可降低頓轉轉矩效應並提升效率的永磁同步馬達的製作方法
2023-07-02 15:06:16
可降低頓轉轉矩效應並提升效率的永磁同步馬達的製作方法
【專利摘要】本實用新型是關於一種可降低頓轉轉矩效應並提升效率的永磁同步馬達，其包括一轉子，可轉動地設於定子的內徑間，在轉子周壁內側形成有複數安裝槽組，各安裝槽組具有二個左右對稱配置的磁鐵槽，兩磁鐵槽的內側端之間形成有一間隔，各磁鐵槽內分別容置一永久磁鐵，各磁鐵槽的外側端分別向外彎折延伸形成一空乏區，該空乏區位於對應永久磁鐵的外側；以及一定子，呈環形，結合該轉子以使轉子以可轉動方式設置在該定子之中，在該定子上貫穿形成有一安裝孔，在定子上形成有複數沿徑向排列的定子齒部。該永磁同步馬達能夠提高運轉效率。
【專利說明】可降低頓轉轉矩效應並提升效率的永磁同步馬達
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種永磁同步馬達，尤指一種兼具降低頓轉轉矩效應及減少磁漏 損失效果，使可提升馬達效率的永磁同步馬達。
【背景技術】
[0002] 人類的生活中，各項民生所使用的電子產品，皆有運用到馬達，其中大型的產品如 冷氣機、電冰箱等，而小型的產品如硬碟、光碟機或風扇等。
[0003] 上述裝置皆透過馬達的帶動，使該產品能做出相對應的功效，然而馬達在運轉過 程中，極易因各種因素的幹擾使產生不必要的虛功，而造成馬達運轉過程不夠順暢的原因 很多，「頓轉轉矩」（Cogging Torque)即為其中一個主因。
[0004] 請參閱圖10與圖11，所謂的「頓轉轉矩」是由於轉子中的永久磁鐵與定子齒部之 間的磁吸引力所產生，現有馬達包括一轉子80及一定子90,該轉子80鄰近周緣設有六個永 久磁鐵81且作等角度排列，另該永久磁鐵81是以不同磁極交錯排列，該定子90形成有多 數個定子齒部91，各定子齒部91分別有線圈2纏繞其上，故當線圈有電流經過時，各定子齒 部91會依電流流向而產生相對應的磁極，進而產生磁力線，當磁力線愈密集，即表示定子 齒部91與永久磁鐵81間的磁吸引力愈大，故當定子齒部91與永久磁鐵81正對時，該定子 齒部91與永久磁鐵81的磁力線分步均勻且對稱，此時磁吸引力最大，因此沒有頓轉轉矩產 生，然而當轉子80開始轉動時（如圖8所示逆時鐘方向旋轉），該永久磁鐵81與定子齒部 91之間的吸引力欲維持兩者之間正對型態，故於永久磁鐵81的一端部82與其中一定子齒 部92之間形成部分封閉的磁力線，該磁力線是由永久磁鐵81與定子齒部91之間的磁吸引 力所產生，並進而產生一抵抗力以抵抗該轉子80轉動，此即為頓轉轉矩。。
[0005] 由上述可知，轉子的轉動過程中必定會產生頓轉轉矩現象，故如何降低該頓轉轉 矩的現以降低能量的損耗為相當重要的課題，因此鑑於上述問題，實有必要提出解決方案。 實用新型內容
[0006] 有鑑於前述現有技術的缺點，本實用新型主要目的是提供一種可降低頓轉轉矩 效應並提升效率的永磁同步馬達，主要在於轉子上更改其放置磁鐵的安裝槽組之型態，藉 此可阻擾該定子齒部與永久磁鐵之間的磁力線分布，以提高馬達效率並降低頓轉轉矩的效 應。
[0007] 為達成上述目的所採取的技術手段主要令前述馬達包括：
[0008] 一轉子，可轉動地設於定子的內徑間，在轉子周壁內側形成有複數安裝槽組，各安 裝槽組具有二個左右對稱配置的磁鐵槽，兩磁鐵槽的內側端之間形成有一間隔，各磁鐵槽 內分別容置一永久磁鐵，各磁鐵槽的外側端分別向外彎折延伸形成一空乏區，該空乏區位 於對應永久磁鐵的外側；
[0009] 以及
