TWI720804B - 永磁馬達之轉子組件及其轉子端板 - Google Patents

永磁馬達之轉子組件及其轉子端板 Download PDF

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Abstract

一種永磁馬達之轉子組件包含一轉子本體、一轉軸及二轉子端板。轉軸穿過轉子本體之二轉子端部。二轉子端板分別於壓合於二轉子端部，且每一轉子端板包含一內側環體結構及一外側環體結構。內側環體結構由一鐵系材料所組成，具有一第一環體外周面與一第一厚度，用於套接於轉軸。外側環體結構由一鋁系材料所組成，包含一第一段環體結構及一第二段環體結構。第一段環體結構包覆於第一環體外周面，並具有一第二環體外周面與一大於第一厚度之第二厚度。第二段環體結構一體成型地包覆於第二環體外周面，並具有一大於第二厚度之第三厚度。

Description

永磁馬達之轉子組件及其轉子端板
本發明係關於一種永磁馬達之轉子組件及其轉子端板，尤其是指一種利用鐵系材料與鋁系材料製成轉子端板之永磁馬達之轉子組件及其轉子端板。
請參閱第一圖與第二圖，第一圖係顯示先前技術之馬達轉子之立體示意圖；第二圖為第一圖之A-A剖面示意圖。如圖所示，一種馬達轉子PA100包含一轉子本體PA1、一馬達轉軸PA2以及二轉子端板PA3與PA4。轉子本體PA1例如是由多個矽鋼片堆疊所形成，而馬達轉軸PA2是固定地穿設於轉子本體PA1，而二轉子端板PA3與PA4是分別穿設馬達轉軸PA2而設置於轉子本體PA1之兩端。
承上所述，一般常見的轉子端板PA3與PA4主要是用來將設置於轉子本體PA1內之磁石固定住，且轉子端板PA3與PA4還可透過加重與減重等方式平衡整個馬達轉子PA100在轉動時的動平衡。此外，在製造過程中，若是採用熱套壓板型式（轉子端板PA3與PA4不採用螺栓互鎖方式），可以因為減少螺栓與壓板鑽孔費用而有利於減少製造成本，但由於馬達轉子PA100運轉時會產生高溫，因此若轉子端板PA3與PA4使用鋁材質時，轉子端板PA3與PA4很容易會因為受熱膨脹變形而與馬達轉軸PA2分離，因此轉子端板PA3與PA4通常會使用到鑄鐵，藉以透過鑄鐵的低熱膨脹係數來避免轉子端板PA3與PA4因熱膨脹變形而與馬達轉軸PA2分離。
此外，由於鑄鐵的硬度相較於鋁材質的硬度高，因此若轉子端板PA3與PA4使用鑄鐵材質製成，轉子端板PA3與PA4在與馬達轉軸PA2結合之前的加工步驟階段，往往會因為高硬度不易加工而需要花費較多的時間，且當使用者因調整馬達轉子PA100之轉動平衡而需要在轉子端板PA3與PA4上鑽孔減輕重量時，也會因為鑄鐵材質的高度硬度而不易加工。
綜上所述，在現有技術中，由於鋁材質製成的轉子端板PA3與PA4會有受熱膨脹而與馬達轉軸PA2分離的問題，而鑄鐵材質製成的轉子端板PA3與PA4則會有不易加工的問題。
有鑒於在先前技術中，鋁製轉子端板會有受熱膨脹而自馬達轉軸脫離的問題，而鐵製轉子端板則會有加工不易的問題；緣此，本發明的主要目的在於提供一種永磁馬達之轉子組件及一種轉子端板，可以有效解決現有轉子端板的熱膨脹與加工問題。
本發明為解決先前技術之問題，所採用的必要技術手段是提供一種永磁馬達之轉子組件，包含一轉子本體、一轉軸以及二轉子端板。轉子本體係具有二轉子端部。轉軸係穿過轉子本體之二轉子端部。二轉子端板係分別於壓合於二轉子端部，且每一轉子端板包含一內側環體結構以及一外側環體結構。
內側環體結構係由一鐵系材料所組成，具有一第一環體外周面與一第一厚度，並用於套接於轉軸。外側環體結構係由一鋁系材料所組成，並且包含一第一段環體結構以及一第二段環體結構。第一段環體結構係包覆於第一環體外周面，並且具有一第二環體外周面與一大於第一厚度之第二厚度。第二段環體結構係一體成型地包覆於第二環體外周面，並且具有一大於第二厚度之第三厚度。
在上述必要技術手段所衍生之一附屬技術手段中，轉子本體開設有複數個磁石設置孔，磁石設置孔係分別貫通二轉子端部。較佳者，永磁馬達之轉子組件更包含複數個磁石，磁石係穿設於磁石設置孔中。此外，外側環體結構具有複數個磁石固定凸塊，磁石固定凸塊係在二轉子端板分別壓合於二轉子端部時，分別卡設於磁石設置孔，用以卡抵固定磁石。
在上述必要技術手段所衍生之一附屬技術手段中，轉子本體開設有一轉軸連接孔，內側環體結構開設有一對應於轉軸連接孔之轉軸穿設孔，轉軸係穿設於轉軸連接孔與轉軸穿設孔。
本發明為解決先前技術之問題，所採用的另一必要技術手段是提供一種轉子端板，係用於壓合於一轉子本體之一轉子端部，轉子端板包含一內側環體結構以及一外側環體結構。內側環體結構係由一鐵系材料所組成，具有一第一環體外周面與一第一厚度，並用於套接於轉子本體之一轉軸。外側環體結構係由一鋁系材料所組成，並且包含一第一段環體結構以及一第二段環體結構。
