TWI663812B - 具有低頓轉矩之電動機 - Google Patents

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Abstract

一種具有低頓轉矩之電動機，包括定子以及轉子。定子包含複數個定子齒與複數個定子槽，定子齒的數量與定子槽的數量相等，定子槽的數量係S個。轉子配置於定子內側，轉子包含複數個磁鐵磁極，磁鐵磁極的數量係P個，定子槽的數量與磁鐵磁極的數量的比例S/P係7.5N，其中N為正整數。

Description

具有低頓轉矩之電動機
本發明是有關於一種電動機，且特別是有關於一種具有低頓轉矩之電動機。
電子產品皆有運用到馬達，透過馬達的帶動，使該電子產品能做出相對應的功能。在數種電機馬達架構中，最常見的係為感應馬達。此外，永磁馬達與磁阻馬達因具有結構簡單、維護容易及效率高等優點，故而逐漸受到重視。
永磁馬達因轉子含有磁鐵的關係，在無附加電流的情況下，轉子轉動會有力矩的變化，稱為頓轉矩，馬達頓轉矩高時，產生不必要的虛功，而造成馬達運轉過程不夠順暢。
因此，如何改良並能提供一種『具有低頓轉矩之電動機』來避免上述所遭遇到的問題，係業界所亟待解決之課題。
本發明提供一種具有低頓轉矩之電動機，可以解決電動機在旋轉中振動之問題，並降低頓轉矩(cogging torque)，提升電動機效率。
本發明之一實施例提出一種具有低頓轉矩之電動機，包括一 定子以及一轉子。定子包含複數個定子齒與複數個定子槽，定子齒的數量與定子槽的數量相等，定子槽的數量係S個。轉子配置於定子內側，轉子包含複數個磁鐵磁極，磁鐵磁極的數量係P個，定子槽的數量與磁鐵磁極的數量的比例S/P係7.5N，其中N為正整數。
基於上述，在本發明提出的具有低頓轉矩之電動機中，針對特定槽極比(7.5N槽極比)，可以解決因電磁力不均勻而導致電動機在旋轉中振動之問題。
為讓本發明能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
1‧‧‧具有低頓轉矩之電動機
11‧‧‧定子
112‧‧‧定子齒
114‧‧‧定子槽
116‧‧‧線圈
118、218、318‧‧‧凹槽
12‧‧‧轉子
121‧‧‧鐵芯部
122‧‧‧磁鐵磁極
122A‧‧‧第一永久磁鐵
122B‧‧‧第二永久磁鐵
123‧‧‧轉動軸
A‧‧‧中心
B‧‧‧區域
B1、B2‧‧‧底邊
H1、H2‧‧‧高度
R‧‧‧弧形半徑
W‧‧‧寬度
θ1‧‧‧夾角
θ2‧‧‧弧角
圖1為本發明具有低頓轉矩之電動機一實施例的示意圖。
圖2為圖1之具有低頓轉矩之電動機之局部放大的示意圖。
圖3為本發明具有低頓轉矩之電動機另一實施例之局部放大的示意圖。
圖4為本發明具有低頓轉矩之電動機另一實施例之局部放大的示意圖。
圖5為本發明具有低頓轉矩之電動機的頓轉矩敏感度分析的示意圖。
以下結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式作進一步描述。以下實施例僅用於更加清楚地說明本發明的技術方案，而不能以此限制本發明的保護範圍。
圖1為本發明具有低頓轉矩之電動機的示意圖。請參閱圖1，在本實施例中，具有低頓轉矩之電動機1包括一定子11以及一轉子12。定子 11包含複數個定子齒112、複數個定子槽114、複數個線圈116以及複數個凹槽118。定子齒112互相連接成圓形狀的定子11，兩定子齒112之間具有一定子槽114，定子槽114內設置有線圈116，線圈116纏繞於定子齒112。在本實施例中，定子齒112的數量與定子槽114的數量相等，複數個定子槽114排列呈放射狀。
在本實施例中，轉子12配置於定子11內側，轉動軸123穿設轉子12，當電流流過線圈116時，一轉動軸123帶動轉子12旋轉，具有低頓轉矩之電動機1被驅動。轉子12包含一鐵芯部121以及複數個磁鐵磁極122。鐵芯部121的圓周部分設置有複數個磁鐵磁極122。在本實施例中，每一個磁鐵磁極122具有兩永久磁鐵，其為第一永久磁鐵122A與第二永久磁鐵122B，第一永久磁鐵122A連接第二永久磁鐵122B並呈一V字形，第一永久磁鐵122A與第二永久磁鐵122B的夾角θ1介於125度~135度。轉子12的中心A至單一個磁鐵磁極122的分佈，具有一弧角θ2介於40度~44度。
在本實施例中，複數個定子槽114的數量係S個，複數個磁鐵磁極122的數量係P個，複數個定子槽114的數量與複數個磁鐵磁極122的數量的比例S/P係7.5N，其中N為正整數，換言之，本實施例的具有低頓轉矩之電動機1係具7.5N槽極比。在一實施例中，複數個定子槽114的數量S係60個，複數個磁鐵磁極122的數量P係8個，亦即圖1之具有低頓轉矩之電動機1採用60槽8極之設計。
在上述的配置之下，本實施例針對特定槽極比(7.5N槽極比)，可以解決因電磁力不均勻而導致電動機在旋轉中振動之問題。並且，使定子齒112的末端包含至少一凹槽118，以對定子齒112的末端進行修弧， 藉由定子齒112上凹槽118將氣隙磁通交漣(Ripple)變為較平順之弦波，藉此降低頓轉轉矩。請參見表一，表一中修弧前代表定子齒112的末端沒有凹槽，修弧後代表定子齒112的末端具有凹槽118，由表一可知，本實施例於修弧後可降低頓轉矩，並可大幅降低力矩漣波(Torque Ripple)，藉此提升電動機效率。
本實施例不對凹槽118的型態加以限制，在一實施例中，如圖2所示，凹槽118具有一三角形輪廓。凹槽118之三角形輪廓具有一底邊B1與一高度H1，底邊B1與高度H1的尺寸比例B1/H1範圍係5~7。此外，各定子齒112具有一寬度W，底邊B1與定子齒112之寬度W的尺寸比例B1/W範圍係0.65~0.8，亦即，凹槽118之三角形輪廓的底邊B1尺寸小於定子齒112的寬度尺寸。在另一實施例中，如圖3所示，凹槽218具有一方形輪廓。凹槽218之方形輪廓具有一底邊B2與一高度H2，底邊B2與高度H2的尺寸比例B2/H2範圍係5~7。此外，底邊B2與定子齒112之寬度W的尺寸比例B2/W範圍係 0.65~0.8，亦即，凹槽218之方形輪廓的底邊B2尺寸小於定子齒112的寬度尺寸。在另一實施例中，如圖4所示，凹槽318具有一弧形輪廓。凹槽318之弧形輪廓具有一弧形半徑R，各該複數個定子齒具有一寬度W，弧形半徑R與定子齒112之寬度W的尺寸比例R/W範圍係0.65~0.8，亦即，凹槽318之弧形輪廓的尺寸小於定子齒112的寬度尺寸。
圖5為本發明具有低頓轉矩之電動機的頓轉矩敏感度分析的示意圖。請參閱圖5與圖2，圖5係以圖2之凹槽為三角形輪廓底邊B1與高度H1作為頓轉矩敏感度分析，圖5中第一軸代表三角形輪廓的底邊B1，第二軸代表三角形輪廓的高度H1，第三軸代表頓轉矩，最終頓轉矩從修弧前的10.8Nm降低至修弧後的2.3Nm，圖5中三維輪廓中曲面越凹折的地方，代表頓轉矩越低，以圖5來說，頓轉矩最低值處在區域B中，區域B之底邊B1最低值為3.75，區域B之高度H1最低值為0.6，區域B之底邊B1與高度H1的尺寸比例B1/H1為6.25，而本實施例之底邊B1與高度H1的尺寸比例B1/H1範圍係5~7，故可驗證本實施例採用的底邊B1與高度H1的尺寸比例B1/H1範圍，確實可以降低頓轉矩。
綜上所述，在本發明提出的具有低頓轉矩之電動機中，針對特定槽極比(7.5N槽極比)，可以解決因電磁力不均勻而導致電動機在旋轉中振動之問題。並且，使定子齒的末端包含至少一凹槽，以對定子齒的末端進行修弧，藉由定子齒上凹槽將氣隙磁通交漣(Ripple)變為較平順之弦波，故可降低頓轉矩，並可大幅降低力矩漣波(Torque Ripple)，藉此提升電動機效率。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發 明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (11)

