TWM454035U - 永磁馬達轉子結構 - Google Patents

Description

永磁馬達轉子結構

本創作係有關於一種馬達轉子，尤指一種利用磁力之馬達轉子。

按，永磁馬達(旋轉電機)中用來提供旋轉運動之馬達係由轉子和定子所構成，其中定子為固定不動的部分，用來提供周圍的磁場，轉子為受磁場影響而旋轉之部分，常見的轉子係由轉軸與例如永久磁鐵構成的複數磁性體組成，轉軸通常由例如矽鋼片構成的複數導磁片堆疊而成，各該磁性體則是環繞排列於該轉軸之周壁面。

其中，磁性體之定磁場對正鐵心磁路的最小等效磁阻下所產生的轉矩，稱之為「頓轉(Cogging)扭矩」，當永磁馬達的驅動轉矩未達大於頓轉扭矩時，頓轉扭矩會對驅動轉矩產生不需要的轉矩漣波，並造成振動及噪音，同時影響控制上的精密度，尤其在極低速運轉時更為顯著。是以，如何有效將磁性體固設在轉軸上，以及降低頓轉扭矩為永磁馬達轉子之首要設計考量。

惟，一般是藉由在轉軸與磁性體之間設置黏膠達到固定，在實務上容易因外在使用環境及/或高速運轉影響而脫落，造成 使用安全疑慮。為改善上述問題，遂有相關業者發展出周側具有定位凸部固定各該磁性體之結構，如第1圖所示之習知永磁馬達轉子結構，其主要是在構成轉軸的導磁片10周緣成形有複數定位部101，各該定位部101成形有二反向斜伸之翼片狀榫肋11，令各該定位部101之間界定一嵌槽102，各該嵌槽102供設置一該磁性體20，各該磁性體20與各該嵌槽102呈鳩尾槽的卡接設計，避免沿磁性體20在高速運轉時沿轉軸之徑向飛脫。

值得注意的是，磁性體在高速運轉時不僅受沿徑向分佈的離心力影響，尚有因重量或其他因素造成的軸向分力施加於磁性體上，然第1圖所示永磁馬達轉子結構未設有避免磁性體在高速運轉下沿轉軸軸向飛脫之結構，此外，其導磁片10的定位部101榫肋11結構若無法確實而精準地加工成形，可能有不易組裝磁性體，或磁性體20無法和嵌槽102精密配合導致永磁馬達頓轉扭矩大之問題，故習知永磁馬達轉子結構有進一步改善之空間及必要性。

本創作之目的在於提供一種永磁馬達轉子結構，其主要是將一固定環套設在轉軸及永久磁鐵外部，並配合在永久磁鐵與轉軸及固定環之間設置黏膠，藉以加強該永久磁鐵固設在轉軸上的結構強度，達到避免永久磁鐵在高速運轉時飛脫之問題。

本創作之另一目的在於提供一種永磁馬達轉子結構，其主要是在轉軸周壁成形相互間隔設置的複數定位肋及複數嵌槽供組設永久磁鐵，透過使其中一嵌槽之弧度大於其他嵌槽之弧 度，且令該其他嵌槽成形有相同弧度，藉以降低永磁馬達轉子的頓轉扭矩，達到改善噪音、振動現象，及提高定位精準度之目的。

