TWI837708B - 馬達轉子鐵芯構造 - Google Patents
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Abstract
本發明所提供之馬達轉子鐵芯構造，其主要的技術特徵係於旋轉馬達之轉子鐵芯上，沿著馬達旋轉軸為圓心的圓周方向，於鐵芯上依序設有多數彼此相隔開來之貫孔狀空間，並使該些貫孔狀空間在對轉子內之磁路形成障礙時，亦同時供由非導磁材料所製成之多數直桿狀結合元件之穿設，使用以構成該鐵芯之多數矽鋼片彼此間之疊接狀態受到該些結合元件之固定，以提高鐵芯整體之剛性，降低高速旋轉之離心力所導致矽鋼片變形或破損之可能性。
Description
本發明係與馬達技術有關，特別是關於一種馬達轉子鐵芯構造。
為了抑制高速旋轉下的離心力對於主軸馬達轉子所造成的應力，在US2014167551A1號專利公開案中，透過了轉子磁鐵槽側磁障孔之形狀設計，利用磁障孔外徑側孔壁的平滑弧狀，減少該部分與轉子外徑面間的最窄區域在離心力作用下的最大應力，使得轉子在高速旋轉下，縱有因應力集中所生之損壞，亦將被限制在上述的最窄區域部位上，從而避免向定子側飛散。
同時，’551A1案亦明確地指出不建議採用貫通轉子的通孔來提供貫穿螺栓的穿伸與結合，因為通孔將成為新的應力集中點，會導致轉子的強度降低；而且就主軸馬達而言，習知技術透過增加主軸直徑來提高剛性，從而獲得良好加工精度的技術手段，亦導致了環繞在主軸周側的轉子元件在徑向上的厚度相對地減少，使得轉子在有限的徑向厚度範圍內，亦難以額外地增設上述的通孔來達成以貫穿螺栓進行鐵芯矽鋼片間固定結合的目的。
本發明之主要目的乃係在提供一種馬達轉子鐵芯構造，其係可提高轉子鐵芯之結構剛性，使馬達轉子特別能夠滿足主軸馬達的高速旋轉需求。
緣是，為達成上述目的，本發明所提供之馬達轉子鐵芯構造，其主要的技術特徵係於旋轉馬達之轉子鐵芯上，沿著馬達旋轉軸為圓心的圓周方向，於鐵芯上依序設有多數彼此相隔開來之貫孔狀空間，並使該些貫孔狀空間在對轉子內之磁路形成障礙時，亦同時供由非導磁材料所製成之多數直桿狀結合元件之穿設，使用以構成該鐵芯之多數矽鋼片彼此間之疊接狀態受到該些結合元件之固定，以提高鐵芯整體之剛性，降低高速旋轉之離心力所導致矽鋼片變形或破損之可能性。
進一步來說，上述之多數貫孔狀空間乃係分別包含了有一貫孔狀之磁障空間及一與該磁障空間相鄰連通之通孔，並使各該貫孔狀空間分別位於該轉子鐵芯之磁鐵槽在上述圓周方向上的兩側，其中，位於單一磁鐵槽兩側之貫孔狀空間，係以上述圓周之直徑為鏡射軸，彼此鏡射並以磁障空間與磁鐵槽連通。
其中，磁障空間係以一第一側與磁鐵槽相鄰連通，以及以一第二側與通孔相鄰連通，並使磁障空間之第一側內徑大於第二側內徑，是等內徑變化的磁障空間在上述圓周的徑向斷面上，其具體的形狀可以是三角形的平面幾何形狀。
同時，磁障空間第二側的內徑亦小於通孔的內徑，從而使得穿設於通孔中的結合元件，不會經由磁障空間與通孔間的連通部位而徑向地移位至磁障空間中，從而達到對結合元件的拘束定位功效。
以及，磁障空間與磁鐵槽間連通部位的內徑，係小於磁障空間的第一側內徑，亦同時小於磁鐵槽在上述圓周徑向方向上的槽空間高度，從而確保嵌置於磁鐵槽中之磁鐵，不會經由磁鐵槽與磁障空間之間的連通部位而移位
至磁障空間中，從而對位於磁鐵槽中之磁鐵提供拘束定位之功效。
