1343689 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】
本案是關於一種永磁電機的轉動結構，特別是關於一 種應用於無刷永磁電機’以減小其齒槽轉矩(cogging torque) 的轉動結構。 【先前技術】 永磁電機具有結構簡單、運行玎靠；體積小、重量輕； 損耗小、效率高；且電機的形狀和尺寸可以容易變化等優 點，因而應用範圍極廣’幾乎遍及航空航太、國防、工農 業與日常生活的各個領域。 請參閱第一圖，其為第一種習用外轉子永磁電機的轉 動結構斷面圖。在第-圖中’以八極六槽的永磁馬達為例， 說明永磁電機的轉動結構謝。永磁電機的轉動结構8〇ι 由一定子3〇及一轉子40組成；其中，圓柱形的定子3〇 固定在水磁電機内部，產生一旋轉磁場；轉 形，圍蚊子3G，且與定子30是μ的，轉二 场，轉子磁場狀子30的旋轉， 榦 旋轉運動。 使轉子40產生 轉動結構801的定子30包括一〜 2與六個繞組3 ;其中，定子鐵心j載:1、一定子轴 由導磁材料構成，；t子鐵心1延伸^子軸2上’並 個突出齒部5形成了六個I線槽部“、二大出齒部5，六 在六個突出齒部5上纏繞有六個緣^^線槽口 6 ’ 過驅動電流，據以產生定子3G的旋轉磁場六個繞組3内流 5 轉動結構80J的轉子包括一鐘 體8 ; i中，轉子軛部7與八個永磁 形均勾二為圓環形，八個永磁體8以圓環 朽 #改竞，母個永磁體8為永磁材料磁 極。而轉子40相對於定子3〇的定子材=構成的磁 的突出齒部5外表面、嵌_口6_^，且定子3〇 内表面之間形成-氣隙9。 、 G的水磁體8 按照繞組3内通入足夠的電流，以使轉子4。 而要％轉。由於永磁體8盥定 4和嵌線槽…相互作用，產生 ^#槽轉矩^永磁體磁動勢分佈衫子由ΐ】 =在而產生的氣隙磁導分佈在相互作用時疋= 中所受得=就義’沒有驅動電流時轉子轉動 齒槽轉矩造成的問題為’將導致電機 m料嶋，並產生速度波動、振動與噪音。 閱第一圖’其為第二種習用外轉子永磁電機 =動、’，。構斷面圖。在第二圖中，以十極十二槽的永磁馬 達為例’說明永磁電機的轉動結構8〇2，與第一圖比較， 僅在極數與槽數的不同，而相同的符號代表相同的元件。 請繼續參閱第三圖，其為第三種習用外轉子永磁電機 的轉動結構斷面圖。在第三圖中，以八極六槽的削弧式永 磁馬達為例，說明永磁電機的轉動結構8q3，與第一圖比 較，本實施例是在第一圖所示實施例基礎上，結合永磁體 8兩5而的對削弧面11，用以減小齒槽轉矩。本實施例中 元件符號的疋義與第一圖中的定義相同，僅有不同的是每 個永磁體8兩端具有一對削弧面u，該對削弧面u相對 於每個永磁體8經向中心線呈對稱分佈，且在圓周方向向 永磁體8端部，永磁體8的原厚度呈逐漸減小。 凊繼續參閱第四圖’其為第四種習用外轉子永磁電機 的轉動結構斷面圖。在第四圖中，以十極十二槽的削弧式 永磁馬達為例’說明永磁電機的轉動結構謝，與第三圖 比較’僅在極數、槽數及削弧面丨丨的不同，而相同的符號 代表相同的元件。 睛繼躓芩閱第五圖 ^ ±：t /、句乐五種習用外轉子永磁電機 斷面圖。在第五圖中，以十極十二槽的削弧式 水磁馬達為例，說明永磁雷趟 比較，僅在肖m面丨丨❹^轉動結構8G5,與第四圖 代表相同的元件。〜的角度乾圍較小，而相同的符號 接著，以八極六槽的永磁馬達 轉子水磁電機的轉動結構 種白用内 -定子及—轉子組成；内轉^磁電機的轉動結構由 成永磁電機的外部結構了吝圓％形的定子為固定，以形 形，被定子圍繞，且與定 生—旋轉磁場；轉子為圓杈 轉子磁場與定子的旋轉=同輛的’具有-轉子磁場， 内轉子永磁電機轉動=用’使轉子產生旋轉運動。 個繞組；其t，定子鐵私;構的定子包括—定子鐵環與六 並由導磁材料構成圓,形，對稱於-形狀中心軸， 突出齒部構成’六個突，由外周的-定子輕部及六個 伸’且相對於形狀中^#攸定子輕部向形狀中心袖 ’為Μ分佈，六織出齒部形^ 了 有六個繞固嵌線槽口，在六個突出齒部上纏繞 旋轉場場。