TWI513146B

TWI513146B - 內藏式永磁馬達之轉子構造

Info

Publication number: TWI513146B
Application number: TW103139419A
Authority: TW
Inventors: Chia Hsiang Lien; Ming Chih Lai
Original assignee: Hiwin Mikrosystem Corp
Priority date: 2014-11-13
Filing date: 2014-11-13
Publication date: 2015-12-11
Also published as: TW201618429A

Description

內藏式永磁馬達之轉子構造

本發明係與電動機有關，特別是關於一種內藏式永磁馬達之轉子構造。

永磁馬達者，係指將直流馬達之碳刷與換向器等機械整流作用以半導體開關作用取代之馬達通稱，其種類除可依反電勢波形予以區分者外，亦得以永久磁鐵設置於轉子之表面或嵌置於轉子內部之不同空間型態，區分為表面型、內藏型及內嵌型者，其中，表面型永磁馬達係將磁鐵黏著於轉子之表面上，而獲得較大之磁通密度，但由於其對於磁鐵之定位技術並不理想，易於轉子之高速運轉下脫離，而需加強使磁鐵附著於轉子表面之技術。

相對的，內藏型與內嵌型之永磁馬達，則係將磁鐵嵌入於轉子內部，形成以轉子鐵心包圍磁鐵之空間型態，而適合於高速之運轉作動，而其中，將永久磁鐵埋藏於轉子內之磁通集中型內藏型永磁馬達者，由於其磁通係由兩側之磁鐵相加擠出極面，相對於一般轉子僅具有單面磁通量而言，是等型式之馬達甚至可使氣隙之磁通密度超過磁鐵之磁束密度，同時，由於轉子之磁島區域增加，擴大了d-q軸之電感差異，而使得是等型式之永磁馬達具有更高之磁阻轉矩，更適合應用於廣域之操作速度範圍。

其中，用以埋藏磁鐵之轉子所使用之鐵心材料，通常係具備有高導磁率之特性，以降低磁路上之磁阻，但為避免產生磁短路之現象，於習知技術中遂有如第一圖所示般，係令轉子由導磁材料與非導磁材料所構成者，並使由非導磁材料所製成之局部區域(1a)，係位於磁鐵(1b)矩形之長軸兩端位置上，俾以避免產生磁短路之現象者。

更進一步地，在第二圖所示之標準內藏式永磁馬達之習知技術中，為使產業上便於轉子之製造加工，其磁鐵(2a)係被容設於轉子(2b)之空槽(2c)中，並使空槽(2c)之容積大於所容納之磁鐵(2a)體積，且使空槽(2c)與轉子(2b)徑向外緣間具有空隙(2d)，俾以藉由是等空隙(2d)之磁阻性，以調整磁通密度之分布者。

而利用空間形成磁阻區域之習知技術，除前揭第二圖所示者外，亦有如第三圖及第四圖所揭般，使各個磁鐵(3a)之一端鄰接有兩個屏蔽空間(3b)(3c)，或如第五圖所示般，以一較大之槽孔(4a)位於相鄰磁鐵(4b)一端之間者。

由第一圖至第五圖所示之習知技術可知，無論係以空間之存在改變轉子形狀者，或以非導磁材料構成轉子之一部者，均係企以藉由是等技術以控制磁通密度，使磁力線更加集中，俾以與定子繞組作更有效率之交鏈，同時透過對磁力線行進區域之限制，以降低頓轉轉矩者，縱然習知技術已有諸多之相類技術已被揭露，惟其仍均存有尚待改進之處，難謂是等之習知技術已臻完善。

因此，本發明之主要目的即係在提供一種內藏式永磁馬達之轉子構造，其係可使磁通密度獲得進一步之增加，並使磁力線集中，俾以提昇所組成馬達之推力者。

緣是，為達成上述目的，本發明所提供內藏式永磁馬達之轉子構造者，乃係於使呈幅射狀埋藏於鐵心件中之多數永久磁鐵，係使其靠近鐵心件曲率中心之一端，分別位於一對應之端槽空間內，俾以藉由各該端槽空間，以限制磁力線之行進區域，使磁力線集中而提高磁通密度，同時增加反電動勢以提昇推力者。

