转子的制作方法

本实用新型关于一种转子，尤指一种高结构强度的转子。

背景技术：

一般而言，永磁电机(permanentmagneticelectricmachine)或称永磁马达(permanentmagneticmotor)的结构包括转子(rotor)及定子(stator)，定子设有绕组，转子设有永久型磁铁，借由定子与转子之间产生的磁力相互作用可使转子进行转动。

传统永磁马达多采用花瓣型转子(flower-petal-shapedrotor)的设计，且包含多个槽孔，多个槽孔设置于靠近转子的外径处，以整理磁束，达到提升马达扭矩或者降低顿转扭矩的效果，其中每一槽孔与相邻的另一槽孔之间具有一肋部结构，而肋部结构的宽度直接影响到转子的应力集中。当永磁马达在高转速运行下，例如在15,000rpm的转速下，转子产生离心力使得转子的应力集中上升，造成转子的结构强度下降。而借由肋部结构的设计可抵抗转子于高转速时的离心力，使得转子的应力集中下降，并提升转子结构强度，其中转子的抗离心力强度及转子结构强度随着肋部结构宽度而提升。然而，肋部结构的设计却也容易造成永磁马达的磁路特性下降，导致马达效能的降低。

有鉴于此，实有必要提供一种转子，以解决习知技术所面临的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种转子，其可提升结构强度，更可提升马达的磁路特性及效能，以优化马达整体的特性。

为达前述目的，本实用新型提供一种转子，适用于马达，且转子与马达的定子相匹配，转子包含本体、多个磁铁及多个磁铁容置槽。本体具有中心轴。多个磁铁容置槽设置于本体上且环绕中心轴，每两个相邻的磁铁容置槽相互对称配置，多个磁铁容置槽中的每一个各具有槽体及第一磁障，其中槽体连通第一磁障，并用以容置对应的磁铁。每两个相邻且相互对称配置的磁铁容置槽中的两个第一磁障各具有削弧起点，且两个削弧起点之间形成最短削弧距离。多个削弧起点中的每一个沿第一弧长半径朝向中心轴延伸以定义第一削弧终点，其中第一弧长半径大于或等于0.2倍的该最短削弧距离。

本实用新型提供转子结构，其中第一弧长半径大于或等于0.2倍的最短削弧距离，因此第一弧长半径除以最短削弧距离的数值较大，使得应力集中因子降低，故可提升本实用新型的转子的结构强度。当第一弧长半径除以最短削弧距离越大则转子的结构强度越高，因此在同样结构强度的设计需求，当第一弧长半径增加，则可使最短削弧距离对应适度缩减，即肋部结构的宽度得以缩减，因此本实用新型的转子在提升结构强度的同时，更可提升所应用的马达的磁路特性及效能。

附图说明

图1为本实用新型较佳实施例的马达的结构示意图。

图2a及图2b为图1所示的马达的转子的部分结构示意图。

图3为肋部结构在不同最短削弧距离的数值下，本实用新型的第一弧长半径除以最短削弧距离的数值与应力集中因子的曲线图。

其中附图标记为：

1：马达

2：转子

3：定子

31：中空部

32：间隙

4：本体

41：结构加强部

411：第一侧壁

412：第二侧壁

413：第三侧壁

c：中心轴

z：垂直线

5：磁铁

6：磁铁容置槽

6a：第一磁铁容置槽

6b：第二磁铁容置槽

61：槽体

62：第一磁障

63：第二磁障

64：肋部结构

c：中心轴

d1：最短削弧距离

d2：削弧终点距离

kt：应力集中因子

l1：第一弧长

l2：第二弧长

m1：削弧起点

m2：第一削弧终点

m3：第二削弧终点

o1、o2：模拟圆

r1：第一弧长半径

r2：第二弧长半径

z：垂直线

具体实施方式

体现本实用新型特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本实用新型能够在不同的态样上具有各种的变化，其皆不脱离本实用新型的范围，且其中的说明及图式在本质上当作说明之用，而非用于限制本实用新型。

请参阅图1、图2a及图2b，其中图1为本实用新型较佳实施例的转子应用于马达的结构示意图，图2a及图2b为图1所示的转子的部分结构示意图。如图所示，本实用新型提供一种马达1包含相匹配的转子2及定子3，转子2及定子3的组合采用外定子内转子的方式。于本实施例中，定子3包含中空部31、多个间隙32及多个绕组(未图示)，多个间隙32分别与中空部31相连通，且环绕于中空部31呈对称设置，每一间隙32用以容置多个绕组中对应的一绕组。转子2设置于定子3的中空部31内，其中转子2可例如是由硅钢材料所制成，惟本实用新型不以此为限。且转子2还包含一本体4、多个磁铁5及多个磁铁容置槽6。

