具有削弧结构的转子的制作方法
【专利摘要】一种具有削弧结构的转子，用以设置于一马达的定子内，并且包含一转轴、一转子铁芯以及多个扇形磁石。转子铁芯包含多个铁芯部以及多个磁石容置槽，铁芯部彼此连接地一体成形，并且具有一第一圆弧，第一圆弧对应有一第一曲率中心。磁石容置槽为扇形，并开设于该些铁芯部之间，且对应有一第二圆弧，第二圆弧连接于第一圆弧，并且对应有一第二曲率中心，且第二曲率中心相异于第一曲率中心。扇形磁石对应地容置于该些磁石容置槽。
【专利说明】具有削弧结构的转子
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种具有削弧结构的转子，尤其涉及一种转子铁芯具有分别对应于相异圆弧的铁芯部与磁石容置槽，且磁石为扇形的转子。
【背景技术】
[0002]一般而言，不论是工业应用、交通运输或家电设备等，往往都会使用到旋转电机(包含马达与发电机)作为动能的产生源，将电能转换机械能，然后再将所产生的机械能做进一步的应用。马达分为永磁无刷马达及绕线式激磁场马达，相较于绕线式激磁场马达，永磁无刷马达的转子包含永久磁石，可省掉使用碳刷及滑环等设备，因此具有高效率、高功率密度、耐用度较高、体积小、操控性佳及维修容易等优点，故永磁无刷马达已有逐步取代传统绕线式激磁场马达的趋势。
[0003]一般来说，现有的永磁无刷马达包含具有齿槽结构的定子及具有永久磁石的转子，由于定子具有齿槽结构，使得转子在相对定子运转时，转子与定子之间的气隙磁阻会随着位置变化，磁路中的磁通量与能量也随之变化，因而产生转矩链波(torque ripple)的现象，亦即马达的输出转矩随着时间呈现上下起伏的变化。其中，上述的转矩涟波易造成马达在转动速度与位置控制的误差，也容易产生震动与噪音，进而影响马达的转动稳定性。
[0004]现有技术中，用以降低甚至消除转矩涟波的解决方法有二种方法，其一是降低气隙等效磁通的大小。然而，若因为降低顿转转矩而降低气隙等效磁通，将同时导致驱动转矩变小，故此方法鲜少采用；另一是减少磁路等效磁阻相对于旋转角度的变化率，其主要为电枢铁心上用以容纳绕线的齿槽结构，与磁极铁心相对旋转的情况下，致使磁通路径更动，造成磁路等效磁阻的相对变化而产生顿转转矩。
[0005]然而，现有的抑制顿转转矩的作法中，例如降低气隙周围的总等效磁阻变化，其容易有增加制造、组装及检验的成本与时程的问题；而若采用斜向齿槽或斜向磁极的设计，其虽然可抑制振动及噪音，但实务制作的过程中，常有不易绕线而有制作不易的问题，因此，现有的可降低转矩涟波的转子仍具有改善的空间。
【发明内容】
[0006]本发明所欲解决的技术问题与目的:
[0007]有鉴于在现有技术中，由于现有的对降低转矩涟波的转子的设计中，普遍存在有增加制造、组装及检验的成本与时程的问题，以及易产生振动及噪音的问题，因此现有的转子仍具有改善的空间。
[0008]缘此，本发明的主要目的在于提供一种具有削弧结构的转子，其转子铁芯具有多个铁芯部与多个磁石容置槽，且铁芯部对应的圆弧相异于磁石容置槽所对应的圆弧，且转子中所使用的磁石为扇形，藉以改善反电动势并且降低转矩涟波。
[0009]本发明解决问题的技术手段:
[0010]本发明为解决现有技术的问题，所采用的必要技术手段在于提供一种具有削弧结构的转子，用以设置于一马达的定子内，并且包含一转轴、一转子铁芯以及多个扇形磁石。转子铁芯包含多个铁芯部以及多个磁石容置槽，铁芯部彼此连接地一体成形，并且具有一第一圆弧，第一圆弧对应有一第一曲率中心。磁石容置槽为扇形，并开设于该些铁芯部之间，且对应有一第二圆弧，第二圆弧连接于第一圆弧，并且对应有一第二曲率中心，且第二曲率中心相异于第一曲率中心。扇形磁石对应地容置于该些磁石容置槽。
