傳感器固定架的製作方法

2023-04-27 05:39:31 2

專利名稱：傳感器固定架的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種馬達控制技術，特別是涉及一種用於分布繞式無 刷直流馬達的傳感器固定架。
背景技術：
電動馬達自發明以來，不斷的推陳出新，從最早的直流馬達和交
流馬達進步到現今的無刷直流馬達(brashless DC motor, BLDC)。 一般直 流馬達通過碳刷將直流電源傳送至電流變換器(commutator)，電流變換 器再將電源導入轉子上的線圈以產生電磁力，此電磁力與定子上的永 久磁鐵發揮推拉作用而產生旋轉。電磁力方向的改變依靠的是電流變 換器於旋轉過程中(電流變換器是裝設於轉子上隨著轉子作旋轉)改變 接觸的碳刷，不同的碳刷有不同的極性，便得以改變電流方向。這種 碳刷與電流變換器保持接觸的配置，產生許多缺點，例如摩擦力消耗 不必要的動能耗損，接觸的介面增加電阻阻擾電源傳送，電流於接觸 面上的來回交換又產生火花幹擾電子作業，碳刷的清理與更換更是相 關從業人員的惡夢。
至於交流馬達的原理，是採取利用交流電本身變換極性的特性， 將交流電導入外圍不動的定子線圈，產生變動的磁場方向，此磁場再 與設於內部轉子上的永久磁鐵相互作用而產生旋轉。交流馬達徹底消 除了直流馬達中碳刷與電流變換器相接觸所引起的各種缺點，是目前 使用最廣泛的電動馬達，效率高出力大，但交流馬達控速困難，要改 變速度必須控制交流電的頻率，改變電壓只會改變其扭力，同時於應 用上對於只能提供直流的場合，對於例如資訊產品及電動車輛則毫無 用處。
無刷直流馬達擷取了以上兩種馬達的優點，無電刷的結構沒有接 觸摩擦所導致的許多困擾，利用直流的技術又使得控制上更為方便。 無刷直流馬達的原理與結構和前述的交流馬達非常類似，基本上轉子是由永久磁鐵組成，磁性不改變，定子則是和交流馬達完全一樣，通 過捆繞的線圈產生磁力。圖1及圖2是顯示無刷直流馬達動作原理的簡單示意圖，如圖1所示，轉子10是由不同極性的永久磁鐵構成，定子11與定子12則是 一般的線圈電磁鐵，經由電流的繞轉產生磁力，圖上標示的N與S分 別代表磁場北極與南極。圖1的馬達是位於起始狀態，電流由定子11 與定子12上方導入，線圈上的箭頭代表電流的方向，產生的磁場吸引 不同極性的轉子磁鐵，造成位於初始狀態的轉子10的兩端開始接近該 定子11與該定子12，進而朝順時針方向旋轉。如圖2所示，當該轉子10由圖1的位置開始旋轉越過原先接近的 定子11與定子12，電流的方向改由下方輸入，原先電磁鐵的磁場方向 改變，改成推送該轉子10的兩端遠離該定子11與該定子12，繼續朝 順時針方向旋轉。這種通過電流輸入方向的不同而改變磁場方向的動 作方式會一直持續進行下去，以達到使該轉子10順利旋轉。實際上， 馬達具有更為複雜的設計，並且增設更多定子以提高性能。為了要達成依照該轉子IO位置產生適當的磁場方向，引進了霍爾 傳感器以確定該轉子IO位置，霍爾傳感器是一種具有偵測磁場方向的 感測元件，其原理已廣為公知，在此不再贅述，而僅探討關於此種霍 爾傳感器架設的結構與方法。圖3是顯示現有的無刷直流馬達的定子結構，該定子採用的是集 中繞線圈的方式，繞線20捆繞於定子21的個別固定位置上，個別固 定位置上的該繞線20所堆疊形成的線圈與其它定子固定位置上的堆疊 線圈彼此之間互不重疊，故稱的為集中繞線圈。該定子21於內外圈上 設有凸出該繞線20高度的絕緣架22，用以固定霍爾傳感器(容後陳述)。 如圖4所示，該定子21與霍爾傳感器電路板24於現有無刷直流馬達 中的組合方式為先將該定子21壓入一外殼25，再將無刷直流馬達 (BLDC)轉子23放入，最後再把該霍爾傳感器電路板24裝置於該絕緣 架22的頂端。但是，此種霍爾傳感器的裝置技術僅適用於全新開模的定子結構， 因為現今無刷直流馬達仍處於發展階段，市場上相關的零配件付之闕 如，採用集中繞線圈方式製作無刷直流馬達雖有一些譬如可降低整體厚度和磁場控制單純的優勢，但馬達的製作牽涉的工業範疇並不只是 單一的研發問題，為了高速生產馬達，廠商已投入巨額資金開發製造 機臺設備與模具，又為了要達到有效的生產規模以降低成本，所有廠 商無不敢貿然改變已有的生產標準。
