[go: up one dir, main page]

TWI619331B - 磁通切換式永磁馬達 - Google Patents

磁通切換式永磁馬達 Download PDF

Info

Publication number
TWI619331B
TWI619331B TW105130769A TW105130769A TWI619331B TW I619331 B TWI619331 B TW I619331B TW 105130769 A TW105130769 A TW 105130769A TW 105130769 A TW105130769 A TW 105130769A TW I619331 B TWI619331 B TW I619331B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
motor
stator
permanent magnet
rotor
poles
Prior art date
Application number
TW105130769A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201713007A (zh
Inventor
李正隆
莊子賢
Original Assignee
奈美電子股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 奈美電子股份有限公司 filed Critical 奈美電子股份有限公司
Publication of TW201713007A publication Critical patent/TW201713007A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI619331B publication Critical patent/TWI619331B/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/14—Stator cores with salient poles
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/17—Stator cores with permanent magnets
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/24—Rotor cores with salient poles ; Variable reluctance rotors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)

Abstract

本發明係揭露一種磁通切換式永磁馬達，其包含馬達定子及馬達轉子。馬達定子具有十二定子齒極，定子齒極中插設永久磁鐵，定子齒極之一面的磁性與相鄰之定子齒極之一面的磁性相同。馬達轉子具有十轉子極。其中，馬達定子及馬達轉子符合特定條件。

