TWI744860B - 馬達及其對沖式配合斜向雙磁性件轉子構造 - Google Patents

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Abstract

本發明係為一種馬達及其對沖式配合斜向雙磁鐵塊轉子構造，其中，該轉子構造包括一轉子鐵心，在該轉子鐵心的周緣環佈有多個徑向排列的對沖式第一磁性件，在相鄰的二個第一磁性件之間有二個斜向第二磁性件，該二個第二磁性件排列呈往該轉子鐵心中心內凹的V字形。該轉子鐵心的半徑為R，該第一磁性件的長度為ls，該第二磁性件的長度為lv，該第二磁性件在該轉子鐵心的半徑上的長度分量為x，該第一磁性件與該第二磁性件的夾角為β，相鄰第一磁性件的夾角為α，上述參數滿足：ls+x<R，其中x=lv‧cos(180°-β)；90°+α/2<β<180°。

Description

馬達及其對沖式配合斜向雙磁性件轉子構造
本發明係有關於一種馬達及其對沖式配合斜向雙磁性件轉子構造，特別是指在轉子鐵心的二相鄰對沖式磁性件之間，另外設置呈內凹V字形排列的另二個斜向磁性件的發明。
習知馬達構造請參閱第六圖所示，包括有對應的一轉子(A)及一定子(B)，該轉子(A)上有環佈的複數磁性件(A1)，該定子(B)上有相對上述磁性件(A1)的複數導磁線圈(B1)。上述馬達運轉時，該轉子(A)上的磁性件(A1)所產生的磁力線有部分朝該轉子(A)內部，因而造成磁力線損失，影響馬達效率。
為改善上述問題，有發明人提出如第七圖所示之馬達構造，包括一轉子(C)及一定子(D)，該轉子(C)上有環佈的複數第一磁性件(C1)，相鄰第一磁性件(C1)之間有橫向延伸呈一字形的一第二磁性件(C2)，該定子(D)上則有相對上述第一磁性件(C1)及第二磁性件(C2)的複數導磁線圈(D1)，藉此構造減少磁力線損失。參閱中國專利第CN102170212號「永久磁鐵式旋轉電機」，提出類似本形態的馬達構造。
本發明提出一種有別於前案之馬達之對沖式配合斜向雙磁性件轉子構造，包括： 一轉子鐵心，在該轉子鐵心的周緣環佈有徑向排列的多個對沖式第一磁性件，在相鄰的二個第一磁性件之間有二個斜向第二磁性件，該二個第二磁性件排列呈往該轉子鐵心中心內凹的V字形。
本發明再提出一種馬達構造，進一步包括一定子鐵心包覆該轉子鐵心，該定子鐵心上有環佈的多個導磁線圈，上述導磁線圈對應上述第一磁性件及第二磁性件。
進一步，係包括複數參數，其中上述參數包括：該轉子鐵心的半徑為R，該第一磁性件的長度為ls，該第二磁性件的長度為lv，該第二磁性件在該轉子鐵心的半徑上的長度分量為x，該第一磁性件與該第二磁性件的夾角為β，相鄰第一磁性件的夾角為α；上述參數滿足：ls+x<R，其中x=lv‧cos(180°-β)；90°+α/2<β<180°。
進一步，相鄰的二個第一磁性件及二個第二磁性件共同包圍一區域，該第一磁性件及該第二磁性件以相同的磁極朝向該區域。
進一步，在該轉子鐵心中，相鄰二個第二磁性件的間距t1介於該第二磁性件的長度lv的10%至40%之間。更進一步，在該轉子鐵心中，相鄰二個第二磁性件的間距t1介於該第二磁性件的寬度T的30%至50%之間。
進一步，在該轉子鐵心中，該第二磁性件與該第一磁性件的間距t2介於該第二磁性件的長度lv的10%至40%之間。更進一步，在該轉子鐵心中，該第二磁性件與該第一磁性件的間距t2介於該第二磁性件的寬度T的30%至50%之間。
根據上述技術特徵可達成以下功效：
1.相比於習知具有一字形排列的第二磁性件的馬達轉子，本發明具有V字形排列的斜向第二磁性件的馬達轉子更不易到達磁飽和，因而能夠產生更高的馬達轉速。
2.相比於習知具有一字形排列的第二磁性件的馬達轉子，本發明具有V字形排列的斜向第二磁性件的馬達轉子在馬達作動時，應力分佈平均，而不易有應力集中的現象。
3.本發明之轉子鐵心的結構強度更高，因而能夠承受更高的應力及馬達轉速而不產生形變。
4.本發明的馬達能夠產生更高的轉矩，以承受更大的負載。
(1):轉子鐵心
(11):第一磁性件
(12):第二磁性件
(2):定子鐵心
(21):導磁線圈
(A):區域
[第一圖]係為本發明之馬達構造的示意圖。
[第二圖]係為本發明之轉子鐵心的第一磁性件及第二磁性件的排列形態示意圖。
[第三A圖]係為本發明之馬達構造作動時，磁通密度的模擬圖。
[第三B圖]係為習知馬達構造作動時，磁通密度的模擬圖。
[第四A圖]係為本發明之馬達構造作動時，應力分佈的模擬圖。
[第四B圖]係為習知馬達構造作動時，應力分佈的模擬圖。
[第五A圖]係為本發明之馬達構造作動時，位移形變的模擬圖。
[第五B圖]係為習知馬達構造作動時，位移形變的模擬圖。
