TWI412213B - 薄型馬達之強化結構 - Google Patents

Description

薄型馬達之強化結構

本發明係有關一種薄型馬達之強化結構，尤指一種具有肋結構與定子鎖固裝置之軸向磁通薄型馬達，減少定子重量，使馬達輕量化，還能增強馬達外殼強度，使其不易變形；同時，再利用鎖固裝置，將定子牢固於外殼，以抵抗轉子內永久磁鐵之正向磁吸力，解決馬達運轉時定轉子吸附於一起的情形發生，使馬達達到薄形化及強化結構的目的。

習知技術之電動自行車(腳踏車)車輪馬達，為裝置於輪轂的「輪內馬達」設計，其輪圈鋼絲必須每一根都鎖固於輪轂上，安裝過程非常耗時；再者，由於各廠牌自行車之輪圈並無統一產品規格，若要改裝該型式的電動馬達，就需重新設計輪圈架構。為了解決上述問題，本發明提出一種軸向磁通薄型馬達，可以側掛方式裝設於自行車上，因此適用於任何自行車的輪圈。

再者，習知技術之薄型馬達大部份應用於電子產品，其馬達僅需要小功率即能驅動，若要將該技術應用於車輛上，會有電流過小導致扭力嚴重不足的問題。另外，習知車用之軸向磁通馬達雖然扭力足夠驅動車輛，卻因機構設計問題，會導致馬達體積過大，結構變得厚重之缺點。因此，本發明提出軸向磁通結構之薄型馬達，可達到馬達輕 薄化且提供足夠扭力來驅動車輛。

習知第一件專利為中華民國專利I303122，主要技術為提供一般電子產品之超薄型馬達結構，藉此提高馬達的組裝性與量產性，解決了傳統徑向氣隙馬達因堆疊導磁材料阻礙馬達體積薄化設計的問題。

習知第二件專利為中華民國專利I260595，主要技術為在馬達內部機構設計成一種低搖擺且易薄化之主軸馬達結構，用以解決傳統馬達運轉時無法達到平順之缺失，以及馬達無法薄化的缺點。

習知第三件專利為中華民國專利M361170，主要技術為提出一種軸向磁通馬達之吊扇機構，改善習知徑向馬達之複雜結構、效率較低的缺點，由於軸向馬達為扁平狀，軸向馬達適合作薄形化設計，且磁通面積大，驅動效率也較徑向馬達吊扇來的高，但是該習知技藝與本案相較後，為不同應用領域。

習知第四件專利為中華民國專I318036，主要技術為利在肋結構用於馬達機構方面，設計馬達基座散熱殼體，使高功率馬達之發熱元件所散發的高溫透過固定板傳導至基座、肋片以及框體，防止積熱，肋片除了散熱之外亦有固定其內部元件之功能，但其應用領域非為使馬達達到薄形化及強化結構的目的。

習知第五件專利為中華民國專利529859，主要技術為提出外轉式馬達之冷卻裝置，肋片裝置於轉子上，馬達運轉時，肋片裝置會產生氣流使定子內各部位機構溫度平均分布，同時馬達內部設計流體通道以達散熱之效，但其應 用領域亦非為使馬達達到薄形化及強化結構的目的。

習知第六件專利為美國專利US 7679260 B2，主要技術為針對軸向馬達設計兩片定子及一片轉子的結構，轉子內含有肋，用於固定磁鐵以及增強轉子結構，以減少馬達運轉時所產生的震動以及噪音，但其應用領域亦非為使馬達達到薄形化的目的。

習知第七件專利為美國專利US 7256524 B2，主要技術為提供一種具有兩片定子、兩片轉子及兩個輸出軸的馬達，並設有水套機構供馬達冷卻散熱，其中兩輸出軸可分別提供不同的轉速獨立轉動，但是該習知技藝與本案相較後，為不同應用領域。

習知第八件專利為美國專利US 7170212 B2，主要技術為設計軸向磁通馬達，具有兩片轉子、一片定子及上/下定子盤分別排列兩層不同排列方向之環狀線圈，來組成三相馬達，但其應用領域亦非為使馬達達到薄形化及強化結構的目的。

