TWI683507B - 具有外接氣流產生元件之轉子結構 - Google Patents

Abstract

一種具有外接氣流產生元件之轉子結構，包含一轉子本體、一第一外接氣流產生元件與一第二外接氣流產生元件。轉子本體，係自一第一端部沿一延伸方向延伸至一第二端部，並開設有複數個沿延伸方向延伸之轉子內部通道。第一外接氣流產生元件，係對應轉子內部通道劃分出至少一第一出風區與至少一第一進風區。第二外接氣流產生元件，係對應第一出風區與第一進風區分別劃分出至少一第二進風區與至少一第二出風區。因此，在轉子結構旋轉時，外部空氣係分別自第一進風區與第二進風區流動至第二出風區與第一出風區，藉以逸散轉子本體所產生之一熱能。

Description

具有外接氣流產生元件之轉子結構

本發明係有關於一種轉子結構，尤其是指一種具有外接氣流產生元件之轉子結構。

馬達是一種藉由電磁感應，將電能轉換成機械能再轉換成動能的裝置，在現今社會中頗為普遍且應用極為廣泛。馬達通常包含馬達框架、轉子結構與定子結構。在馬達將電能轉換成動能的過程中，電流會在定子結構上的定子繞組導通，藉以產生電流磁效應。然而，在導通的過程中，會因為線圈本身所包含的電阻，使得電流會有所損耗，進而產生多餘的熱能。若這些熱能累積過多或溫度過高就有可能會對馬達內部的元件產生破壞，造成馬達無法正常運作。因此，如何將馬達產生多餘的熱能排除是一件極為重要的課題。

請一併參閱第一圖至第三圖，其中，第一圖係顯示先前技術之轉子結構之立體圖；第二圖係顯示第一圖之A-A剖視圖；以及，第三圖係顯示先前技術之轉子結構之運轉狀態之溫度位階分布圖。如圖所示，一 種轉子結構PA1，包含一轉子本體PA11與一氣流產生元件PA12。

轉子本體PA11係自一第一端部PAP1沿一延伸方向PAD延伸至一第二端部PAP2，並開設有複數個也從第一端部PAP1沿延伸方向PAD延伸至第二端部PAP2的內部流道PA111，在此僅標示其中兩者，實際上內部流道PA111係環設於轉子本體PA11內部，通常數量超過兩個。氣流產生元件PA12，係設置於第一端部PAP1。

當馬達開始運作，使轉子結構PA1開始旋轉時，氣流產生元件PA12會在第一端部PAP1產生一離心氣流PACF，使得第一端部PAP1形成一低壓帶。而氣流會自高壓帶往低壓帶流，因此，內部流道PA111的空氣就會往第一端部PAP1流動，形成一氣流PAF，便使得第二端部PAP2也形成低壓帶。此時，外界環境相較於第二端部PAP2屬於高壓帶，故外界環境的空氣就會往第二端部PAP2移動，以形成氣流PAF。氣流PAF流經內部流道PA111可以將轉子結構PA1所產生的熱能帶走，藉以降低轉子結構PA1運轉時的溫度，避免溫度過高所衍生出的種種問題。

如第三圖所示，轉子結構PA1在運轉狀態下的溫度位階分布圖。在此需說明的是，溫度位階是一種溫度區間的概念，每一個溫度位階都包含一個實際溫度區間，且溫度位階越高，表示所包含的實際溫度區間越高。例如：溫度位階1係表示攝氏溫度11度至20度，則溫度位階2則表示攝氏溫度21度至30度…以此類推。

從第三圖中可以明顯看出，轉子結構PA1的溫度位階10，也就是溫度最高的地方，大致分布在轉子本體PA11的中心區域，且範圍幾乎佔了轉子本體PA11的三分之一。而溫度位階從溫度位階10的區域分別往第一端部PAP1與第二端部PAP2的方向遞減，也就是說，轉子結構PA1的溫度分布為中心的溫度最高分別往左右兩側遞減，而左右兩側的溫度最低。

氣流PAF皆是由第二端部PAP2往第一端部PAP1流動，即單向流動，若可以使氣流PAF在內部流道PA111達到雙向流動，就理論上來說應可以達到降低溫度的功效。此外，若要使氣流PAF再次流進第二端部PAP2並往第一端部PAP1流動，便需要在馬達框架或是定子結構上開設通道，又稱風溝，以使氣流PAF自第一端部PAP1流出後，可以經由風溝再次流回第二端部PAP2，達成內循環。然而，開設風溝勢必會增加製程的難易度、造成製造成本的上升，而且，最重要的在馬達框架上開設風溝需要移除散熱鰭片，移除散熱鰭片後的空間才可以開設風溝，而移除散熱鰭片會造成散熱面積的減少，導致散熱效率降低等問題。

