TWI765536B - 馬達及其轉子構造 - Google Patents

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TWI765536B TW110101951A TW110101951A TWI765536B TW I765536 B TWI765536 B TW I765536B TW 110101951 A TW110101951 A TW 110101951A TW 110101951 A TW110101951 A TW 110101951A TW I765536 B TWI765536 B TW I765536B
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謝旻甫
蔡明祺
施凱中
子睿 高
陳冠銘
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國立成功大學
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Abstract

本發明係一種馬達及其轉子構造。所述轉子構造包括一轉子鐵心，在該轉子鐵心的周緣環佈有複數磁性件組，每一磁性件組包含二個第一磁性件及一第二磁性件，該二個第一磁性件斜向排列呈往該轉子鐵心中心內凹的V字形，該第二磁性件橫向延伸在該二個第一磁性件之間，每一個第一磁性件有二個以上斜向延伸排列的永久磁鐵。所述馬達進一步有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對應上述磁性件組。本發明之轉子構造具有較高的結構強度，在所述馬達運轉時，應力集中現象較不明顯，且轉子鐵心與磁性件組的變形位移量較小，因而能夠承受較高的轉速。

Description

馬達及其轉子構造
本發明係有關於一種馬達及其轉子構造，特別是指轉子構造的結構強度高，能夠在馬達運轉時，承受較高轉速的發明。
參閱第四圖所示，習知一種電動車的馬達構造(Lexus LS600h使用之馬達)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組A1，該定子B上有相對上述磁性件組A1的複數導磁線圈B1。上述磁性件組A1包括有二個第一磁性件A11及一第二磁性件A12，該二個第一磁性件A11斜向排列呈往該轉子A中心內凹的V字形，該第二磁性件A12橫向延伸在該二個第一磁性件A11之間，其中，該第一磁性件A11及該第二磁性件A12皆使用一顆長形的永久磁鐵。
參閱第五圖至第七圖所示，上述馬達構造在運轉時，該轉子A上有明顯的應力集中現象，且當轉速到達13000rpm時，其運轉的安全係數已降至1以下；另參閱第八圖至第十圖所示，該轉子A與該磁性件組A1在上述馬達構造運轉時的變形位移量較大。因此，上述馬達構造的結構強度受限，無法進一步提升轉速。
為了提升轉子的結構強度，使馬達能夠承受更高的轉速，本發明提出一種有別於前案之馬達的轉子構造，包括有： 一轉子鐵心，在該轉子鐵心的周緣環佈有複數磁性件組，每一磁性件組包含有二個第一磁性件及一第二磁性件，該二個第一磁性件斜向排列呈往該轉子鐵心中心內凹的V字形，該第二磁性件橫向延伸在該二個第一磁性件之間，其中，每一個第一磁性件有二個以上斜向延伸排列的永久磁鐵，該轉子鐵心包括與每一第一磁性件的該等永久磁鐵同樣數量的複數個開槽，將該等永久磁鐵分別單獨地放置於該等開槽，每一開槽的容置空間只足夠放置一個所述永久磁鐵。
進一步，該第二磁性件有二個以上橫向延伸排列的永久磁鐵。
進一步，該每一個第一磁性件的永久磁鐵等長。
進一步，該每一個第一磁性件的永久磁鐵不等長。
進一步，該每一個第一磁性件有二個斜向延伸排列的永久磁鐵。
本發明再提出一種馬達構造，包括有：一轉子鐵心，在該轉子鐵心的周緣環佈有複數磁性件組，每一磁性件組包含有二個第一磁性件及一第二磁性件，該二個第一磁性件斜向排列呈往該轉子鐵心中心內凹的V字形，該第二磁性件橫向延伸在該二個第一磁性件之間，其中，每一個第一磁性件有二個以上斜向延伸排列的永久磁鐵，該轉子鐵心包括與每一第一磁性件的該等永久磁鐵同樣數量的複數個開槽，將該等永久磁鐵分別單獨地放置於該等開槽，每一開槽的容置空間只足夠放置一個所述永久磁鐵。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磁性件組。
根據上述技術特徵可達成以下功效：
1.在與先前技術提及之習知一種馬達構造的磁性件組用量相同的條件下，本發明之轉子構造具有較高的結構強度。在所述馬達構造運轉時，應力集中現象較不明顯，且在所述馬達構造運轉時，轉子鐵心與磁性件組的變形位移量較小，因而能夠承受較高的馬達轉速。
1:轉子鐵心
11:開槽
2:磁性件組
21:第一磁性件
211:永久磁鐵
211A:永久磁鐵
211B:永久磁鐵
22:第二磁性件
221:永久磁鐵
3:定子鐵心
4:導磁線圈
A:轉子
A1:磁性件組
A11:第一磁性件
A12:第二磁性件
B:定子
B1:導磁線圈