緣是，為達上述目的，依據所提供之一種永磁馬達轉子結構，包括：一轉軸，成形有一周壁，該周壁沿該轉軸軸向成形有相互間隔設置之複數定位肋及複數嵌槽，定義其中一嵌槽為一第一嵌槽，其他嵌槽為複數第二嵌槽，該複數第二嵌槽成形有相等弧度，該第一嵌槽之弧度大於該第二嵌槽之弧度，且各該嵌槽槽壁設有一膠層；複數永久磁鐵，各成形有一凸弧面及一凹弧面，該凸弧面沿該轉軸軸向之中間位置成形有一置高部，令該複數永久磁鐵凹弧面與該轉軸之該複數嵌槽內的膠層膠結設置，定義設於該第一嵌槽之該永久磁鐵為一第一磁鐵，設於該複數第二嵌槽之該永久磁鐵為複數第二磁鐵，且該第一磁鐵之凹弧面弧長大於該第二磁鐵之凹弧面弧長；一固定環，成形有相對之一外面及一內面，該固定環內面具有5μm以上之表面粗度，令該固定環套設於該複數永久磁鐵外部並與各該永久磁鐵的凸弧面置高部接觸，該固定環內面與該複數永久磁鐵凸弧面之間共同界複數空間，各該空間內填設有一固定膠。

有關於本創作為達成上述目的，所採用之技術、手段及其他功效，茲舉一較佳可行實施例並配合圖式詳細說明如后。

〔習知〕

10‧‧‧導磁片

101‧‧‧定位部

102‧‧‧嵌槽

11‧‧‧榫肋

20‧‧‧磁性體

〔本創作〕

30‧‧‧轉軸

31‧‧‧周壁

32‧‧‧定位肋

321‧‧‧側面

33‧‧‧嵌槽

33a‧‧‧第一嵌槽

33b‧‧‧第二嵌槽

34‧‧‧膠層

300‧‧‧導磁片

310‧‧‧凸部

320‧‧‧凹部

40‧‧‧永久磁鐵

40a‧‧‧第一磁鐵

40b‧‧‧第二磁鐵

41‧‧‧凸弧面

411‧‧‧置高部

412‧‧‧傾斜部

42‧‧‧凹弧面

50‧‧‧固定環

51‧‧‧外面

52‧‧‧內面

53‧‧‧空間

60‧‧‧固定膠

70‧‧‧定子

D‧‧‧距離

θ‧‧‧夾角

Y‧‧‧軸向

第1圖係習知永磁馬達轉子之立體結構示意圖。

第2圖係本創作永磁馬達轉子之立體結構示意圖。

第3圖係本創作永磁馬達轉子之側視結構示意圖。

第4圖係本創作永磁馬達轉子之局部結構放大示意圖。

第5圖係本創作永磁馬達轉子之永久磁鐵另一實施態樣示意圖。

為使貴審查委員對本創作之目的、特徵及功效能夠有更進一步之瞭解與認識，以下茲請配合【圖式簡單說明】詳述如后：首先，請以第2圖配合第3、4圖觀之，本創作所提供一種永磁馬達轉子結構的較佳實施例，該轉子結構外部係設有一定子70，該轉子結構包括一轉軸30、複數嵌設於該轉軸30外部的永久磁鐵40，一套置在該些永久磁鐵40外部的固定環50，以及填設於該固定環50與該些永久磁鐵40之間空隙的固定膠60；其中：該轉軸30係如第2圖所示，具有複數導磁片300疊設構成，各該導磁片300周緣成形有相互間隔設置之複數凸部310及複數凹部320，令該複數導磁片300層疊，該複數導磁片300的周緣疊設成形為該轉軸30之一周壁31，該複數凸部310及該複數凹部320分別疊設成形為該轉軸30周壁31之複數定位肋32及複數嵌槽33，且該些定位肋32及嵌槽33係沿該轉軸30軸向Y成形之結構。

如第3圖所示，定義其中一嵌槽33為一第一嵌槽33a，其他嵌槽為複數第二嵌槽33b，該複數第二嵌槽33b成形有相等弧度，該第一嵌槽33a之弧度大於該第二嵌槽33b之弧度，且如第4 圖所示，各該嵌槽33槽壁設有一膠層34，該膠層34係經塗佈方式設置於該嵌槽33內部，且以塗佈於該嵌槽33之槽底及兩側槽端為佳，供膠結固定該複數永久磁鐵40。