因此，業界便有了利用無刷直流馬達與交流馬達結構上的相似性， 將交流馬達定子裝設於無刷直流馬達中的技術，稱為分布繞式無刷直 流馬達，如圖5所示即為現有的交流馬達定子示意圖，其採用的線圈
繞法為分布繞線圈的方式，繞線40於定子42中重疊配置(為求清晰只
展示部分繞線)，與前述集中繞線圈的技術完全不同，分布繞線圈的優 點已廣為知悉於此不再贅述。
但是，該定子42於無刷直流馬達的應用上最大的困擾便是由於分 布繞線圈產生的凸出高度41阻擾了霍爾傳感器裝設空間，同時該定子 42亦缺乏裝設霍爾傳感器的對應結構。
綜合上述，可見現有技術的缺陷與現有市場的困難，因此，如何 能在不改變現有的馬達生產機具與標準的條件下，提出一種能於傳統 交流馬達定子上固定霍爾傳感器的結構與方法，使得低價可靠的傳統 交流馬達定子能作為發展中的無刷直流馬達供應元件，已成為本技術 領域中急待解決的問題。

發明內容
鑑於以上現有技術的缺陷，本發明的一目的是提供一種用於將傳 感器固定於一分布繞式無刷直流馬達的馬達定子的傳感器固定方法及 用於該方法的傳感器固定架，使得傳統分布繞式交流馬達的馬達定子 可以用來作為分布繞式無刷直流馬達的馬達定子。
本發明的另一 目的是提供一種具有成本效益(cost-effective)的傳感
器固定方法及用於該方法的傳感器固定架。
為達到上述目的以及其它目的，本發明提供一種傳感器固定架， 用於將傳感器固定於一分布繞式無刷直流馬達的馬達定子，且該馬達
定子具有第一結合部，該傳感器固定架包括架體；第二結合部，形
成於該架體的底面，用於結合該第一結合部；以及固定部，位於該架 體遠離該第二結合部的一端，用於固定該傳感器。前述的傳感器固定架中，該架體靠近該第二結合部的一端形成一 圓弧，該圓弧的曲率與曲率中心和該馬達定子的外圍相同。該架體表 面設有調整開槽，並且，該第二結合部靠近該架體的一端面形成有滑 軌，該滑軌外圍的曲率與曲率中心和該馬達定子的外圍相同，該架體 通過調整開槽結合調整螺絲固定於該滑軌。上述位於該滑軌與該承載 板之間的架體可例如為方形。前述的傳感器固定架中，該第二結合部遠離該架體的位置還形成 有承載板，該承載板外圍的曲率與曲率中心和該馬達定子的外圍相同。 同時，該第二結合部遠離該架體的一端面，又形成凸出的固定銷，該 固定銷為可圓形、三角形、方形、或橢圓形的其中一種斷面結構。在一實施例的傳感器固定架中，該傳感器是通過螺絲鎖接、粘貼、 鉚接、焊接、或倒鉤固定的其中一種固定於該固定部。上述的架體、 第二結合部、以及固定部為塑料件或非導磁性金屬件的其中一種，該 非導磁性金屬件的材料為選自包括鋁、銅、鋅、鉭、或不鏽鋼所組成 群組的其中一者所製成。上述傳感器固定架中，該傳感器是用於偵測 磁場變化，且可例如為霍爾傳感器。由於本發明能將霍爾傳感器裝設在市場上容易取得且已擁有成熟 製造技術的傳統分布繞線圈式交流馬達定子上，使得無刷直流馬達得 以採用此種低價元件，降低製造成本，更重要的是增加製造商投入制 造此無刷直流馬達的意願，從而使此原本昂貴的科技有普及的一天。


