CN102055267B

CN102055267B - 风扇及其三相电机

Info

Publication number: CN102055267B
Application number: CN2009102210709A
Authority: CN
Inventors: 赖锦俊; 庄坤富; 黄世民
Original assignee: Delta Optoelectronics Inc
Current assignee: Delta Optoelectronics Inc
Priority date: 2009-11-09
Filing date: 2009-11-09
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2029-11-09
Also published as: US20110110800A1; CN102055267A; US8476800B2

Abstract

一种三相电机，包括一轴承结构、一转子结构以及一定子结构。轴承结构具有一轴管部。转子结构具有一转轴设置在轴管部内。定子结构与转子结构对应设置，并具有一第一线圈组及一第二线圈组，第二线圈组为叠设在第一线圈组上。一种风扇也一起公开。本发明可提高定子结构的有效线圈的比例，进而提升此三相电机及其构成的风扇的效率。

Description

风扇及其三相电机

技术领域

本发明关于一种风扇及其电机，特别关于一种风扇及其三相无铁芯(coreless)电机。

背景技术

电机为将电能转换为机械能的装置，且已广泛应用于日常生活的产品之中，例如风扇、或光盘机、或硬盘机、或光学装置、或车用装置等。虽然电机的种类繁多，但其主要应用的原理为电磁效应。

请参照图1A所示，传统一三相无铁芯电机1包括一轴承结构11及一转子结构12。转子结构12具有一转轴121、一导磁壳122以及一磁环123。其中，转轴121设置在轴承结构11，导磁壳122与转轴121连结，磁环123环设在导磁壳122的内壁并与之连结；另外，电机1还包括一定子结构13，其具有一三相无铁芯线圈(coreless coil)组131，线圈组131环设于转轴121并与磁环123对应设置。当线圈组131通电时，即与磁环123产生电磁效应，并驱动转轴121、导磁壳122及磁环123转动。

如图1B所示，其为线圈组131的立体图，三相线圈组131例如具有6组线圈，且同相位的线圈，例如线圈131a-1及131a-2、131b-1及131b-2以及131c-1及131c-2分别对应设置。为了提升电机1的效率，必须提高线圈组131中可与转子结构12的磁环123发生有效电磁效应的线圈的比例，亦即必须提高如图1B的相同空间下的占槽率，换句话说，必须提高线圈组131的有效线圈的比例。

然而，在电机1的定子结构13的有限空间中，线圈组131的有效线圈的比例将有一定的限制，亦即，在定子结构13有限空间的条件下，不可能将线圈组131的有效线圈的比例提高很多，因此，电机1的效率也无法进一步有效的提升。

因此，如何提供一种三相电机，可提高定子结构的有效线圈的比例，进而可提升电机的效率，实为当前重要课题之一。

发明内容

有鉴于上述课题，本发明的目的为提供一种可提高定子结构的有效线圈的比例，进而可提升效率的三相电机，进而可提升本发明的三相电机所构成的风扇的效率。

为实现上述目的，依据本发明的一种三相电机，包括：一轴承结构，具有一轴管部；一转子结构，具有设置在该轴管部内的一转轴、与该转轴连结的导磁壳、以及与该导磁壳连结的磁性体；一定子结构，与该转子结构对应设置，并具有一第一线圈组及一第二线圈组，该第二线圈组为叠设在该第一线圈组上；一电路板，分别与该第一线圈组及该第二线圈组电性连接；以及一底座，该定子结构设置在该底座上，其中该导磁壳、该转轴及该底座形成一容置空间，磁性体设置在该容置空间内，该磁性体与该定子结构对应设置，其中该第一线圈组具有多个第一线圈，在该第一线圈组中，同相位的第一线圈为对位设置，其中该第二线圈组具有多个第二线圈，在该第二线圈组中，同相位的第二线圈为对位设置，其中该第一线圈组的第一线圈的其中之一与同相位的该第二线圈组的第二线圈的其中之一夹置一角度θm，角度θm与磁性体的极对数P符合以下数学式：θm＝2×θe/P，其中θe为电气角度，且电气角度θe等于180度，其中第一线圈的线圈数量与第二线圈的线圈数量相同。

