专利名称：马达及其转子结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种马达及其转子结构；特别是涉及一种转子具有启动部 分与运转部分的马达。
背景技术：
现今许多产业的日常作业，常需依赖动力以驱动机械做旋转、或其它 形式的运动，此时通常会选择以马达作为动力来源；由于马达可将电能或 磁能转换成为机械能，故广泛地应用于各种工业、电器、运输系统等装置 上，己成为一种不可或缺的设备。马达的型式有若干种，例如感应马达、 永磁马达等等，可根据不同的环境及条件，选用不同型式的马达。其中，可自力启动的永磁同步马达具有其优势，其通过转子结构具有 启动部分与运转部分的设计，分别提供启动与运转时所需的转矩，故具有 较高的效能。更明确而言，利用感应马达的原理，先将定子接上交流电源使其产生 旋转磁场后，转子的鼠笼结构便可产生感应电流，进而形成转矩驱动转子 的启动。当转子转速达到与定子绕组的旋转磁场的频率相同时(即转子已 达同步转速)，鼠笼结构便无法提供额外的转矩，而改由具有高运转效率 的永磁式马达来提供，其由转子上的永久磁铁与定子绕组所产生的旋转磁 场交互作用产生转矩，以维持同步转速。近年来，由于永久磁铁的材质与 磁能积不断提升，使得自力启动式永磁同步马达可在同步旋转时得到极高 的运转效率。请配合图1A、 1B，所示为公知永磁式马达的转子10，其包含转轴ll 及鼠笼式结构13，鼠笼式结构13在沟槽内轴向设有多导电棒131，转子 10内部尚有多永久磁铁15，而转子10的两端还设有短路环17。鼠笼式结构13的导电棒131与定子(图中未示出)感应产生转矩，以启动转子的 运转；达到同步转速后，定子所提供的磁场与永久磁铁间所产生转矩，则 可维持转子于同步转速下旋转。然而，此公知的永磁式马达在制造及设计上还会有以下缺点。首先， 永久磁铁15有强大吸力，导致永久磁铁15在置入时与由多硅钢片迭置铆 接而成的转子10吸引，因此增加置入的难度，且永久磁铁15与转子10 可能因瞬间磁吸力导致碰撞而碎裂，甚或使作业员受伤。另外，若改以先 将未充磁的永久磁铁15置入，利用定子线圈充磁之后，再灌注铝形成导 电棒，则可能因为高温导致永久磁铁15去磁而失效。此外，转子10的内 部空间部分被导电棒131所占据，可设置永久磁铁15的空间受限，导致 马达的效率难以提升。为改善上述的缺点，或可将转子的启动部分与运转部分分开制造，随 后再进行组立的设计。如图2A、 2B所示，启动部分13a为鼠笼式结构， 而运转部分13b内具有永久磁铁15，以便在达到同步转速时做为马达运转 的主激磁场。然而，此改良虽然可省却驱动器的设置，但分别相对于启动 部分13a与运转部分13b'的定子，为同一电源、同一组线圈所供应，在稳 定状态时(如转子已达同步转速)，启动部分13a与定子间并不会产生作 用力，但仍有电流通过，造成能量的损失，降低效率。有鉴于此，提供可具有高运转效率的永磁式马达及其转子结构，乃为 此业界亟待解决的问题。发明内容本发明的目的在于提供一种马达及其转子结构，转子结构具有同轴且 分离的启动部分与运转部分，其中启动部分为感应式转子，不需要驱动器 即可产生转矩，而运转部分为永磁式转子，可维持马达于同步转速，具有 较高的效率。本发明的另一目的在于提供一种马达及其转子结构，通过两组线圈连 接至同一电源，启动部分利用感应产生力矩以启动转子运转，到达同步转速之后，除了运转部分继续带动维持同步转速，可将启动部分的线圈关闭， 减少不必要的线路铜损所导致的能量损失。本发明的再一目的在于提供一种马达及其转子结构，上述转子与线圈 的配置，使本发明的马达可不必使用驱动器，运用一般家用(市电)的三 相电源即可达到启动及维持运转的效果。本发明的又一目的在于提供一种马达及其转子结构，在制造过程中， 由于启动部分的导电棒与运转部分的永久磁铁错置，磁铁可在不充磁的状 况下置入，随后以定子线圈进行充磁即可，不会受到导电棒产生的感应电 流影响，此工艺的改善可提升作业安全性并简化工艺。