I堯㈣流過驅動電流’據以產生定子的 個永體;：：電2轉動結構的轉子包括-轉子鐵心及八 形狀中心轴均鐵心為圓柱形’八個永磁體相對於 N極、S極交轉子鐵心的表面，且人個永磁體為 極。而轉子相f+ ,，每個永磁體為永磁材料構成的一磁 表面、嵌形狀中*減轉，且定子的突出齒部内 乂;二與;子的永磁體外表面之間形成-氣隙。 礙電機的轉動_四圖與第五圖所介紹的制外轉子永 習用内轉子、、。冓，及第三圖、第四圖與第五圖所對應的 功致;然而機 的轉動結構，雖具有減小齒槽轉矩的 何改善仍無法滿足所需要的功效。因此，如 值是 手丨又之缺失’係為發展本案之主要動機。 悉心之=之故，本案發明人鑑於上述習用技術之缺失，經 、、-/、研究’並本鍥而不捨的精神，終創作出本荦 之水磁電機的轉動結構』。 一 【發明内容】 用以试、之第—構想為：提出一種永磁電機的轉動結構， 子的〆小其齒槽轉矩，轉動結構包括一定子及一轉子，定 的表、面包含κ個突出齒部，並形成κ個嵌線槽部，轉子 、包含p對永磁體，藉由極數槽數配比2P/K與半極 置° ;皮數配比P/f，在每個永磁極圓弧面的合適角度位置設 凹指’達成減小永磁電機之齒槽轉矩的功效。 1343689 本案之第二構想為：提出一種永磁電機的轉動結構， 用以減小其齒槽轉矩，轉動結構包括一定子及一轉子，定 子的表面包含κ個突出齒部，並形成κ個嵌線槽部，轉子 的表面包含P對永磁體，每個永磁極圓弧面的兩端具有削 弧面，藉由極數槽數配比2P/K與半極數周波數配比P/f， 在每個永磁極圓弧面的合適角度位置設置凹槽，達成減小 永磁電機之齒槽轉矩的功效。 根據第一構想所提出之一較佳實施例中，一種永磁電 機的轉動結構，包括一定子及一轉子；其中，定子的中心 具有一定子軸，圓柱形表面具有K個突出齒部，上述K個 突出齒部相對於定子軸在圓周方向均勻分佈，形成κ個嵌 線槽部，K為大於1的自然數；轉子的圓環形内表面包含 P對永磁體，上述P對永磁體相對於定子軸在上述κ個突 出齒部的外圍均勻分佈，轉子相對於定子軸做旋轉運動， 且P為一自然數。 而每個永磁體在圓周方向的圓弧面包含至少一凹槽， 用以減小齒槽轉矩，每個凹槽的角度位置選擇自η個角度 位置 180Mod((2P/K)i-P/f,l), i=l,2，...，n，其中，η=Μ/(2Ρ)， Μ為2Ρ與Κ的最小公倍數，Mod〇為餘數運算子，f為無 該等凹槽時的齒槽轉矩周波數。 根據第二構想所提出之一較佳實施例中，一種永磁電 機的轉動結構，包括一定子及一轉子；其中，定子的中心 具有一定子軸，圓柱形表面具有K個突出齒部，上述K個 突出齒部相對於定子軸在圓周方向均勻分佈，形成K個嵌 線槽部，K為大於1的自然數；轉子的圓環形内表面包含 9 1343689 P對永磁體，上述p對永磁體相對於定子軸在上述K個突 出齒部的外圍均勻分佈，轉子相對於定子軸做旋轉運動， 且Ρ為一自然數。另外··
母個永磁體在圓周方向的兩端更包括一對削弧面，該 對削弧面相對於每個該永磁體的一徑向中心線為對稱，且 該對削弧面中的每一個對應的角度範圍在圓周方向的角度 αΡ選擇自區間 amin_〇.8asssap$amin+〇 8ass，其中，α_=18〇 xmin(Mod((2P/K)i，l)，i=l，2，...，n_i) ’ ass 為該等嵌線槽部的 其一槽口寬度所對應的電氣角，n=M/(2P)，Μ為2P與K 的最小公倍數，Mod()為餘數運算子，min()為最小值運算 子。 而每個永磁體在圓周方向的圓弧面包含至少一凹槽， 用以減小齒槽轉矩，每個凹槽的角度位置選擇自n個角度 位置 180xMod((2P/K)i-P/f+p0P/(180f),l)，i=l，2,...,n，其中， f為無該等凹槽時的齒槽轉矩周波數，βΰ為在無該等凹槽 時，具削弧面的齒槽轉矩波形與無削弧面的齒槽轉矩波形 的相位差。 y 根據第一構想所提出之一較佳實施例中，一種永磁電 機的轉動結構，包括一定子及一轉子；其中，定子中對稱 於一形狀中心轴的圓環形内表面具有K個突出齒部，、冉 Κ個突出齒部相對於形狀中心軸在圓周方向均勻八上述 成Κ個嵌線槽部，Κ為大於1的自然數；轉子的:4 ^ 面包含Ρ對永磁體，上述Ρ對永磁體相對於升、圓柱形表 上述Κ個突出齒部的内側均勻分佈，轉子目=欠中心軸在 軸做旋轉運動，且ρ為一自然數。 ，於形狀中心 10 1343689 、而每個永磁體在圓周方向的圓弧面包含至少 用以減小齒槽轉矩，每個凹槽的角度位 = 位置 180M〇d((2P/K)i-P/fl) i=1 ? 擇自 η個角度 Μ為2Ρ與Κ的最小公俨數Μ ’·= 一 ’ η==Μ/(2Ρ) ’ 數，M〇d()為餘數運算子，f 该寻凹槽時的齒槽轉矩周波數。 于f為無 根據第一構想所提出之一較佳實施例中， 機的轉動結構，包括―定子及—轉子；㈠，=水磁電 於-形狀中心軸的圓環形内表面具有尺個突出：中對稱 K個突出齒部相對於形狀中心軸在圓周方=饮上述 成κ個嵌線槽部，K為大於！的自然數；轉子=布，形 面包含P對水磁體，上述P對永磁體相對於 枝形表 上述K個突出齒部的内侧均勾分佈對心輪在 軸做旋轉運動，且P為—自然數。另;^相對於形狀中心 每個永磁體在圓周方向的兩端更包括— 對削弧面相對於每個該永磁體的一徑向中心線為H瓜面，該 邊對削弧面中的每一個對應的角度範圍在圓周方2稱，且 αρ選擇自區間amin_〇.8asssapsamin+〇 8ass，其中，。的角度 xmiWMod^P/KW)，i=1，2,…，η_υ，心為該等，^^180 其一槽口寬度所對應的電氣角，n=M/(2p) , M 曰部的 的最小公倍數，Mod()為餘數運算子，minnA ; 2P與K 子。 為取小值運算 而每個永磁體在圓周方向的圓弧面包含至少一 用以減小齒槽轉矩’每個凹槽的角度位置撰您 凹才曰’ 位置 180xM〇d((2P/K)i-P/f+p〇P/(180f),l), h 9 月度 ,，...，π，龙 φ， f為無該等凹槽時的齒槽轉矩周波數，為在無，等、 1] 1343689 時，具削弧面的齒槽轉矩波形與無削弧面的齒槽轉矩波形 的相位差。 【實施方式】 為了敘述清楚本案所提出之永磁電機的轉動結構及減 小其齒槽轉矩的方法，下面列舉複數個較佳實施例加以說 明： 為了方便利用符號說明齒槽轉矩的問題，以下將永磁 電機的轉動結構與符號結合起來。永磁電機的轉動結構由 一定子30及一轉子30組成；其中，定子30的表面均勻分 佈K個突出齒部5，並形成K個嵌線槽部5，K為大於1 的自然數；轉子40的表面均勻分佈P對永磁體8，P為一 自然數，其中，定子30的表面與轉子40的表面隔著氣隙 9互相面對。定義2P與K的最小公倍數爲Μ。當轉子40 相對於定子30做旋轉運動時，將產生齒槽轉矩，定義齒槽 轉矩的周波數f為轉子40轉動一圈所產生的齒槽轉矩循環 波數，通常f等於2P與K的最小公倍數M。在第一圖中， P=4，K=6，M=24，齒槽轉矩的周波數f為24次。 為了減小永磁電機的齒槽轉矩，所提出的方案為，根 據極數槽數配比2P/K與半極數周波數配比P/f，在永磁體 的圓弧面上選擇合適的位置，設置合適大小的凹槽，這樣， 永磁電機的齒槽轉矩就會大大減小。 如此，減小永磁電機齒槽轉矩的方法包括下列步驟： (a)在永磁體的圓弧面上無凹槽的狀態，決定齒槽轉矩 的周波數。 12 1343689 (b)計算η個電氣角的角度位置： 180Mod((2P/K)i-P/f，l), i=l,2,...,n，其中，η=Μ/(2Ρ)， Μ為2Ρ與Κ的最小公倍數，Mod()為餘數運算子，用以求 餘數，f為在永磁體的圓弧面上無凹槽的狀態，齒槽轉矩 的周波數，而角度的基準方向為定子中心至相鄰兩永磁體 的邊界。 ⑷選擇該等η個角度位置中至少一個位置，在每個永 磁體圓弧面的每個被選擇的位置，設置一個凹槽。 以上步驟中，步驟(c)更包括下列步驟： 根據對稱性、分佈均勻性與設置凹槽的方便性，且符 合反電動勢的要求，選擇該等凹槽的位置。 接著，以實施例說明上述的方法。請參閱第六圖，其 為本案所提出之永磁電機的轉動結構之第一較佳實施例的 斷面圖。