TWI244816B - Permanent magnet rotor - Google Patents

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1244816 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（1) [技術領域] 本發明係有關於一種永久磁石轉子，其係用以構成永 磁式電動機及永磁式發電機等之永磁式旋轉電機者，特別 是一種永久磁石轉子，為一磁石埋設型且適於内轉子型永 磁式旋轉電機，以減低扭矩波動及初軋扭矩者。 [習知背景] 習知之磁石埋設型永久磁石轉子係諸如日本公開公報 特開平11-206075號及特開平11·206075號所揭示者，其 等公報中所揭示之永久磁石轉子，如同第12圖中顯示有一 極部分’由其端面方向所看到的形狀者，係於轉子鐵心1 上形成有多層之多數縫隙部2Α、2Β及2C。縫隙部2A-2C， 各端面形狀係呈圓弧形狀，長向上之兩端部位於轉子鐵心 1之外周面近旁且長向上之中央部由端部朝轉子鐵心1中 心軸側凹入者，與其端面形狀同一形狀係沿轉子鐵心1之 轴向（垂直於第12圖之方向）呈連續之狀態，迄至轉子鐵心 1之反向端面者。 然後’藉於各縫隙部2A-2C内充填（或在磁場中充填） 有結合磁石（塑膠磁鐵），並使其固化（即施行射出成形），或 藉將研削成各縫隙部2 A_2C之形狀的永久磁石嵌入於其等 縫隙部2A-2C，可以構成一於轉子鐵心丨埋設有永久磁石 之永久磁石轉子1〇。進而，在第12圖中所示之永久磁石 轉子10中，為使不因縫隙部2a_2c造成轉子鐵心1之徑 向外側部分（外周面側部分）與徑向内側部分（中心軸側部 分）完全分離者，而在縫隙部2A之長向兩端部（靠近轉子鐵 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 1 - il·! t·! „ ί靖先閱讀背面之注意亊項再填寫本頁) -4- 1244816 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（2) 心1外周面之部分）與轉子鐵心i外周面間留些厚度，以形 成橋部3者。 [本發明之課題] 惟，對上述之習知的永久磁石轉子10而言有一問題 ” 點，即，處於以組裝於旋轉電機之狀態下形成於與固定子 間之空隙之磁通密度分布，如第13圖所示，形成一近似方 .形波之形狀，而導致感應電壓波形之形變率很大，受其影 響也造成扭矩波動及初軋扭矩增大者。 本發明係著眼於此種習知技術所具有之未解決之課題 而所構建者，目的係於提供一種可解決扭矩波動及初軋扭 矩之永久磁石轉子者。 [發明之揭示] 為達成上述目的，本發明之第1態樣係構建成一種永久 磁石轉子’係由於轉子鐵心上每一磁極埋設數層永久磁石 > 而構成者’其中埋設有除了用以構成前述轉子鐵心之最外 側之層之前述永久磁石以外之永久磁石之各縫隙部之一部 分上，以前述轉子鐵心之内周側大於外周側之傾向，形成 - 有不埋設前述永久磁石之空縫部，並令組裝於旋轉電機之 w 狀態下之各永久磁石層所發生之總磁通量，前述轉子鐵心 之内周側之層係大於外周側之層者。 為達成上述目的，本發明之第2態樣係構建成一種永久 磁石轉子，其係於轉子鐵心中每一磁極埋設有多層永久磁 石而成者，其中前述轉子鐵心之各磁極係以埋設有特性相 異之前述永久磁石之縫隙部構成，且令前述永久磁石之殘 本紐尺度適財國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公楚） ------I -裝！ l·--—訂·--------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1244816 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（3) 留磁通密度，前述轉子鐵心之内周側之層比外周側之層小 者’並令組裝於旋轉電機之狀態下之各永久磁石層所發生 之總磁通量，前述轉子鐵心之内周側之層大於外周側之層 者。 為達成上述目的，本發明之第3態樣係構建成一種永久 磁石轉子，其係於轉子鐵心中每一磁極埋設有多層永久磁 石而成者，其中前述轉子鐵心之各磁極係以埋設有前述永 久磁石之縫隙部構成，多層之前述缝隙部中至少一部分之 層中組合埋設有特性相異之複數種類之前述永久磁石，且 將於每一層合計各層所含之每一永久磁石由前述轉子鐵心 之端面方向觀看之長向長度與殘留磁通密度之乘積後所得 之值’除以合計每層之全部永久磁石由前述轉子磁心之端 面方向觀看之長向長度後所得到之值，作為各層的平均殘 留磁通密度時，令該平均殘留磁通密度，前述轉子鐵心之 内周側之層小於外周側之層者，並令組裝於旋轉電機之狀 態下之各永久磁石層所發生之總磁通量，前述轉子鐵心之 内周側之層係大於外周側之層者。 本發明之第4態樣係於上述第2態樣或第3態樣之永久 磁石轉子中’前述縫隙部之一部分形成有不埋設前述永久 磁石之空縫部。 為達成上述目的，本發明之第5態樣係構建成一種永久 磁石轉子，其係於轉子鐵心中每一磁極埋設有多層永久磁 石而成者’其係使轉子鐵心由端面方面觀看時之前述永久 磁石彼此之間的距離付與差距，使永久磁石之長向 本紙張尺度適巾_家標準（CNS)A4規格（210x297公爱） — I — i I I l· I I I ^ ill· — — — — (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) •6- 1244816

