CN103107616B - 运用于旋转电机装置的分段式导磁结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种运用于旋转电机装置的分段式导磁结构，其包含一转子模块及一定子模块。转子模块包含一转子轭部构件及多个转子齿部构件。转子轭部构件的材质为非方向性硅钢材料。转子齿部构件的材质为方向性硅钢材料。定子模块包含多个定子轭部构件及多个定子齿部构件。定子轭部构件及定子齿部构件的材质为方向性硅钢材料。藉此，以提升运用此分段式导磁结构的马达的运转效率。
Description
技术领域
本发明关于一种运用于旋转电机装置的分段式导磁结构，特别是使用方向性硅钢材料的分段式导磁结构。
背景技术
面对全球石化能源日益短缺的残酷现实，各主要工业国对于能源开发与运用管制上格外的重视。以家电领域为例，约40％以上的家庭总耗电力使用于室内空调、冰箱、热泵热水系统及风扇。以工商业领域为例，约有70％以上的耗电应用于空气压缩机、真空泵、水泵、传动机、中央空调、送排风机、冷冻冷藏机及热泵等电动机设备。因此，改善各种电动机设备的使用方法及整体电动机设备的使用效率，为目前各国皆积极进行节能减碳的重要方向。
因此，若能够提升电动机设备的马达效益，便能够大幅的节省电能的耗费。为了提升电动机设备的马达效益，于是便有应用高磁能积的稀土永久磁石的高效率永磁马达问市，使用稀土永久磁石的永磁马达比起一般的马达具有较低的能源损耗率。然而，因几乎97％的稀土永久磁石的产能都来自中国大陆，而由于近年来的大量使用稀土永久磁石，使得稀土材料由于供需失衡而导致价格飙涨，更连带的也波及永磁马达的应用以及牵动永磁马达所驱动的电机产品或设备的价格。
有鉴于此，国际间主要发展高效率节能设备与产品的厂商对于稀土永久磁石的运用便产生了隐忧。因此，如何寻找取代稀土永久磁石的应用的替代技术，便已是目前各家电机产品的厂商所欲解决的问题。
发明内容
本发明在于提供一种运用于旋转电机装置的分段式导磁结构，藉以提升旋转电机装置的运转效率，以达较佳的节能与经济效益。
本发明所提供运用于旋转电机装置的分段式导磁结构，其包含一转子模块及一定子模块。转子模块包含一转子轭部构件及多个转子齿部构件。转子轭部构件的材质为非方向性硅钢材料。转子齿部构件的材质为方向性硅钢材料。这些转子齿部构件环绕设置于转子轭部构件上，且沿着转子轭部构件的一旋转径向延伸。定子模块包含多个定子轭部构件及多个定子齿部构件。这些定子轭部构件的材质为方向性硅钢材料，且这些定子轭部构件沿着转子轭部构件的一旋转方向而环绕转子模块设置。这些定子齿部构件的材质为方向性硅钢材料，且这些定子齿部构件分别位于相邻的二定子轭部构件之间而环绕转子模块设置。这些定子齿部构件沿着旋转径向而朝转子模块延伸，并对应于这些转子齿部构件。
根据上述本发明所提供的运用于旋转电机装置的分段式导磁结构，将转子模块拆分成转子轭部结构及转子齿部构件，将定子模块拆分成定子轭部构件及定子齿部构件。并且，转子轭部构件使用非方向性硅钢材料，而转子齿部构件、定子轭部构件及定子齿部构件则使用方向性硅钢材料。如此的结构配置与材料选用，在不采用高磁能积的稀土永久磁石的情况下，即可令分段式导磁结构具有低矫顽磁力与低铁损的特性，以提升马达运转效率。
有关本发明的特征、实作与功效，兹配合图式作最佳实施例详细说明如下。
附图说明
图1为根据本发明一实施例的分段式导磁结构的结构示意图；
图2为根据本发明一实施例的分段式导磁结构的结构分解示意图；
图3为根据本发明一实施例的分段式导磁结构的结构平面示意图；
图4A至图4C为图3的局部结构放大图；
图5为根据本发明另一实施例的分段式导磁结构的结构平面示意图；
图6为根据本发明另一实施例的分段式导磁结构的结构平面示意图。
其中，附图标记：
10分段式导磁结构
100转子模块
110转子轭部构件
111凸出结构
112凹陷结构
113铆合点
120转子齿部构件
121凸出结构
122凹陷结构
123铆合点
124长边
130转轴
200定子模块
210定子轭部构件
211凸出结构
212凹陷结构
213铆合点
214长边
220定子齿部构件
221凸出结构
222凹陷结构
223铆合点
224长边
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
