CN103151863B - 马达及其线圈结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种马达及其线圈结构，该马达包括一线圈结构以及多个磁性材料。线圈结构具有三组绕线组，各绕线组具有多个绕线部，所述多个绕线部之间具有一间距，并分别通过一导线电性连接。多个磁性材料邻设于线圈结构，并与所述多个绕线组对应设置。本发明的马达可在相同的线圈弯折角度下具有较多的磁性材料，进而可使马达输出较大的扭力及功率而提升马达的效率。

Description

马达及其线圈结构

技术领域

本发明涉及一种马达及其线圈结构，且特别涉及一种法宇哈巴(FaulHaber)式的马达及其线圈结构。

背景技术

马达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。虽然马达的种类繁多，但其主要应用的原理为电磁效应。

一般而言，马达具有转子磁铁及定子线圈等结构，根据其配置关系可略分为外转子马达及内转子马达两类。其中，外转子马达的永久磁石设置于定子线圈的外侧。

另外，现有直流马达(无刷或有刷)的空心线圈将漆包线缠绕成中空的圆环状，且线圈不会包覆也不会缠绕任何导磁性铁芯。其中，空心线圈的绕法有很多种形式，例如为六角形绕法、钟形绕法或菱形绕法等。另外一种绕线方法如图1A的线圈1所示，图1A的线圈1为法宇哈巴(FaulHaber)式绕线法，其为弯折漆包线以进行排线的一种绕法，而线圈1的外观上主要的特征为斜向走线。

若将线圈1展开，如图1B所示，其由一个正立三角形和一个倒立三角形组合而成的一三角形对(区域a、b组成一个正立三角形，而区域c为倒立三角形，以组成一个三角形对)。其中，由正立三角形的线圈提供正向的激磁，而倒立三角形的线圈提供反向的激磁，再通过电路切换驱动，如此可推动转子转动。目前业界以此生产的直流马达有一个三角形对(如图1B所示)或两个三角形对(如图1C所示，区域d、e组成一个正立三角形，而区域f、g、h分别为一个三角形，共组成两个三角形对)。另外，如图1D所示，若马达的空心线圈具有一个三角形对，仅可搭配一组磁石对(即一磁极N及一磁极S)。而两个三角形对则仅可搭配两组磁石对(即四个磁极，图未显示)。换言之，磁石数量等于三角形对的数量的二倍。

然而，若于相同体积下欲使马达提供较大的扭力或输出较大的功率时，则马达需搭配更多的磁石对，如此，法宇哈巴式绕线法所形成的三角形对相对也需更多。为了使形成的三角形对更多，则必须使漆包线的弯折次数变多，进而将造成线圈弯折时，如图1C所示，角度θ愈小。其中，角度θ愈小表示漆包线的弯折程度愈大，如此，弯折处的线圈将易产生龟裂，且可能会造成线圈的漏电流、或绝缘劣化，或耐压不足等问题。

因此，如何提供一种马达及其线圈结构，可在相同的线圈弯折角度下具有较多的磁性材料，进而使马达可输出较大的扭力及功率而提升马达的效率，已成为重要课题之一。

发明内容

有鉴于上述课题，本发明的目的为提供一种可在相同的线圈弯折角度下具有较多的磁性材料，进而使马达可输出较大的扭力及功率而提升马达的效率的马达及其线圈结构。

为达上述目的，依据本发明的一种马达包括一线圈结构以及多个磁性材料。其中，线圈结构具有三组绕线组，各绕线组具有多个绕线部，而所述多个绕线部之间具有一间距，并分别通过一导线电性连接。另外，多个磁性材料邻设于线圈结构，并与所述多个绕线组对应设置。其中，线圈结构可为一空心线圈，且线圈结构以法宇哈巴式绕线方法绕成。另外，所述多个绕线组依序绕设，并具有相同绕线顺序及结构。此外，所述多个绕线组的一端电性连接一电源，所述多个绕线组的另一端彼此电性连接。

