TWM557482U - 馬達氣孔轉子 - Google Patents

Abstract

本創作係一種用於無刷馬達的永久磁石轉子，其中包含一本體及複數磁石組。本體貫穿有複數彎折延伸的磁石孔，該等磁石孔環繞軸心間隔設置且夾角的開口背向軸心，總共六個等配形成一個星形；各磁石組包含兩塊矩形磁石並穿設於磁石孔內。本創作藉由使用兩塊磁石搭配一夾角且與磁通屏障的氣槽配合來取代現有技術中的單一塊弧面磁石，使得磁力線更集中，進而使定子齒部產生較高的磁通密度，因此可使用較小的磁石仍可達到與現有技術相同甚至更高的效能，故可達成降低磁石的使用量以降低製作成本的目的，並在設計上更趨近於低重量高效能的理想馬達。

Description

馬達氣孔轉子

本創作係涉及一種馬達轉子，尤指一種用於無刷馬達的永久磁石轉子。

無刷馬達是一種使用定子線圈通電產生磁場，並驅使轉子因內部的永久磁石而隨著磁場的改變而旋轉，以達成將電能轉換為動能之目的的裝置。

請參閱圖7所示，圖7為現有技術的永久磁石轉子之前視圖，現有技術中的轉子91沿轉子91的延伸方向貫穿成形有複數磁石孔911，該等磁石孔911環繞間隔設置，各該磁石孔911內設有一永久磁石92，永久磁石92背向轉子91軸心的面為圓弧面，而面向轉子91軸心的面為平面。在設計上，理想的馬達需要較低的重量且較高的效能，而上述現有技術中這樣的磁石配置會有下列幾項缺點：

第一，所使用的磁石量較大以致於重量較重且成本較高。

第二，影響馬達效能的因素其中一項為頓轉轉矩，頓轉轉矩是馬達噪音與震動的主要原因，並與轉子的型式與磁石配置有關聯。而現有技術中的轉子的型式及磁石配置會造成較大的頓轉轉矩，使得馬達的噪音與震動較大。

第三，具有弧面的磁石設計會導致製程上的困難並且進一步增加成本。

有鑑於前述之現有技術的缺點及不足，本創作提供一種馬達氣孔轉子，使用兩塊磁石取代弧面磁石的設計，可降低馬達轉子的磁石使用量，及簡化磁石的製作過程，以減低重量及成本，並且所產生的頓轉轉矩較小，能使馬達效能提升並且減低噪音及振動。

為達到上述的創作目的，本創作所採用的技術手段為設計一種馬達氣孔轉子，其中包含：一本體，其為圓柱型，且包含有複數磁石孔，各該磁石孔彎折延伸且為一體成型，各該磁石孔與該本體之軸心平行地貫穿該本體，各該磁石孔環繞間隔設置，且各該磁石孔彎折之夾角的開口背向該本體之軸心；複數磁石組，其分別穿設於該等磁石孔，各該磁石組包含有兩磁石，該兩磁石夾設出一夾角，該夾角與各該彎折延伸的磁石孔的彎折之夾角相同，並且該兩磁石穿設於相對應的磁石孔內。

本創作的優點在於，藉由將磁石孔設計有一夾角的結構，並使用兩塊磁石搭配相同夾角穿設其中的方式所組成的磁石配置，來取代現有技術中的單一塊弧面磁石，本創作的複數磁石孔共同排列形成星形，而所使用的星形氣孔轉子使得磁力線能更加集中，進而使得在定子齒部所產生的磁通密度較高，因此本創作可使用較小的磁石仍可達到與現有技術的弧面磁石相同甚至更高的磁通密度，故可達成降低磁石的使用量進而減低馬達轉子的重量，以及降低製作成本的目的；此外，星形配置的磁石更具有以下優點：第一，反電動勢相較於弧形磁石有所提升；第二，能夠降低馬達的頓轉轉矩並減少噪音及震動。而以上各項優點使得馬達轉子在減少磁石使用量的同時，效能不降低且反而有所提升，並在設計上更趨近於理想的馬達。

以下為本創作與現有技術實際測試的數據比較：首先是現有技術的單一弧形磁石轉子， 再來是本創作馬達氣孔轉子

以上實測數據顯示，現有技術在額定輸出3480rpm、0.2Nm的馬達效率為83.4%、驅動效率為93.4%、整合效率為77.8%；而本創作在額定輸出3480rpm、0.2Nm的馬達效率為84.7%、驅動效率為92.2%、整合效率為78.1%，並且在額定輸出時現有技術的噪音與震動相較之下明顯較大。然而本次實驗中本創作所使用的磁石量為現有技術的71%，綜合以上，本創作確實可在磁石使用量減少後，整合效率也能比現有技術高。