请参照图1，图1为根据本发明一实施例的分段式导磁结构的结构示意图，图2为根据本发明一实施例的分段式导磁结构的结构分解示意图，图3为根据本发明一实施例的分段式导磁结构的结构平面示意图。
本发明所提供的分段式导磁结构可适用于一般旋转电机装置，图式中的分段式导磁结构10为运用于一般的马达结构，以提升马达的运转效率的应用案例。分段式导磁结构10包含一转子模块100及一定子模块200。其中，转子模块100包含一转子轭部构件110以及多个转子齿部构件120。转子轭部构件110可连接有一转轴130，转子轭部构件110可沿着转轴130的轴心方向旋转。其中，转子轭部构件110的材质为非方向性/等向性(Non-oriented/Isotropic)硅钢材料。此外，转子齿部构件120的材质为方向性(Grain-oriented/Anisotropic)硅钢材料，这些转子部齿构件120环绕设置于转子轭部构件110上，且转子齿部构件120沿着转子轭部构件110的一旋转径向而朝外延伸。其中，每一转子齿部构件120更可搭配线圈而产生磁力，使得转子模块100可具有多个磁极对。
本实施例的定子模块200包含多个定子轭部构件210与多个定子齿部构件220。定子轭部构件210的材质为方向性硅钢材料，且这些定子轭部构件210沿着转子轭部构件110的一旋转方向而环绕转子模块100设置。此外，定子齿部构件220的材质为方向性硅钢材料，这些定子齿部构件220分别位于相邻的二定子轭部构件210之间而环绕转子模块100设置。并且，这些定子齿部构件220沿着转子轭部构件110的旋转径向而朝转子模块100延伸。定子齿部构件220并对应于转子齿部构件120。更详细来说，相邻的二定子轭部构件210分别连接于对应的定子齿部构件220的相对两侧，使得对应的定子齿部构件220位于相邻的二定子轭部构件210之间。同样地，相邻的二定子齿部构件220分别连接于对应的定子轭部构件210的相对两侧，使得对应的定子轭部构件210位于相邻的二定子齿部构件220之间。意即，这些定子齿部构件220与这些定子轭部构件210之间彼此交错配置。其中，每一定子齿部构件220更可搭配线圈而产生磁力，使得定子模块200可具有多个对应于转子模块100的转子齿部构件120的磁极对。如此一来，通过适当的电流控制，可令定子模块200产生与转子模块100相对应的磁极对，使得转子模块100可相对定子模块200旋转。由于马达运转的控制方法并非本发明的重点，故此便不再多做赘述。
其中，上述的方向性硅钢材料其具有特定的结晶排列方向，且方向性硅钢材料沿着其结晶排列方向具有优越的导磁性，因此方向性硅钢材料较一般传统非方向性硅钢材料可具有低矫顽磁力(Coercivity)与低铁损(Coreloss)的特性。更进一步来说，方向性硅钢材料的结晶排列方向与其于压延(calendaring)制程时的压延方向一致。因此，当磁力线通过方向性硅钢材料时，若磁力线与方向性硅钢材料的压延(calendaring)方向为一方向，则磁力线通过方向性硅钢材料所产生的铁损将远低于磁力线通过传统非方向性硅钢材料所产生的铁损。相反地，当磁力线通过方向性硅钢材料时，若磁力线与方向性硅钢材料的压延方向若是接近垂直，则磁力线通过方向性硅钢材料所产生的铁损将高于磁力线通过传统非方向性硅钢材料所产生的铁损。进一步来说，若磁力线与方向性硅钢材料的压延方向越是趋于一致，则磁力线通过方向性硅钢材料的铁损越低。
因此，若适当得宜的选用转子齿部构件120、定子齿部构件220及定子轭部构件210所使用的方向性硅钢材料的压延方向，将可使本发明的分段式导磁结构10具有优越的低矫顽磁力与低铁损的功效。
请继续参照图2及图3并同时搭配图4A至图4C。在本实施例或是其他实施例当中，转子轭部构件110包含多个相互堆叠的非方向性硅钢片，转子齿部构件120包含多个相互堆叠的方向性硅钢片，定子轭部构件210包含多个相互堆叠的方向性硅钢片，定子齿部构件220包含多个相互堆叠的方向性硅钢片，如图2所示。
