TWM574357U - 磁阻馬達結構 - Google Patents

Abstract

一種磁阻馬達結構，包括一定子組件以及一轉子組件，前述轉子組件設置於前述定子組件內。前述轉子組件具有一本體以及嵌設於前述本體內之一第一磁鐵，且前述本體形成有朝向前述定子組件之一外周面，其中前述外周面與前述定子組件之間形成有一氣隙，且前述第一磁鐵與前述外周面之間的最短距離為前述氣隙之寬度的4~6倍。

Description

磁阻馬達結構

本創作是有關於一種馬達結構，特別是有關於一種磁阻馬達結構。

同步磁阻馬達(synchronous reluctance motor, SynRM)或磁阻馬達(reluctance motor, RM)不僅具有結構簡單、易維護、低成本、高效率等諸多優點，且能符合國家節能環保的發展方向，故已被廣泛地被應用於各領域中。一般而言，影響同步磁阻馬達輸出特性的主要因素在於轉子(rotor)的設計，其中轉子的凸極比(saliency ratio)，意即直軸(Direct axis)與交軸(Quadrature axis)電感的比值Ld/Lq往往決定了同步磁阻馬達性能，例如其所能提供的輸出轉矩大小。

然而，當同步磁阻馬達中的機構尺寸設計不良時，將容易造成輸出轉矩不平順而產生較大的轉矩漣波(Torque Ripple)，如此一來馬達在運轉時會產生震動與噪音。有鑑於此，如何改良傳統同步磁阻馬達之結構設計，以提升其輸出轉矩並抑制轉矩漣波產生始成為一重要之課題。

有鑑於前述習知問題點，本創作之一實施例提供一種磁阻馬達結構，包括一定子組件以及一轉子組件，前述轉子組件設置於前述定子組件內，並可相對於前述定子組件旋轉，其中前述轉子組件具有一本體以及嵌設於前述本體內之一第一磁鐵，且前述本體形成有朝向前述定子組件之一外周面，其中前述外周面與前述定子組件之間形成有一氣隙，且前述第一磁鐵與前述外周面之間的最短距離為前述氣隙之寬度的4~6倍。

於一實施例中，前述最短距離為前述氣隙之寬度的5倍。

於一實施例中，前述定子組件形成有複數個齒部以及複數個槽部，前述齒部以及前述槽部間隔設置並環繞前述轉子組件。

於一實施例中，前述轉子組件更具有嵌設於前述本體內之一第二磁鐵，且前述第一磁鐵較前述第二磁鐵更靠近前述定子組件。

於一實施例中，前述第一磁鐵於前述轉子組件之一徑向方向上具有一第一厚度，且前述第二磁鐵於前述轉子組件之前述徑向方向上具有一第二厚度，其中前述第二厚度大於或等於前述第一厚度。

本創作之一實施例更提供一種磁阻馬達結構，包括一定子組件以及一轉子組件，其中前述轉子組件設置於前述定子組件內，並可相對於前述定子組件旋轉，其中前述轉子組件具有一本體以及嵌設於前述本體內之一第一磁鐵和一第二磁鐵，且前述第一磁鐵較前述第二磁鐵更靠近前述定子組件，其中前述第一磁鐵於前述轉子組件之一徑向方向上具有一第一厚度，前述第一磁鐵與前述第二磁鐵之間於前述轉子組件之前述徑向方向上形成有一間距，且前述間距為前述第一厚度的0.75~1.5倍。其中，前述本體形成有朝向前述定子組件之一外周面，前述外周面與前述定子組件之間形成有一氣隙，且前述第一磁鐵與前述外周面之間的最短距離為前述氣隙之寬度的4~6倍。

