TWI487247B - Brushless permanent magnet motor - Google Patents

Description

無刷永磁馬達

本發明係關於一種無刷永磁馬達，特別是指一種具有套筒結構之無刷永磁馬達，其結構穩固，且可有效地減少磁通密度瞬間之變化及降低頓轉轉矩及轉矩之漣波，並大幅改善噪音振動之問題。

與傳統馬達相比，無刷永磁達具有較高的效率及轉矩密度，也因此被廣泛地應用於各種驅動系統上，例如：船舶推進器，除草機、電梯牽引機等。而市面上的無刷永磁馬達大多存在著頓轉轉矩較大之問題，其原因在於定子之齒部間隙過大，使得無刷永磁馬達之性能降低，尤其是低轉速之情況下更是顯著，久而久之將影響無刷永磁馬達的正常運轉。

為克服上述之缺陷，如圖1所示，為改良之無刷永磁馬達5，係由一定子51以及一轉子53所構成，其中定子51於內周緣面511設有複數個齒部513，以及各齒部513之間具有複數個定子槽515，各齒部513上可纏繞線圈，而轉子53之周緣裝設有複數個相互連結且彼此相鄰具不同極性之磁鐵單元55，並且各該磁鐵單元55位於定子51之齒部511與轉子53之間，當通入一直流電於線圈時，對應於設置在轉子53上之各磁體單元55即產生一旋轉磁場，藉此使該轉子53進行旋轉。

上述改良之無刷永磁馬達利用該定子具複數個齒部之結構，且各齒部相鄰處形成有一較小之間隙，因此，當該線圈通入直流電產生一旋轉磁場時，該各齒部之間隙的磁通密度將高於齒部朝磁鐵單元的一側；然而，當上述改良之無刷永磁馬達轉動後，各磁體單元相連接之縱切面通過各齒部相鄰之間隙時，即會產生一磁場切斷的聲音，因此，上述之改良仍無法有效地改善齒隙效應造成頓轉轉矩較大以及噪音之問題。

綜上所陳，習用之結構具有上述之缺失而有待改進。

本發明之主要目的在於提供一種無刷永磁馬達，其結構穩固，且可有效地減少磁通密度瞬間之變化及降低頓轉轉矩及轉矩之漣波，並大幅改善噪音振動之問題。

為了達成上述目的，本發明所提供之無刷永磁馬達包含有一轉子、一磁鐵組、一定子以及一套筒，該磁鐵組組設於該轉子之周緣；該定子套設該轉子及該磁鐵組且與該轉子同軸，該定子包括有一內周緣面、一沿該內周緣面設置之複數個齒部，以及於各該齒部之間形成複數個定子槽，可供線圈纏繞於各該齒部且位於各該定子槽，各該齒部遠離該內周緣面之一端具有一前端部，各該前端部之間形成一卡掣區；以及該套筒包括有一薄壁面以及於該薄壁面對應各該卡掣區之位置分別設有一卡掣部，各該卡掣部可嵌卡於各該卡 掣區之中，且該套筒與該轉子及該定子同軸且位於該磁鐵組與該定子之間。

其中該套筒之薄壁面上設有複數個開孔。

其中各該開孔係開設於各該卡掣部上。

其中該套筒之各開孔係成等間距地排列。

其中該套筒之形狀為圓形或多邊形。

其中該轉子包括有一外周緣面以及一沿該外周緣面設置之複數個嵌槽，該磁鐵組係由複數個磁鐵單元所組成，各該磁鐵單元可嵌卡於各該嵌槽內。

其中各該嵌槽由該轉子朝該定子之方向依序具有一第一容置空間及一第二容置空間，該第一容置空間之容積大於該第二容置空間。

其中各該磁鐵單元分別具有一外弧面、一內弧面以及二側面，其中各該側面鄰近該內弧面之處設有一凸緣，以供各該磁鐵單元嵌卡於各該嵌槽之第一、第二容置空間。

藉此，本發明在不改變該轉子型式之前提下，以增大該定子內徑之方式讓該套筒可設於該定子之中，並利用該套筒之卡掣部嵌卡於該定子之卡掣區的結構，用以減少磁通密度瞬間之變化，並降低頓轉轉矩及轉矩之漣波，進而大幅改善噪音振動之問題。