本体4具有一中心轴c，中心轴c架构于转子2的中心，在转子2与定子3之间产生的磁力相互作用时，使转子2可以中心轴c为中心转动，且中心轴c亦为马达1实质的中心(几何中心)。每一磁铁5可例如是一长条形柱状的永久磁体，然本实用新型并不以此为限。多个磁铁容置槽6设置于本体4上且环绕中心轴c，相互呈对称设置，每一磁铁容置槽6容置所对应的磁铁5，本实施例中磁铁容置槽6与磁铁5的数量为相同，但本实用新型并不以此为限，而多个磁铁容置槽6的数量可为2n个，其中n为整数，且n大于等于3，借此，转子2可提供2n极数的设计，于此便不再赘述。

本实施例中的磁铁容置槽6的个数以十二个磁铁容置槽6为例，如图1所示，十二个磁铁容置槽6环绕中心轴c呈对称设置且整体排列为六角星形的形状，而六角星形中形成每一角的两个边可由两个相邻且对称的磁铁容置槽6所构成，其中六角星形的两个角中所相邻且对称的两个磁铁容置槽6构成一个磁铁容置槽组(pair)，而本实施例中的十二个磁铁容置槽6共可构成六组(sixpairs)磁铁容置槽组。为了方便描述及易于理解，现将每一磁铁容置槽组的两个磁铁容置槽6分别称为第一磁铁容置槽6a及第二磁铁容置槽6b，且下方叙述以图1上方的一个磁铁容置槽组中的第一磁铁容置槽6a及第二磁铁容置槽6b(如图1虚线框内标示)进行技术描述，本实用新型其他磁铁容置槽组的磁铁容置槽6皆相似，故不再赘述。如图1所示，图中上方的第一磁铁容置槽6a及第二磁铁容置槽6b以垂直于中心轴c的一条垂直线z相邻且对称配置于垂直线z的相对两侧，以本实施例为例，第一磁铁容置槽6a与第二磁铁容置槽6b以垂直线z相邻且对称配置于垂直线z的相对两侧。其他磁铁容置槽组的两个磁铁容置槽6皆以各自对应的垂直于中心轴c的一条垂直线相邻且对称配置于垂直线的相对两侧，故于此不再赘述。

请继续参阅图1、图2a及图2b，每一磁铁容置槽6均包含相连通的一槽体61、一第一磁障62及一第二磁障63。其中，第一磁障62至中心轴c的距离定义为第一磁障-中心轴距离，第二磁障63至中心轴c的距离定义为第二磁障-中心轴距离，且第二磁障-中心轴距离大于第一磁障-中心轴距离，而槽体61两端分别连通第一磁障62及第二磁障63，亦即，槽体61连通于第一磁障62及第二磁障63之间，其中第二磁障63的部分及槽体61用以容置对应的磁铁5。而第一磁铁容置槽6a的第一磁障62与对应的第二磁铁容置槽6b的第一磁障62相邻且对称设置，且第一磁铁容置槽6a的第一磁障62与相邻且对称配置的第二磁铁容置槽6b的第一磁障62之间具有一肋部结构64，且肋部结构64具有一应力集中因子kt，该值与结构强度相关，待后述。

如图2a及图2b所示，根据第一弧长l1的一弯曲角度可模拟出具有相同弯曲角度的一个模拟圆o1(如图2b左方的模拟圆o1所示)，其中模拟圆o1的半径构成第一弧长l1的第一弧长半径r1，其中第一弧长半径r1定义第一磁障62的结构。详细说明，加工时使第一磁障62自一削弧起点m1沿第一弧长半径r1削弧，直至适当位置停止削弧而定义一第一削弧终点m2，而切削的路径定义一第一弧长l1。于本实施例中，每一个第一磁障62结构类似并均具有前述削弧起点m1、第一削弧终点m2及第一弧长l1，且每一个第一磁障62的削弧起点m1与相邻且对称配置的另一个第一磁障62的削弧起点m1之间形成一最短削弧距离d1，其中该最短削弧距离d1为肋部结构64的最短宽度，且该最短削弧距离d1为第一磁铁容置槽6a的第一磁障62与相邻且对称配置的第二磁铁容置槽6b的第一磁障62之间相距的最短距离，亦即，为第一磁铁容置槽6a与相邻且对称配置的第二磁铁容置槽6b之间结构上相距的最短距离。第一削弧终点m2至中心轴c的一距离，小于削弧起点m1至中心轴c的一距离。第一弧长l1位于削弧起点m1及第一削弧终点m2之间，且由对应的削弧起点m1以弧形方式而朝向中心轴c的方向延伸所构成。