於一實施例中，前述間距等於前述第一厚度。

於一實施例中，前述最短距離為前述氣隙之寬度的5倍。

於一實施例中，前述定子組件形成有複數個齒部以及複數個槽部，前述齒部以及前述槽部間隔設置並環繞前述轉子組件。

於一實施例中，前述第二磁鐵於前述轉子組件之前述徑向方向上具有一第二厚度，其中前述第二厚度大於或等於前述第一厚度。

於一實施例中，前述第一磁鐵以及前述第二磁鐵係分別設置於前述本體之一第一凹槽以及一第二凹槽內。

於一實施例中，前述第一磁鐵以及前述第二磁鐵係相互平行排列。

以下說明本創作實施例之磁阻馬達結構。然而，可輕易了解本創作實施例提供許多合適的創作概念而可實施於廣泛的各種特定背景。所揭示的特定實施例僅僅用於說明以特定方法使用本創作，並非用以侷限本創作的範圍。

除非另外定義，在此使用的全部用語(包括技術及科學用語)具有與此篇揭露所屬之一般技藝者所通常理解的相同涵義。能理解的是這些用語，例如在通常使用的字典中定義的用語，應被解讀成具有一與相關技術及本揭露的背景或上下文一致的意思，而不應以一理想化或過度正式的方式解讀，除非在此特別定義。

有關本創作之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下各實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是參考附加圖式的方向。因此，實施方式中所使用的方向用語是用來說明並非用來限制本創作。

首先請一併參閱第1、2圖，其中第1圖表示本創作一實施例之磁阻馬達結構示意圖，第2圖則表示第1圖中之磁阻馬達結構右上側部分的局部放大示意圖。

如第1、2圖所示，本實施例之磁阻馬達結構為一同步磁阻馬達(synchronous reluctance motor, SynRM)，其主要包括一定子組件S以及設置於定子組件S內部且可相對於定子組件S旋轉之一轉子組件R；需特別說明的是，前述定子組件S以及轉子組件R分別形成一對稱結構，其中轉子組件R包含一本體R0、至少一第一磁鐵M1以及至少一第二磁鐵M2，前述第一磁鐵M1以及第二磁鐵M2係分別嵌設於本體R0中的第一凹槽H1以及第二凹槽H2內。

另一方面，從第1、2圖中可以看出，前述定子組件S的內側形成有間隔排列的複數個齒部S1以及複數個槽部S2，且前述齒部S1以及槽部S2係圍繞轉子組件R。具體而言，本實施例之磁阻馬達結構主要係將四組成對之第一磁鐵M1以及第二磁鐵M2分別設置於轉子組件R之本體R0中的四個不同象限內對應的第一凹槽H1以及第二凹槽H2內，且每一對中的第一磁鐵M1以及第二磁鐵M2係具有矩形結構且相互平行。

應了解的是，當前述轉子組件R的直軸d(Direct axis)電感相對於交軸q(Quadrature axis)電感的比值Ld/Lq越大時，意即凸極比(saliency ratio)越大時，則磁阻馬達可提供較大的輸出轉矩。

如第2圖所示，前述定子組件S形成有一內周面S’，前述轉子組件R之本體R0則形成有一外周面R0’，其中前述外周面R0’係朝向定子組件S之內周面S’，且在轉子組件R之本體R0的外周面R0’和定子組件S的內周面S’之間形成有一氣隙g。

在本實施例中，前述外周面R0’的直徑為72mm，第一磁鐵M1於轉子組件R之一徑向方向(交軸q方向)上具有第一厚度T1，第二磁鐵M2於前述徑向方向(交軸q方向)上則具有一第二厚度T2，其中前述第二厚度T2可大於或等於第一厚度T1，而本實施例中之前述第一、第二厚度T1、T2均為4mm，且第一、第二磁鐵M1、M2在垂直於交軸q之方向上的長度均為25mm。

請繼續參閱第2圖，需特別說明的是，前述第一、第二磁鐵M1、M2間於前述徑向方向(交軸q方向)上形成有一間距D1，且前述第一磁鐵M1與前述轉子組件R之本體R0的外周面R0’間則此相隔有一最短距離D2。

