TWI676345B - 單相馬達 - Google Patents

Abstract

本發明係關於一種單相馬達。該單相馬達包括：一定子及一轉子。該定子具有一鐵心，該鐵心具有數個靴部，該些靴部各具有一中心線，該些靴部基於該中心線各區分為一第一基體及一第二基體。該轉子具有以弦波充磁之一永久磁鐵，該永久磁鐵與該鐵心之該些靴部之間具有一氣隙，該氣隙具有數個第一氣隙及數個第二氣隙，該些第一氣隙各對應於該些第一基體與該永久磁鐵之間，該些第二氣隙各對應於該些第二基體與該永久磁鐵之間，該些第一氣隙之一最小氣隙小於該些第二氣隙之一最大氣隙。藉此，可有效改善該馬達之啟動死點問題，以及提升馬達之運轉品質。

Description

單相馬達

本發明關於一種馬達，特別是一種單相馬達。

習知單相馬達係利用圖7之具諧波之合成波充磁其永久磁鐵，由於具諧波之合成波在波形頂端具有鼓起及凹下之起伏波形，將造成該永久磁鐵之磁通分布亦為鼓起及凹下之起伏情況，容易於旋轉過程中產生震動異音，故習知單相馬達運轉品質不佳，有加以改善之必要。

本發明係關於一種單相馬達。該單相馬達包括：一定子及一轉子。該定子具有一鐵心及一線圈，該鐵心具有一軛部，該軛部設置以一徑向方向延伸之數個齒部，該些齒部各設有一靴部，在該徑向方向上，該些靴部各具有一中心線，該些靴部基於該中心線各區分為一第一基體及一第二基體，該線圈捲繞於該些齒部。該轉子具有以弦波充磁之一永久磁鐵，該永久磁鐵與該鐵心之該些靴部之間具有一氣隙，該氣隙具有數個第一氣隙及數個第二氣隙，該些第一氣隙各對應於該些第一基體與該永久磁鐵之間，該些第二氣隙各對應於該些第二基體與該永久磁鐵之間，該些第一氣隙之一最小氣隙小於該些第二氣隙之一最大氣隙。

因此，利用以弦波充磁之該永久磁鐵，以及該些第一氣隙之該最小氣隙小於該些第二氣隙之該最大氣隙之設計，可有效提升該鐵心之該些第一基體與該永久磁鐵之間所產生之磁場強度，以改變馬達之輸出扭矩波形分布，且可有效改善該馬達之啟動死點問題，確保該馬達可穩定運轉，達到減少異音之產生及提升運轉品質等功效。

圖1顯示本發明一實施例單相馬達之組合剖視圖。配合參閱圖1，在一實施例中，本發明之馬達1包括一定子10及一轉子20。本發明之馬達1係為一種易於啟動且可穩定旋轉作動之單相馬達，可將電能轉化為動能，以廣泛應用於各種工業、民生、運輸或資訊等設備。

圖2顯示本發明單相馬達之第一實施例之示意圖（省略圖1之線圈12）。配合參閱圖1及圖2，在一實施例中，該定子10具有一鐵心11及一線圈12。該鐵心11可由數個矽鋼片相互堆疊結合而成，但不以上述為限。其中該鐵心11可具有一軛部111，該軛部111沿圓周設置以一徑向方向延伸之數個齒部112，該些齒部112可各設有一靴部113，在該徑向方向上，該些靴部113各具有一中心線L1，該些靴部113基於該中心線L1各區分為一第一基體113a及一第二基體113b，該線圈12捲繞於該些齒部112。在一實施例中，該線圈12可直接捲繞於該線圈12捲繞於該些齒部112之外表面，或於該些齒部112之外表面結合一絕緣套後，再將該線圈12捲繞於該絕緣套。