[0010] 一定子，呈環形，結合該轉子以使轉子以可轉動方式設置在該定子之中，在該定子 上貫穿形成有一安裝孔，在定子上形成有複數沿徑向排列的定子齒部。
[0011] 依上述構造所構成的馬達，由於轉子分別在相鄰的永久磁鐵之間形成空乏區，該 空乏區可阻擾由轉子內部永久磁鐵的磁力線不易回流於轉子內部，除可降低轉子內部永久 磁鐵間之漏磁現象外，並可強迫磁力線流向定子齒部。又因定子齒部是由高導磁性的矽鋼 片所組成，將迫使磁力線更均勻的流向定子齒部，進而使磁力線與定子繞線線圈磁場相互 作用更密切，降低漏磁損失，提升馬達之效率，產生更佳的馬達運轉效能，又因磁力線更均 勻分布的流向定子的齒部，故其定子與轉子之間的磁力線相對較少，使可於起動或運轉時， 因轉子的永久磁鐵吸引定子齒部的磁吸引力分布平均，除可減少於驅動時所產生的頓轉轉 矩現象，亦可於馬達運轉中降低震動與因震動而產生的噪音，如此一來即可達到提升馬達 效率並降低頓轉轉矩效應的目的。
[0012] 經由本實用新型對轉子內部安裝槽組兩端空乏區之安排，將使永磁同步馬達得到 提升馬達效率、降低頓轉轉矩與降低漏磁損失等三個效益，且降低頓轉轉矩將使馬達具有 低震動噪音的效能，降低漏磁損失將可提高馬達運轉效率，因此本實用新型將具有實現節 能減碳與低噪音之功用。
[0013] 前述各安裝槽組的各磁鐵槽的外側端的空乏區分別向轉子周壁內側彎折一角度。
[0014] 前述轉子的永久磁鐵呈圓弧狀或矩形狀。
[0015] 前述馬達為一 6極9槽的永磁同步馬達。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016] 圖1為本實用新型的立體外觀圖示意圖。
[0017] 圖2為本實用新型的正面示意圖。
[0018] 圖3為本實用新型省略永久磁鐵之正面示意圖。
[0019] 圖4為本實用新型根據圖2之局部放大圖。
[0020] 圖5為本實用新型具有磁力線分布情形之正面示意圖。
[0021] 圖6為接續圖5且具有磁力線分布情形之正面操作示意圖。
[0022] 圖7為接續圖6且具有磁力線分布情形之正面操作示意圖。
[0023] 圖8為接續圖7且具有磁力線分布情形之正面操作示意圖。
[0024] 圖9為接續圖8且具有磁力線分布情形之正面操作示意圖。
[0025] 圖10為現有技術之磁力線分布示意圖。
[0026] 圖11為現有技術之轉子偏轉一角度後磁力線分布示意圖。
【具體實施方式】
[0027] 以下配合圖式及本實用新型之較佳實施例，進一步闡述本實用新型為達成預定實 用新型目的所採取的技術手段。
[0028] 請參閱圖1到圖4,本實用新型可降低頓轉轉矩效應並提升效率的永磁同步馬達 包括一轉子10及一定子20。
[0029] 該轉子10為圓形，在轉子10周壁內側形成有複數安裝槽組11，各安裝槽組11具 有二個左右對稱配置的磁鐵槽lla、llb，兩磁鐵槽lla、llb的內側端之間形成有一間隔112 以完全斷開兩磁鐵槽11a、11b，各安裝槽組11的各磁鐵槽11a、lib內分別容置一永久磁鐵 13a、13b、14a、14b。各磁鐵槽11a、lib的外側端分別向外彎折延伸形成一空乏區111，該空 乏區111位於對應永久磁鐵13a、13b、14a、14b的外側。於較佳實施例之中，該轉子10上形 成有6個安裝槽組11，各安裝槽組11中的永久磁鐵13a、13b、14a、14b磁極方向相同，而相 鄰安裝槽組11的永久磁鐵13a、13b、14a、14b的磁極方向為相反，例如：其中一安裝槽組11 的永久磁鐵13a、13b的離心側的磁極為N極，向心側的磁極為S極，而相鄰的另一安裝槽組 11中的永久磁鐵14a、14b的離心側的磁極為S極，向心側的磁極為N極。
