TWI493837B - 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，特別是指一種具有二固定板結構之無刷永磁馬達，其結構穩固，且可有效地增加氣隙磁通密度及額定轉速下之電磁轉矩，以提升整體效率。

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。其習知的無刷永磁馬達50如圖1所示，係由一定子51、複數個磁鐵單元52以及一轉子53所組成，其中定子51於內周緣面設有複數個齒部54，以及各齒部54之間具有複數個定子槽55，各齒部54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52，並且各磁鐵單元52與定子51之齒部54存有一間隙，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52即產生一旋轉磁場，藉此使該轉子53進行旋轉。

然而，當習用無刷永磁馬達50因電能與動能於轉換過程產生高熱時，塗敷於轉子53之外周緣面與磁鐵單元52之間的黏膠即會產生變質，久而久之磁鐵單元則可能因高轉速之離心力而使其脫離於轉子53，致使馬達50損壞且失去功效；又因習用無刷永磁馬達50之定子51具複數個齒部54 之結構，且各齒部54相鄰處形成有一較小之間隙，故當線圈通入直流電產生一旋轉磁場時，各齒部54之間隙的磁通密度將高於齒部54朝磁鐵單元52的一側，此時，各磁鐵單元52相連接的縱切面通過各齒部54相鄰之間隙時，轉子53之磁通無法平均地導入定子51，而使得氣隙磁通密度降低且整體效率下降。

綜上所陳，習用之結構仍有氣隙磁通密度低以及整體效率不佳之缺失而有待改進。

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，且可有效地增加氣隙磁通密度及額定轉速下之電磁轉矩，以提升整體效率。

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定子、一轉子、一磁鐵組以及二固定板，其中該轉子與該定子同軸且可轉動地設於該定子內，而該磁鐵組係由複數個磁鐵單元所組成，各該磁鐵單元環設於該轉子之周緣且與該定子呈一間隙，以及各該固定板係分別固設於該轉子之二端面。

其中該轉子包括有複數個連通該轉子二端面之貫孔，而各該固定板於各該貫孔之相對位置設有複數個通孔，各該貫孔可定位於各該通孔，以供各該固定板相對該轉子作同步之運轉。

其中各該貫孔與各該通孔係沿該轉子之中心軸 且呈環狀等間距地排列。

其中各該固定板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，以供各該磁鐵單元嵌卡於各該嵌槽內。

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分別設有一凸緣，以供各該磁鐵單元嵌卡於各該嵌槽之第一、第二容置空間。

其中該轉子包括有複數個通道，各該通道同軸向地設於該轉子之周緣。

其中各該通道係沿該轉子之中心軸且呈環狀等間距地排列。

其中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。

藉此，本發明利用各該固定板之結構將各該磁鐵單元牢固地結合於該轉子上，使馬達於轉動過程，各該磁鐵單元不會因離心力及黏膠失效而脫離於該轉子，此外，各該 固定板係為一導磁材料，如此使該轉子之磁通能較平均地導入該定子，以達到增進氣隙磁通密度及額定轉速下之電磁轉矩，相對地提升馬達整體之效率。

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。

1~3‧‧‧無刷永磁馬達

10‧‧‧定子

11‧‧‧內周緣面

13‧‧‧齒部

15‧‧‧定子槽

17‧‧‧前端部

20‧‧‧轉子

21‧‧‧貫孔

23‧‧‧通道

30‧‧‧磁鐵組

31‧‧‧磁鐵單元

311‧‧‧外弧面

313‧‧‧內弧面

315‧‧‧側面

317‧‧‧凸緣

40‧‧‧固定板

41‧‧‧外周緣面

43‧‧‧嵌曹

431‧‧‧第一容置空間

433‧‧‧第二容置空間

45‧‧‧通孔

50‧‧‧無刷永磁馬達

51‧‧‧定子

52‧‧‧磁鐵單元

53‧‧‧轉子

54‧‧‧齒部

55‧‧‧定子槽

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5圖為本發明該第二較佳實施例之無刷永磁馬達的立體分解圖。

第6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7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8圖為本發明該第三較佳實施例之無刷永磁馬達的氣隙磁通密度曲線比較圖。

第9圖為本發明上述三種型式之無刷永磁馬達於額定轉速下之電磁轉矩曲線比較圖。

請參閱第2圖所示，為本發明第一較佳實施例之無刷永磁馬達1，其包含有一定子10、一轉子20、一磁鐵組30以及二固定板40。

該定子10包括有一內周緣面11、一沿該內周緣面11設置之複數個齒部13，以及於各該齒部13之間形成複數個定子槽15，可供線圈纏繞於各該齒部13且位於各該定子槽15，各該齒部13遠離該內周緣面11之一端具有一前端部17。

該轉子20與該定子10同軸且可轉動地設於該定子10內。

該磁鐵組30由複數個磁鐵單元31所組成，各該磁鐵單元31分別具有一外弧面311、一內弧面313以及二側面315，其中各該磁鐵單元31之內弧面313分別貼合且環設於該轉子20之周緣，而各該磁鐵單元31之外弧面311分別與該定子10之前端部17形成有一間隙，各該側面315鄰近該內 弧面313之處分別設有一凸緣317。