[0011]在上述的具有削弧结构的转子的较佳实施例中，每二该些铁芯部利用一外连接部以及一内连接部而彼此连接，而每一该些磁石容置槽设置于外连接部以及内连接部之间，且外连接部对应于第二圆弧。另外，第一圆弧对应于第一曲率中心具有一第一曲率半径，第二圆弧对应于第二曲率中心具有一第二曲率半径，第二曲率半径为第一曲率半径加上一偏移量，而偏移量介于Omm至IOmm之间。
[0012]在上述的具有削弧结构的转子的较佳实施例中，该些扇形磁石具有一对应于第二圆弧的扇形圆弧，扇形圆弧对应于第一曲率中心具有一定张角，且定张角介于70度至100度之间。另外，转子铁芯为硅钢片，且该些扇形磁石为铁氧体磁石，且每一该些扇形磁石邻近于定子的外边平行于第二圆弧。
[0013]本发明对照现有技术的功效:
[0014]相较于现有技术 ，利用本发明所提供的具有削弧结构的转子，由于转子铁芯具有多个铁芯部与多个磁石容置槽，且铁芯部对应的圆弧相异于磁石容置槽所对应的圆弧，且转子中所使用的磁石为扇形，因而可有效改善反电动势并且降低转矩涟波，进而增加转子的耐用性。另外，本发明的另一功效在于，由于每一铁芯部彼此连接，因此可增加机械结构强度，进而适用于如空调压缩机马达的高转速用途，并可简化工艺，且本发明在制作上也不具有如现有技术的不易绕线的问题。
[0015]以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1显示本发明较佳实施例的具有削弧结构的转子示意图；
[0017]图2显示本发明较佳实施例的扇形磁石示意图；
[0018]图2A显示本发明较佳实施例的扇形磁石设计的反电动势失真模拟示意图；
[0019]图2B显示本发明较佳实施例的扇形磁石设计的转矩涟波模拟示意图；
[0020]图3显示本发明较佳实施例的第一圆弧与第二圆弧示意图；以及
[0021]图3A显示本发明较佳实施例的第一圆弧与第二圆弧的反电动势模拟示意图；以及
[0022]图3B显示本发明较佳实施例的第一圆弧与第二圆弧的转矩模拟示意图。
[0023]其中，附图标记
[0024]100马达
[0025]200、300、400、500 曲线
[0026]I具有削弧结构的转子
[0027]11转轴
[0028]12转子铁芯
[0029]121铁芯部[0030]1211第一圆弧
[0031]122磁石容置槽
[0032]1221第二圆弧
[0033]13扇形磁石
[0034]14外连接部
[0035]15内连接部
[0036]2定子
[0037]Cl圆心
[0038]C2第一曲率中心
[0039]C3第二曲率中心
[0040]Rl第一曲率半径
[0041]R2第二曲率半径
[0042]R3偏移量
[0043]SI扇形圆弧
[0044]S2扇形圆弧
[0045]L削弧路径
[0046]Θ I第一张角
[0047]Θ 2第二张角
【具体实施方式】
[0048]由于本发明所提供的转子中，其组合实施方式不胜枚举，故在此不再一一赘述，仅列举一个较佳实施例来加以具体说明。
[0049]请一并参阅图1至图3B，图1显示本发明较佳实施例的具有削弧结构的转子示意图，图2显示本发明较佳实施例的扇形磁石示意图，图2A显示本发明较佳实施例的扇形磁石设计的反电动势失真模拟示意图，图2B显示本发明较佳实施例的扇形磁石设计的转矩涟波模拟示意图，图3显示本发明较佳实施例的第一圆弧与第二圆弧示意图，图3A显示本发明较佳实施例的第一圆弧与第二圆弧的反电动势模拟示意图，图3B显示本发明较佳实施例的第一圆弧与第二圆弧的转矩模拟示意图。
[0050]如图所示，本发明所提供的具有削弧结构的转子I用以设置于一马达100的定子2内，并且包含一转轴11、一转子铁芯12以及多个扇形磁石13 (图中仅标不一个)。转轴11可于定子2中转动，且其以非导磁材料制成，而非导磁材料是定义为相对导磁系数不大于一，其例如是铜与铅的金属，但不限于上述，而其余属于本领域技术人员都了解的现有技术，因此不再赘述。
[0051]转子铁芯12为硅钢片，但不限于此，而转子铁芯12包含多个铁芯部121 (图中仅标示一个)以及多个磁石容置槽122 (图中仅标示一个)，铁芯部121彼此连接地一体成形，进一步而言，在本发明较佳实施例中，每二该些铁芯部121利用一外连接部14以及一内连接部15而彼此连接，其中外连接部14为外径，内连接部15为内径，亦即本发明转子铁芯12的外径与内径彼此连接，其中，铁芯部121具有一第一圆弧1211。
[0052]磁石容置槽122为扇形，并开设于该些铁芯部121之间，具体而言，每一该些磁石容置槽122设置于外连接部14以及内连接部15之间，也就是说，每一该些磁石容置槽122位于二铁芯部121、外连接部14以及内连接部15之间。另外，磁石容置槽122对应有一第二圆弧1221，且第二圆弧1221系连接于第一圆弧1211，而上述的外连接部14即对应于第二圆弧1221。
[0053]扇形磁石13为铁氧体磁石，并且对应地容置于该些磁石容置槽122 (图中以剖面线表容纳有扇形磁石13,未绘不剖面线表磁石容置槽122),也就是说,扇形磁石13同样对应于第二圆弧1221。另外，本发明较佳实施例所指的扇形磁石13是指其邻近于定子2的外边为弧形，且其弧度是与第二圆弧1221平行，而邻近于转轴11的内边为直线而非有弧度。其中，进一步来说，扇形磁石13 (亦可为磁石容置槽122)可利用定张角设计而成，举例而言，请进一步参阅图2，本发明较佳实施例的设计中，其利用决定第一张角Θ I以及第二张角Θ 2而设计出扇形磁石13 (亦可为磁石容置槽122)，而第一张角Θ I对应于扇形圆弧SI(扇形圆弧S2即为第二圆弧1221)，第二张角Θ 2对应于扇形圆弧S2，而扇形圆弧SI以及扇形圆弧S2都对应于同一圆心Cl (即为图3所示的第一曲率中心C2)。
[0054]此外，请再进一步参阅图2、图2A以及图2B，该些扇形磁石13具有一对应于第二圆弧1221的扇形圆弧S2，扇形圆弧S2对应于圆心Cl (第一曲率中心C2)具有一定张角(SP上述的第二张角Θ 2)，且此定张角介于70度至100度之间，而图中横轴的角度为第二张角Θ 2的角度，由图中可轻易了解到，不同的第二张角Θ 2会有不同的反电动势失真以及转矩涟波，其可视实务中的使用而选择较佳的角度，例如是90度。
[0055]另外，再请进一步参阅图3，本发明较佳实施例的转子I的设计中，在选择完扇形磁石13的第一张角Θ I以及第二张角Θ 2后，可进一步利用偏位量削弧法对转子铁芯12削弧而制成第一圆弧1211以及第二圆弧1221。具体而言,如图3所示,第一圆弧1211系对应有一第一曲率中心C2,且第一圆弧1211对应于第一曲率中心C2具有一第一曲率半径R1，第二圆弧1221对应有一第二曲率中心C3，而第二曲率中心C3相异于第一曲率中心C2，第二圆弧1221对应于第二曲率中心C3具有一第二曲率半径R2。此外，第二曲率半径R2为第一曲率半径Rl加上一偏移量R3,而偏移量R3介于Omm至IOmm之间,其中第一圆弧1211即是以第二曲率中心C3为削弧圆心，以第二曲率半径R2为半径沿削弧路径L进行削弧而形成，因此第一圆弧1211相较于第二圆弧1221而往转轴11的方向内缩。
