TWI622252B - 具有散熱功能之馬達轉軸系統 - Google Patents

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Abstract

一種具有散熱功能之馬達轉軸系統，該馬達轉軸系統包含：一馬達殼體；一定子，位於該馬達殼體的內壁；一轉軸，位於該馬達殼體內，該轉軸包含複數個通孔，該複數個通孔之其中一通孔係沿著該轉軸的軸向由該轉軸的一第一端往該轉軸的一第二端貫穿；一軸承，位於該馬達殼體上，該軸承係支撐該轉軸；以及一轉子，位於該轉軸上，該轉子與該定子之間具有一空隙。

Description

具有散熱功能之馬達轉軸系統
本案係關於一種馬達轉軸系統。
欲使電動車動力系統朝向高輸出功率密度發展，馬達之散熱能力的提升為關鍵技術之一。然而在馬達系統中，馬達轉子由於其旋轉特性，散熱僅能透過內部氣流的循環傳導與軸承的傳導。在容易產生大量熱能的馬達種類中，例如感應馬達轉子的散熱問題更為嚴峻。目前也遭遇電動巴士馬達因為轉子不容易散熱，在最大功率點操作時轉子有過熱的問題。另一種類如皮帶啟動電機(Belt Starter Generator,BSG)亦有轉子之溫度過高的問題，也必須考量到轉軸結構強度的需求。故需要建立高效率馬達轉子散熱系統來解決上述問題。
本揭露之一實施例提供一種具有散熱功能之馬達轉軸系統，該馬達轉軸系統包含：一馬達殼體；一定子，位於該馬達殼體的內壁；一轉軸，位於該馬達殼體內，該轉軸包含複數個通孔，該複數個通孔之其中一通孔沿著該轉軸的軸向由該轉軸的一第一端往該轉軸的一第二端貫穿； 一軸承，位於該馬達殼體上，該軸承係支撐該轉軸；以及一轉子，位於該轉軸上，該轉子與該定子之間具有一空隙。
本揭露之一實施例提供一種具有散熱功能之馬達轉軸系統，該馬達轉軸系統包含：一馬達殼體；一定子，位於該馬達殼體的內壁；一轉軸，位於該馬達殼體內，該轉軸包含至少一氣流通道，該至少一氣流通道係沿著該轉軸的軸向由該轉軸的一第一端往該轉軸的一第二端貫穿；一軸承，位於該馬達殼體上，該軸承係支撐該轉軸；以及一轉子，位於該轉軸上，該轉子與該定子之間具有一空隙。
15‧‧‧馬達轉軸系統
20‧‧‧馬達殼體
21‧‧‧定子
22‧‧‧轉軸
23‧‧‧複數個通孔
24‧‧‧第一端
25‧‧‧第二端
26‧‧‧軸承
27‧‧‧轉子
28‧‧‧空隙
30‧‧‧第一離心扇
31‧‧‧第二離心扇
33‧‧‧軸方向
34‧‧‧軸方向
35‧‧‧第一渦殼
36‧‧‧氣室
37‧‧‧第二渦殼
38‧‧‧排氣口
39‧‧‧進氣口
40‧‧‧封殼
41‧‧‧中心
42‧‧‧折線
43‧‧‧折線
45‧‧‧實心轉軸
46‧‧‧蜂巢轉軸
47‧‧‧中空轉軸
48‧‧‧點
49‧‧‧點
50‧‧‧點
51‧‧‧圓通孔
52‧‧‧三角形通孔
53‧‧‧馬達轉軸系統
54‧‧‧馬達殼體
55‧‧‧轉軸
56‧‧‧至少一氣流通道
57‧‧‧第一端
58‧‧‧第二端
59‧‧‧散熱鰭片
60‧‧‧蓋體
61‧‧‧氣流通道
62‧‧‧進氣口
63‧‧‧第一渦殼
64‧‧‧排氣口
65‧‧‧第二渦殼
66‧‧‧進氣口
67‧‧‧第一離心扇
100‧‧‧馬達
200‧‧‧馬達
第1圖係根據一些實施例說明馬達的剖面圖。
第2圖係根據一些實施例說明馬達的示意圖。
第3圖係根據一些實施例說明轉軸的示意圖。
第4圖係根據一些實施例說明轉軸之形變量的折線圖。
第5圖係根據一些實施例說明轉軸之通孔的示意圖。
第6圖係根據一些實施例說明馬達的剖面圖。
本案係利用雙離心扇產生噴射氣流直接通過轉軸的蜂巢結構之技術手段，達成馬達轉子冷卻之功效，以解決馬達轉子散熱困難之問題。