各該固定板40為導磁材料，且各該固定板40分別固設於該轉子20之上下二端面，且可供該磁鐵組30與該轉子20同步運轉，而各該固定板40包括有一外周緣面41以及一沿該外周緣面41設置之複數個嵌槽43，以供各該磁鐵單元31嵌卡於各該嵌槽43內。各該嵌槽43由該轉子20朝該定子10之方向依序具有一第一容置空間431及一第二容置空間433，該第一容置空間431之容積大於該第二容置空間433，藉此，各該磁鐵單元31可透過該凸緣317之結構而嵌卡於各該嵌槽43之第一、第二容置空間431、433。藉此，本發明於該轉子20與該磁鐵組30透過各該固定板40之嵌卡結構可避免當無刷永磁馬達2因能量轉換過程中，能量損失而產生之高熱，使得塗敷於該轉子20之外周緣與該磁鐵組30之內弧面313之間的黏膠產生變質，久而久之，該磁鐵組30則可能因高轉速之離心力而使各該磁鐵單元31脫離於該轉子20，致使無刷永磁馬達1損壞且失去功效。

煩請再參閱第4圖所示，為本發明第二較佳實施例之無刷永磁馬達2，其中該第二較佳實施例與該第一較佳實施例之結構大致相同，其差異在於該轉子20包括有複數個連通該轉子20上下二端面之貫孔21，而各該固定板40於各該貫孔21之相對位置設有複數個通孔45，各該貫孔21可利用鉚合方式與各該通孔45作相互定位，以供各該固定板40相 對該轉子20作同步之運轉，且各該貫孔21與各該通孔45係沿該轉子20之中心軸且呈環狀等間距地排列。藉此，各該貫孔21與各該通孔45不僅可達相互定位同步運轉之用，且可加強轉子20之結構強度，更可形成一磁力斷路而使磁通密度集中。

煩請再參閱第6圖所示，為本發明第三較佳實施例之無刷永磁馬達3，其中該第三較佳實施例與該第一、第二較佳實施例之結構大致相同，其差異在於該轉子20包括有複數個通道23，各該通道23同軸向地設於該轉子20之周緣，且各該通道23係沿該轉子20之中心軸且呈環狀等間距地排列，藉此使馬達3之運轉更有效率。

為了更清楚地陳述本發明之功效，煩請再參閱第8圖及第9圖，為前述三種不同型式之無刷永磁馬達1、2、3的比較圖，如第8圖為本發明各該較佳實施例之氣隙磁通密度曲線比較圖，由圖中得知該第一、第二、第三較佳實施例之氣隙磁通密度分別為0.7649Tesla、0.7952Tesla、0.8002Tesla，尤以該第二、第三較佳實施例更是趨近於於一錐型之上升及下降曲線，又如第9圖所示，為本發明各該較佳實施例於一額定轉速下之電磁轉矩曲線比較圖，由圖中得知該第一、第二、第三較佳實施例之電磁轉矩之平均值分別為1.7690N-m、1.9419N-m、1.9411N-m。綜合上述數據及圖式可發現本發明透過各該固定板40之導磁作用，使得該轉子20之磁通能較平均地導入該定子10，以達到增進氣隙磁通密度和額定轉速下的電磁轉矩之目的，相對地提升馬達整體之效 率。

總括來說，本發明之無刷永磁馬達具有下列之優點：

1.本發明利用各該固定板40之嵌槽43結構，以供各該磁鐵單元31可嵌卡於相對應之嵌槽43中，藉此避免無刷永磁馬達於長期高熱、高轉速之狀況下，因黏膠變質而讓各該磁鐵單元31脫離於該轉子20，致使馬達損壞且失去功效。

2.本發明之各固定板40係為一導磁材料，藉此使該轉子20之磁通能較平均地導入該定子10，以達到增進氣隙磁通密度及額定轉速下之電磁轉矩之目的，並提升馬達整體之效率。

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。

1‧‧‧無刷永磁馬達

10‧‧‧定子

11‧‧‧內周緣面

13‧‧‧齒部

15‧‧‧定子槽

17‧‧‧前端部

20‧‧‧轉子

30‧‧‧磁鐵組

31‧‧‧磁鐵單元

311‧‧‧外弧面

313‧‧‧內弧面

315‧‧‧側面

317‧‧‧凸緣

40‧‧‧固定板

41‧‧‧外周緣面

43‧‧‧嵌曹

431‧‧‧第一容置空間

433‧‧‧第二容置空間

Claims (7)

1. 一種無刷永磁馬達，包含有：一定子；一轉子，與該定子同軸且可轉動地設於該定子內；一磁鐵組，係由複數個磁鐵單元所組成，各該磁鐵單元環設於該轉子之周緣且與該定子具一間隙；以及二固定板，係為導磁材料，且各該固定板分別固設於該轉子之二端面，各該固定板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，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，以供各該磁鐵單元嵌卡於各該嵌槽內。
2. 根據申請專利範圍第1項之無刷永磁馬達，其中該轉子包括有複數個連通該轉子二端面之貫孔，而各該固定板於各該貫孔之相對位置設有複數個通孔，各該貫孔可定位於各該通孔，以供各該固定板相對該轉子作同步之運轉。
3. 根據申請專利範圍第2項之無刷永磁馬達，其中各該貫孔與各該通孔係沿該轉子之中心軸且呈環狀等間距地排列。
4. 根據申請專利範圍第1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分別設有一凸緣，以供各該磁鐵單元嵌卡於各該嵌槽之第一、第二容置空間。
5. 根據申請專利範圍第1項或第2項之無刷永磁馬達，其中該轉子包括有複數個通道，各該通道同軸向地設於該轉子之周緣。
6. 根據申請專利範圍第5項之無刷永磁馬達，其中各該通道係沿該轉子之中心軸且呈環狀等間距地排列。
7. 根據申請專利範圍第1項之無刷永磁馬達，其中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。