TW201203794A - Motor and electronic apparatus - Google Patents

Description

201203794 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種馬達，特別關於一種馬達及使用該 馬達之電子裝置。 【先前技術】 由於石化燃料的持續使用，導致廢氣的排放量愈來愈 多，使得地球的溫室效應愈來愈明顯，也造成全球的氣候 異常，因此，許多廠商已逐漸開發以替代能源（例如電能） 來代替石化燃料的電動載具，例如，電動汽車、電動機車、 電動腳踏車等，這些將成為未來最普遍使用的交通工具之 —— 〇 電動載具係以電能來驅動馬達，進而帶動輪胎轉動， 以達到移動的目的，因此，馬達的選用為相當重要的考慮 因素。傳統的永磁馬達，無論是有刷馬達或是無刷馬達， 大部份是採用徑向磁通結構或是軸向磁通結構。 請參照圖1A所示，其為一種習知的徑向磁通馬達la 之結構示意圖。徑向磁通的意思為馬達之定子線圈產生磁 力線的方向係垂直於馬達的轴心方向。由於徑向磁通馬達 的内部同時存在磁石與大量的導磁材料，但是，在磁石與 導磁材料之間的磁路（magnetic circuit)設計上受限於轉 子矽鋼片的結構，因此，常會有漏磁現象發生，致使馬達 的轉矩密度受到了限制，無法提供較大的扭力輸出。 再者，如圖1B所示，其為一種習知的軸向磁通馬達 201203794 lb之結構示意圖。軸向磁通的意思為 磁力線的方向係平行於馬達的轴心方向。軸 ?用=的導磁材料’所以’磁頓轉的現象較二達: 疋，其爲平化的結構設計於轉動時，卻容易產生偏擺^ 象，造成馬達軸心與軸承壽命縮短。 ^外’習知另-種永磁馬達係具有橫向磁通結構 向磁通的馬達在鄕設計上可實現三_通結構。而三維 磁通馬達具有較高轉矩密度及較少漏磁現象的優點，比較 適5使用於低轉速、南轉矩之電動載耳上。 ❿ 請參照圖1C所示，其為橫向磁通馬達之單相定 元與轉子單元之磁力線的路徑示意圖。其中，箭頭A的方 向顯示為磁力線之路徑。橫向磁通馬達包括一定子單元1 與-轉子單元2。定子單元！包括二定子鐵心；；、：:圈1 12,、-繞線鐵心13，而轉子單元2包括一轉子鐵心η及 二水久磁石22。其中，線圈12設置於二定子鐵心n之間。 另外，轉子鐵心21係與定子鐵心1丨相對設置，且二永久 磁石22分別設置於二定子鐵心u與二轉子鐵心、u之間。 然而，為了實現橫向磁通馬達之三維磁通結構，必須 於定子鐵心Π與轉子鐵心、14之間分別設置—永久磁石 22，以導引磁力線，使馬達具有三維磁通的結構。但是， 當定子鐵心11之線圈12未驅動時，磁石22的磁力將干 擾鄰設定子單元U及轉子單元12的磁通，使得馬達的整 體效率降低。此外，這樣的設計也增加馬達的體積及重量。 因此，如何提供一種馬達及電子裝置，可避免磁漏現 201203794 象而提升馬達效率，並可縮小馬達的體積及重量，已成為 重要課題之一。 【發明内容】 有鑑於上述課題，本發明之目的為提供一種可避免磁 漏現象而提升馬達效率，並可縮小馬達的體積及重量之馬 達及電子裝置。 為達上述目的，依據本發明之一種馬達包括至少一定 子單元以及至少一轉子單元。定子單元具有一線圈及複數 導磁元件，該等導磁元件環設於該線圈。轉子單元環設於 定子單元，並具有至少一磁性元件，該等導磁元件設置於 線圈與轉子單元之間，磁性元件環設該等導磁元件。 在本發明之一實施例中，定子單元更具有二定子鐵 心，線圈係設置於該等定子鐵心之間，該等導磁元件係環 設於該等定子鐵心。 