TWI714326B - 永磁馬達轉子結構 - Google Patents

Abstract

本發明所提供的永磁馬達之轉子結構，其主要之技術特徵係使其環形轉子內依據海爾貝克磁環陣列所排列之磁鐵中，介於平行陣列之磁鐵與轉子外環緣之距離，以及環形轉子之內外徑差，其距離/內外徑差間之比例係介於0.43至0.48之間。

Description

永磁馬達轉子結構

本發明係與馬達有關，特別是關於一種永磁馬達轉子結構。

應用電磁技術之馬達裝置，其技術之發展固然已臻於成熟，惟如何強化其性能、降低能源之耗損等改進的發展則未曾停歇，其中，海爾貝克(Halback)磁環陣列自二十世紀由Klaus Halback揭露以來，其特殊之磁鐵排列方式相較於傳統之磁鐵排列方式，可以大幅地降低馬達之頓轉轉矩與漣波轉矩效應之產生，進一步地改善馬達之震動與噪音之問題，且其所具有之磁自屏特性亦得以減少馬達之漏磁現象，減少馬達對外部環境之電磁干擾等，均顯見其可用以增強馬達之效能。

惟對於海爾貝克磁環陣列之研究，在已公開之先前技術中仍屬相對較為欠缺者。

因此，本發明之主要目的即係在提供一種永磁馬達之轉子結構，其係可提昇馬達之轉矩、減少漏磁並降低鐵損。

緣是，為達成上述目的，本發明所提供的永磁馬達之轉子結構，其主要之技術特徵係使其環形轉子內依據海爾貝克磁環陣列所排列之磁鐵中，介於平行陣列之磁鐵與轉子外環緣之距離，以及環形轉子之內外徑差，其距離/內外徑差間之比例係介於0.43至0.48之間。

其中，該距離/內外徑差之比例較佳者係介於0.44至0.46之間。

其中，海爾貝克磁環陣列中平行陣列之磁鐵強度，係小於海爾貝克磁環陣列中徑向陣列之磁鐵強度。

首先，請參閱圖1及圖2所示，在本發明一較佳實施例中所提供永磁馬達之轉子結構(10)，其主要係包含了有一轉子(20)、多數之第一磁鐵(30)與多數之第二磁鐵(40)。

該轉子(20)係具有一呈圓環形狀之身部(21)，多數斷面呈矩形之第一槽(22)係自該身部(21)外環緣往內沿身部(21)之徑向延伸一第一長度(L1)，多數斷面呈矩形之第二槽(23)係分別設於該身部(21)之中，並介於相鄰之兩第一槽(22)之間，且使各該第二槽(23)之長軸垂直於身部之徑向，據以使各該第一槽(22)與各該第二槽(23)乃於該身部(21)上形成縱橫交錯之排列狀態；

另外，該轉子(20)係更包含有多數之片狀支撐體(24)係分別突設於各該第一槽(22)之延伸端末上，而沿該身部(21)之徑向往各第一槽(22)之槽口方向延伸一短於該第一長度之第二長度(L2)，多數對之凹室(25)則分別凹設於各該第二槽(23)之長軸兩端位於短軸一側之角落位置上，並垂直於各該第二槽(23)之長軸。

各該第一磁鐵(30)係分別呈矩形塊狀，各自插設於各該第一槽(22)中，並使長軸一端抵靠於對應之支撐體(24)之延伸端末上，以及使各該第一磁鐵(30)之長度短於該第一長度(L1)與該第二長度(L2)之差值，從而使各該第一磁鐵(30)之長軸另端得以沒入於各該第一槽(22)之槽口內側，而不會突出於該身部(21)外環側外。

各該第二磁鐵(40)分別呈矩形塊狀，磁強度並小於各該第一磁鐵(30)之磁強度，而各自嵌置於各該第二槽(23)中，並使各該第二磁鐵(40)之矩形形狀與各該第二槽(23)之矩形形狀為相同，據以使各該第二磁鐵(40)得以被穩固地嵌置於各該第二槽(23)內。

各該第一磁鐵(30)與各該第二磁鐵(40)係排列呈為海爾貝克磁環陣列，其中，呈輻射狀排列之各該第一磁鐵(30)乃為徑向陣列，而沿沿該身部(21)圓周方向排列之各該第二磁鐵(40)則為平行陣列，而進一步地，在平行陣列中，各該第二磁鐵(40)在短軸方向遠離該身部(21)曲率中心之一端與該身部(21)外環面間之間距(α)，與該身部(21)內徑與外徑差之徑差值(β)，二者間係具有特定之比例關係存在，如圖3所示，該間距(α)/該徑差值(β)之值在0.43至0.48間，係具有提高轉矩(T)、降低鐵損(CL)與頓轉(CG)之效果顯現，雖其最佳之比值視不同之需求而有不同，但總體而言，其介於0.44至0.46間之比值者應屬更佳，但並非以之限，例如以轉矩提高為目的時，該α/β值即以0.45為最佳，此際其磁通密度及磁路圖乃如圖4及圖5所示，惟若以降低頓轉為目的時，則α/β值則以0.48為最佳，此際其磁通密度乃如圖6所示。