第六圖之永磁電機的轉動結構806以第一圖之外 轉子永磁電機為基礎，再加上減小齒槽轉矩的結構，其為 八極六槽的永磁馬達結構，但是不限用於永磁馬達，相同 的結構亦可應用於永磁發電機。在第六圖中，永磁電機的 轉動結構806由一定子30及一轉子40組成；其中，圓柱 形的定子30固定在永磁電機内部，產生一旋轉磁場；轉子 40為圓環形，圍繞定子30，且與定子30是同軸的，具有 一轉子磁場，轉子磁場與定子30的旋轉磁場作用，使轉子 40產生旋轉運動。 轉動結構806的定子30包括一定子鐵心1、一定子轴 2與六個繞組3 ;其中，定子鐵心1固定於定子軸2上，並 由導磁材料構成，定子鐵心1延伸出六個突出齒部5，六
J 13 丄343^89 個突出齒部5形成了 /、個肷線槽部4和六個嵌線神口 6， 在六個突出齒部5上纏繞有六個繞組3，六個繞組%内流 過驅動電流，據以產生定子30的旋轉磁場。 轉動結構806的轉子40包括一轉子軛部7與八個永磁 體8 ;其中，轉子輕部7為圓環形，八個永磁體8以圓環 形均句分佈在轉子轭部7的内表面，且八個永磁體8為n 極、S極交替改變，每個永磁體8為永卿料構成的一磁 極。而轉子40相對於定子30的定子軸2旋轉，且定子3〇 的突出齒部5外表面、嵌線槽口 6與轉子4〇的永磁體8 内表面之間形成一氣隙9。 另外’每個永磁體8在圓周方向的圓弧面12包含至少 二，0’用以減小齒槽轉矩，該等凹槽的形狀為圓弧形 =夕邊形。本實施例的結構為p=4，K=6，M=24，f=24， ^計算可知’可能的凹槽1G角度位置t 30。、9〇。斑150。 在考慮性與設置凹槽的方便倾，本實施例 =擇在母個永磁體8圓周方向的▼圓弧㈣位置設置凹 ^而角度的基準方向為定子中心至相鄰兩永磁體8的邊 的情:耆二it極十二槽的永磁電機，減小其齒槽轉矩 動二之==其為本案所提出之永磁電機的轉 轉動結構圖。第七圖之永磁電機的 減小齒槽轉矩的水磁電機為基礎，再加上 件。在第七同/構圖中，相同的符號代表相同的元 "，為了減小齒槽轉矩，在每個永磁體8圓 周方向的圓弧面12設置至少—凹槽1〇。本實施例= 14 ^343^89 為P=5 ’ Κ=12 ’ M=6〇，f=60，經計算可知，可能的凹 度位置爲：15。、45〇、750、〗〇5。、135。與165。電氣角。在 考慮對稱性、分佈均勾性與設置凹槽的方便性後，本實施 例選擇在每個永磁體8圓周方向的45。與135。圓弧面^ 位置設置凹槽而角度的基準方向狀子中 永磁體8的邊界。 玍相郇兩 極六槽的内轉子永磁電機，減小其齒 轉子㈣電機的轉動結構由-定子及-:二冓其:產Γ形的定子為固定，以形成永磁電機 圍繞，且與定子是同轴的，具有—轉子磁被尺子 定子的旋轉磁場作用 琢，轉子磁場與 ㈣… 使轉子產生旋轉運動。 轉子水磁電機轉動結構的 一— 個繞組;其中，定子鐵環為圓環;環與六 並由導磁材料構成 '料於—形狀中心轴， 突出齒部構成…心山衣由外周的一定子車厄部及六個 伸’且相對於形:中:軸:::::軛部向形狀中心軸延 了六個嵌線槽部和六個嵌’六個突出齒部形成 有六個繞組’六個繞組内流個：出齒部上纏繞 旋轉磁場。 巧驅動電流，據以產生定子的 個永電構的轉子包括-轉子鐵心及八 形狀中心轴均勻分佈在轉^圓杈形’八個永磁體相對於 Ν極、S椏交替 氧心的表面’且八個永磁體為 文又母個㈣體為永磁材料構成的一磁 15 1343^89
，而，子相對於形狀中心轴旋轉，且定子的突出齒部内 、面肷線，口與轉子的永磁體外表面之間形成一氣隙。 蠢另外’、每個永磁體在圓周方向的圓弧面包含至少一凹 ^用二減小齒槽轉矩，該等凹槽的形狀為圓弧形或多邊 形。本貫施例的結構為p=4，K=6，m=24，f=24，經計算
可知，可能的凹槽角度位置爲：30。' 90。與150。電氣角。 在考慮對彳紐與設置㈣的方便倾，本實施例選擇在每 個永磁體圓周方向的90。圓弧面位置設置凹槽，而角度的 基準方向為定子中心至相鄰兩永磁體的邊界。
