TWI516000B - 馬達 - Google Patents

Description

馬達

本發明是有關於一種馬達，尤其是有關於一種可應用於發電設備的馬達。

馬達輸出功率提升的問題，為自馬達問世以來一直被創新、研發與改良的重點技術之一。通常用於增強馬達輸出功率的方式，不外乎直接加大馬達的規格，惟此種方式在提升馬達功率的同時，往往會使馬達的重量、體積更為增加，因此並非所有的生活用品或工業用具都能直接以加大馬達的規格來提升產品輸出功率。因此，如何提升馬達的能量轉換效率，實為本領域技術人員的重要研發方向。

本發明提供一種馬達，以提升能量轉換效率。

本發明所提供的馬達包括轉子模組與定子模組，其中轉子模組包括多個第一磁鐵單元、多個第二磁鐵單元、中空導磁柱以及轉軸。多個第二磁鐵單元與多個第一磁鐵單元交替排列成中空柱體，其中中空柱體的外表面包括多個第一磁鐵單元的多個第一表面與多個第二磁鐵單元的多個第二表面，且多個第一表面與多個第二表面的磁極不同。而 中空導磁柱穿設於中空柱體內，轉軸穿設於中空導磁柱內。定子模組包括外殼以及線圈單元，其中轉子模組配置於外殼內，且轉軸伸出外殼外。線圈單元設置於外殼的內壁面，並圍繞轉子模組。

在本發明的一實施例中，上述之中空導磁柱的內表面設有至少一卡掣部，而轉軸包括至少一卡槽，卡掣部適於與卡槽結合以將中空導磁柱與轉軸結合。

在本發明的一實施例中，上述之中空導磁柱包括彼此堆疊的多個環狀矽鋼片，中空柱體的內表面設有多個牙溝，且多個第一磁鐵單元與多個第二磁鐵單元適於藉由多個牙溝與中空導磁柱互相卡固。

在本發明的一實施例中，上述之轉子模組更包括包覆部，包覆中空柱體。

在本發明的一實施例中，上述之馬達更包括磁浮軸承，配置於外殼的頂部與底部，用以支撐轉子模組。每一磁浮軸承包括固定部以及轉動部，其中固定部配置於外殼的頂部或底部，並具有相連的第三表面與第四表面，第三表面面向中空柱體與中空導磁柱結合而成的組合結構，第四表面面向轉軸並圍繞轉軸。轉動部套設於轉軸，並被固定部圍繞，轉動部具有相連的第五表面與第六表面，第五表面面向第三表面，第六表面面向第四表面，且第三表面與第五表面的磁極相同，第四表面與第六表面的磁極相同。

在本發明的一實施例中，上述之轉軸之一端穿過磁浮軸承其中之一的固定部與轉動部並伸出外殼外，磁浮軸承其中另一的轉動部包覆轉軸的另一端。

在本發明的一實施例中，上述之轉軸之兩端穿過 磁浮軸承的固定部與轉動部並伸出外殼外。

在本發明的一實施例中，上述之馬達更包括第一環狀磁鐵單元以及第二環狀磁鐵單元，其中第一環狀磁鐵單元配置於組合結構的面向外殼之頂部或底部的表面。第一環狀磁鐵單元包括交替排列的多個第一片狀磁鐵與多個第二片狀磁鐵，且第一片狀磁鐵之面對第二環狀磁鐵單元的表面的磁極不同於第二片狀磁鐵之面對第二環狀磁鐵單元的表面的磁極。第二環狀磁鐵單元配置於磁浮軸承其中之一的固定部，並與第一環狀磁鐵單元相對應，第二環狀磁鐵單元包括交替排列的多個第三片狀磁鐵與多個第四片狀磁鐵，且第三片狀磁鐵之面對第一環狀磁鐵單元的表面的磁極不同於第四片狀磁鐵之面對第二環狀磁鐵單元的表面的磁極。此外，在本發明另一實施例中，第二環狀磁鐵單元可配置於外殼的頂部或底部。

在本發明的一實施例中，上述之每一第一磁鐵單元及每一第二磁鐵單元分別包括多個片狀磁鐵，由中空柱體的外表面朝向中空柱體的內表面的方向堆疊，每一第一磁鐵單元中，相鄰的兩片狀磁鐵的兩個接觸面的磁極相同，每一第二磁鐵單元中，相鄰的兩片狀磁鐵的兩個接觸面的磁極相同。