此外，通过永久磁 铁与导电棒错置，可减少磁铁与定子之间阻隔，故磁阻较小，还可提升马 达运转效率。为达上述目的，本发明提供一种马达的转子结构，其具有转轴、第一 转子及第二转子，第一转子具有多导电棒，平行地沿转轴的轴向，环设于 该第一转子上，而第二转子内环设有多磁石；其中，第一转子及第二转子 在转轴上同步旋转，且彼此间隔一距离。本发明尚提供一种具有上述转子结构的马达，包含定子结构及线圈模 块，定子结构包含分别对应第一转子与第二转子的第一定子及第二定子， 线圈模块包含第一线圈及第二线圈，其中第一线圈绕设于第一定子上，第 二线圈绕设于第二定子上，而第一线圈及第二线圈与电源电连接。为让本发明的上述目的、技术特征、和优点能更明显易懂，下文以较 佳实施例配合附图进行详细说明。
图1A为公知永磁式马达转子的示意图； 图1B为图1A所示转子的剖面示意图； 图2A为另一公知永磁式马达转子的示意图； 图2B为图2A所示转子的剖面示意图； 图3为本发明的永磁式马达的示意图；以及图4为本发明的转子的剖面示意图。主要元件标记说明10转子11转轴13鼠笼式结构133启动部分13b运转部分131导电棒15永久磁铁17短路环30转子结构31第一转子311导电棒33第二转子331磁石35转轴37短路环50定子结构51第一定子53第二定子70线圈模块71第一线圈73第二线圈75开关90电源D距离具体实施方式
本发明所披露的马达如图3所示，其中转子结构的剖面示意图如图4 所示。本发明的马达主要包含转子结构30、定子结构50及线圈模块70， 其中，转子结构30具有第一转子31、第二转子33及转轴35。 一般而言， 第一转子31及第二转子33分别由多硅钢片迭置铆接而成，而转轴35为 用以连接第一转子31及第二转子33，且可定义出一轴向，使第一转子31 与第二转子33可沿此轴向，同步地在转轴35上旋转。而定子结构50包含第一定子51及第二定子53，分别对应第一转子 31与第二转子33设置，图3所示的第一定子51及第二定子53仅为示意 图，实际上为环状结构，环绕第一转子31及第二转子33。线圈模块70 可界定第一线圈71及第二线圈73，第一线圈71绕设于第一定子51上， 而第二线圈73绕设于第二定子53上，以分别形成磁场；线圈模块70与 电源90电连接，即第一线圈71及第二线圈73以实质上并联的形式，分 别连接至电源90。于本发明中，以单一电源90即可分别提供二组线圈所需的电力，须说明的是，电源90实质上为交流三相电源， 一般家用电源(市电)即可应用于本发明。为方便说明，可定义第一转子31、第一定子51及第一线圈71共同形 成一启动部分，其为一种感应马达结构，以提供启动时的动力来源。请参 照图4，第一转子31为鼠笼式结构，如先前技术所披露，其环设有多轴向 通孔，用以对应容置多导电棒311，使上述这些导电棒311可平行地沿转 轴35的轴向，环设于第一转子31上，且导电棒311由铝或铜所制成；而 第一转子31于两相对端部还分别设有两短路环37。从而，当第一定子51 导电提供一磁场，第一转子31便可形成感应电流，进而产生转矩。更明确而言，第一线圈71产生具有近似正弦波形的磁动势，进而使 导体棒上产生感应电流，当感应电流切割磁场，会产生感应力于导体棒311 上，促使转子转动，且其转速逐渐趋近旋转磁场的频率。可进一步定义第二转子33、第二定子53及第二线圈73共同形成运转 部分，为一种永磁马达结构。第二转子33内环设有多个磁石331，当第二 定子53产生磁场，且转子结构30开始转动后，第二转子33的磁石331 与该磁场反应产生转矩，用以维持马达于同步转速下运转。本发明的特征在于，与第一线圈71及第二线圈73共同电连接至电源 90,以分别提供第一定子51及第二定子53产生磁场；为配合第一线圈71 及第二线圈73的分离设置，故在转子结构30上，第一转子31与第二转 子33彼此间隔一适当的距离D。