TWM654050U - 非規則排列的平角線定子 - Google Patents

Abstract

一種非規則排列的平角線定子，包含一定子鐵心及多個平角線組。所述定子鐵心包含沿著一圓周方向排列的多個齒，所述多個齒的相鄰兩者之間形成有多個槽。所述多個平角線組分別設置於所述多個槽中，所述多個平角線組的每一者包含多條平角線。所述多條平角線於所述多個槽的一者中沿著一徑向排列。定義所述多條平角線中最遠離所述定子鐵心的一幾何中心的一者之長邊為沿一第一方向延伸，定義所述多條平角線中最靠近所述定子鐵心的所述幾何中心的一者之長邊為沿一第二方向延伸，其中所述第一方向垂直於所述第二方向。

Description

非規則排列的平角線定子

本創作係關於一種平角線定子，特別是關於一種非規則排列的平角線定子。

定子(stator)為電動馬達中的一靜止部分。在電動馬達中，定子可將電流形成磁場以驅動轉子進行旋轉，也就是將電能轉換為動能。馬達中的銅線在通過高頻率電流下會產生集膚效應(skin effect)，尤其在銅線排列更密集的部分(如靠近定子的幾何中心的部分)會有更高的磁場切換，造成更高的交流損失。

鑒於上述，本創作提供一種非規則排列的平角線定子。

依據本創作一實施例的平角線定子，包含一定子鐵心及多個平角線組。所述定子鐵心包含沿著一圓周方向排列的多個齒，所述多個齒的相鄰兩者之間形成有多個槽。所述多個平角線組分別設置於所述多個槽中，所述多個平角線組的每一者包含多條平角線。所述多條平角線於所述多個槽的一者中沿著一徑向排列。定義所述多條平角線中最遠離所述定子鐵心的一幾何中心的一者之長邊為沿一第一方向延伸，定義所述多條平角線中最靠近所述定子鐵心的所述幾何中心的一者之長邊為沿一第二方向延伸，其中所述第一方向垂直於所述第二方向。

藉由上述結構，本案所揭示的平角線定子，可將定子鐵心的槽中沿徑向排列的多條平角線中最遠離定子鐵心的幾何中心的一者沿第一方向延伸，且將多條平角線中最靠近定子鐵心的幾何中心的一者沿垂直於第一方向的第二方向延伸，藉此減少最靠近定子鐵心的幾何中心處的平角線於周圍產生的交流磁場強度，以降低損耗。

以上之關於本揭露內容之說明及以下之實施方式之說明係用以示範與解釋本創作之精神與原理，並且提供本創作之專利申請範圍更進一步之解釋。

以下在實施方式中詳細敘述本創作之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者了解本創作之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本創作相關之目的及優點。以下之實施例係進一步詳細說明本創作之觀點，但非以任何觀點限制本創作之範疇。

請參考圖1，圖1係依據本創作一實施例所繪示的平角線定子的截面示意圖。如圖1所示，平角線定子100包含一定子鐵心1及多個平角線組2。定子鐵心1包含沿著一圓周方向A排列的多個齒11，多個齒11的相鄰兩者之間形成有多個槽12。多個平角線組2分別設置於多個槽12中，多個平角線組2的每一者包含多條平角線(包含第一平角線21及第二平角線22)。所述多條平角線於多個槽12的一者中沿著一徑向R排列。定義所述多條平角線中最遠離定子鐵心1的一幾何中心的一者之長邊為沿一第一方向(圓周方向A)延伸，定義所述多條平角線中最靠近定子鐵心1的所述幾何中心的一者之長邊為沿一第二方向(徑向R)延伸，其中所述第一方向垂直於所述第二方向。

在本例中，平角線定子100可例如為一種永磁同步馬達(permanent-magnet synchronous motor)的定子(stator)，用於驅動帶有磁鐵的轉子(rotor)，然本案不限於此。定子鐵心1由鐵或其他磁性材料製成。定子鐵心1包含沿著一圓周方向A排列的多個齒11。在本例中，每個齒11的齒靴朝向定子鐵心1的一幾何中心。或者，在另一實施例中，每個齒的齒靴也可朝向遠離定子鐵心的幾何中心的方向。多個齒11的相鄰兩者之間形成有多個槽12，以排列設置平角線組2。