第1圖係根據一些實施例說明馬達100的剖面圖。在一實施例中，一種具有散熱功能之馬達轉軸系統15，馬達轉軸系統15包含：一馬達殼體20；一定子21，位於馬達 殼體20的內壁；一轉軸22，位於馬達殼體20內，轉軸22包含複數個通孔23，複數個通孔23之其中一通孔係沿著轉軸22的軸向由轉軸22的一第一端24往轉軸22的一第二端25貫穿；一軸承26，位於該馬達殼體20上，軸承26係支撐轉軸22；以及一轉子27，位於轉軸22上，轉子27與定子21之間具有一空隙28。在一實施例中，複數個通孔23之間彼此獨立，互不相通。
定子21係由定子鐵芯、線圈繞組(未繪出)等部件組成所組成，定子21位於馬達殼體20的內壁。轉子27係由轉子鐵芯(或磁極、磁扼)、線圈繞組(未繪出)等部件組成，轉子27環繞於轉軸22上。馬達100由軸承26及馬達殼體20將定子21、以及轉子27組裝而成，使得轉子27能在定子21中旋轉。
在一實施例中，馬達轉軸系統15另包含一第一離心扇30，位於轉軸22的第一端24；以及一第二離心扇31，位於轉軸22的第二端25。第一離心扇30的軸方向33與第二離心扇31的軸方向34相反。第一離心扇30固定於轉軸22的第一端24，第二離心扇31固定於轉軸22的第二端31，故第一離心扇30、第二離心扇31、以及轉軸22具有相同的旋轉方向。
第2圖係根據一些實施例說明馬達100的示意圖。在一實施例中，馬達轉軸系統15另包含一第一渦殼35，位於馬達殼體20之一側邊，第一渦殼35靠近轉軸22的第一端24，第一渦殼35與轉軸22的第一端24之間具有一氣 室36。馬達轉軸系統15另包含一第二渦殼37，位於馬達殼體20之另一側邊，第二渦殼37靠近第二端25，第二渦殼37與第二端25之間具有一氣室。在一實施例中，第一渦殼35具有一排氣口38，第二渦殼37具有一進氣口39。第一渦殼35具有封殼40，封殼40蓋住馬達殼體20之側邊，使得第一渦殼35與第一離心扇30之間形成氣室36。
轉軸22的第一端24位於第一離心扇30的中心，轉軸22具有複數個通孔23。實際操作下，第一離心扇30、以及第二離心扇31隨著轉軸22旋轉，第一離心扇30、以及第二離心扇31係能推動氣體流動並且產生噴射氣流，空氣由第二渦殼37的進氣口39進入，第二離心扇31將空氣導入轉軸22的複數個通孔23，第一離心扇30將複數個通孔23內的空氣抽出，空氣由第一渦殼35的排氣口38排出。第一離心扇30、以及第二離心扇31提供動力給空氣，空氣通過複數個通孔23時，將轉子27的熱能帶走，達成轉子27散熱。
第3圖係根據一些實施例說明轉軸22的示意圖。在一實施例中，轉軸22的複數個通孔23係正六邊形通孔，複數個通孔23在轉軸22的第一端24及第二端25處為正六邊形。複數個通孔23互相堆疊，複數個通孔23形成蜂巢排列。在一實施例中，複數個通孔23的每一個通孔的中心41到任一頂點的距離為長度d，轉軸22具有一外徑R，當長度d為轉軸22之外徑R的15~20%時，轉子27能達到最佳的散熱效果。
折線42係實心轉軸在不同的馬達輸出功率(千瓦)下，其實心轉軸的軸心溫度(攝氏)的關係。隨著馬達輸出功率升高，則實心轉軸的軸心溫度亦升高。折線43係具有蜂巢排列的複數個通孔23之轉軸22在不同的馬達輸出功率(千瓦)下，其轉軸22的軸心溫度(攝氏)的關係。在任一馬達輸出功率下，轉軸22的軸心溫度皆低於實心轉軸的軸心溫度。例如，在馬達輸出功率為160千瓦時，轉軸22的軸心溫度約為140度，實心轉軸的軸心溫度約為220度。整體而言，轉軸22的軸心溫度係降低20~30%的實心轉軸的軸心溫度。
第4圖係根據一些實施例說明轉軸之形變量的折線圖。假設給予相同的轉速與負載轉矩，在運轉一特定時間後，點48代表實心轉軸45的形變量2.09*10-7m，點49代表蜂巢轉軸46的形變量2.17*10-7m，點50代表中空轉軸47的形變量3.8*10-7m。蜂巢轉軸46的形變量接近實心轉軸45的形變量，故蜂巢轉軸46的結構強度或剛性接近實心轉軸45，且蜂巢轉軸46相較同樣散熱面積的中空轉軸47，蜂巢轉軸46的形變量降低96%，可證明蜂巢轉軸46仍然具有接近實心轉軸45的結構強度，並且還能降低軸心溫度。