本发明于第一线圈71上还可设有开关75，较佳如电磁开关，俾控制 第一线圈71的电导通。通过本发明的设计，第一线圈71的导通可在马达 转动的初始阶段，提供启动力矩，到达同步转速之后，第二线圈73的导 通使得运转部分可继续带动维持同步转速，此时即可将开关75关掉，使 第一线圈71无作用，仅保留第二线圈73的导通，维持同步转速即可。通过上述的披露，本发明的马达具有感应式的启动部分，相较于公知 永磁式马达，不需设置驱动器，并可于启动马达运转后，将启动部分的线 路关闭以降低铜损；而永磁驱动的运转部分，维持马达于同步转速运转，保留了可降低滑差、顺利充磁等优点。此外，制造过程可较为简化及安全， 且利用一般三相电源即可驱动。上述的实施例仅用来例举本发明的实施方式，以及阐释本发明的技术 特征，并非用来限制本发明的保护范畴。任何所属技术领域的技术人员可 轻易完成的改变或均等性的安排均属于本发明所主张的范围，本发明的权 利保护范围应以权利要求范围为准。
权利要求
1. 一种马达的转子结构，其特征是包含转轴，定义一轴向；第一转子，具有多个导电棒，上述这些导电棒为平行地沿上述轴向，环设于上述第一转子上；以及第二转子，具有多个磁石，上述这些磁石为环设于上述第二转子内；其中，上述转轴连接上述第一转子及上述第二转子，使上述第一转子与上述第二转子同步旋转，且上述第一转子与上述第二转子间，彼此间隔一距离。
2. 根据权利要求1所述的转子结构，其特征是上述第一转子为具有鼠 笼式结构，且上述第一转子环设有多个轴向通孔，用以对应容置上述这些 导电棒。
3. 根据权利要求1所述的转子结构，其特征是上述这些导电棒由铝或 铜所制成，且上述第一转子及上述第二转子分别由多硅钢片迭置而成。
4. 根据权利要求1所述的转子结构，其特征是还包含两短路环，分别 设置于上述第一转子的两相对端部。
5. —种马达，其特征是包含 转子结构，其具有转轴，定义一轴向；第一转子，具有多导电棒，上述这些导电棒为平行地沿上述轴向，环 设于上述第一转子上；以及第二转子，具有多个磁石，上述这些磁石环设于上述第二转子内；其中，上述转轴连接上述第一转子及上述第二转子，使上述第一转子 与上述第二转子同步旋转，且上述第一转子与上述第二转子间，彼此间隔 一距离；定子结构，包含第一定子及第二定子，分别对应上述第一转子与上述第二转子设置；以及线圈模块，包含第一线圈及第二线圈，上述第一线圈绕设于上述第一 定子上，而上述第二线圈绕设于上述第二定子上。
6. 根据权利要求5所述的马达，其特征是上述第一转子具有鼠笼式结 构，且上述第一转子环设有多个轴向通孔，用以对应容置上述这些导电棒。
7. 根据权利要求5所述的马达，其特征是上述这些导电棒由铝或铜所 制成，且上述第一转子及上述第二转子分别由多硅钢片迭置而成。
8. 根据权利要求5所述的马达，其特征是上述转子结构还包含两短路 环，分别设置于上述第一转子的两相对端部。
9. 根据权利要求5所述的马达，其特征是上述第一线圈及上述第二线 圈与电源电连接。
10. 根据权利要求9所述的马达，其特征是还包含开关，设置于上述 第一线圈上，俾控制上述第一线圈的电导通，且上述电源为交流三相电源。
全文摘要
一种可自力启动的马达，具有启动部分及运转部分，启动部分为鼠笼式感应马达，而运转部分为永磁式马达，启动部分与运转部分为同轴分离设置，且其绕线分别连接至交流电源，启动部分的绕线可装设开关，当启动部分驱动马达达到同步转速时，运转部分维持马达的同步运转，且可关闭启动部分，以减少铜损。
文档编号H02K16/00GK101227127SQ200710000279
公开日2008年7月23日 申请日期2007年1月18日 优先权日2007年1月18日
发明者洪联馨, 陈明祥 申请人:东元电机股份有限公司