圖1為無刷直流馬達作用原理的示意圖； 圖2為無刷直流馬達作用原理的另一示意圖； 圖3為現有技術集中繞線圈的無刷直流馬達定子的示意圖； 圖4為現有技術集中繞線圈的無刷直流馬達裝設霍爾傳感器電路 板的示意圖；圖5為現有技術分布繞線圈的無刷交流馬達定子的示意圖； 圖6為本發明第一實施例的傳感器固定架的示意圖； 圖7為本發明第一實施例的傳感器固定架裝設於分布繞無刷直流 馬達定子的示意圖；圖8為本發明第二實施例的傳感器固定架的示意圖；以及 圖9為本發明第二實施例的傳感器固定架裝設於分布繞線圈的無 刷直流馬達定子的示意圖。
主要元件符號說明
10 轉子
11 定子
12 定子
20 繞線
21 定子
22 絕緣架
23 轉子
24 霍爾傳感器電路板
25 外殼
40 繞線
41 凸出高度
42 定子
50 固定部
51 架體
52 螺絲孔
53 第二結合部
54 承載板
55 固定銷
56 調整螺絲
57 滑軌
59 調整開槽
510 霍爾傳感器電路板
511 固定螺絲
60 馬達轉子
61 第一結合部 70 架體71 第二結合部72 固定部73 圓弧74 固定螺絲75 霍爾傳感器電路板具體實施方式
以下通過特定的具體實施例說明本發明的實施方式，所屬技術領 域中的技術人員可由本說明書所揭示的內容輕易地了解本發明的其它 優點與功效。圖6及圖7是依本發明第一實施例所繪製的附圖。如圖6所示， 本實施例提供一種傳感器固定架，該傳感器固定架包括架體70、設於 該架體70的第二結合部71、以及設於該架體70且與該第二結合部71 位於不同平面的固定部72。該三個結構為一體成形，可使用例如鑄造 方式製成。在本實施例中，該第二結合部71與該架體70呈直角，該架體70 於接近該第二結合部71 —端的位置形成圓弧73，該圓弧73的曲率與 曲率中心和搭配裝設的馬達定子的外圍相同(如圖7所示)，該固定部 72通過固定螺絲74裝設有霍爾傳感器電路板(hall sensor PCB)75(霍爾 傳感器在此僅顯示電路板部分)，該霍爾傳感器電路板75在此實施例中 是形成一圓弧狀，此圓弧狀面積與位置剛好涵蓋欲偵測的轉子的磁性 體活動區域。該傳感器固定架為了達到防止幹擾霍爾傳感器電路板75的目的，可以由非導磁性材料製成，例如鋁、銅、鋅、鉭、及不鏽鋼 的金屬件，當然也可以為塑料件。其中，具有該霍爾傳感器電路板75 的傳感器是用於偵測磁場變化。圖7為本發明第一實施例的傳感器固定架裝設於分布繞無刷直流 馬達定子示意圖，分布繞無刷直流馬達的定子42可採用現有的交流馬 達分布繞線圈的定子所構成，BLDC馬達轉子60位於軸心；同時，為 了描述上的方便並未於此顯示馬達外殼，合先敘明。本實施例的傳感器固定架是利用該第二結合部71結合該定子42 的第一結合部61，以固定該傳感器固定架。該第一結合部61為一般現9有交流馬達的定子必具備的結構特徵，該固定方式可以是採用緊配固 定或粘膠固定。
該第二結合部71的高度是足以使得該傳感器固定架得以跨越該定 子42的繞線，從而能通過該架體70將該霍爾傳感器電路板75設置於 該馬達轉子60的磁力結構之上。
該傳感器固定架的圓弧73於馬達組裝時，緊靠馬達外殼的內面(未 於此顯示)，使得該圓弧73的曲率中心位置和與之搭配的定子42外圍 相同，皆是位於該馬達轉子60的軸心位置，因此該霍爾傳感器電路板 75得以自動對準該馬達轉子60的軸心位置，符合霍爾元件定位需求。 由於霍爾傳感器與霍爾元件定位需求皆為現有技術，故於此不再詳加 說明。
換言之，本實施例的傳感器固定方法，是用於將傳感器通過結合 一採用分布繞線圈的無刷直流馬達的馬達定子42上的第一結合部61， 以懸置該傳感器(例如其霍爾傳感器電路板75)於可供偵測該分布繞式 無刷直流馬達的馬達轉子60磁場變化的位置，第一結合部61例如為 導槽，該傳感器固定方法則是提供一固定架(例如圖8的傳感器固定架) 固定於該馬達定子42以沿著馬達轉子60軸心方向提高高度而避開該 分布繞線圈；將該傳感器固定於該固定架上靠近該馬達轉子60軸心的 一端，以供傳感器偵測該馬達轉子60的磁場變化。其中，該固定架的 外型與該分布繞式無刷直流馬達的定子42外圍相契合，用以自動對準 該固定架。