第5圖係根據一些實施例說明轉軸之通孔的示意圖。在一實施例中，轉軸22的複數個通孔23係圓通孔51，複數個通孔23在第一端24及第二端25為圓形。在一實施例中，轉軸22的複數個通孔23係三角形通孔52，複數個通 孔23在第一端24及第二端25為三角形。
在一實施例中，轉軸22的複數個通孔23係採用金屬鑽洞製程，由第一端24往第二端25鑽洞，使得轉軸22的兩端貫通。
在一實施例中，轉軸22先車铣為中空轉軸，再將金屬板沖壓為長柱狀蜂巢結構或三角形結構(例如觸媒轉化器的金屬蜂巢結構)，將蜂巢結構或三角形結構置入且固定於中空轉軸內，則得到具有複數個通孔23的轉軸22。
第6圖係根據一些實施例說明馬達200的剖面圖。在一實施例中，一種具有散熱功能之馬達轉軸系統53，馬達轉軸系統53包含：一馬達殼體54；一定子(與定子21相似)，位於馬達殼體54的內壁；一轉軸55，位於馬達殼體54內，轉軸55包含至少一氣流通道56，至少一氣流通道56係沿著轉軸55的軸向由轉軸55的一第一端57往轉軸55的一第二端58貫穿；一軸承(與軸承26相似)，位於馬達殼體54上，軸承係支撐轉軸55；以及一轉子(與轉子27相似)，位於轉軸55上，轉子與定子之間具有一空隙。
在一實施例中，馬達殼體54另包含散熱鰭片59，其中散熱鰭片59位於馬達殼體54的外壁且環繞定子。換言之，散熱鰭片59靠近定子且分別位於馬達殼體54的相反面上。在一實施例中，馬達轉軸系統53另包含一蓋體60連接馬達殼體54，其中蓋體60覆蓋散熱鰭片59，蓋體60與馬達殼體54之間具有一氣流通道61，氣流通道61具有一進氣口62。
在一實施例中，馬達轉軸系統53另包含一第一渦殼63，位於馬達殼體54之一側邊，第一渦殼63具有一排氣口64。馬達轉軸系統53另包含一第二渦殼65，位於馬達殼體54之另一側邊，第二渦殼65的進氣口66與氣流通道61連通。
在一實施例中，馬達轉軸系統53另包含第一離心扇67，位於第一端57；以及第二離心扇(第二渦殼65內)，位於第二端58。並且，第一離心扇67的軸方向與第二離心扇的軸方向相反。
在實際操作下，轉軸55帶動第一離心扇67以及第二離心扇，第一離心扇67以及第二離心扇的旋轉產生氣流，空氣由進氣口62進入，空氣經過氣流通道61與散熱鰭片59，隨後空氣進入進氣口66，第二離心扇將空氣導入轉軸55的至少一氣流通道56，空氣由轉軸55的第二端58進入，第一離心扇67將至少一氣流通道56內的空氣抽出，空氣再由第一渦殼63的排氣口64排出。因此，第一離心扇67、以及第二離心扇提供動力給空氣，空氣通過散熱鰭片59並且帶走定子的熱能，空氣經過轉軸55的至少一氣流通道56時，將轉子的熱能帶走，達成轉子散熱。故馬達轉軸系統53係能同時散熱轉子與定子。
在一實施例，本案為一種馬達散熱裝置，兩個離心扇的轉動與馬達轉軸同步並且產生氣流，氣流通過散熱鰭片而帶走定子產生的熱能(次要的散熱途徑)，接著氣流穿過轉軸的通孔，通孔的蜂巢結構、圓孔、以及三角孔為熱傳 導區(主要的散熱途徑)，負責將轉子產生的熱能透過氣流導出，同時能夠兼顧轉軸的結構強度。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

Claims (15)