如第3圖所示，該轉軸30的複數嵌槽33內嵌設有對應數量的複數永久磁鐵40，各永久磁鐵40成形有一凸弧面41及一凹弧面42，該凹弧面42成形有與該轉軸30嵌槽33槽底相同之弧度，該凸弧面41則於沿該轉軸30軸向Y之中間位置成形為一置高部411，該凸弧面41於其置高部411兩側成形為二傾斜部412，令各永久磁鐵40之徑向剖面如第3圖所示成形為中間厚而兩側薄之結構形態。

將該複數永久磁鐵40以其凹弧面42與該轉軸30嵌槽33內的膠層34膠結設置，定義設於該第一嵌槽33a之該永久磁鐵40為一第一磁鐵40a，設於該複數第二嵌槽33b之該永久磁鐵40為複數第二磁鐵40b，且該第一磁鐵40a之凹弧面42弧長大於該第二磁鐵40b之凹弧面42弧長；藉此，利用其中一嵌槽33之弧度大於其他嵌槽33之弧度，並設置與第一嵌槽33a或該第二嵌槽33b對應形態的第一磁鐵40a和第二磁鐵40b，達到降低永磁馬達轉子在低速運轉時的頓轉扭矩，使運轉時的噪音、振動現象獲得改善。

如第3、4圖所示，該固定環50成形有相對之一外面51及一內面52，該定子70係套設於該轉子結構之該固定環50外面51，該固定環50之該外面51與該內面52之間具有0.2至0.5之厚度，以令固定環50裝配於永磁馬達轉子外部的干擾最小化，但具有 足夠強度抵抗永久磁鐵40的離心力；令該固定環50套設於該複數永久磁鐵40外部並與各該永久磁鐵40的凸弧面41置高部411接觸，該固定環50內面52與該複數永久磁鐵40凸弧面41之間共同界複數空間53，各該空間53內填設有一固定膠60，該固定膠60係以灌填或浸漬方式設於該空間53內，且該固定環50內面52具有5μm以上之表面粗度，藉以增加其與永久磁鐵40凸弧面41及該固定膠60的結合結構強度，避免在高速運轉時脫離。

此外，為使本創作永磁馬達轉子確實達到降低頓轉扭矩及防止高速運轉時飛脫之目的，如第3、4圖所示，本創作轉子轉軸30之各該定位肋32具有二相對側面321，該二側面321之間且有一介於1至3mm之距離D，且各該側面321與其鄰接之轉軸30周壁31處具有一夾角θ，該夾角θ係介於80度至90度(80°≦θ≦90°)；利用該夾角θ配合前述膠層34達到確實將永久磁鐵40固定在該轉軸30周壁31上，避免發生飛脫現象，該距離D之界定得以在強化永久磁鐵40結合結構之同時，達到確保該些定位肋32不會阻斷各永久磁鐵40之間的磁力線之目的。

另，請配合參閱第3、5圖所示，說明本創作永磁馬達轉子結構之該永久磁鐵40的兩種實施態樣。如第3圖所示，該永久磁鐵40凸弧面41的置高部411及其二傾斜部412，係共同成形為一弧度大於該永久磁鐵40凹弧面42之弧面結構；另如第5圖所示，該永久磁鐵40凸弧面41的置高部411成形為弧面結構，且具有對應該永久磁鐵40凹弧面42之弧度，該二傾斜部412則成形為朝向 永久磁鐵40兩側傾斜之斜平面結構；利用永久磁鐵40徑向剖面呈中間厚而兩側薄之結構形態，達到在固定環50與轉軸30的複數定位肋32及複數永久磁鐵40之間形成供填設固定膠60的複數空間53，藉以將固定環50穩定固設在永磁馬達轉子外部，達到降低頓轉扭矩之目的。惟，該永久磁鐵40之實施態樣並不限於此，只要永久磁鐵40呈中間厚而兩側薄之形態以形成該複數空間53者皆可達到前述效果。