寬廣且在長向中央部側較狹窄者。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

(請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本發明之第6態樣係於上述第以第5態樣中任一態樣 、久磁石轉子中，其係令由前述轉子鐵心之端面方向觀 看時之相冑接的前述永久磁石之長向端部之每-部分與前 述轉：鐵心之旋轉中心相連結而成之兩直線所形成之角 度’前述轉子鐵心之内周側之層小於外周側之層者，並較 連結磁極中心與前述旋轉中心、之直線，及連結用以構成最 外周側之層之别述永久磁石之長向端部與前述旋轉中心之 直線所成之角度小，且較連詰相鄰接之磁極間與前述旋轉 中心之直線，及連結用以構成最内周側之層之前述永久磁 石之長向端部與前述旋轉中心之直線所成之角度大者。 本發明之第7態樣係於上述第丨至第6態樣中任一態樣 之永久磁石轉子中，於每一磁極具有多數11層前述永久磁 石’並令各連結前述永久磁石之由各層的前述轉子鐵心之 端面方向觀看時之長向兩端部與前述轉子鐵心之旋轉中心 之兩直線而成之電角度由前述轉子鐵心之外周側依序為0 1、Θ 2、0 3、…、0 n，且令組裝於旋轉電機之狀態下之永 久磁石層所發生之總磁通量為01、02、03、…、0η時， 係滿足或約略滿足下述（1)式者； (0 1 — c^Bs) ·· ( 0 2— d2Bs):…：（0 n— dnBs) = Θ rcosiG ι/4)：(θ2- 0〇cos((02+ Θ 〇/4)+ 0!C〇s(0i/4)： ...: (Θ n— 0 n_ QcOSiX 0n+ l)/4) + (0n—i— 0 n-2)C0S(( 0 n - 1 + 0 n~ 2)/4)+ …+ (0 2— 0 2+ 0 0/4)+ 0 i/4) ··· (1) 惟，di ( i = 1、2、3、…、n)為將連結以埋設有前述永 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 1244816 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（5) 久磁石之縫隙部為界之前述轉子鐵心之徑向外側部分與徑 向内側部分之橋部的寬度就每一層合計之值，Bs為前述轉 ί 子鐵心之飽和磁通密度。 本發明之第8態樣係於前述第！至第7態樣中任一態樣 之永久磁石轉子中，前述永久磁石係以於前述縫隙部充填 有接合磁石並使其固化而形成者。 在此，依本發明之第1態樣，係將空縫部以上述傾向設 置，並使組裝於旋轉電機之狀態下之各永久磁石層所發生 之總磁通量，内周側較外周侧大者，因此可使與阖定子間 之空隙内所形成之磁通密度分布呈階梯狀，且呈一遠比方. 形波還近似於正弦波之分布形狀者。因此，與習知之永久 磁石轉子相較，可減低感應電壓波形之形變率，減少扭矩 波動及初軋扭矩，且減少噪音與振動。 又，依本發明之第2態樣，可在不設置空縫部之狀態 下，與第1態樣之發明同樣，令形成於與固定子間之空隙 之磁通密度分布成一遠比方形波還近似正弦波之分布形 狀’且在不設置空縫部之狀態下，可有效率地將磁石埋設 於轉子鐵心内，有利於實現小型化。 然後，依本發明之第3態樣，可於一縫隙部埋設多種類 磁石，因此即使可準備之磁石種類少於縫隙部之數目，也 可構造成一可展現與第2態樣之發明同樣的作用，且在磁 石之種類減少時，也有利於費用減低的目標。 又，依本發明之第4態樣，針對設有空縫部之永久磁石 層’與不設置空縫部之態樣相較之下，與永久磁石之特性 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） .·裝-----^----訂---------^9— <請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 1244816 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（6) 互異者同價’因此更進一步有利於減少磁石種類之方面。 另一方面’依本發明之第5態樣，以使於相鄰接之永久 磁石間之距離付與差距，與上述第丨態樣同樣，可將以組 裝於旋轉電機之狀態下形成於與固定子間之空隙之磁通密 ^ 度分布形成一遠比方形波還近似於正弦波之分布形狀。為 此，與習知之永久磁石轉子相較之下，磁通密度分布之變 _ 化成緩和狀態，因此可減低扭矩波動及初軋扭矩，且減少 噪音與振動。 然後，依本發明之第6態樣，可使以組裝於旋轉電機之 狀態下形成於固定子間之空隙之磁通密度分布呈一近似於 正弦波之分布形狀，因此可使感應電壓波形之形變率、扭 矩波動、初軋扭矩，及噪音與振動之減低上更為顯著。 進而，依本發明之第7態樣，係構造成滿足或約略滿足 於具有上述電角度βγθη及總磁通量^之上述（1)式 者，因此可令以組裝於旋轉電機之狀態下形成於與固定子 ^ 間之空隙之磁通密度分布呈一階梯狀，且呈一近於理想狀 態之近似於正弦波之分布形狀者。藉此，可進一步將以組 - 裝於旋轉電機之狀態下形成於與固定子間之空隙之磁通密 • 度分布呈一近似於正弦波之分布形狀，而使感應電壓波形 之形變率、扭矩波動、初軋扭矩，及噪音與振動之減低上 極為顯著。 然後，依本發明之第8態樣，係構造成一利用接合磁石 而將永久磁石射出成形者，其縫隙部形狀雖稍微複雜，但 可於轉子鐵心中埋設永久磁石。此外，利用接合磁石之射 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） I-----；--I I --------^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -9- 1244816 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（7) 出成形也可採用將接合磁石充填於縫隙部且將之固化之射 出成形，或，接合磁石為異向性磁石時也可為，在磁場内 將接合磁石充填於缝隙部，且使之定向後加以固化之磁場 中射出成形者。 [發明之實施形態] 以下，參照圖式說明本發明之實施形態。 第1圖係顯示本發明之第1實施形態，其係顯示内轉 子型永磁式電動機採用之永久磁石轉子10中之一極部 分，且由端面方向觀看之形狀。 即，永久磁石轉子10係具有貼合數張鑿成圓形之薄板· 而成一圓柱形狀之轉子鐵心11，在該轉子鐵心丨i之中心 部位上形成有一可使未圖示之旋轉轴同軸***之軸孔 11 a 〇 然後，轉子鐵心11上形成有可貫通轉子鐵心u之兩 端面間且朝轴孔11a凸出之圓弧狀之多層縫隙部12A、 12B ’及12C。各縫隙部12A-12C，位於轉子鐵心11徑向 外側之縫隙部12A為徑小之圓弧，位於同徑向内側之縫隙 部12C為徑大之圓弧，而居間之縫隙部12B為具中程度之 徑之圓弧’其等係呈一互以同心排列之配置者。 其等縫隙部12A-12C中，為使以形成於轉子鐵心n 外周側之縫隙部12A為界之轉子鐵心n之徑向外側部分 11A不離開徑向内側部分者，而以縫隙部12A之端面形狀 且於長向兩端部形成有橋部13Ai、13a2 。 又，為使以位於中央之縫隙部12B為界之轉子鐵心u 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公| ) . ----------r---訂---------^^1 C請先閱讀背面之>i意事項再填寫本頁} •10- 1244816 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（8) 之徑向外側部分11B不離開徑向内側部分者，而以縫隙部 12B之端面形狀且於長向兩端部形成有橋部13Bi、i3b2, 並於中央部兩處也形成有橋部13b3、13B4。