該轉子20具有一永久磁鐵21，該永久磁鐵20可選用橡膠磁鐵，但不以上述為限，且可供配合利用弦波充磁方式完成其充磁作業，在一實施例中，對該永久磁鐵20充磁之弦波可為正弦波，如圖8所示。其中該永久磁鐵21與該鐵心11之該些靴部113之間具有一氣隙G，該氣隙G可設為0.3mm～2mm，較佳可進一步設為0.8mm～1.4mm，以避免因該氣隙G過大而導致磁耗損增加。另外，該氣隙G具有數個第一氣隙G1及數個第二氣隙G2，該些第一氣隙G1各對應於該些第一基體113a與該永久磁鐵21之間；該些第二氣隙G2各對應於該些第二基體113b與該永久磁鐵21之間。該些第一氣隙G1之一最小氣隙小於該些第二氣隙G2之一最大氣隙，用以於該些第一基體113a與該永久磁鐵22之間分別形成一磁部S。

在一實施例中，以一靴部113之一第一基體113a及一第二基體113b為例，該些第一氣隙G1對應於該第一基體113a與該永久磁鐵21之間，且該些第二氣隙G2對應於該第二基體113b與該永久磁鐵21之間。以該第二基體113b朝向該第一基體113a之方向，該些第二氣隙G2係朝向該些第一氣隙G1漸縮小，且該些第一氣隙G1亦漸縮小，使得該些第一氣隙G1之該最小氣隙小於該些第二氣隙G2之該最大氣隙，且該些第一氣隙G1均小於該些第二氣隙G2。該些第一氣隙G1之該最小氣隙係位於該第一基體113a之外周之最左端，該些第二氣隙G2之該最大氣隙係位於該第二基體113b之外周之最右端。

參考圖8，利用以弦波充磁之該永久磁鐵21，可使該永久磁鐵21之磁通分布如弦波般係為穩定均勻地上升或下降，不會產生如習知單相馬達利用圖7之具諧波之合成波充磁，而造成旋轉過程中產生震動異音之情形，故本發明之馬達1可穩定旋轉作動，達到降低磁極震動之情形，減少異音之產生及提升運轉品質等功效。雖然弦波在波形之兩端其數值較小，可能造成該永久磁鐵21之磁通分布於兩端之磁通較小，但利用該些第一氣隙G1之該最小氣隙小於該些第二氣隙G2之該最大氣隙之設計所形成之該磁部S，且較佳可進一步將該氣隙G設為0.8mm～1.4mm，令該磁部S可有效提升該鐵心11之該些第一基體113a與該永久磁鐵22之間所產生之磁場強度，故該些第一基體113a可形成局部性磁飽和，進而改變本發明單相馬達1之輸出扭矩波形分布，以確保該轉子20停止運轉時可位於較佳啟動位置，有效改善該馬達之啟動死點問題。

配合參閱圖1及圖2，在一實施例中，本發明之馬達1可另包括一基座30，該基座30具有一軸接部31。該轉子20可另包括一轉軸22及一輪轂23，該永久磁鐵21設置於該輪轂23之一內側，且該轉軸22設置於該輪轂23之中心位置，該轉子20之該轉軸22可旋轉地結合該軸接部31，利用該軸接部31及該轉軸22之配合，使該轉子20可順利旋轉作動。該基座30之選用為本發明馬達1之一種組裝應用方式，選用原則係以可確保該轉子20穩定旋轉作動為前提，故不以上述為限。另外，該輪殼23之一外側可設置數個葉片32，以構成一風扇扇輪40，例如：可為換氣扇扇輪、散熱扇扇輪、……等；藉此，可進一步提供如換氣或散熱等諸多功能。

基於上述之結構設計，以下進一步詳細列舉數個實施例，用以說明本發明之馬達1之該定子10的各種不同結構型態，但不以下列所舉之該些實施例為限。

配合參閱圖2，在該實施例中，該定子10該些靴部113之該第一基體113a及該第二基體113b之形狀為非對稱狀。藉此，利用呈非對稱狀之該第一基體113a及該第二基體113b，使該永久磁鐵21與該鐵心11之該些齒部112之間容易形成不同間距大小之該些第一氣隙G1及該些第二氣隙G2，以利用該些第一基體113a所形成之該磁部S提升局部性磁飽和之效果。