第一段環體結構係包覆於第一環體外周面，並且具有一第二環體外周面與一大於第一厚度之第二厚度。第二段環體結構係一體成型地包覆於第二環體外周面，並且具有一大於第二厚度之第三厚度。
在上述必要技術手段所衍生之一附屬技術手段中，轉子本體開設有複數個磁石設置孔，磁石設置孔內設有複數個磁石，且外側環體結構具有複數個磁石固定凸塊，磁石固定凸塊係在轉子端板壓合於轉子端部時，分別卡設於磁石設置孔，用以卡抵固定磁石。
在上述必要技術手段所衍生之一附屬技術手段中，轉子本體開設有一轉軸連接孔，內側環體結構開設有一對應於轉軸連接孔之轉軸穿設孔，且轉軸係穿設於轉軸連接孔與轉軸穿設孔。
如上所述，由於本發明之轉子端板之內側環體結構是由鐵系材料所組成，因此可藉由鐵系材料的低熱膨脹係數來有效的避免內側環體結構因熱脹冷縮所造成的脫落問題，而由於外側環體結構是由鋁系材料所組成，因此當轉子端板固定於轉子本體之二轉子端部時，可利於使用者對外側環體結構進行挖孔加工，進而便於使用者調整永磁馬達之轉子組件之動平衡狀態。此外，由於本發明之轉子端板更設有磁石固定凸塊，因此還可藉由磁石固定凸塊卡設於磁石設置孔，進而有效的固定設置於磁石設置孔內之磁石。
本發明所採用的具體實施例，將藉由以下之實施例及圖式作進一步之說明。
請參閱第三圖至第五圖，第三圖係顯示本發明較佳實施例所提供之永磁馬達之轉子組件之立體分解示意圖；第四圖係顯示本發明較佳實施例所提供之永磁馬達之轉子組件之立體示意圖；第五圖為第四圖之B-B剖面示意圖。
如第三圖至第五圖所示，一種永磁馬達之轉子組件100包含一轉子本體1、一轉軸2、二轉子端板3與4以及複數個磁石5（圖中僅標示一個）。
轉子本體1具有相對設置之二轉子端部11與12，且轉子本體1開設有十二個磁石設置孔13與一轉軸連接孔14，磁石設置孔13係分別貫通二轉子端部11與12。在實務上，轉子本體1是由複數個矽鋼片（圖未標示）堆疊而成，而磁石設置孔13與轉軸連接孔14也是由複數個矽鋼片所開設之磁石孔（圖未標示）與軸孔（圖未標示）互相連通所形成。
轉軸2係固定地穿設轉子本體1之二轉子端部11與12。在實務上，轉軸2例如是以鍵槽與鍵塊的配合來固接轉軸2與轉子本體1。
轉子端板3與4是分別於壓合於二轉子端部11與12；其中，由於轉子端板3與4之構造相同，故僅以轉子端板3為例進行說明。轉子端板3包含一內側環體結構31以及一外側環體結構32。
內側環體結構31係由一鐵系材料所組成，具有一轉軸穿設孔311、一第一環體外周面312與一第一厚度t1，且內側環體結構31是利用轉軸穿設孔311固定地套接於轉軸2。外側環體結構32係由一鋁系材料所組成，並且包含一第一段環體結構321、一第二段環體結構322以及十二個磁石固定凸塊323（圖中僅標示一個）。其中，鐵系材料是指含有鐵元素的金屬或合金，而鋁系材料則是指含有鋁元素的金屬或合金。
第一段環體結構321係包覆於第一環體外周面312，並且具有一第二環體外周面3211與一大於第一厚度t1之第二厚度t2。第二段環體結構322係一體成型地包覆於第二環體外周面3211，並且具有一大於第二厚度t2之第三厚度t3。在本實施例中，內側環體結構31之鐵系材料是以鑄造的方式所形成的鑄鐵，而外側環體結構32則是以鑄造的方式所形成的鑄鋁。此外，由於在實務上，轉子端板3之製造是先形成內側環體結構31，然後於內側環體結構31外澆鑄形成外側環體結構32，因此第一段環體結構321會熔接地包覆於第一環體外周面312，使得內側環體結構31與外側環體結構32結為一體。
十二個磁石固定凸塊323是以星形排列的形式凸設於外側環體結構32面對轉子本體1之內側面上，且十二個磁石固定凸塊323是分別對應於十二個磁石設置孔13，藉以在轉子端板3壓合於轉子本體1之轉子端部11時，使每個磁石固定凸塊323分別對應地卡設於磁石設置孔13。其中，雖然本實施例之十二個磁石固定凸塊323是以星形進行排列，但在其他實施例中，亦可為其他排列形狀，而其排列形狀主要是取決於磁石設置孔13的排列形狀。
另一方面，轉子端板4同樣包含一內側環體結構41以及一外側環體結構42，內側環體結構41同樣具有一轉軸穿設孔411、一第一環體外周面412與一第一厚度（圖未標示），而外側環體結構42同樣包含一第一段環體結構（圖未標示）、一第二段環體結構（圖未標示）以及十二個磁石固定凸塊423（圖中僅標示一個），但由於轉子端板4之構造與轉子端板3之構造相同，故在此不多加贅述。
磁石5係穿設於磁石設置孔13中，並在二轉子端板3與4壓合於轉子本體1之轉子端部11與12時，受到磁石固定凸塊323與423的推抵而穩固的設置於磁石設置孔13中。其中，磁石5在本實施例中為永久磁石。