於前述國內、外專利中，在薄型馬達設計方面，由於其線圈為微奈米尺寸，只能適用於一般電子產品之小功率馬達，無法承受一般馬達所需之電流負載。一般用途的軸向磁通馬達結構，能夠提供的扭力卻有限，無法驅動車輛。若要提供足夠扭力驅動車輛的馬達，卻因機構設計問題，會造成體積過大，結構厚重等缺點。本發明為解決上述存在問題，設計足以驅動車輛之軸向磁通薄型馬達結構。

習知軸向磁通馬達常用於低功率、低扭力及高轉速場合，如光碟機、硬碟等3C電子產品的旋轉電動機，請參閱 圖一所示，此為光碟機馬達，其構件係包括有一背鐵11、一線圈12、一軸13、一軸承14及一軛15，但馬達為無鐵心結構，且線圈12繞線於背鐵11之上，此種結構的馬達其功率和扭力較小，故應用場合受限，請參閱第二圖所示，其構件係包括有一定子外殼21、一馬達定子22、一馬達線圈23、一軸承24、一轉子外殼25、一軸承26、一馬達轉子27、一鎖固螺絲28及一永久磁鐵29，由於習知薄形馬達其軸向磁通特性，能夠擁有較徑向磁通馬達更多磁通面積，故能夠進行高功率與大扭力的輸出，但也因為大功率與大扭力的輸出，在馬達運作時，將會產生極大的正向力，此實施例所產生正向力約為3000牛頓至4000牛頓，其缺點為於極大的正向力與薄形馬達薄形的結構特性之下，將會造成結構變形而無法保持一定距離氣隙，導致馬達無法正常運轉，甚至無法使用。

本發明可解決上述圖二揭露結構之問題，設計一種薄形馬達結構，能夠進行高功率與大扭力輸出，其扭力密度可達到6Nm/kg以上，再不改變其薄形特徵與大扭力輸出的條件之下，解決結構變形之問題。

基於解決以上所述習知技術的缺失，本發明為一種薄型馬達之強化結構架構，主要目的為設計一種具有肋結構與定子鎖固裝置之軸向磁通薄型馬達，減少定子重量，使馬達輕量化，還能增強馬達外殼強度，使其不易變形；同時，再利用鎖固裝置，將定子牢因於外殼，以抵抗轉子內永久 磁鐵之正向磁吸力，解決馬達運轉時定、轉子吸附於一起的情形發生，使馬達達到薄形化及強化結構的目的。

為達上述之目的，本發明為一種薄型馬達之強化結構，其包括馬達轉子、馬達定子、定子外殼、馬達線圈、轉子外殼、軸承、永久磁鐵，該永久磁鐵安裝於馬達轉子之上，馬達線圈纏繞於馬達定子之上，馬達定子上設置有複數個齒柱，於定子外殼內側設置有複數個補強肋，馬達定子底側利用對應設置有複數個卡合溝貼合於定子外殼之補強肋外部，再於馬達定子與定子外殼設置有複數個穿孔，該些穿孔以供固定元件進行固定，以形成馬達定子與定子外殼之固定結構。

為進一步對本發明有更深入的說明，乃藉由以下圖示、圖號說明及發明詳細說明，冀能對 貴審查委員於審查工作有所助益。

茲配合下列之圖式說明本發明之詳細結構，及其連結關係，以利於 貴審委做一瞭解。

本發明之薄形馬達結構亦如前述圖二一般，其構件係包括有一定子外殼(21)、一馬達定子(22)、一馬達線圈(23)、一軸承(24)、一轉子外殼(25)、一軸承(26)、一馬達轉子(27)及一永久磁鐵(29)，但無鎖固螺絲，而可以多種之固定元件做一取代，其組裝及動作原理為該永久磁鐵(29)安裝於馬達轉子(27)之上，馬達線圈(23)纏繞於馬達定子(22)之上，馬達定子(22)與永久磁鐵 (9)相對，但二者之間並無接觸，其間留有一距離，此距離稱之為氣隙，馬達外殼可分為定子外殼(21)與轉子外殼(25)，馬達定子(22)固定於定子外殼(21)之中，定子外殼(21)透過軸承(26)與馬達轉子(27)產生相對運動，而馬達轉子(27)，亦透過軸承(24)與轉子外殼(25)產生相對運動。定子外殼(21)與轉子外殼(25)藉由螺絲、鉚釘來進行固定，由於馬達定子(22)通常為導磁材料所製成，如矽鋼片、軟磁複合材料(Soft Magnetic Composite,SMC)等導磁材料，因此，馬達定子(22)常會被永久磁鐵(29)所產生的磁吸力拉扯而造成結構變形，導致無法保持一定距離氣隙，致使馬達性能受損，甚至無法正常運轉。下列圖三至圖七為針對圖二結構做結構上的強化，以避免馬達損壞的狀況。