圖3顯示本發明單相馬達之第二實施例之示意圖（省略圖1之線圈12）。配合參閱圖3，在該實施例中，以該中心線L1作為一分界線，該定子10在該徑向方向上，該些靴部113之該第一基體113a之面積可大於該第二基體113b之面積。藉此，利用不同面積大小之該第一基體113a及該第二基體113b，以及該永久磁鐵21與該鐵心11之該些齒部112之間形成不同間距大小之該些第一氣隙G1及該些第二氣隙G2，該些第一氣隙G1之該最小氣隙小於該些第二氣隙G2之該最大氣隙，使該些第一基體113a所形成之該磁部S提升局部性磁飽和之效果。

圖4顯示本發明單相馬達之第三實施例之示意圖（省略圖1之線圈12）。配合參閱圖4，在該實施例中，該定子10之該些靴部113之該第一基體113a之外周可設有一凸部114。藉此，利用該凸部114之設計，使該第一基體113a更接近該永久磁鐵21，且在一實施例中，該些第一氣隙G1之一最大氣隙不大於該些第二氣隙G2之該最大氣隙，在一實施例中，該些第二氣隙G2可相同，且該些第二氣隙G2可與部分該些第一氣隙G1相同，亦即該些第一氣隙G1之該最大氣隙等於該些第二氣隙G2之該最大氣隙。且在該凸部114之另一部分該些第一氣隙G1小於該些第二氣隙G2，使得該些第一氣隙G1之該最小氣隙小於該些第二氣隙G2之該最大氣隙，亦即該些第一氣隙G1之該最小氣隙係位於該凸部114，以進一步提升該鐵心11之該些第一基體113a與該永久磁鐵22之間所產生之磁場強度，並確保該轉子20停止運轉時，可位於非啟動死點之位置，以有效改善該馬達1之啟動死點問題。

圖5顯示本發明單相馬達之第四實施例之示意圖（省略圖1之線圈12）。配合參閱圖5，在該實施例中，該定子10之該些靴部113之該第二基體113b之外周可設有一缺口115，且在一實施例中，該些第一氣隙G1之該最大氣隙不大於該些第二氣隙G2之該最大氣隙，在一實施例中，該些第一氣隙G1可相同，且部分該些第二氣隙G2與該些第一氣隙G1相同，在該缺口115之另一部分該些第二氣隙G2大於該些第一氣隙G1，亦即該些第一氣隙G1之該最大氣隙及該最小氣隙均小於該些第二氣隙G2之該最大氣隙，且該些第二氣隙G2之該最大氣隙係位於該缺口115。藉此，利用該缺口115之設計，該第二基體113b相對該第一基體113a可更遠離該永久磁鐵21，且使該第一基體113a較為接近該永久磁鐵21，同樣可提升該鐵心11之該些第一基體113a與該永久磁鐵22之間所產生之磁場強度，並確保該轉子20停止運轉時，可位於非啟動死點之位置。並且使該氣隙G之磁通密度可形成分佈不均勻之狀態，以產生非對稱的磁交鏈波形，可有效改變馬達輸出扭矩波形分布，故該轉子20可正常啟動且穩定運轉。

圖6顯示本發明單相馬達之第五實施例之示意圖（省略圖1之線圈12）。配合參閱比較圖2及圖6，在圖2之該實施例中，該鐵心11之該些齒部112設置於該軛部111之外周。在圖6之該實施例中，該鐵心11之該些齒部112設置於該軛部111之內周。藉此，本發明之馬達1可選擇作為外轉式之單相馬達或內轉式之單向馬達，以提升使用便利性。