Description

磁通切換式永磁馬達
本發明是有關於一種馬達，特別是有關於一種磁通切換式永磁馬達。
時下高效率的馬達中，俗稱為同步磁阻馬達，已有ABB公司出廠上市各機種產品。這種馬達完全不需要磁鐵卻具有相當高的效率，可達IE4的工業規範，不過達到90%效率的最低馬達容量也需要7.5KW以上，這對於功率在1KW以內的中小容量馬達產品之節能，似乎助益並不大。
ABB公司持續發展更具效能的「永磁輔助同步磁阻馬達」，這種馬達並不需要稀釷類的永久磁鐵，卻具有極高的效率，可達到IE5的水平規範。然而在許多自動化或極需提升續航力的電動載具領域，經常面臨著低速轉矩不足且效率仍然有待加強的問題，在既有的高效率馬達中，似乎很難找到這類馬達。
反觀，另一款相當另類的馬達設計概念卻異軍突起，其源自「切換式磁阻馬達」的定轉子結構設計，近年來更結合了「雙凸極永磁馬達」的優越特性。
承上所述，該馬達保留着「切換式磁阻馬達」以及「雙凸極永磁馬達」優越的性能，其轉部可不存在任何永久磁鐵，形狀結構類似於「切換式磁阻馬達」的轉子，故於相當惡劣的工作環境，譬如工作於攝氏600度時，不需 耽憂轉子會有故障或永久磁鐵會消磁的問題。又由於其擷取「雙凸極永磁馬達」的優點，具備了「傳統永磁同步馬達」優異的特性外，定部中內置的永久磁鐵亦易於散熱，定部中永久磁鐵消磁的問題也可間接排除。
然，其雖具備上述之優點，該馬達的特性及設計卻仍停留在學術探研，距離產業界可應用的目標仍存在着一道鴻溝，而無法據以實行。
有鑑於上述習知之問題，本發明的目的在於提供一種磁通切換式永磁馬達，用以解決習知技術中所面臨之問題。
基於上述目的，本發明係提供一種磁通切換式永磁馬達，其包含馬達定子及馬達轉子。馬達定子具有十二定子齒極，各定子齒極中插設永久磁鐵，各定子齒極之一面與相鄰之定子齒極對應之一面所對應永久磁鐵之磁性相同，相鄰之二定子齒極間距有齒槽。馬達轉子具有十轉子極。其中，馬達定子與馬達轉子係符合下列條件式： b i =0.1545T s ；S =R si /R so =0.618；b p =0.4045T s ；以及b h =0.5T s ；其中，bm為永久磁鐵之厚度，bt為不包含永久磁鐵之定子齒極之1/2寬度，bs為齒槽之寬度，bi為定子齒極之定子軛之厚度，bp為轉子極之寬度，bh為轉子極之高度，Rsi為馬達定子之內徑，Rso為馬達定子之外徑，S為馬達定子之內外徑比，Ts為定子齒極之齒槽節距。
較佳地，各定子齒極可以定子軛連結，各定子軛分別對應齒槽。
較佳地，永久磁鐵對應定子軛之部分可以非導磁性材料替換。
較佳地，馬達定子與馬達轉子之間可具有氣隙。
較佳地，氣隙之寬度可為馬達定子之內徑減掉馬達轉子之外徑。
承上所述，本發明之磁通切換式永磁馬達藉由12個定子齒極及10個轉子極，並於定子齒極中插入永久磁鐵的結構設計，使得本發明之磁通切換式永磁馬達可簡化習知馬達之繁雜設計，且可有效降低習知馬達之頓轉矩及轉矩漣波。
110‧‧‧馬達定子
111‧‧‧定子齒極
112‧‧‧齒槽
113‧‧‧定子軛
120‧‧‧馬達轉子
121、121’‧‧‧轉子極
130‧‧‧永久磁鐵
131‧‧‧永久磁鐵對應定子軛之部分
第1圖係為本發明之磁通切換式永磁馬達之結構示意圖。
第2圖係為本發明之磁通切換式永磁馬達之單一模組示意圖。
第3圖係為本發明之磁通切換式永磁馬達之磁力線分布圖。
第4圖係為本發明之磁通切換式永磁馬達之相反電動勢之波形圖。
第5圖係為本發明之磁通切換式永磁馬達之電磁轉矩波形圖。
為利瞭解本發明之特徵、內容與優點及其所能達成之功效，茲將本發明配合圖式，並以實施例之表達形式詳細說明如下，而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本發明實施後之真實比例與精準配置，故不應就所附之圖式的比例與配置關係解讀、侷限本發明於實際實施上的權利範圍。
本發明之優點、特徵以及達到之技術方法將參照例示性實施例及所附圖式進行更詳細地描述而更容易理解，且本發明或可以不同形式來實現， 故不應被理解僅限於此處所陳述的實施例，相反地，對所屬技術領域具有通常知識者而言，所提供的實施例將使本揭露更加透徹與全面且完整地傳達本發明的範疇，且本發明將僅為所附加的申請專利範圍所定義。
請參閱第1及2圖；第1圖係為本發明之磁通切換式永磁馬達之結構示意圖；第2圖係為本發明之磁通切換式永磁馬達之單一模組示意圖。如圖所示，本發明之磁通切換式永磁馬達，其包含馬達定子110及馬達轉子120。其中，馬達定子110係環繞馬達轉子120。
續言之，馬達定子110具有十二個定子齒極111，每一個定子齒極111中插設永久磁鐵130，各定子齒極111之一面與相鄰之定子齒極111對應之一面所對應永久磁鐵130之磁性相同，相鄰之二定子齒極111間距有齒槽112。馬達轉子120具有十個轉子極121。其中，定子齒極111可由矽鋼片製成。
其中，馬達定子110與馬達轉子120符合下列條件式：
b i =0.1545T s (2)
S =R si /R so =0.618 (3)
b p =0.4045T s (4)
b h =0.5T s (5)
其中，上述之bm為永久磁鐵之厚度，bt為不包含永久磁鐵之定子齒極之1/2寬度，bs為齒槽之寬度，bi為定子齒極之定子軛之厚度，bp為轉子極之寬度，bh為轉子極之高度，Rsi為馬達定子之內徑，Rso為馬達定子之外徑，S為馬達定子之內外徑比，Ts為定子齒極之齒槽節距。
如第1圖所示，定子齒極111與定子齒極111之間除了具有齒槽112之外，更具有定子軛113，各定子軛113便分別對應齒槽112，且連結相鄰的定子齒極111。
更進一步地，如第2圖所示，永久磁鐵對應定子軛之部分131可以非導磁性材料替換，永久磁鐵對應定子軛之部分131的厚度不可大於定子軛113之厚度。
此外，馬達定子110與馬達轉子120之間可具有氣隙；氣隙之寬度可為馬達定子110之內徑減掉馬達轉子120之外徑。
復請參閱第1圖，各定子齒極111具有線圈纏繞，12個定子齒極111分為A、B、C三相，每相包含4個定子齒極111，而線圈亦對應具有三相，各相線圈纏繞對應相之4個定子齒極111，而該相定子齒極111之線圈可相互串聯或並聯；較佳地，高壓時可採用串聯方式，低壓則採用並聯方式，並可視需求變更線圈匝數。
請參閱第3圖，其係為本發明之磁通切換式永磁馬達之磁力線分布圖。本發明之磁通切換式永磁馬達係令12/10 FSPM馬達外直徑為60mm，每相線圈電流為3.536安培(峰值為5安培)，定子齒極每齒極繞以30匝，積厚30mm，並依條件式(1)至(5)之設計，讓馬達工作運轉於額定負載下，利用maxwell有限元素電磁分析軟體運轉於1200轉/每分鐘時，模擬所得之磁力線分佈狀態(如第3圖所示)。
續言之，第3圖(a)中轉子極121’位置在0°，其對應定子齒極之面積為最大，進而正磁通量最大；第3圖(b)中轉子極121’位置在9°，其未對應定子齒極，進而磁通量為0；第3圖(c)中轉子極121’位置在18°，其對應定子齒極另一 部分之面積為最大，進而負磁通量最大；第3圖(d)中轉子極121’位置在27°，其未對應定子齒極，進而磁通量為0。由此可知，轉子極121在機械角度變換中，每經過36°磁通量便產生一循環，進而機械角度9°所對應之電角度係為90°。其中，顏色紅色至綠色表示磁通量強度強至弱，紅色最強，綠色最弱。
請參閱第4圖，其係為本發明之磁通切換式永磁馬達之相反電動勢之波形圖。本發明之S為0.618，其所對應之相反電動勢如第圖(a)所示；而，第4圖(b)所示為S=0.37時，相反電動勢之波形將含有多次低高次諧波，與(a)相較具有明顯的嚴重失真情況；而，當改變設計使S為0.6285時，相反電動勢之波形圖較接近第4圖(c)；進而可知接近本發明所定義之馬達定子與馬達轉子之設計時，相反電動勢之波形將會較接近正弦基波。
請參閱第5圖，其係為本發明之磁通切換式永磁馬達之電磁轉矩波形圖。本發明係S設定為0.618，其於1200轉/每分鐘時模擬所得之電磁轉矩波形如第5圖(a)所示，其模擬所得之平均電磁轉矩為3.2349Nm；而，S為0.37時，其於1200轉/每分鐘時模擬所得之電磁轉矩波形如第5圖(b)所示，其模擬所得之平均電磁轉矩為2.7018Nm，明顯降低了16.48%，且電磁轉矩漣波亦明顯增加了許多；若再將S改為0.6285時，馬達定、轉子結構維持不變，同樣運轉於額定負載下，於1200轉/每分鐘時模擬所得之電磁轉矩波形如第5圖(c)所示，模擬所得之平均電磁轉矩為3.0231Nm，平均電磁轉矩僅降低了6.55%，且電磁轉矩漣波有些微改善。
續言之，因為S=0.6285較接近條件式(3)之設計，所以平均電磁轉矩僅降低了6.55%，而電磁轉矩漣波也有了些微的改善。反之，當S=0.37時，偏 離條件式(3)之設計較多，進而平均電磁轉矩將大幅降低16.48%，而其電磁轉矩漣波亦明顯增加了許多。
承上所述，本發明之磁通切換式永磁馬達藉由12個定子齒極及10個轉子極，並於定子齒極中插入永久磁鐵的結構設計，使得本發明之磁通切換式永磁馬達可簡化習知馬達之繁雜設計，且可有效降低習知馬達之頓轉矩及轉矩漣波。
以上所述之實施例僅係為說明本發明之技術思想及特點，其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本發明之內容並據以實施，當不能以之限定本發明之專利範圍，即大凡依本發明所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本發明之專利範圍內。
110‧‧‧馬達定子
111‧‧‧定子齒極
112‧‧‧齒槽
113‧‧‧定子軛
120‧‧‧馬達轉子
121‧‧‧轉子極
130‧‧‧永久磁鐵

