CN102480176A - 轴向磁通薄型马达定子盘的结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种轴向磁通薄型马达定子盘的结构，其为一种轴向磁通薄型马达，且具有盘状定子与盘状转子的结构，主要用于车轮轴心侧面或中置的扁平空间中，带动车轮转动。此轴向磁通马达定子制作分三阶段做成，首先，以整条连续硅钢片冲制齿槽、同时卷绕成圆盘、每绕一圈调变一次齿槽节距，最后完成只有齿柱不含齿鞋的定子盘底座；其次，单独紧密绕出线圈，加以定型，套入定子齿柱，各相线圈连接至分电盘；最后，将一体式成型的齿鞋或齿鞋盘嵌入定子盘，完成高占槽率的盘状定子构型。一体式成型的齿鞋可用导磁材料制成具平面或曲面的齿鞋顶，导引轴向磁通依鞋顶几何形状分布通过气隙，以降低力矩涟波。

Description

轴向磁通薄型马达定子盘的结构

技术领域

本发明涉及一种轴向磁通薄型马达定子盘的结构，尤其是涉及一种改良轴向磁通薄型马达结构，其可解决过去因马达设计与制造方式无法整合一致，使马达绕线占槽率过低、及力矩涟波过大的缺点。

背景技术

现有薄型马达的结构，以绕线机在马达定子齿柱绕线时，必须具有足够大的齿槽开口(slot opening)，且绕线占槽率在50％以下。轴向磁通马达以冲槽卷绕方式制成定子盘，再以超过70％占槽率的绕组套入齿柱，最后再嵌入一体式成型的齿鞋或齿鞋盘，一体式成型的齿鞋可用导磁性材料制成齿鞋顶面，导引轴向磁通依鞋顶几何形状分布通过气隙，以降低力矩涟波。此种结构可降低齿柱长度，不但降低重量与成本，马达厚度也随之降低，以达到薄型化目标。

第一现有薄型马达请参考US6445105，其主要为以提高轴向磁通马达功率密度与效率，定子齿与盘分由铸铁制造，而线圈绕在圆柱上，再胶合成定子盘，齿顶为梯型，齿柱为圆形，以上铸铁制造及组装过程较为复杂，因此具有生产成本较高的缺点。

第二现有薄型马达请参考US6707221，其主要为提高轴向磁通马达功率密度与效率，定子齿由软性导磁材料铸成，圆柱周围绕线，其具有铸铁与绕线结构单纯，该马达的缺点为绕线占槽率过低，以致无法降低定子盘高度。

第三现有薄型马达请参考US6707221，其主要为定子齿盘由一片硅钢片螺旋卷绕冲制一体式成型，绕线以径向卷绕方向形成，以上卷绕冲制结构简易，该散热方式是使水套鳍片插入定子绕线间隙，中间灌胶提高热传导效率，降低齿卡力矩方式为：

(1)将转子磁铁分成两个区域，或四个区域，但不限此两例，但建议分成偶数区域。各区分开为槽距的一半。因此磁铁间距会较窄，或使磁铁宽度较窄。

(2)磁铁的间距由内圈到外圈不等距，使磁铁边线与径向线差一小角度。

但上述所有现有马达绕线占槽率过低，以致无法降低定子盘高度，有效达到扁平薄型及减重的目标；此外以机器绕线时，槽口宽必须够大，才能使铜线穿过，然而槽口过大会导致力矩涟波增大，不利马达稳定运转，因此传统的薄型马达仍不完美，本发明正为改进上述缺点的薄型马达结构。

发明内容

基于解决以上所述现有技术的缺失，本发明的目在于提供一种轴向磁通薄型马达定子盘的结构，其改良轴向磁通薄型马达结构，以解决过去因马达设计与制造方式无法整合一致，使马达绕线占槽率过低、及力矩涟波过大的缺点。