(10):馬達轉子鐵芯構造
(20):鐵芯
(21):內徑環面
(22):外徑環面
(221):第一弧
(222):第二弧
(30):磁鐵槽
(40):磁障空間
(41):第一側
(411):連通區域
(42):第二側
(421):連接通道
(43):內側孔壁
(44):外側孔壁
(50):通孔
(60):結合元件
(61):桿身部
(B):第一夾角
(C):第二夾角
(D):通孔內徑
(F):磁障寬度
(Ro):第二弧半徑
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沿圖1中2-2割面線之剖視圖。
圖3及圖4係本發明一較佳實施例對圖2局部區域K之放大圖。
首先說明，以下透過本發明一較佳實施例中所說明之馬達轉子鐵芯構造，係以高速旋轉為使用目的的主軸馬達之轉子元件為例，但關於主軸馬達整體技術中，無礙於本發明技術特徵揭露之部分，將不在以下的說明中敘及，惟此等省略之部分乃屬本發明所屬技術領域中之通常知識者在本發明申請之前既已知悉的習知技術，其省略亦不影響本發明主要技術特徵揭露的完整性。
請參閱圖1、圖2與圖4所示，在本發明一較佳實施例中所提供之馬達轉子鐵芯構造(10)，其主要乃係包含了有一鐵芯(20)、多數呈孔狀之磁鐵槽(30)、多數成對之磁障空間(40)、多數之通孔(50)以及多數之結合元件(60)。
該鐵芯(20)係由多數環狀矽鋼片彼此依序同軸疊接而成之圓環形管狀物品，而具有一由管狀內側管壁所定義之內徑環面(21)，以及一由管狀外側管壁所定義之外徑環面(22)，其中，該內徑環面(21)在徑向上之斷面形狀係呈圓形；而該外徑環面(22)在徑向上之斷面形狀則可以是圓形，亦可以是如本實施例
所揭者般、由二相異弧度之第一弧(221)與第二弧(222)多數地依序交錯串聯而成者，並使該外徑環面(22)之曲率中心同軸或平行於該內徑環面(21)之圓心。
各該磁鐵槽(30)係分別沿著該內徑環面(21)之圓心軸方向，各自貫設於該鐵芯上，而介於該內徑環面(21)與該外徑環面(22)之間，俾以藉由各該磁鐵槽(30)之孔空間來容納磁鐵(圖上未示)，以及藉由各該磁鐵槽(30)之孔壁對所容納之磁鐵提供定位，使磁鐵得以緊密地被埋藏於該鐵芯(20)內部，但關於該些磁鐵槽(30)之具體形狀因非屬本案技術特徵，遂不於本說明書中加以詳細描述。
該些磁障空間(40)係以該內徑環面(21)之直徑為鏡射軸，成對鏡射地鄰接於各該磁鐵槽(30)之兩側上，並沿平行於該內徑環面(21)之圓心軸向方向延伸地貫設於該鐵芯(20)上之孔狀構造，且分別以一第一側(41)與鄰接之磁鐵槽(30)連通，如圖4所示。
該些通孔(50)係分別沿著該內徑環面(21)之圓心軸向方向延伸地貫設於該鐵芯(20)上，並兩兩成對地分別與成對之各該磁障空間(40)的一第二側(42)相鄰連通，如圖4所示。
請參閱圖4，各該結合元件(60)係分別具有一由非導磁材料(如不銹鋼材或鋁材等)所製成之直桿狀桿身部(61)，乃各自穿伸於各該通孔(50)之中，並使桿軸兩端突伸出該鐵芯(20)之管軸兩端端面外，二端部(圖上未示)則位於該鐵芯(20)管軸兩端外並分別與該桿身部(61)之桿軸兩端固接，據以對該些矽鋼片施加力，以維持該些矽鋼片彼此間的疊接狀態，同時透過其非導磁之物理性質使得該些通孔(50)之孔空間仍得保持其對於磁路之阻礙作用。