接著請參閱第3圖，其中第3圖表示當第2圖中之第一磁鐵M1與外周面R0’間之最短距離D2分別為前述外周面R0’和定子組件S間之氣隙g之寬度的3、5、7、9倍時，第一磁鐵M1與第二磁鐵M2之一間距D1與第一厚度T1在不同比值下的轉矩漣波比較示意圖，相關數據則請參閱下方表1。 <TABLE border="1" borderColor="#000000" width="85%"><TBODY><tr><td> D2/g </td><td> D1/T1 </td><td> 轉矩漣波(%) </td><td> 平均輸出轉矩(N-m) </td></tr><tr><td> 3.0 </td><td> 0.25 </td><td> 9% </td><td> 3.57 </td></tr><tr><td> 0.50 </td><td> 13% </td><td> 3.89 </td></tr><tr><td> 0.75 </td><td> 17% </td><td> 4.10 </td></tr><tr><td> 1.00 </td><td> 18% </td><td> 4.14 </td></tr><tr><td> 1.25 </td><td> 18% </td><td> 4.14 </td></tr><tr><td> 1.50 </td><td> 18% </td><td> 4.14 </td></tr><tr><td> 1.75 </td><td> 19% </td><td> 4.12 </td></tr><tr><td> 2.00 </td><td> 22% </td><td> 4.02 </td></tr><tr><td> 5.0 </td><td> 0.25 </td><td> 11% </td><td> 3.69 </td></tr><tr><td> 0.50 </td><td> 11% </td><td> 3.95 </td></tr><tr><td> 0.75 </td><td> 13% </td><td> 4.09 </td></tr><tr><td> 1.00 </td><td> 13% </td><td> 4.11 </td></tr><tr><td> 1.25 </td><td> 13% </td><td> 4.10 </td></tr><tr><td> 1.50 </td><td> 14% </td><td> 4.08 </td></tr><tr><td> 1.75 </td><td> 22% </td><td> 3.98 </td></tr><tr><td> 7.0 </td><td> 0.25 </td><td> 15% </td><td> 3.77 </td></tr><tr><td> 0.50 </td><td> 16% </td><td> 3.98 </td></tr><tr><td> 0.75 </td><td> 17% </td><td> 4.07 </td></tr><tr><td> 1.00 </td><td> 17% </td><td> 4.08 </td></tr><tr><td> 1.25 </td><td> 17% </td><td> 4.07 </td></tr><tr><td> 1.50 </td><td> 24% </td><td> 3.97 </td></tr><tr><td> 9.0 </td><td> 0.25 </td><td> 16% </td><td> 3.78 </td></tr><tr><td> 0.50 </td><td> 17% </td><td> 3.96 </td></tr><tr><td> 0.75 </td><td> 17% </td><td> 4.04 </td></tr><tr><td> 1.00 </td><td> 18% </td><td> 4.04 </td></tr><tr><td> 1.25 </td><td> 23% </td><td> 3.94 </td></tr></TBODY></TABLE>表1

如前述表1以及第3圖所示，為了分析前述第一磁鐵M1與前述外周面R0’間之最短距離D2和氣隙g寬度的比值(D2/g)，以及前述間距D1和第一厚度T1之比值(D1/T1)對於磁阻馬達輸出性能之影響，經反覆分析模擬及實驗後發現：當前述最短距離D2為前述氣隙g寬度的4~6倍時(4≦D2/g≦6)，可使磁阻馬達具有較佳之性能，亦即可使磁阻馬達同時具有較高之輸出轉矩以及較低之轉矩漣波。惟需特別說明的是，在前述表1以及第3圖的模擬分析中，第一磁鐵M1之第一厚度T1以及氣隙g寬度值乃保持不變，而僅以第一磁鐵M1與外周面R0’間的最短距離D2和第一、第二磁鐵M1、M2之間距D1作為自變項(independent variable)以觀察其對於磁阻馬達輸出性能之影響。