为了达到上述目的，本发明提供一种轴向磁通薄型马达定子盘的结构，马达具有定子盘与转子盘的结构，定子盘的电枢通电形成电磁铁，和转子盘上磁铁形成的电磁场交互切割，使转子盘带动马达转动，该马达包括有：

定子盘，其是以硅钢片冲槽卷绕成圆盘方式制成，该定子盘设置有多个齿柱；

转子盘，由一导磁材料圆盘为基座，在该基座上嵌入数个永久磁铁；以及

通过上述结构，将铜线在扇形柱状线套外依序紧密绕成多层线圈，将独立紧密绕制的线圈套入该定子盘的齿柱上，形成高占槽率绕线结构，各线圈联络依据马达相数，以串联或并联布置形成各相绕组。

本发明改良轴向磁通薄型马达结构，解决前述现有马达的缺失，具有下列三项优点：

(一)轴向磁通马达以冲槽卷绕方式制成定子盘：以整条连续硅钢片一边冲制齿槽、一边卷绕成圆盘、每绕一圈调变一次齿槽节距(pitch)，最后完成只有齿柱不含齿鞋的定子盘。

(二)高占槽率线圈绕制与安装：独立紧密绕出线圈，使占槽率高于70％，加以紧密定型，直接套入无齿鞋的定子齿盘，各相线圈再连接至分电盘。

(三)一体式成型的齿鞋制作与安装：一体式成型的齿鞋可用导磁材料，如：软磁复合材料、低碳钢等，制成平面或曲面齿鞋顶，以改变气隙长度分布，并导引轴向磁通依鞋顶几何曲面分布通过气隙，以降低力矩涟波。将一体式成型的齿鞋或齿鞋盘嵌入定子座，完成高占槽率的盘状定子构型。

本发明应用于产业的价值如下：

(一)轴向磁通马达以冲槽卷绕方式制成定子盘：此结构不以传统冲制硅钢片方式迭成定子盘，而是用整卷硅钢片连续，冲制齿槽、同时卷绕成圆盘。这种结构需要冲槽机与卷片机搭配，制作工艺一贯作业，可节省材料，降低制造成本与提高生产效率。

(二)高占槽率线圈绕制与安装：此结构不需以绕线机直接在定子盘上绕线，而是以独立且紧密方式绕出线圈，定型之后再套入无齿鞋的定子盘。此结构可以省去不必要的治具，绕线机功能简单便宜，且提高绕线成功率。

(三)一体式成型的齿鞋制作与安装：此结构对齿鞋形状设计具极大的自由度，一体式成型的齿鞋可以有不同变化的鞋顶截面，也可以有不同变化的鞋顶曲面，可改变气隙长度分布，缩短齿槽开口，以至可产生最小力矩涟波。使马达性能大为改善，并有效提升产业价值。

