風扇及其三相電機的製作方法

2023-09-24 12:55:15 2

專利名稱：風扇及其三相電機的製作方法
技術領域：
本發明關於一種風扇及其電機，特別關於一種風扇及其三相無鐵芯(coreless) 電機。
背景技術：
電機為將電能轉換為機械能的裝置，且已廣泛應用於日常生活的產品之中，例如 風扇、或光碟機、或硬碟機、或光學裝置、或車用裝置等。雖然電機的種類繁多，但其主要應 用的原理為電磁效應。請參照圖IA所示，傳統一三相無鐵芯電機1包括一軸承結構11及一轉子結構12。 轉子結構12具有一轉軸121、一導磁殼122以及一磁環123。其中，轉軸121設置在軸承結 構11，導磁殼122與轉軸121連結，磁環123環設在導磁殼122的內壁並與之連結；另外，電 機1還包括一定子結構13，其具有一三相無鐵芯線圈(coreless coil)組131，線圈組131 環設於轉軸121並與磁環123對應設置。當線圈組131通電時，即與磁環123產生電磁效 應，並驅動轉軸121、導磁殼122及磁環123轉動。如圖IB所示，其為線圈組131的立體圖，三相線圈組131例如具有6組線圈，且同 相位的線圈，例如線圈131a-l及131a-2、131b-l及131b_2以及131c_l及131c_2分別對 應設置。為了提升電機1的效率，必須提高線圈組131中可與轉子結構12的磁環123發生 有效電磁效應的線圈的比例，亦即必須提高如圖IB的相同空間下的佔槽率，換句話說，必 須提高線圈組131的有效線圈的比例。然而，在電機1的定子結構13的有限空間中，線圈組131的有效線圈的比例將有 一定的限制，亦即，在定子結構13有限空間的條件下，不可能將線圈組131的有效線圈的比 例提高很多，因此，電機1的效率也無法進一步有效的提升。因此，如何提供一種三相電機，可提高定子結構的有效線圈的比例，進而可提升電 機的效率，實為當前重要課題之一。

發明內容
有鑑於上述課題，本發明的目的為提供一種可提高定子結構的有效線圈的比例， 進而可提升效率的三相電機，進而可提升本發明的三相電機所構成的風扇的效率。為實現上述目的，依據本發明的一種三相電機包括一軸承結構、一轉子結構以及 一定子結構。軸承結構具有一軸管部。轉子結構具有一轉軸設置在軸管部內。定子結構與 轉子結構對應設置，並具有一第一線圈組及一第二線圈組，第二線圈組為疊設在第一線圈 組。在本發明的一實施例中，三相電機還包括一底座，定子結構設置在底座上。在本發明的一實施例中，轉子結構還具有一導磁殼與轉軸連結，導磁殼、轉軸及底 座形成一容置空間。在本發明的一實施例中，轉子結構還具有一磁性體設置在導磁殼的容置空間並與導磁殼連結，磁性體與定子結構對應設置。在本發明的一實施例中，磁性體為一磁環。在本發明的一實施例中，第一線圈組與第二線圈組分別為三相無鐵芯線圈組。在本發明的一實施例中，第一線圈組具有多個第一線圈，第二線圈組具有多個第 二線圈，第一線圈組同相位的所述第一線圈為對位設置，第二線圈組同相位的所述第二線 圈為對位設置。在本發明的一實施例中，第一線圈組的所述第一線圈的其中之一與同相位的第二 線圈組的所述第二線圈的其中之一為對位設置。在本發明的一實施例中，第一線圈組的所述第一線圈的其中之一與同相位的第二 線圈組的所述第二線圈的其中之一夾置一角度。在本發明的一實施例中，第一線圈及第二線圈的線圈數量和與磁性體的磁極數比 為 3 2。在本發明的一實施例中，第一線圈組藉由一塑料材料疊設在第二線圈組。在本發明的一實施例中，第一線圈組與第二線圈組藉由粘結或塑料射出方式製作 而成。