在本文中，一平角線組2係指設置在一槽12中的多條平角線的集合。即，本例的多個平角線組2分別設置於多個槽12中，且每一平角線組2各包含設置於一個槽12中的多條平角線。所謂平角線(hairpin)，相較於一般具有圓形截面的圓線，具有矩形的橫截面，因此可排列地較緊密而具有較高的槽滿率。在本例中，平角線可為銅或其他良導體製成的漆包線，且多條平角線(或平角線組2)被繞製成線圈以提供磁場。

基於平角線的矩形截面(具有一長邊及一短邊)的結構，本文所述的平角線在槽12中沿著一徑向R的排列下，包含兩種設置方式，其中最遠離定子鐵心1的幾何中心的一或多條平角線之長邊沿圓周方向A延伸，且最靠近定子鐵心1的幾何中心的一或多條平角線之長邊沿徑向R延伸。以下，定義最遠離定子鐵心1的幾何中心的一或多條平角線為第一平角線21，並定義最靠近定子鐵心1的幾何中心的一或多條平角線為第二平角線22。

請結合圖1參照圖2，圖2為圖1實施例所繪示的平角線定子的局部放大圖。為了清楚呈現本例的結構，圖2示出了平角線定子100中所包含的一個齒11及相鄰的兩個槽12的局部放大結構。如本領域具通常知識者能理解的，圖2所示的一個齒11及相鄰的兩個槽12的結構可週期性地重複排列而形成平角線定子100的整體，故於此省略重複性的描述。如圖2所示，一個齒11可沿著徑向(R)向幾何中心延伸依序包含一第一階部111、一第二階部112及一齒靴113，其中在第一階部111與第二階部112之間的交界處的兩側具有一段差，使得在段差附近，第一階部111的寬度較寬而第二階部112的寬度較窄。

在相鄰的兩個齒11之間的槽12中，排列設置有多條平角線，即一平角線組2，其中第一平角線21係設置於相鄰的兩個齒11的兩第一階部111之間，且第二平角線22係設置於相鄰的兩個齒11的兩第二階部112之間。相鄰的兩個齒11的兩第一階部111之間的距離為寬度W1，相鄰的兩個齒11的兩第二階部112之間的距離為寬度W2，其中寬度W1大於寬度W2。第一階部111具有一延伸長度d1，第二階部112具有一延伸長度d2，且於本實施例中，第一階部111的延伸長度d1基本上大於第二階部112的延伸長度d2，其詳細描述於後補充。

第一平角線21及第二平角線22可具有一長度L1及一寬度L2，其中長度L1大於寬度L2。在槽12中的兩第一階部111之間，第一平角線21的長邊可沿著圓周方向A設置。在槽12中的兩第二階部112之間，第二平角線22的長邊可沿著徑向R設置。在本例中，設置於一槽12中的平角線組2包含6條平角線，然於其他實施例中，設置於一槽12中平角線數量可為8條或其他數量，本案不予以限制。進一步，以平角線組2包含6條平角線為例，平角線組2中的第一平角線21的數量可為4至5條，第二平角線的數量可為1至2條。或者，以平角線組2包含8條平角線為例，平角線組2中的第一平角線21的數量可為5至7條，第二平角線的數量可為1至3條。也就是說，平角線組2中的第二平角線22與第一平角線21之間的數量可依照一特定比例進行設計，其中第一平角線21及第二平角線22的數量至少為1條。

