CN101409476B - 传感器固定架 - Google Patents

Abstract

一种传感器固定架，提供一固定架固定于采用分布绕线圈的无刷直流马达的马达定子，以沿着马达转子轴心方向提高高度而避开该分布绕线圈，将该传感器固定于该固定架上靠近马达定子轴心的一端，以供传感器侦测该马达转子的磁场变化，从而用于将传感器固定于一分布绕式无刷直流马达的马达定子。

Description

传感器固定架

技术领域

本发明涉及一种马达控制技术，特别是涉及一种用于分布绕式无刷直流马达的传感器固定架。

背景技术

电动马达自发明以来，不断的推陈出新，从最早的直流马达和交流马达进步到现今的无刷直流马达(brushless DC motor，BLDC)。一般直流马达通过碳刷将直流电源传送至电流变换器(commutator)，电流变换器再将电源导入转子上的线圈以产生电磁力，此电磁力与定子上的永久磁铁发挥推拉作用而产生旋转。电磁力方向的改变依靠的是电流变换器于旋转过程中(电流变换器是装设于转子上随着转子作旋转)改变接触的碳刷，不同的碳刷有不同的极性，便得以改变电流方向。这种碳刷与电流变换器保持接触的配置，产生许多缺点，例如摩擦力消耗不必要的动能耗损，接触的介面增加电阻阻扰电源传送，电流于接触面上的来回交换又产生火花干扰电子作业，碳刷的清理与更换更是相关从业人员的恶梦。

至于交流马达的原理，是采取利用交流电本身变换极性的特性，将交流电导入外围不动的定子线圈，产生变动的磁场方向，此磁场再与设于内部转子上的永久磁铁相互作用而产生旋转。交流马达彻底消除了直流马达中碳刷与电流变换器相接触所引起的各种缺点，是目前使用最广泛的电动马达，效率高出力大，但交流马达控速困难，要改变速度必须控制交流电的频率，改变电压只会改变其扭力，同时于应用上对于只能提供直流的场合，对于例如资讯产品及电动车辆则毫无用处。

无刷直流马达撷取了以上两种马达的优点，无电刷的结构没有接触摩擦所导致的许多困扰，利用直流的技术又使得控制上更为方便。无刷直流马达的原理与结构和前述的交流马达非常类似，基本上转子 是由永久磁铁组成，磁性不改变，定子则是和交流马达完全一样，通过捆绕的线圈产生磁力。

图1及图2是显示无刷直流马达动作原理的简单示意图，如图1所示，转子10是由不同极性的永久磁铁构成，定子11与定子12则是一般的线圈电磁铁，经由电流的绕转产生磁力，图上标示的N与S分别代表磁场北极与南极。图1的马达是位于起始状态，电流由定子11与定子12上方导入，线圈上的箭头代表电流的方向，产生的磁场吸引不同极性的转子磁铁，造成位于初始状态的转子10的两端开始接近该定子11与该定子12，进而朝顺时针方向旋转。

如图2所示，当该转子10由图1的位置开始旋转越过原先接近的定子11与定子12，电流的方向改由下方输入，原先电磁铁的磁场方向改变，改成推送该转子10的两端远离该定子11与该定子12，继续朝顺时针方向旋转。这种通过电流输入方向的不同而改变磁场方向的动作方式会一直持续进行下去，以达到使该转子10顺利旋转。实际上，马达具有更为复杂的设计，并且增设更多定子以提高性能。

为了要达成依照该转子10位置产生适当的磁场方向，引进了霍尔传感器以确定该转子10位置，霍尔传感器是一种具有侦测磁场方向的感测元件，其原理已广为公知，在此不再赘述，而仅探讨关于此种霍尔传感器架设的结构与方法。

图3是显示现有的无刷直流马达的定子结构，该定子采用的是集中绕线圈的方式，绕线20捆绕于定子21的个别固定位置上，个别固定位置上的该绕线20所堆叠形成的线圈与其它定子固定位置上的堆叠线圈彼此之间互不重叠，故称的为集中绕线圈。该定子21于内外圈上设有凸出该绕线20高度的绝缘架22，用以固定霍尔传感器(容后陈述)。如图4所示，该定子21与霍尔传感器电路板24于现有无刷直流马达中的组合方式为：先将该定子21压入一外壳25，再将无刷直流马达(BLDC)转子23放入，最后再把该霍尔传感器电路板24装置于该绝缘架22的顶端。

