TWI645653B

TWI645653B - 永磁馬達

Info

Publication number: TWI645653B
Application number: TW106127511A
Authority: TW
Inventors: 張哲瑋; 郭振南
Original assignee: 大銀微系統股份有限公司
Priority date: 2017-08-14
Filing date: 2017-08-14
Publication date: 2018-12-21
Also published as: TW201911710A

Abstract

本發明所提供之永磁馬達乃係包含了有一定子、一轉子與內藏於該轉子中之多數磁件，其中，該些磁件係分別設於一可轉動轉子鐵芯內之多數容納空間中，各自具有至少二同設於同一容納空間中之磁鐵，且使一隔部同位於該容納空間中且介於該些磁鐵之間，據以使該些磁鐵彼此相隔開來，從而擴大各該磁件之磁通分布範圍，提昇馬達之效率並降低漣波。

Description

永磁馬達

本發明係與馬達有關，特別是關於一種永磁馬達。

車床、銑床等工具機，需以具有穩定輸出之主軸馬達為動力源，使所帶動之工件或刀具得以進行穩定之旋轉動作，從而使工件得以獲得適當之加工。

習知之工具機，通常在成本與效能間折衷，而採用異步感應馬達作為工具機之主軸馬達，但隨著技術之發展，同步永磁馬達已日漸地被選用作為工具機之主軸馬達。

相對於感應馬達而言，以永磁馬達應用作為主軸馬達所獲得之效率，固然較高，並可透過弱磁控制之技術提高其運轉範圍(Constant Power Speed Range, CPSR)，但，永磁馬達之頓轉扭矩在造成馬達之振動與噪音外，亦影響其作為主軸馬達時是否能提供平穩之輸出，而為抑制頓轉，於習知技術中，係有如US8,981,611B2所揭之技術般，透過使內藏式磁鐵兩側空隙之形狀差異，使轉矩彼此抵消，以達到抑制轉矩之效果。

本發明之主要目的乃係在提供一種永磁馬達，其係可降低渦流損並使頓轉轉矩及轉矩漣波減少，使其輸出得以平穩。

緣是，為達成上述目的，本發明所提供之永磁馬達乃係包含了有一定子、一轉子與內藏於該轉子中之多數磁件，其中，該些磁件係分別設於一可轉動轉子鐵芯內之多數容納空間中，各自具有至少二同設於同一容納空間中之磁鐵，且使一隔部同位於該容納空間中且介於該些磁鐵之間，據以使該些磁鐵彼此相隔開來，從而擴大各該磁件之磁通分布範圍。

該隔部係分別為非導磁體，而得以空氣、塑膠、紙、環氧樹脂或黏著劑等非導磁物為其材料，其中，為便於組裝加工，係可使各該磁件分別所具有之多數磁鐵，以具有黏著劑之該隔部預組裝成一體後，再插入所對應之容納空間中。

為調整該永磁馬達之轉矩漣波特性使之滿足主軸馬達之平順輸出需求，係可使該些磁件之磁軸與該轉子鐵芯轉動軸之徑向間相隔有一第一夾角，以進一步地增加各該磁件之磁展開角，擴大其磁通分布範圍，以使馬達相鄰極彼此間之磁力線流動得以連續，降低轉矩漣波；而該第一夾角之角度，除可為直角外，亦得以為介於90度至85度角間之任一角度。

另外，個別磁件之多數磁鐵彼此之形狀或尺寸大小係得以為相同或互異，據以改變磁力之流動分布狀態，以因應產業上需求之不同轉矩特性，並可進一步地使該些磁件分別相鄰於相鄰磁件之兩端與該容納空間之側壁間，分別夾設有該隔部。

再者，該些磁鐵彼此間係以異名極相鄰之方式分別設於該些容納空間中，而為維持相鄰磁鐵異名極間之距離，除可藉由上述之隔部提供間隔使之分開外，更可使該轉子具有多數之突出，係分別凸設於該容納空間之側壁上，且介於相鄰磁鐵之異名極間，據以對該些磁鐵提供定位之功效者。

首先，請參閱第一圖至第三圖所示，在本發明第一較佳實施例中所提供之永磁馬達(10)，其主要乃係包含了有一定子(20)、多數之線圈(30)、一轉子(40)、多數之磁件(50)與多數之隔部(60)。

該定子(20)係具有一環狀之定子鐵芯(21)，多數之齒槽(22)則呈輻射狀地設置於該定子鐵芯(21)之內側環面上，用以供該些線圈(30)之繞設。而該些線圈(30)則係以分佈繞之方式，分別繞設於對應之齒槽(22)中。然在其他實施例中，該些線圈則係以集中繞之方式，分別繞設於對應之齒槽中。惟關於該定子(20)與該些線圈(30)之具體技術內容，係屬習知之技術內容，且非本發明之技術特徵所在，因此縱申請人對之不進行說明，其具體之技術內容仍為本發明所屬技術領域者，在本發明申請前已然知悉者。

