CN1725599B - 内置型永磁无刷马达的转子结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内置型永磁无刷马达的转子结构，包括：一定子，该定子由硅钢叠片上绕线圈构成绕线槽；一转子，该转子内包括数个空槽，该空槽的内部对应设置有尺寸略小于空槽的磁石，以形成该空槽与磁石在径向外缘的间具有一间隙；此种设计的优点为永久磁石的外型不需要另外加以设计，仅需制作成一般长矩型即可，且马达转子的外型亦可保持为正常的圆柱形，故可在最经济的制作成本下，达到高效率、高转矩及低顿转转矩永磁马达的结构。

Description

内置型永磁无刷马达的转子结构

技术领域

本发明涉及一种内置型永磁无刷马达的转子结构，特别是一种利用马达转子内的永久磁石周围硅钢片形成一特别形状的空槽，该空槽必须涵盖至磁石的通磁的径向方向的区域，利用此空槽的磁阻性来调整马达定子与转子间的空间磁通密度的分布，使得马达的反电动势波形及转矩特性达到设计的目标的结构。

背景技术

电动机(马达)于现代产业中是不可或缺的重要装置，其被广泛地应用于各种电器、运输系统...等用途，其主要的动作原理为将电能转换成为机械能，以驱动机械做旋转或振动...等作动。如何利用在有限的体积及材料内达成较大转矩，并维持高效能及高控制精确度方面而言，内置型永磁无刷马达皆时常为最佳的选择。

已知的永磁无刷马达结构，即如美国专利US 6,177,745号所揭示，利用不同极的磁石，改变该磁石的材料及形状，以调整其磁通密度及增加其磁阻转矩。此外，如美国专利US 6,340,857所揭示，其利用二分离磁石，于其中设置有一绝缘层，该绝缘层即可抑制涡电流，以避免磁石产生”热去磁”效应，上述二专利皆为针对转子永久磁石上所设计的改善结构。

另一类型已知永磁马达结构改进，请参阅美国专利US 6,008,559，其于转子内两极磁石及转子外缘两侧的间，直接挖设一空槽，即可避免”磁短路”效应，进一步可提升转矩，并且可降低顿振效应(Cogging Torque)，进一步更可减少震动及噪音。请参阅美国专利US 6,034,458，其揭示一种将两磁极间挖空，形成转子为一非正圆形状的结构，且形成避免磁短路的空槽。请参阅美国专利US 6,218,753，其将两极磁石及转子外缘间的空槽改为非对称式空槽，且于其组装结构上加以改良。请参阅美国专利US 6,674,205，其于原习知磁阻马达转子上空洞中加入磁石，而形成一辅助磁路，预先形成一磁场以提升转矩。

习知的内置型永磁马达皆于其永久磁石形状及排列方式来做一调整，或者将转子的硅钢片制成多层的气隙，以形成一高效率及高转矩的结构，但是前述二种改良结构，无论是其磁石制作难度较高，要不就是其转子硅钢片的形状过于复杂的种种缺失存在焉，因此造成当制作磁石或转子硅钢片精密度不佳时，易造成效能、转矩不佳等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种内置型永磁无刷马达的转子结构，在较为简单马达的制程及组装的前提下，实现高效率、高转矩及低顿转转矩。

为了达到上述目的，本发明提供了一种内置型永磁无刷马达的转子结构，包括：

一定子，该定子由一硅钢片上绕线圈构成，且该定子包括数个绕线槽；以及

一转子，该转子内包括数个空槽，所述空槽涵盖至永久磁石磁通的径向方向的区域，该空槽内部对应设置有尺寸、体积略小于空槽的磁石，以形成该空槽与磁石在转子径向外缘间至少具有一间隙，且所述间隙包含在永久磁石磁通的径向方向的部分。

本发明利用马达转子内的永久磁石周围硅钢片形成一特别形状的空槽，该空槽必须涵盖至磁石的通磁方向的区域，利用此空槽的磁阻性来调整马达定子与转子间的空间磁通密度的分布，使得马达定子与转子间的空间磁通密度的分布，使得马达反电动势波形及转矩特性达到设计的目标。此种设计的优点为永久磁石的外形不需要特别设计，仅需制作成一般长矩型即可，且马达转子的外形亦可保持一般的圆柱型，故可在最经济的制作成本下，达到高效率、高转矩及低顿转转矩永磁马达的结构。

本发明可降低电枢反应、提升磁阻转矩、降低电气谐波及改善电气系统功率因子。

通过下面的结合附图对本发明实施例的详细说明，可以进一步了解本发明的上述目的、效果和技术内容。

附图说明

图1是本发明内置型无刷马达第一实施结构的部分剖面侧视示意图；

图2是本发明内置型无刷马达第二实施结构的剖面侧视示意图；

图3是本发明图1及图2所揭示结构可解决转矩波形产生突波的波形示意图。

附图标记说明：1定子；11绕线槽；2转子；21第一空槽；211第一间隙；22第一磁石；3定子；31绕线槽；4转子；41第二空槽；411第二间隙；42第二磁石；5突波。

