TWI660558B - 永磁馬達之磁件 - Google Patents

Abstract

本發明關於一種永磁馬達之磁件，供設於該永磁馬達之一轉子，該轉子定義一軸心線，包括：二端部，沿一第一方向上分別設於相對側，各該端部於一厚度方向上設有一磁極面，各該磁極面至該軸心線之間定義為一徑距，該第二方向係平行於該軸心線且垂直於該第一方向；該二磁極面於最大徑距處分別定義至少一第一點及至少一第二點，各該磁極面分別定義一參考線，該二參考線分別通過該第一點且與該第二方向相交及第二點且與該第二方向相交，各該端部由沿該第二方向上的相對二側至各該端部之參考線之徑距漸增，該二參考線分別位於該第二方向之相反側。

Description

永磁馬達之磁件

本發明係與磁件有關，特別是有關於一種永磁馬達之磁件。

永磁無刷馬達主要包含馬達殼、定子、及轉子。定子由矽鋼片沖壓並具有槽孔。其中槽孔用來繞線圈，線圈可以是銅線或鋁線。轉子可相對定子轉動；轉子包含軸心及磁極磁鐵；一驅動電路，其與定子的線圈電性連接，該驅動電路可調整流至線圈的電流，使定子線圈形成旋轉磁場。該旋轉磁場與轉子磁場交互轉用形成轉矩，以轉動轉子。

習知技術的轉子通常在作動時會產生齒槽轉矩。該齒槽轉矩產生的原因主要是轉子轉動時轉子的磁極經過定子的槽孔(及齒部)所造成。

然而，習知技術的永磁馬達如US7245054，其轉子及定子為直槽，將磁極磁鐵於堆疊厚度方向分成N段，N大於一，並且該磁極磁鐵具有一偏心圓弧面，以降低齒槽轉矩。然而，習知技術US7245054如果要降低該齒槽轉矩至極低，磁極磁鐵在堆疊厚度方向之分段數便要增加，分段數越多，生產及組裝生產的困難度就越高。此外磁極磁鐵之偏心圓弧面中心偏離轉子中心就越大，其會降低有效的磁通密度，亦會影響永磁馬達的輸出性能。

因此，有必要提供一種新穎且具有進步性之永磁馬達之磁件，以解決上述之問題。

本發明之主要目的在於提供一種永磁馬達之磁件，可降低齒槽轉矩效應。

為達成上述目的，本發明提供一種永磁馬達之磁件，該永磁馬達包括一定子及一可相對該定子轉動之轉子，該定子環設複數凹槽，該轉子定義一軸心線，該永磁馬達之磁件供設於該轉子，該永磁馬達之磁件包括：二端部，沿一第一方向上設於相對二側分別為一第一端部及一第二端部，該第一、二端部分別於一厚度方向上設有一磁極面，該磁極面至該軸心線之間定義為一徑距，該第一方向垂直於一第二方向，該第二方向係平行於該軸心線且從該第一端部至該第二端部通過該磁極面；該第一、二端部之磁極面於最大徑距處分別定義至少一第一點及至少一第二點，該第一、二端部之磁極面分別定義一參考線，該參考線通過各該第一、二點且與該第二方向相交，該參考線與該第二方向之間形成一夾角，該第一端部由沿該第二方向上的相對二側至該第一端部之參考線之徑距漸增，該第二端部由沿該第二方向上的相對二側至該第二端部之參考線之徑距漸增，該第一端部之參考線、及該第二端部之參考線分別位於該第二方向之相反側。

為達成上述目的，本發明另提供一種永磁馬達之磁件，該永磁馬達包括一定子及一可相對該定子轉動之轉子，該定子環設複數凹槽，該轉子定義一軸心線，該永磁馬達之磁件供設於該轉子，該永磁馬達之磁件包括：二端部，沿一第一方向上設於相對二側分別為一第一端部及一第二端部，該第一、二端部分別於一厚度方向上設有一磁極面，該磁極面至該軸心線之間定義為一徑距，該第一方向垂直於一第二方向，該第二方向係平行於該軸心線且從該第一端部至該第二端部通過該磁極面；該第一、二端部之磁極面於最大徑距處分別定義二第一點及二第二點，各該第一點及各該第二點以一相交於該第一方向 及該第二方向之參考線連接，該參考線將該第一端部及該第二端部劃分出於相對二側之一第一側部及一第二側部，該參考線與該第二方向之間於第一端部及第二端部分別形成一夾角，該第一端部及該第二端部之該第一側部及該第二側部分別由外側往該參考線之徑距漸增，各該第一點及各該第二點分別位於該第二方向之相反側。