[第一圖]係為本發明之馬達構造的示意圖，其中第一磁性件有二個等長的永久磁鐵。
[第二圖]係為本發明之馬達構造的示意圖，其中第一磁性件有二個不等長的永久磁鐵。
[第三圖]係為本發明之馬達構造的示意圖，其中第一磁性件有三個等長的永久磁鐵。
[第四圖]係為習知一種馬達構造的示意圖。
[第五圖]係為本發明之馬達構造與習知一種馬達構造在轉速12000rpm下應力分佈的示意圖。
[第六圖]係為本發明之馬達構造與習知一種馬達構造在轉速13000rpm下應力分佈的示意圖。
[第七圖]係為本發明之馬達構造與習知一種馬達構造在轉速15000rpm下應力分佈的示意圖。
[第八圖]係為本發明之馬達構造與習知一種馬達構造在轉速12000rpm下，轉子鐵心與磁性件組的變形位移量的示意圖。
[第九圖]係為本發明之馬達構造與習知一種馬達構造在轉速13000rpm下，轉子鐵心與磁性件組的變形位移量的示意圖。
[第十圖]係為本發明之馬達構造與習知一種馬達構造在轉速15000rpm下，轉子鐵心與磁性件組的變形位移量的示意圖。
綜合上述技術特徵，本發明之馬達及其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，本實施例之馬達的轉子構造包括：一轉子鐵心1，在該轉子鐵心1的周緣環佈有複數磁性件組2。本實施例之馬達構造進一步有一定子鐵心3，該定子鐵心3包覆該轉子鐵心1，該定子鐵心3上有環佈的多個導磁線圈4，上述導磁線圈4對應上述磁性件組2。
其中，該轉子鐵心1上的每一磁性件組2包含有二個第一磁性件21及一第二磁性件22，該二個第一磁性件21斜向排列呈往該轉子鐵心1中心內凹的V字形，該第二磁性件22橫向延伸在該二個第一磁性件21之間，第一圖中示意每一個第一磁性件21有二個斜向延伸排列且等長的永久磁鐵211，而該第二磁性件22有二個橫向延伸排列的永久磁鐵221。該轉子鐵心1包括與每一第一磁性件21的該等永久磁鐵211同樣數量的複數個開槽11，將該等永久磁鐵211分別單獨地放置於該等開槽11，每一開槽11的容置空間只足夠放置一個所述永久磁鐵211。
參閱第二圖所示，示意本實施例該第一磁性件21有二個斜向延伸排列且不等長的永久磁鐵211A。
參閱第三圖所示，示意本實施例該第一磁性件21有三個斜向延伸排列且等長的永久磁鐵211B。
參閱第五圖至第七圖所示，係為本實施例之馬達構造與先前技術提及之習知一種馬達構造分別在轉速12000rpm、13000rpm及15000rpm運轉下的應力分佈模擬。其中，習知一種馬達構造在12000rpm的最大應力值約為293MPa，其安全係數為330/293，約為1.12，而本實施例之馬達構造在12000rpm的最大應力值分別約為158MPa、167Mpa及192Mpa，換算其安全係數約為2.086、1.976及2.088；習知一種馬達構造在13000rpm的最大應力值約為343MPa，其安全係數為330/343，約為0.96，而本實施例之馬達構造在13000rpm的最大應力值分別約為175MPa、200Mpa及223Mpa，換算其安全係數約為1.87、1.64及1.47。習知一種馬達構造在15000rpm的最大應力值約為459MPa，其安全係數為330/459，約為0.718，而本實施例之馬達構造在15000rpm的最大應力值分別約為234MPa、262Mpa及223Mpa，換算其安全係數約為1.408、1.25及1.41。由上述數值可知，本發明之馬達構造的安全係數遠高於習知一種馬達構造，且習知一種馬達構造在轉速為13000rpm時，其安全係數已低於1，而本實施例之馬達構造在15000rpm時，其安全係數仍然高於1。
參閱第八圖至第十圖所示，係為本實施例之馬達構造與先前技術提及之習知一種馬達構造分別在轉速12000rpm、13000rpm及15000rpm運轉下的轉子鐵心1與磁性件組2的變形位移量模擬。由上述圖式可發現，在相同的轉速下，先前技術提及之習知一種馬達構造之轉子A及磁性件組A1的變形位移量都大於本實施例之馬達構造的轉子鐵心1與磁性件組2的變形位移量的2倍。
由前述實驗模擬可知，本發明之馬達構造在運轉時，該轉子構造1在所述馬達構造運轉時，應力集中現象較不明顯，且在所述馬達構造運轉時， 該轉子鐵心1與該磁性件組2的變形位移量較小，因而本發明之轉子構造1具有較高的結構強度，能夠承受較高的馬達轉速。
參閱下表，係為本實施例之馬達構造與先前技術提及之習知一種馬達構造在不同轉速下的扭矩、最大功率、磁鐵溫度等等參數的比較，由表中可發現，本發明之馬達構造的該轉子鐵心1上的磁性件組2型態不同，因而能夠具有較高的結構強度，但仍然不會影響其扭矩、最大功率、磁鐵溫度等表現。
Figure 110101951-A0305-02-0008-4
Figure 110101951-A0305-02-0009-3
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:開槽
2:磁性件組
21:第一磁性件
211:永久磁鐵
22:第二磁性件
221:永久磁鐵
3:定子鐵心
4:導磁線圈