在本例中，平角線組2的多條平角線(包含第一平角線21及第二平角線22)的每一者具有相同的矩形截面(長度為L1、寬度為L2)。然而在其他實施例中，第一平角線21與第二平角線22可具有不同的矩形截面。本例的平角線的寬度L2與長度L1之間的比值(L2/L1)可為大於或等於0.5且小於1。如圖2所示，槽12中的相鄰的兩個齒11的兩第一階部111之間的距離，即寬度W1，可被設計為稍微大於平角線的長度L1；槽12中的相鄰的兩個齒11的兩第二階部112之間的距離，即寬度W2，可被設計為稍微大於平角線的寬度L2。

另外，第一階部111的延伸長度d1可依據其對應的第一平角線21的數量及寬度L2來設計，第二階部112的延伸長度d2可依據其對應的第二平角線22的數量及長度L1來設計。以平角線的寬度L2與長度L1之間的比值為0.5且一個槽12中設置有5條第一平角線21及1條第二平角線22為例，第一階部111的延伸長度d1可稍微大於5個平角線的寬度L2，而第二階部112的延伸長度可稍微大於1個平角線的長度L1。也就是說，第一階部111的延伸長度d1與第二階部的延伸長度d2之間的比值可接近於2.5，然以上比例值僅為一種實施態樣之舉例，其他舉例可將不同的長度參數經相同計算過程得出不同的比例值而被設計成不同樣態。

一般而言，越靠近齒靴113(定子鐵心的幾何中心)的位置的平角線的設置數量密度越高，因此在流通高頻率電流的情況下，容易於齒靴113附近形成磁場損耗。在本例中，透過將第一平角線21與第二平角線22彼此之間呈90度翻轉的排列方式，可有效降低齒靴113附近所產生的磁場強度，以減少損耗。進一步，由於齒11的第二階部112相較於第一階部111透過一段差而變寬，可使得第二階部112因具有較多磁場通路而降低了局部磁場強度，亦減少了磁場損耗。需要注意的是，本案主要係透過將第一平角線21與第二平角線22彼此之間呈90度翻轉的排列方式來減少損耗，因此本案亦可適用於第一階部111與第二階部112之間不具有段差的齒型結構。

請共同參照圖3a及圖3b，圖3a係依據採用傳統齒型且以單一方向排列平角線的平角線定子的磁場強度分布圖，圖3b係依據本創作一實施例所繪示的平角線定子的磁場強度分布圖。如圖3a所示，在傳統齒型的設計中，齒部中靠近齒靴處的磁場強度較遠離齒靴處的磁場強度高。具體而言，如圖3a的區域B1處所示，其分布的磁場強度為約2特斯拉。相較之下，如圖3b所示，在本案的平角線翻轉90度設置以及兩階段齒型的設計中，齒部中靠近齒靴處的磁場強度可有效被降低。具體而言，如圖3b的區域B2處的齒靴附近所示，磁場強度降低為約1.5特斯拉。另外，關於圖3a及圖3b的兩側部分所示的較低的磁場強度，如本案具通常知識者能理解的，是因為此定子鐵心的各個線圈是被施加交流電，且不同齒上的線圈的交流電的相位不同，因此在不同時間點產生的磁場強度不同。

進一步，請參照圖4，圖4係依據圖3a及圖3b所繪示的本案與習知的平角線定子的磁場分布比較圖表。如圖4所示，資料C1對應呈現圖3a的區域B1的齒部的磁場分布，資料C2對應呈現圖3b的區域B2的齒部的磁場分布。從資料C1可以看出，在傳統齒型的設計中，齒部中靠近齒靴處的磁場強度最高可達到2特斯拉。相較之下，從資料C2可以看出，在本案的平角線翻轉90度設置以及兩階段齒型的設計中，齒部中靠近齒靴處的磁場強度可有效被降低，具體而言，磁場強度可被降低至約1.5特斯拉，藉此減少最靠近定子鐵心的幾何中心處的平角線於周圍產生的交流磁場，並降低損耗。另外，即使在對應於每個齒的中央部分，資料C2的磁場強度可低於資料C1的磁場強度達到約2.8%，此係透過上述段差的設計使得第二階部具有較多磁場通路而降低了局部磁場強度，亦減少了磁場損耗。