其中，转子齿部构件120的每一方相向性硅钢片的压延方向A与转子齿部构件120沿着旋转径向延伸的长边124的夹角θ1小于或等于15度，如图4A所示。定子轭部构件210的每一方相向性硅钢片的压延方向B与定子轭部构件210沿着旋转方向延伸的长边214的夹角θ2小于或等于15度，如图4B所示。定子齿部构件220的每一方相向性硅钢片的压延方向C与转定子齿部构件220沿着旋转径向延伸的长边224的夹角θ3小于或等于15度，如图4C所示。由于磁力线S沿着转子轭部构件110的旋转方向通过定子轭部构件210，并沿着转子轭部构件110的旋转径向通过转子齿部构件120及定子齿部构件220，如图3所示。因此，通过上述转子齿部构件120、定子轭部构件210及定子齿部构件220的方相向性硅钢片的压延方向的配置，可使磁力线S与转子齿部构件120的方相向性硅钢片的压延方向A、定子轭部构件210的方相向性硅钢片的压延方向B及定子齿部构件220的方相向性硅钢片的压延方向C的夹角控制在小于或等于15度内。如此一来，可令磁力线S通过转子齿部构件120、定子轭部构件210及定子齿部构件220时，转子齿部构件120、定子轭部构件210及定子齿部构件220的单位铁损值可小于1.5W/kg以下。相较于一般采非方向性硅钢片马达的单位铁损值高达2.5～13W/kg以上，本实施例的分段式导磁结构10确实可通过降低铁损，以提升马达的运转效率。并且，由于本实施例的分段式导磁结构并无需采用高磁能积的稀土永久磁石，其运转效率即可逼近高效率永磁马达的水准，因此也可大幅节省产品成本。
此外，在本实施例或其他实施例当中，转子轭部构件110具有多个凸出结构111，每一转子齿部构件120的相对两侧分别具有一凹陷结构122，凸出结构111嵌合于凹陷结构122，令转子轭部构件110与转子齿部构件120产生自铆结合。
此外，在本实施例或其他实施例当中，每一定子轭部构件210的相对两侧分别具有一凸出结构211，每一定子齿部构件220的相对两侧分别具有一凹陷结构222，凸出结构211嵌合于凹陷结构222，令定子轭部构件210与定子齿部构件220相互铆合。
需注意的是，上述转子轭部构件110与转子齿部构件120的结合手段以及定子轭部构件210与定子齿部构件220的结合手段通过结构间的嵌合紧配关系来达成，如此可降低接合介面所产生的铁损问题。
此外，转子轭部构件110所包含的多个非方向性硅钢片可通过两铆合点113而铆合在一块，转子齿部构件120所包含的多个方向性硅钢片可通过两铆合点123而铆合在一块，定子轭部构件210所包含的多个方向性硅钢片可通过两铆合点213而铆合在一块，定子齿部构件220所包含的多个方向性硅钢片可通过两铆合点223而铆合在一块。通过上述的铆合固定方式，可大幅地简化结合手段，以提升量产性。
更进一步来说，本发明的分段式导磁结构10于实际生产组装时，可将转子轭部构件110的非方向性硅钢片、转子齿部构件120的方向性硅钢片、定子轭部构件210的方向性硅钢片以及定子齿部构件220的方向性硅钢片依续排列，再通过治具将凹陷结构与凸出结构相铆合在一起，以完成一单位层的分段式导磁结构10。接着，依序将每一单位层的分段式导磁结构10相堆叠，直到堆叠至期望的厚度后，再通过治具将每一单位层的分段式导磁结构10相铆合，以完成组装。需注意的是，上述的组装手法仅为其中一种可行的组装方式，而非用以限定本发明，熟悉此项技艺者可根据实际需求调整组装顺序及方法。
请接着参照图5，图5为根据本发明另一实施例的分段式导磁结构的结构平面示意图。由于本实施例与图3的实施例相似，因此仅针对差异处加以说明。
在本实施例中，转子轭部构件110具有多个凹陷结构112，每一转子齿部构件120的相对两侧分别具有一凸出结构121，凸出结构121嵌合于凹陷结构112，令转子轭部构件110与转子齿部构件120相互结合。
此外，每一定子轭部构件210的相对两侧分别具有一凹陷结构212，每一定子齿部构件220的相对两侧分别具有一凸出结构221，凸出结构221铆合于凹陷结构212，令定子轭部构件210与定子齿部构件220相互结合。
请接着参照图6，图6为根据本发明另一实施例的分段式导磁结构的结构平面示意图。由于本实施例与图3的实施例相似，因此仅针对差异处加以说明。
在本实施例中，转子轭部构件110具有多个凹陷结构112与凸出结构111，每一转子齿部构件120的相对两侧分别具有一凸出结构121及一凹陷结构122，凸出结构121嵌合于凹陷结构112，凸出结构111嵌合于凹陷结构122，令转子轭部构件110与转子齿部构件120相互结合。