请参阅表1及图3，其中表1为本实用新型的肋部结构的不同最短削弧距离的数值与第一弧长半径除以最短削弧距离的数值所对应的应力集中因子的数值对照表，图3为肋部结构在不同最短削弧距离的数值下，本实用新型的第一弧长半径除以最短削弧距离的数值与应力集中因子的曲线图。于表1中，将第一弧长半径r1除以最短削弧距离d1之值可称为比较数值，而表中所示为在不同的比较数值及不同的最短削弧距离d1的情况下，分别所对应的应力集中因子kt的数值表，举例来说，当比较数值为0.1，即代表第一弧长半径r1除以最短削弧距离d1之值为0.1，且当最短削弧距离d1为1mm时，应力集中因子kt为2.49，余此类推。由图3可知，第一磁铁容置槽6a的第一磁障62与相邻且对称配置的第二磁铁容置槽6b的第一磁障62之间的肋部结构64，其应力集中因子kt与第一弧长半径r1除以最短削弧距离d1之值呈一负相关关系趋势，意即，当第一弧长半径r1除以最短削弧距离d1的数值越大，则应力集中因子kt相对越小，代表第一磁铁容置槽6a的第一磁障62与相邻且对称配置的第二磁铁容置槽6b的第一磁障62之间的肋部结构64的应力集中效果越小，故而使得转子2的结构强度相对越大。而相反地，当第一弧长半径r1除以最短削弧距离d1的数值越小，则应力集中因子kt相对越大，代表第一磁铁容置槽6a的第一磁障62与相邻且对称配置的第二磁铁容置槽6b的第一磁障62之间的肋部结构64的应力集中效果越大，故而使得转子2的结构强度相对越小。设计时为了达到转子2结构强度的提升，应降低应力集中因子kt，故应提升第一弧长半径r1除以最短削弧距离d1的数值。于本实施例中，如图3所示，当第一弧长半径r1大于或等于0.2倍的最短削弧距离d1时，应力集中因子kt可有效的下降，并且逐渐收敛至接近1，因此，本实用新型的较佳实施例将第一弧长半径r1设定为大于或等于0.2倍的最短削弧距离d1。

表1本实用新型的肋部结构的不同最短削弧距离的数值与第一弧长半径除以最短削弧距离的数值所对应的应力集中因子的数值对照表

由上可知，本实用新型的转子2具有多个磁铁容置槽6，且每一磁铁容置槽6的第一磁障62具有第一弧长半径r1，且每一磁铁容置槽6与相邻且对称配置的另一个磁铁容置槽6之间具有最短削弧距离d1，其中第一弧长半径r1大于或等于0.2倍的最短削弧距离d1，因此第一弧长半径r1除以最短削弧距离d1的数值较大，使得应力集中因子kt降低，故可提升本实用新型的转子2的结构强度。此外，由于本实用新型的转子2的第一弧长半径r1大于或等于0.2倍的最短削弧距离d1时可提升转子2的结构强度，即代表第一弧长半径r1除以最短削弧距离d1之值大于或等于0.2时则可提升转子2的结构强度，且当第一弧长半径r1除以最短削弧距离d1之值越大则转子2的结构强度越高，因此，在同样结构强度的设计需求，当第一弧长半径r1增加，则可使最短削弧距离d1对应适度缩减，亦即，肋部结构64的宽度得以缩减，代表转子2不需无止尽的提升肋部结构64的宽度，因此本实用新型的转子2在提升结构强度的同时，更可提升所应用的马达1的磁路特性及效能，以优化转子2所应用的马达1整体的特性。

