TWI617115B

TWI617115B - 永磁馬達

Info

Publication number: TWI617115B
Application number: TW105118635A
Authority: TW
Inventors: 郭振南; 鄭立巍; 謝明宏
Original assignee: 大銀微系統股份有限公司
Priority date: 2016-06-14
Filing date: 2016-06-14
Publication date: 2018-03-01
Also published as: TW201743538A

Abstract

本發明所提供永磁馬達，乃係使設置於轉子磁島中之多數孔槽，係分別以三個為構成，而具有一中間孔以及位於該中間孔兩側之側孔，並使該中間孔與各該側孔分別滿足特定之條件，達到最佳的頓轉降低功效。

Description

永磁馬達

本發明係與永磁馬達有關，特別是關於一種降低頓轉之永磁馬達。

馬達之頓轉不僅影響性能，亦將產生振動與噪音，造成馬達應用上之限制與不便，因此，習知技術莫不致力於降低馬達頓轉轉矩(Cogging Torque)之研究與開發，並迭有透過諸如磁鐵形狀、尺寸、極距、磁化方式、磁鐵展開角度、靴部深度、槽極數組合以及輔助槽等諸多技術手段，期以降低頓轉之先前技術被揭露。

其具體地，在第一圖所示之先前技術中，係藉由改變轉子(1)成對磁鐵(2)之展開角度達到降低頓轉之功效外之內藏型構造，並使其成對磁鐵(2)呈V形地埋設於轉子(1)中，更有進者則如第二圖所示般，係進一步地於各極之磁島(3)上設置孔(4)構造，俾透過孔(4)以限制磁力線之行進區域，令磁力線更為集中，而可與定子繞組間進行更有效率之交鏈，達到降低頓轉轉矩之功效。

是等習知技術雖揭露了藉由孔洞構造來改變轉子鐵芯之磁通分布，惟對於孔洞之形狀、數量、尺寸及位置等詳細之技術內容對於降低頓轉轉矩之功效，欠缺最佳化之技術內容，其不足有需再加以改進。

因此，本發明之主要目的即係在提供一種永磁馬達，其係使設於馬達轉子磁島中之孔，在形狀、孔徑以及空間型態之配置上獲得最佳化，據以達到降低頓轉轉矩、反電動勢總諧波失真與轉矩漣波，進而提升控制之精度並減少振動及噪音者。

緣是，為達成上述目的，本發明所提供永磁馬達，乃係使各個磁島中分別設有三孔，各自為一中間孔與位於該中間孔兩側之二側孔，且並使該中間孔與各該側孔分別滿足下列之條件，達到最佳的頓轉降低功效：10°≦θ≦(360°/P)-27°；0.5g≦r≦3g；0.5g≦R≦3g；S(2/3)≦d≦S-(r+1)；以及S(2/3)≦D≦S-(R+1)。

其中：θ為各側孔間以轉子之曲率中心為原點之展開角。

P為馬達轉子之極數。

r為各側孔各自之半徑。

R為該中間孔之半徑。

g為馬達轉子與定子間之氣隙隙寬。

S為該轉子之半徑。

d為各側孔之曲率中心與轉子之曲率中心間之深度距離。

D為中間孔之曲率中心與轉子之曲率中心間之深度距離。

其中，各該孔係為圓形孔。

其中，該馬達之極數係為多數成對之磁鐵分設於該轉子中所構成者。

其中，各該成對之磁鐵係呈V形地分別內藏於該轉子中。

並可更進一步地使該些孔設置於各極之磁島中之數量增加至四，而使所增加之一底孔位於成對磁鐵V形收斂端內。

於本發明之一實施例中，當P之數量為8時，各該側孔之孔徑小於該中間孔之孔徑，並特定各該孔與馬達轉子之曲率中心間以及各該孔彼此間之相對位置；其中又以θ為12°、r為0.9公釐、R為1.3公釐、d為S(2/3)以及D為S(2/3)時，可以獲得相對最佳之頓轉轉矩降低功效。

而於本發明之另一實施例中，當P之數量為6時，各該側孔之孔徑大於該中間孔之孔徑；其中又以θ為12°、r為1.2公釐、R為0.5公釐、以及d與D皆為39公釐時，可以獲得相對最佳之頓轉轉矩降低功效。