上述列舉之各實施例中，該鐵心11之該些靴部113之間各具有一槽距D，該些槽距D可大於該些第一氣隙G1，且該些槽距D之間各具有一中央位置，在該徑向方向上，該鐵心11設定數個第一徑向延伸線L2及數個第二徑向延伸線L3，且該些靴部113具有數個第一夾角α1。

上述該些第一夾角α1之定義係為：如圖2所示，該些第一徑向延伸線L2通過該鐵心11之中心點，以及該些第一徑向延伸線L2係外切於該第一基體113a之外周緣。該些第二徑向延伸線L3通過該鐵心11之中心點及該些槽距D之該中央位置，該些第一徑向延伸線L2及該些第二徑向延伸線L3之間各具有一第二夾角α2，該第二夾角α2可設為2°～12°之間。配合該第二夾角α2之範圍，該些靴部113之該些中心線L1與該些第一徑向延伸線L2之間可各具有一第一夾角α1，該第一夾角α1之範圍設為（152/N）°～（171/N）°，其中N係為該些槽距D之數量，該槽距D之數量係相對於該些靴部113之數量，故不加以限制其數量之多寡。舉例而言，圖2至圖6係揭示該槽距D之數量為4，該第一夾角α1之範圍即為「38°～42.75°」，若取整數，該第一夾角α1之範圍即為「38°～43°」，則該第二夾角α2之範圍為2°～7°之間。藉此，上述以弦波充磁之該永久磁鐵21及該磁部S，更可進一步配合該第一夾角α1範圍之結構設計，使該鐵心11之該些靴部113所分別形成的該些磁部S之間具有適當分布距離，故該馬達1之運轉將更為穩定。

在上述實施例中，本發明單相馬達1利用以弦波充磁之該永久磁鐵21，以及該些第一氣隙G1之該最小氣隙小於該些第二氣隙G2之該最大氣隙之設計所形成之該磁部S，令該磁部S可有效提升該鐵心11之該些第一基體113a與該永久磁鐵21之間所產生之磁場強度，以改變本發明單相馬達1之輸出扭矩波形分布，確保該轉子20停止運轉時可位於較佳啟動位置，以改善該馬達1之啟動死點問題；並且，亦確保該馬達1可穩定運轉，達到降低磁極震動之情形，以有效減少異音之產生及提升運轉品質之諸多功效。

上述實施例僅為說明本發明之原理及其功效，而非限制本發明。習於此技術之人士對上述實施例所做之修改及變化仍不違背本發明之精神。本發明之權利範圍應如後述之申請專利範圍所列。

1‧‧‧馬達

10‧‧‧定子

11‧‧‧鐵心

111‧‧‧軛部

112‧‧‧齒部

113‧‧‧靴部

113a‧‧‧第一基體

113b‧‧‧第二基體

114‧‧‧凸部

115‧‧‧缺口

12‧‧‧線圈

20‧‧‧轉子

21‧‧‧永久磁鐵

22‧‧‧轉軸

23‧‧‧輪轂

30‧‧‧基座

31‧‧‧軸接部

32‧‧‧葉片

40‧‧‧風扇扇輪

D‧‧‧槽距

L1‧‧‧中心線

L2‧‧‧第一徑向延伸線

L3‧‧‧第二徑向延伸線

G‧‧‧氣隙

G1‧‧‧第一氣隙

G2‧‧‧第二氣隙

S‧‧‧磁部

α1‧‧‧第一夾角

α2‧‧‧第二夾角

圖1顯示本發明一實施例單相馬達之組合剖視圖；

圖2顯示本發明單相馬達之第一實施例之示意圖；

圖3顯示本發明單相馬達之第二實施例之示意圖；

圖4顯示本發明單相馬達之第三實施例之示意圖；

圖5顯示本發明單相馬達之第四實施例之示意圖；

圖6顯示本發明單相馬達之第五實施例之示意圖；

圖7顯示習知單相馬達充磁之具諧波之合成波之波形示意圖；及

圖8顯示本發明單相馬達充磁之弦波之波形示意圖。

Claims (21)