請繼續參閱第六圖與第七圖，第六圖係顯示本發明較佳實施例所提供之永磁馬達之轉子組件依據實際需求在轉子端板上鑽孔槽之立體示意圖；第七圖為第六圖之C-C剖面示意圖。
如第三圖至第七圖所示，在實際運用上，當使用者在對永磁馬達之轉子組件100進行動平衡測試時，若永磁馬達之轉子組件100因為兩端重量分配不均勻而需要調整重量時，使用者可以在轉子端板3之外側環體結構32或轉子端板4之外側環體結構42鑽孔來調整永磁馬達之轉子組件100之兩端重量分配；以轉子端板3為例，在本實施例中，使用者透過在外側環體結構32之第二段環體結構322上鑽了複數個孔槽322a（圖中僅標示一個）來減輕轉子端板3之重量，藉以形成一經過加工之永磁馬達之轉子組件100a，並使其在轉動時的平衡更加趨於穩定。
由以上敘述可知，由於本發明所提供之轉子端板3之內側環體結構31是由鐵系材料所組成，因此當永磁馬達之轉子組件100運作而使轉子本體1發熱時，即使轉子本體1之熱量透過轉軸2傳遞至內側環體結構31，也會因內側環體結構31之材質為低熱膨脹係數的鐵系材料而不易受熱膨脹變形而與轉軸2分離。
另一方面，由於外側環體結構32是由鋁系材料所組成，因此使用者在對外側環體結構32進行減料加工時，因為鋁系材料的硬度相較於鐵系材料低，因此使用者可以更加便利的進行加工；其中，由於第二段環體結構322之第三厚度t3大於第二厚度t2與第一厚度t1，因此可以有效的增加孔槽322a在第二段環體結構322所能加工的深度h，而在本實施例中，雖然深度h小於第三厚度t3並大於第二厚度t2，但在實務運用上，孔槽322a之深度h甚至可以透過磁石固定凸塊323來增加，意即孔槽322a可以挖深至磁石固定凸塊323內側而使深度h大於第三厚度t3。
此外，由於內側環體結構31之第一厚度t1小於第二厚度t2與第三厚度t3，因此即使內側環體結構31是由硬度較高的鐵系材料所組成，也因為其厚度較小而可以有效的減少需要加工的面積（接觸轉軸2的內側周面），意即透過減少厚度來降低加工面積，藉以使轉軸2可以緊密配合地穿過轉軸穿設孔311。
綜上所述，相較於先前技術之鋁製轉子端板會有受熱膨脹而自馬達轉軸脫離的問題，而鐵製轉子端板則會有加工不易的問題，本發明主要是利用由鐵系材料所組成之內側環體結構以及由鋁系材料所組成之外側環體結構來構成轉子端板，因此透過內側環體結構組接轉軸可以有效的防止熱膨脹變形的問題，而外側環體結構則有利於用來調整重量，且由於本發明之外側環體結構之第二厚度與第三厚度皆大於內側環體結構之第一厚度，因此還可以有效的增加外側環體結構的可加工範圍與深度，便透過厚度相對小的內側環體結構來有效的減少需加工的面積，藉此，本發明所提供之永磁馬達之轉子組件及其轉子端板確實可以有效地減少加工的成本，並有效地增加永磁馬達之轉子組件運轉時的穩定性。
此外，本發明還可透過轉子端板所設之磁石固定凸塊來卡設於磁石設置孔，進而有效的固定設置於磁石設置孔內之磁石。而雖然在本發明實施例中，轉子端板是以成對的設置於轉子本體之兩端部，但不限於此，轉子端板亦可為單邊設置於轉子本體之一端。
藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。
PA100:馬達轉子 PA1:轉子本體 PA2:馬達轉軸 PA3,PA4:轉子端板 100:永磁馬達之轉子組件 100a:經過加工之永磁馬達之轉子組件 1:轉子本體 11,12:轉子端部 13:磁石設置孔 14:轉軸連接孔 2:轉軸 3:轉子端板 31:內側環體結構 311:轉軸穿設孔 312:第一環體外周面 32:外側環體結構 321:第一段環體結構 3211:第二環體外周面 322:第二段環體結構 322a:孔槽 323:磁石固定凸塊 4:轉子端板 41:內側環體結構 411:轉軸穿設孔 412:第一環體外周面 42:外側環體結構 423:磁石固定凸塊 5:磁石 t1:第一厚度 t2:第二厚度 t3:第三厚度 h:深度
第一圖係顯示先前技術之馬達轉子之立體示意圖； 第二圖為第一圖之A-A剖面示意圖； 第三圖係顯示本發明較佳實施例所提供之永磁馬達之轉子組件之立體分解示意圖； 第四圖係顯示本發明較佳實施例所提供之永磁馬達之轉子組件之立體示意圖； 第五圖為第四圖之B-B剖面示意圖； 第六圖係顯示透過對本發明之轉子端板透過挖孔來調整永磁馬達之轉子組件動平衡之立體示意圖；以及 第七圖為第六圖之C-C剖面示意圖。
100:永磁馬達之轉子組件
1:轉子本體
11,12:轉子端部
13:磁石設置孔
14:轉軸連接孔
2:轉軸
3:轉子端板
31:內側環體結構
311:轉軸穿設孔
312:第一環體外周面
32:外側環體結構
323:磁石固定凸塊
4:轉子端板
41:內側環體結構
411:轉軸穿設孔
412:第一環體外周面
42:外側環體結構
423:磁石固定凸塊