在本發明之一實施例中，該等定子鐵心具有複數凹 槽，該等導磁元件分別設置於該等凹槽。 在本發明之一實施例中，定子單元更具有一繞線鐵 心，該等定子鐵心及線圈係環設於繞線鐵心。 在本發明之一實施例中，轉子單元更具有至少二轉子 鐵心，該等轉子鐵心分別與該等定子鐵心相對設置，磁性 元件設置於該等轉子鐵心之間，並與線圈相對設置。 在本發明之一實施例中，當馬達具有複數定子單元 時，該等定子單元係相疊且於徑向上錯位設置。 201203794 在本發明之一實施例中，當馬達具有複數轉子單元 時，該等轉子單元係為相疊設置。 在本發明之一實施例中，馬達更包括一控制電路，控 制電路同時驅動該等定子單元之該等線圈的其中之二。 在本發明之一實施例中，馬達更包括一轉轴及一殼 體。轉軸穿設於定子單元及轉子單元。殼體與轉子單元連 接。 為達上述目的，依據本發明之一種電子裝置包括一作 動單元以及一馬達。馬達係驅動作動單元，並包括至少一 定子單元、至少一轉子單元、一殼體及一轉轴。定子單元 具有一線圈及複數導磁元件，該等導磁元件環設於該線 圈。轉子單元環設於定子單元，並具有至少一磁性元件， 該等導磁元件分別設置於線圈與轉子單元之間，磁性元件 環設該等導磁元件。轉轴係穿設於定子單元及轉子單元。 殼體與轉子單元連接。 承上所述，因依據本發明之馬達及電子裝置的轉子單 元係環設於定子單元，定子單元的導磁元件環設於線圈， 並設置於線圈與轉子單元之間，而磁性元件係環設該等導 磁元件。藉此，可因導磁元件的設置使磁性元件磁通得到 導引並形成一磁路，而避免磁漏現象而干擾鄰設之定子單 元及轉子單元的磁通，因而可提升馬達的效率。另外，在 本發明之一實施例中，磁性元件係設置於該等轉子鐵心之 間，並與線圈相對設置，使馬達之轉子單元與定子單元形 成三維磁路的結構，使馬達具有較高轉矩密度。此外，磁 201203794 =㈣、設置於二轉子鐵心之間，與習知永久磁石 ==與轉子鐵心之間相較，本發明之馬達及電; 裝置除具有較少磁性元件的使用外，也可縮小馬= 及重量，使電子裝置輕量化。 、體積 【實施方式】 以下將參照相關圖式，說明依本發明較佳實施例之一 種馬達及好裝置，其·巾㈣的树料相 加以說明。 〃.、，、付戒 請參照《 2A及圖2B所示，其分別為本發明較佳實施 例之-種馬達3之分解示意岐組合示意圖。馬達3包括 至少-定子單元31及至少—轉子單元32。為了清楚說明 馬達3的結構，圖2A與圖2B係以一定子單元與一轉子單 凡（即單相）為例。當然，實際應用時，可使 單元與轉子單元，並配合多相控制而組成—馬達。本發明 之馬達3可應用於驅動電動設備，例如f動汽車、電動機 車、或電動腳踏車的驅動上，或是使用於具有低轉速，但 高轉矩的動力應用上。 定子單元31具有二定子鐵心311及一線圈312，而線 圈312係設置於定子鐵心311之間。於此，二定子鐵心3ΐι 平行設置，並夾置線圈312為例。定子鐵心3n包含導磁 材料，例如軟磁複合材料（s〇ft magnetic c〇mp〇she， SMC)，其材料可選自純鐵、鎳、鈷金屬、鐵鎳合金、鐵 鎳鉬合金、鐵鋁合金、鐵基非晶合金、鐵基奈米晶合金、 201203794 軟磁鐵氧體經過粉碎後製成的粉末及其組合。 定子單元31更可具有複數導磁元件313，導磁元件 313係環設於線圈312。另外，導磁元件313亦環設於該 等定子鐵心311，並分別設置於線圈312與轉子單元32之 間。定子鐵心311可具有複數凹槽G，導磁元件313係分 別設置於該等凹槽G内。