[0030] 該定子20為環形並且結合該轉子10,使轉子10以可轉動方式設置在定子之中。 該定子20具有一安裝孔以及複數定子齒部211、212、213、214、215、216、217、218、219。
[0031] 該安裝孔200貫穿形成在定子20上，且容納該轉子10,使轉子可在安裝孔200中 轉動。
[0032] 該複數定子齒部211、212、213、214、215、216、217、218、219形成在定子20上且沿 徑向排列，各定子齒部211、212、213、214、215、216、217、218、219上纏繞有線圈25,使當線 圈25通過電流時能產生一對應的磁力線，進而使該定子齒部21形成一對應的磁極，於本實 施例中，該定子20上形成有9個定子齒部211、212、213、214、215、216、217、218、219，分別是 第1定子齒部211、第2定子齒部212、第3定子齒部213、第4定子齒部214、第5定子齒部 215、第6定子齒部216、第7定子齒部217、第8定子齒部218以及第9定子齒部219。
[0033] 上述各空乏區111分別向轉子10內側略為彎折一角度（如圖4所示）），使該安裝 槽組11可與周壁更為貼近，進而使各永久磁鐵可更貼近轉子10的周壁。
[0034] 上述設於轉子10上的永久磁鐵11可分別為匹配轉子周緣形狀概呈圓弧狀或概呈 矩形狀，於本實施例中使用矩形的永久磁鐵。
[0035] 詳細而言，本實用新型永磁同步馬達為一種6極9槽的永磁同步馬達，6極9槽是 指該馬達的轉子10具有6個安裝槽組11，且定子20具有9個定子齒部211、212、213、214、 215、216、217、218、219。其中，圖5至圖9是該轉子10逆時針旋轉一角度的連續動作圖，且 其上分布有轉子10的各永久磁鐵與定子20的各定子齒部211、212、213、214、215、216、217、 218、219之間的磁力線分布圖。
[0036] 請參閱圖5,令轉子10上的永久磁鐵13a、13b、14a、14b區分為相間排列的第1永 久磁鐵13a、13b與第2永久磁鐵14a、14b，又第1永久磁鐵13正對於第1定子齒部211，第 2永久磁鐵14則位於第2定子齒部212及第3定子齒部213之間，其中，令該第1永久磁鐵 13a、13b外側為N極，內側則為S極，故該第2永久磁鐵14a、14b外側為S極，內側為N極， 如此一來，當第1定子齒部211上的線圈25通電後，利用線圈25上的電流流向使該第1定 子齒部211內徑側為S極，外徑側為N極，因此該第一定子齒部211將對第1永久磁鐵13a、 13b吸引，且磁吸引力最大，故該處的磁通量最大且磁力線分布均勻對稱。
[0037] 請參閱圖6,當第1定子齒部211上的線圈25停止通電，改由第3定子齒部213 上的線圈25通電，則使該第3定子齒部213內徑側為N極，外徑側為S極，該第3定子齒部 213內徑側遂對第2永久磁鐵14a、14b吸弓丨。於吸引過程中，該第1永久磁鐵13a、13b左端 與第2永久磁鐵14a、14b右端的空乏區111正對於該第2定子齒部212,該第1永久磁鐵 13a、13b、第2永久磁鐵14a、14b的兩相對端部與第2定子齒部212之間所形成的磁力線分 布，會因該空乏區111而阻擾磁力線通往第2定子齒部212,使該第2定子齒部212上的磁 力線分布較現有技術中為少，故該處的磁吸引力較小，故第3定子齒部213將吸引第2永久 磁鐵14至正對位置（如圖7所示），亦即其受到的抵抗力（頓轉轉矩）相對地較小，另於此 同時，因第3定子齒部213上的線圈25停止通電，改由第2定子齒部212上的線圈25通電 而使第2定子齒部212內徑側為S極，外徑側為N極，並吸引第1永久磁鐵13至正對位置。