  1. 一種具有散熱功能之馬達轉軸系統，該馬達轉軸系統包含：一馬達殼體；一定子，位於該馬達殼體的內壁；一轉軸，位於該馬達殼體內，該轉軸包含複數個通孔，該複數個通孔之其中一通孔係沿著該轉軸的軸向由該轉軸的一第一端往該轉軸的一第二端貫穿；一軸承，位於該馬達殼體上，該軸承係支撐該轉軸；以及一轉子，位於該轉軸上，該轉子與該定子之間具有一空隙，其中，該馬達殼體具有一散熱鰭片，該散熱鰭片位於該馬達殼體的外壁且環繞該定子，且一蓋體連接該馬達殼體，該蓋體覆蓋該散熱鰭片，該蓋體與該馬達殼體之間具有一氣流通道，該氣流通道具有一進氣口。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之馬達轉軸系統，其中該複數個通孔之間彼此互不相通。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之馬達轉軸系統，其中該複數個通孔係圓通孔，該複數個通孔在該第一端及該第二端處為圓形。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之馬達轉軸系統，其中該複數個通孔係正六邊形通孔，該複數個通孔在該第一端及該第二端處為正六邊形。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之馬達轉軸系統，其中該複數個通孔互相堆疊，該複數個通孔在該第一端及該第二端處為蜂巢排列。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之馬達轉軸系統，其中該複數個通孔係三角形通孔，該複數個通孔在該第一端及該第二端處為三角形。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之馬達轉軸系統，該馬達轉軸系統另包含：一第一離心扇，位於該第一端；以及一第二離心扇，位於該第二端。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之馬達轉軸系統，其中該第一離心扇的軸方向與該第二離心扇的軸方向相反。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之馬達轉軸系統，該馬達轉軸系統另包含：一第一渦殼，位於該馬達殼體之一側邊，該第一渦殼靠近該第一端，該第一渦殼與該第一端之間具有一第一氣室；以及一第二渦殼，位於該馬達殼體之另一側邊，該第二渦殼靠近該第二端，該第二渦殼與該第二端之間具有一第二氣室。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之馬達轉軸系統，其中該第一渦殼具有一排氣口，該第二渦殼具有一進氣口。
  11. 一種具有散熱功能之馬達轉軸系統，該馬達轉軸系統包含： 一馬達殼體；一定子，位於該馬達殼體的內壁；一轉軸，位於該馬達殼體內，該轉軸包含至少一氣流通道，該至少一氣流通道沿著該轉軸的軸向由該轉軸的一第一端往該轉軸的一第二端貫穿；一軸承，位於該馬達殼體上，該軸承係支撐該轉軸；以及一轉子，位於該轉軸上，該轉子與該定子之間具有一空隙，其中，該馬達殼體具有一散熱鰭片，該散熱鰭片位於該馬達殼體的外壁且環繞該定子，且一蓋體連接該馬達殼體，該蓋體覆蓋該散熱鰭片，該蓋體與該馬達殼體之間具有一氣流通道，該氣流通道具有一進氣口。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之馬達轉軸系統，該馬達轉軸系統另包含：一第一渦殼，位於該馬達殼體之一側邊，該第一渦殼具有一排氣口。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之馬達轉軸系統，該馬達轉軸系統另包含：一第二渦殼，位於該馬達殼體之另一側邊，該第二渦殼的一進氣口與該氣流通道連通。
  14. 如申請專利範圍第11項所述之馬達轉軸系統，該馬達轉軸系統另包含：一第一離心扇，位於該第一端；以及 一第二離心扇，位於該第二端。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之馬達轉軸系統，其中該第一離心扇的軸方向與該第二離心扇的軸方向相反。
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