Claims (5)

  1. 一種磁通切換式永磁馬達，其包含：一馬達定子，係具有十二定子齒極，各該定子齒極中插設一永久磁鐵，各該定子齒極之一面與相鄰之該定子齒極對應之一面所對應該永久磁鐵之磁性相同，相鄰之二該定子齒極間距有一齒槽；以及一馬達轉子，係具有十轉子極；其中，該馬達定子與該馬達轉子係符合下列條件式： b i =0.1545T s ；S =R si /R so =0.618；b p =0.4045T s ；以及b h =0.5T s ；其中，bm係為該永久磁鐵之厚度，bt係為不包含該永久磁鐵之該定子齒極之1/2寬度，bs係為該齒槽之寬度，bi係為該定子齒極之一定子軛之厚度，bp係為該轉子極之寬度，bh係為該轉子極之高度，Rsi係為該馬達定子之內徑，Rso係為該馬達定子之外徑，S係為該馬達定子之內外徑比，Ts係為該定子齒極之齒槽節距。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之磁通切換式永磁馬達，其中各該定子齒極係以該定子軛連結，各該定子軛係分別對應該齒槽。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之磁通切換式永磁馬達，其中該永久磁鐵對應該定子軛之部分係以非導磁性材料替換。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之磁通切換式永磁馬達，其中該馬達定子與該馬達轉子之間係具有一氣隙。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之磁通切換式永磁馬達，其中該氣隙之寬度係為該馬達定子之內徑減掉該馬達轉子之外徑。
TW105130769A 2015-09-23 2016-09-23 磁通切換式永磁馬達 TWI619331B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201562222479P 2015-09-23 2015-09-23
US62/222,479 2015-09-23

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201713007A TW201713007A (zh) 2017-04-01
TWI619331B true TWI619331B (zh) 2018-03-21