1,1a,1b,1c,1d‧‧‧永磁馬達之磁件

2‧‧‧永磁馬達

3‧‧‧定子

4‧‧‧轉子

5‧‧‧凹槽

6‧‧‧氣隙

10‧‧‧第一端部

20‧‧‧第二端部

12‧‧‧第一點

22‧‧‧第二點

13,31‧‧‧多邊形

30‧‧‧內周面

40‧‧‧溝槽

L1‧‧‧軸心線

L2‧‧‧第一方向

R1,R2‧‧‧徑距

101,201‧‧‧第一側磁極面

102,202‧‧‧第二側磁極面

11,21‧‧‧磁極面

111,211‧‧‧波峰

L3,L4‧‧‧參考線

L5‧‧‧第二方向

θ 1,θ 2‧‧‧夾角

圖1為本發明一第一較佳實施例之立體圖。

圖2為圖1之側視圖。

圖3為本發明該第一較佳實施例之使用狀態立體圖。

圖4為圖3中段之剖面圖。

圖5為圖3頂端部之剖面圖。

至6為圖3底端部之剖面圖。

圖7為本發明一第二較佳實施例之立體圖。

圖8為圖7之前視圖。

圖9為本發明一第三較佳實施例之立體圖。

圖10為圖9之側視圖。

圖11為本發明一第四較佳實施例之側視圖。

圖12為本發明一第五較佳實施例之立體圖。

圖13為本發明一第六較佳實施例之立體圖。

圖14為本發明一第七較佳實施例之立體圖。

圖15為圖14之側視圖。

圖16為本發明一第八較佳實施例之立體圖。

圖17為圖16之側視圖。

以下僅以實施例說明本發明可能之實施態樣，然並非用以限制本發明所欲保護之範疇，合先敘明。

請參考圖1至6，其顯示本發明之一第一較佳實施例，本發明之永磁馬達之磁件1，該永磁馬達2包括一定子3及一可相對該定子3轉動之轉子4，該定子3環設複數凹槽5，該轉子4定義一軸心線L1，該永磁馬達之磁件1供設於該轉子4，該永磁馬達之磁件1包括：二端部10,20，沿一第一方向L2上設於相對二側分別為一第一、二端部10,20，該第一、二端部10,20分別於一厚度方向上設有一磁極面11,21，該磁極面11,21至該軸心線L1之間定義為一徑距R1,R2，該第一方向L2垂直於一第二方向L5，該第二方向L5係平行該軸心線L1且從該第一端部10至該第二端部20通過該磁極面11,21；該第一、二端部10,20之磁極面11,21於最大之徑距R1,R2處分別定義至少一第一點12及至少一第二點22，該第一、二端部10,20延該第二方向L5可具有複數第一、二點12,22，該第一、二端部10,20之磁極面11,21分別定義一參考線L3,L4，該參考線L3,L4通過各該第一、二點12,22且與該第二方向L5相交，該參考線L3,L4與該第二方向L5之間形成一夾角θ 1,θ 2，該第一端部10由沿該第二方向L5上的相對二側至該第一端部10之參考線L3之徑距R1漸增，該第二端部20由沿該第二方向L5上的相對二側至該第二端部20之參考線L4之徑距R2漸增，該第一端部10之參考線L3及該第二端部20之參考線L4分別位於該第二方向L5之相反側，藉此，該永磁馬達之磁件1為厚度不對稱，以降低齒槽轉矩效應。