進而，為使以形成於轉子鐵心11内周側之縫隙部12C - 為界之轉子鐵心11之徑向外側部分11C不離開徑向内側 部分者’而以縫隙部12C之端面形狀且於長向兩端部形成 . 有橋部13Ci、13C2，並於中央部兩處也形成有橋部13C3、 13C4 〇 然後，各縫隙部12A-12C中，各於缝隙部12&之全體、 縫隙部12B中以橋部133丨及13B3所夾持之部分與橋部 13B2及13B4所夾持之部分、縫隙部12C中以橋部13(^及 13C3所夾持之部分與橋部13(：2及13(：4所夾持之部分上埋 設有以縫隙部12A-12C之端面形狀且著磁於厚度方向之同 特性之永久磁石PM。此外，永久磁石pm係藉將接合磁石 充填於縫隙部12 A-12C之上述部分且加以固化後使之著磁 •而形成者。為做成一小型且強之永久磁石PM，也可形成 一使用異向性接合磁石，將之進行磁場中射出成形且於厚 - 度方向定向之永久磁石PM。 • 對此，縫隙部12B中以橋部13B3及13B4所夾持之部 分、縫隙部12C中以橋部13C3及13C4所夾持之部分上不 埋設永久磁石PM，且將其等部分作為中空狀態之空縫部 14B、14C 〇 空縫部14B及14C係形成於縫隙部12B及12C之長向 上之略中央部，呈一以磁極之中心線為界之左右對稱之形 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） — — — — — I ---l· I I I ^--— — — — — — 1$ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -11 - 1244816

