永磁式馬達及其磁鐵的製作方法

2023-05-18 08:52:11 1

專利名稱：永磁式馬達及其磁鐵的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種永磁式馬達；特別是涉及一種可改善振動的永磁 式馬達及其磁鐵。
背景技術：
現今產業界中，常需要提供動力以驅動機械做旋轉、或其它形式的運 動，此時常以馬達作為動力來源；由於馬達可將電能或磁能轉換成為機械 能，故廣泛地應用於各種工業、電器、運輸系統等裝置上，已成為一種不 可或缺的設備。馬達大致可分為直流、交流、有刷、或無刷等型式， 一般而言，馬達 的結構由轉子以及定子所組成，通過轉子及定子間的磁通分布，促使轉子 進行旋轉運動，將此旋轉運動傳導出來之後，便可提供所需的機械能。其 中，利用磁鐵本身具有磁性的特色，加以運用提供磁通者，為永磁式馬達， 由於永磁式馬達可在有限的體積內形成較大的轉矩，效能及精確度亦較 高，故在市場上受到矚目。請參照圖1，表示公知永磁式馬達結構10的立體分解圖，其包含轉子 11以及定子13，轉子11上設置有多個磁鐵111，而定子13則呈環狀結構， 且於內緣上環設有多個極靴131，極靴131上則可繞設有線圈。如圖2的 平面側視圖所示，待轉子11與定子13相互套設之後，轉子11與定子13 之間恰形成氣隙，當線圈通有電流時，由導磁性材質所製成的極靴131上 便生成磁極，通過轉子11的磁鐵111與定子13的極靴131彼此作用，即 產生旋轉運動；請再次參照圖l，轉子11可還具有心軸113，以便在轉子 ll進行旋轉運動時，將機械能傳導出來，供作進一步的使用。然而，公知的永磁式馬達結構IO普遍存在有振動問題，其原因眾多，
若排除工藝上的不良因素，其影響因素可舉例如定子及轉子槽對數的選 用、諧波的產生、及氣隙磁通密度等。其中，諧波會造成通過氣隙的磁通 波形扭曲，不利於馬達順利運轉，換句話說，若氣隙磁通波形越接近正弦 波時，則諧波越小，相對的振動也會越小，反之則振動越大；另夕卜，氣隙 磁通密度的強弱亦影響馬達振動的幅值，氣隙磁通密度越高，振動幅值便 會越大。為了改善振動問題，若採取降低諧波的方式，則可針對定子極靴做變 化，例如削薄極靴的兩側、在極靴表面挖孔等等，以使氣隙磁通的扭曲 變小；或有將轉子表面做變化(讓表面具有呈非正圓的弧形)、或將磁鐵 表面作弧型設計等，其主要目的皆在於讓氣隙磁通密度更接近正弦波。另 外，在改變氣隙磁通密度上所常見的方式有增加氣隙有效長度(例如增 加磁通迴路的路徑，即增加磁阻)、或在定轉子表面增加槽口等。明確地說，公知技術中有改變上述磁鐵lll的材料及形狀，以調整其 磁通密度及增加磁阻者，或有在轉子11上挖設空槽，避免磁短路效應並降低齒形力矩(CoggingTo甲e)者，其皆試圖減少馬達的振動及噪音。因此，轉子11的磁鐵111於配置上發展出多種變化，以具有內藏型 磁鐵lll的轉子ll為例，各種公知實施方式如圖3A 3D所示；其中，圖 3A所示的磁鐵111呈彎曲形狀，圖3B於轉子11上刻有深溝槽115，圖 3C的磁鐵111為矩形，而轉子ll表面且對應於磁鐵lll之間，刻設有淺 溝槽117，圖3D的磁鐵111於朝向轉子11的外表面方向，具有凸面llla 的設計。惟上述的公知設計，仍無法有效改善振動，亦難有效提升效能、 解決轉矩不佳等問題。有鑑於此，提供可大幅減少振動發生的永磁式馬達，乃為此業界亟待 解決的問題。發明內容本實用新型的一 目的在於提供一種永磁式馬達及其磁鐵，通過磁鐵結 構變化，可改變氣隙的磁阻分布，進而降低頓振轉矩、減少馬達振動。
