[发明专利]内置式永久磁铁马达

说明书

技术领域

本发明与马达转子有关，是指一种可提高磁阻转矩、降低顿转转矩及高次谐波之内置式永久磁铁马达转子。

背景技术

现有一种具有均匀气隙的内置式永久磁铁转子马达，为提高其磁阻转矩，采取了缩小主磁极极面的技术方案，此一技术方案的另一意义是扩大了极间极面，提高交轴和直轴电感比，增加马达的磁阻转矩。然而，交轴电感提高导致顿转转矩增加，而顿转转矩会导致脉动涟波转矩产生，马达因而产生震动及噪音，这对于马达的效率影响很大，特别是应用于车辆驱动、机器人(或机械手臂)、高精密位置控制或恒定速度控制时，顿转转矩必需设法克服。

已知改善马达顿转转矩的技术方案，包括改变转子磁铁强度、改变磁铁展开角度、改变转子磁铁充磁方式、定子齿部设置辅助槽、槽和极数不同组合、定子斜槽和转子斜磁极、减少定子开口槽宽度、增加每极槽数等。

在先专利的美国发明专利US6703745B2提出了利用气隙磁阻来改善顿转转矩的技术方案。该方案主要将和磁铁槽位相对的转子极面设计成向外凸出的圆弧形，以下简称圆弧极面，构成该圆弧极面的半径系小于转子半径。该圆弧极面改变了马达气隙的磁场分布，使气隙磁通分布接近正弦波分布，从而改善顿转转矩。(如图1)

但是，上述各种改善顿转转矩的技术方案，都会产生不被期待的寄生效应。例如上在先专利，因马达交轴的气隙增加，导致交轴电感大幅减少，磁阻转矩亦随之减少。而顿转转矩低于某种程度时，感应电压的高次谐波反而增加，尤其是使用强力磁铁(稀土磁铁)时，感应电压的高次谐波将会使转子和定子发生热电磁耗损、马达高负载运行时噪音增加，且产生径向力使转子的转动力量不均匀，轴承负荷增加等问题。这些高次谐波更会进一步的使我们希望的正弦波气隙磁路变形，引起一些寄生的扭力波形，这会弱减马达实际的扭力输出。

发明内容

本发明的目的在提供一种内置式永久磁铁马达，其具有减少顿转转矩、增加磁阻转矩、以及降低高次谐波之效能。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种内置式永久磁铁马达，包括一定子、一转子、以及设于该转子上多数个供永久磁铁内置的磁铁槽、以及设于该转子中心供一旋转轴心穿枢的轴孔；其中，该转子的外缘面包含：多数个主磁极极面和多数个极间极面，每一极间极面介于两个相邻的主磁极极面之间；该主磁极极面和该极间极面由多个与该转子圆心不同心的偏心圆圆弧连接合成，于每一圆弧连接处形成一凹陷部。

所述主磁极极面边端的气隙厚度大于中点的气隙厚度，其厚度相差1.2～2.5倍。

所述极间极面的中点气隙厚度与该主磁极极面的中点气隙厚度相同。

所述极间极面的宽度等于或大于1/2定子齿部的齿宽。

所述主磁极极面包括至少一个第一偏心圆弧以及至少两个第二偏心圆弧，该第一偏心圆弧及该第二偏心圆弧与该转子的圆心为不同心，且该第一偏心圆弧与该第二偏心圆弧为不同心；该二个第二偏心圆弧分别连接于该第一偏心圆弧的两个边端，并在圆弧连接处形成一凹陷部。

所述第一偏心圆弧由一第一圆心以及一第一圆弧半径所构成；该第一圆心与该转子的圆心具有一距离位差。

该第二偏心圆弧由一第二圆心以及一第二圆弧半径所构成；该第二圆心与该转子的圆心偏移一个水平距离。

上述的两个第二偏心圆弧分别为不同圆心及不同圆弧半径所构成。

该主磁极极面的总展开角度介于(n-m)×(360度/s)与(n-m-1)×(360度/s)之间；其中，n为马达每一个主磁极极面所面对的总齿数的整数值int(s/p)，s为马达总槽数，p为马达极数，m＝0，1，2...之整数；(n-m-1)大于零。

该极间极面包含至少一偏心圆弧，该极间极面的偏心圆弧连接于该主磁极极面的两个边端。

该极间极面的偏心圆弧由一第三圆心以及一第三圆弧半径所构成，该第三圆心与该转子之圆心具有一距离位差。

本发明的效果在于：将马达的转子外缘规划多数个主磁极极面和极间极面，每一极间极面介于两个相邻的主磁极极面之间；主磁极极面及极间极面由多个与转子圆心不同心之偏心圆的圆弧连接而成，主磁极极面和极间极面为多层次圆弧面，它使转子与定子之间的气隙为非均匀，但为规律层次性的变化，据此调整气隙磁通分布，使其接近正弦波分布，以改善顿转转矩过大的问题。此外，主磁极极面和极间极面的各圆弧于连接处形成凹陷部，该凹陷部可产生抑制高次谐波的气隙磁场。

另外，本发明设定极间极面至少等于或大于1/2定子齿部的齿宽，透过维持极间极面宽度以及缩减极间极面气隙的方案，以获得较高交轴电感来提高磁阻转矩，并且维持较低的顿转转矩。