉子磁極，而各轉子磁極中並設有磁鐵；複數磁鐵，係分別設於各轉子磁極中，各磁鐵靠近外側係為一內凹之弧面，以及靠近內側形成有第一、第二、第三平面，且該弧面與第一、第三平面間則分別以連接面相互連接，各連接面則靠近該轉子之周面，該第一、第三平面與該第二平面形成之夾角分別為θ1、θ3，使轉子磁極之數量為P時，其滿足【90+(180/P)】度之條件，且於該弧面靠近第一平面之末端切線斜率小於或等於第一平面之斜率、於該弧面靠近第三平面之末端切線斜率小於或等於第三平面之斜率；以及一轉軸，係設於轉子之中心處，與轉子設為一體。
2. 如請求項1所述之電動機，其中，該相鄰磁鐵之第一平面及第三平面相互平行。
3. 如請求項1或2所述之電動機，其中，該轉子磁極上係設有鉚釘孔。
4. 如請求項3所述之電動機，其中，該轉子磁極之弧面與鉚釘孔之距離係大於0.5mm。
5. 如請求項1或2所述之電動機，其中，該P係為偶數，而該定子磁極之數量為【P+(P/2)】。
6. 如請求項1或2所述之電動機，其中，該磁鐵係為鐵氧材質。