為便於說明關於各該磁鐵槽(30)、磁障空間(40)及通孔(50)彼此間之結合空間型態，復併請參閱圖3所示，位在磁鐵槽(30)一側之磁障空間(40)，
其係以該第一側(41)之局部與該磁鐵槽(30)連通，並使該局部的連通區域(411)內徑小於該第一側(41)之內徑，同時，該磁障空間(40)以該第二側(42)之局部與該通孔(50)之局部相連形成之連接通道(421)，其內徑亦係小於該通孔(50)之內徑(D)，俾以藉由上述之內徑差，使該磁鐵槽(30)、該磁障空間(40)與該通孔(50)彼此間在相互連通之同時，可避免被嵌置於該磁鐵槽(30)中之磁鐵，以及穿伸於該通孔(50)中之桿身部(61)有經由該些連通區域(411)或連接通道(421)而偏移至該磁障空間(40)中。
其中，該些通孔(50)在本實施例中的具體形狀係在徑向斷面上呈圓形狀，並使該些桿身部(61)在徑向上的斷面形狀呈與之互補的圓形，據以使得該些桿身部(61)之周側桿壁得以對應地貼接於該些通孔(50)之孔壁上，使該些桿身部(61)與該些通孔(50)間之穿套得以穩固；而在其他實施例中，則可使該些通孔之形狀為不同於本實施例的平面幾何形狀，例如橢圓形或多邊形等。
另外，該些磁障空間(40)在徑向斷面上之形狀則呈三角形，並分別以該第一側(41)定義出三角形之第一邊，以磁障空間(40)靠近該內徑環面(21)之內側孔壁(43)定義出三角形之第二邊，以及以磁障空間(40)靠近該外徑環面(22)之外側孔壁(44)定義出三角形之第三邊，並使該連接通道(421)位於該第三邊範圍內。
藉由上述構件之組成，該馬達轉子鐵芯構造(10)係以該些通孔(50)提供結合元件(60)的穿伸，從而達到將疊接的矽鋼片予以緊密結合之良好固定，使鐵芯的剛性提高，同時由於限定了該些結合元件(60)的非導磁特性，進一步使得該些通孔(50)與該些磁障空間(40)所共同形成的磁障效果得以維持，使得該馬達轉子鐵芯構造(10)得以兼及鐵芯強度與電磁特性，與習知技術相較，已具有顯然的進步。
進一步地，請參閱圖3，為使該馬達轉子鐵芯構造(10)獲得更佳的機械特性表現，本案更就該些磁障空間(40)與該些通孔(50)之尺寸進行研究，如下表1所示之數據，其已足證本案相較於習知技術而言，在安全係數上有良好的表現。
上表中，B為第一夾角，係被定義為在該鐵芯(20)之徑向方向上，該磁障空間之內側孔壁(43)，與相鄰接之該磁鐵槽(30)靠近該內徑環面(21)之內側槽面(31)，兩者間之夾角。
C為第二夾角，係被定義為在該鐵芯(20)之徑向方向上，該磁障空間之內側孔壁(43)與外側孔壁(44)，兩者間之內角。
該些磁障空間(40)與相連通之磁鐵槽(30)間係滿足150°
B 
190°與16°
C 
35°，其中；該些通孔(50)則滿足右列公式(I)：
，1.9%
α
10.1%。
式中，D為該些通孔(50)之直徑，Ro為該些第二弧(222)之半徑。該些磁障空間(40)與相鄰連通之該些通孔(50)，則滿足下列公式(Ⅱ)
公式(Ⅱ)：
，11.3%
γ
14.3%。
式中，F為磁障寬度，係被定義為相互連通之各該磁障空間(40)與各該通孔(50)，其介於該第一側(41)與該通孔(50)曲率中心位置間之直線距離；Ro為該些第二弧(222)之半徑。