在本發明的一實施例中，第一線圈及第二線圈的繞線方式為4組線圈連繞方式或 2組線圈連繞方式。在本發明的一實施例中，第一線圈及第二線圈的接線方法為Δ接法或Y接法。在本發明的一實施例中，三相電機還包括一電路板，分別與第一線圈組及第二線 圈組電性連接。為實現上述目的，依據本發明的一種風扇包括一三相電機、一扇葉結構以及一上蓋。三相電機具有一軸承結構、一轉子結構以及一定子結構。軸承結構具有一軸管部。轉 子結構具有一轉軸設置在軸管部內。定子結構與轉子結構對應設置，並具有一第一線圈組 及一第二線圈組，第二線圈組疊設在第一線圈組上。扇葉結構與三相電機的轉子結構連結。 上蓋與三相電機連結，並覆蓋扇葉結構。在本發明的一實施例中，三相電機還包括一底座，定子結構設置在底座上。在本發明的一實施例中，轉子結構還具有一導磁殼與轉軸連結，導磁殼、轉軸及底 座形成一容置空間。在本發明的一實施例中，轉子結構還具有一磁性體設置在導磁殼的容置空間並與 導磁殼連結，磁性體與定子結構對應設置。在本發明的一實施例中，磁性體為一磁環。在本發明的一實施例中，第一線圈組與第二線圈組分別為三相無鐵芯線圈組。在本發明的一實施例中，第一線圈組具有多個第一線圈，第二線圈組具有多個第 二線圈，第一線圈組同相位的所述第一線圈為對位設置，第二線圈組同相位的所述第二線 圈為對位設置。在本發明的一實施例中，第一線圈組的所述第一線圈的其中之一與同相位的第二 線圈組的所述第二線圈的其中之一為上下設置。在本發明的一實施例中，第一線圈組的所述第一線圈的其中之一與同相位的第二 線圈組的所述第二線圈的其中之一夾置一角度。
在本發明的一實施例中，第一線圈及第二線圈的線圈數量和與磁性體的磁極數比 為 3 2。在本發明的一實施例中，第一線圈組藉由一塑料材料疊設在第二線圈組。在本發明的一實施例中，第一線圈組與第二線圈組藉由粘結或塑料射出方式製作 而成。在本發明的一實施例中，第一線圈及第二線圈的繞線方式為4組線圈連繞方式或 2組線圈連繞方式。在本發明的一實施例中，第一線圈及第二線圈的接線方法為Δ接法或Y接法。在本發明的一實施例中，三相電機還包括一電路板，分別與第一線圈組及第二線 圈組電性連接。承上所述，依據本發明的一種三相電機，因在定子結構的有限空間中具有重疊設 置的第一線圈組及第二線圈組，且第一線圈組的其中之一線圈與同相位的第二線圈組的其 中的一線圈夾置一角度，因此，使得第一線圈組及第二線圈組分別具有可與轉子結構的磁 性體發生有效電磁效應的線圈，換句話說，本發明的三相電機的第一線圈組及第二線圈組 具有比傳統三相電機更多的有效線圈的比例，因此，可提升三相電機的效率，進而可提升本 發明的三相電機所構成的風扇的效率。


圖IA為一種傳統三相電機的剖視圖；圖IB為一種傳統三相電機的線圈組的立體圖；圖2為本發明優選實施例的一種三相電機的剖視圖；圖3Α及圖:3Β分別為本發明優選實施例的第一線圈組及第二線圈組的分解及組合 示意圖；圖4為本發明優選實施例的第一線圈組及第二線圈組另一形態的示意圖；圖5為本發明優選實施例的第一線圈組及第二線圈組的又一形態的組合示意圖；圖6Α 圖6D分別為本發明優選實施例的第一線圈組及第二線圈組不同的繞線方 法及接線方式的示意圖；以及圖7為本發明優選實施例的一種風扇的分解示意圖。主要元件符號說明1、2、3:電機11,21 軸承結構12、22、32 轉子結構121、221、321 轉軸122、222、322 導磁殼123 磁環13,23 定子結構131 線圈組131a-l、131a-2、131b-l、131b-2、131c-l、131c-2、al、a2、a3、a4、bl、b2、b3、b4、cl、 c2、c3、c4、si、sll、sl2、s2、s21、s22、s3、s31、s32、xl、x2、yl、y2、zl、z2 線圈
