CN110739785A - 永磁电动机 - Google Patents

Abstract

本发明的永磁电动机包括：一定子，设有复数个绕组；一转子，设有复数个磁铁置放槽及复数个隔磁空槽，该复数个磁铁置放槽包括复数个周向排列的周向磁铁置放槽及复数个幅向设置的幅向磁铁置放槽，各该周向磁铁置放槽与各该幅向磁铁置放槽周向上交替配置，该复数个隔磁空槽接近该磁铁置放槽并分布至该转子的一d轴磁通路径方向。

Description

永磁电动机

技术领域

本发明属于电动机技术领域，特别涉及一种永磁电动机。

背景技术

为了因应如不同转速、负载、效能等需求，一般会通过在转子内的磁铁的不同配置数量、位置或角度变化，来获得所需特性。以中国台湾证书号第129116号来说，即具备弹性变化的特性。但是，该幅向磁铁只提供磁场给单一磁极使用，造成邻近两个磁极间需要有两片幅向磁铁，如此一来，会造成磁铁成本增加。再者，这两片幅向磁铁间有一定距离，造成该磁极的磁极展开角缩小，不利于马达输出特性。

美国专利US8044548揭露在转子内设有复数个周向及幅向磁铁置放槽，复数个周向及幅向磁铁置放槽皆容设有磁铁，例如通过在周向及幅向磁铁置放槽设置不同材质的磁件，在d轴及q轴配置出不同磁通密度或磁化方向。此外，该专利的转子也可设有隔磁空槽，然而该专利的隔磁空槽无法兼顾d轴及q轴磁通路径，其中q轴磁通路径更是被阻断，因此无法同时获得较佳的转速及扭力。

因此，有必要提供一种新颖且具有进步性的永磁电动机，以解决上述的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种永磁电动机，可规划出所欲磁通路径而达预设性能。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

本发明提供一种永磁电动机，包括：一定子，设有复数个绕组；一转子，设有复数个磁铁置放槽及复数个隔磁空槽，该复数个磁铁置放槽包括复数个周向排列的周向磁铁置放槽及复数个幅向设置的幅向磁铁置放槽，各该周向磁铁置放槽与各该幅向磁铁置放槽周向上交替配置，该复数个隔磁空槽接近该磁铁置放槽并分布至该转子的一d轴磁通路径方向。

所述复数个周向磁铁置放槽容设有复数个磁铁，所述复数个幅向磁铁置放槽未容设磁铁。

所述复数个幅向磁铁置放槽容设有复数个磁铁，各该幅向磁铁置放槽中的磁铁位于所述转子的一q轴上，所述复数个周向磁铁置放槽未容设磁铁。

所述复数个磁铁置放槽容设有复数个磁铁，所述复数个周向磁铁置放槽至少部分容设有所述复数个磁铁的一部分，所述复数个幅向磁铁置放槽至少部分容设有该复数个磁铁的一部分。

所述复数个磁铁具有不同的物理特征，该物理特征包括磁铁材质外形及尺寸至少其中一种。

所述复数个磁铁置放槽容设有复数个磁铁，至少其中一该磁铁的形状与容设该磁铁的磁铁置放槽的形状不相同。

所述复数个磁铁置放槽容设有复数个磁铁，所述复数个隔磁空槽分布至接近所述d轴磁通路径方向所指向的所述转子的一外周缘。

所述复数个磁铁置放槽容设有复数个磁铁，相较于所述转子的一外周缘，所述复数个隔磁空槽沿该转子的一q轴磁通路径方向弧延分布且弧口径向朝外。

所述定子的复数个绕组为可调整电流分布的绕组，以调整进入所述转子的一d轴及一q轴的磁通比例。

所述复数个幅向磁铁置放槽容设有复数个磁铁，该复数个磁铁的外端相对于所述转子的一外周缘内缩。

所述转子另包括设于所述复数个幅向磁铁置放槽的外端的肋部。

所述复数个磁铁置放槽容设有复数个磁铁，该复数个磁铁在相邻所述幅向磁铁置放槽之间形成的一磁极展开角小于相邻该幅向磁铁置放槽的中心轴所界定的一磁极角度。

所述定子另包括复数个径向延伸的齿部，所述复数个绕组绕设于所述复数个齿部，所述转子的一外周缘上位于所述磁极展开角一边上的部位相较于该转子的外周缘上位于相邻磁极展开角之间的部位更接近该齿部。