狀。又，形成於内周側之縫隙部12C之空縫部14C較形成 於中央之縫隙部12B之空縫部14B大。

在此，令埋設各縫隙部12A-12C之永久磁石PM之每 一層的磁石長度由轉子鐵心Π外周側依序為Li、L2(=L2i + l22)、l3(=l31+l32)。此外，磁石長度Li_L3係指沿縫隙部 12A-12C之長向兩端部間之距離，為除去兩端部之橋部 13Ai、13A2、13Bi、13B2、13(^、13C2 之寬度、中央部之 橋部13B3、13B4、13C3、13C4之寬度及空縫部14B、14C 之長度（SL2、SL3)以外之長度。又，依本實施形態，係滿 足於下述（2)式及（3)式。 SL2< SL3 ...... (2) L! < L2 < L3 ...... (3) 藉此，有上述（3)式之關係成立，而使以組裝於旋轉電 機之狀態（即，與固定子組合之狀態）下之埋設於各縫隙部 12A-12C之永久磁石PM個別發生之總磁通量、❿之、 ①3之間有一關係式（4)存在；即·· φ 1 < Φ 2 < Φ 3 ...... (4) 第2圖係顯不本實施形態中永久磁石轉子10之端面形 狀之全體，顯以假想線顯示各永久磁石之定向及著磁方 向。即，永久磁石轉子具有四個磁極N、s,各永久磁 石PM之疋向及著磁之方向在於··連結轉子鐵心1丨之旋轉 中心C與各磁極N、S界之直線上具有中心之同心圓 的切線方向。 然後，依本實施形態之永久磁石轉子10 ,係滿足上述 本紙張尺度適用中_冢標準（CNS)A4規格⑽χ挪公爱） ：7·裝---------訂---------ΜΨ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) •12- 1244816

五、發明說明（10) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 (2)-(4)式者，而使以組裝於旋轉電機之狀態下形成於與固 定子間之空隙之磁通密度分布呈一近似於正弦波之階梯狀 之分布形狀。因此，依本實施形態之永久磁石轉子與 I知之永久磁石轉子相較之下，可減少感應電壓波形之形 變率，減低扭矩波動及初札扭矩’且減少嗓音與振動者。 又，依本實施形態之永久磁石轉子10，藉利用空縫部 14B及14C，以使形成於上述空隙之磁通密度分布呈一近 似於正弦波之階梯狀的分布形狀，因此不須講究諸如將縫 隙部12A、12B及12C間之、距離部分弄窄之對策，如第1 圖所示，也可使各層間之距離跨越長向方向呈約略一定之 狀態，因此不會導致磁阻扭矩降低。 又’空縫部14B及14C之形成位置並無特別限制，而 在本實施形態中，特別是形成在縫隙部12B及12C之長向 中央部者。然後缝隙部12B及12C之長向中央部，也可由 第2圖知曉，是處於在定向及著磁時磁通難以到達且控制 困難之位置，因此藉由將原先不生成磁通之空縫部14B及 14C形成在以上之定向及著磁等困難之部位之本實施形 態，就可有效地利用永久磁石。 第3圖係一顯示本發明之第2實施形態之構造圖，與 第1圖同樣，顯示一極部分之由端面方向觀看之形狀之永 久磁石轉子1 〇。此外，對與上述第1實施形態同樣的構成 上付與同一符號，省略其說明。 即，依本實施形態，與上述第1實施形態同樣，也具 有3層的縫隙部12A-12C，惟每一縫隙部12A-12C上不形 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） --------------装---— l·---訂---------線 Γ请先閱讀背面之注意事項再填寫本頁> -13-