在本发明的一实施例中，该导磁壳是以嵌设、卡设或粘合方式与该转轴连结。

在本发明的一实施例中，该磁性体为一永久磁铁所构成的磁环。

在本发明的一实施例中，该第一线圈组与该第二线圈组分别为三相无铁芯线圈组。

在本发明的一实施例中，该第一线圈组的第一线圈的其中之一与同相位的该第二线圈组的第二线圈的其中之一为上下设置。

在本发明的一实施例中，第一线圈及第二线圈的线圈数量和与该磁性体的磁极数比为3∶2。

在本发明的一实施例中，该第一线圈组为借由一塑料材料叠设在该第二线圈组。

在本发明的一实施例中，该第一线圈组与该第二线圈组为借由粘结或塑料射出方式制作而成。

在本发明的一实施例中，第一线圈及第二线圈的绕线方式为4组线圈连绕方式或2组线圈连绕方式，且其中第一线圈及第二线圈的接线方法为Δ接法或Y接法。

为实现上述目的，依据本发明的一种风扇，包括一三相电机、一扇叶结构以及一上盖，其中，该三相电机具有：一轴承结构，具有一轴管部；一转子结构，具有设置在该轴管部内的一转轴、与该转轴连结的导磁壳、以及与该导磁壳连结的磁性体；一定子结构，与该转子结构对应设置，并具有一第一线圈组及一第二线圈组，该第二线圈组为叠设在该第一线圈组上；一电路板，分别与该第一线圈组及该第二线圈组电性连接；以及一底座，该定子结构设置在该底座上，其中该导磁壳、该转轴及该底座形成一容置空间，磁性体设置在该容置空间内，该磁性体与该定子结构对应设置，其中该第一线圈组具有多个第一线圈，在该第一线圈组中，同相位的第一线圈为对位设置，其中该第二线圈组具有多个第二线圈，在该第二线圈组中，同相位的第二线圈为对位设置，其中该第一线圈组的第一线圈的其中之一与同相位的该第二线圈组的第二线圈的其中之一夹置一角度θm，角度θm与磁性体的极对数P符合以下数学式：θm＝2×θe/P，其中θe为电气角度，且电气角度θe等于1 80度，其中第一线圈的线圈数量与第二线圈的线圈数量相同，其中扇叶结构与该三相电机的该转子结构连结，其中上盖与该三相电机连结，并覆盖该扇叶结构。

承上所述，依据本发明的一种三相电机，因在定子结构的有限空间中具有重叠设置的第一线圈组及第二线圈组，且第一线圈组的其中之一线圈与同相位的第二线圈组的其中的一线圈夹置一角度，因此，使得第一线圈组及第二线圈组分别具有可与转子结构的磁性体发生有效电磁效应的线圈，换句话说，本发明的三相电机的第一线圈组及第二线圈组具有比传统三相电机更多的有效线圈的比例，因此，可提升三相电机的效率，进而可提升本发明的三相电机所构成的风扇的效率。

附图说明

图1A为一种传统三相电机的剖视图；

图1B为一种传统三相电机的线圈组的立体图；

图2为本发明优选实施例的一种三相电机的剖视图；

图3A及图3B分别为本发明优选实施例的第一线圈组及第二线圈组的分解及组合示意图；

图4为本发明优选实施例的第一线圈组及第二线圈组另一形态的示意图；

图5为本发明优选实施例的第一线圈组及第二线圈组的又一形态的组合示意图；

图6A～图6D分别为本发明优选实施例的第一线圈组及第二线圈组不同的绕线方法及接线方式的示意图；以及

图7为本发明优选实施例的一种风扇的分解示意图。

主要元件符号说明

1、2、3：电机

11、21：轴承结构

12、22、32：转子结构

121、221、321：转轴

122、222、322：导磁壳

123：磁环

13、23：定子结构

131：线圈组

131a-1、131a-2、131b-1、131b-2、131c-1、131c-2、a1、a2、a3、a4、b1、b2、b3、b4、c1、c2、c3、c4、s1、s1 1、s12、s2、s21、s22、s3、s31、s32、x1、x2、y1、y2、z1、z2：线圈

211：轴管部

223、323：磁性体

231：第一线圈组

232：第二线圈组

24：电路板

25、35：底座

4：风扇

41：扇叶结构

42：上盖

B：空间

E：塑料材料

P：极对数

U、V、W：相位

θe、θm：角度

具体实施方式

以下将参照相关附图，说明依本发明优选实施例的一种风扇及其三相电机。

请参照图2所示，其为本发明优选实施例的一种三相电机2的剖视图。本发明的电机2为三相无铁芯电机，亦为外转子电机。本发明的电机2并不限定用途，例如可将电机2应用到风扇、或光盘机、或硬盘机、或光学装置、或车用装置等电子设备。此外，本发明亦不限定电机2的外观形状，随着应用功能或领域的不同，电机2亦可在结构上作改变。