此外，先前技術中也有其他轉子結構是沒有氣流產生元件，而僅在轉子本體的一端設置有導流片，通常導流片係採用鋁材質，故又稱鋁葉。導流片的功用與氣流產生元件相同，會使氣流往導流片所在的一端移動，故與上述先前技術存在著相同的問題。

有鑒於在先前技術中，氣流在內部流道僅能單向流動，造成散熱效果不彰、溫度過高等問題，且若要使氣流在馬達內部達成內循環，便需要在馬達框架或定子結構上開設風溝，減少散熱鰭片的數量、減少散熱面積，導致散熱效果降低等問題。本發明之一主要目的係提供一種具有外接氣流產生元件之轉子結構，以在馬達框架與定子結構上不開設風溝的情況下，也可使氣流在內部流道雙向流動，達到降低轉子結構溫度的功效。

本發明為解決先前技術之問題，所採用之必要技術手段為提供一種具有外接氣流產生元件之轉子結構，包含一轉子本體、一第一外接氣流產生元件與一第二外接氣流產生元件。轉子本體，係開設有複數個自一第一端部延伸至一第二端部之轉子內部通道，且受操作地沿一旋轉方向旋轉。

第一外接氣流產生元件，係設置於第一端部，對應轉子內部通道而劃分出至少一第一出風區與至少一第一進風區，並在轉子本體旋轉時產生至少一自第一出風區流出之第一離心氣流，並在至少一第一出風區設置有至少一第一遮擋結構，藉以在轉子本體旋轉時，阻擋一外部空氣經由至少一第一出風區進入至少一第一出風區所對應之一部分之轉子內部通道，並允許外部空氣經由至少一第一進風區流入所對應之另一部分之轉子內部通道。

第二外接氣流產生元件，係設置於第二端 部，對應轉子內部通道而劃分出至少一對應於第一出風區之第二進風區與至少一對應於第一進風區之第二出風區，並在轉子本體旋轉時產生一自第二出風區流出之第二離心氣流，並在至少一第二出風區設置有至少一第二遮擋結構，藉以在轉子本體旋轉時，阻擋另一外部空氣經由至少一第二出風區進入所對應之上述另一部分之轉子內部通道，並允許上述另一外部空氣經由至少一第二進風區進入所對應之上述一部分之轉子內部通道。

在上述必要技術手段的基礎下，本發明所衍生之一附屬技術手段為使具有外接氣流產生元件之轉子結構中之轉子本體，其組成材料包含銅與鋁中之一者。

在上述必要技術手段的基礎下，本發明所衍生之一附屬技術手段為使具有外接氣流產生元件之轉子結構中之至少一第一出風區與至少一第二進風區，係對應該些轉子內部通道中之一半。

在上述必要技術手段的基礎下，本發明所衍生之一附屬技術手段為使具有外接氣流產生元件之轉子結構中之至少一第二出風區與至少一第一進風區，係對應該些轉子內部通道中之另一半。

在上述必要技術手段的基礎下，本發明所衍生之一附屬技術手段為使具有外接氣流產生元件之轉子結構中之至少一第一出風區與至少一第一進風區之數量總合，係偶數個。

在上述必要技術手段的基礎下，本發明所衍生之一附屬技術手段為使具有外接氣流產生元件之轉 子結構中之第一外接氣流產生元件，係一離心扇。

在上述必要技術手段的基礎下，本發明所衍生之一附屬技術手段為使具有外接氣流產生元件之轉子結構中之第二外接氣流產生元件，係一離心扇。

承上所述，本發明所提供之具有外接氣流產生元件之轉子結構，利用第一外接氣流產生元件與第二外接氣流產生元件，劃分出第一出風區、第一進風區、第二出風區與第二進風區，使得部份轉子內部通道內的氣流係自第二進風區往第一出風區流動，另一部分轉子內部通道內的氣流係自第一進風區往第二出風區流動，達到轉子內部通道內的氣流雙方向流動的效果，進而達到降低轉子本體溫度的功效。

