TWI472129B - 定子結構 - Google Patents

Description

定子結構

本提案係關於一種定子結構，尤其是一種具有冷卻流道之定子結構。

現今的定子結構中，往往係於導磁件上設置有線圈，以配合轉子組成旋轉裝置。對線圈通電時，線圈會產生熱。在對線圈施加低功率的電能時，線圈及導磁件所產生的熱僅會使線圈略為升溫。如此之升溫幅度尚不會使包覆線圈的絕緣漆發生變化。

然而，隨著時代的演進，對於旋轉裝置的轉速要求愈來愈高。為此，往往必須對線圈施加高功率及高頻的電能，才能夠提高轉速。但同時，線圈及導磁件所產生的熱也會大量增加，使得線圈的升溫幅度加大，導致包覆線圈的絕緣漆發生熔化及劣化等情形，進而導致線圈短路。此外，定子座體因大冷卻流道設置會削弱定子結構的勁度(stiffness)。定子結構之勁度不足亦為定子振動與噪音變大原因之一。因此，逸散線圈及導磁件所產生的熱與兼顧定子結構勁度，便成為業者所面臨的課題。

有鑑於上述問題，本提案提供一種定子結構，能夠利用座體及冷卻流道逸散線圈及導磁件所產生的熱，同時兼顧定子結構勁度。

本提案提供一種定子結構，包括一導磁件、複數個線圈及一 座體。導磁件具有一基部、複數個齒部及複數個凹槽。基部具有相對的一第一側及一第二側，齒部自第一側突出，凹槽自第二側向內凹陷。線圈分別圍繞齒部。座體以鑄造方式結合於第二側的凹槽，且座體內包含複數個冷卻流道。

根據本提案之定子結構，由於座體能以鑄造方式結合於導磁件之凹槽，使得座體能與導磁件於徑向與圓周切線向緊密接合而達到良好的熱傳導效果，並能提升結構勁度。線圈及導磁件於通電時所產生的熱，能夠順利經由導磁件傳導至座體。座體之冷卻流道內能夠流通冷卻流體，以協助逸散線圈及導磁件所產生的熱。

以上之關於本提案內容之說明及以下之實施方式之說明係用以示範與解釋本提案之精神與原理，並且提供本提案之專利申請範圍更進一步之解釋。

以下在實施方式中詳細敘述本提案之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何本領域中具通常知識者了解本提案之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何本領域中具通常知識者可輕易地理解本提案相關之目的及優點。以下之實施例係進一步詳細說明本提案之觀點，但非以任何觀點限制本提案之範疇。

請參照第1圖，繪示本提案之實施例之定子結構10之俯視圖。本提案之定子結構10包括一導磁件11、複數個線圈12及一座體13。導磁件11具有一基部111、複數個齒部112及複數個凹 槽113。基部111具有相對的一第一側111a及一第二側111b。齒部112自第一側111a突出，凹槽113自第二側111b向內凹陷。凹槽113接近基部111之寬度D1大於遠離基部111之寬度D2。且凹槽113之截面邊緣為連續曲線。導磁件11具有一軸心C，這些齒部112朝向軸心C。這些線圈12分別圍繞這些齒部112。

導磁件11之材質之熔點高於座體13之材質之熔點，使得座體13能以鑄造方式結合於第二側111b的凹槽113。座體13內包含複數個冷卻流道14。定子結構10更包括複數個管體141，分別設置於各個冷卻流道14內並與座體13貼合。管體141能以與座體13之材質相異的材質製成。舉例而言，管體141能以金屬材料製成，且管體141之熔點高於座體13之熔點。由於凹槽113接近基部111之寬度D1大於遠離基部111之寬度D2，使得座體能夠受凹槽113的卡合而固定。由於座體13能以鑄造方式結合於導磁件11，使得座體13、管體141與導磁件11三者間能夠緊密接合而具有良好的熱傳導效果，也增加定子結構10的結構勁度。如此一來，線圈12及導磁件11於通電時所產生的熱，能夠經由導磁件11而較無阻礙的傳導至座體13。另外，管體141還能與導磁件11相接觸，以使線圈12及導磁件11所產生的熱能夠經由導磁件11傳導至管體141。管體141內能夠流通冷卻流體，以協助逸散線圈12及導磁件11所產生的熱。於其他實施例中，定子結構10亦能不設置管體141，而於鑄造座體13時藉由模具形成冷卻流道14，使冷卻流體直接於座體13所形成的冷卻流道14流通。再者， 雖然第1圖所示之實施例中並未於座體13背向軸心C之外側設置散熱鰭片，但不限於此。於其他實施例中，座體13之外側也能設置散熱鰭片，散熱鰭片也能與座體13一體不可分離的設置。散熱鰭片的設置能夠增加座體13的散熱面積以及結構勁度。