电机2包括一轴承结构21、一转子结构22以及一定子结构23。

轴承结构21具有一轴管部211。而转子结构22具有一转轴221，并设置在轴管部211内。转子结构22还可具有一导磁壳222及一磁性体223，导磁壳222与转轴221连结。其中，导磁壳222可例如以嵌设、卡设或粘合等方式与转轴221连结，在此，并不限制其连结方式。

电机2还可包括一底座25，定子结构23设置在底座25上。在本实例中，底座25的材质例如是一种包括铁的材料。另外，导磁壳222、转轴221及底座25可形成一容置空间B。

磁性体223设置在容置空间B内并与导磁壳222连结，且磁性体223与定子结构23上下对应设置。在此，磁性体223设置在容置空间B且环设于导磁壳222的上壁，并与定子结构23上下对应设置。磁性体223可例如为一永久磁铁所构成的磁环。

定子结构23与转子结构22对应设置。在此，定子结构23与转子结构22的磁性体223对应设置，并具有一第一线圈组231及一第二线圈组232，且第二线圈组232叠设在第一线圈组231。在本实施例中，第一线圈组231与第二线圈组232分别为三相无铁芯线圈组。

请参照图3A及图3B所示，其分别为本实施例的第一线圈组231及第二线圈组232分解及组合示意图。第一线圈组231具有多个第一线圈，第二线圈组232具有多个第二线圈，且第一线圈组231中，同相位的第一线圈为对位设置；第二线圈组232中，同相位的第二线圈亦为对位设置。其中，第一线圈的线圈数量必须与第二线圈的线圈数量相同。

在本实施例中，第一线圈组23 1可例如具有6组第一线圈a1、a3、b1、b3、c1及c3，且第一线圈a1与a3为同相位且对位设置、第一线圈b1与b3为同相位且对位设置、第一线圈c1与c3为同相位且对位设置；而第二线圈组232亦具有6组第二线圈a2、a4、b2、b4、c2及c4，且第二线圈a2与a4为同相位且对位设置、第二线圈b2与b4为同相位且对位设置、第二线圈c2与c4为同相位且对位设置。其中，第一线圈组231的第一线圈a1及a3与第二线圈组232的第二线圈a2及a4为同相位，第一线圈组231的第一线圈b1及b3与第二线圈组232的第二线圈b2及b4为同相位，第一线圈组23 1的第一线圈c1及c3与第二线圈组232的第二线圈c2及c4为同相位。

此外，第一线圈组231的第一线圈的其中之一与同相位的第二线圈组232的第二线圈的其中之一为对应位置设置。在本实施例中，如图3B所示，第一线圈组231的第一线圈a1及a3与同相位的第二线圈组232的第二线圈a2及a4分别上下对位设置。

另外，第一线圈组23 1其它相位的第一线圈(例如b1、b3、c1及c3)亦分别与第二线圈组232同相位的第二线圈(例如b2、b4、c2及c4)对位设置，在此不再赘述。

要特别注意的是，如图4所示，若第一线圈组231及第二线圈组232分别具有3组第一线圈x1、y1及z1，以及3组第二线圈x2、y2及z2，第一线圈组231仅有第一线圈x1、y1及z1，故第一线圈组231无同相位的线圈，第二线圈组232仅有第二线圈x2、y2及z2，故第二线圈组232亦无同相位的线圈，但是，第一线圈组23 1的第一线圈x1、y1及z1与第二线圈组232的第二线圈x2、y2及z2之间仍具有同相位的第一线圈及第二线圈(x1与x2为同相位、y1与y2为同相位，z1与z2为同相位)，且分别对位设置。

请再参照图3B所示，第一线圈组231的第一线圈的其中之一与同相位的第二线圈组232的第二线圈的其中之一夹置一角度θm。以本实施例为例，第一线圈a1与同相位的第二线圈a2两者之间夹置一角度θm，且角度θm与磁性体223的极对数P成反比关系。角度θm与磁性体223的极对数P必须符合以下数学式：

θm＝2×θe/P

其中， P为磁性体223的极对数(例如一N极及S极为一对极数对，磁极数等于二倍的极数对)，θe为电气角度，且电气角度θe等于180度。

同样地，第一线圈组231其它相位的第一线圈(例如b1、b3、c1及c3)亦分别与第二线圈组232同相位的第二线圈(例如b2、b4、c2及c4)两者夹置同一角度θm，例如第一线圈b1与第二线圈b2两者亦夹置同一角度θm，其余的线圈不再赘述。