为进一步对本发明有更深入的说明，乃通过以下图示、图号说明及发明详细说明，冀能对贵审查委员于审查工作有所帮助。

附图说明

图1为本发明定子盘的结构示意图；

图2A、图2B为本发明转子盘的结构示意图；

图3A、图3B为本发明利用长条型硅钢片冲槽及制作非等距的齿槽节距结构示意图；

图4A、图4B为本发明利用长条型硅钢片冲槽卷绕成圆盘的结构示意图；

图5A为本发明定子盘的齿柱结构示意图；

图5B为本发明线套结构示意图；

图5C图5C为本发明齿鞋结构示意图；

图5D为图5A、图5B、图5C结合后的结构示意图；

图5E为本发明第一实施例于齿槽与线圈之间设置一结构剖面图；

图6A为本发明齿柱的另一实施结构示意图；

图6B为于图6A外部套置一线套的结构示意图；

图6C为在图6B上方铆合一齿帽后的结构示意图；

图7A为本发明齿柱下方设置有一定子底座的结构示意图；

图7B为在图7A外部套置另一种线套后的结构示意图；

图8A为本发明齿柱的再一实施分解结构示意图；

图8B为图8A的组合结构示意图；

图9为本发明齿槽开口与齿鞋顶部的实施结构组合图。

主要组件符号说明

1～定子盘

11～齿柱

12～齿鞋

13～齿槽

14～齿槽开口

2～转子盘

21～N极磁铁

22～S极磁铁

3～硅钢片

31～第一齿槽节距

32～第二齿槽节距

33～第三齿槽节距

34～冲槽

341～卡沟

4～定子盘

41～齿柱

42～齿槽

43～卡沟

5～齿柱

51～卡沟

52～齿鞋

521～凸块

522～波形曲面

53～齿帽

54～固定组件

55～定子盘

56～定子底座

57～沟

58～线套

581～线圈

59～线套

591～线圈

61～线套

62～压板

63～定子盘

631～齿柱

64～定子外壳

7～定子盘

71～线圈

72～斜型齿槽开口

73～齿鞋波形曲面

74～线套

具体实施方式

兹配合下列的附图说明本发明的详细结构，及其连结关系，以利于贵审委做一了解。

本案整体技术优点如下：

主要发明改良轴向磁通薄型马达结构，解决过去因马达设计与制造方式无法整合一致，使马达绕线占槽率过低、及力矩涟波过大的缺点。本发明有三项优点：(一)以冲槽卷绕方式制成轴向磁通马达定子盘，(二)高占槽率线圈绕制与安装，(三)一体式成型的齿鞋或齿鞋盘制作与安装。依此制作工艺完成的轴向磁通薄型马达结构，其可达到降低马达厚度、降低力矩涟波、提高绕线占槽率、降低马达重量、提升马达功率密度及力矩密度等诸项优点。

本发明的轴向磁通薄型马达构造、其具体结构说明如下：

(一)轴向磁通薄型马达构造

一种轴向磁通薄型马达，马达具有定子盘与转子盘的结构，其主要用于车轮轴心侧面或中置的扁平空间中，带动车轮转动。此轴向磁通马达最基本动力输出原理，是借着定子盘的电枢通电形成电磁铁，和转子盘上磁铁形成的电磁场交互切割，使转子盘带动马达的车轮轴转动，但本发明不受限于车辆载具使用，也适用于其它需要使用薄型马达的领域。定子盘与转子盘之间有一环状平面气隙，主要磁力线由磁铁出发沿轴向流动，经过气隙到达定子侧，再由定子背铁转回气隙，再沿轴向回到转子，经过转子背铁形成一封闭回路。气隙之间磁能则随定转子相对位置而改变，因此产生垂直轴、并与环状平面气隙相切的力矩。

请同时参阅图1、图2A、图2B所示，为本发明定子盘及转子盘的结构示意图，为一种可提高定子线圈占槽率及降低力矩涟波的轴向磁通薄型马达定子盘的结构，其包括有：一定子盘1，其定子盘1为一长条型硅钢片冲槽卷绕成圆盘方式制成，设置有多个齿柱11；一转子盘2，由一导磁材料圆盘为基座，其上嵌入数个永久磁铁；通过上述结构，将铜线在扇形柱状线套(如下述图5B、图5D、图5E所示)外依序紧密绕成多层线圈(如下述图5B、图5D、图5E所示)，将独立紧密绕制的线圈套入该定子盘1的齿柱11上(如下述图5A～图5E所示)，形成高占槽率绕线结构，各线圈联络依据马达相数，以串联或并联布置形成各相绕组。

图1所揭露而定子构造由一定子盘1为底，往轴向伸出齿柱11，齿柱11上再展开齿鞋12，两个齿柱之间冲出一齿槽13，扇型齿顶为齿鞋的实施的其中一种形状，若齿鞋12与齿柱11分离独立制造(如下述图5A～图5E所示)，以一体式成型制作齿鞋12时，齿鞋12顶截面可以有多种变化，且齿鞋12顶面可为平面，或也可成曲面突起形状(如图5C图5C、图5D所示)，且齿鞋12以导磁材料或软磁复合材料制成的一体式成型所构成，适当设计齿鞋12顶截面使齿槽开口14成为直型或斜型，并使齿鞋12曲面造成气隙磁通分布平滑近似正弦波形，如此将使力矩涟波降低，使马达运转平顺。