請參照第2A及2B圖，繪示第1圖定子結構10之製作流程側視圖。首先，如第2A圖所示，堆疊多層導磁層110以形成導磁件11。此些導磁層110能夠由衝壓矽鋼片之方式形成。接著，如第2B圖所示，將管體141排列於導磁件11之周圍，且使用一限位環15固定住管體141。再利用模具20罩住導磁件11、管體141及限位環15。其中模具20具有複數個凸起21，位於預定設置冷卻流道14的位置。凸起21能位於管體141內，以藉由模具固定住管體141，以避免管體141傾倒。之後，再將呈現熔融狀態的座體13的材料灌入模具20與導磁件11之間的空腔S內。於本實施例中，管體141為圓筒形直管，但不限於此形狀。於其他實施例中亦能為其他形狀。

由於導磁件11之凹槽113之截面邊緣為連續曲線，而能使熔融狀態的座體13的材料順利灌入凹槽113內，以使座體13能以鑄造方式結合於凹槽113。由於限位環15能做為座體13的骨架，故限位環15還能增加定子結構10之結構勁度。於本實施例中，設置有一個限位環15，但不限於此。於其他實施例中，亦能設置多個限位環15。另外，由於座體13以鑄造方式結合於導磁件11，使得座體13之部分材料能浸滲於導磁層110之間，以增加座體13 及導磁件11之間的接觸面，而達到良好的熱傳導效果。

請參照第3A及3B圖，繪示第1圖定子結構10之製作流程中之限位環15、15’範例的局部俯視圖。如第3A圖所示，限位環15由外向內箍住管體141，使得管體141位於限位環15及導磁件11之間。或者如第3B圖所示，限位環15’具有多個貫通孔150，而管體141以貫穿限位環15’之貫通孔150的方式受限位環15’的限位。

請參照第4A及4B圖，繪示本提案之另一實施例之定子結構40a、40b沿冷卻流道44a、44b剖面之側視剖面圖。於本實施例中，定子結構40a、40b與第1圖之定子結構10相似，但是具有不同形狀的冷卻流道44a、44b。如第4A圖所示，冷卻流道44a之形狀為曲線管。定子結構40a之座體43a具有位於座體43a相對兩端之二個表面431a、432a，各個冷卻流道44a具有位於冷卻流道44a兩端之二個開口442a、443a。開口442a、443a分別位於表面431a、432a。定子結構40a更包括上下兩蓋體461a、462a。蓋體461a、462a分別設置於表面431a、432a。蓋體461a、462a分別具有多個連通空間463a、463a’、464a、464a’。這些連通空間463a、463a’、464a、464a’與該些冷卻流道44a連通。連通空間463a、463a’、464a、464a’能交錯連通冷卻流道44a。於本實施例中，一連通空間463a能與相鄰的六個冷卻流道44a連通。這六個冷卻流道44a的其中相鄰的三個與一個連通空間464a連通，另外相鄰的三個冷卻流道44a與另一個連通空間464a’連通。連通空間464a’也能與相鄰的六 個冷卻流道44a連通。這六個冷卻流道44a的其中相鄰的三個與連通空間463a連通，另外相鄰的三個冷卻流道44a與另一個連通空間463a’連通。於其他實施例中，連通空間463a、463a’、464a、464a’也能夠連通不同數量的冷卻流道44a。