圖8及圖9是依本發明第二實施例所繪製的附圖，相同的元件則 省略詳細的說明。
在第二實施例的傳感器固定架中，具有固定部(由承載板54與固定 銷55構成)、第二結合部53、以及架體51。該第二結合部53為一方形 柱狀體，兩端分別設有該承載板54與滑軌57，該承載板54與該滑軌 57為一長條狀圓弧，曲率與曲率的中心和搭配的定子42外圍相同，該 滑軌57之上並設有多個螺絲孔52供調整螺絲56使用。該固定銷55 為一圓形銷，並凸出於該承載板54的平面，而與該承載板54的平面 ,呈直角。
該架體51是一平板型長條狀架體，該架體51的兩端分別形成一調整開槽59與一固定部50，該調整開槽59為一長條狀圓弧開槽，曲 率與曲率的中心和搭配的該滑軌57相同，該固定部50可為具有一圓 弧狀承載空間的固定板，該承載空間可承載與之搭配的霍爾傳感器電 路板510，該固定部50之上並設有開孔供固定螺絲511之用。該霍爾 傳感器電路板510在此實施例中形成一圓弧狀，此圓弧狀面積與位置 剛好涵蓋欲偵測的轉子的磁性體活動區域。
本實施例的傳感器固定架的組裝方式，是將該霍爾傳感器電路板 510通過該固定螺絲511固定於該固定部50的圓弧狀承載空間上，完 成組裝後的該架體51再通過將該調整螺絲56穿透該調整開槽59固定 於該滑軌57之上。完成後的傳感器固定架呈現倒L形，該架體51可 於該滑軌57之上沿著預先設定的曲率路徑活動。該傳感器固定架為了 達到防止幹擾該霍爾傳感器電路板510的目的，可以由不導磁的材料 製成，例如鋁、銅、鋅、鉭、及不鏽鋼的金屬件，當然也可以為塑料 件。
如圖9所示，當本實施例的傳感器固定架裝設於分布繞無刷直流 馬達定子時，該分布繞無刷直流馬達的定子42與第一實施例相同，是 利用現有交流馬達分布繞定子構成，該馬達轉子60位於軸心，馬達外 殼為了描述上的方便並未於此顯示。
本實施例的傳感器固定架是利用該固定銷55結合該定子42的該 第一結合部61，以固定此傳感器固定架。該第一結合部61為一般現有 交流馬達分布繞定子必具備的結構，該固定方式可以是採用緊配固定 或粘膠固定。
該第二結合部53具有的高度使得傳感器固定架得以跨越該定子 42的繞線，從而使該架體51能將該霍爾傳感器電路板510設置於該馬 達轉子60的磁力結構之上，該承載板54與該固定銷55形成的直角， 可提高架設結構穩定性並提供組裝時確立該第二結合部53與該分布繞 定子42的相對位置。
該承載板54與該滑軌57的圓弧外型在馬達組裝時，可緊靠馬達 外殼的內面，使得與該滑軌57有關的活動部件的曲率中心位置和與之 搭配的定子42相同，皆是位於該馬達轉子60的軸心位置，因此當該 霍爾傳感器電路板510沿著該滑軌57移動時，將會以該馬達轉子60的軸心位置為中心而作角度上的變動，符合霍爾元件調整需求。
當然，第二實施例是於該架體51表面靠近第一實施例的圓弧73
位置設有該調整開槽59，並且，該第二結合部53靠近該架體51的一 端面，形成有長條型圓弧狀滑軌57，只要該長條型圓弧狀滑軌57外圍 的曲率與曲率中心和該馬達定子42的外圍相同，且該架體51可通過 調整開槽59結合該調整螺絲56而固定於該長條型圓弧狀滑軌57即可。 同時，雖本實施例中該第二結合部53遠離該架體51的位置形成有長 條型圓弧狀承載板54，而位於該長條型圓弧狀滑軌57與該長條型圓弧 狀承載板54之間的架體51為方形，只要該長條型圓弧狀承載板54外 圍的曲率與曲率中心和該馬達定子42的外圍相同即可，而該傳感器的 霍爾傳感器電路板510亦可通過螺絲鎖接、粘貼、鉚接、焊接、倒鉤 固定、其他固定技術或固定結構而固定於該固定部50。