请参阅图2A、图2B所示，为本发明转子盘的结构示意图，其中转子构造为一导磁材料的转子盘2构成，转子盘2内镶磁铁(扇形、圆形、矩形或其它形状)，而磁铁分别为N极磁铁21及S极磁铁22，二者相邻形成整圈偶数磁铁环状结构，转子盘2为导磁材料，使磁力线由转子经气隙至定子形成封闭回路。

请参阅图3A、图3B所示，为本发明利用长条型硅钢片冲槽及制作非等距的齿槽节距结构示意图，而图3A、图3B的差异点，乃在于图3A于硅钢片3未设置卡沟结构；而图3B于硅钢片3设置一卡沟结构341，二者皆为极佳的实施结构，故一并提出，具体结构说明如下：

(1)定子盘以卷绕冲制方式制成，将片状长条型硅钢片3一端固定，以长宽为a×h矩形冲头，此矩形冲头两侧可各带有沟槽，而沟槽数量可为一个或多个，沟槽形状也不限于半圆形，以能固定齿鞋为目的，对着硅钢片3冲压出若干个齿槽34，相邻齿槽34间分别形成了第一齿槽节距C1、第二齿槽节距C2、第三齿槽节距C3，并渐渐增加齿槽节距C₁＜C₂＜C₃...，由内圈开始卷成环状，最后形成立体盘(如图4A、图4B所示)，而图4A、图4B的差异点，乃在于图4A于齿柱41未设置卡沟结构；而图4B于齿柱41设置一卡沟43结构，最后形成立体盘，盘底呈一环状，并由盘底延伸出齿顶为扇形的齿柱41，齿柱41中间形成一矩形截面的齿槽42。在定子盘4卷绕冲槽过程，也可调整节距，使定子盘4齿槽42截面也制成斜角平行四边型，且齿柱41顶端截面也形成斜角扇形。

为形成齿柱具有较高的线圈密度，在线圈与齿柱之间更设置有一线套，利用该线套的设置，可使绕线密度达到70％以上，同时也使薄型马达的制作工艺缩减，有关于该线套的结构设计，本案例举以下四个较佳实施例：

第一实施例：请参阅图5A、图5B、图5C、图5D、图5E所示，为本发明定子盘的齿柱由外部嵌入齿鞋的结构示意图，其中该定子盘的齿柱5外部先套一线套58，该线套58为一塑料材质所构成，该线套58外部绕有线圈581，此时齿柱5两侧与线套581之间各留有一间隙，该两个间隙可供外部两个齿鞋52嵌入，齿鞋52表面具有一波形曲面522，当齿鞋52置入时，该线套68受应力后可轻微变形来卡合两个齿鞋52，该齿鞋52上设置有至少一凸块521(本实施例为两个)，且该定子盘的齿柱5对应设置有一卡沟51，本处所设置的卡沟51与图4B所揭露结构与作用皆相同，并使该凸块521卡合于该卡沟51中，以形成齿鞋52与齿柱5的固定状态。

第二实施例：请参阅图6A、图6B、图6C所示，与第一实施例的差异点在于：该齿柱5与齿鞋52的连接结构，可利用齿柱5与齿帽53结构来做替代，在齿柱5顶面设置有一沟57，而齿柱5的外部也利用一线套58做一套置，再利用一齿帽53底面的条块(图中未示)嵌入齿柱5顶面之沟57，嵌入后，再利用一铆钉或螺丝的固定组件54为紧配或锁固，由于该齿帽53两侧缘凸出于齿柱5外部，故可取代上述第一实施例的齿柱5与齿鞋52的连接结构，可利用齿柱5与齿帽53结构来做替代。