PA1‧‧‧轉子結構

PA11‧‧‧轉子本體

PA111‧‧‧內部流道

PA12‧‧‧氣流產生元件

PACF‧‧‧離心氣流

PAD‧‧‧延伸方向

PAF‧‧‧氣流

PAP1‧‧‧第一端部

PAP2‧‧‧第二端部

1、1a‧‧‧具有外接氣流產生元件之轉子結構

11、11a‧‧‧轉子本體

111、111a、111b、111c‧‧‧轉子內部通道

12、12a‧‧‧第一外接氣流產生元件

121、122、121a‧‧‧第一遮擋結構

13、13a‧‧‧第二外接氣流產生元件

131、132、131a‧‧‧第二遮擋結構

AO1、AO2、AO5‧‧‧第一出風區

AI1、AI2、AI5‧‧‧第一進風區

AO3、AO4、AO6‧‧‧第二出風區

AI3、AI4、AI6‧‧‧第二進風區

D‧‧‧延伸方向

F1、F2‧‧‧氣流

FC1‧‧‧第一離心氣流

FC2‧‧‧第二離心氣流

P1‧‧‧第一端部

P2‧‧‧第二端部

第一圖係顯示先前技術之轉子結構之立體圖；第二圖係顯示第一圖之A-A剖視圖；第三圖係顯示先前技術之轉子結構之運轉狀態之溫度位階分布圖；第四圖係顯示本發明第一實施例所提供之具有外接氣流產生元件之轉子結構之立體分解圖；第五圖係顯示本發明第一實施例所提供之具有外接氣流產生元件之轉子結構之立體圖；第六圖係顯示第五圖之B-B剖視圖；第七圖係顯示本發明第一實施例所提供之具有外接氣流 產生元件之轉子結構在運轉狀態下的溫度位階分布圖；第八圖係顯示本發明第二實施例所提供之具有外接氣流產生元件之轉子結構之立體分解圖；以及第九圖係顯示本發明第二實施例所提供之具有外接氣流產生元件之轉子結構之立體圖。

請參閱第四圖至第六圖，其中，第四圖係顯示本發明第一實施例所提供之具有外接氣流產生元件之轉子結構之立體分解圖；第五圖係顯示本發明第一實施例所提供之具有外接氣流產生元件之轉子結構之立體圖；以及，第六圖係顯示第五圖之B-B剖視圖。如圖所示，一種具有外接氣流產生元件之轉子結構1，包含一轉子本體11、一第一外接氣流產生元件12與一第二外接氣流產生元件13。

轉子本體11，係自一第一端部P1沿一延伸方向D延伸至一第二端部P2，並開設有複數個自第一端部P1沿延伸方向D延伸至第二端部P2之轉子內部通道111，並且在馬達運轉時，會沿一順時鐘方向或一逆時鐘方向旋轉。在本實施例中，轉子本體11的組成材料包含銅，又稱銅棒形式的轉子，但不以此為限，轉子本體11也可包含鋁，又稱鑄鋁形式的轉子。

第一外接氣流產生元件12，係設置於第一端部P1，並對應轉子內部通道111劃分出複數個第一出風區與複數個第一進風區，在此為二第一出風區AO1、 AO2與二第一進風區AI1、AI2，且在第一出風區AO1、AO2分別設置有二第一遮擋結構121、122，第一遮擋結構121、122係呈中空結構，並且與轉子內部通道111中之至少一者相互連通。

第二外接氣流產生元件13，係設置於第二端部P2，並對應轉子內部通道111劃分出複數個第二進風區與複數個第二出風區，在此為二第二進風區AI3、AI4與二第二出風區AO3、AO4，且在第二出風區AO3、AO4分別設置有二第二遮擋結構131、132(標示於第六圖)，第二遮擋結構131、132亦呈中空結構。在此需說明的是，第二進風區AI3、AI4係與第一出風區AO1、AO2相對應，第二出風區AO3、AO4係與第一進風區A11、AI2相對應，第二遮擋結構131、132所連通對應到的轉子內部通道111也會與第一遮擋結構121、122所連通對應的不同。簡單來說，一個轉子內部通道111只會與第一遮擋結構121、122、第二遮擋結構131、132中的一者連通。

在本實施例中，第一外接氣流產生元件12與第二外接氣流產生元件13係分別為一離心扇，但不以此為限。

請參閱第六圖，為了更詳細的說明，將轉子內部通道111區分成轉子內部通道111a與111b，轉子內部通道111a係對應第一出風區AO1與第二進風區AI3，並且與第一遮擋結構121相連通；轉子內部通道111b係對應第二出風區AO4與第一進風區AI2，並且與第二遮擋結構132相連通。在馬達運作時，轉子結構1係開始旋轉，因 此帶動第一外接氣流產生元件12與第二外接氣流產生元件13分別產生一第一離心氣流FC1與一第二離心氣流FC2。