211 軸管部223、323 磁性體231 第一線圈組232 第二線圈組24 電路板25,35 底座4 風扇41 扇葉結構42 上蓋B 空間E 塑料材料P 極對數U、V、W 相位9e、em:角度
具體實施例方式以下將參照相關附圖，說明依本發明優選實施例的一種風扇及其三相電機。請參照圖2所示，其為本發明優選實施例的一種三相電機2的剖視圖。本發明的 電機2為三相無鐵芯電機，亦為外轉子電機。本發明的電機2並不限定用途，例如可將電機 2應用到風扇、或光碟機、或硬碟機、或光學裝置、或車用裝置等電子設備。此外，本發明亦不 限定電機2的外觀形狀，隨著應用功能或領域的不同，電機2亦可在結構上作改變。電機2包括一軸承結構21、一轉子結構22以及一定子結構23。軸承結構21具有一軸管部211。而轉子結構22具有一轉軸221，並設置在軸管部 211內。轉子結構22還可具有一導磁殼222及一磁性體223，導磁殼222與轉軸221連結。 其中，導磁殼222可例如以嵌設、卡設或粘合等方式與轉軸221連結，在此，並不限制其連結 方式。電機2還可包括一底座25，定子結構23設置在底座25上。在本實例中，底座25 的材質例如是一種包括鐵的材料。另外，導磁殼222、轉軸221及底座25可形成一容置空間 B0磁性體223設置在容置空間B內並與導磁殼222連結，且磁性體223與定子結構 23上下對應設置。在此，磁性體223設置在容置空間B且環設於導磁殼222的上壁，並與定 子結構23上下對應設置。磁性體223可例如為一永久磁鐵所構成的磁環。定子結構23與轉子結構22對應設置。在此，定子結構23與轉子結構22的磁性 體223對應設置，並具有一第一線圈組231及一第二線圈組232，且第二線圈組232疊設在 第一線圈組231。在本實施例中，第一線圈組231與第二線圈組232分別為三相無鐵芯線圈 組。請參照圖3A及圖;3B所示，其分別為本實施例的第一線圈組231及第二線圈組232 分解及組合示意圖。第一線圈組231具有多個第一線圈，第二線圈組232具有多個第二線 圈，且第一線圈組231中，同相位的第一線圈為對位設置；第二線圈組232中，同相位的第二7線圈亦為對位設置。其中，第一線圈的線圈數量必須與第二線圈的線圈數量相同。在本實施例中，第一線圈組231可例如具有6組第一線圈al、a3、bl、b3、cl及c3， 且第一線圈al與a3為同相位且對位設置、第一線圈bl與b3為同相位且對位設置、第一線 圈cl與c3為同相位且對位設置；而第二線圈組232亦具有6組第二線圈a2、a4、l32、b4、C2 及c4，且第二線圈a2與a4為同相位且對位設置、第二線圈M與b4為同相位且對位設置、 第二線圈c2與c4為同相位且對位設置。其中，第一線圈組231的第一線圈al及a3與第 二線圈組232的第二線圈a2及a4為同相位，第一線圈組231的第一線圈bl及b3與第二 線圈組232的第二線圈M及b4為同相位，第一線圈組231的第一線圈cl及c3與第二線 圈組232的第二線圈c2及c4為同相位。此外，第一線圈組231的第一線圈的其中之一與同相位的第二線圈組232的第二 線圈的其中之一為對應位置設置。在本實施例中，如圖3B所示，第一線圈組231的第一線 圈al及a3與同相位的第二線圈組232的第二線圈a2及a4分別上下對位設置。