另外，电机2的第一线圈组23 1与第二线圈组232的线圈数量和与磁性体223的磁极数的比例可例如为3∶2(当θe＝180度时)。

本实施例是以第一线圈组231与第二线圈232的线圈数量和为12(第一线圈组231与第二线圈组232各有6组线圈)为例，依上述的比例，磁性体223的极对数P可为4极对(4个N极及4个S极共8个磁极)。因此，本实施例的第一线圈组23 1的第一线圈a1与同相位的第二线圈组232的第二线圈a2夹置的角度θm＝2×180/4＝90度，如图3B所示。当然，第一线圈b1与同相位的第二线圈b2两者夹置的角度θm亦为90度，其余的线圈亦不再赘述。

此外，可例如如上述图3B所示，直接将绕好的第二线圈组232以粘结的方式叠设在第一线圈组231上，当然，第二线圈组232叠设在第一线圈组231亦可有不同的设置形态，例如可先将第一线圈组23 1与第二线圈组232放置在模具内，再与一塑料材料E一起射出加工，待冷却后即可一体成型地将第一线圈组231及第二线圈组232与塑料材料E结合，如图5所示。

第一线圈组23 1与第二线圈组232的绕线方式可例如为4组线圈或2组线圈连绕方式，而其接线方法可例如为Δ接线方法或Y接线方法。在本实施例中，如图6A所示，其为分别将同相位的第一线圈a1、a3及第二线圈a2、a4等4组线圈串联成为一4组连绕的线圈s1；第一线圈b1、b3及第二线圈b2、b4等4组线圈串联成为一4组连绕的线圈s2；第一线圈c1、c3及第二线圈c2、c4等4组线圈串联成为一4组连绕的线圈s3，再将3组线圈s1、s2及s3接线成为Δ形，再分别与不同相位：U相、V相及W相电源电性连接；而如图6B所示，其亦可将3组线圈s1、s2及s3成为Y形接线方式，再分别与不同相位的电源：U相、V相及W相电性连接。

在此要注意的是，线圈s1、s2及s3的任何之一，其绕线顺序并非固定，例如以线圈s1为例，线圈a1～a4的绕线顺序并非固定为第一线圈a1、第一线圈a3、第二线圈a2及第二线圈a4，其顺序亦可为第一线圈a1、第二线圈a2、第一线圈a3及第二线圈a4或为其它顺序，在此并不加以设限；而线圈s2及s3亦是相同情况，其亦可为其它顺序而不加以设限。

再者，如图6C所示，其亦可分别将同相位的第一线圈a1及a3串联成一线圈s11，第二线圈a2及a4串联成一线圈s12，再将线圈s11及线圈s12连接并具有端点P1；第一线圈b1及b3串联成一线圈s21，第二线圈b2及b4串联一线圈s22，再将线圈s21及线圈s22连接并具有端点P2；第一线圈c1及c3串联成一线圈s31，第二线圈c2及c4串联成一线圈s32，再将线圈s31及线圈s32连接并具有端点P3，之后再分别将线圈s11、s12、s21、s22、s31及s32如图6C所示接线成为Δ形，再分别与不同相位的电源：U相、V相及W相电性连接；或者，如图6D所示，将线圈s11、s12、s21、s22、s31及s32接线成为Y形，再分别与不同相位的电源：U相、V相及W相电性连接。

本实施例的第一线圈组231的第一线圈与第二线圈组232的第二线圈的绕线顺序并不以上述图6A～图6D为限制，只要第一线圈组231的第一线圈与第二线圈组232的第二线圈的绕线方式为4组线圈连绕或2组线圈连绕，而其接线方法为Δ接法或Y接法即可。

此外，请再参照图2所示，本发明优选实施例的三相电机2还可例如包括一电路板24，其分别与第一线圈组23 1及第二线圈组232电性连接。

因此，当电机2通电后，因电机2具有重叠的第一线圈组23 1及第二线圈组232，且第一线圈组23 1的第一线圈与同相位的第二线圈组232的第二线圈夹置一角度，因此，使得第一线圈组231及第二线圈组232分别具有可与转子结构22的磁环223发生电磁效应的有效线圈，而较多的有效线圈可与转子结构22的磁性体223有更多有效转动的电磁感应，亦即在相同空间下，利用第一线圈组231及第二线圈组232交错一角度θm后堆叠，以提高交链磁通量，故本发明的三相电机2具有比传统三相电机更多的有效线圈比例，因此，可进而提升电机2的效率。