請參閱第三圖所示，係為本發明之薄形馬達定子與定子外殼鎖固結構圖，主要技術內容為將馬達定子(4)鎖固於定子外殼(3)之程序，其馬達定子(4)的齒柱(44)具有複數個穿孔(41)，請參閱第四圖與第五圖所示，定子外殼(3)亦具有複數個穿孔(31)，固定元件(5)可穿過定子外殼(3)鎖固馬達定子(4)於外殼固定位置，此方法可有效抵抗圖二揭露永久磁鐵(29)所產生的磁吸力，即可避免結構性的破壞。固定元件(5)係指螺絲、鉚釘(二者為垂直方向固定)或結合鍵(6)(水平方向固定)之其中一者，請參閱第六圖所示，固定元件(5)可以垂直方向來直接安裝於馬達定子(4)與定子外殼(3)上，此處馬達定子(4)需具備複數個穿孔(31)，方利於螺絲或鉚釘 之固定元件穿置固定。另一實施例請參閱第七圖所示，此種馬達定子(4)與定子外殼(3)的鎖固方式有別上述方式，乃利用具備水平方向鎖固功能的結合鍵(6)對於定子外殼(3)與馬達定子(4)結合鎖固，此鎖固方式，必須在定子外殼(3)與馬達定子(4)水平方向設置有若干個穿孔(圖中未示)，再將結合鍵(6)置入此穿孔(圖中未示)內，藉此結合定子外殼(3)與馬達定子(4)。

請參考第四圖與第五圖，本發明亦提出的另一實施方式，在不影響薄形馬達厚度特徵的情況之下提昇定子外殼(3)強度，於馬達定子(4)齒柱(44)中央底部具備極小磁通量或是磁通量為零之處設置一卡合溝(42)，該卡合溝(42)可提供定子外殼(3)設計補強肋(32)結構，此補強肋(32)結構因為設計於薄形馬達內部，故可在不影響薄形馬達的厚度，有效增加定子外殼(3)的結構強度，使其足以抵抗永久磁鐵(29)之磁吸力，保持薄形馬達的正常運作。

綜合前述特徵結構，即可歸納出本發明一種薄型馬達之強化結構，其包括有一定子外殼、一馬達定子、一馬達線圈、一軸承、一轉子外殼、一軸承、一馬達轉子及一永久磁鐵，該永久磁鐵安裝於馬達轉子之上，馬達線圈纏繞於馬達定子(4)之上，馬達定子(4)上設置有複數個齒柱44，於定子外殼(3)內側設置有複數個補強肋(32)，馬達定子(4)底側利用對應設置有複數個卡合溝(42)貼合於定子外殼(3)之補強肋(32)外部，再於馬達定子(4)與定子外殼(3)設置有複數個穿孔(31、41)，依固定元 件(5)之不同，可為垂直方向或水平方向設置，該垂直方向設置穿孔(31、41)係為供螺絲或鉚釘做一穿置，該水平方向設置穿孔係為供結合鍵(6)做一穿置，該些穿孔(31、41)以供固定元件進行固定，以形成馬達定子(4)與定子外殼(3)之固定結構。