從功效上進一步來看，併請參閱圖7及圖8之比較圖所示，是二圖中係以實線表示本發明、以虛線表示習知之技術，由圖7之磁漏比較圖可知，該永磁馬達之轉子結構(10)在對於漏磁之阻擋效果上，較諸習知技術有顯著之功效，而可提高馬達之輸出功率與效率，而由圖8之性能比較圖亦足以證明，該永磁馬達之轉子結構(10)較諸習知技術而言，具有更佳之效能顯現，據此，當足以證明本發明所提供之技術，較諸習知技術而言，確可在馬達轉矩之提昇、減少漏磁與降低鐵損之功效上，具有顯著的增進。

(10):永磁馬達之轉子結構

(20):轉子

(21):身部

(22):第一槽

(23):第二槽

(24):支撐體

(25):凹室

(30):第一磁鐵

(40):第二磁鐵

(L1):第一長度

(L2):第二長度

(α):間距

(β):徑差

(T):轉矩

(CL):鐵損

(CG):頓轉

圖1係本發明一較佳實施例之平面圖。 圖2係本發明一較佳實施例沿圖1中A區域之局部放大圖。 圖3係本發明一較佳實施例中不同α/β值之轉矩、鐵損與頓轉曲線圖。 圖4係本發明一較佳實施例中α/β值為0.45之磁通密度圖。 圖5係本發明一較佳實施例中α/β值為0.45之磁路圖。 圖6係本發明一較佳實施例中α/β值為0.48之磁通密度圖。 圖7係本發明一較佳實施例與習知技術之磁漏比較圖。 圖8係本發明一較佳實施例與習知技術之性能比較圖。

(21):身部

(22):第一槽

(23):第二槽

(24):支撐體

(25):凹室

(30):第一磁鐵

(40):第二磁鐵

(L1):第一長度

(L2):第二長度

(α):間距

(β):徑差

Claims (10)

1. 一種永磁馬達之轉子結構，包含有：一轉子，具有一環形身部，多數之第一槽係沿彼此相隔開來地分別沿該身部之徑向、輻射狀地設於該身部上，多數之第二槽係分別介於相鄰之各該第一槽之間，並沿該身部之圓周方向排列；多數之第一磁鐵，係分別嵌設於各該第一槽中；多數之第二磁鐵，係分別嵌設於各該第二槽中；其中，各該第二磁鐵遠離該身部曲率中心之一側與該身部之外環緣間之一間距，以及該身部之內徑與外徑間之一徑差值，係使該間距/該徑差值之值介於0.43至0.48之間；其中，各該第一磁鐵與各該第二磁鐵均呈矩形，並使各該第一磁鐵之長軸平行於該身部之徑向，各該第二磁鐵之長軸則垂直於該身部之徑向；其中，各該第二槽係具有與該第二磁鐵相同之矩形形狀；其中，該轉子係更包含有多數之凹室，係分別凹設於各該第二槽短軸一側之兩端上，並垂直於各該第二槽之長軸。
2. 如請求項1所述永磁馬達之轉子結構，其中，該間距/該徑差之值介於0.44至0.46之間。
3. 如請求項1或2所述永磁馬達之轉子結構，其中，各該第二磁鐵之磁強度係小於各該第一磁鐵之磁強度。
4. 如請求項1所述永磁馬達之轉子結構，其中，各該第一槽係分別自該身部之外環面往內延伸，並呈長度大於各該第一磁鐵之矩形形狀。
5. 如請求項4所述永磁馬達之轉子結構，其中，該轉子係更包含有多數支撐體，係分別突設於各該第一槽之延伸端末而沿該身部之徑向往外延伸， 且使各該支撐體之延伸長度小於各該第一槽長度與各該第一磁鐵長度之差值。
6. 一種永磁馬達之轉子結構，包含有：一轉子，具有一環形身部，多數之第一槽係沿彼此相隔開來地分別沿該身部之徑向、輻射狀地設於該身部上，多數之第二槽係分別介於相鄰之各該第一槽之間，並沿該身部之圓周方向排列；多數之第一磁鐵，係分別嵌設於各該第一槽中；多數之第二磁鐵，係分別嵌設於各該第二槽中；其中，各該第二磁鐵遠離該身部曲率中心之一側與該身部之外環緣間之一間距，以及該身部之內徑與外徑間之一徑差值，係使該間距/該徑差值之值介於0.43至0.48之間；其中，各該第一磁鐵與各該第二磁鐵均呈矩形，並使各該第一磁鐵之長軸平行於該身部之徑向，各該第二磁鐵之長軸則垂直於該身部之徑向；其中，各該第一槽係分別自該身部之外環面往內延伸，並呈長度大於各該第一磁鐵之矩形形狀；其中，該轉子係更包含有多數支撐體，係分別突設於各該第一槽之延伸端末而沿該身部之徑向往外延伸，且使各該支撐體之延伸長度小於各該第一槽長度與各該第一磁鐵長度之差值。
7. 如請求項6所述永磁馬達之轉子結構，其中，該間距/該徑差之值介於0.44至0.46之間。
8. 如請求項6或7所述永磁馬達之轉子結構，其中，各該第二磁鐵之磁強度係小於各該第一磁鐵之磁強度。
9. 如請求項6所述永磁馬達之轉子結構，其中，各該第二槽係具有與該第二磁鐵相同之矩形形狀。
10. 如請求項9所述永磁馬達之轉子結構，其中，該轉子係更包含有多數之凹室，係分別凹設於各該第二槽短軸一側之兩端上，並垂直於各該第二槽之長軸。

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