  1. 一種具有低頓轉矩之電動機，包括：一定子，包含複數個定子齒與複數個定子槽，該複數個定子齒的數量與該複數個定子槽的數量相等，該複數個定子槽的數量係S個，其中各該定子齒的末端包含至少一凹槽；以及一轉子，配置於該定子內側，該轉子包含複數個磁鐵磁極，該複數個磁鐵磁極的數量係P個，該複數個定子槽的數量與該複數個磁鐵磁極的數量的比例S/P係7.5N，其中該N為正整數，該複數個定子槽的數量S係60個，該複數個磁鐵磁極的數量P係8個。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之具有低頓轉矩之電動機，其中該至少一凹槽具有一三角形輪廓。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之具有低頓轉矩之電動機，其中該三角形輪廓具有一底邊B1與一高度H1，該底邊B1與該高度H1的尺寸比例B1/H1範圍係5~7。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之具有低頓轉矩之電動機，其中各該定子齒具有一寬度W，該底邊B1與該寬度W的尺寸比例B1/W範圍係0.65~0.8。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之具有低頓轉矩之電動機，其中該至少一凹槽具有一方形輪廓。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之具有低頓轉矩之電動機，其中該方形輪廓具有一底邊B2與一高度H2，該底邊B2與該高度H2的尺寸比例B2/H2範圍係5~7。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之具有低頓轉矩之電動機，其中各該定子齒具有一寬度W，該底邊B2與該寬度W的尺寸比例B2/W範圍係0.65~0.8。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之具有低頓轉矩之電動機，其中該至少一凹槽具有一弧形輪廓。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之具有低頓轉矩之電動機，其中該弧形輪廓具有一弧形半徑R，各該複數個定子齒具有一寬度W，該弧形半徑R與該寬度W的尺寸比例R/W範圍係0.65~0.8。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之具有低頓轉矩之電動機，其中各該磁鐵磁極具有兩永久磁鐵，該兩永久磁鐵的夾角介於125度~135度。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之具有低頓轉矩之電動機，其中該轉子的中心至單一該複數個磁鐵磁極的分佈，具有一弧角介於40度~44度。
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