TWM493815U - 轉子結構及應用該轉子結構之一體式啟動馬達發電機 - Google Patents

Description

轉子結構及應用該轉子結構之一體式啟動馬達發電機

本創作涉及一種轉子結構及應用該轉子結構之一體式啟動馬達發電機，尤其具有特殊磁心構造的轉子。

在動力機械的發展上，內燃機引擎(Internal Combustion Engine，ICE)之設計隨材料、機電、電子之進展，促使了如油電混合車之發展等，已被視為緩和交通載具能源用量之高度可行方案。從技術層面來看，在引擎動力架構當中，為了啟動內燃機引擎，通常需透過啟動馬達帶動引擎到達某一轉速後再點火致動，而發電機在引擎正常工作後便可開始發電對蓄電池充電。然而在傳統架構上，引擎個別使用獨立之起動馬達與發電機，此一機構製作雖然簡單，卻會造成空間利用率不佳，不利於車體結構輕量化之設計。一體式啟動馬達發電機(Integrated Starter Generator，ISG)是將啟動馬達與發電機整合在同一電機上，同時實現馬達與發電機功能，而能增加引擎空間利用率。

一體式啟動馬達發電機通常包含了轉子、定子、磁鐵及線圈等構件。磁鐵通常插設於轉子的磁芯矽鋼鐵中，例 如，台灣專利M346976，是將磁鐵以一字型的方式平均設置於磁芯中。然而，一字型的磁鐵排列，磁通較不集中，馬達的性能仍無法滿足目前的需求。台灣專利公開案201328126，則提出了一種V形排列的方式。V形磁鐵的排列能夠產生較高的磁通量，進而提升打馬達的性能，但是有劇烈的磁通變化於磁極之間的矽鋼片，這會導致反電動勢之極大突波產生。當此反電動勢值大於驅動端所給之電壓時，會使馬達無法達到所設計之轉速，對於馬達性能極為不利。

本創作欲解決反電動勢之突波產生，使整體一體式啟動馬達發電機能維持集中的磁通，但能將反電動勢控制在小於驅動電壓的範圍內，減少反電動勢之突波對於驅動的影響。

本創作的主要目的在於提供一種轉子結構。轉子結構包含一環狀磁芯及複數個磁鐵組。環狀磁芯包含複數個插槽組以及複數個空氣槽，等插槽組以等距排列，分布於環狀磁芯上。插槽組包含一第一插槽及一第二插槽，第一插槽與二插槽呈V形或U型排列。空氣槽位於環狀磁芯的外壁，且空氣槽位於兩插槽組之間。

各磁鐵組包含一第一永久磁鐵及一第二永久磁鐵，第一永久磁鐵插設於第一插槽之中，第二永久磁鐵插設於第 二插槽之中。藉由設置空氣槽於磁極之間，能有效地抑制磁通劇烈變化，降低電壓諧波，提升高速弱磁的能力。

本創作的另一目的在於提供一種一體式啟動馬達發電機。一體式啟動馬達發電機包含上述的轉子結構、一定子、一轉軸以及繞線組。定子係由複數個定子模塊所組成，環繞轉子結構，兩定子模塊之間形成一插設槽。各繞線組位於插設槽中，且各繞線組中的線圈相互連接。這能有效提升佔槽率，減少端線長度，提升可製造性。

10‧‧‧環狀磁芯

11‧‧‧插槽組

111‧‧‧第一插槽

113‧‧‧第二插槽

115‧‧‧第一側壁

117‧‧‧第二側壁

13‧‧‧空氣槽

131‧‧‧底面

133‧‧‧第一壁面

135‧‧‧第二壁面

20‧‧‧磁鐵組

21‧‧‧第一永久磁鐵

23‧‧‧第二永久磁鐵

30‧‧‧轉子蓋板

40‧‧‧轉子襯套

50‧‧‧解角器

55‧‧‧中心通孔

60‧‧‧解角器固定環

70‧‧‧定子

71‧‧‧定子模塊

73‧‧‧插設槽

75‧‧‧繞線組

80‧‧‧轉軸總成

85‧‧‧轉軸

90‧‧‧外殼

C‧‧‧中心

d‧‧‧軸線

第1圖為本創作環狀磁芯的上視圖。

第2圖為第1圖的局部放大圖。

第3圖為本創作轉子結構的組合立體圖。

第4圖為本創作一體式啟動馬達發電機的分解圖。

第5圖為本創作一體式啟動馬達發電機的組合圖。

參閱第1圖、第2圖及第3圖，分別為本創作環狀磁芯的上視圖、第1圖的局部放大圖、以及本創作轉子結構的組合立體圖。本創作轉子結構包含一環狀磁芯10以及複數個磁鐵組20。如第1圖所示，環狀磁芯10包含複數個插槽組11以及複數個空氣槽13。插槽組11沿環狀等距排列， 且各插槽組11包含一第一插槽111及一第二插槽113。且第一插槽111與第二插槽113呈V形或U形排列。第一插槽111與第二插槽113之間的角度為115°至140°或150°至170°。第一插槽111與第二插槽113可以相互連通或不連通。環狀磁芯10可以採用矽鋼片來實施。空氣槽13位於環狀磁芯10的外壁，可藉由挖凹環狀磁芯10的方式來形成。