但是，此种霍尔传感器的装置技术仅适用于全新开模的定子结构，因为现今无刷直流马达仍处于发展阶段，市场上相关的零配件付之阙如，采用集中绕线圈方式制作无刷直流马达虽有一些譬如可降低整体 厚度和磁场控制单纯的优势，但马达的制作牵涉的工业范畴并不只是单一的研发问题，为了高速生产马达，厂商已投入巨额资金开发制造机台设备与模具，又为了要达到有效的生产规模以降低成本，所有厂商无不敢贸然改变已有的生产标准。

因此，业界便有了利用无刷直流马达与交流马达结构上的相似性，将交流马达定子装设于无刷直流马达中的技术，称为分布绕式无刷直流马达，如图5所示即为现有的交流马达定子示意图，其采用的线圈绕法为分布绕线圈的方式，绕线40于定子42中重叠配置(为求清晰只展示部分绕线)，与前述集中绕线圈的技术完全不同，分布绕线圈的优点已广为知悉于此不再赘述。

但是，该定子42于无刷直流马达的应用上最大的困扰便是由于分布绕线圈产生的凸出高度41阻扰了霍尔传感器装设空间，同时该定子42亦缺乏装设霍尔传感器的对应结构。

综合上述，可见现有技术的缺陷与现有市场的困难，因此，如何能在不改变现有的马达生产机具与标准的条件下，提出一种能于传统交流马达定子上固定霍尔传感器的结构与方法，使得低价可靠的传统交流马达定子能作为发展中的无刷直流马达供应元件，已成为本技术领域中急待解决的问题。

发明内容

鉴于以上现有技术的缺陷，本发明的一目的是提供一种用于将传感器固定于一分布绕式无刷直流马达的马达定子的传感器固定方法及用于该方法的传感器固定架，使得传统分布绕式交流马达的马达定子可以用来作为分布绕式无刷直流马达的马达定子。

本发明的另一目的是提供一种具有成本效益(cost-effective)的传感器固定方法及用于该方法的传感器固定架。

为达到上述目的以及其它目的，本发明提供一种传感器固定架，用于将传感器固定于一分布绕式无刷直流马达的马达定子，且该马达定子具有第一结合部，该传感器固定架包括：架体；第二结合部，形成于该架体的底面，用于结合该第一结合部；以及固定部，位于该架体远离该第二结合部的一端，用于固定该传感器。

前述的传感器固定架中，该架体靠近该第二结合部的一端形成一圆弧，该圆弧的曲率与曲率中心分别和该马达定子的外围的曲率与曲率中心相同。该架体表面设有调整开槽，并且，该第二结合部靠近该架体的一端面形成有滑轨，该滑轨外围的曲率与曲率中心分别和该马达定子的外围的曲率与曲率中心相同，该架体通过调整开槽结合调整螺丝固定于该滑轨。上述位于该滑轨与该承载板之间的第二结合部可例如为方形。

前述的传感器固定架中，该第二结合部远离该架体的位置还形成有承载板，该承载板外围的曲率与曲率中心分别和该马达定子的外围的曲率与曲率中心相同。同时，该第二结合部远离该架体的一端面，又形成凸出的固定销，该固定销为可圆形、三角形、方形、或椭圆形的其中一种断面结构。

在一实施例的传感器固定架中，该传感器是通过螺丝锁接、粘贴、铆接、焊接、或倒钩固定的其中一种固定于该固定部。上述的架体、第二结合部、以及固定部为塑料件或非导磁性金属件的其中一种，该非导磁性金属件的材料为选自包括铝、铜、锌、钽、或不锈钢所组成群组的其中一者所制成。上述传感器固定架中，该传感器是用于侦测磁场变化，且可例如为霍尔传感器。