[第六圖]係為習知馬達的構造示意圖之一。
[第七圖]係為習知馬達的構造示意圖之二。
綜合上述技術特徵，本發明之馬達及其對沖式配合斜向雙磁性件轉子構造的主要功效將可於下述實施例清楚呈現。
參閱第一圖所示，本實施例之馬達包括：一轉子鐵心(1)及一定子鐵心(2)。在該轉子鐵心(1)的周緣環佈有多個徑向排列的對沖式第一磁性件(11)，在相鄰的二個第一磁性件(11)之間有二個第斜向二磁性件(12)，該二個第二磁性件(12)排列呈往該轉子鐵心(1)中心內凹的V字形，相鄰的二個第一磁性件(11)及二個第二磁性件(12)共同包圍一區域(A)，該第一磁性件(11)及該第二磁性件(12)以相同的磁極朝向該區域(A)。該定子鐵心(2)包覆該轉子鐵心(1)，該定子鐵心(2)上有環佈的多個導磁線圈(21)，上述導磁線圈(21)對應上述第一磁性件(11)及第二磁性件(12)。
參閱第二圖所示，該轉子鐵心(1)的第一磁性件(11)及第二磁性件(12)以下述關係式進行排列，其中，該轉子鐵心(1)的半徑為R，該第一磁性件(11)的長度為ls，該第二磁性件(12)的長度為lv，該第二磁性件(12)在該轉子鐵心(1)的半徑上的長度分量為x，該第一磁性件(11)與該第二磁性件(12)的夾角為β，相鄰第一磁性件(11)的夾角為α，上述參數滿足：ls+x<R，其中x=lv‧cos(180°-β)；90°+α/2<β<180°。
並且，在該轉子鐵心(1)中，相鄰二個第二磁性件(12)的間距t1介於該第二磁性件(12)的長度lv的10%至40%之間，且相鄰二個第二磁性件(12)的間距t1介於該第二磁性件(12)的厚度T的30%至50%之間。而該第二磁性件(12)與該第一磁性件(11)的間距t2介於該第二磁性件(12)的長度lv的10%至40%之 間，且該第二磁性件(12)與該第一磁性件(11)的間距t2介於該第二磁性件(12)的寬度T的30%至50%之間。
將本發明之馬達根據上述參數進行數值模擬，並與第七圖所示該第二磁性件(C2)呈一字形排列的馬達作比對，如下表：PM width-該第二磁性件(12)/(C2)的寬度(mm)；PM length-該第二磁性件(12)/(C2)的長度(mm)；Ribs-該第一磁性件(11)/(C1)與該第二磁性件(12)/(C2)的間距、本發明實施例還包括該第二磁性件(12)彼此間的間距(mm)；PM area-該第二磁性件(12)/(C2)的面積(mm2)；Torque-馬達(S+V)/(S+Flat)的轉矩。
Figure 109112382-A0305-02-0007-1
Figure 109112382-A0305-02-0008-2
上述數值模擬共有4組，每一組設定不同的Ribs值，相同的組別具有相同的Ribs值，之後每一組別在相同的Ribs值之下，以至少一β角進行數值模擬。根據數值模擬結果可發現，在每一組別的轉矩(Torque)中，本發明之馬達(S+V)皆優於該第二磁性件(C2)呈一字形排列的馬達(S+Flat)。
再以下列參數執行數值模擬，以評估本發明之馬達(S+V)與習知馬達(S+Flat)在磁飽和、應力分佈及高速運轉下的形變。
Figure 109112382-A0305-02-0008-3
參閱第三A圖及第三B圖所示，相比於習知具有一字形排列的第二磁性件(C2)的馬達(S+Flat)，本發明具有V字形排列的第二磁性件(12)的馬達(S+V)更不易到達磁飽和，因而能夠產生更高的馬達轉速。
參閱第四A圖及第四B圖所示，相比於習知具有一字形排列的第二磁性件(C2)的馬達(S+Flat)，本發明具有V字形排列的第二磁性件(12)的馬達(S+V)在啟動時，應力分佈較平均，而不易有應力集中的現象。
參閱第五A圖及第五B圖所示，相比於習知具有一字形排列的第二磁性件(C2)的馬達(S+Flat)，本發明具有V字形排列的第二磁性件(12)的馬達(S+V)的結構強度更高，因而能夠承受更高的應力及馬達轉速而產生較小的形變。
因而本發明之馬達(S+V)不論在馬達轉矩、磁飽和、應力分佈及高速運轉下的形變，其輸出的結果都優於具有一字形排列的第二磁性件(C2)的馬達(S+Flat)，因此具有更佳的馬達品質及馬達效率。
綜合上述實施例之說明，當可充分瞭解本發明之操作、使用及本發明產生之功效，惟以上所述實施例僅係為本發明之較佳實施例，當不能以此限定本發明實施之範圍，即依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作簡單的等效變化與修飾，皆屬本發明涵蓋之範圍內。
(1):轉子鐵心
(11):第一磁性件
(12):第二磁性件
(2):定子鐵心
(21):導磁線圈
(A):區域