在本實施例中，定子單元31更 具有複數第一支持元件314，第一支持元件314分別設置 於凹槽G内，且導磁元件313係分別固定於第一支持元件 • 314。為了清楚說明導磁元件313之位置，圖2B並未顯示 第一支持元件314。 另外，定子單元31更可具有一繞線鐵心315，而定子 鐵心311及線圈312係環設於繞線鐵心315。換言之，繞 線鐵心315係設置於定子鐵心311與線圈312之中間部 分。為了清楚說明定子單元31的組合結構，圖2B並未顯 示繞線鐵心315。 0 轉子單元32係環設於定子單元31。轉子單元32具有 至少二轉子鐵心321及至少一磁性元件322。於此，係以 轉子單元32具有複數轉子鐵心321及複數磁性元件322， 而且，每一磁性元件322係分別設置於二轉子鐵心321之 間為例。另外，磁性元件322係環設於導磁元件313。 其中，轉子單元32更可具有二第二支持元件323。第 二支持元件323的設置目的是為了固定轉子鐵心321及磁 性元件322，並使其設置於定子單元31之定子鐵心311之 外緣，且使得二轉子鐵心321夾置一磁性元件322。不過， 201203794 為了清楚說明轉子鐵心321與磁性元件322之相對位置， 圖2B並未顯示第二支持元件323。另外，轉子鐵心321 係分別與定子鐵心311相對設置，而磁性元件322係與線 圈312相對設置。其中，轉子鐵心321亦可包含導磁材料。 導磁材料例如可為軟磁複合材料。另外，磁性元件322係 為永久磁石。 特別說明的是，為了清楚定子單元31、轉子單元32 與軸心33之間的連結關係，圖2A係顯示軸心33。但是， 軸心33並不包括於轉子單元32内。 請參照圖2C及圖2D的所示，以更清楚顯示馬達3 之定子單元31與轉子單元32的結構及其三維磁通。其 中，圖2C為圖2B之前視圖，而圖2D為圖2C中，直線 C-C的剖面示意圖。圖2D之箭頭B的方向顯示定子單元 31之線圈312未驅動時，轉子鐵心321、磁性元件322及 導磁元件313的磁路。 如圖2D所示，此時，馬達3的磁通係由轉子鐵心321、 磁性元件322，再穿過轉子鐵心321後，由導磁元件313 再導引至轉子鐵心321。因此，磁性元件322的磁力將不 會干擾鄰設之定子單元及轉子單元的三維磁路。 請參照圖3A及圖3B示，以說明本發明之馬達具有複 數定子單元及複數轉子單元時的結構。其中，圖3A及圖 3B之馬達4係分別具有三組定子單元41與三組轉子單元 42為例。而圖3A及圖3B的定子單元41係省略了繞線鐵 心及第一支持元件，而轉子單元42係省略了第二支持元 201203794 件。 當馬達4具有複數定子單元41時，該等定子單元^ 係為相疊，且於徑向上係為錯位設置。於此，2定子 41相叠設置時，彼此係相差-電氣角度，在實施上可藉由 各相的繞線鐵心之内壁具有一凹槽，而轴心上對應於該等 凹槽處設置有凸槽，且凸槽錯位設置，藉由凹槽與凸槽的 配合可讓繞線鐵心固定於轴心，且錯位設置。錯位設置的 目的是為了使馬達4可順利啟動而不會有啟動死角。另 外，當馬達4具有複數轉子單元42時，該等轉子單元c 係為相疊設置，但並不需錯位。因此，使用者可視需要， 將早相之定子單元41與轉子單組裝並模組化後，再 =成所需相數之馬達（例如三相馬達），提升產品適用 另外，馬達4更可包括一控制電路（圖未顯示） 制，路可同時驅動定子單元41之線圈412的其中之二= 換吕之，控制單元係可同時驅動馬達4的二相線圈。當然， 控制電路也可具有其它的驅動方式，於此。並不加以限制。 照圖3C及圖3D所示，圖3C為圖3B之前視圖， 3D今通^圖％中，直線D_D的剖面示意圖。