本發明之馬達中，轉子模組的第一磁鐵單元與第二磁鐵單元排列成中空柱體，並於中空柱體內設置中空導磁柱，這樣的結構能有效提升馬達的能量轉換效率。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

10、10b‧‧‧馬達

100、100b‧‧‧轉子模組

110、110a‧‧‧第一磁鐵單元

111‧‧‧第一表面

112、113、122、123‧‧‧片狀磁鐵

112a、113a、122a、123a‧‧‧接觸面

120、120a‧‧‧第二磁鐵單元

121‧‧‧第二表面

130‧‧‧中空導磁柱

131‧‧‧內表面

132‧‧‧環狀矽鋼片

133‧‧‧卡掣部

140‧‧‧轉軸

141‧‧‧卡槽

150、150a‧‧‧中空柱體

151、151a‧‧‧外表面

153‧‧‧牙溝

155、155a‧‧‧內表面

160‧‧‧包覆部

170‧‧‧第一環狀磁鐵單元

171‧‧‧第一片狀磁鐵

172‧‧‧第二片狀磁鐵

173、174‧‧‧表面

180‧‧‧第二環狀磁鐵單元

181‧‧‧第三片狀磁鐵

182‧‧‧第四片狀磁鐵

183、184‧‧‧表面

190‧‧‧組合結構

191、192‧‧‧表面

200、200b‧‧‧定子模組

210、210b‧‧‧外殼

211‧‧‧內壁面

212‧‧‧頂部

213‧‧‧底部

220、220b‧‧‧線圈單元

221‧‧‧線圈組件

222‧‧‧矽鋼片

223‧‧‧線圈

224‧‧‧導線

300a、300b‧‧‧磁浮軸承

310a、310b‧‧‧固定部

311‧‧‧第三表面

312‧‧‧第四表面

313a、313b‧‧‧表面

320a、320b‧‧‧轉動部

321‧‧‧第五表面

322‧‧‧第六表面

圖1是本發明一實施例之馬達的立體示意圖。

圖2是圖1之馬達的分解示意圖。

圖3是圖1之線圈單元的線圈組件的示意圖。

圖4是本發明另一實施例之轉子模組的示意圖。

圖5是本發明另一實施例之馬達的立體剖視示意圖，

圖6是本發明一實施例中第一環狀磁鐵單元與第二環狀磁鐵單元的示意圖。

圖1是本發明一實施例之馬達的立體示意圖，而圖2是圖1之馬達的分解示意圖。請參照圖1與圖2，本實施例之馬達10包括轉子模組100與定子模組200，其中轉子模組100包括多個第一磁鐵單元110、多個第二磁鐵單元120、中空導磁柱130以及轉軸140。第二磁鐵單元120與第一磁鐵單元110交替排列成中空柱體150，其中中空柱體150的外表面151包括第一磁鐵單元110的多個第一表面111與第二磁鐵單元120的多個第二表面121，且第一表面111與第二表面121的磁極不同。中空導磁柱130穿設於中空柱體150內，轉軸140穿設於中空導磁柱130內。定子模組200包括外殼210以及線圈單元220，其中轉子模組100配置於外殼210內，且轉軸140伸出外殼210外。線圈單元220設置於外殼210的內壁面211，並圍繞轉子模組100。

本實施例中，第一磁鐵單元110的第一表面111例 如為N極，而第二磁鐵單元120的第二表面121例如為S極，且第一磁鐵單元110與第二磁鐵單元120的數量例如為相同。第一磁鐵單元110與第二磁鐵單元120交錯排列而形成中空柱體150，本實施例例如藉由黏合的方式將第一磁鐵單元110與第二磁鐵單元120黏合成中空柱體150。每一第一磁鐵單元110的兩側皆為第二磁鐵單元120，而每一第二磁鐵單元120的兩側皆為第一磁鐵單元110。

本實施例中，中空導磁柱130例如包括彼此堆疊的多個環狀矽鋼片132，而中空柱體150的內表面155設有多個牙溝153，牙溝153例如係配合環狀矽鋼片132的厚度設置，使中空柱體150可藉由牙溝153而與中空導磁柱130互相卡固，以使中空導磁柱130與中空柱體150不易分離。在本實施例中，選用環狀矽鋼片132堆疊成中空導磁柱130係因矽鋼片具有較佳的導磁性，但本發明之中空導磁柱130的材料並不以此為限。此外，中空導磁柱130的內表面131例如設有至少一卡掣部133，而轉軸140例如包括至少一卡槽141，卡槽141係對應中空導磁柱130的卡掣部133設置，本實施例中例如有二卡掣部133，亦具有二卡槽141，卡掣部133適於與卡槽141結合以將中空導磁柱130與轉軸140結合。另外，轉子模組100例如更包括包覆部160，包覆中空柱體150。在本實施例中，包覆部160例如為殼體，且轉軸140伸出於包覆部160之外。在本發明的另一實施例中，包覆部可為包覆中空柱體的塗層(圖未示)。