綜上所述，本創作透過前述永磁馬達轉子結構，確實達到強化永久磁鐵40固設在轉軸30上的結構強度，令該永久磁鐵40得以抵抗馬達運轉時的離心力及其他分力，使該永久磁鐵40在高速運轉時不會產生移位甚或飛脫之問題；又，本創作經由將轉軸30上的複數嵌槽33形態，成形為其中一弧度大，其他則弧度均等且小於該其中一之弧度，而有效降低永磁馬達轉子的頓轉扭矩，達到減少永磁馬達轉子在低速運轉時容易產生的噪音、振動等現象，並具有提高定位精準度之優勢。

30‧‧‧轉軸

31‧‧‧周壁

32‧‧‧定位肋

33a‧‧‧第一嵌槽

33b‧‧‧第二嵌槽

40a‧‧‧第一磁鐵

40b‧‧‧第二磁鐵

41‧‧‧凸弧面

411‧‧‧置高部

412‧‧‧傾斜部

50‧‧‧固定環

60‧‧‧固定膠

70‧‧‧定子

Claims (8)

1. 一種永磁馬達轉子結構，包括：一轉軸，成形有一周壁，該周壁沿該轉軸軸向成形有相互間隔設置之複數定位肋及複數嵌槽，定義其中一嵌槽為一第一嵌槽，其他嵌槽為複數第二嵌槽，該複數第二嵌槽成形有相等弧度，該第一嵌槽之弧度大於該第二嵌槽之弧度，且各該嵌槽槽壁設有一膠層；複數永久磁鐵，各成形有一凸弧面及一凹弧面，該凸弧面沿該轉軸軸向之中間位置成形有一置高部，該置高部兩側成形為二傾斜部，令該複數永久磁鐵凹弧面與該轉軸之該複數嵌槽內的膠層膠結設置，定義設於該第一嵌槽之該永久磁鐵為一第一磁鐵，設於該複數第二嵌槽之該永久磁鐵為複數第二磁鐵，且該第一磁鐵之凹弧面弧長大於該第二磁鐵之凹弧面弧長；一固定環，成形有相對之一外面及一內面，該固定環內面具有5μm以上之表面粗度，令該固定環套設於該複數永久磁鐵外部並與各該永久磁鐵的凸弧面置高部接觸，該固定環內面與該複數永久磁鐵凸弧面傾斜部之間共同界複數空間，各該空間內填設有一固定膠。
2. 如申請專利範圍第1項所述之永磁馬達轉子結構，其中，該轉軸之各該定位肋具有二相對側面，該二側面之間且有一介於1至3mm之距離。
3. 如申請專利範圍第1項所述之永磁馬達轉子結構，其中，該轉軸之各該定位肋具有二相對側面，各該側面與其鄰接之轉軸周壁處具有一夾角，該夾角係介於80度至90度(80°≦θ≦90°)。
4. 如申請專利範圍第1項所述之永磁馬達轉子結構，其中，該固定環之該外面與該內面之間具有0.2至0.5之厚度。
5. 如申請專利範圍第1項所述之永磁馬達轉子結構，其中，該轉軸係由複數導磁片疊設構成，各該導磁片周緣成形有相互間隔設置之複數凸部及複數凹部，令該複數導磁片層疊，該複數凸部疊設成形為該轉軸定位肋，該複數凹部疊設成形為該轉軸嵌槽。
6. 如申請專利範圍第1項所述之永磁馬達轉子結構，其中，一定子係套設於該轉子結構之該固定環外面。
7. 如申請專利範圍第1項所述之永磁馬達轉子結構，其中，該永久磁鐵凸弧面之該置高部及該二傾斜部，係共同成形為一弧度大於該永久磁鐵凹弧面之弧面結構。
8. 如申請專利範圍第1項所述之永磁馬達轉子結構，其中，該永久磁鐵凸弧面之該置高部成形為弧面結構，且具有對應該永久磁鐵凹弧面之弧度，該二傾斜部則成形為朝向永久磁鐵兩側傾斜之斜平面結構。