上述該水平方向設置穿孔(31、41)形狀係為鳩尾槽，以補強鍵合時的結構強固性。

且該卡合溝(42)形狀亦可為長條形凹槽，且補強肋32為長條柱體。該馬達定子(4)之卡合溝42係設置於該些齒柱44之底部中心處。

藉由上述圖二至圖七的揭露，即可瞭解本發明之技術特徵為設計一種具有肋結構與定子鎖固裝置之軸向磁通薄型馬達，減少定子重量，使馬達輕量化，還能增強馬達外殼強度，使其不易變形；同時，再利用鎖固裝置，將定子牢固於外殼，以抵抗轉子內永久磁鐵之正向磁吸力，解決馬達運轉時定、轉子吸附於一起的情形發生，使馬達達到薄形化及強化結構的目的。再者，本發明具有盤狀定子與盤狀轉子的結構，主要用於車輪軸心側面或中置的扁平空間中，帶動車輪轉動。此軸向磁通馬達動力輸出原理是藉著盤狀定子之電樞通電流形成電磁場，以及盤狀轉子上永久磁鐵形成的磁場交互切割，使盤狀轉子轉動，馬達得以進行旋轉運動。肋結構設計於定子殼內側，用以增加其結構強度，使馬達不至於增厚，有效利用馬達有限體積；另外，再以鎖固裝置將定子牢固於馬達外殼之內側，避免定子受到轉子永久磁鐵的磁吸力作用而導致變形，同時解決 定子受轉子強力磁鐵影響而被磁鐵吸附，造成馬達無法運轉的情形發生。於電動車的市場中，具有極高的商業價值，故提出專利申請以尋求專利權保護。

綜上所述，本發明之結構特徵及各實施例皆已詳細揭示，而可充分顯示出本發明案在目的及功效上均深賦實施之進步性，極具產業之利用價值，且為目前市面上前所未見之運用，依專利法之精神所述，本發明案完全符合發明專利之要件。

唯以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以之限定本發明所實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應仍屬於本發明專利涵蓋之範圍內，謹請 貴審查委員明鑑，並祈惠准，是所至禱。

(21)、(3)‧‧‧定子外殼

(22)、(4)‧‧‧馬達定子

(23)‧‧‧馬達線圈

(24)‧‧‧軸承

(25)‧‧‧轉子外殼

(26)‧‧‧軸承

(27)‧‧‧馬達轉子

(28)‧‧‧鎖固螺絲

(29)‧‧‧永久磁鐵

(31)‧‧‧穿孔

(32)‧‧‧補強肋

(41)‧‧‧穿孔

(42)‧‧‧卡合溝

(44)‧‧‧齒柱

(5)‧‧‧固定元件

(6)‧‧‧結合鍵

圖一係為習知軸向磁通馬達結構圖；圖二係為本發明之薄形馬達結構圖；圖三係為本發明之薄形馬達定子與定子外殼鎖固結構圖；圖四係為本發明之薄形馬達定子外殼結構圖；圖五係為本發明之薄形馬達定子圖；圖六係為本發明之薄形馬達定子與定子外殼鎖固結構圖；圖七係為本發明之薄形馬達定子與定子外殼鎖固結構圖。

(3)‧‧‧定子外殼

(4)‧‧‧馬達定子

(32)‧‧‧補強肋

(5)‧‧‧固定元件

(44)‧‧‧齒柱

Claims (9)

1. 一種薄型馬達之強化結構，其包括馬達轉子、馬達定子、定子外殼、馬達線圈、轉子外殼、軸承、永久磁鐵，該永久磁鐵安裝於馬達轉子之上，馬達線圈纏繞於馬達定子之上，馬達定子上設置有複數個齒柱，其特徵在於：於定子外殼內側設置有複數個補強肋，馬達定子底側利用對應設置有複數個卡合溝貼合於定子外殼之補強肋外部，該馬達定子之該些卡合溝係設置於該些齒柱之底部中心處，再於馬達定子與定子外殼設置有複數個穿孔，該些穿孔以供固定元件進行固定，以形成馬達定子與定子外殼之固定結構。
2. 如申請專利範圍第1項所述之薄型馬達之強化結構，其中該固定元件係指螺絲、鉚釘或結合鍵之其中一者。
3. 如申請專利範圍第1項所述之薄型馬達之強化結構，其中該馬達定子與定子外殼設置有複數個穿孔依固定元件之不同，可為垂直方向或水平方向設置。
4. 如申請專利範圍第3項所述之薄型馬達之強化結構，其中該垂直方向設置穿孔係為供螺絲或鉚釘做一穿置。
5. 如申請專利範圍第3項所述之薄型馬達之強化結構，其中該水平方向設置穿孔係為供結合鍵做一穿置。
6. 如申請專利範圍第3項所述之薄型馬達之強化結構，其中該水平方向設置穿孔形狀係為鳩尾槽。
7. 如申請專利範圍第1項所述之薄型馬達之強化結構，其中該卡合溝形狀係為長條形凹槽，且補強肋為長條柱體。
8. 如申請專利範圍第1項所述之薄型馬達之強化結構，其中該馬達定子為導磁材料所製成。
9. 如申請專利範圍第8項所述之薄型馬達之強化結構，其中該導磁材料係指矽鋼片及軟磁複合材料之其中一者。