進一步而言，所述之馬達氣孔轉子，其中各該磁石孔包含有一氣槽部，該氣槽部位於相對應的該兩磁石的端部之間，且位於該磁石孔的彎折處。

進一步而言，所述之馬達氣孔轉子，其中各該磁石孔的內壁面突出形成有一凸點，該凸點位於該磁石孔的彎折處，該凸點同時抵靠於該兩磁石，並與該兩磁石環繞包覆出該氣槽。

上述由凸點固定磁石並與之包覆出一氣槽的設置，因該氣槽相較於該本體而言具有磁通屏障的特性，可以避免在使用了兩個磁石後所產生的漏磁現象，而因為無漏磁現象所以不會影響到兩個磁石在定子齒部所產生的磁通密度，以確保效能。

進一步而言，所述之馬達氣孔轉子，其中該各該磁石為一矩形塊體。

在本創作中所使用的磁石之所有面皆為平面，相對於現有技述中有弧面的磁石來說，在製作上更為簡單，可以降低更多的成本。

進一步而言，所述之馬達氣孔轉子，其中各該磁石孔進一步包含有兩氣隙部，該兩氣隙部分別位於相對應的該磁石組的兩端及該磁石孔的內壁面之間。

進一步而言，所述之馬達氣孔轉子，其中該各該磁石孔彎折之夾角介於117度至123度之間。

進一步而言，所述之馬達氣孔轉子，其中該各該磁石孔彎折之夾角為120度。

進一步而言，所述之馬達氣孔轉子，其中該本體進一步包含有複數通孔，各該通孔與該本體之軸心平行地貫穿該本體，且各該磁石孔環繞於該等通孔外。

10‧‧‧本體

11‧‧‧磁石孔

111‧‧‧氣槽部

112‧‧‧氣隙部

12‧‧‧凸點

13‧‧‧通孔

20‧‧‧磁石組

21‧‧‧磁石

30‧‧‧定子

31‧‧‧定子齒部

31A‧‧‧定子齒部

91‧‧‧轉子

911‧‧‧磁石孔

92‧‧‧弧形磁石

圖1係本創作的立體外觀圖。

圖2係本創作的前視圖。

圖3係本創作結合於定子內的磁力線示意圖。

圖4係本創作結合於定子內的磁通密度示意圖。

圖5係本創作之兩塊磁石與現有技術之弧形磁石的反電動勢比較圖。

圖6係本創作之兩塊磁石與現有技術之弧形磁石的頓轉轉矩比較圖。

圖7係現有技術的轉子前視圖。

圖8係現有技術的轉子結合於定子內的磁力線示意圖。

圖9係現有技術的轉子結合於定子內的磁通密度示意圖。

以下配合圖式及本創作之較佳實施例，進一步闡述本創作為達成預定創作目的所採取的技術手段。

請參閱圖1、圖2及圖3所示，本創作之馬達氣孔轉子包含有一本體10以及複數磁石組20，而在使用時本創作之馬達氣孔轉子穿設於定子30中，且與定子30間隔設置。

前述之本體10為圓柱型，此為較佳實施例但不以此為限，可以不是表面完全平滑的圓柱而是在其表面上有凹凸設計，也可以是多邊形的柱體，只需不影響本體10在定子30內旋轉即可。

而本體10包含有複數個磁石孔11，各個磁石孔11與本體10之軸心平行地貫穿本體10，且各個磁石孔11孔彎折延伸並為一體成型。也就是說，在本創作之馬達氣孔轉子的前視圖看來，各個磁石孔11呈現一個連貫的的空間，且其空間不被任何東西所阻隔，即並非複數空間所共同排列而成的結構。進一步而言，前述之複數個磁石孔11在本體10內環繞間隔設置，且各個磁石孔11的夾角開口背向本體10之軸心。具體來說，在本實施例中有六個磁石孔11，該六個磁石孔11環繞間隔排列成一六角星形，但數量不以此為限，也可已是五個磁石孔11排列成一五角星形或是其他數量；此外，各個磁石孔11的內壁面突 出形成有一凸點12，凸點12位於磁石孔11的夾角轉折處，而具體來說是在磁石孔夾角的轉折處較靠近軸心的一側，但不以此為限。

此外，前述之磁石孔11的彎折之夾角介於117度至123度之間，而在本實施例中為120度，此為較佳實施例但並不以此為限。並且，本體10進一步包含有複數通孔13，各個通孔13與本體10之軸心平行地貫穿本體10，但不以此為限，在本實施例中通孔13係用以與軸心作連結，所以不一定要平行貫穿，可以不與軸心平行亦可不貫穿本體10，僅需達成與軸心連結且固定的目的即可，而前述之複數個磁石孔11環繞於該等通孔13外。