[0038] 請參閱圖8,同樣的於吸引過程中，該第1永久磁鐵13a、13b右端與的另一組第2 永久磁鐵14a、14b左端的空乏區111正對於第1定子齒部211，因而使該處的磁力線分布 較少，從而所形成的磁吸引力也就相對較小，因此該第1永久磁鐵13a、13b受第2定子齒部 212吸引（如圖9所示），其所受抗拒的磁吸引力（頓轉轉矩）也就相對較小，接著停止電 流流經第2定子齒部212上的線圈25,而改流經第1定子齒部211。如此循環控制可讓該 馬達持續轉動，於本實施例中，僅透過第1、第2、第3定子齒部211、212、213以及第1、第2 永久磁鐵13a、13b、14a、14b作為動作說明，實際上第1、第4、第7定子齒部211、214、217為 相對應，第2、第5、第8定子齒部212、215、218為相對應，第3、第6、第9定子齒部213、216、 219為相對應，如此一來，透過轉子10上的安裝槽組11外側之空乏區111可阻擾永久磁鐵 13a、13b、14a、14b 端部磁力線通往定子齒部 211、212、213、214、215、216、217、218、219,進 而使兩組永久磁鐵 13a、13b、14a、14b 間與定子齒部 211、212、213、214、215、216、217、218、 219之間的磁吸引力降低，以此方式降低頓轉轉矩，即可達到降低頓轉轉矩效應的目的，以 提升馬達轉動的效率及減少能量的損耗。
[0039] 以下複數表格分別為本實用新型採用12個永久磁鐵13a、13b、14a、14b的永磁同 步馬達以及現有技術採用6片永久磁鐵的永磁同步馬達，在各種轉速變化或扭力變化下的 功率因子、總和效率、馬達效率以及驅動效率的數值。
[0040] 1.轉速變化
[0041]
【權利要求】
1. 一種可降低頓轉轉矩效應並提升效率的永磁同步馬達，其特徵在於，包括： 一轉子，可轉動地設於定子的內徑間，在所述轉子的周壁內側形成有複數安裝槽組， 各所述安裝槽組具有二個左右對稱配置的磁鐵槽，兩所述磁鐵槽的內側端之間形成有一間 隔，各所述磁鐵槽內分別容置一永久磁鐵，各所述磁鐵槽的外側端分別向外彎折延伸形成 一空乏區，該空乏區位於對應所述永久磁鐵的外側；以及 一定子，呈環形，結合該轉子以使所述轉子以可轉動方式設置在該定子之中，在該定子 上貫穿形成有一安裝孔，在所述定子上形成有複數沿徑向排列的定子齒部。
2. 根據權利要求1所述可降低頓轉轉矩效應並提升效率的永磁同步馬達，其特徵在 於， 各所述安裝槽組的各所述磁鐵槽的外側端的空乏區分別向所述轉子的周壁內側彎折 一角度。
3. 根據權利要求2所述可降低頓轉轉矩效應並提升效率的永磁同步馬達，其特徵在 於， 所述轉子的永久磁鐵呈圓弧狀或矩形狀。
4. 根據權利要求1至3中任一項所述可降低頓轉轉矩效應並提升效率的永磁同步馬 達，其特徵在於， 所述馬達為一 6極9槽的永磁同步馬達。
【文檔編號】H02K1/27GK204118883SQ201420653483
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年11月3日 優先權日:2014年10月21日
【發明者】江瑞安, 邱明總, 江瑞利, 李瑞銘 申請人:開平威寶精密電機有限公司