為使 貴審查委員能進一步了解本發明之構成、特徵及其目的，以下乃舉本發明之若干實施例，並配合圖式 詳細說明如後，同時讓熟悉該技術領域者能夠具體實施，惟以下所述者，僅係為了說明本發明之技術內容及特徵而提供之一實施方式，凡為本發明領域中具有一般通常知識者，於了解本發明之技術內容及特徵之後，以不違背本發明之精神下，所為之種種簡單之修飾、替換或構件之減省，皆應屬於本發明意圖保護之範疇。

1~4‧‧‧無刷永磁馬達

10‧‧‧轉子

11‧‧‧外周緣面

13‧‧‧嵌槽

131‧‧‧第一容置空間

133‧‧‧第二容置空間

20‧‧‧磁鐵組

21‧‧‧磁鐵單元

211‧‧‧外弧面

213‧‧‧內弧面

215‧‧‧側面

217‧‧‧凸緣

219‧‧‧凹部

30‧‧‧定子

31‧‧‧內周緣面

33‧‧‧齒部

331‧‧‧前端部

333‧‧‧卡掣區

35‧‧‧定子槽

40‧‧‧套筒

41‧‧‧薄壁面

43‧‧‧卡掣部

45‧‧‧開孔

5‧‧‧無刷永磁馬達

51‧‧‧定子

511‧‧‧內周緣面

513‧‧‧齒部

515‧‧‧定子槽

53‧‧‧轉子

以下將藉由所列舉之實施例，配合隨附之圖式，詳細說明本發明之技術內容及特徵，其中：第1圖為習用之無刷永磁馬達的剖面示意圖。

第2圖為本發明第一較佳實施例之無刷永磁馬達的剖面示意圖，主要顯示各元件裝配後之相對位置。

第3圖為本發明該第一較佳實施例之無刷永磁馬達的立體分解圖。

第4圖為本發明該第一較佳實施例之無刷永磁馬達的磁通密度曲線圖。

第5圖為本發明該第一較佳實施例之無刷永磁馬達的頓轉轉矩曲線圖。

第6圖為本發明第二較佳實施例之無刷永磁馬達的剖面示意圖，主要顯示各元件裝配後之相對位置。

第7圖為本發明該第二較佳實施例之無刷永磁馬達的磁通密度曲線圖。

第8圖為本發明該第二較佳實施例之無刷永磁馬達的頓轉轉矩曲線圖。

第9圖為本發明第三較佳實施例之無刷永磁馬達的剖面示意圖，主要顯示各元件裝配後之相對位置。

第10圖為本發明該第三較佳實施例之無刷永磁馬達的立體分解圖。

第11圖為本發明該第三較佳實施例之無刷永磁馬達的磁通密度曲線圖。

第12圖為本發明該第三較佳實施例之無刷永磁馬達的頓轉轉矩曲線圖。

第13圖為第四實施例，主要顯示該第一較佳實施例未設有一套筒之無刷永磁馬達的剖面示意圖。

第14圖為該第四實施例，主要顯示該第一較佳實施例未設有一套筒之無刷永磁馬達的磁通密度曲線圖。

第15圖為該第四實施例，主要顯示該第一較佳實施例未設有一套筒之無刷永磁馬達的頓轉轉矩曲線圖。

第16圖為本發明上述四種型式之無刷永磁馬達的頓轉轉矩曲線比較圖。

第17圖為本發明上述四種型式之無刷永磁馬達餘額定轉速下之電磁轉矩曲線比較圖。

請參閱第2、3圖及第六圖所示，為本發明之第一、第二較佳實施例，一種無刷永磁馬達1、2包含有一轉子10、一磁鐵組20、一定子30，以及一套筒40。

該轉子10包括有一外周緣面11以及一沿該外周緣面11設置之複數個嵌槽13，各該嵌槽13由該轉子10朝該 定子30之方向分別依序具有一第一容置空間131及一第二容置空間133，該第一容置空間131之容積大於該第二容置空間133。