該夾角θ 1,θ 2為360度除以該永磁馬達之磁件1與該複數凹槽5的數量的最小公倍數，藉以可將齒槽轉矩效應降至極低，以降低該永磁馬達2所產生的振動及噪音。舉例說明，例如定子具有12個凹槽，轉子具有10個磁極，因此齒槽轉矩引起的脈動每轉動一次就會發生十二次，如果該夾角為6度，便能有效地降低齒槽轉矩所引起的脈動。

該第一、二端部10,20之磁極面11,21分別為弧面。請配合參考圖4至6為分別複數該永磁馬達之磁件1設於該永磁馬達2不同截面的示意圖，其分別為圖3使用狀態立體圖依序由中段、頂端部、底端部之剖面圖，該第一、二端部10,20於該厚度方向上的截面包含該磁極面11,21，任二截面的該磁極面11,21為非同圓心之弧面，該圖4至6的磁極面11,21分別具有相異的圓心，藉此該永磁馬達之磁件1的前後左右皆不對稱，可較佳地降低齒槽轉矩效應。於其他實施例，任二截面的該磁極面11,21亦可為同圓心之弧面。

在使用上，如圖4至6所示，其係複數本發明之永磁馬達之磁件1供環設於該轉子4，並可供相對該定子轉動，由於該永磁馬達之磁件1的厚度不對稱，因此各該永磁馬達之磁件1之磁極面11,21與該定子3之間形成不對稱的氣隙6寬度。本發明之永磁馬達之磁件1具有較佳地磁通密度，且可降低齒槽轉矩效應，使該永磁馬達2可穩定地輸出。

再進一步說明，請參閱圖7至8，其顯示本發明之一第二較佳實施例，該第一、二端部10,20之夾角θ 1,θ 2角度不相同。

此外，請參閱圖9至10，其顯示本發明之一第三較佳實施例，其與該第一較佳實施例的差異在於，該第一、二端部10,20之夾角θ 1,θ 2角度相異，其為一偏心磁件。如圖9所揭示，該第一方向L2的位置係偏向該磁件1的左邊。

請參考圖11，其顯示本發明之一第四較佳實施例，其與該第一較佳實施例的差異在於，該永磁馬達之磁件1另包括一內周面30，該內周面30於該厚度方向上設於設有該磁極面11,21的相反側，該內周面30及該磁極面11,21為非同心弧面。詳細地說，該內周面30係大致對應該轉子4的外周形狀。

如圖12所示，其顯示為本發明之一第五較佳實施例，該永磁馬達之磁件1c與該第一實施例的差異在於，該第一、二端部10,20之該磁極面11,21分別包括複數多邊形13,31，該複數多邊形13,31具角度地相互連接略形成多角弧面；於本實施例中，其係依照前述其他實施例中為弧面的磁極面11,21切割成多段的該複數多邊形13,31，同樣具有厚薄差異。其中該複數多邊形13,31分別為平行於該軸心線L1方向延伸之長條形，該複數長條形係沿該第一方向L2上相互連接排列略呈圓弧面。於其他實施例中例如圖13，該永磁馬達之磁件1d之該複數多邊形13,31可為例如三角形、四角形、六邊形或梯形，也就是說該第一、二端部10,20的磁極面11,21分別可由該複數多邊形13,31(可為相同形狀或不同形狀)相互連接而成；於本實施例中，其係依照前述其他實施例中為弧面的磁極面11,21切割成多段的該複數多邊形13,31，同樣具有厚薄差異。