于一些实施例中，为了进一步使得第一磁铁容置槽6a的第一磁障62的第一削弧终点m2与相邻且对称配置的第二磁铁容置槽6b的第一磁障62的第一削弧终点m2之间的肋部结构64的应力集中效果降低，第一磁铁容置槽6a的第一磁障62的第一削弧终点m2与相邻且对称配置的第一磁铁容置槽6b的第一磁障62的第一削弧终点m2之间形成一削弧终点距离d2，其中削弧终点距离d2大于或等于1.2倍的最短削弧距离d1。

如图2a及图2b所示，根据第二弧长l2的弯曲角度可模拟出具有相同弯曲角度的一个模拟圆o2(如图2b右方的模拟圆o2所示)，其中模拟圆o2的半径构成第二弧长l2的第二弧长半径r2，其中第二弧长半径r2定义第一磁障62的结构。详细说明，加工时使第一磁障62自第一削弧终点m2沿第二弧长半径r2削弧，直至适当位置停止削弧而定义一第二削弧终点m3，而切削的路径定义一第二弧长l2。于一些实施例中，每一个第一磁障62均包含前述第二削弧终点m3及第二弧长l2，第二削弧终点m3至中心轴c的一距离，大于前述第一削弧终点m2至中心轴c的距离。其中第二弧长l2位于第一削弧终点m2及第二削弧终点m3之间，且由对应的第一削弧终点m2以弧形方式朝向槽体61的方向延伸所构成。其中第二弧长半径r2的数值可为任意值，但第二弧长半径r2的数值须可实现第一磁铁容置槽6a的第一磁障62的第一削弧终点m2与相邻且对称配置的第二磁铁容置槽6b的第一磁障62的第一削弧终点m2之间的肋部结构64的应力集中，小于第一磁铁容置槽6a的第一磁障62的削弧起点m1与相邻且对称配置的第二磁铁容置槽6b的第一磁障62的削弧起点m1之间的肋部结构64的应力集中；亦即，须使两相邻且对称配置的第一削弧终点m2之间的肋部结构64的应力集中，小于两相邻且对称配置的削弧起点m1之间的肋部结构64的应力集中。

请参阅图2a，于一些实施例中，本体4更对应各磁铁容置槽6分别包含一结构加强部41，结构加强部41位于槽体61及第一磁障62之间，其中结构加强部41的一侧构成抵贴槽体61的一第一侧壁411，结构加强部41的另外两侧则分别构成抵贴第一磁障62的一第二侧壁412及一第三侧壁413。其中第二侧壁412与第一侧壁411相互连接且垂直；此外，第二侧壁412的长度可定义本体4的结构加强部41的宽度，且第二侧壁412的长度，亦即结构加强部41的宽度，需大于或等于1mm，使得磁铁容置槽6可符合冲压加工限制。第三侧壁413的一端与第二侧壁412相互连接，第三侧壁413的另一端与第二削弧终点m3相连接，且第三侧壁413与第一侧壁411相互平行，亦即与第二侧壁412相互垂直。

于一些实施例中，本实用新型的最短削弧距离d1为1.7mm，削弧终点距离d2为2.4mm，第一弧长半径r1为10mm，第二弧长半径r2为1mm，第二侧壁412的长度为1.3mm，而可构成本实用新型的转子2，使得本实用新型的转子2所应用的马达1的电机动能可达到6.1vrms/krpm，且输出转矩可达到43.7nm，最大应力则为350mpa，上述数值相较于传统马达皆大幅改善。

综上所述，本实用新型的转子具有多个磁铁容置槽，且每一磁铁容置槽的第一磁障具有第一弧长半径，且每一磁铁容置槽与相邻且对称配置的另一个磁铁容置槽之间具有最短削弧距离，其中第一弧长半径大于或等于0.2倍的最短削弧距离，因此第一弧长半径除以最短削弧距离的数值较大，使得应力集中因子降低，故可提升本实用新型的转子的结构强度。此外，由于本实用新型的转子的第一弧长半径大于或等于0.2倍的最短削弧距离可提升转子的结构强度，代表第一弧长半径除以最短削弧距离之值大于或等于0.2则可提升转子的结构强度，且当第一弧长半径除以最短削弧距离的值越大则转子的结构强度越高，因此在同样结构强度的设计需求，当第一弧长半径增加，则可使最短削弧距离对应适度缩减，即肋部结构的宽度得以缩减，代表转子不需无止尽的提升肋部结构的宽度，因此本实用新型的转子在提升结构强度的同时，更可提升所应用的马达的磁路特性及效能，以优化转子所应用的马达整体的特性。