如第4B圖所示，定子結構40b之冷卻流道44b之形狀具有管徑於中途縮減之文氏管(Venturi tube)結構440b。冷卻流體流經文氏管結構440b時，流速會加快。因此能於文氏管結構440b中帶走較多的熱。文氏管結構440b可設置於定子結構40b之局部或全部冷卻流道44b中。文氏管結構440b可設置於各冷卻流道44b之任一處。定子結構40b更包括上下兩蓋體461b、462b。蓋體461b、462b分別設置於座體43a相對兩端之表面431b、432b。蓋體461b、462b分別具有多個連通空間463b、463b’、464b、464b’。這些連通空間463b、463b’、464b、464b’與該些冷卻流道44b連通。連通空間463b、463b’、464b、464b’能交錯連通冷卻流道44b。於本實施例中，一連通空間463b能與相鄰的兩個冷卻流道44b連通。這兩個冷卻流道44b的其中一個與一個連通空間464b連通，另外一個冷卻流道44b與另一個連通空間464b’連通。連通空間464b’也能與相鄰的兩個冷卻流道44b連通。這兩個冷卻流道44b的其中一個與連通空間463b連通，另外一個冷卻流道44b與另一個連通空間463b’連通。於其他實施例中，連通空間463b、463b’、464b、464b’也能夠連通不同數量的冷卻流道44b。

請參照第5圖，繪示本提案之另一實施例之定子結構50之局 部俯視圖。於本實施例中，定子結構50與第1圖之定子結構10相似，但是各個導磁層510包括複數個導磁拼塊510a。這些導磁拼塊510a能彼此嵌合而形成導磁層510。因此，當要製作大型的定子結構50時，無需大型的衝壓設備衝壓大型的導磁層510。於本實施例中，僅需利用一般的衝壓設備衝壓各個導磁拼塊510a，再拼成大型的導磁層510，而能避免大型衝壓設備過高的設備成本。

請參照第6圖，繪示本提案之另一實施例之定子結構60之局部俯視圖。於本實施例中，定子結構60與第1圖之定子結構10相似，但是冷卻流道64設置於凹槽613內。於本實施例中，凹槽613之形狀為開口較窄的凸字形，且凸字型的底部位於基部611。由於冷卻流道64設置於凹槽613內，故線圈62及基部611於通電時所產生的熱於經由第一側611a傳至第二側611b的過程中，就能同時經由座體63傳遞至冷卻流道64內的冷卻流體，進而增進散熱效率。

請參照第7圖，繪示本提案之另一實施例之定子結構70之局部俯視圖。於本實施例中，定子結構70與第1圖之定子結構10相似，但是齒部712與定子結構10中的齒部112相反，齒部712背向導磁件71之軸心C’。因此，齒部712及線圈72皆朝向定子結構70之外側。線圈72及導磁件71所產生的熱會經由導磁件71本身朝向軸心C’傳遞，再經由冷卻流道74將熱帶離定子結構70。軸心C’附近能設置成中空形狀，使空氣能流經軸心C’周圍處，而 有利於散熱。另外，雖然第7圖所示之實施例中並未於座體73朝向軸心C’之內側設置散熱鰭片，但不限於此。於其他實施例中，座體73之內側也能設置散熱鰭片，散熱鰭片也能與座體73一體不可分離的設置。散熱鰭片的設置能夠增加座體73的散熱面積以及結構勁度。

綜上所述，本提案之定子結構，藉由座體以鑄造方式結合於導磁件之凹槽，使得座體能與導磁件於徑向與圓周切線向緊密接合而達到良好的熱傳導效果，並能提升結構勁度。線圈及導磁件於通電時所產生的熱，能夠順利經由導磁件傳導至座體。座體之冷卻流道內能夠流通冷卻流體，以協助逸散線圈及導磁件所產生的熱。

雖然本提案以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本提案。在不脫離本提案之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本提案之專利保護範圍。關於本提案所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。