具体实施方式

请参阅图1所示的本发明内置型无刷马达第一实施结构的部分剖面侧视示意图，其中马达的转子2外形为正圆形，第一磁石22的外形呈方形。再根据欲设计的马达极数，将第一磁石22平均内置于转子2内，欲达成第磁石22周围有特别形状而适当的第一空槽21，该第一空槽21容置第一磁石22后，至少保留有第一间隙211，而本实施例所揭示是在第一磁石22两端各保留有第一间隙211，当然本领域熟练技术人员，亦可于第一磁石22外缘任一处设置不同形状的间隙，皆与本实施例是相同技术手段。设计时直接设计整个马达的转子2，包含转子2所构成材质(硅钢片)，所欲形成第一空槽21的形状及第一磁石22的宽度及高度。将硅钢片做一冲压成型，堆栈成所欲的叠积长度后，再以自动铆合或铆钉固定成圆筒状，再将已设计制作完成的方形永久磁石表面涂上黏胶直接置入转子2的空槽内，如此便完成此马达转子2的制作，利用该第一间隙211的设置，即可有效防止磁力线短路的现象，达到高效率、高转矩及低顿转转矩永磁马达的目的。

此外，其马达的定子1具有数个绕线槽11，且本发明并未针对该定子1进行结构方面的改进，故不在此赘述。

请参阅图2所示的本发明内置型无刷马达第二实施结构的剖面侧视示意图，其中该马达的定子3部分亦未做任何结构方面的改变，亦不做赘述。本实施例所改进的部份，仍为转子4的第二磁石42与第二空槽41的间隙设置，与第一实施例的不同处，乃为该第二磁石42非设计成为长矩形，其是将该第二磁石42的其中一长边两端以倾斜角度剖切，以形成一六角形的第二磁石42，同时第二空槽41设计成为一长矩形，以使第二磁石42容置于第二空槽41中时，便形成具有两三角状的第二间隙411，此第二间隙411位于磁通的径向方向，亦利用该第二间隙411的设置，即可有效防止”磁短路”的现象，达到高效率、高转矩及低顿转转矩永磁马达的目的。

上述二实施例所揭露的永磁无刷马达，其结构包括下列特点：

(1)其中包含有偶数极的永久磁石内置于转子处，永久磁石的材质、大小、形状皆相同。

(2)永磁马达的转子由硅钢片叠积而成，每一硅钢片皆具有略大于永久磁石形状、尺寸的空槽，将永久磁石置入后，至少保持有一间隙。

(3)永久磁石周围的空槽直接和永久磁石相连接，置入永久磁石的空槽与剩余间隙为一体成型，无任何原硅钢片的材质，此间隙不拘于任何形状，但必须包含在永久磁石通磁的径向方向的部分。

(4)永磁无刷马达转子置入永久磁石空槽中，必须留有足够机械强度的硅钢片，以支撑转子并分隔不同极性的永久磁石。

请参阅图3所示的本发明图1及图2所揭示结构可解决转矩波形产生突波的波形示意图，原本转矩正弦波于其正半周后缘与负半周前缘各产生有一突波5，经由图1及图2的转子结构，即可消除该突波5，恢复原有曲线平滑的趋近于正弦波形，亦可消除马达因凸波所产生的顿转现象。

藉由图1至图3所揭露，可了解本发明所揭示技术手段，确可达到降低电枢反应、提升磁阻转矩及调整马达定子与转子间的空间磁通密度的分布，使得马达反电动势波形及转矩特性达到设计目标。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，不能以此限定本发明所实施的范围。因此，凡依本发明权利要求所作的均等变化与修饰，皆应仍属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种内置型永磁无刷马达的转子结构，包括：

一定子，该定子由一硅钢片上绕线圈构成，且该定子包括数个绕线槽；以及

一转子，该转子内包括数个空槽，所述空槽涵盖至永久磁石磁通的径向方向的区域，该空槽内部对应设置有尺寸、体积略小于空槽的磁石，以形成该空槽与磁石在转子径向外缘间至少具有一间隙，且所述间隙包含在永久磁石磁通的径向方向的部分。

2.如权利要求1所述的内置型永磁无刷马达的转子结构，其中该转子的永久磁石的材质、大小、形状皆相同。

3.如权利要求1所述的内置型永磁无刷马达的转子结构，其中该转子由硅钢片叠积而成。

4.如权利要求1所述的内置型永磁无刷马达的转子结构，其中该磁石的外形为一长矩形。

5.如权利要求1所述的内置型永磁无刷马达的转子结构，其中该磁石的外形是将长矩形一长边两端以倾斜角度剖切，以形成一六角形的外形。

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