所述转子的一外周缘包括复数个弧段，该复数个弧段的至少其中一者与该转子具有不同中心。

所述复数个磁铁置放槽容设有复数个磁铁，所述转子的外周缘上位于一d轴附近部位设有一内缩面。

所述转子另包括复数个设于相邻所述幅向磁铁置放槽之间的第二磁铁置放槽。

所述复数个第二磁铁置放槽至少其中一者设有至少一磁铁。

所述复数个隔磁空槽包括一沿所述转子的一径向延伸的直槽及位于该直槽两侧的复数个非直线槽，该复数个非直线槽的至少其中一者包括一垂直其中一所述幅向磁铁置放槽的端段及一由该端段朝该转子的径向延伸的直段。

所述复数个幅向磁铁置放槽至少其中一者延伸至相邻二周向磁铁置放槽的相对二端面之间，该二端面完整对应到该幅向磁铁置放槽范围内。

本发明的有益效果是：本发明永磁电动机，可规划出所欲磁通路径而达预设性能，可界定出较佳的隔磁及磁通路径，可兼具输出性能及降低顿转转矩。

附图说明

图1为d轴及q轴位置示意图。

图2为d轴磁通路径示意图。

图3为q轴磁通路径示意图。

图4为电枢反应磁轴偏离示意图。

图5为本发明一较佳实施例的转子结构示意图。

图6为图5的局部放大图。

图7至11为本发明一较佳实施例局部磁铁置放槽配置磁铁的不同态样的示意图。

图12至17为本发明一较佳实施例全部磁铁置放槽配置磁铁的不同态样的示意图，其中图17的定子的相邻齿部末端具有相对较大间距。

图18至20为本发明一较佳实施例另配置第二磁铁置放槽的示意图。

图21为本发明另一较佳实施例示意图，显示隔磁空槽的不同配置。

附图标号：10：定子；11：绕组；12：齿部；13：定子槽；20：转子；21：磁铁置放槽；211：周向磁铁置放槽；212：幅向磁铁置放槽；213：肋部；22：隔磁空槽；221：直槽；222：非直线槽；223：端段；224：直段；23：弧段；24：内缩面；30：磁铁；40：磁通中心轴；50：磁极中心轴；60：余隙；70：第二磁铁置放槽；A：磁极展开角；B：磁极角度；d-axis：d轴；Sd：d轴磁通路径方向；q-axis：q轴；Sq：q轴磁通路径方向。

具体实施方式

以下仅以实施例说明本发明可能的实施态样，然并非用以限制本发明所欲保护的范畴，合先叙明。

请参考图1至6，其显示本发明的一较佳实施例，本发明的永磁电动机1包括一定子10及一转子20。

该定子10设有复数个绕组11。该转子20设有复数个磁铁置放槽21及复数个隔磁空槽22，该复数个磁铁置放槽21包括复数个周向排列的周向磁铁置放槽211及复数个幅向设置的幅向磁铁置放槽212，各该周向磁铁置放槽211与各该幅向磁铁置放槽212周向上交替配置，该复数个隔磁空槽22接近该磁铁置放槽并分布至该转子20的一d轴(d-axis)磁通路径方向Sd。藉此，可规划出所欲磁通路径而达预设性能。