10、40a、40b、50、60、70‧‧‧定子結構

11、71‧‧‧導磁件

110、510‧‧‧導磁層

111、611‧‧‧基部

111a、611a‧‧‧第一側

111b、611b‧‧‧第二側

112、712‧‧‧齒部

113、613‧‧‧凹槽

12、62、72‧‧‧線圈

13、43a、63、73‧‧‧座體

14、44a、44b、64、74‧‧‧冷卻流道

141‧‧‧管體

15、15’‧‧‧限位環

150‧‧‧貫通孔

20‧‧‧模具

21‧‧‧凸起

431a、432a、431b、432b‧‧‧表面

442a、443a‧‧‧開口

461a、462a、461b、462b‧‧‧蓋體

463a、463a’、464a、464a’、463b、463b’、464b、464b’‧‧‧連通空間

440b‧‧‧文氏管結構

510a‧‧‧導磁拼塊

C、C’‧‧‧軸心

D1、D2‧‧‧寬度

S‧‧‧空腔

第1圖繪示本提案之實施例之定子結構之俯視圖。

第2A及2B圖繪示第1圖定子結構之製作流程側視圖。

第3A及3B圖繪示第1圖定子結構之製作流程中之限位環範例的局部俯視圖。

第4A及4B圖繪示本提案之另一實施例之定子結構沿冷卻流道剖面之側視剖面圖。

第5圖繪示本提案之另一實施例之定子結構之局部俯視圖。

第6圖繪示本提案之另一實施例之定子結構之局部俯視圖。

第7圖繪示本提案之另一實施例之定子結構之局部俯視圖。

10‧‧‧定子結構

11‧‧‧導磁件

111‧‧‧基部

111a‧‧‧第一側

111b‧‧‧第二側

112‧‧‧齒部

113‧‧‧凹槽

12‧‧‧線圈

13‧‧‧座體

14‧‧‧冷卻流道

141‧‧‧管體

C‧‧‧軸心

D1、D2‧‧‧寬度

Claims (20)

1. 一種定子結構，其包含有：一導磁件，具有一基部、複數個齒部及複數個凹槽，該基部具有相對的一第一側及一第二側，該些齒部自該第一側突出，該些凹槽自該第二側向內凹陷；複數個線圈，分別圍繞該些齒部；以及一座體，以鑄造方式結合於該第二側的該些凹槽，且該座體內包含複數個冷卻流道。
2. 如請求項1所述之定子結構，其中，該導磁件之材質之熔點高於該座體之材質之熔點。
3. 如請求項1所述之定子結構，其中，該座體具有位於該座體相對兩端之二表面，各該冷卻流道具有位於各該冷卻流道兩端之二開口，該二開口分別位於該二表面。
4. 如請求項3所述之定子結構，更包括複數個蓋體，該些蓋體分別設置於該座體相對兩端之該二表面。
5. 如請求項4所述之定子結構，其中，各該蓋體具有一連通空間，該些連通空間與該些冷卻流道連通。
6. 如請求項1所述之定子結構，其中，該導磁件具有一軸心，該些齒部朝向該軸心。
7. 如請求項1所述之定子結構，其中，該導磁件具有一軸心，該些齒部背向該軸心。
8. 如請求項1所述之定子結構，其中，該導磁件包括複數個彼此 堆疊之導磁層。
9. 如請求項8所述之定子結構，其中，該座體之部分材料浸滲於該些導磁層之間。
10. 如請求項8所述之定子結構，其中，各該導磁層包括複數個導磁拼塊，該些導磁拼塊彼此嵌合而形成各該導磁層。
11. 如請求項1所述之定子結構，其中，該些冷卻流道設置於該些凹槽內。
12. 如請求項1所述之定子結構，其中，該些凹槽接近該基部之寬度大於遠離該基部之寬度。
13. 如請求項1所述之定子結構，其中，該些凹槽之形狀為凸字形，且凸字型的底部位於該基部。
14. 如請求項1所述之定子結構，其中，該些凹槽之截面邊緣為連續曲線。
15. 如請求項1所述之定子結構，其中，該些冷卻流道具有文氏管(Venturi tube)結構。
16. 如請求項1所述之定子結構，更包括複數個分別設置於各該冷卻流道內並與該座體貼合之管體。
17. 如請求項16所述之定子結構，其中，各該管體之材質的熔點高於該座體之材質的熔點。
18. 如請求項16所述之定子結構，其中，各該管體之材質為金屬。
19. 如請求項16所述之定子結構，更包括至少一限位環，該些管體位於該限位環及該導磁件之間。
20. 如請求項16所述之定子結構，更包括至少一限位環，該些管體貫穿該限位環。