Claims (14)

  1. 一種馬達之對沖式配合斜向雙磁性件轉子構造，包括：一轉子鐵心，在該轉子鐵心的周緣環佈有徑向排列的多個對沖式第一磁性件，在相鄰的二個第一磁性件之間有二個斜向第二磁性件，該二個第二磁性件排列呈往該轉子鐵心中心內凹的V字形。
  2. 如請求項1所述之馬達之對沖式配合斜向雙磁性件轉子構造，係包括複數參數，其中上述參數包括：該轉子鐵心的半徑為R，該第一磁性件的長度為ls，該第二磁性件的長度為lv，該第二磁性件在該轉子鐵心的半徑上的長度分量為x，該第一磁性件與該第二磁性件的夾角為β，相鄰第一磁性件的夾角為α；上述參數滿足：ls+x<R，其中x=lv‧cos(180°-β)；90°+α/2<β<180°。
  3. 如請求項1所述之馬達之對沖式配合斜向雙磁性件轉子構造，其中，相鄰的二個第一磁性件及二個第二磁性件共同包圍一區域，該第一磁性件及該第二磁性件以相同的磁極朝向該區域。
  4. 如請求項1所述之馬達之對沖式配合斜向雙磁性件轉子構造，其中，在該轉子鐵心中，相鄰二個第二磁性件的間距t1介於該第二磁性件的長度lv的10%至40%之間。
  5. 如請求項4所述之馬達之對沖式配合斜向雙磁性件轉子構造，其中，在該轉子鐵心中，相鄰二個第二磁性件的間距t1介於該第二磁性件的寬度T的30%至50%之間。
  6. 如請求項1所述之馬達之對沖式配合斜向雙磁性件轉子構造，其中，在該轉子鐵心中，該第二磁性件與該第一磁性件的間距t2介於該第二磁性件的長度lv的10%至40%之間。
  7. 如請求項6所述之馬達之對沖式配合斜向雙磁性件轉子構造，其中，在該轉子鐵心中，該第二磁性件與該第一磁性件的間距t2介於該第二磁性件的寬度T的30%至50%之間。
  8. 一種馬達構造，包括：一轉子鐵心，在該轉子鐵心的周緣環佈有徑向排列的多個對沖式第一磁性件，在相鄰的二個第一磁性件之間有二個斜向第二磁性件，該二個第二磁性件排列呈往該轉子鐵心中心內凹的V字形；一定子鐵心，包覆該轉子鐵心，該定子鐵心上有環佈的多個導磁線圈，上述導磁線圈對應上述第一磁性件及第二磁性件。
  9. 如請求項8所述之馬達構造，係包括複數參數，其中上述參數包括：該轉子鐵心的半徑為R，該第一磁性件的長度為ls，該第二磁性件的長度為lv，該第二磁性件在該轉子鐵心的半徑上的長度分量為x，該第一磁性件與該第二磁性件的夾角為β，相鄰第一磁性件的夾角為α；上述參數滿足：ls+x<R，其中x=lv‧cos(180°-β)；90°+α/2<β<180°。
  10. 如請求項8所述之馬達構造，其中，相鄰的二個第一磁性件及二個第二磁性件共同包圍一區域，該第一磁性件及該第二磁性件以相同的磁極朝向該區域。
  11. 如請求項8所述之馬達構造，其中，在該轉子鐵心中，相鄰二個第二磁性件的間距t1介於該第二磁性件的長度lv的10%至40%之間。
  12. 如請求項11所述之馬達構造，其中，在該轉子鐵心中，相鄰二個第二磁性件的間距t1介於該第二磁性件的寬度T的30%至50%之間。
  13. 如請求項8所述之馬達構造，其中，在該轉子鐵心中，該第二磁性件與該第一磁性件的間距t2介於該第二磁性件的長度lv的10%至40%之間。
  14. 如請求項13所述之馬達構造，其中，在該轉子鐵心中，該第二磁性件與該第一磁性件的間距t2介於該第二磁性件的寬度T的30%至50%之間。
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