如第1圖及第2圖所示，空氣槽13位於兩插槽組11之間，尤其是相鄰的兩插槽組11中，相鄰的第一插槽111與第二插槽113之間。空氣槽13包含一底面131、一第一壁面133及一第二壁面135。第一壁面133、第二壁面135分別底面131連接，且第一壁面133及第二壁面135相對於底面之中心與環狀磁芯10之中心C連線的軸線d相互對稱。在相鄰的空氣槽13與插槽組11中，該第一插槽111的第一側壁115與第一壁面133平行，而第二插槽113的第二側壁117與該第二壁面135平行。

如第3圖所示，各磁鐵組20包含一第一永久磁鐵21及一第二永久磁鐵23。第一永久磁鐵21插設於第一插槽111之中，第二永久磁鐵23插設於第二插槽113之中。再次參照第1圖及第2圖，也就是使空氣槽13位於兩磁極之間。第一永久磁鐵21與第二永久磁鐵23可相互連接或分離。第一永久磁鐵21與第二永久磁鐵23連接時，可以一體成型方式製作。

此外，本創作轉子結構還包含轉子蓋板30、一轉子襯套40、一解角器(Resolver)50以及一解角器固定環60。轉子蓋板30可以一面或兩面覆蓋環狀磁芯10，該轉子襯套40位於該轉子蓋板30中，該解角器50位於該轉子襯套40上，解角器50藉由轉子襯套40及該解角器固定環60而固定。

參閱第4圖及第5圖，分別為本創作一體式啟動馬達發電機的分解圖。本創作一體式啟動馬達發電機包含前述的轉子結構、一定子70、複數個繞線組75、一轉軸總成80以及一外殼90，以及。定子70是以複數個定子模塊71所組合成，環繞該轉子結構。兩定子模塊71之間形成一插設槽73，用以***繞線組75。繞線組75間可彼此串連或並聯，並連接外部電力(未顯示)。轉軸總成80穿設於該環狀磁芯10的中心，並包含一轉軸85。再次參閱第3圖，該轉軸85穿過該解角器50的中心通孔55，並被解角器固定環60固定，用以帶動該轉子結構轉動。外殼90用以封閉該轉子結構、定子70、繞線組75，並用以固定轉軸總成80。

本創作轉子結構的技術特點在於，藉由設置空氣槽13於相鄰的兩插槽組11中的磁極之間，能有效地抑制磁通劇烈變化，降低電壓諧波，提升高速弱磁的能力。

本創作一體式啟動馬達發電機的特點在於，利用模塊式的定子，將繞線組75插設於定子模塊71間的插設槽73，能有效提升佔槽率，減少端線長度，提升可製造性。

10‧‧‧環狀磁芯

11‧‧‧插槽組

111‧‧‧第一插槽

113‧‧‧第二插槽

13‧‧‧空氣槽

C‧‧‧中心

d‧‧‧軸線

Claims (9)

1. 一種轉子結構，包含：一環狀磁芯，包含複數個插槽組以及複數個空氣槽，該等插槽組等距排列，各該插槽組包含一第一插槽及一第二插槽，且該第一插槽與該第二插槽相互連通，該等空氣槽位於該環狀磁芯的外壁，且該等空氣槽位於兩插槽之間；以及複數個磁鐵組，各該磁鐵組包含一第一永久磁鐵及一第二永久磁鐵，該第一永久磁鐵插設於該第一插槽之中，該第二永久磁鐵插設於該第二插槽之中。
2. 如請求項1所述之轉子結構，其中各該插槽組中的該第一插槽與該第二插槽呈V形或U型排列。
3. 如請求項1所述之轉子結構，其中該第一永久磁鐵與該第二永久磁鐵為一體成型。
4. 如請求項1所述之轉子結構，其中各該插槽組中的該空氣槽與兩側的該第一插槽與該第二插槽彼此不連通。
5. 如請求項1所述之轉子結構，其中各該插槽組的該第一插槽與該第二插槽之間的角度為115°至140°或150°至170°。
6. 如請求項1所述之轉子結構，其中各該空氣槽包含一底面、一第一壁面及一第二壁面，該第一壁面、該第二壁面分別與該底面連接，且第一壁面及該第二壁面以該底面之中心與該環狀磁芯之中心連線所成的軸線相互對稱。
7. 如請求項6所述之轉子結構，其中在相鄰的空氣槽與插槽組中，該第一插槽的一第一側壁與該第一壁面平行，而該第二插槽的一第二側壁與該第二壁面平行。
8. 如請求項1所述之轉子結構，進一步包含至少一轉子蓋板、一轉子襯套、一解角器以及一解角器固定環，該轉子蓋板以一面或兩面覆蓋該環狀磁芯，該轉子襯套固定該轉子蓋板中，該解角器位於該轉子襯套上，該解角器藉由該轉子襯套及該解角器固定環而固定。
9. 一種一體式啟動馬達發電機，包含：一轉子結構，包含：一環狀磁芯，包含複數個插槽組以及複數個空氣槽，該等插槽組等距排列，各該插槽組包含一第一插槽及一第二插槽，且該第一插槽與該第二插槽相互連通，該等空氣槽位於該環狀磁芯的外壁，且該等空氣槽位於兩插槽組之間；以及複數個磁鐵組，各該磁鐵組包含一第一永久磁鐵及一第二永久磁鐵，該第一永久磁鐵插設於該第一插槽之中，該第二永久磁鐵插設於該第一插槽之中；一定子，由複數個定子模塊所組成，環繞該轉子結構，兩定子模塊之間形成一插設槽；複數個繞線組，各該繞線組位於該插設槽中，且各該繞線組中的線圈相互連接；一外殼，覆蓋該轉子、該定子、該等繞線組；以及 一轉軸總成，固定於該外殼上，並穿設於該環狀磁芯的中心位置。