(1)‧‧‧轉子

(2)‧‧‧磁鐵

(3)‧‧‧磁島

(4)‧‧‧孔

(10)‧‧‧永磁馬達

(20)‧‧‧定子

(30)‧‧‧轉子

(40)‧‧‧氣隙

(50)‧‧‧磁鐵

(60)‧‧‧孔

(61)‧‧‧中間孔

(62)‧‧‧側孔

(63)‧‧‧底孔

(70)‧‧‧極區

(80)‧‧‧磁島

θ‧‧‧展開角

P‧‧‧極數

R‧‧‧中間孔半徑

r‧‧‧側孔半徑

g‧‧‧氣隙隙寬

S‧‧‧轉子半徑

d‧‧‧側孔與轉子圓心間距離

D‧‧‧中間孔與轉子圓心間距離

第一圖係一現有的永磁馬達之平面示意圖。

第二圖係另一現有的永磁馬達之平面示意圖。

第三圖係本發明永磁馬達實例例之平面圖。

第四圖係本發明永磁馬達實施例中單一極區之平面圖。

第五圖係本發明永磁馬達實施例之展開角與頓轉轉矩變化關係圖。

第六圖係本發明永磁馬達實施例之孔半徑與頓轉轉矩變化關係圖，其中，該中間孔與各該側孔之半徑係為相同。

第七圖係本發明永磁馬達實施例之中間孔半徑與頓轉轉矩變化關係圖。

第八圖係本發明永磁馬達實施例之深度距離與頓轉轉矩變化關係圖。

第九圖係本發明永磁馬達實施例之孔數量與頓轉轉矩變化關係圖。

第十圖係本發明永磁馬達實施例與第一圖所示永磁馬達之頓轉轉矩比較圖。

第十一圖係本發明永磁馬達實施例與第一圖所示永磁馬達之反電動勢諧波比較圖。

第十二圖係本發明永磁馬達實施例與第一圖所示永磁馬達之轉矩漣波比較圖。

茲即舉以本發明之一實施例，並配合圖式逐步說明如次。

首先，請參閱第三圖與第四圖所示，在本發明實施例中所提供之永磁馬達(10)主要乃係包含了有定子(20)、轉子(30)、氣隙(40)、多數磁鐵(50)以及多數之孔(60)。

定子(20)係具有適當壁厚之圓管狀體。

轉子(30)則係呈圓柱狀地同軸穿設於定子(20)中。

氣隙(40)係呈環狀而介於轉子(30)之外周環面與定子(20)之內周環面間，據以使定子(20)之內周環面與轉子(30)之外周環面彼此相隔開來，而未有直接之接觸。

各磁鐵(50)係成對呈V形地分別埋藏於轉子(30)中，並以V形之收斂端朝向轉子(30)之圓心，俾得以轉子(30)之圓心為原點，由各成對之磁鐵於轉子(30)之周側，形成八個呈45度角之極區(70)。

各孔(60)則係分設於各極區(70)中介於轉子(30)周側與對應成對磁鐵(50)間之磁島(80)中，並使孔軸平行於轉子(30)之柱軸。

進一步地，本實施例據以達成降低馬達頓轉轉矩之主要技特徵則係在於使分設於各磁島(80)中之孔(60)之數量至少為三，分別為位於對應極區(70)中間位置且呈圓形之中間孔(61)、二位於中間孔(61)兩側且呈圓形之側孔(62)，同時，為達到更佳之頓轉降低功效，係可於該中間孔(61)、各側孔(62)外，使各磁島(80)中之孔洞數量增加至四，並令所增加之底孔(63)位於成對磁鐵之V形收斂端內。

在本實施例中，中間孔(61)與各側孔(62)之尺寸與空間狀態並應滿足下列條件：10°≦θ≦(360°/P)-27°；0.5g≦r≦3g；0.5g≦R≦3g；S(2/3)≦d≦S-(r+1)；以及S(2/3)≦D≦S-(R+1)。