其中，圖 〃 的方向顯示為定子單元41與轉子單元42之磁 相的施例中，同—時間點，控制電路係同時驅動二 子單元Μ之線圈412，使二相的定子單元41及轉 刀別產生三維磁通。於此，控制電路係同時驅 201203794 動圖3C之上、下二相之定子單元41之線圈412，但中間 相位之定子單元41的線圈412不被驅動。因此，可看出， 上、下二相之定子單元41與轉子單元42係具有三線之磁 通，而中間相位之定子單元41與轉子單元42並沒有。 因此，如上所述，中間相位之轉子單元42之磁性元 件422的磁力，將被導磁元件413所導引，使不被控制單 元驅動之轉子單元42 (例如圖3C中間相位轉子單元42) 之磁性元件422的磁力線，可經由導磁元件413的導引而 構成閉合磁路（closed magnetic circuit)，因而可避免磁性 元件422的漏磁而造成相鄰相位的磁性干擾因而可提升馬 達4的輸出效率。 另外，請參照圖4所示，其為本發明之馬達4組裝完 成的示意圖。馬達4更可包括一軸心43、一殼體44及二 外蓋45。其中，二外蓋45係夾置定子單元41及轉子單元 42，而軸心43係穿設定子單元41、轉子單元42以及二外 蓋45，且於軸心43與外蓋45之間設有軸承（bearing)。 另外，殼體44係分別與轉子單元42及二外蓋45連接。 當控制電路驅動定子單元41之線圈412時，產生之 三維磁路係推動轉子單元42轉動，而轉子單元42又帶動 與其連結之殼體44與外蓋45轉動。另外，軸心43係固 定於定子單元41。 另外，請參照圖5所示，其為本發明之一種電子裝置 5的示意圖。電子裝置5包括一作動單元6以及一馬達7。 電子裝置5例如可為一電動載具或其它電動裝置，例如電 12 201203794 動汽車、電動機車、或電動腳踏車，或是電子玩具、電子 設備等。於此，電子裝置5係以一電動機車為例，然並不 以此為限。 在本實施例中，除了馬達7外，其餘的元件均可視為 本發明之作動單元6，包含輪胎、支架及其它。馬達7係 驅動作動單元6。換言之，當馬達7轉動時，可同時驅動 作動單元6作動。 馬達7包括至少一定子單元、至少一轉子單元。定子 ϋ ^ 單元具有二定子鐵心及一線圈，線圈設置於該等定子鐵心 之間。轉子單元係環設於定子單元，轉子單元具有至少二 轉子鐵心及至少一磁性元件，磁性元件設置於該等轉子鐵 心之間，並與線圈相對設置，該等轉子鐵心分別與該等定 子鐵心相對設置。 馬達7更可包括一軸心、一殼體及二外蓋75。其中， 軸心係與一車架61連接，殼體係連接轉子單元、外蓋75 φ 及輪胎62。當馬達7轉動時，可驅動作動單元6之輪胎 62作動而使電子裝置5移動。 此外，馬達7的元件與馬達4之相同元件具有相同的 技術特徵，於此不再贅述。 綜上所述，因依據本發明之馬達及電子裝置的轉子單 元係環設於定子單元，定子單元的導磁元件環設於線圈， 並分別設置於線圈與轉子單元之間，而磁性元件係環設該 等導磁元件。藉此，可因導磁元件的設置使磁性元件不會 有磁漏現象而干擾鄰設之定子單元及轉子單元的磁通，因