如圖14至15，其顯示為本發明之一第七較佳實施例，其與第一較佳實施例的差異在於，該第一、二端部10,20之磁極面11,21分別定義二參考線，該第一端部10之磁極面11具有該二參考線L3，該第二端部20之磁極面21具有該二參考線L4，該第一端部10之該二參考線L3及該第二端部20之該二參考線L4分別通過該磁極面11,21且相交於該第二方向L5。各該參考線L3,L4與該第二方向L5之間形成一夾角θ 1,θ 2，該第一、二端部10,20之磁極面11,21分別由各該參考線L3,L4劃分出一第一側磁極面101,201及一第二側磁極面102,202，該第一端部10之該第一、二側磁極面101,102之最大徑距處分別設有一第一點12，該第二端部20之該第一、二側磁極面201,202之最大徑距處分別設有一第二點22，該第一 端部10之該二參考線L3分別連接該二第一點12，該第二端部20之該二參考線L4分別連接該二第二點22，該第一端部10之該二參考線L3分別連接該第二端部20之該二參考線L4，該第一端部10之該第一、二側磁極面101,102之第一點12及該第二端部20之該第一、二側磁極面201,202之第二點22分別位於該第二方向L5之相反側；該第一端部10之第一、二側磁極面101,102外側往參考線L3方向之徑距漸增，該第二端部20之第一、二側磁極面201,202由外側往參考線L4方向之徑距漸增。如此，可有效提升降低齒槽轉矩效應，使該永磁馬達2可順暢地作動。

進一步說明，請參考圖1至11，該第一端部10之磁極面11之二參考線L3可為相互重疊，該第二端部20之磁極面21之二參考線L4可為相互重疊，即是該第一端部10之第一側磁極面101及第二側磁極面102之第一點12係位於相同的位置，及該第二端部20之第一側磁極面201及第二側磁極面202之第二點22係位於相同的位置。另一實施方式，如圖14至17，該第一端部10之磁極面11之二參考線L3可為間隔設置；該第二端部20之磁極面21之二參考線L4可為間隔設置，即是該第一端部10之該第一、二側磁極面101,102之第一點12為間距設置，該第二端部20之該第一、二側磁極面201,202之第二點22為間距設置。如圖14至15，該第一、二端部10,20之該二參考線L3,L4分別之間設有一溝槽40，可有效提升降低齒槽轉矩效應，使該永磁馬達2可順暢地作動。於本實施例中，該第一端部10之該二參考線L3與該溝槽40係相互平行設置；該第二端部20之該二參考線L4與該溝槽40係相互平行設置。此外，該溝槽40的槽底係低於該第一、二端部10,20之磁極面11,21。

請參閱圖16至17，其顯示為本發明之一第八較佳實施例，該第一、二端部10,20之磁極面11,21分別呈波浪狀，該第一端部10之磁極面11之複數波峰111分別低於各該第一點12及各該第二點22；該第二端部20之磁極面21之複數波峰211分別低於各該第一點12及各該第二點22，以降低齒槽轉矩效應。

在使用上，其係複數本發明之永磁馬達之磁件1供環設於該轉子4並可供相對該定子3轉動，由於該永磁馬達之磁件1的厚度不對稱，因此各該永磁馬達之磁件1之磁極面11,21與該定子3之間形成不對稱的氣隙6寬度。本發明之永磁馬達之磁件1具有較佳地磁通密度，且可降低齒槽轉矩效應，使該永磁馬達2可穩定地輸出。

其中，該第七及第八實施例亦可具有下述之技術特徵：該第一、二端部10,20之磁極面11,21亦可分別為弧面。請配合圖4至6為分別複數該永磁馬達之磁件1設於該永磁馬達2不同截面的示意圖，其分別為圖3使用狀態立體圖依序由中段、頂端部、底端部之剖面圖，該第一、二端部10,20於該厚度方向上的截面包含該磁極面11,21，任二截面的該磁極面11,21為非同圓心之弧面，該圖4至6的磁極面11,21分別具有相異的圓心，藉此該永磁馬達之磁件1的前後左右皆不對稱，可較佳地降低齒槽轉矩效應。於其他實施例，任二截面的該磁極面11,21亦可為同圓心之弧面。

再進一步說明，該第一、二端部10,20之夾角θ 1,θ 2角度不相同，例如請參閱圖7至8。

此外，該第一、二端部10,20之夾角θ 1,θ 2亦可角度相異，其為一偏心磁件，如圖9至10。進一步說明，如圖9所揭示，該第一方向L2的位置係偏向該磁件1的左邊。

再者，該永磁馬達之磁件1另包括一內周面30，該內周面30於該厚度方向上設於設有該磁極面11,21的相反側，該內周面30及該磁極面11,21為非同心弧面，如圖11。詳細地說，該內周面30係大致對應該轉子4的外周形狀。