第三实施例：如图7A、图7B所示，其中在定子盘55的底面更连接有一定子底盘56，在定子盘55与定子底座56上设置一齿柱5，于齿柱5的外部利用与前两个实施例不同结构的一线套59做一套置，线套59外部设置有一线圈591，且该线套59为利用一导磁钢材所制成，该导磁钢材指一不锈钢材质，该线套59两个侧缘也凸出于齿柱5外部，也可取代上述第一实施例的齿鞋52的结构及功能，而线套59与定子底盘56的固接，可利用一固定组件54来达成，该固定组件54可为铆钉，或是直接焊固(图中未示)，以形成本实施例结构。

(2)将铜线在扇形柱状线套线套外依序紧密绕成线圈多层，以便插入定子齿柱外围(如图5B、图6B、图7B所示)，各线圈联络依马达相数，以串联/并联布置形成各相绕组。(如图6A-图5C所示)

(3)以导磁钢材一体式成型制成齿鞋(如前述图5C所示)，齿鞋形状可设计成不同形状，使齿与齿的间隙大于最小气隙，再请参阅图9所示，将齿鞋顶面制成齿鞋波形曲面63，以改变气隙磁阻方式调降力矩涟波。定子盘6上齿鞋可用软磁复合材料制成，可使齿槽开口成为直型(如图1所示)或斜型齿槽开口62，导引轴向磁通呈近似正弦波形分布，以降低力矩涟波。齿鞋可与不导磁材料组合成一体式圆形片结构，相邻齿鞋波形曲面63外部套置的线套64形成一线圈61置入空间，在线圈61插入各槽后，置入定子齿盘顶端紧配成型。以上定子结构可以增加线圈61绕线占槽率，因线圈61绕线层数增加，使定子齿高降低，而减少马达重量。

(4)定子盘与外壳之间紧配，其间隙充灌散热胶体，外壳靠空气端制成鳍片，使铜损与铁损的热量，可轻易由马达内部传导至外壳，并通过空气流动冷却马达。

第四实施例：如图8A、图8B所示，其包括有下列组装结构：

(1)将卷绕冲制完成的定子盘63与一定子底盘64结合，此底盘64可为马达外壳的一部分。

(2)底盘64下凹部分承放定子盘63底部，结合方式为另制一压板62，中空部分正好与定子盘63的齿柱631相同，所以可将压板62套入定子盘63直达槽底。

(3)压板62与定子底盘64可以焊接、铆合或螺丝锁固等方式结合。

(4)最后再套入线套61，形成高占槽率的定子结构，利用齿柱631、压板62及线套61的结构，也可取代上述第一实施例的齿柱5与齿鞋52的连接结构。

通过上述图1至图9的揭露，即可了解本发明改良轴向磁通薄型马达结构，解决前述现有马达的缺失，具有下列三项优点：

(一)轴向磁通马达以冲槽卷绕方式制成定子盘：以整条连续硅钢片依序冲制齿槽、同时卷绕成圆盘、每绕一圈调变一次齿槽节距(pitch)，最后完成只有齿柱不含齿鞋的定子盘。

(二)高占槽率线圈绕制与安装：独立紧密绕出线圈，使占槽率高于70％以上，加以紧密定型，直接套入无齿鞋的定子齿盘，各相线圈再连接至分电盘。

(三)一体式成型的齿鞋制作与安装：一体式成型的齿鞋可用导磁性材料，如软磁复合材料、低碳钢等，制成平面或曲面齿鞋顶，以改变气隙长度分布，并导引轴向磁通依鞋顶几何曲面分布通过气隙，以降低力矩涟波。将一体式成型的齿鞋或齿鞋盘嵌入定子座，完成高占槽率的盘状定子构型。

本发明应用于产业的价值如下：

(一)轴向磁通马达以冲槽卷绕方式制成定子盘：本发明的定子盘结构不以传统冲制硅钢片方式迭而成，而是用整卷硅钢片连续，冲制绕线齿槽、同时卷绕成圆盘。这种结构需要冲槽机与卷片机搭配，制作工艺一贯作业，可节省材料，降低制造成本与提高生产效率。