由于本发明能将霍尔传感器装设在市场上容易取得且已拥有成熟制造技术的传统分布绕线圈式交流马达定子上，使得无刷直流马达得以采用此种低价元件，降低制造成本，更重要的是增加制造商投入制造此无刷直流马达的意愿，从而使此原本昂贵的科技有普及的一天。

附图说明

图1为无刷直流马达作用原理的示意图；

图2为无刷直流马达作用原理的另一示意图；

图3为现有技术集中绕线圈的无刷直流马达定子的示意图；

图4为现有技术集中绕线圈的无刷直流马达装设霍尔传感器电路板的示意图；

图5为现有技术分布绕线圈的无刷交流马达定子的示意图；

图6为本发明第一实施例的传感器固定架的示意图；

图7为本发明第一实施例的传感器固定架装设于分布绕无刷直流 马达定子的示意图；

图8为本发明第二实施例的传感器固定架的示意图；以及

图9为本发明第二实施例的传感器固定架装设于分布绕线圈的无刷直流马达定子的示意图。

主要元件符号说明：

10转子

11定子

12定子

20绕线

21定子

22绝缘架

23转子

24霍尔传感器电路板

25外壳

40绕线

41凸出高度

42定子

50固定部

51架体

52螺丝孔

53第二结合部

54承载板

55固定销

56调整螺丝

57滑轨

59调整开槽

510霍尔传感器电路板

511固定螺丝

60马达转子

61第一结合部

70架体

71    第二结合部

72    固定部

73    圆弧

74    固定螺丝

75    霍尔传感器电路板

具体实施方式

以下通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，所属技术领域中的技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。

图6及图7是依本发明第一实施例所绘制的附图。如图6所示，本实施例提供一种传感器固定架，该传感器固定架包括架体70、设于该架体70的第二结合部71、以及设于该架体70且与该第二结合部71位于不同平面的固定部72。该三个结构为一体成形，可使用例如铸造方式制成。

在本实施例中，该第二结合部71与该架体70呈直角，该架体70于接近该第二结合部71一端的位置形成圆弧73，该圆弧73的曲率与曲率中心和搭配装设的马达定子的外围相同(如图7所示)，该固定部72通过固定螺丝74装设有霍尔传感器电路板(hall sensor PCB)75(霍尔传感器在此仅显示电路板部分)，该霍尔传感器电路板75在此实施例中是形成一圆弧状，此圆弧状面积与位置刚好涵盖欲侦测的转子的磁性体活动区域。该传感器固定架为了达到防止干扰霍尔传感器电路板75的目的，可以由非导磁性材料制成，例如铝、铜、锌、钽、及不锈钢的金属件，当然也可以为塑料件。其中，具有该霍尔传感器电路板75的传感器是用于侦测磁场变化。

图7为本发明第一实施例的传感器固定架装设于分布绕无刷直流马达定子示意图，分布绕无刷直流马达的定子42可采用现有的交流马达分布绕线圈的定子所构成，BLDC马达转子60位于轴心；同时，为了描述上的方便并未于此显示马达外壳，合先叙明。

本实施例的传感器固定架是利用该第二结合部71结合该定子42的第一结合部61，以固定该传感器固定架。该第一结合部61为一般现 有交流马达的定子必具备的结构特征，该固定方式可以是采用紧配固定或粘胶固定。

该第二结合部71的高度是足以使得该传感器固定架得以跨越该定子42的绕线，从而能通过该架体70将该霍尔传感器电路板75设置于该马达转子60的磁力结构之上。

该传感器固定架的圆弧73于马达组装时，紧靠马达外壳的内面(未于此显示)，使得该圆弧73的曲率中心位置和与之搭配的定子42外围相同，皆是位于该马达转子60的轴心位置，因此该霍尔传感器电路板75得以自动对准该马达转子60的轴心位置，符合霍尔元件定位需求。由于霍尔传感器与霍尔元件定位需求皆为现有技术，故于此不再详加说明。