在先則技術中，第三圖、第四圖與第五圖的外轉子永 磁電機及第三圖'第四圖與第五圖所對應的内轉子永磁電 機，在每個永磁體8圓周方向的兩端形成—對削弧面u， 用以減小齒槽轉矩，該對舰面u相對於每個永磁體8 徑向中心線呈對稱分佈’且在_方向向永磁體8端部， 水磁體8的原厚度呈逐漸減小。為了進—步減小永磁電機 的齒槽轉矩’在既有每個永磁體8的該對削弧面^之情況 下，根據極數槽數配比2P/K，調整該對削弧面n的每一 個所對應的圓周方向角度範圍’並根據極數槽數配比2ρ/κ 與半極數周波數配比P/f’在永磁體的圓弧^ 12上選擇合 適的位置，設置合適大小的凹槽，這樣，纟磁電機的齒槽 轉矩就會更大大減小。 如此，減小永磁電機齒槽轉矩的方法包括下列步驟： (P)在永磁體無削弧面且其圓弧面上無凹槽的狀態，決 定齒槽轉矩的周波數。 & (q)在角度區間 amin-0.8assSapsamin+〇 8〇^，選擇該對 16 1343^89 削弧面中的每一個對應的角度範圍在圓周方向的角度αρ， 其中 ’ amin=180xmin(Mod((2P/K)i,l), i=l，2，...，n-l)，ass 為該 等嵌線槽部6的其一槽口寬度wss所對應的電氣角， n=M/(2P)，Μ為2P與K的最小公倍數，Mod為餘數運算 子，用以求餘數，min()為最小值運算子，而角度的基準方 向為定子中心至相鄰兩永磁體8的邊界。 (r)在永磁體8無凹槽10時，決定具削弧面10的齒槽 轉矩波形與無削弧面10的齒槽轉矩波形的相位差。 ⑻在永磁體8無凹槽10與具削弧面11的狀態，決定 齒槽轉矩的周波數；通常，此周波數相同於在無削弧面10 的狀態，齒槽轉矩的周波數。 ⑴計算η個電氣角的角度位置： 180xMod((2P/K)i-P/f+p〇P/(180f)，l)，i=l,2,...,n，其中， n=M/(2P)，Μ為2P與K的最小公倍數，Mod為餘數運算 子，f為在永磁體8無凹槽10與具削弧面11的狀態，齒槽 轉矩的周波數，β〇為在永磁體8無凹槽10時，具削弧面 11的齒槽轉矩波形與無削弧面11的齒槽轉矩波形的相位 差，而角度的基準方向為定子中心至相鄰兩永磁體8的邊 界。 (u)選擇該等η個角度位置中至少一個位置，在每個永 磁體圓弧面的每個被選擇的位置，設置一個凹槽10。 以上步驟中，步驟(u)更包括下列步驟： 根據對稱性、分佈均勻性與設置凹槽的方便性，且符 合反電動勢的要求，選擇該等凹槽10的位置。 i 17 Ι3436β9 接著，以實施例說明上述的方法。請參閱第八圖，其 為本案所提出之永磁電機的轉動結構之第三較佳實施例的 斷面圖。第八圖之永磁電機的轉動結構808以第三圖之外 轉子永磁電機為基礎，再加上減小齒槽轉矩的結構，兩圖 中，相同的符號代表相同的元件。本實施例的結構為Ρ=4， K=6，M=24，f=24 ;根據步驟(q)，計算並選擇永磁體8該 對削弧面11中的每一個對應的角度範圍在圓周方向的角 度αρ。而在決定用以減小齒槽轉矩的結構中，需要用到在 永磁體8無凹槽10時，具削弧面11的齒槽轉矩波形與無 削弧·面的齒槽轉矩波形的相位差β〇，此相位差β〇的資料内 含於第九圖中。 請參閱第九圖，其為第一圖、第三圖、第六圖與第八 圖所示永磁電機之齒槽轉矩隨機械角的變化圖。第一圖、 第三圖、第六圖與第八圖的永磁電機皆是八極六槽。在第 九圖中，波形Α1為第一圖的永磁電機之齒槽轉矩波形， 由波形Α1可以看出，在四種情況中，當永磁體無凹槽且 無削弧面時，永磁電機具有最大的齒槽轉矩。波形Β1為 第六圖的永磁電機之齒槽轉矩波形，由波形Β1可以看出， 在永磁體的圓弧面上選擇合適的位置設置凹槽，可以減小 永磁電機的齒槽轉矩。波形C1為第三圖的永磁電機之齒 槽轉矩波形，由波形C1可以看出，在每個永磁體的圓弧 面的兩端形成一對對稱的削孤面，可以減小永磁電機的齒 槽轉矩，而其效果比第六圖的設置凹槽的情況要好。波形 D1為第八圖的永磁電機之齒槽轉矩波形，由波形D1可以 看出，在每個永磁體的圓弧面的兩端形成一對對稱的削弧 18 1343689 面，並在永磁體的圓弧面上選擇合適的位置設置凹槽，則 永磁電機的齒槽轉矩是最小的，且齒槽轉矩的周波^是其 他三種情況的兩倍。此外，比較波形A1與波形C1獲得〃， 在永磁體無凹槽時，具削弧面的齒槽轉矩波形與無削沉I面 的齒槽轉矩波形的相位差00為0〇。 再參閱第八圖，並根據步驟⑴；經計算可知，可能的 凹槽10角度位置爲：30。、90。與150。電氣角。在考慮對 稱性與設置凹槽的方便性後，本實闕選擇在每個永磁體