另外，请参照图7所示，其为本发明优选实施例的一种风扇4的分解示意图。

风扇4具有一三相电机3、一扇叶结构41以及一上盖42。扇叶结构41与三相电机3的转子结构32连结，上盖42与三相电机3连结，并覆盖扇叶结构41。在本实施例中，扇叶结构41与转子结构32的导磁壳322连结，而上盖42与三相电机3的底座35连结，以覆盖扇叶结构41，使三相电机3、扇叶结构41以及一上盖42组成本发明的风扇4。其中，三相电机3具有上述三相电机2的所有技术特征，在此不再赘述。

因本发明的三相电机3具有比传统三相电机更多的有效线圈比例，因此，电机3所构成的风扇4亦比传统的风扇具有更高的效率。

综上所述，因依据本发明的三相电机在定子结构的有限空间中具有重叠设置的第一线圈组及第二线圈组，且第一线圈组的其中的一线圈与同相位的第二线圈组的其中的一线圈夹置一角度，因此，使得第一线圈组及第二线圈组分别具有可与转子结构的磁性体发生有效电磁效应的线圈，换句话说，本发明的三相电机的第一线圈组及第二线圈组具有比传统三相电机更多的有效线圈的比例，因此，可提升电机的效率，进而可提升本发明的电机所构成的风扇的效率。

以上所述仅为举例性，而非为限制性。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包括在本发明的范围中。

Claims

1.一种三相电机，包括：

一轴承结构，具有一轴管部；

一转子结构，具有设置在该轴管部内的一转轴、与该转轴连结的导磁壳、以及与该导磁壳连结的磁性体；

一定子结构，与该转子结构对应设置，并具有一第一线圈组及一第二线圈组，该第二线圈组为叠设在该第一线圈组上；

一电路板，分别与该第一线圈组及该第二线圈组电性连接；以及

一底座，该定子结构设置在该底座上，

其中该导磁壳、该转轴及该底座形成一容置空间，所述磁性体设置在该容置空间内，该磁性体与该定子结构对应设置，

其中该第一线圈组具有多个第一线圈，在该第一线圈组中，同相位的所述第一线圈为对位设置，

其中该第二线圈组具有多个第二线圈，在该第二线圈组中，同相位的所述第二线圈为对位设置，

其中该第一线圈组的所述第一线圈的其中之一与同相位的该第二线圈组的所述第二线圈的其中之一夹置一角度θm，所述角度θm与所述磁性体的极对数P符合以下数学式：θm＝2×θe/P，其中θe为电气角度，且电气角度θe等于180度，

其中所述第一线圈的线圈数量与所述第二线圈的线圈数量相同。

2.根据权利要求1所述的三相电机，其中该导磁壳是以嵌设、卡设或粘合方式与该转轴连结。

3.根据权利要求1所述的三相电机，其中该磁性体为一永久磁铁所构成的磁环。

4.根据权利要求1所述的三相电机，其中该第一线圈组与该第二线圈组分别为三相无铁芯线圈组。

5.根据权利要求1所述的三相电机，其中该第一线圈组的所述第一线圈的其中之一与同相位的该第二线圈组的所述第二线圈的其中之一为上下设置。

6.根据权利要求1所述的三相电机，其中所述第一线圈及所述第二线圈的线圈数量和与该磁性体的磁极数比为3∶2。

7.根据权利要求1所述的三相电机，其中该第一线圈组为借由一塑料材料叠设在该第二线圈组。

8.根据权利要求1所述的三相电机，其中该第一线圈组与该第二线圈组为借由粘结或塑料射出方式制作而成。

9.根据权利要求1所述的三相电机，其中所述第一线圈及所述第二线圈的绕线方式为4组线圈连绕方式或2组线圈连绕方式，且其中所述第一线圈及所述第二线圈的接线方法为Δ接法或Y接法。

10.一种风扇，包括一三相电机、一扇叶结构以及一上盖，

其中，该三相电机具有：

一轴承结构，具有一轴管部；

一底座，该定子结构设置在该底座上，

其中所述第一线圈的线圈数量与所述第二线圈的线圈数量相同，

其中所述扇叶结构与该三相电机的该转子结构连结，

其中所述上盖与该三相电机连结，并覆盖该扇叶结构。