當第一離心氣流FC1自第一外接氣流產生元件12流出後，第一出風區AO1係形成一低壓帶，周圍的外部空氣會開始往低壓帶移動。然而，第一遮擋結構121會阻擋外部空氣自第一出風區AO1流入，因此，與第一出風區AO1相連通的轉子內部通道111a的空氣也會往第一出風區AO1移動產生一氣流F1。當轉子內部通道111a的空氣往第一出風區AO1移動時，轉子內部通道111a又形成一低壓帶，故周圍的空氣會開始往低壓帶移動，而第一遮擋結構121會阻擋外部空氣自第一出風區AO1流入，因此，與轉子內部通道111a相連通的第二進風區AI3周圍的另一外部空氣會流入轉子內部通道111a，形成氣流F1。而氣流F1會自第二進風區AI3經由轉子內部通道111a流動至第一出風區AO1，且同時吸收轉子本體11所產生的熱能，並藉由第一外接氣流產生元件12形成第一離心氣流FC1而向外流出。

同理，第二外接氣流產生元件13產生第二離心氣流FC2向外流出後，亦會在轉子內部通道111b產生另一氣流F2，並自第一進風區AI2流動至第二出風區AO4，且同時吸收轉子本體11所產生的熱能。最後，在藉由第二外接氣流產生元件13形成第二離心氣流FC2向外流出。

此外，其他轉子內部通道111，不論是對 應第一出風區AO2與第二進風區AI4或是對應第二出風區AO3與第一進風區AI1，皆會利用相同的原理有相同的運作，故不多加贅述。

在本實施例中，轉子內部通道111可以區分成兩種，一種是連通第一出風區AO1、AO2，並且使氣流往第一出風區AO1、AO2流動，另一種是連通第二出風區AO3、AO4，並且使氣流往第二出風區AO3、AO4流動。因此，相較於先前技術，所有內部流道PA111的氣流PAF皆往氣流產生元件PA12移動，在本實施例中，可以達到氣流在轉子內部通道111雙向流通的結果。

請一併參閱第三圖至第七圖，第七圖係顯示本發明第一實施例所提供之具有外接氣流產生元件之轉子結構在運轉狀態下的溫度位階分布圖。第七圖為本發明第一實施例的模擬分析結果。如第七圖的模擬資料所示，具有外接氣流產生元件之轉子結構1的溫度位階分布圖，相較於第三圖，溫度位階較高的區域明顯減少(如溫度位階10)，且轉子本體11整體的溫度位階分布區域普遍溫度位階皆下降，表示本實施例所提供之具有外接氣流產生元件之轉子結構1可有效達到降低轉子本體11溫度的功效。

請參閱第八圖與第九圖，其中，第八圖係顯示本發明第二實施例所提供之具有外接氣流產生元件之轉子結構之立體分解圖；以及，第九圖係顯示本發明第二實施例所提供之具有外接氣流產生元件之轉子結構之立體圖。如圖所示，一種具有外接氣流產生元件之轉 子結構1a，包含一轉子本體11a、一第一外接氣流產生元件12a與一第二外接氣流產生元件13a。

轉子本體11a與轉子本體11大致相同，係自一第一端部P1沿一延伸方向D延伸至一第二端部P2，並開設有複數個自第一端部P1沿延伸方向D延伸至第二端部P2之轉子內部通道111c。而造成轉子本體11a與轉子本體11結構上的些許差異在於，轉子本體11a採用鋁材質，又稱鑄鋁形式的轉子。

第一外接氣流產生元件12a與第一外接氣流產生元件12大致相同，會對應轉子內部通道111c劃分出第一出風區與第一進風區，差異在於在本實施例中，僅劃分出一第一出風區AO5與一第一進風區AI5。同理，第二外接氣流產生元件13a，對應轉子內部通道111c也僅劃分出一第二出風區AO6與一第二進風區AI6，其中，第二出風區AO6係對應第一進風區AI5，且第二進風區AI6係對應第一出風區AO5。