[0056]请进一步参阅图3A以及图3B，其中，图3A以及图3B的模拟结果中，偏移量R3设定为Omm (亦即不削弧)以及10mm，曲线200以及曲线400就表示偏移量R3为Omm的模拟曲线，而曲线300以及曲线500就表示偏移量R3为IOmm的模拟曲线。由图中可明显了解至IJ，以偏移量R3为Omm进行削弧的话，其不管是反电动势或是转矩涟波的表现，都较以偏移量R3为IOmm进行削弧来得差，因此可得知若以偏移量R3为IOmm进行削弧的话，由于可平均扭力输出，进而达到降低转矩涟波的效。
[0057]综合以上所述，利用本发明所提供的具有削弧结构的转子1，由于转子铁芯12具有多个铁芯部121与多个磁石容置槽122，且铁芯部121对应的圆弧相异于磁石容置槽122所对应的圆弧，且转子I中所使用的磁石为扇形，因而可有效改善反电动势并且降低转矩涟波，进而增加转子的耐用性。另外，本发明的另一功效在于，由于每一铁芯部121彼此连接，因此可增加机械结构强度，进而适用于如空调压缩机马达的高转速用途，并且可简化工艺。[0058]此外，由于第二圆弧1221平行于扇形磁石13外边的圆弧，因此可增强磁力，且具有削弧结构的转子I中，扇形磁石13所形成的硅钢片为全圆形，因而可有效改善现有技术多个硅钢片组成圆形而有组装不易与强度不佳的缺失。
[0059]当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
【权利要求】
1.一种具有削弧结构的转子，用以设置于一马达的定子内，其特征在于，包含: 一转轴； 一转子铁芯，包含: 多个铁芯部，彼此连接地一体成形，并且具有一第一圆弧，该第一圆弧对应有一第一曲率中心；以及 多个磁石容置槽，每一该些磁石容置槽为扇形，并开设于该些铁芯部之间，且对应有一第二圆弧，该第二圆弧系连接于该第一圆弧，并且对应有一第二曲率中心，且该第二曲率中心相异于该第一曲率中心；以及 多个扇形磁石，对应地容置于该些磁石容置槽。
2.根据权利要求1所述的具有削弧结构的转子，其特征在于，每二该些铁芯部利用一外连接部以及一内连接部而彼此连接，而每一该些磁石容置槽设置于该外连接部以及该内连接部之间，且该外连接部对应于该第二圆弧。
3.根据权利要求1所述的具有削弧结构的转子，其特征在于，该第一圆弧对应于该第一曲率中心具有一第一曲率半径，该第二圆弧对应于该第二曲率中心具有一第二曲率半径，该第二曲率半径为该第一曲率半径加上一偏移量。
4.根据权利要求3所述的具有削弧结构的转子，其特征在于，该偏移量介于Omm至IOmm之间。
5.根据权利要求1所述的具有削弧结构的转子，其特征在于，该些扇形磁石具有一对应于该第二圆弧的扇形圆弧，该扇形圆弧对应于该第一曲率中心具有一定张角，且该定张角介于70度至100度之间。
6.根据权利要求1所述的具有削弧结构的转子，其特征在于，该转子铁芯为硅钢片，且该些扇形磁石为铁氧体磁石。
7.根据权利要求1所述的具有削弧结构的转子，其特征在于，每一该些扇形磁石邻近于该定子的外边为平行于该第二圆弧。
【文档编号】H02K1/27GK103944295SQ201310022688
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2013年1月22日 优先权日:2013年1月22日
【发明者】洪联馨, 谢培升, 黄庆智 申请人:东元电机股份有限公司