該磁鐵組20係由複數個磁鐵單元21所組成，各該磁鐵單元21分別具有一外弧面211、一內弧面213以及二側面215，其中各該側面215鄰近該內弧面213之處設有一凸緣217，以供各該磁鐵單元21較穩固地嵌卡於各該嵌槽13之第一、第二容置空間131、133且位於於該轉子10之周緣。如此一來，本發明於該轉子10與該磁鐵組20之嵌卡結構可避免當無刷永磁馬達因能量轉換過程產生高熱時，塗敷該轉子10之外周緣面11與該磁鐵組20之間的黏膠即會產生變質，久而久之，該磁鐵組20則可能因高轉速之離心力而使其脫離於該轉子10，致使無刷永磁馬達損壞且失去功效。

該定子30係套設該轉子10及該磁鐵組20且與該轉子10同軸，該定子30包括有一內周緣面31、一沿該內周緣面31設置之複數個齒部33，以及於各該齒部33之間形成複數個定子槽35，可供線圈纏繞於各該齒部33且位於各該定子槽35，各該齒部33遠離該內周緣面31之一端具有一前端部331，各該前端部331之間形成一卡掣區333。

該套筒40包括有一薄壁面41以及於該薄壁面41對應各該卡掣區333之位置分別設有一卡掣部43，各該卡掣部43可嵌卡於各該卡掣區333之中，且該套筒40與該轉子10及該定子10同軸且位於該磁鐵組20與該定子10之間，而於本發明該第一、第二實施例當中，該套筒40之形狀可為圓 形或多邊形，且該套筒40之壁厚分別為1mm、0.5mm。

煩請再參閱第9圖所示，為本發明之第三較佳實施例3，由於該第三較佳實施例3之結構相仿於上述第一、第二較佳實施例，故相同結構之處於此則不再贅述，其差異在於該第三較佳實施例3之套筒40於薄壁面41上開設有複數個開孔45，再進一步說明，各該開孔45係開設於各該卡掣部43上，且各該開孔45係呈等間距地排列。

為了更清楚地陳述本發明之功效，故於此揭露一如第13圖所示之實施例4(後述稱為第四實施例)，該第四實施例4與該第一較佳實施例1之差異在於該轉子10與該定子30之間未設有一套筒40，藉此以比較前述四種不同型式之實施例。如第4、7、11、14圖所示，為本發明該第一、第二、第三較佳實施例1、2、3以及第四實施例4之磁通密度瞬間之變化的曲線圖，而各該磁通密度曲線圖中顯示出本發明在增加該套筒40後之瞬間變化曲線明顯較為滑順，尤以該第一較佳實施例1更是趨近於於一圓錐形之上升及下降曲線，其原因在於該第四實施例4於各該磁鐵單元21之間形成有一凹部217，使得兩相鄰之磁鐵單元21前端之磁通密度瞬間變化加劇，如第14圖顯示該曲線概呈梯形；同時，由於該凹部219之形成讓該轉子10與該定子30之間的氣隙瞬間增大，故造成頓轉轉矩增加，進而產生震動及噪音。再由第5、8、12、15圖所示，為本發明該第一、第二、第三較佳實施例1、2、3以及第四實施例4之頓轉轉矩之曲線圖，而各該圖中顯示出本發明在增加該套筒40後，其頓轉轉矩之曲線震盪明顯較為 趨緩，尤以該第一、第二較佳實施例1、2更是趨近一平滑之線段。另如第16、17圖所示，本發明可透過該套筒40壁厚之變化或改變各該卡掣部43上之開孔45的大小來調整頓轉轉矩及電磁轉矩，例如該第三較佳實施例3藉由在該套筒40之各卡掣部43上開設各該開孔45，使得該第三較佳實施例3之頓轉轉矩及額定轉速下之電磁轉矩相較於該第四實施例4明顯較為趨緩，如此可依不同使用需求而作調整；又例如該第一較佳實施例1之套筒40壁厚較厚於該第二較佳實施例2之套筒40，使得該第一較佳實施例1之頓轉轉矩相較於該第二較佳實施例2更為平滑，且該第一較佳實施例1於額定轉速下之電磁轉矩相較於該第二較佳實施例2較為低，故其轉動將較省力。