Claims (4)

  1. 一種永磁馬達之轉子組件，包含：一轉子本體，係具有二轉子端部；一轉軸，係穿過該轉子本體之該二轉子端部；以及二轉子端板，係分別於壓合於該二轉子端部，且每一轉子端板包含：一內側環體結構，係由一鐵系材料所組成，具有一第一環體外周面與一第一厚度，並用於套接於該轉軸；以及一外側環體結構，係由一鋁系材料所組成，並且包含：一第一段環體結構，係包覆於該第一環體外周面，並且具有一第二環體外周面與一大於該第一厚度之第二厚度；以及一第二段環體結構，係一體成型地包覆於該第二環體外周面，並且具有一大於該第二厚度之第三厚度；其中，該轉子本體開設有複數個磁石設置孔，該些磁石設置孔係分別貫通該二轉子端部；該轉子本體更包含複數個磁石，該些磁石係穿設於該些磁石設置孔中；以及該外側環體結構具有複數個磁石固定凸塊，該些磁石固定凸塊係在該二轉子端板分別壓合於該二轉子端部時，分別卡設於該些磁石設置孔，用以卡抵固定該些磁石。
  2. 如請求項1所述之永磁馬達之轉子組件，其中，該轉子本體開設有一轉軸連接孔，該內側環體結構開設有一對應於該轉軸連接孔之轉軸穿設孔，該轉軸係穿設於該轉軸連接孔與該轉軸穿設孔。
  3. 一種轉子端板，係用於壓合於一轉子本體之一轉子端部，該轉子端板包含：一內側環體結構，係由一鐵系材料所組成，具有一第一環體外周面與一第一厚度，並用於套接於該轉子本體之一轉軸；以及一外側環體結構，係由一鋁系材料所組成，並且包含：一第一段環體結構，係包覆於該第一環體外周面，並且具有一第二環體外周面與一大於該第一厚度之第二厚度；以及一第二段環體結構，係一體成型地包覆於該第二環體外周面，並且具有一大於該第二厚度之第三厚度；其中，該轉子本體開設有複數個磁石設置孔，該些磁石設置孔內設有複數個磁石，且該外側環體結構具有複數個磁石固定凸塊，該些磁石固定凸塊係在該轉子端板壓合於該轉子端部時，分別卡設於該些磁石設置孔，用以卡抵固定該些磁石。
  4. 如請求項3所述之轉子端板，其中，該轉子 本體開設有一轉軸連接孔，該內側環體結構開設有一對應於該轉軸連接孔之轉軸穿設孔，且該轉軸係穿設於該轉軸連接孔與該轉軸穿設孔。
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