具體而言，該內藏式永磁馬達之轉子構造乃係包含了有一具有一曲率中心之鐵心件，多數自該鐵心件周側彼此等角度地分別往內徑向延伸預定深度之嵌槽，多數端槽，係分別設於該鐵心件對應於各該嵌槽延伸端末之部位上，並各自對應之嵌槽相連通，並使槽寬大於所連通之嵌槽槽寬，以及多數磁件，係分別具有預定之固有長度，各自嵌置於各該嵌槽中，並使長軸一端伸入對應端槽內預定之伸入長度；其中，各該構件間並滿足下列各式：式一：0<b/a≦1/2；式二：0<c<e；式三：e=2d+c；各式中，a為各該磁件之固有長度，b為各該磁件之伸入長度，c為相鄰二端槽間之間隔距離，d為彼此連通之該端槽一側槽壁與該嵌槽一側槽壁間之距離，e為相鄰二嵌槽間之間隔距離。

其中，各該端槽之深度係大於各該磁件之伸入長度。

其中，各該端槽係於所連通之嵌槽兩側形成對稱寬度之肩面，並使該各該肩面之寬度為該d。

其中，各該磁件之長軸另端係沒入所嵌設嵌槽內預定之深度。

而為便於組裝加工，該內藏式永磁馬達之轉子構造，其可更包含有多數之定位體，係分別突設於對應端槽之槽底壁上，而得以抵接於對應之磁件端面上。

其中，各該定位體之高度係為對應端槽之深度與該伸入長度之差值。

(1a)‧‧‧局部區域

(1b)(2a)(3a)(4b)‧‧‧磁鐵

(2b)‧‧‧轉子

(2c)‧‧‧空槽

(2d)‧‧‧空隙

(3b)(3c)‧‧‧屏蔽空間

(4a)‧‧‧槽孔

(10)(10’)‧‧‧內藏式永磁馬達之轉子構造

(20)‧‧‧鐵心件

(21)‧‧‧內環部

(30)(30’)‧‧‧嵌槽

(31)‧‧‧開口

(40)(40’)‧‧‧端槽

(41)‧‧‧槽壁

(50)(50’)‧‧‧磁件

(60’)‧‧‧定位體

第一圖係以不同材料組成鐵心之習知技術剖視圖。

第二圖係於磁件與轉子徑向外緣間形成間隙之習知技術剖視圖。

第三圖係於磁件與轉子徑向內緣間形成間隙之一習知技術剖視圖。

第四圖係為第三圖所揭習知技術之磁力線圖。

第五圖係於磁件與轉子徑向內緣間形成間隙之另一習知技術剖視圖。

第六圖係本發明一較佳實施例之剖視圖。

第七圖係本發明一較佳實施例沿第六圖A區域之局部放大圖。

第八圖係本發明一較佳實施例之磁力線圖。

第九圖係本發明另一較佳實施例之局部剖視圖。

首先，請參閱第六圖至第八圖所示，在本發明一較佳實施例中所提供內藏式永磁馬達之轉子構造(10)者，其大體上係與習知幅射 (spoke)架構之內藏式永磁馬達相仿，主要乃係包含了有一鐵心件(20)、多數嵌槽(30)、多數端槽(40)與多數磁件(50)者。

該鐵心件(20)係以如矽鋼片等導磁材料襲用習知之技術所製成者，除具有一曲率中心外，並沿軸向延伸有適當之長度，而呈環狀。

各該嵌槽(30)係分別為具有適當槽寬之直形凹槽，而各自地由該鐵心件(20)徑向外緣之周側環面，等角度間隔地往內徑向地延伸適當之深度，其深度係小於該鐵心件(20)之內外徑間距離，令該鐵心件(20)徑向內緣仍保有適當厚度之完整內環部(21)，確保磁力線之行進，並使各該嵌槽(30)位於該鐵心件(20)徑向外緣周側環面上之開口(31)寬度，係小於該槽寬之尺寸。

各該端槽(40)係為形狀上呈等腰梯形之條狀空間，分別設於該鐵心件(20)之內環部(21)上，而各自與一對應嵌槽(30)之延伸端末鄰接並連通，並使各該端槽(40)之槽寬大於所鄰接連通之嵌槽(30)之槽寬，且使鄰接連通之端槽(40)與嵌槽(30)間之對應尺寸符合後述之特定條件。