請參閱圖1、圖2及圖3所示，複數磁石組20分別穿設於前述之複數個磁石孔11，具體來說是各磁石組20包含有兩磁石21，該兩磁石21兩磁石夾設出一夾角，該夾角與各彎折延伸的磁石孔11的彎折之夾角相同，並且該兩磁石21穿設於相對應的磁石孔11內。此外，前述的各個磁石孔11包含有一氣槽部111，而該氣槽部111係位於在各磁石組20穿設後所相對應的兩磁石21的端部之間，且位於磁石孔11的彎折處。具體來說，是在各磁石組20穿設後，位於磁石孔11的彎折處的凸點12同時抵靠於兩磁石21，並與兩磁石21環繞包覆出氣槽部111，並且，各個磁石孔11進一步包含有兩氣隙部112，該兩氣隙部112分別位於相對應的該磁石組20的兩端；也就是說，各磁石組20穿設於磁石孔11內但並不將其填滿，各磁石組20在穿設於磁石孔11後仍在兩端留有氣隙部112，並且在兩磁石21之間留有氣槽部111。

此外，在本創作中各磁石21為一矩形塊體，但不以此為限，僅需便於穿設於磁石孔11，並且有助於降低製作成本即可。

本創作在使用時如圖3所示，本創作之本體10穿設於定子30內且與定子30間隔設置。請參閱圖3及圖8所示，相對於現有技術中的弧形磁石92，本創作中轉子內排列的兩塊磁石21會使得磁力線集中(如圖3中定子齒部31以及 圖8中定子齒部31A所示)，而集中後的磁力線會在定子齒部產生較高的磁通密度，如圖4及圖9所示，定子齒部31的磁通密度為1.55Tesla，而定子齒部31A的磁通密度為1.45Tesla，並且較高的磁通密度可以帶來較大的反電動勢(BEMF,Back EMF)，如圖5所示，本創作的「兩塊磁石」的有效值(均方根，Root Mean Square,RMS)大於現有技術的「弧形磁石」的有效值，且適當的轉子結構與磁石配置可以帶來較小的頓轉轉矩(Cogging torque)，如圖6所示，本創作的「兩塊磁石」的頓轉轉矩的最大值小於現有技術的「弧形磁石」的頓轉轉矩的最大值；如此一來這樣配置的磁石孔11的轉子結構便可以在減少磁石用量的同時也提升馬達的效能，使每顆馬達轉子的磁石使用量，在磁石孔11彎折117度至123度的角度配置下可以減少7.4至8.1克，相當於26.9%至29.4%，取決於所選擇的彎折夾角。

此外，本創作中的氣槽部111以及氣隙部112的設計皆有著磁通屏障的特性，能夠防止磁力線自作迴路而產生漏磁的現象，更進一步確保磁力線的集中，並且凸點12結合氣槽部111的設計相較於其他結構下，在鐵芯沖壓的製作上更加容易，且模具較不易損壞，更進一步降低了製造成本，以達成降低成本提升效能的目的。

以上所述僅是本創作的較佳實施例而已，並非對本創作做任何形式上的限制，雖然本創作已以較佳實施例揭露如上，然而並非用以限定本創作，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本創作技術方案的範圍內，當可利用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本創作技術方案的內容，依據本創作的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本創作技術方案的範圍內。

Claims (8)

1. 一種馬達氣孔轉子，其中包含：一本體，其為圓柱型，且包含有複數磁石孔，各該磁石孔彎折延伸且為一體成型，各該磁石孔與該本體之軸心平行地貫穿該本體，各該磁石孔環繞間隔設置，且各該磁石孔彎折之夾角的開口背向該本體之軸心；複數磁石組，其分別穿設於該等磁石孔，各該磁石組包含有兩磁石，該兩磁石夾設出一夾角，該夾角與各該彎折延伸的磁石孔的彎折之夾角相同，並且該兩磁石穿設於相對應的磁石孔內。
2. 如請求項1所述之馬達氣孔轉子，其中各該磁石孔包含有一氣槽部，該氣槽部位於相對應的該兩磁石的端部之間，且位於該磁石孔的彎折處。
3. 如請求項2所述之馬達氣孔轉子，其中各該磁石孔的內壁面突出形成有一凸點，該凸點位於該磁石孔的彎折處，該凸點同時抵靠於該兩磁石，並與該兩磁石環繞包覆出該氣槽。
4. 如請求項1至3中任一項所述之馬達氣孔轉子，其中各該磁石孔進一步包含有兩氣隙部，該兩氣隙部分別位於相對應的該磁石組的兩端及該磁石孔的內壁面之間。
5. 如請求項1至3中任一項所述之馬達氣孔轉子，其中各該磁石孔彎折之夾角介於117度至123度之間。
6. 如請求項5所述之馬達氣孔轉子，其中各該磁石孔彎折之夾角為120度。
7. 如請求項1至3中任一項所述之馬達氣孔轉子，其中各該磁石為一矩形塊體。
8. 如請求項1至3中任一項所述之馬達氣孔轉子，其中該本體進一步包含有複數通孔，各該通孔與該本體之軸心平行地貫穿該本體，且各該磁石孔環繞於該等通孔外。