C 13 201203794 而可提升馬達的效率。另外，在本發明之一實施例中，磁 性元件係設置於該等轉子鐵心之間，並與線圈相對設置， 使馬達之轉子单元與定子单元形成三維磁路的結構’使馬 達具有較高轉矩密度。此外，磁性元件係設置於二轉子鐵 心之間，與習知永久磁石分別設置於定子鐵心與轉子鐵心 之間相較，本發明之馬達及電子裝置除具有較少磁性元件 的使用外，也可縮小馬達的體積及重量，使電子裝置輕量 化。 以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離 本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均 應包含於後附之申請專利範圍中。 【圖式簡單說明】 圖1A及圖1B分別為一種習知的馬達結構示意圖； 圖1C為橫向磁通馬達單相之磁力線的路徑示意圖； 圖2A及圖2B分別為本發明較佳實施例之一種馬達之 分解示意圖及組合示意圖； 圖2C為圖2B之前視圖； 圖2D為圖2C中，直線C-C的剖面示意圖； 圖3A及圖3B分別為本發明另一態樣之馬達的分解示 意圖及組合示意圖； 圖3C為圖3B之前視圖； 圖3D為圖3C中，直線D-D的剖面示意圖； 圖4為本發明之馬達組裝完成之示意圖；以及 14 201203794 圖5為本發明之一種電子裝置的示意圖。 【主要元件符號說明】 I、 2、3卜41 :定子單元 la、lb、3、4、7 :馬達 II、 311、411 :定子鐵心 12、 312、412 :線圈 13、 315 :繞線鐵心 • 21、32、42 :轉子單元 2 2 .磁石 313、413 :導磁元件 314 :第一支持元件 321、 421 :轉子鐵心 322、 422 :磁性元件 323 :第二支持元件 33、43 :轴心 44 :殼體 45、75 :外蓋 5 :電子裝置 6 :作動單元 61 :車架 62 :輪胎 A、B、E :方向 C-C、D-D :直線 15 201203794 G :凹槽

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Claims (1)

1. 201203794 七、申請專利範圍： 1、一種馬達，包括·· 線圈及複數導磁元件，該等 至少一定子單元，具有 導磁元件環設於該線圈；以及 全少一轉子單元’環設於該定子單元，並具有至少一 磁性元件，該等導磁元件設置於該線圈與該轉子單 元之間’該磁性元件環設該等導磁元件。 如申請專利範圍第i項所述之馬達，其中該定子單元 更具有二定子鐵心，該線圈係設置於該等定子鐵心之 間’該等導磁元件係環設於該等定子鐵心。 4 如申請專利範圍第2項所述之馬達，其中該等定子鐵 心具有複數凹槽，該等導磁元件分別設置於該等凹槽。 如申請專利範圍第1項所述之馬達，其中該定子單元 更具有一繞線鐵心，該線圈係環設於該繞線鐵心。 5 ”如申請專利範圍第2賴述之馬達，其中該轉子單元 二有至夕、一轉子鐵心，該等轉子鐵心分別與該等定 子鐵心相對設置，該磁性元件設置於該等轉子鐵心之 間，並與該線圈相對設置。 6、 =請翻第丨項所述之馬達，其巾#該馬達具 有複數定子單元時，該等定子單元係相疊且於徑向上 錯仅設置。 7、 =申料·㈣i摘叙馬達，其巾#該馬達呈 有複數轉子單㈣，該等轉子單元係為相疊設置。 、如申請專利範圍第6項所述之馬達，更包括： 17 201203794 一控制電路，同時驅動該等定子單元之該等線圈的其 中之二。 9、 如申請專利範圍第1項所述之馬達，更包括： 一轉轴，穿設於該定子單元及該轉子單元；及 一殼體，與該轉子單元連接。 10、 一種電子裝置，包括： 一作動單元；以及 一馬達，係驅動該作動單元，包括： 至少一定子單元，具有一線圈及複數導磁元件，該 等導磁元件環設於該線圈； 至少一轉子單元，環設於該定子單元，並具有至少 一磁性元件，該等導磁元件分別設置於該線圈與 該轉子單元之間，該磁性元件環設該等導磁元件； 一轉轴，轉轴係穿設於該定子單元及該轉子單元； 及 一殼體，與該轉子單元連接。 18