该复数个磁铁置放槽21容设有复数个磁铁30，该复数个周向磁铁置放槽211至少部分容设有该复数个磁铁30的一部分，该复数个幅向磁铁置放槽212至少部分容设有该复数个磁铁30的一部分。在本实施例中，各该磁铁置放槽皆容设有一该磁铁30，具有高效率、高输出特性、顺畅、稳定的效果。然，也可依据不同电动机的性能需求而有不同配置。例如，可仅在该复数个周向磁铁置放槽211的一部或全部容设有复数个磁铁，而该复数个幅向磁铁置放槽212未容设磁铁(如图7、8所示)，以获得较高转速；或可仅在该复数个幅向磁铁置放槽212的一部或全部容设有复数个磁铁，各该幅向磁铁置放槽212中的磁铁位于该转子20的一q轴(q-axis)上，该复数个周向磁铁置放槽211未容设磁铁(如图9、10所示)，以获得较高转速；或可在该复数个幅向磁铁置放槽212的一部分容设有复数个磁铁，且该复数个周向磁铁置放槽211的一部分容设有复数个磁铁(如图11所示)，可让单一转向的电动机具备最小的电枢反应，或者可在该复数个幅向磁铁置放槽212间隔地容设有复数个磁铁，且该复数个周向磁铁置放槽211各容设有一磁铁。当然所有磁铁置放槽可皆未设有磁铁，而成磁阻马达。该复数个磁铁的配置在制造时可选择性地“变极”，以图8为例，该复数个周向磁铁置放槽211中的磁铁30可配置为N-S-N-S…而成8极，也可配置为N-N-S-S…而成4极；在如图9的结构配置中也可选择性地变极为8极或4极。在该复数个周向磁铁置放槽211的数量为4的倍数时即可选择性地“变极”。较佳地，当变极为4极时，在未容设磁铁的幅向磁铁置放槽212中可另外容设导磁材料，使磁通顺畅连续且提升输出性能。

其中，当无电枢反应时，该永磁电动机的一磁通中心轴40位于一磁极中心轴50，当该定子10的绕组11通电后会产生一个磁场，该磁场与该复数个磁铁30的磁场交互作用后，会合成一个新的磁通中心轴40，此为电枢反应造成的影响(图4)，该新的磁通中心轴40会偏离该磁极中心轴50，该复数个隔磁空槽22可以产生磁阻，降低电枢反应所造成的该磁通中心轴40偏离该磁极中心轴50的问题，此时可以最佳化来降低电枢反应，该磁通中心轴40偏离该磁极中心轴50会导致有效磁通降低，造成输出性能降低。

该复数个磁铁30较佳具有相同的物理特征，该物理特征包括磁铁材质外形及尺寸至少其中一者，然，依不同特性需求，该复数个磁铁30也可具有不同的物理特征。例如该复数个磁铁30的材质可以相同或不同、或者可以相同或不同外形尺寸；该复数个磁铁30至少其中一者的形状可以与该复数个磁铁置放槽21相同、或者可以不相同。例如，该复数个幅向磁铁置放槽212至少其中一者延伸至相邻二周向磁铁置放槽211的相对二端面之间，该磁铁30为矩形体而该磁铁30置入该磁铁置放槽21后，该磁铁置放槽21一端仍存在一余隙60(图5)，较佳地该二端面完整对应到该幅向磁铁置放槽212范围内，该余隙60可降低磁场漏磁。

相较于该转子20的外周缘，该复数个隔磁空槽22沿该转子20的一q轴(q-axis)磁通路径方向Sq弧延分布且弧口径向朝外，即该复数个隔磁空槽22朝凹向该周向磁铁置放槽211弧形分布，藉以保留一些q轴磁通路径方向Sq，可兼顾q轴磁通路径方向Sq及降低电枢反应。

该复数个磁铁30的外端可相对于该转子20的外周缘内缩(如图12至17所示)，可降低电枢反应对于磁铁退磁的影响。电枢反应造成的该磁通中心轴40偏离该磁极中心轴50，会造成幅向配置的磁铁30靠近该转子20外周缘的边端磁场增强，若增强的磁场与该幅向配置的磁铁30磁极颠倒，即可能造成磁铁退磁，若增强的磁场与该幅向配置的磁铁30磁极相同，即可能造成磁路饱和，此两种配置都会影响磁通的分布。

该定子10的复数个绕组11为可调整电流分布的绕组，藉以调整进入该转子20的一d轴及一q轴的磁通比例。通过调整进入该转子20的d轴及q轴的磁通比例，该磁通中心轴40因电枢反应偏离该磁极中心轴50的偏移量即可被调整，代表有效磁通可以被调整，也就代表该永磁电动机的输出性能可以被调整。例如，通过调整绕组的电流，可预先补偿电枢反应所造成的磁通中心轴的偏移量，使该磁通中心轴40与该磁极中心轴50重叠，有效磁通较大，输出性能提升。