藉由上述結構，本案所揭示的平角線定子，可將定子鐵心的槽中沿徑向排列的多條平角線中最遠離定子鐵心的幾何中心的一者沿第一方向延伸，且將多條平角線中最靠近定子鐵心的幾何中心的一者沿垂直於第一方向的第二方向延伸，藉此減少最靠近定子鐵心的幾何中心處的平角線於周圍產生的交流磁場，並降低損耗。另外，本案透過將截面為相同矩形的多條平角線進行不同方向的排列，即，將靠近定子鐵心的幾何中心處的平角線的長邊沿著徑向排列，可直接降低齒靴部分由於高頻電流產生的(交流)磁場損耗，且本案無須採用不同線徑的線材，亦簡化了製程。進一步，定子鐵心的齒沿著徑向延伸可依序包含有段差的一第一階部及一第二階部，其中第二階部對應於上述直放的平角線，使得在第二階部因具有較多磁場通路而降低了局部磁場強度，亦減少了磁場損耗。

雖然本創作以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本創作。在不脫離本創作之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本創作之專利保護範圍。關於本創作所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。

100:平角線定子 1:定子鐵心 11:齒 111:第一階部 112:第二階部 113:齒靴 12:槽 2:平角線組 21:第一平角線 22:第二平角線 W1,W2:寬度 d1,d2:延伸長度 L1:長度 L2:寬度 C1,C2:資料 R:徑向 A:圓周方向 B1,B2:區域

圖1係依據本創作一實施例所繪示的平角線定子的截面示意圖。 圖2為圖1的局部放大圖。 圖3a係依據採用傳統齒型且以單一方向排列平角線的平角線定子的磁場強度分布圖。 圖3b係依據本創作一實施例所繪示的平角線定子的磁場強度分布圖。 圖4係依據圖3a及圖3b所繪示的本案與習知的平角線定子的磁場分布比較圖表。

100:平角線定子

1:定子鐵心

11:齒

12:槽

2:平角線組

21:第一平角線

22:第二平角線

Claims (9)

1. 一種平角線定子，包含： 一定子鐵心，包含沿著一圓周方向排列的多個齒，該些齒的相鄰兩者之間形成有多個槽；以及 多個平角線組，分別設置於該些槽中，該些平角線組的每一者包含： 多條平角線，於該些槽的一者中沿著一徑向排列； 其中，定義該些平角線中最遠離該定子鐵心的一幾何中心的一者之長邊為沿一第一方向延伸，定義該些平角線中最靠近該定子鐵心的幾何中心的一者之長邊為沿一第二方向延伸，該第一方向垂直於該第二方向。
2. 如請求項1所述的平角線定子，其中該第一方向垂直於該徑向，該第二方向平行於該徑向。
3. 如請求項1所述的平角線定子，其中該些齒的每一者沿著該徑向向該幾何中心延伸依序包含一第一階部及一第二階部，且相鄰的兩該第一階部之間的距離大於相鄰的兩該第二階部之間的距離。
4. 如請求項3所述的平角線定子，其中該些齒的每一者更包含一齒靴，該第二階部於該徑向上介於該第一階部與該齒靴之間。
5. 如請求項3所述的平角線定子，其中該些平角線包含至少一第一平角線及至少一第二平角線，該至少一第一平角線相對於該至少一第二平角線遠離該定子鐵心的該幾何中心，該至少一第一平角線係設置於相鄰的兩該第一階部之間，該至少一第二平角線係設置於相鄰的兩該第二階部之間。
6. 如請求項5所述的平角線定子，其中該些平角線的數量為4條以上。
7. 如請求項6所述的平角線定子，其中該至少一第二平角線的數量為該些平角線的該數量的一半以下。
8. 如請求項1所述的平角線定子，其中該些平角線的每一者具有相同的矩形截面。
9. 如請求項8所述的平角線定子，其中該些平角線的每一者的短邊長度與長邊長度的比值為大於或等於0.5且小於1。