圖3是圖1之線圈單元的線圈組件的示意圖。請參照圖1與圖3，定子模組200的線圈單元220例如包括多個線圈組件221(如圖3所示)，每一線圈組件221包括矽鋼片222及纏繞於矽鋼片222的線圈223。這些線圈組件221環設於外殼210 的內壁面211，在一實施例中，可藉由包覆層(圖未示)包覆線圈單元220，使線圈單元220隱藏於包覆層內。此外，線圈單元220例如更包括連接至線圈組件221的導線224。當馬達10用於將電能轉換成機械能的用途時，可透過導線224輸入電能至線圈組件221，以驅使轉子模組100轉動。當馬達10用於將動能轉換成電能的用途時，可透過導線224輸出電能。

本實施例之馬達10中，轉子模組100的第一磁鐵單元110與第二磁鐵單元120排列成中空柱體150，並於中空柱體150內設置中空導磁柱130，這樣的結構能有效提升馬達10的能量轉換效率。

值得一提的是，為了進一步提升馬達的能量轉換效率，第一磁鐵單元與第二磁鐵單元可分別包括多個片狀磁鐵。如圖4所示，每一第一磁鐵單元110a包括多個片狀磁鐵，在本實施例中是以兩個片狀磁鐵112、113為例，每一第二磁鐵單元120a包括多個片狀磁鐵，在本實施例中是以兩個片狀磁鐵122、123為例。這些第一磁鐵單元110a與第二磁鐵單元120a交替排列成中空柱體150a，而每一第一磁鐵單元110a的片狀磁鐵112、113以及每一第二磁鐵單元120a的片狀磁鐵122、123由中空柱體150a的外表面151a朝向中空柱體150a的內表面155a的方向堆疊。每一第一磁鐵單元110a中，相鄰的兩片狀磁鐵112、113的兩個接觸面112a、113a的磁極相同(例如分別為N極)，並透過黏合的方式而彼此結合。每一第二磁鐵單元120a中，相鄰的兩片狀磁鐵122、123的兩個接觸面122a、123a的磁極相同(例如分別為S極)，並透過黏合的方式而彼此結合。

圖5是本發明另一實施例之馬達的立體剖視示意 圖。請參照圖5，本實施例之馬達10b包括轉子模組100b與定子模組200b。轉子模組100b與上述之轉子模組100大致相似，皆包括第一磁鐵單元、第二磁鐵單元、中空導磁柱及轉軸140。為了簡化圖示，圖5係將第一磁鐵單元、第二磁鐵單元及中空導磁柱示意成一個組合結構190，此組合結構190的外層例如是由塗層構成的包覆部。有關第一磁鐵單元、第二磁鐵單元及中空導磁柱的詳細結構可參照上述實施例。定子模組200b與上述之定子模組200大致相似，亦包括外殼210b及線圈單元220b，圖5係將線圈單元220b的多個矽鋼片及纏繞於矽鋼片的線圈示意成一個整體，有關矽鋼片及纏繞於矽鋼片的線圈的詳細結構可參照上述實施例。

本實施例之馬達10b更包括二磁浮軸承300a、300b，其分別配置於外殼210b的頂部212與底部213，磁浮軸承300a、300b用以支撐轉子模組100b。磁浮軸承300a包括固定部310a與轉動部320a，磁浮軸承300b包括固定部310b與轉動部320b。磁浮軸承300a的固定部310a配置於外殼210b的頂部212，磁浮軸承300b的固定部310b配置於外殼210b的底部213。每一固定部310a/310b具有相連的第三表面311與第四表面312，其中第三表面311面向中空柱體與中空導磁柱結合而成的組合結構190，而第四表面312面向轉軸140且圍繞轉軸140。每一轉動部320a/320b套設於轉軸140，並被固定部310a/310b圍繞。轉動部320a/320b具有相連的第五表面321與第六表面322，其中第五表面321面向第三表面311，而第六表面322面向第四表面312。第三表面311與第五表面321的磁極相同(同為N極或同為S極)以產生斥力，第四表面312與第六表面322的磁極相同(同為N極或同為S極)以產生斥力。具體 而言，固定部310a/310b內例如設有二磁鐵(圖未示)，分別鄰近第三表面311與第四表面312，以形成第三表面311與第四表面312的磁極。轉動部320a/320b內例如設有二磁鐵(圖未示)，分別鄰近第五表面321與第六表面322，以形成第五表面321與第六表面322的磁極。此外，第三表面311與第四表面312的磁極可相同或不同。