從前述表1以及第3圖中可看出，當前述最短距離D2相對於前述氣隙g寬度之比值小於4時(例如D2/g=3時)，磁阻馬達會產生較大的轉矩漣波，且當前述最短距離D2相對於前述氣隙g寬度的比值大於6時(例如D2/g=7或D2/g=9時)，磁阻馬達同樣會產生較大的轉矩漣波。根據前述模擬分析結果可以推知：在第一磁鐵M1與前述轉子組件R之本體R0的外周面R0’間的最短距離D2介於前述氣隙g之寬度的4~6倍時(例如D2/g=5時)，磁阻馬達可具有較低之轉矩漣波，藉此以避免馬達運轉時產生明顯的震動與噪音。

接著再請參閱第4圖，其中第4圖表示當以第2圖中之間距D1/第一厚度T1=0.25作為比較基準(100%)時，不同之間距D1/第一厚度T1的比值(D1/T1)對於磁阻馬達的平均轉矩增加比例之示意圖，其中D2/g=5保持不變，相關數據請參閱下方表2。 <TABLE border="1" borderColor="#000000" width="85%"><TBODY><tr><td> D2/g </td><td> D1/T1 </td><td> 平均輸出轉矩(N-m) </td><td> 平均輸出轉矩增加比率(%) </td></tr><tr><td> 5.0 </td><td> 0.25 </td><td> 3.69 </td><td> 100% </td></tr><tr><td> 0.50 </td><td> 3.95 </td><td> 107% </td></tr><tr><td> 0.75 </td><td> 4.09 </td><td> 111% </td></tr><tr><td> 1.00 </td><td> 4.11 </td><td> 111% </td></tr><tr><td> 1.25 </td><td> 4.10 </td><td> 111% </td></tr><tr><td> 1.50 </td><td> 4.08 </td><td> 111% </td></tr><tr><td> 1.75 </td><td> 3.98 </td><td> 108% </td></tr></TBODY></TABLE>表2

從第3圖的區域A以及第4圖中可以看出，當第一磁鐵M1與前述外周面R0’間之最短距離D2相對於氣隙g寬度為5倍(D2/g=5)，且第一、第二磁鐵M1、M2的間距D1介於前述第一厚度T1的0.75~1.5倍時(0.75≦D1/T1≦1.5)，不僅磁阻馬達的輸出轉矩可大幅地往上提升(較D1/T1=0.25時提高至110%的水準以上)，同時也能抑制轉矩漣波的產生(轉矩漣波低於15%，如第3圖中的區域A所示)，藉此可有效地改善磁阻馬達的性能與穩定性。

綜上所述，本創作主要係揭露一種磁阻馬達結構，其中藉由使第一磁鐵與轉子組件的外周面間之最短距離介於氣隙寬度的4~6倍(例如約5倍)，可有效降低轉矩漣波的產生；此外，當第一、第二磁鐵間於轉子組件之徑向方向的間距介於第一磁鐵沿該徑向方向之厚度的0.75~1.5倍時(例如約1倍)，可大幅提升磁阻馬達的輸出轉矩同時具有較低的轉矩漣波，從而能有效改善磁阻馬達的性能與穩定性。

雖然本創作的實施例及其優點已揭露如上，但應該瞭解的是，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本創作之精神和範圍內，當可作更動、替代與潤飾。此外，本創作之保護範圍並未侷限於說明書內所述特定實施例中的製程、機器、製造、物質組成、裝置、方法及步驟，任何所屬技術領域中具有通常知識者可從本創作揭示內容中理解現行或未來所發展出的製程、機器、製造、物質組成、裝置、方法及步驟，只要可以在此處所述實施例中實施大抵相同功能或獲得大抵相同結果皆可根據本創作使用。因此，本創作之保護範圍包括上述製程、機器、製造、物質組成、裝置、方法及步驟。另外，每一申請專利範圍構成個別的實施例，且本創作之保護範圍也包括各個申請專利範圍及實施例的組合。

雖然本創作已以較佳實施例揭露於上，然其並非用以限定本創作，任何熟習此項工藝者，在不脫離本創作之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本創作之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