因此，在本實施例中，可視為將轉子內部通道111c分成左右兩半部，左半部的轉子內部通道111c連通第二出風區AO6與第一進風區AI5，空氣係自第一進風區AI5流入形成氣流(如第六圖之氣流F2)，往第二出風區AO6流動並吸收轉子本體11a旋轉所產生的熱能，最後藉由第二外接氣流產生元件13a之一呈中空狀之第二遮擋結構131a形成一第二離心氣流(如第六圖之第二離心氣流FC2)，而向外流出。同理，右半部的轉子內部通道111c連通第一出風區AO5與第二進風區AI6，氣 流(如第六圖之氣流F1)會自第二進風區AI6流動至第一出風區AO5，並藉由第一外接氣流產生元件12a之一呈中空狀之第一遮擋結構121a產生一第一離心氣流(如第六圖之第一離心氣流FC1)，而向外流出。

在本實施例中，氣流仍可在轉子內部通道111c內雙向流通，因此，也可達到與第一實施例相同的降低溫度的功效。

綜上所述，相較於先前技術中，氣流在內部流道中僅能單方向的往氣流產生元件移動並向外流出，本發明所提供之具有外接氣流產生元件之轉子結構，可以將轉子內部通道分成兩種，一種轉子內部通道內的氣流係往第一氣流產生元件移動，另一種轉子內部通道內的氣流係往相反於第一氣流產生元件之第二氣流產生元件移動，在轉子內部通道達到雙方向的流動，並達到降低轉子本體溫度的功效。此外，在本發明搭配定子結構與馬達框架使用時，也不用在馬達框架開設風溝，進而避免造成散熱鰭片的數量減少、散熱面積減少，導致降低散熱效果的問題。

藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。

1‧‧‧具有外接氣流產生元件之轉子結構

11‧‧‧轉子本體

111‧‧‧轉子內部通道

12‧‧‧第一外接氣流產生元件

121、122‧‧‧第一遮擋結構

13‧‧‧第二外接氣流產生元件

131‧‧‧第二遮擋結構

AO1、AO2‧‧‧第一出風區

AI1、AI2‧‧‧第一進風區

AO3、AO4‧‧‧第二出風區

AI3AI4‧‧‧第二進風區

D‧‧‧延伸方向

P1‧‧‧第一端部

P2‧‧‧第二端部

Claims (7)

1. 一種具有外接氣流產生元件之轉子結構，包含：一轉子本體，係自一第一端部沿一延伸方向延伸至一第二端部，並開設有複數個自該第一端部沿該延伸方向延伸至該第二端部之轉子內部通道，且受操作地沿一旋轉方向旋轉；一第一外接氣流產生元件，係設置於該第一端部，對應該些轉子內部通道而劃分出至少一第一出風區與至少一第一進風區，並在該轉子本體旋轉時產生至少一自該至少一第一出風區流出之第一離心氣流，並在該至少一第一出風區設置有至少一第一遮擋結構，藉以在該轉子本體旋轉時，阻擋一外部空氣經由該至少一第一出風區進入該至少一第一出風區所對應之一部分之該些轉子內部通道，並允許該外部空氣經由該至少一第一進風區流入所對應之另一部分之該些轉子內部通道；以及一第二外接氣流產生元件，係設置於該第二端部，對應該些轉子內部通道而劃分出至少一對應於該至少一第一出風區之第二進風區與至少一對應於該至少一第一進風區之第二出風區，並在該轉子本體旋轉時產生至少一自該至少一第二出風區流出之第二離心氣流，並在該至少一第二出風區設置有至少一第二遮擋結構，藉以在該轉子本體旋轉時，阻擋另一外部空氣經由該至少一第二出風區進入所對應之上述另一部 分之該些轉子內部通道，並允許上述另一外部空氣經由該至少一第二進風區進入所對應之上述一部分之該些轉子內部通道。
2. 如申請專利範圍第1項所述之具有外接氣流產生元件之轉子結構，其中，該轉子本體之組成材料包含銅與鋁中之一者。
3. 如申請專利範圍第1項所述之具有外接氣流產生元件之轉子結構，其中，該至少一第一出風區與該至少一第二進風區係對應該些轉子內部通道中之一半。
4. 如申請專利範圍第3項所述之具有外接氣流產生元件之轉子結構，其中，該至少一第二出風區與該至少一第一進風區係對應該些轉子內部通道中之另一半。
5. 如申請專利範圍第1項所述之具有外接氣流產生元件之轉子結構，其中，該至少一第一出風區與該至少一第一進風區之數量總合係偶數個。
6. 如申請專利範圍第1項所述之具有外接氣流產生元件之轉子結構，其中，該第一外接氣流產生元件係一離心扇。
7. 如申請專利範圍第1項所述之具有外接氣流產生元件之轉子結構，其中，該第二外接氣流產生元件係一離心扇。

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