8圓周方向的90。圓弧面12(本實施例被凹槽1〇取代)位置 設置凹槽10,而角度的基準方向為定子3〇中心 永«8的邊界。 相相
請繼續參閱第十圖，其為本案所提出之永磁電機的轉 動結構之第四較佳實施例的斷面圖。第十圖之永礤電機的 轉動結構810以第四圖之外轉子永磁電機為基礎，再加上 哉小齒槽轉矩的結構，兩圖中，相同的符號代表相同的元 件。本實施例的結構為P=5 ’ K=12 ’ M=6〇，f=6〇 ;根據步 驟(q) ’計算並選擇永磁體8該對削弧面η中的每—個^ 應的角度範圍在圓周方向的角度αρ。而在決定用以減小齒 错轉矩的結構中，需要用到在永磁體8無凹槽10時，具削 狐面11的齒槽轉矩波形與無削弧面11的齒槽轉矩波來的 相位差β〇，此相位差β〇的資料内含於第十一圖中。 請參閱第十一圖，其為第二圖、第四圖與第十圖所示 永ί兹電機之齒槽轉矩隨機械角的變化圖。第二圖、第四目 與第十圖的永磁電機皆是十極十二槽。在第十一圖中，波 形Α2為第二圖的永磁電機之齒槽轉矩波形，由波形Α2可 19 以看出，在三種情況中，當永磁體8無凹槽10且無削弧面 11時’永磁電機具有最大的齒槽轉矩。波形C2為第四圖 的永磁電機之齒槽轉矩波形’由波形C2可以看出，在每 個永磁體8的圓弧面12的兩端形成一對對稱的削弧面 11 ’可以減小永磁電機的齒槽轉矩。波形D2為第十圖的 永石兹電機之齒槽轉矩波形，由波形D2可以看出，在每個 永磁體8的圓弧面12的兩端形成一對對稱的削弧面u， 並在永磁體8的圓弧面12上選擇合適的位置設置凹槽 10 ’則永磁電機的齒槽轉矩是最小的，且齒槽轉矩的周波 數是其他兩種情況的兩倍。此外，比較波形A2與波形C2 獲得，在永磁體8無凹槽10時，具削弧面11的齒槽轉矩 波形與無削弧面U的齒槽轉矩波形的相位差以為18〇。。 再參閱第十圖，並根據步驟⑴；經計算可知，可能的 凹槽角度位置爲：30〇、60〇、90〇、120°與150。電氣角。在 考慮對稱性、分佈均勻性與設置凹槽的方便性後，本實施 例選擇在每個永磁體8圓周方向的60°與120。圓弧面12 位置設置凹槽10，而角度的基準方向為定子3〇中心至相 鄰兩永磁體8的邊界。 H買參閱第十二® ’其為本案所提出之永磁電機的 轉動結構之第五較佳實施例的斷面圖。第十 ”，结構812以第五圖之外轉子永磁電機為基：，！ :=(q) ’計算並選擇永磁體 ：每: 個對應的角度範圍在圓周方向的角度帽十圖I:， 20 本實施例戶斤、登 結構中，泰^的心角較小。而在決定用以減小齒槽轉矩的 的齒槽轉2要用到在永磁體8無凹槽10時，具削弧面11 β〇,此4 波形與無削弧面11的齒槽轉矩波形的相位差 ^圖不位差β〇的資料内含於第十三圖中；由於αρ角與第 °請2，以角亦會有變化。 示永：i:第十三圖，其為第二圖、第五圖與第十二圖所 圖與第十幾之齒槽轉矩隨機械角的變化圖。第二圖、第五 中，波形〜圖的永磁電機皆是十極十二槽。在第十三圖 形A2可j； 2為第—圖的永磁電機之齒槽轉矩波形，由波 削弧面11看出，在二種情況中，當永磁體無凹槽10且無 第五圖的時、，永磁電機具有最大的齒槽轉矩。波形C3為 在每個永欠礤電機之齒槽轉矩波形，由波形C3可以看出， u， 嵫體8的圓弧面12的兩端形成一對對稱的削狐面 M 減小永磁電機的齒槽轉矩。波形D3為第十二圖 的水磁電機夕 ^ 個永磁體8 #轉矩波形，由波形D3可以看出’在每 j} s ： 的圓弧面12的兩端形成一對對稱的削弧面 10，亚，、永磁體8的圓弧面12上選擇合適的位置設置凹槽 則永磁電機的齒槽轉矩是最小的，且齒槽轉矩的周波 媒他兩種情;兄的兩倍。此外’比較波形A2與波形C3 :仔，在永磁體8無凹槽1〇時，具削弧面u的齒槽轉矩 ;$與無祕面u的齒槽轉矩波形的相位差⑸為〇。。 