直流馬達的中空型轉子及其繞線結構的製作方法

2023-07-02 08:38:51

本發明是關於直流馬達結構，尤指一種具有中空型轉子，且以特定方式在該中空型轉子上進行繞線的直流馬達結構。

背景技術：

由於馬達(electricmotor，又稱電動機)能將所接收到的電力轉化成機械能，以能驅動其他裝置，使得馬達被廣泛地應用至各種產品上，如：電動汽車、車床、電風扇、水泵......等不同領域中，一般言，現有的馬達種類大多可分為直流馬達(directcurrent，簡稱dcmotor)、交流馬達(alternating-current，簡稱acmotor)與脈衝馬達(pulsemotor)等多種類型，其中，由於直流馬達的「轉速-轉矩」與「電流-轉矩」等特性曲線均為線性關係，令直流馬達簡單且易於控制，因此，隨著電力調整器(簡稱scr)的發明，以及磁鐵材料、碳刷、絕緣材料的改良，再加上人們對於變速控制的需求日益增加，直流馬達又再度成為工業自動化的關鍵技術。

請參閱圖1所示，目前直流馬達1的基本架構，主要了包括一殼體10、一樞軸11、一轉子12(rotor)、一定子13(stator)及一換向器14(commutator)，其中，該殼體10內設有一容納空間101，該樞軸11是樞設在該殼體10內，且其一端的輸出軸111是凸露在該殼體10之外，該轉子12是由多個矽鋼片組合而成，且組裝固定至該樞軸11上，該轉子12上纏繞有多匝線圈，又，該定子13是為永久磁鐵所組成，且固定在該殼體10的內壁對應於該轉子12的外側周緣，並與該轉子12保持一間距，該換向器14是設在該容納空間101內，能接收外部電力，並與該線圈相電氣連接，以能將電力輸送至該線圈，同時，該換向器14尚能改變輸送至該線圈的電流方向，如此，根據佛來明左手定則或右手開掌定則，當一導線被放置於一磁場內，若該導線通上電流後，該導線所產生的磁場會切割原有磁場的磁場線，進而使該導線產生移動，故，當轉子12上的線圈通電後，其所產生的磁場，會切割定子13所產生的磁力線，而生成旋轉扭矩造成轉子12的轉動，並將電能轉換成動能。

承上所述，復請參閱圖1所示，目前的直流馬達1的整體結構幾乎僵化，而未有新穎的設計，造成本領域技術人員往往僅能針對傳動機構進行改良，因此，發明人考慮到，是否能對現有技術直流馬達的轉子結構進行改良，以提供一種嶄新的直流馬達結構，令本領域技術人員能夠根據不同的使用目的，輕易地調整其它元件(如：定子)的數量或安裝位置，進而能獲得使用者的青睞，並在市場上佔有一席的地，此亦為本發明亟欲解決的一重要課題。

技術實現要素：

有鑑於前述現有技術直流馬達的架構沿用多年，導致本領域技術人員不易就其它的部分元件(如：定子)進行調整與更動，發明人依多年的實務經驗，並經過長久的努力研究與實驗後，終於研發出本發明的一種直流馬達的中空型轉子及其繞線結構，以期通過本發明而能提供一種效果愈加優良，且能根據本領域技術人員的實際需求，輕易調整部分元件的直流馬達。

本發明的一目的，是提供一種直流馬達的中空型轉子及其繞線結構，該中空型轉子結構應用至一直流馬達上，包括一換向器、一輸出件及一中空型轉子，其中，該換向器與輸出件分別組裝至該中空型轉子的前後端，以使該換向器及該輸出件能隨著該中空型轉子同步轉動，又，該中空型轉子包括一鐵芯，該鐵芯是由多個矽鋼片組合而成，該鐵芯上繞設有多匝線圈，且該中空型轉子內沿軸向形成有一軸孔，該中空型轉子是沿該殼體的軸向安裝在直流馬達的一殼體內，且與固定在該殼體內的一定子保持一間隙，各該線圈的兩端分別電氣連接至該換向器上二相鄰的換向片，以接收該換向器傳來的電流，使該中空型轉子產生對應的電磁場，如此，本領域技術人員便能根據需求，而在該中空型轉子的軸孔中設有一內定子，或在該中空型轉子的外側設有一外定子，或是同時設有內定子與外定子，以調整該直流馬達的運作效能。

本發明的第二目的，是本領域技術人員能夠將換向器安裝在該中空型轉子的軸孔中，且將輸出件安裝至該中空型轉子上，如此，本領域技術人員即能夠在該中空型轉子的前側設有一前定子，或在該中空型轉子的後側設有一後定子，或是同時設有前定子與後定子，大幅提高本領域技術人員調整該直流馬達的便利性。

為對本發明目的、技術特徵及其功效，做更進一步的認識與了解，對實施例配合圖式，詳細說明如下。

附圖說明

圖1是現有技術直流馬達的結構示意圖；

圖2是本發明的第一實施例的直流馬達的拆解示意圖；

圖3是本發明的第一實施例的直流馬達的剖面示意圖；

圖4是本發明的第一實施例的中空型轉子的局部立體示意圖；

圖5是本發明的第一實施例的中空型轉子的一匝線圈的繞線示意圖；

圖6是本發明的第一實施例的中空型轉子的多匝線圈的繞線示意圖；

圖7是本發明的第二實施例的中空型轉子的拆解示意圖；

圖8是本發明的第二實施例的直流馬達的拆解示意圖；及

圖9是本發明的第二實施例的直流馬達的剖面示意圖。

【主要元件符號說明】

[現有技術]

直流馬達……1

殼體……10

容納空間……101

樞軸……11

輸出軸……111

轉子……12

定子……13

換向器……14

[本發明]

直流馬達……2

殼體……20、30

前蓋……20a、30a

後蓋……20b、30b

外殼……20c

容納空間……200

輸出孔……201

電刷……204

外定子……21

外磁鐵……211

換向器……22、32

盤體……220、320

換向片……221、321

輸出件……23、33

中空型轉子……24、34

第一間隙……24a

第二間隙……24b

軸孔……240、340

外鐵芯……241

內鐵芯……242

外線槽……243、243a、243b

固定孔……244

第一凹部……244a、344a

第二凹部……244b、344b

內線槽……245、245a、245b

固定棒……246、346

限位管……247

內定子……25

內磁鐵……251

軸承……26a、26b、36a、36b

線圈……27、27a、27b

前磁鐵……311

前鐵芯……341

後鐵芯……342

前線槽……343

後線槽……345

後磁鐵……351

軸杆……39

具體實施例方式

本發明是一種直流馬達的中空型轉子及其繞線結構，由於現有技術直流馬達的結構均大同小異，造成本領域技術人員為提高直流馬達的效能時，僅能對現有技術直流馬達以外的裝置(如：傳動機構)進行改良，因此，為能提供本領域技術人員更多的選擇，發明人特別設計出一種嶄新的直流馬達結構，並針對其中的「轉子」的結構與其上的繞線方式進行改良，在此特別一提者，申請人是研發出一種嶄新的「中空型轉子」，以供本領域技術人員能夠根據實際需求，利用該「中空型轉子」，而調整定子的數量與位置，相關說明會詳細記載於後續兩個實施例中，但是，本發明並非僅限定於後續圖式中所繪製的樣式，本領域的技術人員，當能在掌握本案的整體技術特徵後，在後續實施例中調整各個元件的外觀態樣與元件數量，在此先行說明。

本發明是一種直流馬達的中空型轉子及其繞線結構，是應用至一直流馬達2，請參閱圖1和圖2所示，該直流馬達2包括一殼體20、一中空型轉子結構與至少一定子，在一第一實施例中，該殼體20是呈一圓柱體，其內設有一容納空間200，其後端開設有多個輸出孔201，該輸出孔201是與該容納空間200相連通，其中，該殼體20由一前蓋20a、一後蓋20b及一外殼20c組裝而成，又，該前蓋20a內安裝有多個電刷204(carbonbrush，亦稱碳刷)，這些電刷204能夠接收外部電流，該後蓋20b則設有該輸出孔201，該外殼20c則呈中空管體狀，且嵌卡在該前蓋20a與後蓋20b兩者之間，但是，在本發明的其它實施例中，本領域技術人員能夠根據實際需求，調整該殼體20的樣式(如後敘本發明的第二實施例的態樣)。

復請參閱圖1和圖2所示，該中空型轉子結構包括一換向器22、一輸出件23與一中空型轉子24，其中，該換向器22安裝在該容納空間200內，且沿該殼體20的軸向樞接至該殼體20前端的內壁，該輸出件23則安裝在該容納空間200內，且沿該殼體20的軸向樞接至該殼體20後端的內壁，在該第一實施例中，該換向器22位於該前蓋20a中，且包括一盤體220及多個換向片221，其中，這些換向片221彼此相隔一間距地組裝至該盤體220的前側面，並與該前蓋20a內的電刷204相電氣連接，以接收該電刷204傳來的外部電流；另，該輸出件23位於該後蓋20b中對應於該輸出孔201的位置，使得一傳動件能夠通過該輸出孔201，與該輸出件23相連接，如此，當該直流馬達2運轉時，該直流馬達2所產生的動能便能依序經由該輸出件23與傳動件，輸出至一負載(如：變速箱)，以使該負載能通過該動能而運作，在此特別一提者，該輸出件23能夠根據傳動件的類型，如：煉條、皮帶圈或其它元件，而具有對應的元件態樣，如：齒輪狀、輪轂或其它元件，以使本發明的中空型轉子結構能夠適用於更多的器具或裝置上。

再者，請參閱圖2和圖3所示，該中空型轉子24是由多個鐵芯組合而成，其內沿軸向形成有一軸孔240，其前端是與該換向器22相連接，其後端則與該輸出件23相連接，又，該中空型轉子24上繞設有多匝線圈27，各該線圈27的兩端能分別電氣連接至該換向器22上二相鄰的換向片221，以接收該換向器22傳來的電流，令該中空型轉子24產生對應的電磁場，此外，該換向器22上二相鄰的換向片221能依一設定頻率，令其傳送至對應線圈27的電流方向逆轉，以使該線圈27所產生的電磁場也同時逆轉，此一換向過程依該設定頻率一再重複，如此，當該中空型轉子24因磁場作用轉動時，也會同步帶動該換向器22及該輸出件23轉動。

在第一實施例中，請參閱圖2和圖4所示，該中空型轉子24包括一外鐵芯241及一內鐵芯242，該外鐵芯241與內鐵芯242皆是由多個矽鋼片組合而成，其中，該外鐵芯241的外側表面沿軸向設有多個外線槽243，其內側表面則沿軸向設有多個第一凹部244a，並且，該內鐵芯242的內側表面沿軸向設有多個內線槽245，其外側表面則沿軸向設有多個第二凹部244b，這些外線槽243及內線槽245用於繞設線圈27，當該外鐵芯241與內鐵芯242組裝為一體時，該外鐵芯241的內側表面會貼靠至該內鐵芯242的外側表面，且各該第一凹部244a會分別與各該第二凹部244b相對應，以分別形成一固定孔244，使得這些固定孔244能沿該中空型轉子24的圓周向排列而成，另外，多個支固定棒246能分別伸入至相對應的各該固定孔244中，以與該中空型轉子24相結合為一體，而且，各該固定棒246的前端會外露出該中空型轉子24，且能固定至該換向器22的盤體220的後側面，各該固定棒246的後端也會外露出該中空型轉子24，並固定至該輸出件23，如此，該中空型轉子24、換向器22與輸出件23三者便能組裝成為一體，以能同步轉動。

此外，復請參閱圖2和圖4所示，為避免該換向器22與輸出件23碰觸到該中空型轉子24上的線圈27，各該固定棒246的前端與後端尚能分別套設一限位管247，該限位管247的外徑大於該固定孔244的孔徑，而無法伸入至該固定孔244中，且其位於該換向器22與中空型轉子24兩者間，或位於該輸出件23與中空型轉子24兩者間，以使該換向器22與輸出件23不會碰觸到該中空型轉子24上的線圈27。但是，在此特別注意，在本發明的其它實施例中，本領域技術人員能夠採用其它方式，使該中空型轉子24、換向器22與輸出件23三者相結合，只要該中空型轉子24能夠同步帶動該換向器22與輸出件23，且分別與該換向器22與輸出件23保持一預定間隙，即為本發明所欲保護的連接關係。

另，復請參閱圖2和圖4所示，該外鐵芯241與內鐵芯242通過繞設其上的線圈27而組裝固定成一體，以避免該外鐵芯241與內鐵芯242相互脫離，且令這些固定棒246分別被固定至對應的這些固定孔244中。下面僅說明本發明的線圈27的纏繞方式，但是，在本發明的其它實施例中，本領域技術人員能夠以不同的纏繞方式，使線圈27固定至中空型轉子24上，請參閱圖5所示，其中，圖5中僅顯示出局部的中空型轉子24與一匝線圈27，以避免圖示過於複雜。該外鐵芯241的外側表面開設有相鄰的二外線槽243a、243b，該內鐵芯242的內側表面則開設有相鄰的二內線槽245a、245b，其中，外線槽243a與內線槽245a相對應，外線槽243b與內線槽245b相對應，而且，一線圈27a的一端能電氣連接至其中一換向片221，其另一端則伸入至外線槽243a的前端，且通過該外線槽243a，並伸出至該外線槽243a的後端，然後，該線圈27a的另一端會伸入至內線槽245a的後端，且通過內線槽245a，並伸出至該內線槽245a的前端，而且，其會斜向伸入至外線槽243b，並依序通過該外線槽243b、外線槽243b的後端、內線槽245b的後端與內線槽245b，再伸出至該內線槽245b的前端，以能電氣連接至另一換向片221，前述的線圈27a的纏繞方式即稱為一匝線圈27a。

再者，請參閱圖2及圖6所示，當該中空型轉子24欲繞設多匝線圈27時，僅需使伸出至內線槽245b的前端的線圈27a(如圖5所示)斜向伸入至外線槽243a的前端，並重複前述纏繞方式即可形成多匝線圈27。此外，當相鄰該線圈27的另一紮線圈27b的另一端伸出至該內線槽245a的前端後，該線圈27a的一端會與另一線圈27b的另一端兩者，電氣連接至同一個換向片221上，且當換向片221將電流傳輸至該線圈27a的一端時，其會接收到另一線圈27b的另一端所傳輸出來的電流，然後，當換向片221執行換向過程時，則前述電流方向會產生逆轉，如此一來，各該線圈27a、27b便能因電流方向而產生對應的電磁場。

復請參閱圖2和圖3所示，在該第一實施例中，該直流馬達2設有一外定子21及一內定子25兩個定子，且該外定子21與內定子25均固定至該殼體20內，其中，該外定子21包括多個外磁鐵211，各該外磁鐵211位於該外殼20c內，且沿該外殼20c(即，殼體20)的圓周向固定至該外殼20c的內壁，各該外磁鐵211彼此相隔一間距，且任二相鄰的外磁鐵211彼此極性相反，該中空型轉子24沿該殼體20的軸向安裝在該外定子21內，且與該外定子21保持一第一間隙24a，以使該中空型轉子24能自由地在該外定子21內轉動；另外，該內定子25包括多個內磁鐵251，且通過軸承26a、26b而能沿該殼體20的圓周向固定至該中空型轉子24的軸孔240內，並與該中空型轉子24保持一第二間隙24b，以使該中空型轉子24能自由地在該內定子21外轉動，各該內磁鐵251彼此相隔一間距，且任二相鄰的內磁鐵251彼此極性相反；但是，在本發明的其它實施例中，本領域技術人員能夠根據需求，而僅設有單一個定子(如：外定子21或內定子25)，以能縮減該直流馬達2的體積或降低其生產成本。如此，復請參閱圖2所示，當該中空型轉子24的線圈27接收到該換向器22傳來的電流，並產生對應的電磁場後，將因該電磁場能分別與定子(如：外定子21或內定子25)上的多個磁鐵(如：外磁鐵211或內磁鐵251)產生互斥作用，而使該中空型轉子24轉動，且同步帶動該輸出件23，以將該中空型轉子24產生的低轉速及高扭矩的一轉動扭力，輸出至負載上。

復請參閱圖4所示，雖然前述中空型轉子24是由外鐵芯241與內鐵芯242組合而成，且其沿軸向開設有對應的外線槽243或內線槽245，但是，本領域技術人員能夠根據其實際使用上的需求，調整中空型轉子的結構，舉例而言，在一第二實施例中，請參閱圖7所示，一中空型轉子34包括一鐵芯，其中，該鐵芯由一前鐵芯341及一後鐵芯342所組成，該前鐵芯341的前側表面沿徑向設有多個前線槽343，其後側表面則沿徑向設有多個第一凹部344a，並且，該後鐵芯342的後側表面沿徑向設有多個後線槽345，其前側表面則沿徑向設有多個第二凹部344b，這些前線槽343及後線槽345是供繞設線圈，其繞設方式與圖5相同(即，前線槽343對應於外線槽243a、243b，後線槽345對應於內線槽245a、245b)，又，當該前鐵芯341與後鐵芯342組裝為一體時，該前鐵芯341的後側表面會貼靠至該後鐵芯342的前側表面，且各該第一凹部344a會分別與各該第二凹部344b相對應，以分別形成一固定孔，這些固定孔則分別能供固定棒346穿過，以使這些固定棒346與中空型轉子34結合成一體。

復請參閱圖7～9所示，該中空型轉子34內沿軸向形成有一軸孔340，且一換向器32安裝至該軸孔340內，在該第二實施例中，該換向器32包括一盤體320及多個換向片321，其中，這些換向片321彼此相隔一間距地組裝至該盤體320的前側面，該盤體320的周緣則與這些固定棒346的一端相連接，且這些固定棒346的另一端尚外露出該中空型轉子34，另外，輸出件33則能固定至該盤體320的後側，且其周緣與這些固定棒346的另一端相連接，如此，當該中空型轉子34轉動時，便能同步帶動該換向器32與輸出件33。

在該第二實施例中，該中空型轉子34也能夠使用至直流馬達上，復請參閱圖7～9所示，該中空型轉子34設在一殼體30內，該殼體30包括一前蓋30a與一後蓋30b，其中，該中空型轉子34位於該前蓋30a與後蓋30b兩者的容納空間中，且該前蓋30a與後蓋30b兩者間的空隙會形成輸出孔(如圖2的輸出孔201)，以供一傳動件能經由該輸出孔，而與該輸出件33相連接；一前定子會安裝在該中空型轉子34的前側，且與該中空型轉子34保持一第一間距，一後定子則會安裝在該中空型轉子34的後側，且與該中空型轉子34保持一第二間距，其中，該前定子包括多個前磁鐵311，這些前磁鐵311彼此相隔一間距，且任二相鄰的前磁鐵311彼此極性相反，又，該後定子包括多個後磁鐵351，這些後磁鐵351彼此相隔一間距，且任二相鄰的後磁鐵351彼此極性相反，在該第二實施例中，前磁鐵311是固定至前蓋30a上，後磁鐵351則固定至後蓋30b上，且該前蓋30a與後蓋30b兩者的軸心位置分別連接至一軸杆39的兩端，又，該軸杆39鄰近兩端的位置尚分別設有一軸承36a、36b，如此，中空型轉子34、前定子與後定子三者間，便能因彼此間的磁場互斥作用，而使該中空型轉子34轉動，進而能帶動換向器32與輸出件33。

綜上所述可知，通過該中空型轉子結構的設計，本領域技術人員便能夠根據實際需求，調整定子或其它元件的數量與位置，例如前述的內定子、外定子、前定子或後定子等，以有效控制直流馬達的效能與生產成本。按，以上所述，僅是本發明的較佳實施例，但是，本發明所主張的權利範圍，並不局限於此，按凡熟悉該項技藝人士，依據本發明所公開的技術內容，可輕易思及的等效變化，均應屬不脫離本發明的保護範疇。