TWI812289B - 高頻旋轉機構之改良構造 - Google Patents

Abstract

本發明所提供的高頻旋轉機構之改良構造，係使設置於馬達轉子各極中之永磁體，其數量為至少五個以上之奇數，並以其中一個永磁體為中心，其餘永磁體則對稱地串連於中心兩側，同時令位於兩側的複數永磁體彼此的相鄰端為相同之磁極，從而使其相鄰端彼此間在同極相斥之作用下，相隔有一斥離間距而不直接抵接，並藉由上述之相斥作用維持相鄰永磁體間之相對位置，而不需如同習知技術般需藉由限位承靠之構造來進行定位，從而避免高速旋轉時之離心力作用於限位承靠構造上，降低對轉子鐵芯之負面影響，並以多數分散且體積與質量較小之永磁體，使離心力之作用得以分散，進一步降低轉子鐵芯變形或損壞之可能性。

Description

高頻旋轉機構之改良構造

本發明係與高頻旋轉馬達技術有關，特別是關於一種高頻旋轉機構之改良構造。

於美國17/461739號專利申請案中，申請人提供了一種可降低非真圓轉子在高頻旋轉下的應力集中現象，從而提高構件使用壽命之轉子技術，但由於其設置於各極(pole)中的磁組單元，仍存在有永磁體個別體積較大導致其在質量較大的情況下，在高速旋轉時所產生之離心力會對轉子鐵芯造成若干應力集中，致使轉子鐵芯仍有損壞或變形之隱憂存在。

因此，本發明之主要目的即係在提供一種高頻旋轉機構之改良構造，其係可減少馬達轉子在高頻旋轉時，永磁體之離心力對於鐵芯所造成之應力作用，從而降低馬達轉子鐵芯變形或損壞之可能性。

緣是，為達成上述目的，本發明所提供的高頻旋轉機構之改良構造，其主要之技術特徵係在於：設置於馬達轉子各極中之永磁體，其數量為至 少五個以上之奇數，並以其中一個永磁體為中心，其餘永磁體則對稱地串連於中心兩側，同時令位於兩側的複數永磁體彼此的相鄰端為相同之磁極，從而使其相鄰端彼此間在同極相斥之作用下，相隔有一斥離間距而不直接抵接，並藉由上述之相斥作用維持相鄰永磁體間之相對位置，而不需如同習知技術般需藉由限位承靠之構造來進行定位，從而避免高速旋轉時之離心力作用於限位承靠構造上，降低對轉子鐵芯之負面影響，並以多數分散且體積與質量較小之永磁體，使離心力之作用得以分散，進一步降低轉子鐵芯變形或損壞之可能性。

為實現上述技術特徵，係使該高頻旋轉機構之改良構造包含了有作為主軸馬達之轉子部分組成的一轉動元件、多數容槽、多數第一定位突出以及由該些永久磁體所組成的多數磁組，其中，該轉動元件係具有一呈管狀之環形身部，一在該身部徑向斷面上呈圓形之內側環面係位於該身部之內周環側，一在該身部徑向斷面上呈非圓形之外側環面係位於該身部之外周環側，並使該外側環面係由不同弧度之多數第一弧面與多數第二弧面彼此依序交錯串聯而成，其中，該內側環面之圓心與該第一弧面間之直線最大距離，係大於該內側環面之圓心與該第二弧面間之直線最大距離。

該些容槽係分別呈弧孔狀，各自沿該身部之環周，環形地分佈於該身部上，並介於該第一弧面與該內側環面之間，且沿該內側環面之圓心軸向於該身部上延伸預定之深度，以及沿該身部之環周弧狀地延伸一預定寬度之弧長。