A‧‧‧區域

d‧‧‧直軸

D1‧‧‧間距

D2‧‧‧最短距離

g‧‧‧氣隙

H1‧‧‧第一凹槽

H2‧‧‧第二凹槽

M1‧‧‧第一磁鐵

M2‧‧‧第二磁鐵

q‧‧‧交軸

R‧‧‧轉子組件

R0‧‧‧本體

R0’‧‧‧外周面

S‧‧‧定子組件

S’‧‧‧內周面

S1‧‧‧齒部

S2‧‧‧槽部

T1‧‧‧第一厚度

T2‧‧‧第二厚度

第1圖表示本創作一實施例之磁阻馬達結構示意圖。 第2圖係表示第1圖所示之磁阻馬達結構右上側部分的局部放大示意圖。 第3圖表示當第2圖中之第一磁鐵M1與外周面R0’間之最短距離D2分別為前述外周面R0’和定子組件S間之氣隙g之寬度的3、5、7、9倍時，第一磁鐵M1與第二磁鐵M2之一間距D1與第一厚度T1在不同比值下的轉矩漣波比較示意圖。 第4圖係表示當以第2圖中之間距D1/第一厚度T1=0.25作為比較基準(100%)時，不同之間距D1/第一厚度T1的比值對於磁阻馬達的平均轉矩增加比例之示意圖。

Claims (10)

1. 一種磁阻馬達結構，包括： 一定子組件；以及 一轉子組件，設置於該定子組件內，並可相對於該定子組件旋轉，其中該轉子組件具有一本體以及嵌設於該本體內之一第一磁鐵，且該本體形成有朝向該定子組件之一外周面； 其中，該外周面與該定子組件之間形成有一氣隙，且該第一磁鐵與該外周面間具有一最短距離，其中該最短距離為該氣隙之寬度的4~6倍。
2. 如申請專利範圍第1項所述之磁阻馬達結構，其中該最短距離為該氣隙之寬度的5倍。
3. 如申請專利範圍第1項所述之磁阻馬達結構，其中該定子組件形成有複數個齒部以及複數個槽部，該些齒部以及該些槽部間隔設置並環繞該轉子組件。
4. 如申請專利範圍第1項所述之磁阻馬達結構，其中該轉子組件更具有嵌設於該本體內之一第二磁鐵，且該第一磁鐵較該第二磁鐵更靠近該定子組件。
5. 如申請專利範圍第4項所述之磁阻馬達結構，其中該第一磁鐵於該轉子組件之一徑向方向上具有一第一厚度，且該第二磁鐵於該轉子組件之該徑向方向上具有一第二厚度，其中該第二厚度大於或等於該第一厚度。
6. 一種磁阻馬達結構，包括： 一定子組件；以及 一轉子組件，設置於該定子組件內，並可相對於該定子組件旋轉，其中該轉子組件具有一本體以及嵌設於該本體內之一第一磁鐵和一第二磁鐵，且該第一磁鐵較該第二磁鐵更靠近該定子組件，其中該第一磁鐵於該轉子組件之一徑向方向上具有一第一厚度，該第一磁鐵與該第二磁鐵之間於該轉子組件之該徑向方向上形成有一間距，且該間距為該第一厚度的0.75~1.5倍； 其中，該本體形成有朝向該定子組件之一外周面，該外周面與該定子組件之間形成有一氣隙，且該第一磁鐵與該外周面間具有一最短距離，且該最短距離為該氣隙之寬度的4~6倍。
7. 如申請專利範圍第6項所述之磁阻馬達結構，其中該間距等於該第一厚度。
8. 如申請專利範圍第6項所述之磁阻馬達結構，其中該最短距離為該氣隙之寬度的5倍。
9. 如申請專利範圍第6項所述之磁阻馬達結構，其中該定子組件形成有複數個齒部以及複數個槽部，該些齒部以及該些槽部間隔設置並環繞該轉子組件。
10. 如申請專利範圍第6項所述之磁阻馬達結構，其中該第二磁鐵於該轉子組件之該徑向方向上具有一第二厚度，其中該第二厚度大於或等於該第一厚度。