該轉子(40)具有一轉子鐵芯(41)，係由多數圓環形之矽鋼片彼此同軸依序疊接而成具相當厚度之環形塊狀體，一般被稱為磁鐵槽之多數孔狀容納空間(42)係等分地分別貫設於該轉子鐵芯(41)之軸向兩端之間，並徑向延伸適當之長度而呈長條形狀，多數突點狀之突出(43)係彼此成對地分別凸設該些容納空間(42)長軸兩側之側壁(421)上。

該些磁件(50)係分別呈長條狀，且分別設置於該些容納空間(42)中，並使該些磁件(50)之長軸兩端與該容納空間(42)長軸兩端之側壁(422)間相距有不等之距離，從而使該些容納空間(42)長軸兩端未受該些磁件(50)填塞之留白空間(423)(424)的形狀或尺寸彼此不同。並使該轉子鐵芯(41)對應於該些磁件(50)磁軸(501)中央位置上之徑向軸線(411)，係分別與所對應之磁軸(501)間相隔一第一夾角(α)，且由於在本實施例中，該些磁件(50)之磁軸(501)係同軸於該些容納空間(42)之長軸，因此，就該些容納空間(42)而言，該第一夾角(α)亦存在於該容納空間(42)之長軸(425)軸向與該轉子鐵芯(41)之徑向軸線(411)間，至於該第一夾角(α)之具體數值則可被界定係介於85度至90度間，且包含85度與90度。

更進一步來說，該些磁件乃分別具有二大小互異之條狀磁鐵(51)(52)，該些磁鐵(51)(52)彼此間係以異名極相鄰之方式，插置於對應之容納空間(42)中，而可受拘束地內藏於該轉子鐵芯(41)中，並使該轉子(40)之成對突出(43)介於該些磁鐵(51)(52)之間，據以定位該些磁鐵(51)(52)，並使該些磁鐵(51)(52)彼此間相隔開來。

該些隔部(60)係以非導磁物質為材料，例如空氣、黏著劑、環氧樹脂、絕緣紙或塑膠板等非導磁材料之任一或其組合，並設置於該容納空間(42)中的該些磁鐵(51)(52)之相鄰彼此間或該些留白空間(423)(424)中。其具體地，在本實施例中，係於未放置該些磁鐵(51)(52)前，以絕緣紙或塑膠板等片狀體(61)插置於該些磁鐵(51)(52)之相鄰彼此間，使該些磁鐵(51)(52)彼此間維持分隔開來之狀態，並以黏著劑(62)結合該些磁鐵(51)(52)與所插設之絕緣紙或塑膠板，以預先組裝該些磁鐵(51)(52)以及介於其間之隔部(60)，繼之，再將以預先組裝完成之部件放置於對應之容納空間(42)中，最後再以環氧樹脂(63)填入該些容納空間(42)未受填塞之空間中，以進行封裝，同時並於該些留白空間(423)(424)中成形為位於該些磁件(50)磁軸(501)兩端之隔部(60)。

藉由上述構件之組成，該永磁馬達(10)所得以達成之主要功效係有：

第一、以多數磁鐵所分別組成之各該磁件(50)，除具有小體積磁體易於加工之經濟上效果外，更可藉由多數之小磁鐵降低磁鐵之渦流損，使馬達之效率得以提昇。

第二、使相鄰磁鐵(51)(52)間以隔部(60)加以隔開之技術內容，相較於彼此直接鄰靠貼接之磁鐵(51)(52)而不具有隔部加以隔開之技術內容而言，前者係可使磁展開角增加，從而獲得較大之磁通分布，有助於使馬達之轉矩特性適合於主軸馬達之產業應用。

第三、以黏著劑預先組裝之技術內容係可強化磁鐵間之結合強度，縱不以黏著劑預先組裝，設置於該些容納空間(42)中之磁鐵(51)(52)亦可藉由後續注入之環氧樹脂封裝所形成之隔部(60)以獲得穩定之結合狀態。

第四、該些突出(43)係有助於磁鐵之定位及磁鐵間間隔之維持。

第五、該第一夾角(α)之存在係可增加該些磁件(50)之磁展開角，而得與前述第二點功效加乘，使馬達之效率獲得更進一步的提昇，同時並可如第四圖所示般，使相鄰磁件(50)間之磁力線流動連續，令轉矩漣波得以下降。

除上開實施例外，以本發明之主要技術特徵為基礎時，關於該些隔部之組成、該些磁鐵與該些留白空間之形狀與尺寸大小等均得以依據不同之馬達特性需求進行改變，且此等之改變均無礙於本發明用以增加磁展開角主要功效達成。