1、發明說明（H) 1244816 成空縫部。另一方面，令埋設於各縫隙部12A_12C之永久 磁石PMi、PM2及PM3之特性互異。亦即，在上述第i實 施形態中，特性相同之永久磁石PM埋設於各縫隙部 12A-12C，但在本實施形態中，係於一磁極内具有特性相 異之3種永久磁石ΡΜγΡλ^者。 然後’令各永久磁石PM!、ΡΜ2及ΡΜ3之殘留磁通密 度各為Br!、Bo及ΒΓ3，並滿足下述（5)式之關係； Βγι>Βγ2>Βγ3 ...... (5)。 進而，令以組裝於旋轉電機之狀態下的各永久磁石 PMi、ΡΜ2及ΡΜ3所發生之總磁通量為（^、φ2、φ3，並 滿足於下列（6)式者； Φ ι< Φ2< Φ3 ...... (6) 〇 然後，依本實施形態之永久磁石轉子10，也滿足上述 (5)、（6)式，因此以組裝於旋轉電機之狀態下形成於與固定 子間之磁通密度分布呈一近似於正弦波之階梯狀之分布形 狀，與上述第1實施形態同樣，也可得到扭矩波動及初軋 扭矩降低等作用效果。 又，依本實施形態，不設置空縫部之狀態下，可於轉 子鐵心11上有效率地埋設永久磁石PM^PMr因此可構 建成一有利於實現永久磁石轉子10小型化的構造。 第4圖係一顯示本發明之第3實施形態之構造圖，與 第1圖同樣，顯示由端面方向觀看之形狀之永久磁石轉子 10的一極部分。此外，對與上述第1、2實施形態同樣的 構成上付與同一符號，省略其重複說明。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） I----I--— -----^—--11------ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -14- η 244816 A7 B7 五、發明說明（12) 即，本實施形態之永久磁石轉子1〇，係與上述第2實 施形態之永久磁石轉子10約略同樣，其不同點在於，將縫 隙部12B分成二等份般，沿長向之兩處形成橋部13B3及 13B4，並於縫隙部12B之橋部13Bs及13Β<所夾持之部分 埋設永久磁石PMi，且於橋部13心及13B3所夾持之部分 及橋部13B2及13B4所夾持之部分埋設永久磁石pMg者。 即，本實施形態中，縫隙部12A_12C係與上述第2實施形 態同樣地δ又於二處，但使用有兩種類的永久磁石pM 1、 ΡΜ3，因此所使用之永久磁石的種類較上述第2實施形態 少 0 在上述構成中’令縫隙部12Β之各部磁石長度，如第 4圖所示者，為LZ1、La、L23時，則埋設於縫隙部12β之 永久磁石PM〗、ΡΜ3之平均殘留磁通密度Br2,為：

Br2 ’ = {LnBq + (L21 + L23)Br3} /(L21 + L22 + L23) ......(7)。 然後，在本實施形態中，滿足下列式子； Βγι > Βγ29 > Βγ3 ...... (8) Φ 1 < Φ 2< φ 3 ...... (9)。 因此，依本實施形態，與上述第1、2實施形態同樣， 以組裝於旋轉電機之狀態下形成於與固定子間之空隙之磁 通密度分布也呈一近似於正弦波之階梯狀之分布形狀，且 可得到減低扭矩波動及初軋扭矩等作用效果。 然後，依本實施形態，以兩種類的永久磁石ΡΜ!及ΡΜ3 即可完成，磁石種類較上述之第2實施形態少，成為一圖 謀費用減低上有利之構造。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） --------------裝--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂-· 線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -15- 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製

I244816 A7 """"--------—---—______ —五、發明說明（13) 第5圖係一顯示本發明之第4實施形態之構造之圖， 與第1圖同樣，顯示由端面方向觀看永久磁石轉子1〇之形 狀之一極部分。此外，與上述第丨_第3實施形態同樣之構 造上付予同一符號，省略重複之說明。 即，本實施形態之永久磁石轉子1〇，係與上述第3實 施形態之永久磁石轉子10約略同樣，不同點在於：在縫隙 部12C之中央部近旁，與上述第丨實施形態同樣，係形成 橋部13C3及13C4，並於其等橋部13(：3及13(：4所夾持之 部分上不埋設永久磁石，而、為中空狀之空縫部丨4C，且於 橋部13(^及13C3所夾持之部分並於橋部13(：2及13(：4所 夾持之部分上埋設有永久磁石PM2者。 然後’本實施形態係滿足下列式子， Φ 1 < Φ 2 < φ 3 ...... (10) 0 因此，依本實施形態，與上述第1、2實施形態同樣， 以組裝於旋轉電機之狀態下形成於與固定子間之空陈之磁 通密度分布也呈一近似於正弦波之階梯狀之分布形狀，且 可得到減低扭矩波動及初軋扭矩等作用效果。 第6圖係一顯示本發明之第5實施形態之構造之囷， 與第1圖同樣，顯示由端面方向觀看永久磁石轉子1〇之形 狀之一極部分。此外，對與上述第1 -5實施形態同樣之構 造上付予同一符號，省略重複之說明。 即，本實施形態之永久磁石轉子10，永久磁石PM呈 2層（n=2)構造，各縫隙部12A及12B之端面形狀不是圓弧 狀而呈一 U字形狀。然後，本實施形態，不是在縫隙部12B 適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ί請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ·裝