此外，第二實施例的第二結合部53是於遠離該架體的一端面凸設 一固定銷55，該固定銷55並非局限於圓形，亦可為例如三角形、方形、 橢圓形、或其他可結合該定子42的第一結合部61以固定傳感器固定 架的等效結構。
上述實施例僅只是本發明其中一種實施方法，其它實施例可以在 不違背本發明功效的情況下，進行改變，例如該固定銷55可以是方形 或三角形，該霍爾傳感器電路板510可以是圓形或正方形，該第二結 合部53可以是圓形柱狀體，諸如此類變化為熟悉本領域的技術人員能 輕易加以改變。
由以上敘述可以了解，本發明能在不改變現有的公知交流馬達分 布繞線圈式定子結構的情況下，將市場上已具有成熟技術及低廉價格 的交流馬達分布繞定子應用於開發中的無刷直流馬達，參與製造的廠 商可以繼續使用已投入大量資本與技術而設立的量產能量，降低失敗 風險，使得無刷直流馬達科技能有普及的未來。
綜上所述，以上僅為本發明的較佳實施例而已，並非用以限定本 發明的實質技術內容範圍，本發明的實質技術內容是廣義地定義於權 利要求書的範圍中，任何他人完成的技術實體或方法，若是與權利要 求書的範圍所定義的完全相同，亦或為同一等效變更，均將被視為涵 蓋於權利要求書的範圍中。
權利要求
1、一種傳感器固定架，用於將傳感器固定於一分布繞式無刷直流馬達的馬達定子，且該馬達定子具有第一結合部，其特徵在於，該傳感器固定架包括架體；第二結合部，形成於該架體的底面，用於結合該第一結合部；以及固定部，位於該架體遠離該第二結合部的一端，用於固定該傳感器。
2、 根據權利要求1所述的傳感器固定架，其特徵在於該架體靠 近該第二結合部的一端形成一圓弧，該圓弧的曲率與曲率中心和該馬 達定子的外圍相同。
3、 根據權利要求l所述的傳感器固定架，其特徵在於該架體表 面具有一調整開槽，並且，該第二結合部靠近該架體的一端面形成有 一滑軌，該架體通過該調整開槽結合調整螺絲固定於該滑軌。
4、 根據權利要求l所述的傳感器固定架，其特徵在於該第二結 合部遠離該架體的位置形成有一承載板，該承載板外圍的曲率與曲率 中心和該馬達定子的外圍相同。
5、 根據權利要求4所述的傳感器固定架，其特徵在於位於該滑 軌與該承載板之間的架體為方形。
6、 根據權利要求1所述的傳感器固定架，其特徵在於該第一結 合部為一導槽，該第二結合部則於遠離該架體的一端面凸設一固定銷， 該固定銷是插設在該導槽內。
7、 根據權利要求6所述的傳感器固定架，其特徵在於該固定銷為圓形、三角形、方形、或橢圓形的其中一種斷面結構。
8、 根據權利要求l所述的傳感器固定架，其特徵在於該傳感器 是通過螺絲鎖接、粘貼、鉚接、焊接、或倒鉤固定的其中一種固定於 該固定部。
9、 根據權利要求1所述的傳感器固定架，其特徵在於該架體、 第二結合部、以及固定部為塑料件或非導磁性金屬件的其中一種。
10、 根據權利要求9所述的傳感器固定架，其特徵在於該非導 磁性金屬件的材料為選自包括鋁、銅、鋅、鉭、或不鏽鋼所組成群組 的其中一者所製成。
11、 根據權利要求1所述的傳感器固定架，其特徵在於該傳感 器是用於偵測磁場變化。
12、 根據權利要求ll所述的傳感器固定架，其特徵在於該傳感 器為霍爾傳感器。
全文摘要
一種傳感器固定架，提供一固定架固定於採用分布繞線圈的無刷直流馬達的馬達定子，以沿著馬達轉子軸心方向提高高度而避開該分布繞線圈，將該傳感器固定於該固定架上靠近馬達定子軸心的一端，以供傳感器偵測該馬達轉子的磁場變化，從而用於將傳感器固定於一分布繞式無刷直流馬達的馬達定子。
文檔編號H02K11/00GK101409476SQ200810131229
公開日2009年4月15日 申請日期2008年8月1日 優先權日2008年8月1日
發明者楊世仁, 楊鎮嘉, 塗弘森, 陳仲恩, 陳益興 申請人:崇貿科技股份有限公司