本實用新型的另一 目的在子提供一種永磁式馬達及其磁鐵，通過磁鐵 兩側採內凹弧形設計，能夠減少諧波、使定子與轉子間的磁阻分布更均勻， 俾降低馬達的振動。為達上述目的，本實用新型揭露一種永磁式馬達，上述永磁式馬達包 含定子以及轉子，定子具有環狀結構，且於內側凸設有多個極靴，並定義 出內部空間，轉子設置於定子的內部空間，且具有一外表面與極靴間隔設 置，對應極靴還環設有多個磁鐵，各磁鐵間以第一側面、以及相對於第一 側面的第二側面彼此鄰接設置，其特徵在於，各第一及第二側面具有內凹 面。本實用新型尚揭露一種用於永磁式馬達的磁鐵，上述永磁式馬達具有 極靴，其中，上述磁鐵包含第一表面、第一側面、以及相對於上述第一側 面的第二側面，上述第一表面朝向上述永磁式馬達的極靴設置，其特徵是， 上述第一及第二側面各具有一 內凹面。為讓上述目的、技術特徵、和優點能更明顯易懂，下文以較佳實施例 配合附圖進行詳細說明。


圖1為公知永磁式馬達結構的立體分解圖；圖2為公知的永磁式馬達結構的平面示意圖；圖3A 3D為公知轉子的平面示意圖；圖4A為本實用新型定子的平面示意圖；圖4B為本實用新型較佳實施例的平面示意圖；圖5為本實用新型另一較佳實施例的平面示意圖；圖6A為本實用新型磁鐵的較佳實施例的示意圖；以及圖6B為本實用新型磁鐵的另一較佳實施例的示意圖。主要元件標記說明10 馬達結構 11 轉子200620160529.0說明書第4/6頁111磁鐵llla凸面113心軸115深溝槽117淺溝槽13定子131極靴20氣隙30馬達31轉子311磁鐵313凹陷部33定子331極靴333環狀結構335內部空間337靴頭部41第一表面43第一側面45第二側面弧角具體實施方式
圖4A、 4B所示為本實用新型的永磁式馬達30的平面示意圖，馬達 30包含轉子31以及定子33，請先參照圖4A，所示為定子33的平面示意 圖，其中定子33具有多個極靴331以及環狀結構333，極靴331即凸設於 環狀結構333的內側，並共同定義出內部空間335，以供容置轉子31。進一步地說，如圖4B所示，轉子31具有外表面，當轉子31容置於 定子33的內部空間335時，轉子31的外表面與極靴331為間隔設置，更 明確地說，極靴331與轉子31間具有氣隙20。另外，轉子31對應於上述 這些極靴331環設有多個磁鐵311，依磁鐵311的設置位置，可包含下列 方式，如圖4B所示的內藏型磁鐵(亦即磁鐵311設置於轉子31內部)、 如圖5所示則為表面型磁鐵(亦即磁鐵311貼設於轉子31的外表面上)、 或者是嵌入型磁鐵(圖中未示出，亦即磁鐵311嵌設於轉子31的外表面 上)，皆可用於本實用新型，在此不作限制。本實用新型的磁鐵311如圖6A所示，其包含第一表面41、第一側面 43、以及相對於上述第一側面43的第二側面45，實際上，上述第一表面 41位於朝向極靴331的方向，本實用新型的特徵在於，第一側面43及第 二側面45各具有一內凹面，呈現凹弧形狀。詳細地說，內凹面可定義具 有弧角e，弧角e的大小可配合所欲達到的磁通密度及諧波進行調整，以 改善馬達振動問題，換句話說，通過將磁鐵311的第一側面43及第二側 面45設計為具有弧角e的內凹面，將可得到較佳的磁通分布，進而將使 馬達30的齒形力矩(CoggingTorque)獲得有效改善，經實驗得知，採用 本實用新型的側面內凹型磁鐵311，馬達30的齒形力矩可大幅減少一半以 上。較佳地，弧角6於50度至90度之間具有較佳的效果，更佳為70度 左右。圖6B為本實用新型的磁鐵311的另一實施例，於此實施例中，除了 第一側面43及第二側面45各具有內凹面之外，第一表面41實質上還可 為外凸面，從而亦可具有改善諧波的效果。另外，亦可將磁鐵311兩側進 行削角(圖中未示出)，亦可適當地改善諧波。故通過上述的揭露可知， 本實用新型磁鐵311除第一側面43及第二側面45具有內凹面者之外，尚 可配合其它不同的設計，皆應屬本案權利要求保護的範圍。更詳細地說，請再次參照圖4B及圖5，當多個磁鐵311設置於轉子 31時，以第一側面43、及第二側面45彼此相互鄰接的方向環設排列。特 別地，轉子31的外表面上，且對應各磁鐵311之間的位置上，還包含設 置有多個凹陷部313，從而，可增加部分磁阻，以利於設計形成均勻的磁 阻分布。