上述之改變即有如第五圖至第十一所示之其他實施例中所揭露者，依序來看，在第五圖與第六圖之本發明第二較佳實施例之剖視圖與磁力線圖所揭露之技術內容，係使該些磁件(50a)具有相同形狀與尺寸之多數磁鐵(51a)，以及使容納空間(42a)長軸兩端之留白空間(423a)(424a)之形狀與尺寸亦彼此相同，同時亦不具有第一較佳實施例中之突點定位構造。

其中，該第二較佳實施例相較於習知之漣波改善程度則有如第七圖所示般，在20rpm及N/2之低速漣波值，習知為5.9而第二較佳實施例則為4.8，在6000rpm及N之高速漣波值，習知為5.8而第二較佳實施例則為4.4，均有顯著的改善程度。

再者，於第八圖與第九圖所示之本發明第三較佳實施例剖視圖及其磁力線圖所揭者，其相較於第一較佳實施例而言，其不同處則在於使留白空間(423b)(424b)之形狀與尺寸係彼此相同，同時亦不具有第一較佳實施例中之突點定位構造。

另外，於第十圖與第十一圖所示之本發明第四較佳實施例剖視圖及其磁力線圖所揭者，其相對第二較佳實施例而言，其不同處則在於使留白空間(423c)(424c)之形狀與尺寸彼此不同。

(10)‧‧‧永磁馬達

(20)‧‧‧定子

(21)‧‧‧定子鐵芯

(22)‧‧‧齒槽

(30)‧‧‧線圈

(40)‧‧‧轉子

(41)‧‧‧轉子鐵芯

(411)‧‧‧徑向軸線

(42)(42a)‧‧‧容納空間

(421)‧‧‧長軸兩側之側壁

(422)‧‧‧長軸兩端之側壁

(423)(423a)(423b)(423c)(424)(424a)(424b)(424c)‧‧‧留白空間

(425)‧‧‧長軸

(43)‧‧‧突出

(50)(50a)‧‧‧磁件

(501)‧‧‧磁軸

(51)(51a)(52)‧‧‧磁鐵

(60)‧‧‧隔部

(61)‧‧‧片狀體

(62)‧‧‧黏著劑

(63)‧‧‧環氧樹脂

(α)‧‧‧第一夾角

第一圖係本發明第一較佳實施例之立體圖。第二圖係本發明第一較佳實施例沿第一圖2-2割面線之剖視圖。第三圖係為第二圖之局部放大圖。第四圖係本發明第一較佳實施例之磁力線圖。第五圖係本發明第二較佳實施例之剖視圖。第六圖係本發明第二較佳實施例之磁力線圖。第七圖係本發明第二較佳實施例相較於習知技術之漣波改善率直條圖。第八圖係本發明第三較佳實施例之剖視圖。第九圖係本發明第三較佳實施例之磁力線圖。第十圖係本發明第四較佳實施例之剖視圖。第十一圖係本發明第四較佳實施例之磁力線圖。

Claims

一種永磁馬達，包含有：一定子；一轉子，具有一轉子鐵芯以及多數容納空間，其中該轉子鐵芯係可相對於該定子以自身之幾何中心為轉動軸而轉動，且該些容納空間係等分地分別設於該轉子鐵芯中；以及多數之磁件，分設於該些容納空間中，且分別具有至少二磁鐵；其中，該轉子鐵芯對應於該些磁件磁軸中央位置上之徑向軸線，係分別與各該磁件之磁軸間相隔一第一夾角。
如請求項1所述之永磁馬達，其更包含有多數之隔部，係分別介於該些磁鐵之相鄰彼此間。
如請求項1所述之永磁馬達，其中，該些容納空間係分別為具預定徑向上長度之孔，並使該轉子鐵芯位於該些容納空間幾何中心位置上之該徑向軸線，分別與各該容納空間徑向上之長軸間相隔該第一夾角。
如請求項1、2或3所述之永磁馬達，其中，該第一夾角係介於90度與85度間。
如請求項1所述之永磁馬達，其中，該磁件之多數磁鐵彼此之形狀或尺寸大小係可為彼此相同或彼此不同。
如請求項1所述之永磁馬達，其中，該轉子係具有多數之突出，係分別凸出於該容納空間之側壁上，且介於該些磁鐵之相鄰彼此間。
如請求項2所述之永磁馬達，其中，該些隔部並分別介於該些磁件相鄰於相鄰磁件之一端與該容納空間之側壁間。
如請求項7所述之永磁馬達，其中，位於該些磁件兩端與該容納空間側壁間之該些隔部，形狀或尺寸大小係可為彼此相同或彼此不同。
如請求項2、7或8所述之永磁馬達，其中，該些隔部係分別為空氣、黏著劑、環氧樹脂、絕緣紙或塑膠板。
如請求項1所述之永磁馬達，其係更包含有多數之線圈，以及使該定子係具有一定子鐵芯，而令該些線圈係分佈繞地或集中繞地繞設於該定子鐵芯上。