换言之，本实施例的传感器固定方法，是用于将传感器通过结合一采用分布绕线圈的无刷直流马达的马达定子42上的第一结合部61，以悬置该传感器(例如其霍尔传感器电路板75)于可供侦测该分布绕式无刷直流马达的马达转子60磁场变化的位置，第一结合部61例如为导槽，该传感器固定方法则是提供一固定架(例如图8的传感器固定架)固定于该马达定子42以沿着马达转子60轴心方向提高高度而避开该分布绕线圈；将该传感器固定于该固定架上靠近该马达转子60轴心的一端，以供传感器侦测该马达转子60的磁场变化。其中，该固定架的外型与该分布绕式无刷直流马达的定子42外围相契合，用以自动对准该固定架。

图8及图9是依本发明第二实施例所绘制的附图，相同的元件则省略详细的说明。

在第二实施例的传感器固定架中，具有固定部(由承载板54与固定销55构成)、第二结合部53、以及架体51。该第二结合部53为一方形柱状体，两端分别设有该承载板54与滑轨57，该承载板54与该滑轨57为一长条状圆弧，曲率与曲率的中心和搭配的定子42外围相同，该滑轨57之上并设有多个螺丝孔52供调整螺丝56使用。该固定销55为一圆形销，并凸出于该承载板54的平面，而与该承载板54的平面呈直角。

该架体51是一平板型长条状架体，该架体51的两端分别形成一 调整开槽59与一固定部50，该调整开槽59为一长条状圆弧开槽，曲率与曲率的中心和搭配的该滑轨57相同，该固定部50可为具有一圆弧状承载空间的固定板，该承载空间可承载与之搭配的霍尔传感器电路板510，该固定部50之上并设有开孔供固定螺丝511之用。该霍尔传感器电路板510在此实施例中形成一圆弧状，此圆弧状面积与位置刚好涵盖欲侦测的转子的磁性体活动区域。

本实施例的传感器固定架的组装方式，是将该霍尔传感器电路板510通过该固定螺丝511固定于该固定部50的圆弧状承载空间上，完成组装后的该架体51再通过将该调整螺丝56穿透该调整开槽59固定于该滑轨57之上。完成后的传感器固定架呈现倒L形，该架体51可于该滑轨57之上沿着预先设定的曲率路径活动。该传感器固定架为了达到防止干扰该霍尔传感器电路板510的目的，可以由不导磁的材料制成，例如铝、铜、锌、钽、及不锈钢的金属件，当然也可以为塑料件。

如图9所示，当本实施例的传感器固定架装设于分布绕无刷直流马达定子时，该分布绕无刷直流马达的定子42与第一实施例相同，是利用现有交流马达分布绕定子构成，该马达转子60位于轴心，马达外壳为了描述上的方便并未于此显示。

本实施例的传感器固定架是利用该固定销55结合该定子42的该第一结合部61，以固定此传感器固定架。该第一结合部61为一般现有交流马达分布绕定子必具备的结构，该固定方式可以是采用紧配固定或粘胶固定。

该第二结合部53具有的高度使得传感器固定架得以跨越该定子42的绕线，从而使该架体51能将该霍尔传感器电路板510设置于该马达转子60的磁力结构之上，该承载板54与该固定销55形成的直角，可提高架设结构稳定性并提供组装时确立该第二结合部53与该分布绕定子42的相对位置。

该承载板54与该滑轨57的圆弧外型在马达组装时，可紧靠马达外壳的内面，使得与该滑轨57有关的活动部件的曲率中心位置和与之搭配的定子42相同，皆是位于该马达转子60的轴心位置，因此当该霍尔传感器电路板510沿着该滑轨57移动时，将会以该马达转子60 的轴心位置为中心而作角度上的变动，符合霍尔元件调整需求。

当然，第二实施例是于该架体51表面靠近第一实施例的圆弧73位置设有该调整开槽59，并且，该第二结合部53靠近该架体51的一端面，形成有长条型圆弧状滑轨57，只要该长条型圆弧状滑轨57外围的曲率与曲率中心和该马达定子42的外围相同，且该架体51可通过调整开槽59结合该调整螺丝56而固定于该长条型圆弧状滑轨57即可。同时，虽本实施例中该第二结合部53远离该架体51的位置形成有长条型圆弧状承载板54，而位于该长条型圆弧状滑轨57与该长条型圆弧状承载板54之间的架体51为方形，只要该长条型圆弧状承载板54外围的曲率与曲率中心和该马达定子42的外围相同即可，而该传感器的霍尔传感器电路板510亦可通过螺丝锁接、粘贴、铆接、焊接、倒钩固定、其他固定技术或固定结构而固定于该固定部50。