1. 一種單相馬達，包括：一定子，具有一鐵心及一線圈，該鐵心具有一軛部，該軛部設置以一徑向方向延伸之數個齒部，該些齒部各設有一靴部，在該徑向方向上，該些靴部各具有一中心線，該些靴部基於該中心線各區分為一第一基體及一第二基體，該線圈捲繞於該些齒部；及一轉子，具有以弦波充磁之一永久磁鐵，該永久磁鐵與該鐵心之該些靴部之間具有一氣隙，該氣隙具有數個第一氣隙及數個第二氣隙，該些第一氣隙各對應於該些第一基體與該永久磁鐵之間，該些第二氣隙各對應於該些第二基體與該永久磁鐵之間，該些第一氣隙之一最小氣隙小於該些第二氣隙之一最大氣隙；其中該鐵心之該些靴部之間各具有一槽距，該些第一基體與該永久磁鐵之間分別形成一磁部，在該徑向方向上，該鐵心設定數個第一徑向延伸線，該些第一徑向延伸線通過該鐵心之中心點，以及該些第一徑向延伸線係外切於該第一基體之外周緣，該些靴部之該些中心線與該些第一徑向延伸線之間各具有一第一夾角，該第一夾角之範圍設為(152/N)°~(171/N)°，N係為該槽距之數量。
2. 如請求項1之單相馬達，其中該些槽距大於該些第一氣隙。
3. 如請求項1之單相馬達，其中該氣隙設為0.8mm~1.4mm。
4. 如請求項1之單相馬達，其中該些靴部之該第一基體及該第二基體之形狀為非對稱狀。
5. 如請求項1之單相馬達，其中在該徑向方向上，該些靴部之該第一基體之面積大於該第二基體之面積。
6. 如請求項1之單相馬達，其中該些靴部之該第一基體之外周設有一凸部。
7. 如請求項1之單相馬達，其中該些靴部之該第二基體之外周設有一缺口。
8. 如請求項1之單相馬達，其中該鐵心之該些齒部設置於該軛部之外周。
9. 如請求項1之單相馬達，其中該鐵心之該些齒部設置於該軛部之內周。
10. 如請求項1之單相馬達，其中該永久磁鐵為橡膠磁鐵。
11. 如請求項1之單相馬達，其中該鐵心由數個矽鋼片相互堆疊結合而成。
12. 如請求項1之單相馬達，另包括一基座，該基座具有一軸接部，該轉子另包括一轉軸及一輪轂，該永久磁鐵設置於該輪轂之一內側，且該轉軸設置於該輪轂，該轉子之該轉軸可旋轉地結合該軸接部。
13. 如請求項12之單相馬達，其中該輪殼之一外側設置數個葉片，以構成一風扇扇輪。
14. 如請求項1之單相馬達，其中以該第二基體朝向該第一基體之方向，該些第二氣隙係朝向該些第一氣隙漸縮小。
15. 如請求項14之單相馬達，其中該些第一氣隙漸縮小。
16. 如請求項15之單相馬達，其中該些第一氣隙之該最小氣隙係位於該第一基體之外周之最左端，該些第二氣隙之該最大氣隙係位於該第二基體之外周之最右端。
17. 如請求項1之單相馬達，其中該些第一氣隙之一最大氣隙不大於該些第二氣隙之該最大氣隙。
18. 如請求項17之單相馬達，其中該些第二氣隙與部分該些第一氣隙相同。
19. 如請求項18之單相馬達，其中另一部分該些第一氣隙小於該些第二氣隙。
20. 如請求項17之單相馬達，其中部分該些第二氣隙與該些第一氣隙相同。
21. 如請求項20之單相馬達，其中另一部分該些第二氣隙大於該些第一氣隙。