總括來說，本發明之無刷永磁馬達具有下列之優點：

1.本發明於該轉子10與該定子30之間增設該套筒40之結構不僅可減少氣隙磁通密度瞬間之變化及降低頓轉轉矩，更可因此改善震動及噪音之問題。

2.本發明之定子30於各該齒部33之前端部331間形成一卡掣區333，藉此與該套筒40之各卡掣部43進行嵌卡，使得無刷永磁馬達之組裝更為方便，結構更為穩固。

3.本發明可透過該套筒40壁厚之變化，或是改變各該卡掣部43上之開孔40的大小來調整頓轉轉矩以及額定轉速下之電磁轉矩。

4.本發明之轉子10與磁鐵組20利用一嵌卡之結 構以避免無刷永磁馬達於長期高熱、高轉速之狀況下，而使該磁鐵組20脫離於該轉子10，致使無刷永磁馬達損壞且失去功效。

本發明於前揭露實施例中所揭露的構成元件，僅為舉例說明，並非用來限制本案之範圍，其他等效元件的替代或變化，亦應為本案之申請專利範圍所涵蓋。

10‧‧‧轉子

11‧‧‧外周緣面

13‧‧‧嵌槽

131‧‧‧第一容置空間

133‧‧‧第二容置空間

20‧‧‧磁鐵組

21‧‧‧磁鐵單元

211‧‧‧外弧面

213‧‧‧內弧面

215‧‧‧側面

217‧‧‧凸緣

30‧‧‧定子

31‧‧‧內周緣面

33‧‧‧齒部

331‧‧‧前端部

333‧‧‧卡掣區

35‧‧‧定子槽

40‧‧‧套筒

41‧‧‧薄壁面

43‧‧‧卡掣部

Claims (8)

1. 一種無刷永磁馬達，包含有：一轉子；一磁鐵組，組設於該轉子之周緣；一定子，套設該轉子及該磁鐵組且與該轉子同軸，該定子包括有一內周緣面、一沿該內周緣面設置之複數個齒部，以及於各該齒部之間形成複數個定子槽，可供線圈纏繞於各該齒部且位於各該定子槽，各該齒部遠離該內周緣面之一端具有一前端部，各該前端部之間形成一卡掣區；以及一套筒，包括有一薄壁面以及於該薄壁面對應各該卡掣區之位置分別設有一卡掣部，各該卡掣部可嵌卡於各該卡掣區之中，且該套筒與該轉子及該定子同軸且位於該磁鐵組與該定子之間。
2. 根據申請專利範圍第1項之無刷永磁馬達，其中該套筒之薄壁面上設有複數個開孔。
3. 根據申請專利範圍第2項之無刷永磁馬達，其中各該開孔係開設於各該卡掣部上。
4. 根據申請專利範圍第2項或第3項之無刷永磁馬達，其中該套筒之各開孔係呈等間距地排列。
5. 根據申請專利範圍第1項之無刷永磁馬達，其中該套筒之形狀為圓形或多邊形。
6. 根據申請專利範圍第1項之無刷永磁馬達，其中該轉子包括有一外周緣面以及一沿該外周緣面設置之複數個嵌槽， 該磁鐵組係由複數個磁鐵單元所組成，各該磁鐵單元可嵌卡於各該嵌槽內。
7. 根據申請專利範圍第6項之無刷永磁馬達，其中各該嵌槽由該轉子朝該定子之方向依序具有一第一容置空間及一第二容置空間，該第一容置空間之容積大於該第二容置空間。
8. 根據申請專利範圍第7項之無刷永磁馬達，其中各該磁鐵單元分別具有一外弧面、一內弧面以及二側面，其中各該側面鄰近該內弧面之處設有一凸緣，以供各該磁鐵單元嵌卡於各該嵌槽之第一、第二容置空間。