另外，第一線圈組231其它相位的第一線圈(例如bl、b3、cl及c3)亦分別與第二 線圈組232同相位的第二線圈(例如t32、b4、c2及c4)對位設置，在此不再贅述。要特別注意的是，如圖4所示，若第一線圈組231及第二線圈組232分別具有3組 第一線圈xl、yl及zl，以及3組第二線圈x2、y2及z2，第一線圈組231僅有第一線圈xl、 yl及zl，故第一線圈組231無同相位的線圈，第二線圈組232僅有第二線圈x2、y2及z2， 故第二線圈組232亦無同相位的線圈，但是，第一線圈組231的第一線圈xl、yl及zl與第 二線圈組232的第二線圈x2、y2及z2之間仍具有同相位的第一線圈及第二線圈(xl與x2 為同相位、yl與12為同相位，zl與z2為同相位)，且分別對位設置。請再參照圖:3B所示，第一線圈組231的第一線圈的其中之一與同相位的第二線圈 組232的第二線圈的其中之一夾置一角度em。以本實施例為例，第一線圈al與同相位的 第二線圈a2兩者之間夾置一角度em，且角度θ m與磁性體223的極對數P成反比關係。 角度θ m與磁性體223的極對數P必須符合以下數學式θ m = 2 X θ e/P其中，P為磁性體223的極對數(例如一 N極及S極為一對極數對，磁極數等於二 倍的極數對)，θ e為電氣角度，且電氣角度θ e等於180度。同樣地，第一線圈組231其它相位的第一線圈(例如bl、b3、cl及c3)亦分別與第 二線圈組232同相位的第二線圈(例如t32、b4、c2及c4)兩者夾置同一角度em，例如第一 線圈bl與第二線圈1^2兩者亦夾置同一角度θ m，其餘的線圈不再贅述。另夕卜，電機2的第一線圈組231與第二線圈組232的線圈數量和與磁性體223的 磁極數的比例可例如為3 2(當θ e = 180度時)。本實施例是以第一線圈組231與第二線圈232的線圈數量和為12(第一線圈組 231與第二線圈組232各有6組線圈)為例，依上述的比例，磁性體223的極對數P可為4 極對G個N極及4個S極共8個磁極)。因此，本實施例的第一線圈組231的第一線圈al 與同相位的第二線圈組232的第二線圈a2夾置的角度θ m = 2X180/4 = 90度，如圖 所示。當然，第一線圈bl與同相位的第二線圈1^2兩者夾置的角度θ m亦為90度，其餘的 線圈亦不再贅述。此外，可例如如上述圖;3B所示，直接將繞好的第二線圈組232以粘結的方式疊設在第一線圈組231上，當然，第二線圈組232疊設在第一線圈組231亦可有不同的設置形 態，例如可先將第一線圈組231與第二線圈組232放置在模具內，再與一塑料材料E —起射 出加工，待冷卻後即可一體成型地將第一線圈組231及第二線圈組232與塑料材料E結合， 如圖5所示。第一線圈組231與第二線圈組232的繞線方式可例如為4組線圈或2組線圈連繞 方式，而其接線方法可例如為△接線方法或Y接線方法。在本實施例中，如圖6A所示，其 為分別將同相位的第一線圈al、a3及第二線圈a2、a4等4組線圈串聯成為一 4組連繞的 線圈si ；第一線圈bl、b3及第二線圈b2、b4等4組線圈串聯成為一 4組連繞的線圈s2 ；第 一線圈cl、c3及第二線圈c2、c4等4組線圈串聯成為一 4組連繞的線圈s3，再將3組線圈 sl、s2及s3接線成為Δ形，再分別與不同相位U相、V相及W相電源電性連接；而如圖6Β 所示，其亦可將3組線圈si、s2及s3成為Y形接線方式，再分別與不同相位的電源U相、 V相及W相電性連接。