该复数个幅向磁铁置放槽212可直接开放于该转子20的外周缘(如图1至12所示)，方便制造及置放该磁铁30，幅向配置的磁铁30也可与该幅向磁铁置放槽212齐平或内缩一距离。然，该转子20可另包括设于该复数个幅向磁铁置放槽212的外端的肋部213(如图13至17所示)、或幅向磁铁置放槽未完全贯穿开放于该转子的外周缘，增加该转子20的结构强度且避免该磁铁30因离心力而脱离，该肋部213可与该转子20的外周缘齐平或内缩一距离。

该定子10另包括复数个径向延伸的齿部12，该复数个绕组11绕设于该复数个齿部12。该定子10另包括复数个容设该复数个绕组11的定子槽13，该定子槽13的槽开口可呈颈缩状，该定子槽13的槽开口宽度与漏磁量成负相关，以图14及图17为例，图14的槽开口宽度较小，漏磁量较大，磁通量较小；图17的槽开口宽度较大，漏磁量较小，磁通量较大。该复数个磁铁30在相邻幅向磁铁置放槽212之间形成的一磁极展开角A小于相邻幅向磁铁置放槽212的中心轴所界定的一磁极角度B。每一磁极的磁通可以通过该定子10的齿部12短路到相邻磁极，造成漏磁，该短路磁通无法跟该定子10的绕组11产生的磁通交互作用，导致有效磁通降低，影响输出性能，因此，较佳地该磁极展开角A越小，泄漏磁通越小。较佳地，该转子20的外周缘上位于该磁极展开角A一边上的部位相较于该转子20的外周缘上位于相邻磁极展开角A之间的部位更接近该齿部12，可降低顿转转矩。

该转子20的外周缘可包括一个或多个偏心弧段(如图14至17所示)或直线段，使该转子20与该定子10间的气隙产生渐进式的增加及减少，进而可以让交链磁通产生渐进式的增加及减少，可降低顿转转矩。以图15为例，该转子20的外周缘包括复数个弧段23，该复数个弧段23的至少其中一者(较佳为全部)与该转子20具有不同中心。然，该转子的外周缘可包括一个或多个同心弧段。

该转子20的外周缘上位于d轴附近部位可设有一内缩面24(图16)。该转子20的外周缘上位于该d轴或该磁极中心轴50附近是该磁极磁通最强的位置，为会产生顿转转矩较大的位置，适度地在此位置设置该内缩面24可增加一些气隙来增加磁阻可以降低顿转转矩。

请再配合参考图18至20，该转子20可另包括复数个设于相邻幅向磁铁置放槽212之间的第二磁铁置放槽70。该复数个第二磁铁置放槽70至少其中一者设有至少一磁铁30，可增加主磁极磁通，提高扭力。部分或全部的相邻幅向磁铁置放槽212之间设有该第二磁铁置放槽70皆可，部分或全部的第二磁铁置放槽70设有该磁铁皆可，该复数个第二磁铁置放槽70可为单层配置(如图18及19)或多层配置(如图20)。

在如图21所示的其他实施例中，该复数个隔磁空槽22分布至接近该d轴磁通路径方向Sd(参图2)所指向的该转子20的外周缘。例如，该复数个隔磁空槽22的末端皆接近该转子20的外周缘且沿该转子20的外周缘弧形分布，可将电枢反应降到最低。

在上述所有实施例中，以图5及6为例说明，该复数个隔磁空槽22括一沿该转子20的一径向延伸的直槽221及位于该直槽221两侧的复数个非直线槽222，该复数个非直线槽222的至少其中一者包括一垂直其中一该幅向磁铁置放槽212的端段223及一由该端段223朝该转子20的径向延伸的直段224，可界定出较佳的隔磁及磁通路径，可兼具输出性能及降低顿转转矩。然，该隔磁空槽也可为斜直槽、弧槽或其他型态。

Claims (19)

1.一种永磁电动机，其特征在于，它包括：

一定子，设有复数个绕组；

一转子，设有复数个磁铁置放槽及复数个隔磁空槽，该复数个磁铁置放槽包括复数个周向排列的周向磁铁置放槽及复数个幅向设置的幅向磁铁置放槽，各该周向磁铁置放槽与各该幅向磁铁置放槽周向上交替配置，该复数个隔磁空槽接近该磁铁置放槽并分布至该转子的一d轴磁通路径方向。