(二)高占槽率线圈绕制与安装：本发明的定子盘结构不需以绕线机直接在定子盘上绕线，而是以独立且紧密方式绕出线圈，定型之后再套入无齿鞋的定子盘，可以省去不必要的夹治具，绕线机功能简单便宜，且可提高绕线成功率。

(三)一体式成型的齿鞋制作与安装：本发明的定子盘结构对齿鞋形状设计具极大的自由度，一体式成型的齿鞋可以有不同变化的鞋顶截面，也可以有不同变化的鞋顶曲面，可改变气隙长度分布，缩短齿槽开口，以至可产生最小力矩涟波。使马达性能大为改善，并有效提升产业价值。

综上所述，本发明的结构特征及各实施例皆已详细揭示，而可充分显示出本发明案在目的及功效上均深赋实施的进步性，极具产业的利用价值，且为目前市面上前所未见的运用，依专利法的精神所述，本发明案完全符合发明专利的要件。

以上所述的仅为本发明的较佳实施例而已，不能以之限定本发明所实施的范围，即大凡依本发明权利要求所作的均等变化与修饰，皆应仍属于本发明专利涵盖的范围内，谨请贵审查委员明鉴，并祈惠准，是所至祷。

Claims (14)

1.一种轴向磁通薄型马达定子盘的结构，马达具有定子盘与转子盘的结构，定子盘的电枢通电形成电磁铁，和转子盘上磁铁形成的电磁场交互切割，使转子盘带动马达转动，该马达包括有：

定子盘，其是以硅钢片冲槽卷绕成圆盘方式制成，该定子盘设置有多个齿柱；

转子盘，由一导磁材料圆盘为基座，在该基座上嵌入数个永久磁铁；以及

通过上述结构，将铜线在扇形柱状线套外依序紧密绕成多层线圈，将独立紧密绕制的线圈套入该定子盘的齿柱上，形成高占槽率绕线结构，各线圈联络依据马达相数，以串联或并联布置形成各相绕组。

2.如权利要求1所述的轴向磁通薄型马达定子盘的结构，其中该定子盘的齿柱还设置有一由外部嵌入的齿鞋。

3.如权利要求2所述的轴向磁通薄型马达定子盘的结构，其中该齿鞋以导磁材料所构成。

4.如权利要求3所述的轴向磁通薄型马达定子盘的结构，其中该导磁材料是由软磁复合材料、低碳钢的一体成型所构成。

5.如权利要求2所述的轴向磁通薄型马达定子盘的结构，其中该齿鞋的构造顶面为平面。

6.如权利要求2所述的轴向磁通薄型马达定子盘的结构，其中该齿鞋构造顶面为波形曲面。

7.如权利要求2所述的轴向磁通薄型马达定子盘的结构，其中该相邻齿鞋之间所形成的齿槽开口为直型或斜型。

8.如权利要求2所述的轴向磁通薄型马达定子盘的结构，其中该齿鞋上设置有至少一凸块，且该定子盘的齿柱对应设置有一卡沟，并使该凸块卡合于该卡沟中，以形成齿鞋与齿柱的固定状态。

9.如权利要求2所述的轴向磁通薄型马达定子盘的结构，其中该每一齿鞋之间所形成齿槽节距皆不相同。

10.如权利要求1所述的轴向磁通薄型马达定子盘的结构，其中该线套为塑料材质或导磁钢材所构成。

11.如权利要求1所述的轴向磁通薄型马达定子盘的结构，其中该导磁钢材为一不锈钢材质。

12.如权利要求1所述的轴向磁通薄型马达定子盘的结构，其中该定子盘的底面还连接有一定子底盘。

13.如权利要求2所述的轴向磁通薄型马达定子盘的结构，其中该齿柱与齿鞋的连接结构，可利用齿柱与齿帽结构来做替代。

14.如权利要求2所述的轴向磁通薄型马达定子盘的结构，其中该齿柱与齿鞋的连接结构，可利用齿柱、压板及线套结构来做替代。

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