在此要注意的是，線圈sl、s2及s3的任何之一，其繞線順序並非固定，例如以線圈 si為例，線圈al a4的繞線順序並非固定為第一線圈al、第一線圈a3、第二線圈a2及第 二線圈a4，其順序亦可為第一線圈al、第二線圈a2、第一線圈a3及第二線圈a4或為其它順 序，在此並不加以設限；而線圈s2及S3亦是相同情況，其亦可為其它順序而不加以設限。再者，如圖6C所示，其亦可分別將同相位的第一線圈al及a3串聯成一線圈sll， 第二線圈a2及a4串聯成一線圈sl2，再將線圈sll及線圈sl2連接並具有端點Pl ；第一線 圈bl及b3串聯成一線圈s21，第二線圈1^2及b4串聯一線圈s22，再將線圈s21及線圈s22 連接並具有端點P2 ；第一線圈cl及c3串聯成一線圈s31，第二線圈c2及c4串聯成一線圈 s32，再將線圈s31及線圈s32連接並具有端點P3，之後再分別將線圈sll、sl2、s21、s22、 s31及s32如圖6C所示接線成為Δ形，再分別與不同相位的電源U相、V相及W相電性連 接；或者，如圖6D所示，將線圈sll、s12、s21、s22、s31及s32接線成為Y形，再分別與不同 相位的電源U相、V相及W相電性連接。本實施例的第一線圈組231的第一線圈與第二線圈組232的第二線圈的繞線順序 並不以上述圖6A 圖6D為限制，只要第一線圈組231的第一線圈與第二線圈組232的第二 線圈的繞線方式為4組線圈連繞或2組線圈連繞，而其接線方法為Δ接法或Y接法即可。此外，請再參照圖2所示，本發明優選實施例的三相電機2還可例如包括一電路板 對，其分別與第一線圈組231及第二線圈組232電性連接。因此，當電機2通電後，因電機2具有重疊的第一線圈組231及第二線圈組232，且 第一線圈組231的第一線圈與同相位的第二線圈組232的第二線圈夾置一角度，因此，使得 第一線圈組231及第二線圈組232分別具有可與轉子結構22的磁環223發生電磁效應的 有效線圈，而較多的有效線圈可與轉子結構22的磁性體223有更多有效轉動的電磁感應， 亦即在相同空間下，利用第一線圈組231及第二線圈組232交錯一角度θ m後堆疊，以提高 交鏈磁通量，故本發明的三相電機2具有比傳統三相電機更多的有效線圈比例，因此，可進 而提升電機2的效率。另外，請參照圖7所示，其為本發明優選實施例的一種風扇4的分解示意圖。風扇4具有一三相電機3、一扇葉結構41以及一上蓋42。扇葉結構41與三相電 機3的轉子結構32連結，上蓋42與三相電機3連結，並覆蓋扇葉結構41。在本實施例中，9扇葉結構41與轉子結構32的導磁殼322連結，而上蓋42與三相電機3的底座35連結，以 覆蓋扇葉結構41，使三相電機3、扇葉結構41以及一上蓋42組成本發明的風扇4。其中，三 相電機3具有上述三相電機2的所有技術特徵，在此不再贅述。因本發明的三相電機3具有比傳統三相電機更多的有效線圈比例，因此，電機3所 構成的風扇4亦比傳統的風扇具有更高的效率。綜上所述，因依據本發明的三相電機在定子結構的有限空間中具有重疊設置的第 一線圈組及第二線圈組，且第一線圈組的其中的一線圈與同相位的第二線圈組的其中的一 線圈夾置一角度，因此，使得第一線圈組及第二線圈組分別具有可與轉子結構的磁性體發 生有效電磁效應的線圈，換句話說，本發明的三相電機的第一線圈組及第二線圈組具有比 傳統三相電機更多的有效線圈的比例，因此，可提升電機的效率，進而可提升本發明的電機 所構成的風扇的效率。以上所述僅為舉例性，而非為限制性。任何未脫離本發明的精神與範疇，而對其進 行的等效修改或變更，均應包括在本發明的範圍中。
權利要求