本實施例的馬達10b藉由斥力之間的平衡使轉子模組100b不會偏擺，由於利用非接觸力來支撐轉子模組100b，所以轉子模組100b旋轉時不會產生摩擦，如此可避免因摩擦所造成的熱問題以及能量損耗的問題，進而提升馬達10b的可靠度及能量轉換效率。

此外，本實施例中，轉軸140之一端穿過磁浮軸承300a的固定部310a與轉動部320a並伸出外殼210b外，且磁浮軸承300b的轉動部320b包覆轉軸140的另一端。但在另一實施例中，轉軸140的兩端可皆伸出外殼210b外，而外殼210b底部213的結構可如頂部212的結構，且頂部212與底部213皆設置上述磁浮軸承300a，以使轉軸140能穿過磁浮軸承300a而伸出外殼210b外。

圖6是本發明一實施例中第一環狀磁鐵單元與第二環狀磁鐵單元的示意圖。請參照圖5與圖6，為了進一步提升馬達10b的能量轉換效率，可於馬達10b增設圖6所示的第一環狀磁鐵單元170以及第二環狀磁鐵單元180。第一環狀磁鐵單元170可配置於組合結構190的面向外殼210b的頂部212或底部213的表面191或192，且可位於組合結構190內部或外部。第二環狀磁鐵單元180配置於磁浮軸承300a或300b的固定部310a或310b並與第一環狀磁鐵單元相對應。具體而言，當 第一環狀磁鐵單元170配置於表面191時，第二環狀磁鐵單元180可配置於固定部310a的表面313a，且可位於固定部310a內部或外部。當第一環狀磁鐵單元170配置於表面192時，第二環狀磁鐵單元180可配置於固定部310b的表面313b，且可位於固定部310b內部或外部。

第一環狀磁鐵單元170包括交替排列的多個第一片狀磁鐵171與第二片狀磁鐵172，且第一片狀磁鐵171之面對第二環狀磁鐵單元180的表面173的磁極不同於第二片狀磁鐵172之面對第二環狀磁鐵單元180的表面174的磁極，舉例來說，表面173的磁極例如為N極，而表面174的磁極例如為S極。第二環狀磁鐵180包括交替排列的多個第三片狀磁鐵181與多個第四片狀磁鐵182，且第三片狀磁鐵181之面對第一環狀磁鐵單元170的表面183的磁極不同於第四片狀磁鐵182之面對第一環狀磁鐵單元170的表面184的磁極。舉例來說，表面183的磁極例如為S極，而表面184的磁極例如為N極。此外，第一片狀磁鐵171與第二片狀磁鐵172的數量例如分別對應於第一磁鐵單元110與第二磁鐵單元120的數量，但其數量亦可不相等。

由於第一環狀磁鐵單元170係隨著轉子模組100b轉動，而第二環狀磁鐵單元180係固定不動。當轉子模組100b轉動時，第一環狀磁鐵單元170與第二環狀磁鐵單元180之間產生的吸引力及排斥力有助於轉子模組100b轉動，所以能進一步提升馬達10b的能量轉換效率。需說明的是，第一環狀磁鐵單元170與第二環狀磁鐵180可應用於上述各實施例的馬達中，且依照不同的設計需求，第二環狀磁鐵單元180亦可配置於馬達的頂部或底部，而不限定需配置於磁 浮軸承300a或300b的固定部310a或310b。

綜上所述，本發明之馬達中，轉子模組的第一磁鐵單元與第二磁鐵單元排列成中空柱體，並於中空柱體內設置中空導磁柱，這樣的結構能有效提升馬達的能量轉換效率。此外，在一實施例中，採用磁浮軸承可避免轉子模組轉動時因摩擦所造成的熱問題以及能量損耗的問題，進而提升馬達的可靠度及能量轉換效率。另外，在一實施例中，第一環狀磁鐵單元與第二環狀磁鐵單元之間產生的吸引力及排斥力有助於轉子模組轉動，所以能進一步提升馬達的能量轉換效率。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10‧‧‧馬達