該些第一定位突出係成對地分別突設於各該容槽之一側槽壁上，用以將該些容槽分別區隔成一介於成對該第一定位突出間之第一空間，以及二位於該第一空間兩側之第二空間。

該些磁組之數量係相同於馬達極數，而分別被嵌置容納於各該容槽中，且分別具有如上述的至少五個永磁體，其中，位於中心的第一永磁體係 位於該第一空間中，並使位於兩側的二第二永磁體分別位於各該第二空間中並遠離該第一永磁體，二第三永磁體則分別位於各該第二空間中且介於各該第二永磁體與該第一永磁體之間，並以一端抵接於該第一定位突出上，以及使該第三永磁體之另端與相鄰之該第二永磁體之一端具有相同之磁極，而令彼此間相隔有該斥離間距，且於該斥離間距中不存在自該容槽壁突出於其間之構造。

進一步地，為提高轉子之電磁特性，係可使該高頻旋轉機構之改良構造更包含有多數的磁障空間與多數的第二定位突出，其中，各該磁障空間係分別設於該身部上，並分別與各該容槽位於寬度方向上之兩端端末連接相通；而各該第二定位突出則係分別設於該身部上，並介於各該磁障空間與各該容槽兩端端末之間，且抵接於該第二永磁體之另端，以限位各該第二永磁體。

(10):高頻旋轉機構之改良構造

(20):轉動元件

(21):身部

(22):內側環面

(23):外側環面

(231):第一弧面

(232):第二弧面

(24)(24a)(24b):基準圓弧

(241):原點位置

(241a)(241b):邊界位置

(30):容槽

(31):第一空間

(32):第二空間

(40):磁障空間

(50):第一定位突出

(60):第二定位突出

(70):磁組

(71):第一永磁體

(72):第二永磁體

(73):第三永磁體

(74):斥離間距

圖1係本發明一較佳實施例之立體圖。

圖2係本發明一較佳實施例之端視圖。

圖3及圖4係本發明一較佳實施例沿圖2中K區域之局部放大圖。

首先請參閱圖1所示，在本發明一較佳實施例中所提供的高頻旋轉機構之改良構造(10)，其乃係以習知主軸馬達轉子的部分構件為其實施態樣，而在構造上則主要乃係包含了有一轉動元件(20)、多數容槽(30)、多數磁障空間(40)、多數第一定位突出(50)、多數第二定位突出(60)以及多數之磁組(70)。

請併參閱圖2所示，該轉動元件(20)係為由多數環形矽鋼片同軸依序疊接而成者，而具有一概呈管狀之環形身部(21)，一內側環面(22)係位於該身部(21)之內周環側，其環並係於該身部(21)徑向斷面上呈圓形，一外側環面(23)則係位於該身部(21)之外周環側上，且其環係不同於該內側環面之圓形，而係由二不同弧度之多數第一弧面(231)與多數第二弧面(232)，彼此交錯依序串連而成，使其於該身部徑向斷面上所呈現之形狀為如梅花狀之非圓形狀，其中，該內側環面(22)之圓心與該第一弧面(231)間之直線最大距離，更係大於該內側環面(22)之圓心與該第二弧面(232)間之直線最大距離。

各該容槽(30)係分別呈孔狀，其數量並與主軸馬達之極數相等，於本實施例中則設定其數量為四，並沿該身部(21)之環周、環形地等分分佈於該身部(21)上，並介於該第一弧面(231)與該內側環面(22)之間，且分別沿該身部(21)之管軸方向延伸地貫設於該身部(21)之軸向兩端上，並沿該身部(21)之環周弧狀地延伸一預定寬度之弧長。

各該磁障空間(40)係分別呈孔狀地貫設於該身部(21)上，且各自與各該容槽(30)在寬度方向上的兩端端末相鄰連通。

再請參閱圖3所示，各該第一定位突出(50)係成對地突設於每一容槽(30)中間位置之一側槽壁上，且使成對之各該第一定位突出(50)彼此間相隔開來，據以將各該容槽(30)之孔空間分別區隔成一介於各該第一定位突出(50)間之第一空間(31)，以及介於該第一空間(31)兩側之二第二空間(32)。