1.一種三相電機，包括一軸承結構，具有一軸管部； 一轉子結構，具有一轉軸設置在該軸管部內；以及一定子結構，與該轉子結構對應設置，並具有一第一線圈組及一第二線圈組，該第二線 圈組為疊設在該第一線圈組上。
2.根據權利要求1所述的三相電機，其還包括 一底座，該定子結構設置在該底座上。
3.根據權利要求2所述的三相電機，其中該轉子結構還具有一導磁殼，與該轉軸連結， 該導磁殼、該轉軸及該底座形成一容置空間。
4.根據權利要求3所述的三相電機，其中該導磁殼是以嵌設、卡設或粘合方式與該轉 軸連結。
5.根據權利要求3所述的三相電機，其中該轉子結構還具有一磁性體，設置在該容置 空間內並與該導磁殼連結，該磁性體與該定子結構對應設置，且其中該磁性體為一永久磁 鐵所構成的磁環。
6.根據權利要求1所述的三相電機，其中該第一線圈組與該第二線圈組分別為三相無 鐵芯線圈組。
7.根據權利要求6所述的三相電機，其中該第一線圈組具有多個第一線圈，該第二線 圈組具有多個第二線圈。
8.根據權利要求7所述的三相電機，其中該第一線圈組同相位的所述第一線圈為對位設置。
9.根據權利要求7所述的三相電機，其中該第二線圈組同相位的所述第二線圈為對位設置。
10.根據權利要求7所述的三相電機，其中該第一線圈組的所述第一線圈的其中之一 與同相位的該第二線圈組的所述第二線圈的其中之一為上下設置。
11.根據權利要求7所述的三相電機，其中該第一線圈組的所述第一線圈的其中之一 與同相位的該第二線圈組的所述第二線圈的其中之一夾置一角度。
12.根據權利要求11所述的三相電機，其中該角度與該磁性體的磁極數成反比。
13.根據權利要求7所述的三相電機，其中所述第一線圈及所述第二線圈的線圈數量 和與該磁性體的磁極數比為3 2。
14.根據權利要求1所述的三相電機，其中該第一線圈組為藉由一塑料材料疊設在該 第二線圈組。
15.根據權利要求1所述的三相電機，其中該第一線圈組與該第二線圈組為藉由粘結 或塑料射出方式製作而成。
16.根據權利要求7所述的三相電機，其中所述第一線圈及所述第二線圈的繞線方式 為4組線圈連繞方式或2組線圈連繞方式，且其中所述第一線圈及所述第二線圈的接線方 法為△接法或Y接法。
17.根據權利要求1所述的三相電機，其為三相無鐵芯電機且其還包括一電路板，分別 與該第一線圈組及該第二線圈組電性連接。
18.—種風扇，包括一三相電機，該三相電機具有一軸承結構，具有一軸管部；一轉子結構，具有一轉軸設置在該軸管部內；及一定子結構，與該轉子結構對應設置，並具有一第一線圈組及一第二線圈組，該第二線 圈組為疊設在該第一線圈組；一扇葉結構，與該三相電機的該轉子結構連結；以及 一上蓋，與該三相電機連結，並覆蓋該扇葉結構。
19.根據權利要求18所述的風扇，該三相電機還具有一底座，該定子結構設置在該底
20.根據權利要求19所述的風扇，其中該轉子結構還具有一導磁殼，與該轉軸連結，該 導磁殼、該轉軸及該底座形成一容置空間。
全文摘要
一種三相電機，包括一軸承結構、一轉子結構以及一定子結構。軸承結構具有一軸管部。轉子結構具有一轉軸設置在軸管部內。定子結構與轉子結構對應設置，並具有一第一線圈組及一第二線圈組，第二線圈組為疊設在第一線圈組上。一種風扇也一起公開。本發明可提高定子結構的有效線圈的比例，進而提升此三相電機及其構成的風扇的效率。
文檔編號H02K1/27GK102055267SQ200910221070
公開日2011年5月11日 申請日期2009年11月9日 優先權日2009年11月9日
發明者莊坤富, 賴錦俊, 黃世民 申請人:臺達電子工業股份有限公司