此外，第二实施例的第二结合部53是于远离该架体的一端面凸设一固定销55，该固定销55并非局限于圆形，亦可为例如三角形、方形、椭圆形、或其他可结合该定子42的第一结合部61以固定传感器固定架的等效结构。

上述实施例仅只是本发明其中一种实施方法，其它实施例可以在不违背本发明功效的情况下，进行改变，例如该固定销55可以是方形或三角形，该霍尔传感器电路板510可以是圆形或正方形，该第二结合部53可以是圆形柱状体，诸如此类变化为熟悉本领域的技术人员能轻易加以改变。

由以上叙述可以了解，本发明能在不改变现有的公知交流马达分布绕线圈式定子结构的情况下，将市场上已具有成熟技术及低廉价格的交流马达分布绕定子应用于开发中的无刷直流马达，参与制造的厂商可以继续使用已投入大量资本与技术而设立的量产能量，降低失败风险，使得无刷直流马达科技能有普及的未来。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用以限定本发明的实质技术内容范围，本发明的实质技术内容是广义地定义于权利要求书的范围中，任何他人完成的技术实体或方法，若是与权利要求书的范围所定义的完全相同，亦或为同一等效变更，均将被视为涵盖于权利要求书的范围中。

Claims (11)

1.一种传感器固定架，用于将传感器固定于一分布绕式无刷直流马达的马达定子，且该马达定子具有第一结合部，其特征在于，该传感器固定架包括：

架体，具有设置于其表面的一调整开槽；

第二结合部，形成于该架体的底面，用于结合该第一结合部，且该第二结合部的高度是足以使得该传感器固定架得以跨越该定子的绕线，从而能通过该架体将该传感器设置于马达转子的磁力结构之上，并该第二结合部靠近该架体的一端面形成有一滑轨，该架体通过该调整开槽结合调整螺丝固定于该滑轨；以及

固定部，位于该架体远离该第二结合部的一端，用于固定该传感器。

2.根据权利要求1所述的传感器固定架，其特征在于：该架体靠近该第二结合部的一端形成一圆弧，该圆弧的曲率与该马达定子的外围的曲率相同，且该圆弧的曲率中心与该马达定子的外围的曲率中心相同。

3.根据权利要求1所述的传感器固定架，其特征在于：该第二结合部远离该架体的位置形成有一承载板，该承载板外围的曲率与该马达定子的外围的曲率相同，且该承载板外围的曲率中心和该马达定子的外围的曲率中心相同。

4.根据权利要求3所述的传感器固定架，其特征在于：位于该滑轨与该承载板之间的第二结合部为方形。

5.根据权利要求1所述的传感器固定架，其特征在于：该第一结合部为一导槽，该第二结合部则于远离该架体的一端面凸设一固定销，该固定销是插设在该导槽内。

6.根据权利要求5所述的传感器固定架，其特征在于：该固定销为圆形、三角形、方形、或椭圆形的其中一种断面结构。

7.根据权利要求1所述的传感器固定架，其特征在于：该传感器是通过螺丝锁接、粘贴、铆接、焊接、或倒钩固定的其中一种固定于该固定部。

8.根据权利要求1所述的传感器固定架，其特征在于：该架体、第二结合部、以及固定部为塑料件或非导磁性金属件的其中一种。

9.根据权利要求8所述的传感器固定架，其特征在于：该非导磁性金属件的材料为选自包括铝、铜、锌、钽、或不锈钢所组成群组的其中一者所制成。

10.根据权利要求1所述的传感器固定架，其特征在于：该传感器是用于侦测磁场变化。

11.根据权利要求10所述的传感器固定架，其特征在于：该传感器为霍尔传感器。

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