訂——II si. -16- 1244816 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（14) 形成一空縫部，而是呈在埋設有永久磁石PM之縫隙部12 a 及12B間之距離（徑向外側部分11B之寬度）上付與差距之 狀態，使於永久磁石PM之長向兩端部側很寬而在中央部 ^ 側狹窄者。 - 依如此構造，可以組裝於旋轉電機之狀態下形成於與 固定子間之空隙之磁通密度分布也呈一近似於正弦波之階 | 梯狀之分布形狀。因此，按本實施形態之永久磁石轉子 10，與習知之永久磁石轉子相較之下，可減低感應電壓波 形之形變率’減低扭矩波動及初軋扭矩，且減少嗓音及振 動者。 第7圖係一顯示本發明之第6實施形態之構造之圖， 與第1圖同樣，顯示由端面方向觀看永久磁石轉子1〇之形 狀之一極部分。此外，對與上述第1-5實施形態同樣之構 造上付予同一符號，省略重複之說明。 即’本實施形態之構造係與上述第1實施形態約略同 > 樣，不同點在於，使對在上述第丨實施形態中並無特別限 定相互關係之四角度αι、h、α3及叫具有下列關係，即： - aj > α2 > α3 > α4 ......(11)。 • 在此，角度al，係連結磁極中心與轉子鐵心11之旋轉中 心c之直線Si與連結埋設於用以構成最外周側之層之縫 隙部12 A之永久磁石pm之長向端部與旋轉中心c之直線 &所形成之角度；角度&，係連結各埋設於相鄰接之兩縫 隙部12A及12B之永久磁石PM之長向端部及旋轉中心c 之兩直線S2、S3所形成之角度；角度以，係與角度a2同 本紙張尺度剌中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公楚） !!1!!·裝·！ l· I I I 訂！ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -17- 1244816 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（15) 樣’為連結各埋設於相鄰接之兩縫隙部12b及12C之永久 磁石PM之長向端部及旋轉中心c之兩直線s3、S4所形成 之角度；角度α4，係連結兩相鄰磁極間及旋轉中心C之直 線Ss(等於第2圖所示之直線CL)與連結埋設於用以構成最 内周側之層之缝隙部12C之永久磁石PM之長向端部及旋 轉中心c之直線S4所形成之角度。 按如此構成，可使以組裝於旋轉電機之狀態下形成於 與固定子間之空隙之磁通密度分布，與使角度αι-α4之關 係不滿足上述（11)式之形態相比，可進而形成一近似於正 弦波之分布形狀，因此可使感應電壓波形之形變率、扭矩 波動、初軋扭矩又及噪音與振動之降低更為顯著。 第8圖係顯示本發明之第7實施形態之構造之圖。此 外’本實施形態之構造係與上述第1實施形態約略同樣， 在第8圖上特別在須說明與上述第1實施形態不同之部分 上付與標號。 即’如第8圖所示，令由連結各埋設於各縫陈部 12A-12C之各永久磁石之層的長向兩端部與轉子鐵心^ 之旋轉中心C之兩直線所形成之電角度，由轉子鐵心^ 之外周側依序為01、02、03，且令組裝於旋轉電機之狀 態下之永久磁石層所發生之總磁通量為01、02、03。 又，令各橋部13Ai-13C4之寬度（縫隙部12A-12C之中 心線之切線方向的尺寸）為dll、d12、…、d33、d34,且令每 一層的橋部13AH3C4之寬部合計各為d^dn+dy、 d2(=d21 + d22+d23 + d24)、d3(=d31 + d32+d33 + d34)，且轉子鐵心 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） -----------裝-----：----訂--------- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -18- 1244816 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（16) Π之飽和磁通密度為Bs。 然後，在本實施形態中，係滿足下列（12)式。此外’下 列（12)式係以上述（1)式用於本實施形態之構造（即’ n=3之 形態）者。又，下列（12)式之滿足程度，也可不到數學上嚴 • 密滿足的程度，可為約略滿足之程度。 (0 1 — diBs) : (0 2 — d2Bs) : (0 3 — d3Bs)= ) Θ iCOS (θ ι/4) • ( 0 2 — 0 l) COS (( 0 2 + 0 1)/4) + 0 i COS ( 0 ι/4) :(03— 02) cos ((03+ 02)/4) + (02— D cos ((β2+ 01)/4) + Θ iC〇s(01/4) ...... (12) 然後，依本實施形態之永久磁石轉子10，係構造成滿 足或約略滿足上述（12)式者，可使以組裝於旋轉電機之狀 態下形成於與固定子間之間隙之磁通密度分布，如於第9 圖中以實線所示，形成一極端近似於正弦波（於第9圖中以 假想線顯示者）之階梯狀之分布形狀。磁通密度分布近似於 > 正弦波者係與顯示習知之磁通密度分布之第13圖相較下 可更為明瞭。因此，依本實施形態之永久磁石轉子10,與 - 習知之永久磁石轉子相比，可使感應電壓波形之形變率顯 ， 著減低，且使扭矩波動、初軋扭矩顯著降低者。 並且，藉由高頻波之鐵損失，不會造成輸出降低之狀 態，且也能實現噪音的降低。第10圖係一比較線圖，係比 較位於由組裝有本實施形態之永久磁石轉子1 〇之永磁式 電動機之側面距離100mm之測定點之噪音水準（電動機之 旋轉速度為4000rpm，且0-20kHz之帶域之噪音的總合值） 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） — II ------- - · I! l· II I 訂·11!! (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -19- 1244816 A7 五、發明說明（17) 與以同一條件下測定之習知永 K久磁石轉子之噪音水準者。 依本發明可知，與習知相較 下’可減低約25%之噪音水 準。 此外，在該第7實施形態中，針對磁極電角度0 1一 0 n並無特別舉出具體數據，惟按本發明人之考察，以下列 之數據為佳（單位為電角度）。又，針對層數n，整數之 形態’如上述各實施形態般係使每一磁極下永久磁石為獨 立狀態者，付有「.5」係指將位於最内周側之永久磁石（在 第1圖中則為埋設於縫隙部.13C之永久磁石PM)在相鄰兩 磁極下為共通者，具體以圖表示時，則為如第丨丨圖所示之 構造。 n= 1.5 ； ---；：---Γ----•裝----l·——訂.1 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 01=110^ 02=18〇 n= 2 ； 0 i = 92、0 2 = 154 n= 2.5 ； 01=83、02=134、03=180 π = 3 9 Θ i=77、02=126 1 03=163 n= 3.5 ； 01=66、02=112、03=147、 n= 4 ； 0 i= 65、0 2= 101、0 3= 133、 0 4= 180 0 4= 165 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -20- 1244816 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（18) n= 4.5 ； ^=58 12=92 13=124 14=153 15=180 n== 5 ； Θι=52、6>2=85、03=116、04=141、05==169 • [發明之效果] 如以上說明，依本發明，可使形成於與固定子間之間 > 隙之磁通密度分布呈一近似於正弦波之分布形狀者，與習 知之永久磁石轉子相比，可實現減低感應電壓波形之形變 率，且使扭矩波動及初軋扭矩降低之效果。 [圖式之簡單說明] 第1圖係顯示本發明之第1實施形態之構造圖。 第2圖係用以說明著磁方向之圖。 第3圖係本發明之第2實施形態之構造圖。 第4圖係本發明之第3實施形態之構造圖。 第5圖係本發明之第4實施形態之構造圖。 第6圖係本發明之第5實施形態之構造圖。 第7圖係本發明之第6實施形態之構造圖。 ， 第8圖係本發明之第7實施形態之構造圓。 ♦ 第9圖係用以顯示與固定子間所發生之磁通密度分布 之線圖。 第1 〇圖係用以比較本發明與習知之噪音水準之線圖。 第11圖係顯示以與最内周側之永久磁石相鄰接之磁極 間共通例之圖。 第12圖係顯示習知構造之圖。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） -------II--II 裝---— l·!訂—! II--線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -21 -