Claims (10)

  1. 一種馬達之轉子構造，包括有：一轉子鐵心，在該轉子鐵心的周緣環佈有複數磁性件組，每一磁性件組包含有二個第一磁性件及一第二磁性件，該二個第一磁性件斜向排列呈往該轉子鐵心中心內凹的V字形，該第二磁性件橫向延伸在該二個第一磁性件之間，其中，每一個第一磁性件有二個以上斜向延伸排列的永久磁鐵，該轉子鐵心包括與每一第一磁性件的該等永久磁鐵同樣數量的複數個開槽，將該等永久磁鐵分別單獨地放置於該等開槽，每一開槽的容置空間只足夠放置一個所述永久磁鐵。
  2. 如請求項1所述之馬達之轉子構造，其中，該第二磁性件有二個以上橫向延伸排列的永久磁鐵。
  3. 如請求項1所述之馬達之轉子構造，其中，該每一個第一磁性件的永久磁鐵等長。
  4. 如請求項1所述之馬達之轉子構造，其中，該每一個第一磁性件的永久磁鐵不等長。
  5. 如請求項1所述之馬達之轉子構造，其中，該每一個第一磁性件有二個斜向延伸排列的永久磁鐵。
  6. 一種馬達構造，包括有：一轉子鐵心，在該轉子鐵心的周緣環佈有複數磁性件組，每一磁性件組包含有二個第一磁性件及一第二磁性件，該二個第一磁性件斜向排列呈往該轉子鐵心中心內凹的V字形，該第二磁性件橫向延伸在該二個第一磁性件之間，其中，每一個第一磁性件有二個以上斜向延伸排列的永久磁鐵，該轉子鐵心包括與每一第一磁性件的該等永久磁鐵同樣數量的複數個開槽，將該等永久磁鐵分別單獨地放置於該等開槽，每一開槽的容置空間只足夠放置一個所述永久磁鐵； 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磁性件組。
  7. 如請求項6所述之馬達構造，其中，該第二磁性件有二個以上橫向延伸排列的永久磁鐵。
  8. 如請求項6所述之馬達構造，其中，該每一個第一磁性件的永久磁鐵等長。
  9. 如請求項6所述之馬達構造，其中，該每一個第一磁性件的永久磁鐵不等長。
  10. 如請求項6所述之馬達構造，其中，該每一個第一磁性件有二個斜向延伸排列的永久磁鐵。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP2207253B1 (en) * 2009-01-09 2015-11-25 Hitachi Ltd. Permanent magnet type rotary electric machine
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CN111555490A (zh) * 2019-02-12 2020-08-18 丰田自动车株式会社 旋转电机

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