各該第二定位突出(60)則係分別設於該身部(21)上，並各自介於各該磁障空間(40)與各該容槽(30)在寬度上之兩端端末間。

各該磁組(70)係分別容設於各該容槽(30)中，而各自包含了有一位於該第一空間(31)中之第一永磁體(71)，以及位於該第二空間(32)中之二第二永磁體(72)與二第三永磁體(73)；從該身部(21)徑向之斷面來看，該第一永磁體 (71)之形狀係概呈矩形，並以矩形長軸兩端分別抵接於各該第一定位突出(50)上，從而使之受到限位承靠，各該第二永磁體(72)亦概呈矩形，並以矩形長軸一端分別抵靠於各該第二定位突出(60)上，各該第三永磁體(73)係呈矩形，並介於該第一永磁體(71)與各該第二永磁體(72)之間，而得以矩形長軸一端抵靠於各該第一定位突出(50)上，並使矩形之長軸另端與相鄰之各該第二永磁體(72)之矩形長軸另端具有相同的磁極，使彼此間在同磁極相斥之作用下而不直接接觸，並形成有一趨近於扇形或楔形等推拔狀形狀的斥離間距(74)。

藉由上述各該磁組(70)在永磁體數量上之增加，可相對地使得單一永磁體自身之質量減少，從而降低單一永磁體在高頻旋轉下所產生之離心力，達到將作用至該轉動元件(20)上之應力分散的功效，更可使各該第二永磁體(72)與各該第三永磁體(73)係具有實質上相同的體積與質量，以達到最佳的分散效果。

再者，藉由各該斥離間距(74)之存在，各該第二永磁體(72)與各該第三永磁體(73)相鄰端間，不需存在如該第一定位突出等自該容槽槽壁突出之有形構件，其彼此間即可在同磁極的相斥作用下，維持其彼此間之相對位置，從而達到限位的效果，更可在高頻旋轉下，藉由磁極的相斥作用來避免離心力所造成的應力，而進一步地降低離心力對於該轉動元件(20)所造成的應力。

而為達到最佳的結構剛性與電磁特性，係可對上述之實施例進行進一步的優化，請參閱圖4：就馬達之極與該第一弧面(231)間之關係而言，係使兩者間滿足下式：F=360/P，α=E/F×100%，且α介於50%至98%； 式中，P為馬達極數，F為馬達單一極之展開角，E為第一弧面(231)之展開角。

就各該磁組(70)而言，其各自之永磁體之質心連線所定義出之弧，其曲率中心係不同心於該內側環面(22)之圓心，係使各該永磁體分別以一角與假想之一基準圓弧(24)相切，該基準圓弧(24)乃係假定以該第一弧面(231)之曲率中心為圓心之假想圓，並使該基準圓弧之假想半徑(B)，與該第一弧面(231)之半徑(A)，兩者間滿足0.5A≦B≦0.95A。

並可進一步地以式D≦0.4C，選定該基準圓弧(24)之圓心假定位置，其式中之C係為該第一弧面(231)曲率中心與該內側環面(22)圓心間之徑向距離，式中之D係為該基準圓弧(24)圓心之徑向平移距離，詳細來說，D之範圍係以該第一弧面(231)之曲率中心為中央位置，沿徑向相對於該內側環面(22)圓心為外移或內移之範圍，如圖4所示，假想半徑為定值，所選定之D=0時，其圓心即以該第一弧面(231)曲率中心為原點位置(241)，並假想出基準圓弧(24)；當選定之D=0.4時，其圓心假定範圍之兩邊界位置(241a)(241b)係位於該原點位置(241)之兩側，並假想出基準圓弧(24a)(24b)。

(22):內側環面

(231):第一弧面

(232):第二弧面

(31):第一空間

(32):第二空間

(40):磁障空間

(50):第一定位突出

(60):第二定位突出

(71):第一永磁體

(72):第二永磁體

(73):第三永磁體

(74):斥離間距

Claims (9)