其中：θ為各側孔(62)間以轉子(30)之圓心為原點之展開角。

P為轉子(30)之極數，於本實施例係為8。

r為各側孔(62)各自之半徑。

R為中間孔(61)之半徑。

g為氣隙(40)之隙寬。

S為轉子(30)之半徑。

d為各側孔(62)之曲率中心與轉子(30)之曲率中心間之深度距離。

D為中間孔(61)之曲率中心與轉子(30)之曲率中心間之深度距離。

據此，在本實施例所揭之八極馬達構造下，θ值之展開角度大小與頓轉轉矩間之關係乃如第五圖所示般，當θ為12°時，頓轉之轉矩係小於0.1Nm。

進一步地將θ定為12°，並使中間孔(61)與各側孔(62)之半徑相等時，該R值與該r值相對於頓轉轉矩間之關係則如第六圖所示，當R=r=0.9mm時，頓轉之轉矩係進一步降低，而小於0.04Nm。

在上述基礎上，僅增加中間孔(61)之R值時，可由第七圖所示之關係圖獲悉，當中間孔(61)之R值增加至1.3mm時，頓轉轉矩係自第六圖所示之狀態更進一步降低至約0.024Nm。

由此可知，就中間孔(61)與各側孔(62)各自之尺寸大小而言，當中間孔(61)之半徑大於各側孔(62)之半徑時，係具有較佳之頓轉轉矩降低功效。

再請參閱第八圖所示，改變中間孔(61)與各側孔(62)之相對位置時，由d值、D值與頓轉轉矩間之關係圖亦可獲悉，當d=D=39mm時，具有最低之頓轉轉矩。

而第九圖中則進一步證明了中間孔(61)與各側孔(62)彼此併存時，始能顯著地降低頓轉之轉矩。

透過第五圖至第九圖之數據說明，於本實施例中，當中間孔(61)與各側孔(62)滿足P=8、θ=12°、r=0.9mm、R=1.3mm、d=D=39mm時，其係具有相對最佳之頓轉轉矩降低功效。

本發明並不限於上述具有八極之永磁馬達實施例，在另一具有六極之永磁馬達實施例中，當P=6、θ=12°、r=1.2mm、R=0.5mm、d=D=39mm時，其係具有相對最佳之頓轉轉矩降低功效。

藉由上述技術，本發明提供永磁馬達(10)所能達成之功效，除在降低頓轉轉矩之功效上，相較於如第一圖所示之永磁馬達而言，有如第十圖之比較圖所示般之顯著程度外，亦可如第十一圖及第十二圖所示者般地降低總諧波失真與轉矩漣波，而可提升控制精度並減少噪音。

Claims

一種永磁馬達，包含有：一定子，呈環狀；一轉子，呈圓形而同軸地位於該定子中；一氣隙，介於該轉子之外周環面與該定子之內周環面間；多數成對呈V形之磁鐵，係分別以V形之收斂端朝該轉子曲率中心地內藏於該轉子中，而以該轉子之曲率中心為原點，形成多數等角度之極區，並使該些成對磁鐵中對應於V形收斂端之端末係彼此相隔開來；以及多數圓形孔，係分別設於各該極區介於該轉子周側與該些成對磁鐵間之磁島中，並使該些孔於該些磁島中之數量係分別為三，而各自分別為一中間孔與位於該中間孔兩側之二側孔，並滿足下列條件：10°≦θ≦(360°/P)-27°；0.5g≦r≦3g；0.5g≦R≦3g；S(2/3)≦d≦S-(r+1)；以及S(2/3)≦D≦S-(R+1)；其中，θ為該二側孔間以該轉子之曲率中心為原點之展開角；P為該些極區之數量；r為各該側孔各自之半徑；R為該中間孔之半徑；g為該氣隙之隙寬； S為該轉子之半徑；d為各該側孔之曲率中心與該轉子之曲率中心間之深度距離；以及D為該中間孔之曲率中心與該轉子之曲率中心間之深度距離。
依據申請專利範圍第1項所述永磁馬達，其中於各該磁島中所設置之孔係更包含有一底孔，位於成對磁鐵之V形收斂端內。
依據申請專利範圍第1項所述永磁馬達，其中P之數量為8。
依據申請專利範圍第3項所述永磁馬達，其中該中間孔之半徑係大於各該側孔之半徑。
依據申請專利範圍第3項所述永磁馬達，其中r為0.9公釐，並且，R為1.3公釐。
依據申請專利範圍第1項所述永磁馬達，其中P之數量為6。
依據申請專利範圍第6項所述永磁馬達，其中該中間孔之半徑係小於各該側孔之半徑。
依據申請專利範圍第6項所述永磁馬達，其中r為1.2公釐，並且，R為0.5公釐。