100‧‧‧轉子模組

110‧‧‧第一磁鐵單元

111‧‧‧第一表面

120‧‧‧第二磁鐵單元

121‧‧‧第二表面

130‧‧‧中空導磁柱

131‧‧‧內表面

132‧‧‧環狀矽鋼片

133‧‧‧卡掣部

140‧‧‧轉軸

141‧‧‧卡槽

150‧‧‧中空柱體

151‧‧‧外表面

153‧‧‧牙溝

155‧‧‧內表面

160‧‧‧包覆部

200‧‧‧定子模組

210‧‧‧外殼

211‧‧‧內壁面

220‧‧‧線圈單元

Claims (8)

1. 一種馬達，包括：一轉子模組，包括：多個第一磁鐵單元；多個第二磁鐵單元，與該些第一磁鐵單元交替排列成一中空柱體，其中該中空柱體的一外表面包括該些第一磁鐵單元的多個第一表面與該些第二磁鐵單元的多個第二表面，且該些第一表面與該些第二表面的磁極不同；一中空導磁柱，穿設於該中空柱體內；以及一轉軸，穿設於該中空導磁柱內；一定子模組，包括：一外殼，該轉子模組配置於該外殼內，且該轉軸伸出該外殼外；以及一線圈單元，設置於該外殼的一內壁面，並圍繞該轉子模組；以及二磁浮軸承，配置於該外殼的一頂部與一底部，用以支撐該轉子模組，每一磁浮軸承包括：一固定部，配置於該外殼的該頂部或該底部，並具有相連的一第三表面與一第四表面，該第三表面面向該中空柱體與該中空導磁柱結合而成的一組合結構，該第四表面面向該轉軸並圍繞該轉軸；以及一轉動部，套設於該轉軸，並被該固定部圍繞，該轉動部具有相連的一第五表面與一第六表面，該第五表面面向該第三表面，該第六表面面向該第四表面，且該第三表面與該第五表面的磁極相同，該第四表面與該第六表面的磁極 相同。
2. 如申請專利範圍第1項所述之馬達，其中該中空導磁柱的內表面設有至少一卡掣部，而該轉軸包括至少一卡槽，該卡掣部適於與該卡槽結合以將該中空導磁柱與該轉軸結合。
3. 如申請專利範圍第1項所述之馬達，其中該中空導磁柱包括彼此堆疊的多個環狀矽鋼片，該中空柱體的一內表面設有多個牙溝，且該些第一磁鐵單元與該些第二磁鐵單元適於藉由該些牙溝與該中空導磁柱互相卡固。
4. 如申請專利範圍第1項所述之馬達，其中該轉子模組更包括一包覆部，包覆該中空柱體。
5. 如申請專利範圍第1項所述之馬達，其中該轉軸之一端穿過該些磁浮軸承其中之一的該固定部與該轉動部並伸出該外殼外，該些磁浮軸承其中另一的該轉動部包覆該轉軸的另一端。
6. 如申請專利範圍第1項所述之馬達，其中該轉軸之兩端穿過該些磁浮軸承的該些固定部與該些轉動部並伸出該外殼外。
7. 如申請專利範圍第1項所述之馬達，更包括：一第一環狀磁鐵單元，配置於該組合結構的一面向該外殼之該頂部或該底部的表面，該第一環狀磁鐵單元包括交替 排列的多個第一片狀磁鐵與多個第二片狀磁鐵，且該些第一片狀磁鐵之一面對該第二環狀磁鐵單元的表面的磁極不同於該些第二片狀磁鐵之一面對該第二環狀磁鐵單元的表面的磁極；以及一第二環狀磁鐵單元，配置於該些磁浮軸承其中之一的該固定部，並與該第一環狀磁鐵單元相對應，該第二環狀磁鐵單元包括交替排列的多個第三片狀磁鐵與多個第四片狀磁鐵，且該些第三片狀磁鐵之一面對該第一環狀磁鐵單元的表面的磁極不同於該些第四片狀磁鐵之一面對該第一環狀磁鐵單元的表面的磁極。
8. 如申請專利範圍第1項所述之馬達，其中每一第一磁鐵單元及每一第二磁鐵單元分別包括多個片狀磁鐵，由該中空柱體的該外表面朝向該中空柱體的一內表面的方向堆疊，每一第一磁鐵單元中，相鄰的兩片狀磁鐵的兩個接觸面的磁極相同，每一第二磁鐵單元中，相鄰的兩片狀磁鐵的兩個接觸面的磁極相同。