2.如权利要求1所述的永磁电动机，其特征在于，所述复数个周向磁铁置放槽容设有复数个磁铁，所述复数个幅向磁铁置放槽未容设磁铁。

3.如权利要求1所述的永磁电动机，其特征在于，所述复数个幅向磁铁置放槽容设有复数个磁铁，各该幅向磁铁置放槽中的磁铁位于所述转子的一q轴上，所述复数个周向磁铁置放槽未容设磁铁。

4.如权利要求1所述的永磁电动机，其特征在于，所述复数个磁铁置放槽容设有复数个磁铁，所述复数个周向磁铁置放槽至少部分容设有所述复数个磁铁的一部分，所述复数个幅向磁铁置放槽至少部分容设有该复数个磁铁的一部分。

5.如权利要求4所述的永磁电动机，其特征在于，所述复数个磁铁具有不同的物理特征，该物理特征包括磁铁材质外形及尺寸至少其中一种。

6.如权利要求1所述的永磁电动机，其特征在于，所述复数个磁铁置放槽容设有复数个磁铁，至少其中一该磁铁的形状与容设该磁铁的磁铁置放槽的形状不相同。

7.如权利要求1所述的永磁电动机，其特征在于，所述复数个磁铁置放槽容设有复数个磁铁，所述复数个隔磁空槽分布至接近所述d轴磁通路径方向所指向的所述转子的一外周缘。

8.如权利要求1所述的永磁电动机，其特征在于，所述复数个磁铁置放槽容设有复数个磁铁，相较于所述转子的一外周缘，所述复数个隔磁空槽沿该转子的一q轴磁通路径方向弧延分布且弧口径向朝外。

9.如权利要求8所述的永磁电动机，其特征在于，所述定子的复数个绕组为可调整电流分布的绕组，以调整进入所述转子的一d轴及一q轴的磁通比例。

10.如权利要求1所述的永磁电动机，其特征在于，所述复数个幅向磁铁置放槽容设有复数个磁铁，该复数个磁铁的外端相对于所述转子的一外周缘内缩。

11.如权利要求1所述的永磁电动机，其特征在于，所述转子另包括设于所述复数个幅向磁铁置放槽的外端的肋部。

12.如权利要求1所述的永磁电动机，其特征在于，所述复数个磁铁置放槽容设有复数个磁铁，该复数个磁铁在相邻所述幅向磁铁置放槽之间形成的一磁极展开角小于相邻该幅向磁铁置放槽的中心轴所界定的一磁极角度。

13.如权利要求12所述的永磁电动机，其特征在于，所述定子另包括复数个径向延伸的齿部，所述复数个绕组绕设于所述复数个齿部，所述转子的一外周缘上位于所述磁极展开角一边上的部位相较于该转子的外周缘上位于相邻磁极展开角之间的部位更接近该齿部。

14.如权利要求1所述的永磁电动机，其特征在于，所述转子的一外周缘包括复数个弧段，该复数个弧段的至少其中一者与该转子具有不同中心。

15.如权利要求1所述的永磁电动机，其特征在于，所述复数个磁铁置放槽容设有复数个磁铁，所述转子的外周缘上位于一d轴附近部位设有一内缩面。

16.如权利要求1所述的永磁电动机，其特征在于，所述转子另包括复数个设于相邻所述幅向磁铁置放槽之间的第二磁铁置放槽。

17.如权利要求16所述的永磁电动机，其特征在于，所述复数个第二磁铁置放槽至少其中一者设有至少一磁铁。

18.如权利要求1所述的永磁电动机，其特征在于，所述复数个隔磁空槽包括一沿所述转子的一径向延伸的直槽及位于该直槽两侧的复数个非直线槽，该复数个非直线槽的至少其中一者包括一垂直其中一所述幅向磁铁置放槽的端段及一由该端段朝该转子的径向延伸的直段。

19.如权利要求1至18中任一项所述的永磁电动机，其特征在于，所述复数个幅向磁铁置放槽至少其中一者延伸至相邻二周向磁铁置放槽的相对二端面之间，该二端面完整对应到该幅向磁铁置放槽范围内。

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