此外，每一定子轭部构件210的相对两侧分别具有一凹陷结构212及一凸出结构211，每一定子齿部构件220的相对两侧分别具有一凸出结构221及一凹陷结构222，凸出结构221嵌合于凹陷结构212，凸出结构211嵌合于凹陷结构222，令定子轭部构件210与定子齿部构件220相互结合。
根据上述实施例的分段式导磁结构，将转子模块拆分成转子轭部构件及转子齿部构件，将定子模块拆分成定子轭部构件及定子齿部构件。并且，转子轭部构件使用非方向性硅钢材料，而转子齿部构件、定子轭部构件及定子齿部构件则使用方向性硅钢材料。如此的结构配置与材料选用，在不采用高磁能积的稀土永久磁石的情况下，即可令分段式导磁结构具有低矫顽磁力与低铁损的特性，以提升运用此分段式导磁结构的马达运转效率。
并且，利用转子齿部构件的每一方相向性硅钢片的压延方向与其沿着旋转径向延伸的长边的夹角小于或等于15度，定子轭部构件的每一方相向性硅钢片的压延方向与其沿着旋转方向延伸的长边的夹角小于或等于15度，以及定子齿部构件的每一方向性硅钢片的压延方向与其沿着旋转径向延伸的长边的夹角小于或等于15度的设计，可将分段式导磁结构的单位铁损值降低至1.5W/kg以下，以提升旋转电机装置的运转效率。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种运用于旋转电机装置的分段式导磁结构，其特征在于，包含：
一转子模块，其包含：
一转子轭部构件，其材质为非方向性硅钢材料；以及
多个转子齿部构件，其材质为方向性硅钢材料，这些转子齿部构件环绕设置于该转子轭部件上，且沿着该转子轭部构件的一旋转径向延伸；以及
一定子模块，其包含：
多个定子轭部构件，其材质为方向性硅钢材料，这些定子轭部构件沿着该转子轭部构件的一旋转方向而环绕该转子模块设置；以及
多个定子齿部构件，其材质为方向性硅钢材料，这些定子齿部构件分别位于相邻的二该定子轭部构件之间而环绕该转子模块设置，且这些定子齿部构件沿着该旋转径向而朝该转子模块延伸，并对应于这些转子齿部构件；
每一该转子齿部构件包含多个相互堆叠的方向性硅钢片，且每一该方向性硅钢片的压延方向与该转子齿部构件沿着该旋转径向延伸的长边的夹角小于或等于15度；
每一该定子轭部构件包含多个相互堆叠的方向性硅钢片，且每一该方向性硅钢片的压延方向与该定子轭部构件沿着该旋转方向延伸的长边的夹角小于或等于15度；
每一该定子齿部构件包含多个相互堆叠的方向性硅钢片，且每一该方向性硅钢片的压延方向与该定子齿部构件沿着该旋转径向延伸的长边的夹角小于或等于15度。
2.根据权利要求1所述的运用于旋转电机装置的分段式导磁结构，其特征在于，该转子轭部构件包含多个相互堆叠的非方向性硅钢片。
3.根据权利要求2所述的运用于旋转电机装置的分段式导磁结构，其特征在于，这些非方向性硅钢片以铆合的方式结合。
4.根据权利要求1所述的运用于旋转电机装置的分段式导磁结构，其特征在于，这些方向性硅钢片以铆合的方式结合。
5.根据权利要求1所述的运用于旋转电机装置的分段式导磁结构，其特征在于，这些方向性硅钢片以铆合的方式结合。
6.根据权利要求1所述的运用于旋转电机装置的分段式导磁结构，其特征在于，这些方向性硅钢片以铆合的方式结合。
7.根据权利要求1所述的运用于旋转电机装置的分段式导磁结构，其特征在于，该转子轭部构件具有一凸出结构，至少其中一该转子齿部构件具有一凹陷结构，该凸出结构嵌合于该凹陷结构，令该转子轭部构件与该转子齿部构件相结合。
8.根据权利要求1所述的运用于旋转电机装置的分段式导磁结构，其特征在于，至少其中一该定子轭部构件具有一凸出结构，至少其中一该定子齿部构件具有一凹陷结构，该凸出结构嵌合于该凹陷结构，令该定子轭部构件与该定子齿部构件相互结合。
9.根据权利要求1所述的运用于旋转电机装置的分段式导磁结构，其特征在于，该转子轭部构件具有一凹陷结构，至少其中一该转子齿部构件具有一凸出结构，该凸出结构嵌合于该凹陷结构，令该转子轭部构件与该转子齿部构件相互结合。
10.根据权利要求1所述的运用于旋转电机装置的分段式导磁结构，其特征在于，至少其中一该定子轭部构件具有一凹陷结构，至少其中一该定子齿部构件具有一凸出结构，该凸出结构嵌合于该凹陷结构，令该定子轭部构件与该定子齿部构件相互结合。
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