該第一、二端部10,20之該磁極面11,21分別包括複數多邊形13,31，該複數多邊形13,31具角度地相互連接略形成多角弧面，如圖12。進一步說明，其係依照前述其他實施例中為弧面的磁極面11,21切割成多段的該複數多邊 形13,31，同樣具有厚薄差異。其中該複數多邊形13,31分別為平行於該軸心線L1方向延伸之長條形，該複數長條形係沿該第一方向L2上相互連接排列略呈圓弧面。於其他實施例中例如圖13，該永磁馬達之磁件1d之該複數多邊形13,31可為例如三角形、四角形、六邊形或梯形，也就是說該第一、二端部10,20的磁極面11,21分別可由該複數多邊形13,31(可為相同形狀或不同形狀)相互連接而成；於本實施例中，其係依照前述其他實施例中為弧面的磁極面11,21切割成多段的該複數多邊形13,31，同樣具有厚薄差異。

綜上，本發明之永磁馬達之磁件之該第一端部及第二端部之參考線與該第二方向之間形成該夾角(即斜向設置)，為氣隙最小位置，而在磁件之相對二側為氣隙最大位置，如此於轉子軸向上之氣隙長度被最小化，在運轉的過程中，氣隙最小位置的磁吸力變為最大再周向旋轉以改變磁吸力至氣隙最大位置，如此氣隙磁通量密度的變化是平緩的，可消除旋轉的不均勻性，以降低由齒槽轉矩所產生的振動及噪音，使該永磁馬達可穩定地輸出。

Claims (20)