各該磁件(50)係為適當厚度之片狀體，分別具有一固有之長度，係各自插置於一對應之嵌槽(30)中，並使長軸一端沒入所插設嵌槽(30)之開口(31)內，而與對應嵌槽(30)開口間相隔適當之間距，以及，使其長軸之另端自該嵌槽(30)伸入所鄰接連通之端槽(40)內一適當之伸入長度。

其中，各該端槽(40)之設置應滿足下列各式：式一：0<b/a≦1/2。

式二：0<c<e。

式三：e=2d+c。

各式中：

a為各該磁件(50)之固有長度。

b為各該磁件(50)之伸入長度。

c為相鄰二端槽(40)間之間隔距離。

d為彼此連通之該端槽(40)一側槽壁(41)與該嵌槽(30)一側槽壁(32)間之距離。

e為相鄰二嵌槽(30)間之間隔距離。

藉由上述構件之組成，本發明所提供內藏式永磁馬達之轉子構造(10)係藉由各該端槽(40)對各該磁件(50)長軸另端之磁極形成適當之磁阻，俾以如第八圖所示般，得以將各該磁件(50)之磁力線集中於該鐵心件(20)對應相鄰兩端槽(40)間之有限部位中，從而提高其磁通密度提高反電勢，使具有該內藏式永磁馬達轉子構造(10)之馬達得以獲得較佳之推力輸出。

另外，由於各該磁件(50)係受所嵌設之各該嵌槽(30)所夾置定位，加以各該嵌槽(30)所具有之較小開口，更得以於轉子運轉時，避免各該磁件(50)因離心力而脫出，當然，倘為獲得進一步之穩定固定功效，透過環氧樹脂等非導磁材料之習知固著技術填補於各該端槽(40)空間與各該嵌槽(30)開口(31)空間中，以獲得更佳之固定功效者。

再者，由於本發明主要功效之達成，係需確保各該磁件(50)長軸另端伸入對應端槽(40)空間內空間型態之存在，是以，為令是等構成於製造組裝上易於實施，如第九圖所示之本發明另一較佳實施例中所提供係內藏式永磁馬達轉子構造(10’)者，相較於前揭實施例而言，乃係更包含有多數分別突設於對應端槽(40’)槽底壁上之定位體(60’)，並使各該定位體(60’)之高度與對應端槽(40’)之深度與該伸入長度之差，據以使各該磁件(50’)插置於對應嵌槽(30’)之際，得使長軸另端抵靠於對應之定位體(60’)頂端上，以獲得定位，使各該磁件(50’)之組裝便於進行。

(10)‧‧‧內藏式永磁馬達之轉子構造

(20)‧‧‧鐵心件

(30)‧‧‧嵌槽

(40)‧‧‧端槽

(50)‧‧‧磁件

Claims

一種內藏式永磁馬達之轉子構造，包含有：一鐵心件，具有一曲率中心；多數嵌槽，係自該鐵心件周側彼此等角度地分別往內徑向延伸預定之深度；多數端槽，係分別設於該鐵心件對應於各該嵌槽延伸端末之部位上，並各自對應之嵌槽相連通，並使槽寬大於所連通之嵌槽槽寬；多數磁件，係分別具有預定之固有長度，各自嵌置於各該嵌槽中，並使長軸一端伸入對應端槽內預定之伸入長度；其中，各該構件間並滿足下列各式：式一：0<b/a≦1/2；式二：0<c<e；式三：e=2d+c；各式中，a為各該磁件之固有長度，b為各該磁件之伸入長度，c為相鄰二端槽間之間隔距離，d為彼此連通之該端槽一側槽壁與該嵌槽一側槽壁間之距離，e為相鄰二嵌槽間之間隔距離。
依據申請專利範圍第1項所述內藏式永磁馬達之轉子構造，其中，各該端槽之深度係大於各該磁件之伸入長度。
依據申請專利範圍第1項所述內藏式永磁馬達之轉子構造，其係更包含有多數定位體，係分別突設於對應端槽之槽底上預定之高度。
依據申請專利範圍第3項所述內藏式永磁馬達之轉子構造，其中，各該定位體之高度係為對應端槽之深度與該伸入長度之差值。
依據申請專利範圍第1項所述內藏式永磁馬達之轉子構造，其中，各該磁件之長軸另端係沒入所嵌設嵌槽內預定之深度。
依據申請專利範圍第1項所述內藏式永磁馬達之轉子構造，其中，各該端槽係於所連通之嵌槽兩側形成對稱寬度之肩面，並使該各該肩面之寬度為該d。