再參閱第十—圖’並根據步驟⑴，·經計算可知，可能 的凹槽1〇角度位置爲：】 舄 15、衫。、75。、105。、135。與 165。 電瑕•角。在考慮對稱性、分佑 後，本實施例選擇在每與設置凹槽的方便性 尺石兹體8圓周方向的45。與135〇 21 ^弧面位炫置凹槽1G’而角度的基準方向為定子％ 心至相鄰兩永磁體8的邊界。 接著，以實施例說明上述方法應用於内轉子永磁電機 =形。此處之永磁電機_動結構以先前技術所介紹的 ，六槽内轉子永磁電機為基礎，再加上每個永磁體兩端 p/冉的削弧面及減小齒槽轉矩的結構。本實施例的結構為 二’ ，M=24，f=24 ;根據步驟(q)，計算並選擇永磁 亥對削弧面中的每一個對應的角度範圍在圓周方向的角 又αΡ。而在決疋用以減小齒槽轉矩的結構中，需要用到在 欠磁體媒凹槽時’具削弧面的齒槽轉矩波形與無削弧面的 ，槽轉矩波形的相位差β{)，此相位差β()為〇。。根據步驟(t); 鉍計算可知’可能的凹槽角度位置爲：30。、90。與150。雷 乳角。在考慮對稱性與設置凹槽的方便性後，本實施例選 擇在每個永磁體圓周方向的90。圓弧面位置設置凹槽，而 角度的基準方向為定子中心至相鄰兩永磁體的邊界。 接著考慮凹槽10的槽口寬度wps與槽深hps對永磁電 機之齒槽轉矩的影響，為了能夠顯示出槽口寬度Wps對齒 槽轉矩的影響，以下定義一比數jXSOModpp/K，〗），並以 圖形顯示齒槽轉矩峰值隨Wps/D的變化。 請參閱第十四圖，其為本案所提出之永磁電機之齒槽 轉矩峰值隨凹槽的槽口寬度的第一種變化圖。在第十四圖 中’外轉子永磁電機之定子30的嵌線槽口 6的寬度Wss所 對應的電氣角ass為44。，其中包括四條曲線，分別代表在 不同槽深hPS的凹槽10時，齒槽轉矩峰值隨凹槽10的槽D 見度wps/D的’邊化圖。如圖所示，隨者永磁體8的凹槽1 〇 1343689 * 的槽口寬度Wps之寬度增加，齒槽轉矩的峰值逐漸變小。 當凹槽10的槽口寬度wps=0.73D時，齒槽轉矩的峰值最 小。當凹槽10的槽口寬度wps大於0.73D這個數值後，齒 槽轉矩的峰值將會隨著凹槽10的槽口寬度wps的增大而增 大。當凹槽10的槽口寬度wps= 1.5D時，齒槽轉矩的峰值 將會大於永磁體8無凹槽10時的值，也就是說凹槽10的 設置惡化了齒槽轉矩。隨著凹槽10的槽口寬度wps進一步 增加，當達到約2倍D時，齒槽轉矩的峰值大小又會再次 小於永磁體8無凹槽10時的值。從圖中可以看出，當凹槽 10的槽口寬度wps滿足0.2DS wpsS 1.1D時，齒槽轉矩的 峰值減小得比較明顯。 在第十四圖中也可以看出，當凹槽10的槽深hps越深， 則在wps<l .5D範圍内，齒槽轉矩的峰值也會越小，此說明 凹槽10的槽深hps越深對齒槽轉矩的抑制越強。但是凹槽 10的槽深hps過深對繞組3中反電動勢的影響也會變強， 亦即反電動勢的大小和波形都會受到影響。所以，凹槽10 的槽深hps需要綜合考慮這些因數而選擇一最佳值。 請參閱第十五圖，其為本案所提出之永磁電機之齒槽 轉矩峰值隨凹槽的槽口寬度的第二種變化圖。在第十五圖 中，外轉子永磁電機之定子30的嵌線槽口 6的寬度wss所 對應的電氣角ass為20°，且其中包括兩條曲線，分別代表 在每個永磁體8圓弧面12的兩端無削弧面11時，無凹槽 10的齒槽轉矩峰值與具凹槽10的齒槽轉矩峰值隨凹槽10 的槽口寬度wps/D的變化圖。圖中的變化趨勢與第十四圖 相似，在此不在贅述。 23