五、 I244816 發明說明（19) 第13圖係用以顯示與固定子間所發生之習知之磁通密 度分布之線圖。 圖中符號說明表 ι，ιι......轉子鐵心 ......永久磁石轉子 !la......軸孔 N，S......磁極 c......旋轉中心 CL······直線 14B，14C......空縫部 « 1，《 2, α 3, α 4......角度 θ ι，θ 2，0 3，0 .......電角度 sl2?sl3......空縫部長度 11A，11B......徑向外側部分 ΡΜ,ΡΜ!,ΡΜ2,ΡΜ3......永久磁石 2A,2B,2C,12A,12B,12C......縫隙部

Li，L2(=L21+L22)，L3(=L31+L32)......磁石長度 13 A1? 13 A2,13B1,1362,1363,1364,130^1302,1303,1304······ 橋部 dl ( = di i + d12),d2( = d2i + d22 + d23 + d24)>^3( = ^3 1 + d32 + d33 + d34)...... 橋部寬度 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ^ ^-----·裝-----Γ---訂----------^^1 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -22- ί

Claims (1)

1244816 申請專利範圍 第 9 01 1 7 5 3 9號申睛案申請專利範圍修正本 9 2年6月 12曰 1. 2. 3. 一種永久磁石轉子，係於轉子鐵心中於每一磁極埋設 多層永久磁石而構成者； 其中前述轉子鐵心中埋設有除了用以構成最外周之 層之前述永久磁石以外之永久磁石之各縫隙部之一部 分’以使前述轉子鐵心之内周側大於外周側之傾向，形 成有不埋設前述永久磁石之空縫部，並令以組裝於旋轉 電機之狀態下之各永久磁石層所發生之總磁通量，前述 轉子鐵心之内周側之層大於外周側之層者。一種永久磁石轉子，係於轉子鐵心中於每一磁極埋設 多層永久磁石而構成者； 其中前述轉子鐵心之各磁極係以埋設有特性互異之 前述永久磁石之縫隙部形成，且令前述永久磁石之殘留 磁通密度，前述轉子鐵心之内周側之層小於外周側之層 者，並令以組裝於旋轉電機之狀態下之各永久磁石層所發生之總磁通量，前述轉子鐵心之内周側之層大於外周 側之層者。一種永久磁石轉子’係於轉子鐵心中於每一磁極埋設 多層永久磁石而構成者； 其中前述轉子鐵心之各磁極係以埋設有前述永久磁 石之縫隙部形成，且於多層之前述縫隙部之至少一部分 之層埋設並組合特性互異之多數種類的前述永久磁 石，且於令將於每層下合計各層所含之每一永久磁石之

訂 297公釐） -23 1244816 A8 B8 C8

8. 1244816 申請專利範圍 連結用以構成最内周側之層之前述永久磁石之長向端 部及前述旋轉中心之直線所成之角度者。 •如申請專利範圍第卜2、3、“戈5項之永久磁石轉子， 其係：連結由前述轉子鐵心之端面方向觀看時之相鄰 月J述永久磁石之各長向端部與前述轉子鐵心之旋 轉中心之兩直線所成之角度，前述轉子鐵心之内周側之 料於外周側之層者，且小於連結磁極巾^及前述旋轉 中心之直線與連結用以構成最外周側之層之前述永久 磁石之長向端部及前述旋轉中心、之直線所成之角度，並 大於連結相鄰接之兩磁極間及前述旋轉中心之直線與 連結用以構成最内周㈣之層《前述永久磁石之長向端 部及前述旋轉中心之直線所成之角度者。 如申請專利範圍第卜2、3、4、5或6項之永久磁石 轉子，其係使每—磁極下設有複數η層前述永久磁石， 並令連、结前述永久磁石 < 各層 < 由前述轉子鐵心之端 面方向觀看時之長向兩端部與前述轉子鐵心之旋轉中 心之兩直線所成之電角度，由前述轉子鐵心之外周側依 序為0 0 2、0 3、···、0 η ’且令組襄於旋轉電機之 狀態下之永久磁石層所發生之總磁通量為0 1、必2、必 3、…、0 η時，係滿足或約略滿足下述（j )式者； — : (02-d2Bs):…：（0n — dnBs卜 Θ iC〇s( θ ι/4)： (θ2- Θ i)cos((^2+ θ 〇/4)+ θ !C〇s(0 j/4):...： (θ η — 0 η— θ η + 0 η_ 1)/4) + (θ η_ 1 — L〇s(d 】+ 本紙張尺度刺巾關家鮮（CNS)yVm格⑵ 訂 m -25- 1244816 A8 B8 C8 D8 心之 之 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 申請專利範圍 Θ n-2)/4)+ …+ ( θ 2— Θ 1)cos(( θ 2切 ι)/4)+ θ — 0 ι/4) 惟，dl ( i = 1、2、3、··.、η)，Λ > ； 馬母一層下合計連結以 埋設有前述永久磁石之縫隙部為界之前述轉子鐵心 徑向外侧部分與徑向内側部分之橋部的寬度後所得 值，Bs為前述轉子鐵心之飽和磁通密度。 9·如申請專利範圍第1、2、3、4、5吱6馆+、A 4 項之水久磁石 轉子’其中該永久磁石，係藉於前述縫隙部充填有接合 磁石並將之固化而形成者。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（2]0 X 297公Μ ) ~ 26 -