1. 一種永磁馬達之磁件，該永磁馬達包括一定子及一可相對該定子轉動之轉子，該定子環設複數凹槽，該轉子定義一軸心線，該永磁馬達之磁件供設於該轉子，該永磁馬達之磁件包括：二端部，沿一第一方向上設於相對二側分別為一第一端部及一第二端部，該第一、二端部分別於一厚度方向上設有一磁極面，該磁極面至該軸心線之間定義為一徑距，該第一方向垂直於一第二方向，該第二方向係平行於該軸心線且從該第一端部至該第二端部通過該磁極面；該第一、二端部之磁極面於最大徑距處分別定義至少一第一點及至少一第二點，該第一、二端部之磁極面分別定義一參考線，該第一端部之參考線通過該第一點與該第二方向相交、該第二端部之參考線通過該第二點且與該第二方向相交，該第一端部之參考線及該第二端部之參考線分別與該第二方向之間形成一夾角，該第一端部由沿該第二方向上的相對二側至該第一端部之參考線之徑距漸增，該第二端部由沿該第二方向上的相對二側至該第二端部之參考線之徑距漸增，該第一端部之參考線、及該第二端部之參考線分別位於該第二方向之相反側。
2. 如請求項1所述的永磁馬達之磁件，其中該夾角為360度除以該永磁馬達之磁件與該複數凹槽的數量的最小公倍數。
3. 如請求項1所述的永磁馬達之磁件，其中該第一、二端部之夾角角度相同。
4. 如請求項1所述的永磁馬達之磁件，其中該第一、二端部之夾角角度相異。
5. 如請求項1所述的永磁馬達之磁件，其中該第一、二端部之磁極面分別為弧面。
6. 如請求項5所述的永磁馬達之磁件，其中該第一、二端部於該厚度方向上的截面包含該磁極面，任二截面的該磁極面為非同圓心之弧面。
7. 如請求項1所述的永磁馬達之磁件，其中該第一、二端部之磁極面分別包括複數多邊形，該複數多邊形具角度地相互連接略形成多角弧面。
8. 如請求項7所述的永磁馬達之磁件，其中該複數多邊形分別為平行於該軸心線方向延伸之長條形，該複數長條形係沿該第一方向上相互連接排列略呈圓弧面。
9. 如請求項1至8其中任一項所述的永磁馬達之磁件，另包括一內周面，該內周面於該厚度方向上設於設有該磁極面的相反側，該內周面及該磁極面為非同心弧面。
10. 如請求項6所述的永磁馬達之磁件，其中該第一、二端部之夾角角度相同或該第一、二端部之夾角角度相異；該第一、二端部之該磁極面分別包括複數多邊形，該複數多邊形具角度地相互連接略形成多角弧面；該永磁馬達之磁件另包括一內周面，該內周面於該厚度方向上設於設有該磁極面的相反側，該內周面及該磁極面為非同心弧面。
11. 一種永磁馬達之磁件，該永磁馬達包括一定子及一可相對該定子轉動之轉子，該定子環設複數凹槽，該轉子定義一軸心線，該永磁馬達之磁件供設於該轉子，該永磁馬達之磁件包括：二端部，沿一第一方向上設於相對二側分別為一第一端部及一第二端部，該第一、二端部分別於一厚度方向上設有一磁極面，該磁極面至該軸心線之間定義為一徑距，該第一方向垂直於一第二方向，該第二方向係平行於該軸心線且從該第一端部至該第二端部通過該磁極面；該第一、二端部之磁極面分別定義二參考線，該二參考線通過該磁極面且相交於該第二方向，各該參考線與該第二方向之間形成一夾角，該第一、二端部之磁極面分別由各該參考線劃分出一第一側磁極面及一第二側磁極面，該第一端部之該第一、二側磁極面之最大徑距處分別設有一第一點，該第二端部之該第一、二側磁極面之最大徑距處分別設有一第二點，該第一端部之該二參考線分別連接該二第一點，該第二端部之該二參考線分別連接該二第二點，該第一端部之該二參考線分別連接該第二端部之該二參考線，該第一端部之該第一、二側磁極面之第一點及該第二端部之該第一、二側磁極面之第二點分別位於該第二方向之相反側；該第一端部之第一、二側磁極面外側往參考線方向之徑距漸增，該第二端部之第一、二側磁極面由外側往參考線方向之徑距漸增。
12. 如請求項11所述的永磁馬達之磁件，其中，該第一端部之該第一、二側磁極面之第一點為間距設置，該第二端部之該第一、二側磁極面之第二點為間距設置，該第一、二端部之該二參考線之間設有一溝槽。
13. 如請求項11所述的永磁馬達之磁件，其中該第一、二端部之磁極面分別呈波浪狀，該磁極面之複數波峰分別低於各該第一點及各該第二點。
14. 如請求項11所述的永磁馬達之磁件，其中該第一、二端部之夾角角度相同。
15. 如請求項11所述的永磁馬達之磁件，其中該第一、二端部之夾角角度相異。
16. 如請求項11所述的永磁馬達之磁件，其中該第一、二端部之磁極面分別為弧面。
17. 如請求項16所述的永磁馬達之磁件，其中該第一、二端部於該厚度方向上的截面包含該磁極面，任二截面的該磁極面為非同圓心之弧面。
18. 如請求項11所述的永磁馬達之磁件，其中該第一、二端部之磁極面分別包括複數多邊形，該複數多邊形具角度地相互連接略形成多角弧面。
19. 如請求項18所述的永磁馬達之磁件，其中該複數多邊形分別為平行於該軸心線方向延伸之長條形，該複數長條形係沿該第一方向上相互連接排列略呈圓弧面。
20. 如請求項17所述的永磁馬達之磁件，其中該第一端部之該第一、二側磁極面之第一點為間距設置，該第二端部之該第一、二側磁極面之第二點為間距設置，該第一、二端部之該二參考線之間設有一溝槽；該第一、二端部之夾角角度相同或該第一、二端部之夾角角度相異；該第一、二端部之該磁極面分別包括複數多邊形，該複數多邊形具角度地相互連接略形成多角弧面或該第一、二端部之磁極面分別呈波浪狀，該磁極面之複數波峰分別低於各該第一點及各該第二點；該複數多邊形分別為平行於該軸心線方向延伸之長條形，該複數長條形係沿該第一方向上相互連接排列略呈圓弧面；該永磁馬達之磁件另包括一內周面，該內周面於該厚度方向上設於設有該磁極面的相反側，該內周面及該磁極面為非同心弧面；該第一、二端部之該二參考線與該溝槽係相互平行設置。