須說明的是，凹陷部313可為任何形狀，在此不作限制，為配合 不同的磁鐵配置、所欲達成的磁阻分布等需求，可就凹陷部313作局部調 整，以得到較佳的減震效果。另外，轉子31的外表面輪廓亦可不必是正圓形，舉例地說，轉子31 的外表面上，對應於各磁鐵311的位置，還包含多個凸部(圖中未示出)， 亦即轉子的外表面於對應各磁鐵311位置上，局部較為凸起，進而改變氣 隙20的寬度，當運轉時亦有助於抑制馬達30的振動。在配合本實用新型的磁鐵，定子33的極靴331亦可為各種不同形式， 舉例地說，如圖4A所示，極靴331的靴頭部337可還包含磁阻部分，例 如於靴頭部337內設有孔洞、或者在極靴331表面設有'凹槽等，以進一步改變磁通密度。如公知技術所揭露，本實用新型的轉子31於中心處同樣包含轉子軸 (圖中未示出，可一併參照圖1)，使轉子31以轉子軸為中心作旋轉運動，轉子軸可將機械能傳導出來，俾供使用。通過本實用新型所揭露的永磁式馬達及其磁鐵，磁鐵於兩側具有凹面 的設計，可減少諧波、使磁阻均勻分布，進而降低頓振轉矩，有效降低馬達的振動，上述的實施例僅用來例舉本實用新型的實施方式，以及闡釋本實用新 型的技術特徵，並非用來限制本實用新型的保護範疇。任何所屬技術領域 的技術人員可輕易完成的改變或均等性的安排均屬於本實用新型所主張 的範圍，本實用新型的權利保護範圍應以權利要求為準。
權利要求1.一種永磁式馬達，包含定子，具有環狀結構及多個極靴，上述多個極靴凸設於該環狀結構的內側，並定義出內部空間；以及轉子，具有外表面，上述轉子設置於上述內部空間內，且上述轉子的外表面與上述多個極靴間隔設置，上述轉子對應於上述多個極靴還環設有多個磁鐵，其中各上述磁鐵間以第一側面、以及相對於上述第一側面的第二側面彼此鄰接設置；其特徵是，各上述第一及第二側面具有內凹面。
2. 根據權利要求1所述的永磁式馬達，其特徵是上述轉子於中心處還 包含轉子軸，上述轉子沿上述轉子軸旋轉。
3. 根據權利要求1所述的永磁式馬達，其特徵是上述多個磁鐵設置於 上述轉子的內部。
4. 根據權利要求1所述的永磁式馬達，其特徵是上述多個磁鐵嵌設於 上述轉子的外表面上。
5. 根據權利要求1所述的永磁式馬達，其特徵是上述多個磁鐵貼設於 上述轉子的外表面上。
6. 根據權利要求3所述的永磁式馬達，其特徵是上述轉子的外表面上 還包含有多個凹陷部，各上述凹陷部對應設置於各上述磁鐵之間。
7. 根據權利要求1所述的永磁式馬達，其特徵是各上述磁鐵於鄰近上 述極靴處還包含第一表面，上述第一表面為外凸面。
8. 根據權利要求1所述的永磁式馬達，其特徵是上述轉子的外表面上 還包含多個凸部，各上述凸部設置於對應於各上述磁鐵的位置。
9. 根據權利要求1所述的永磁式馬達，其特徵是各上述極靴具有靴頭 部，上述靴頭部還包含磁阻部分。
10. 根據權利要求9所述的永磁式馬達，其特徵是上述磁阻部分為
11. 根據權利要求9所述的永磁式馬達，其特徵是上述磁阻部分為 凹槽。
12. —種用於永磁式馬達的磁鐵，上述永磁式馬達具有極靴，其中， 上述磁鐵包含第一表面、第一側面、以及相對於上述第一側面的第二側面， 上述第一表面朝向上述永磁式馬達的極靴設置，其特徵是，上述第一及第 二側面各具有一內凹面。
13. 根據權利要求12所述的磁鐵，其特徵是上述第一表面為外凸面。
專利摘要本實用新型涉及一種永磁式馬達及其磁鐵，永磁式馬達包含定子以及轉子，定子具有多個極靴，而轉子對應於上述這些極靴，環設有多個磁鐵，各磁鐵的兩側面為內凹面，從而，可改變極靴與磁鐵間的磁通，進而降低永磁式馬達的振動。
文檔編號H02K1/14GK201018324SQ200620160529
公開日2008年2月6日 申請日期2006年11月23日 優先權日2006年11月23日
發明者許孟原 申請人:東元電機股份有限公司