Family

ID=58385585

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW105130769A TWI619331B (zh) 2015-09-23 2016-09-23 磁通切換式永磁馬達

Country Status (2)

Country Link
TW (1) TWI619331B (zh)
WO (1) WO2017050267A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI842530B (zh) * 2023-05-16 2024-05-11 國立高雄科技大學 三相軸向磁通切換馬達

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI668942B (zh) * 2017-11-02 2019-08-11 財團法人金屬工業研究發展中心 微水力發電機
CN111224478B (zh) * 2020-02-17 2021-05-11 南京航空航天大学 一种永磁削极磁通反向电机

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050156475A1 (en) * 2002-05-24 2005-07-21 Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. PMBDCM and two phase SRM motor, two phase SRM rotor and stator, and coil wrap for PMBDCM and SRM motors
TWM327601U (en) * 2007-05-25 2008-02-21 Azure Shine Int Inc Brushless permanent magnet motor with non-uniform widths of gear slot
TWI403075B (zh) * 2010-11-23 2013-07-21 Ind Tech Res Inst 軸向磁通薄型馬達定子盤的結構
TWI442672B (zh) * 2007-06-27 2014-06-21 Brooks Automation Inc 具有提升能力及降低頓轉特性的馬達

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009084938A1 (en) * 2007-12-28 2009-07-09 Ventspils Augstskola Bicycle generator
CN101697431B (zh) * 2009-10-21 2011-07-27 南京航空航天大学 多齿容错永磁磁通切换电机及其容错方法
CN102290883B (zh) * 2011-08-26 2013-07-10 东南大学 一种带容错齿的冗余励磁双电枢绕组多相磁通切换型电机
CN103825380B (zh) * 2014-02-21 2016-08-17 东南大学 一种低齿槽转矩磁通切换永磁电机

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050156475A1 (en) * 2002-05-24 2005-07-21 Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. PMBDCM and two phase SRM motor, two phase SRM rotor and stator, and coil wrap for PMBDCM and SRM motors
TWM327601U (en) * 2007-05-25 2008-02-21 Azure Shine Int Inc Brushless permanent magnet motor with non-uniform widths of gear slot
TWI442672B (zh) * 2007-06-27 2014-06-21 Brooks Automation Inc 具有提升能力及降低頓轉特性的馬達
TWI403075B (zh) * 2010-11-23 2013-07-21 Ind Tech Res Inst 軸向磁通薄型馬達定子盤的結構

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI842530B (zh) * 2023-05-16 2024-05-11 國立高雄科技大學 三相軸向磁通切換馬達

Also Published As

Publication number Publication date
WO2017050267A1 (zh) 2017-03-30
TW201713007A (zh) 2017-04-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101820192B (zh) 混合励磁型永磁磁通切换电机
CN105790456B (zh) 一种三相混合励磁磁通切换电机结构
CN101699713B (zh) 转子分段式磁通切换电机及其提高反电势正弦度的方法
CN106972722B (zh) 轴向分段定子交替极永磁同步电机
CN105207436B (zh) 一种环形轭部电枢绕组高功率密度混合励磁永磁电动机
CN104821668B (zh) 一种定子永磁型电机
CN103222165B (zh) 三相永磁伺服电动机
Chen et al. A V-shaped PM vernier motor with enhanced flux-modulated effect and low torque ripple
CN105186749B (zh) 一种环形轭部双绕组混合励磁永磁电动机
CN204442139U (zh) 永磁型同步磁阻电机及压缩机
TWI619331B (zh) 磁通切換式永磁馬達
CN103915926B (zh) 一种永磁体为三角梯形的永磁同步电机转子结构
TWI618332B (zh) 磁通切換式永磁馬達
CN206135564U (zh) 一种三相混合励磁磁通切换电机结构
CN105262254A (zh) 一种表面-内置混合式调速永磁同步电机
CN105141104A (zh) 一种轭部励磁绕组高功率密度混合励磁永磁直线发电机
CN104283353B (zh) 绕组互补型多相半齿绕磁通切换电机
CN205081652U (zh) 一种环形轭部电枢绕组高功率密度混合励磁永磁电动机
CN102403857A (zh) 绕组磁路互补的定子表面贴装式双凸极永磁电机
CN105186750A (zh) 一种轭部双绕组混合励磁永磁直线发电机
CN205081600U (zh) 一种环形轭部双绕组混合励磁永磁电动机
CN106100272B (zh) 一种少稀土齿轭互补的双凸极磁通可控电机
CN205081602U (zh) 一种环形单集中绕组低成本高功率密度永磁电动机
CN108808895A (zh) 一种π型混合励磁双凸极电机
Karnavas et al. An investigation study considering the effect of magnet type, slot type and pole-arc to pole-pitch ratio variation on PM brushless DC motor design

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees