軸向磁通薄型馬達定子盤的結構的製作方法
2023-05-23 18:21:31
專利名稱：軸向磁通薄型馬達定子盤的結構的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種軸向磁通薄型馬達定子盤的結構，尤其是涉及一種改良軸向磁通薄型馬達結構，其可解決過去因馬達設計與製造方式無法整合一致，使馬達繞線佔槽率過低、及力矩漣波過大的缺點。
背景技術：
現有薄型馬達的結構，以繞線機在馬達定子齒柱繞線時，必須具有足夠大的齒槽開口(slot opening)，且繞線佔槽率在50%以下。軸向磁通馬達以衝槽卷繞方式製成定子盤，再以超過70%佔槽率的繞組套入齒柱，最後再嵌入一體式成型的齒鞋或齒鞋盤，一體式成型的齒鞋可用導磁性材料製成齒鞋頂面，導引軸向磁通依鞋頂幾何形狀分布通過氣隙， 以降低力矩漣波。此種結構可降低齒柱長度，不但降低重量與成本，馬達厚度也隨之降低， 以達到薄型化目標。第一現有薄型馬達請參考US6445105，其主要為以提高軸向磁通馬達功率密度與效率，定子齒與盤分由鑄鐵製造，而線圈繞在圓柱上，再膠合成定子盤，齒頂為梯型，齒柱為圓形，以上鑄鐵製造及組裝過程較為複雜，因此具有生產成本較高的缺點。第二現有薄型馬達請參考US6707221，其主要為提高軸向磁通馬達功率密度與效率，定子齒由軟性導磁材料鑄成，圓柱周圍繞線，其具有鑄鐵與繞線結構單純，該馬達的缺點為繞線佔槽率過低，以致無法降低定子盤高度。第三現有薄型馬達請參考US6707221，其主要為定子齒盤由一片矽鋼片螺旋卷繞衝制一體式成型，繞線以徑向卷繞方向形成，以上卷繞衝制結構簡易，該散熱方式是使水套鰭片插入定子繞線間隙，中間灌膠提高熱傳導效率，降低齒卡力矩方式為(1)將轉子磁鐵分成兩個區域，或四個區域，但不限此兩例，但建議分成偶數區域。 各區分開為槽距的一半。因此磁鐵間距會較窄，或使磁鐵寬度較窄。(2)磁鐵的間距由內圈到外圈不等距，使磁鐵邊線與徑向線差一小角度。但上述所有現有馬達繞線佔槽率過低，以致無法降低定子盤高度，有效達到扁平薄型及減重的目標；此外以機器繞線時，槽口寬必須夠大，才能使銅線穿過，然而槽口過大會導致力矩漣波增大，不利馬達穩定運轉，因此傳統的薄型馬達仍不完美，本發明正為改進上述缺點的薄型馬達結構。
發明內容
基於解決以上所述現有技術的缺失，本發明的目在於提供一種軸向磁通薄型馬達定子盤的結構，其改良軸向磁通薄型馬達結構，以解決過去因馬達設計與製造方式無法整合一致，使馬達繞線佔槽率過低、及力矩漣波過大的缺點。為了達到上述目的，本發明提供一種軸向磁通薄型馬達定子盤的結構，馬達具有定子盤與轉子盤的結構，定子盤的電樞通電形成電磁鐵，和轉子盤上磁鐵形成的電磁場交互切割，使轉子盤帶動馬達轉動，該馬達包括有
定子盤，其是以矽鋼片衝槽卷繞成圓盤方式製成，該定子盤設置有多個齒柱；轉子盤，由一導磁材料圓盤為基座，在該基座上嵌入數個永久磁鐵；以及通過上述結構，將銅線在扇形柱狀線套外依序緊密繞成多層線圈，將獨立緊密繞制的線圈套入該定子盤的齒柱上，形成高佔槽率繞線結構，各線圈聯絡依據馬達相數，以串聯或並聯布置形成各相繞組。本發明改良軸向磁通薄型馬達結構，解決前述現有馬達的缺失，具有下列三項優佔.
^ \\\ ·(一)軸向磁通馬達以衝槽卷繞方式製成定子盤以整條連續矽鋼片一邊衝制齒槽、一邊卷繞成圓盤、每繞一圈調變一次齒槽節距(Pitch)，最後完成只有齒柱不含齒鞋的定子盤。(二)高佔槽率線圈繞制與安裝獨立緊密繞出線圈，使佔槽率高於70 %，加以緊密定型，直接套入無齒鞋的定子齒盤，各相線圈再連接至分電盤。(三)一體式成型的齒鞋製作與安裝一體式成型的齒鞋可用導磁材料，如軟磁複合材料、低碳鋼等，製成平面或曲面齒鞋頂，以改變氣隙長度分布，並導引軸向磁通依鞋頂幾何曲面分布通過氣隙，以降低力矩漣波。將一體式成型的齒鞋或齒鞋盤嵌入定子座，完成高佔槽率的盤狀定子構型。本發明應用於產業的價值如下(一)軸向磁通馬達以衝槽卷繞方式製成定子盤此結構不以傳統衝制矽鋼片方式迭成定子盤，而是用整卷矽鋼片連續，衝制齒槽、同時卷繞成圓盤。這種結構需要衝槽機與卷片機搭配，製作工藝一貫作業，可節省材料，降低製造成本與提高生產效率。(二)高佔槽率線圈繞制與安裝此結構不需以繞線機直接在定子盤上繞線，而是以獨立且緊密方式繞出線圈，定型之後再套入無齒鞋的定子盤。此結構可以省去不必要的治具，繞線機功能簡單便宜，且提高繞線成功率。(三)一體式成型的齒鞋製作與安裝此結構對齒鞋形狀設計具極大的自由度，一體式成型的齒鞋可以有不同變化的鞋頂截面，也可以有不同變化的鞋頂曲面，可改變氣隙長度分布，縮短齒槽開口，以至可產生最小力矩漣波。使馬達性能大為改善，並有效提升產業價值。為進一步對本發明有更深入的說明，乃通過以下圖示、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幫助。
圖1為本發明定子盤的結構示意圖；圖2A、圖2B為本發明轉子盤的結構示意圖；圖3A、圖;3B為本發明利用長條型矽鋼片衝槽及製作非等距的齒槽節距結構示意圖；圖4A、圖4B為本發明利用長條型矽鋼片衝槽卷繞成圓盤的結構示意圖；圖5A為本發明定子盤的齒柱結構示意圖；圖5B為本發明線套結構示意圖；圖5C圖5C為本發明齒鞋結構示意4
圖5D為圖5A、圖5B、圖5C結合後的結構示意圖；圖5E為本發明第一實施例於齒槽與線圈之間設置一結構剖面圖；圖6A為本發明齒柱的另一實施結構示意圖；圖6B為於圖6A外部套置一線套的結構示意圖；圖6C為在圖6B上方鉚合一齒帽後的結構示意圖；圖7A為本發明齒柱下方設置有一定子底座的結構示意圖；圖7B為在圖7A外部套置另一種線套後的結構示意圖；圖8A為本發明齒柱的再一實施分解結構示意圖；圖8B為圖8A的組合結構示意圖；圖9為本發明齒槽開口與齒鞋頂部的實施結構組合圖。主要組件符號說明1 定子盤11 齒柱12 齒鞋13 齒槽14 齒槽開口2 轉子盤21 N極磁鐵22 S極磁鐵3 矽鋼片31 第一齒槽節距32 第二齒槽節距33 第三齒槽節距34 衝槽341 卡溝4 定子盤41 齒柱42 齒槽43 卡溝5 齒柱51 卡溝52 齒鞋521 凸塊522 波形曲面53 齒帽M 固定組件55 定子盤56 定子底座57 溝
58 線套581 線圈59 線套591 線圈61 線套62 壓板63 定子盤631 齒柱64 定子外殼7 定子盤71 線圈72 斜型齒槽開口73 齒鞋波形曲面74 線套
具體實施例方式茲配合下列的
本發明的詳細結構，及其連結關係，以利於貴審委做一了解。本案整體技術優點如下主要發明改良軸向磁通薄型馬達結構，解決過去因馬達設計與製造方式無法整合一致，使馬達繞線佔槽率過低、及力矩漣波過大的缺點。本發明有三項優點(一)以衝槽卷繞方式製成軸向磁通馬達定子盤，(二)高佔槽率線圈繞制與安裝，(三)一體式成型的齒鞋或齒鞋盤製作與安裝。依此製作工藝完成的軸向磁通薄型馬達結構，其可達到降低馬達厚度、降低力矩漣波、提高繞線佔槽率、降低馬達重量、提升馬達功率密度及力矩密度等諸項優點。本發明的軸向磁通薄型馬達構造、其具體結構說明如下(一 )軸向磁通薄型馬達構造一種軸向磁通薄型馬達，馬達具有定子盤與轉子盤的結構，其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。此軸向磁通馬達最基本動力輸出原理，是借著定子盤的電樞通電形成電磁鐵，和轉子盤上磁鐵形成的電磁場交互切割，使轉子盤帶動馬達的車輪軸轉動，但本發明不受限於車輛載具使用，也適用於其它需要使用薄型馬達的領域。 定子盤與轉子盤之間有一環狀平面氣隙，主要磁力線由磁鐵出發沿軸向流動，經過氣隙到達定子側，再由定子背鐵轉回氣隙，再沿軸向回到轉子，經過轉子背鐵形成一封閉迴路。氣隙之間磁能則隨定轉子相對位置而改變，因此產生垂直軸、並與環狀平面氣隙相切的力矩。請同時參閱圖1、圖2A、圖2B所示，為本發明定子盤及轉子盤的結構示意圖，為一種可提高定子線圈佔槽率及降低力矩漣波的軸向磁通薄型馬達定子盤的結構，其包括有 一定子盤1，其定子盤1為一長條型矽鋼片衝槽卷繞成圓盤方式製成，設置有多個齒柱11 ； 一轉子盤2，由一導磁材料圓盤為基座，其上嵌入數個永久磁鐵；通過上述結構，將銅線在扇形柱狀線套(如下述圖5B、圖5D、圖5E所示)外依序緊密繞成多層線圈(如下述圖5B、圖5D、圖5E所示)，將獨立緊密繞制的線圈套入該定子盤1的齒柱11上(如下述圖5A 圖5E所示)，形成高佔槽率繞線結構，各線圈聯絡依據馬達相數，以串聯或並聯布置形成各相繞組。圖1所揭露而定子構造由一定子盤1為底，往軸向伸出齒柱11，齒柱11上再展開齒鞋12，兩個齒柱之間衝出一齒槽13，扇型齒頂為齒鞋的實施的其中一種形狀，若齒鞋12 與齒柱11分離獨立製造(如下述圖5A 圖5E所示)，以一體式成型製作齒鞋12時，齒鞋 12頂截面可以有多種變化，且齒鞋12頂面可為平面，或也可成曲面突起形狀(如圖5C圖 5C、圖5D所示)，且齒鞋12以導磁材料或軟磁複合材料製成的一體式成型所構成，適當設計齒鞋12頂截面使齒槽開口 14成為直型或斜型，並使齒鞋12曲面造成氣隙磁通分布平滑近似正弦波形，如此將使力矩漣波降低，使馬達運轉平順。請參閱圖2A、圖2B所示，為本發明轉子盤的結構示意圖，其中轉子構造為一導磁材料的轉子盤2構成，轉子盤2內鑲磁鐵(扇形、圓形、矩形或其它形狀)，而磁鐵分別為N 極磁鐵21及S極磁鐵22，二者相鄰形成整圈偶數磁鐵環狀結構，轉子盤2為導磁材料，使磁力線由轉子經氣隙至定子形成封閉迴路。請參閱圖3A、圖;3B所示，為本發明利用長條型矽鋼片衝槽及製作非等距的齒槽節距結構示意圖，而圖3A、圖;3B的差異點，乃在於圖3A於矽鋼片3未設置卡溝結構；而圖於矽鋼片3設置一卡溝結構341，二者皆為極佳的實施結構，故一併提出，具體結構說明如下(1)定子盤以卷繞衝制方式製成，將片狀長條型矽鋼片3—端固定，以長寬為aXh 矩形衝頭，此矩形衝頭兩側可各帶有溝槽，而溝槽數量可為一個或多個，溝槽形狀也不限於半圓形，以能固定齒鞋為目的，對著矽鋼片3衝壓出若干個齒槽34，相鄰齒槽34間分別形成了第一齒槽節距Cl、第二齒槽節距C2、第三齒槽節距C3，並漸漸增加齒槽節距C1 < C2 < C3...，由內圈開始捲成環狀，最後形成立體盤(如圖4A、圖4B所示)，而圖4A、圖4B的差異點，乃在於圖4A於齒柱41未設置卡溝結構；而圖4B於齒柱41設置一卡溝43結構，最後形成立體盤，盤底呈一環狀，並由盤底延伸出齒頂為扇形的齒柱41，齒柱41中間形成一矩形截面的齒槽42。在定子盤4卷繞衝槽過程，也可調整節距，使定子盤4齒槽42截面也製成斜角平行四邊型，且齒柱41頂端截面也形成斜角扇形。為形成齒柱具有較高的線圈密度，在線圈與齒柱之間更設置有一線套，利用該線套的設置，可使繞線密度達到70%以上，同時也使薄型馬達的製作工藝縮減，有關於該線套的結構設計，本案例舉以下四個較佳實施例第一實施例請參閱圖5A、圖5B、圖5C、圖5D、圖5E所示，為本發明定子盤的齒柱由外部嵌入齒鞋的結構示意圖，其中該定子盤的齒柱5外部先套一線套58，該線套58為一塑料材質所構成，該線套58外部繞有線圈581，此時齒柱5兩側與線套581之間各留有一間隙，該兩個間隙可供外部兩個齒鞋52嵌入，齒鞋52表面具有一波形曲面522，當齒鞋52置入時，該線套68受應力後可輕微變形來卡合兩個齒鞋52，該齒鞋52上設置有至少一凸塊 521 (本實施例為兩個)，且該定子盤的齒柱5對應設置有一卡溝51，本處所設置的卡溝51 與圖4B所揭露結構與作用皆相同，並使該凸塊521卡合於該卡溝51中，以形成齒鞋52與齒柱5的固定狀態。第二實施例請參閱圖6A、圖6B、圖6C所示，與第一實施例的差異點在於該齒柱5與齒鞋52的連接結構，可利用齒柱5與齒帽53結構來做替代，在齒柱5頂面設置有一溝 57，而齒柱5的外部也利用一線套58做一套置，再利用一齒帽53底面的條塊(圖中未示) 嵌入齒柱5頂面之溝57，嵌入後，再利用一鉚釘或螺絲的固定組件M為緊配或鎖固，由於該齒帽53兩側緣凸出於齒柱5外部，故可取代上述第一實施例的齒柱5與齒鞋52的連接結構，可利用齒柱5與齒帽53結構來做替代。第三實施例如圖7A、圖7B所示，其中在定子盤55的底面更連接有一定子底盤 56，在定子盤55與定子底座56上設置一齒柱5，於齒柱5的外部利用與前兩個實施例不同結構的一線套59做一套置，線套59外部設置有一線圈591，且該線套59為利用一導磁鋼材所製成，該導磁鋼材指一不鏽鋼材質，該線套59兩個側緣也凸出於齒柱5外部，也可取代上述第一實施例的齒鞋52的結構及功能，而線套59與定子底盤56的固接，可利用一固定組件M來達成，該固定組件M可為鉚釘，或是直接焊固(圖中未示)，以形成本實施例結構。(2)將銅線在扇形柱狀線套線套外依序緊密繞成線圈多層，以便插入定子齒柱外圍(如圖5B、圖6B、圖7B所示)，各線圈聯絡依馬達相數，以串聯/並聯布置形成各相繞組。 (如圖6A-圖5C所示)(3)以導磁鋼材一體式成型製成齒鞋(如前述圖5C所示)，齒鞋形狀可設計成不同形狀，使齒與齒的間隙大於最小氣隙，再請參閱圖9所示，將齒鞋頂面製成齒鞋波形曲面 63，以改變氣隙磁阻方式調降力矩漣波。定子盤6上齒鞋可用軟磁複合材料製成，可使齒槽開口成為直型(如圖1所示)或斜型齒槽開口 62，導引軸向磁通呈近似正弦波形分布，以降低力矩漣波。齒鞋可與不導磁材料組合成一體式圓形片結構，相鄰齒鞋波形曲面63外部套置的線套64形成一線圈61置入空間，在線圈61插入各槽後，置入定子齒盤頂端緊配成型。 以上定子結構可以增加線圈61繞線佔槽率，因線圈61繞線層數增加，使定子齒高降低，而減少馬達重量。(4)定子盤與外殼之間緊配，其間隙充灌散熱膠體，外殼靠空氣端製成鰭片，使銅損與鐵損的熱量，可輕易由馬達內部傳導至外殼，並通過空氣流動冷卻馬達。第四實施例如圖8A、圖8B所示，其包括有下列組裝結構(1)將卷繞衝制完成的定子盤63與一定子底盤64結合，此底盤64可為馬達外殼的一部分。(2)底盤64下凹部分承放定子盤63底部，結合方式為另制一壓板62，中空部分正好與定子盤63的齒柱631相同，所以可將壓板62套入定子盤63直達槽底。(3)壓板62與定子底盤64可以焊接、鉚合或螺絲鎖固等方式結合。(4)最後再套入線套61，形成高佔槽率的定子結構，利用齒柱631、壓板62及線套 61的結構，也可取代上述第一實施例的齒柱5與齒鞋52的連接結構。通過上述圖1至圖9的揭露，即可了解本發明改良軸向磁通薄型馬達結構，解決前述現有馬達的缺失，具有下列三項優點(一)軸向磁通馬達以衝槽卷繞方式製成定子盤以整條連續矽鋼片依序衝制齒槽、同時卷繞成圓盤、每繞一圈調變一次齒槽節距(Pitch)，最後完成只有齒柱不含齒鞋的
定子盤。(二)高佔槽率線圈繞制與安裝獨立緊密繞出線圈，使佔槽率高於70 %以上，力口以緊密定型，直接套入無齒鞋的定子齒盤，各相線圈再連接至分電盤。
(三)一體式成型的齒鞋製作與安裝一體式成型的齒鞋可用導磁性材料，如軟磁複合材料、低碳鋼等，製成平面或曲面齒鞋頂，以改變氣隙長度分布，並導引軸向磁通依鞋頂幾何曲面分布通過氣隙，以降低力矩漣波。將一體式成型的齒鞋或齒鞋盤嵌入定子座，完成高佔槽率的盤狀定子構型。本發明應用於產業的價值如下(一)軸向磁通馬達以衝槽卷繞方式製成定子盤本發明的定子盤結構不以傳統衝制矽鋼片方式迭而成，而是用整卷矽鋼片連續，衝制繞線齒槽、同時卷繞成圓盤。這種結構需要衝槽機與卷片機搭配，製作工藝一貫作業，可節省材料，降低製造成本與提高生產效率。(二)高佔槽率線圈繞制與安裝本發明的定子盤結構不需以繞線機直接在定子盤上繞線，而是以獨立且緊密方式繞出線圈，定型之後再套入無齒鞋的定子盤，可以省去不必要的夾治具，繞線機功能簡單便宜，且可提高繞線成功率。(三)一體式成型的齒鞋製作與安裝本發明的定子盤結構對齒鞋形狀設計具極大的自由度，一體式成型的齒鞋可以有不同變化的鞋頂截面，也可以有不同變化的鞋頂曲面，可改變氣隙長度分布，縮短齒槽開口，以至可產生最小力矩漣波。使馬達性能大為改善， 並有效提升產業價值。綜上所述，本發明的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的進步性，極具產業的利用價值，且為目前市面上前所未見的運用，依專利法的精神所述，本發明案完全符合發明專利的要件。以上所述的僅為本發明的較佳實施例而已，不能以之限定本發明所實施的範圍， 即大凡依本發明權利要求所作的均等變化與修飾，皆應仍屬於本發明專利涵蓋的範圍內， 謹請貴審查委員明鑑，並祈惠準，是所至禱。
權利要求
1.一種軸向磁通薄型馬達定子盤的結構，馬達具有定子盤與轉子盤的結構，定子盤的電樞通電形成電磁鐵，和轉子盤上磁鐵形成的電磁場交互切割，使轉子盤帶動馬達轉動，該馬達包括有定子盤，其是以矽鋼片衝槽卷繞成圓盤方式製成，該定子盤設置有多個齒柱； 轉子盤，由一導磁材料圓盤為基座，在該基座上嵌入數個永久磁鐵；以及通過上述結構，將銅線在扇形柱狀線套外依序緊密繞成多層線圈，將獨立緊密繞制的線圈套入該定子盤的齒柱上，形成高佔槽率繞線結構，各線圈聯絡依據馬達相數，以串聯或並聯布置形成各相繞組。
2.如權利要求1所述的軸向磁通薄型馬達定子盤的結構，其中該定子盤的齒柱還設置有一由外部嵌入的齒鞋。
3.如權利要求2所述的軸向磁通薄型馬達定子盤的結構，其中該齒鞋以導磁材料所構成。
4.如權利要求3所述的軸向磁通薄型馬達定子盤的結構，其中該導磁材料是由軟磁複合材料、低碳鋼的一體成型所構成。
5.如權利要求2所述的軸向磁通薄型馬達定子盤的結構，其中該齒鞋的構造頂面為平面。
6.如權利要求2所述的軸向磁通薄型馬達定子盤的結構，其中該齒鞋構造頂面為波形曲面。
7.如權利要求2所述的軸向磁通薄型馬達定子盤的結構，其中該相鄰齒鞋之間所形成的齒槽開口為直型或斜型。
8.如權利要求2所述的軸向磁通薄型馬達定子盤的結構，其中該齒鞋上設置有至少一凸塊，且該定子盤的齒柱對應設置有一卡溝，並使該凸塊卡合於該卡溝中，以形成齒鞋與齒柱的固定狀態。
9.如權利要求2所述的軸向磁通薄型馬達定子盤的結構，其中該每一齒鞋之間所形成齒槽節距皆不相同。
10.如權利要求1所述的軸向磁通薄型馬達定子盤的結構，其中該線套為塑料材質或導磁鋼材所構成。
11.如權利要求1所述的軸向磁通薄型馬達定子盤的結構，其中該導磁鋼材為一不鏽鋼材質。
12.如權利要求1所述的軸向磁通薄型馬達定子盤的結構，其中該定子盤的底面還連接有一定子底盤。
13.如權利要求2所述的軸向磁通薄型馬達定子盤的結構，其中該齒柱與齒鞋的連接結構，可利用齒柱與齒帽結構來做替代。
14.如權利要求2所述的軸向磁通薄型馬達定子盤的結構，其中該齒柱與齒鞋的連接結構，可利用齒柱、壓板及線套結構來做替代。
全文摘要
本發明公開一種軸向磁通薄型馬達定子盤的結構，其為一種軸向磁通薄型馬達，且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。此軸向磁通馬達定子製作分三階段做成，首先，以整條連續矽鋼片衝制齒槽、同時卷繞成圓盤、每繞一圈調變一次齒槽節距，最後完成只有齒柱不含齒鞋的定子盤底座；其次，單獨緊密繞出線圈，加以定型，套入定子齒柱，各相線圈連接至分電盤；最後，將一體式成型的齒鞋或齒鞋盤嵌入定子盤，完成高佔槽率的盤狀定子構型。一體式成型的齒鞋可用導磁材料製成具平面或曲面的齒鞋頂，導引軸向磁通依鞋頂幾何形狀分布通過氣隙，以降低力矩漣波。
文檔編號H02K1/16GK102480176SQ20101058030
公開日2012年5月30日 申請日期2010年12月9日 優先權日2010年11月23日
發明者簡士翔, 許仕欣, 陽毅平 申請人:財團法人工業技術研究院