Mi： 閱第十六圖，其為本案所提出之永磁電機 ，矩峰值隨凹槽的槽口寬度的第三種變化圖。：:= 中，外轉子女成 任第十/、圖 對應的電氣角α H。定子30的祕槽口6的寬度Wss所 在每個永磁體1其中包括兩條曲線，分別代表 時，益凹枰10的去面2的兩端具一對對稱的削弧面U ”、、钇1〇的齒槽轉矩峰值與具凹槽10 值隨凹槽10的Μγ7 & ώ b 曰]回槽轉矩峰 m㈤曰見度'"，的變化圖。圖中的變化趨執 與弟十四圖相似，在此不在贅述。 化趨勢 比車又第十四圖、第十五圖與第十六 的嵌線槽口 6的*由 虽疋子30 6的足度Wss所對應的電氣角較 、 電機的齒槽轉矩也會較小。 蚪，水磁 本案之特點為：—種永磁電機的轉動結構 =3 κ個突出齒部，並形成κ個嵌線槽部，轉子的表^ 磁體。每個永磁體在圓周方向的圓弧面包 厂凹杓’用以減小齒槽轉矩’每個凹槽的角 自 η 個角度位置 180Mod((2P/K)i-P/f，l), i=；i，2”..,n，1 , n-M/(2P)，Μ為2P與K的最小公倍數，M〇d()為餘數運首 子，f為無該等凹槽時的齒槽轉矩周波數。當永磁體在^ 周方向的兩端包括一對對稱的削弧面時，每個凹槽的角戶 位置選擇自η個角度位置18〇 = Μ_(2 隱)i·驗β〇Ρ/(陶，〇，i=1，2” ·，η，其中，β〇 為在無 該等凹槽時，具削孤面的齒槽轉矩波形與無削弧面的齒槽 轉矩波形的相位差。 綜上所述’本案之永磁電機的轉動結構及減小其齒槽 轉矩的方法確實能達到發明構想所設定的功效。唯，以上 24 1343689 所述者僅為本案之較佳實施例，舉凡熟悉本案技藝之人 士，在爰依本案精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於 以下之申請專利範圍内。 本案得藉由下列圖式之詳細說明，俾得更深入之瞭 解： 【圖式簡單說明】 第一圖：其為第一習用外轉子永磁電機的轉動結構斷面 圖； 第二圖：其為第二習用外轉子永磁電機的轉動結構斷面 圖； 第三圖··其為第三習用外轉子永磁電機的轉動結構斷面 圖； 第四圖：其為第四習用外轉子永磁電機的轉動結構斷面 圖； 第五圖：其為第五習用外轉子永磁電機的轉動結構斷面 圖； 第六圖：本案所提出之永磁電機的轉動結構之第一較佳實 施例的斷面圖； 第七圖：本案所提出之永磁電機的轉動結構之第二較佳實 施例的斷面圖； 第八圖：本案所提出之永磁電機的轉動結構之第三較佳實 施例的斷面圖； 第九圖：其為第一圖、第三圖、第六圖與第八圖所示永磁 電機之齒槽轉矩隨機械角的變化圖； 25 1343689 第十圖：本案所提出之永磁電機的轉動結構之第四較佳實 施例的斷面圖； 第十一圖：其為第二圖、第四圖與第十圖所示永磁電機之 齒槽轉矩隨機械角的變化圖； 第十二圖：本案所提出之永磁電機的轉動結構之第五較佳 貫施例的斷面圖， 第十三圖：其為第二圖、第五圖與第十二圖所示永磁電機 之齒槽轉矩隨機械角的變化圖； 第十四圖：本案所提出之永磁電機之齒槽轉矩峰值隨凹槽 的槽口寬度的第一種變化圖； 第十五圖：本案所提出之永磁電機之齒槽轉矩峰值隨凹槽 的槽口寬度的第二種變化圖；及 第十六圖：本案所提出之永磁電機之齒槽轉矩峰值隨凹槽 的槽口寬度的第三種變化圖。 【圖式符號說明】 8(H、802、803、804、805、806、807、808 ' 810、812 : 永磁電機的轉動結構 30 :定子 40 :轉子 1 =定子鐵心 2 :定子轴 3 :繞組 4 :嵌線槽部 5:突出齒部 26 1343689 6 :嵌線槽口 7:轉子軛部 8 :永磁體 9 :氣隙 10 :凹槽 11 :削弧面 12 :圓弧面 K:嵌線槽部的數量 P:永磁體對的數量 η :角度位置的數量 M : 2Ρ與Κ的最小公倍數 Mod():餘數運算子 f :齒槽轉矩周波數 ass :嵌線槽部的槽口寬度所對應的電氣角 min():最小值運算子 ap :削弧面對應的角度範圍在圓周方向的角度 β〇 :在永磁體無凹槽時，具削弧面的齒槽轉矩波形與無削 弧面的齒槽轉矩波形的相位差 Α1 :第一圖的永磁電機之齒槽轉矩波形 Β1 :第六圖的永磁電機之齒槽轉矩波形 C1 :第三圖的永磁電機之齒槽轉矩波形 D1 :第八圖的永磁電機之齒槽轉矩波形 Α2:第二圖的永磁電機之齒槽轉矩波形 C2:第四圖的永磁電機之齒槽轉矩波形 D2 :第十圖的永磁電機之齒槽轉矩波形 27 1343689
C3 :第五圖的永磁電機之齒槽轉矩波形 D3 :第十二圖的永磁電機之齒槽轉矩波形 wps :凹槽的槽口寬度 hps :凹槽的槽深 D :比數 28