由上表1所顯示，該馬達轉子鐵芯構造(10)係可有效地提高其安全係數達到1.01以上，可提昇該鐵芯(20)在高速旋轉下的剛性表現，從而降低其在離心力作用下所可能產生之變形或損壞。
(B)第一夾角(C)第二夾角(D)通孔內徑(F)磁障寬度(Ro)第二弧半徑
Claims (9)
- 一種馬達轉子鐵芯構造，包含有：一由多數環狀矽鋼片彼此依序同軸疊接而成呈環狀之鐵芯，係具有一內徑環面與一外徑環面，並使該外徑環面係由不同弧度之多數第一弧與多數第二弧，彼此依序交錯串聯而成；多數之磁鐵槽，係彼此相隔開來、分別介於該鐵芯之該內徑環面與該外徑環面間、平行於該內徑環面之曲率中心軸向延伸地貫穿該鐵芯上；多數成對之通孔，係分別平行於該內徑環面之曲率中心軸向延伸地貫穿該鐵芯，且分別與各該磁鐵槽在徑向上之兩側間相隔開來；多數成對呈孔狀之磁障空間，係沿平行於該內徑環面之曲率中心軸向延伸，分別貫穿該鐵芯上，並使各該成對之磁障空間係分別介於各該磁鐵槽兩側與各該成對的通孔之間，且分別以一第一側與相鄰接之該磁鐵槽連通，以及以一第二側與相鄰接之該通孔連通；多數由非導磁材料製成呈直桿狀之結合元件，係分別穿設固定於各該通孔中，並於該鐵芯之軸向兩端施加彼此相向之力、且作用於該些疊接之矽鋼片上；各該通孔之孔壁係貼靠於穿伸於其孔空間中之各該結合元件之周側面上；各該第一側的內徑係大於各該第二側的內徑；各該第一側的內徑係大於各該第一側與各該磁鐵槽間之連通區域的內徑；以及各該第二側與該通孔連接之通道的內徑係小於各該通孔之內徑。
- 如請求項1所述之馬達轉子鐵芯構造，其中，該些通孔係滿足下列公式(I)，且各該磁障空間與相鄰連通之各該通孔，係滿足下列公式(Ⅱ)： 公式(I)：，1.9%
α
10.1%；公式(Ⅱ)：
，11.3%
γ
14.3%；式中，D為該些通孔之孔徑；Ro為該第二弧之半徑；F係為相互連通之各該磁障空間與各該通孔，其介於該第一側與該通孔曲率中心位置間之直線距離。
- 如請求項1所述之馬達轉子鐵芯構造，其中，各該磁障空間係分別呈三角形，並以該第一側定義該三角形之一第一邊，並以一內側孔壁定義該三角形之一第二邊，以及以一外側孔壁定義該三角形之一第三邊，並使各該通孔連通各該磁障空間之位置，係分別位於各該第三邊之範圍內。
- 如請求項1所述之馬達轉子鐵芯構造，其中，在該鐵芯之徑向方向上，該磁障空間靠近該內徑環面之內側孔壁，與該磁障空間靠近該外徑環面之外側孔壁，兩者間之內角，其角度係介於16°至35°之間。
- 如請求項1所述之馬達轉子鐵芯構造，其中，在該鐵芯之徑向方向上，該磁障空間靠近該內徑環面之內側孔壁，與相鄰接之該磁鐵槽靠近該內徑環面之內側槽面，兩者間之內角，其角度係介於150°至190°之間。
- 如請求項1所述之馬達轉子鐵芯構造，其中，各該結合元件係分別包含有一穿伸於該些通孔中之直桿狀桿身部，以及位於鐵芯軸向兩端外之二端部，各該端部係分別與該桿身部之桿端固接。
- 如請求項1所述之馬達轉子鐵芯構造，其中，各該通孔之徑向斷面係呈圓形之平面幾何形狀。
- 如請求項1所述之馬達轉子鐵芯構造，其中，各該通孔之徑向斷面係呈橢圓形之平面幾何形狀。
- 如請求項1所述之馬達轉子鐵芯構造，其中，各該通孔之徑向斷面係呈多邊形之平面幾何形狀。
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