1. 一種高頻旋轉機構之改良構造，包含有：一轉動元件，具有一呈管狀之環形身部，一在該身部徑向斷面上呈圓形之內側環面係位於該身部之內周環側，一在該身部徑向斷面上呈非圓形之外側環面係位於該身部之外周環側，並使該外側環面係由二不同弧度之多數第一弧面與多數第二弧面彼此依序交錯串聯而成，其中，該內側環面之圓心與該第一弧面間之直線最大距離，係大於該內側環面之圓心與該第二弧面間之直線最大距離；多數呈孔狀之弧狀容槽，係沿該身部之環周，環形地分佈於該身部上，並介於該第一弧面與該內側環面之間，且沿該內側環面之圓心軸向於該身部上延伸預定之深度，以及沿該身部之環周弧狀地延伸一預定寬度之弧長；多數成對之第一定位突出，各對該第一定位突出係彼此相隔開來地分別突設於各該容槽之一側槽壁上，用以將該些容槽分別區隔成一介於成對該第一定位突出間之第一空間，以及二位於該第一空間兩側之第二空間；多數容納於各該容槽中之磁組，係分別具有一第一永磁體，係位於該第一空間中，兩側並抵接於成對該第一定位突出上，二第二永磁體係分別位於各該第二空間中並遠離該第一永磁體，二第三永磁體係分別位於各該第二空間中並介於各該第二永磁體與該第一永磁體之間，並使該第三永磁體之一端抵接於該第一定位突出，以及使該第三永磁體之另端與相鄰之該第二永磁體之一端，兩者具有相同之磁極，而令彼此間相隔有一斥離間距，且於該斥離間距中不存在自該容槽槽壁突出於其間之構造；多數呈孔狀之磁障空間，係分別設於該身部上，並分別與各該容槽位於寬度方向上之兩端端末連接相通； 多數第二定位突出，係分別設於該身部上，並介於各該磁障空間與各該容槽兩端端末之間，且抵接於該第二永磁體之另端，以限位各該第二永磁體。
2. 如請求項1所述高頻旋轉機構之改良構造，其中，各該第二永磁體與各該第三永磁體之個別係具有實質上相同之體積與質量。
3. 如請求項1所述高頻旋轉機構之改良構造，其中，各該磁組係沿著假想的一基準圓弧排列，並使各該第一永磁體、各該第二永磁體與各該第三永磁體分別以一角與該基準圓弧相切。
4. 如請求項3所述高頻旋轉機構之改良構造，其中，該基準圓弧係同心於該第一弧面之曲率中心，並使該基準圓弧之半徑(B)與該第一弧面之半徑(A)滿足0.5A≦B≦0.95A。
5. 如請求項3所述高頻旋轉機構之改良構造，其中，該基準圓弧之圓心假定位置，係位於以該第一弧面之曲率中心為中央位置，沿該第一弧面徑向方向偏移之一平移距離(D)範圍內，並使該平移距離小於該中央位置與該內側環面之圓心間距離(C)，且滿足D≦0.4C。
6. 如請求項1所述高頻旋轉機構之改良構造，其中，各該磁組中分別由該第一永磁體、各該第二永磁體與各該第三永磁體之質心連線所定義之弧，其曲率中心係不同心於該內側環面之圓心。
7. 如請求項1所述高頻旋轉機構之改良構造，其係為主軸馬達之轉子元件。
8. 如請求項7所述高頻旋轉機構之改良構造，其中，各該磁組係分別對應於主軸馬達之單一極，並使該第一弧面之展開角(E)、單一極之展開角(F)，以及主軸馬達之極數(P)，係滿足下式：F=360/P，α=E/F×100%，且α介於50%至98%。
9. 如請求項1所述高頻旋轉機構之改良構造，其中，該斥離間距於該身部徑向斷面上之形狀係呈扇形。

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