在本发明一较佳实施例中，线圈结构具有一第一数量的三角形对，各绕线组分别具有一第二数量的所述多个绕线部，所述多个磁性材料的数量等于二倍的第一数量乘以第二数量的平方。

在本发明一较佳实施例中，马达还可包括一第一导磁材料，第一导磁材料设置于线圈结构之内，并与线圈结构连接。另外，马达还可包括一第二导磁材料，第二导磁材料设置于所述多个磁性材料的外周缘。

为达上述目的，依据本发明的一种线圈结构包括多个绕线组，各绕线组具有多个绕线部，且所述多个绕线部具有一间距，并分别通过一导线电性连接。其中，线圈结构可为一空心线圈，且线圈结构以法宇哈巴式绕线方法绕成。另外，所述多个绕线组依序绕设，并具有相同绕线顺序及结构。

承上所述，因依据本发明的马达具有一线圈结构以及多个磁性材料，线圈结构具有三组绕线组，各绕线组具有多个绕线部，所述多个绕线部之间具有一间距，并分别通过一导线电性连接。另外，磁性材料邻设于线圈结构，并与所述多个绕线组对应设置。由此，与现有技术相较，本发明的线圈结构具有与现有技术相同数量的三角形对，故绕线的弯折角度与现有技术相同。但是，本发明的马达在相同的线圈弯折角度下具有较多数量的磁性材料(永久磁石)，使得磁力线的集中度较高而使其利用率也相对较高。因此，在同一马达体积下，本发明的马达可提供较大的扭力，并可输出更大的功率而可提升马达的效率。

附图说明

图1A为现有技术的一种具有法宇哈巴式绕线法的线圈结构的示意图；

图1B为图1A的线圈结构的展开示意图；

图1C为现有技术的另一线圈结构的展开示意图；

图1D为图1A的线圈结构的展开示意图及其对应的磁石示意图；

图2A为本发明较佳实施例的一种马达的局部示意图；

图2B(1)为图2A的线圈结构的展开示意图；

图2B(2)为图2B的一绕线组的展开示意图；

图2B(3)为图2B的线圈结构的绕线示意图；

图2B(4)为图2B(1)去掉一部分斜线的线圈结构的展开示意图；

图2C为图2A的马达的线圈结构的结线及磁性材料的展开示意图；

图2D为另一线圈结构及另一绕线组的展开示意图；

图3为本发明较佳实施例的一种马达的另一局部示意图；

图4A(1)～图4A(2)分别为本发明另一较佳实施例的一种马达的线圈结构及一绕线组的展开示意图；以及

图4B为本发明另一较佳实施例的一种马达的线圈结构的结线及磁性材料的展开示意图。

其中，附图标记说明如下：

1：线圈

2、4：马达

21、41：磁性材料

22：第一导磁材料

23：第二导磁材料

24：转轴

3、3a、5：线圈结构

31～33、31a、51～53：绕线组

311、312、321、322、331、332、311a、312a、321a、322a、331a、332a、511～514、521～524、531～534：绕线部

a、b、c、d、e、f、g、h：区域

B1、B2：转折柱

com：端

d1、d2、d3：间距

N、S：磁极

U、V、W：三相电源

W1、W2、W3、W11、W12、W13、W21、W22、W23、W31、W32、W33：导线

θ：角度

具体实施方式

以下将参照相关图式，说明依本发明较佳实施例的一种马达及其线圈结构，其中相同的元件将以相同的参照符号加以说明。

请参照图2A所示，其为本发明较佳实施例的一种马达2的局部示意图。本发明的马达2可为一三相马达，不过，经电流换向后，其也可为一直流马达，于此，并不限制其使用。另外，马达2可为一外转子马达或为一内转子马达。于此，以一外转子马达为例来说明，然并不以此为例，在其它的实施方式中，马达2也可为一内转子马达。此外，本发明也不限定马达2的外观形状，随着应用功能或领域的不同，马达2也可在结构上作改变。其中，马达2包括一线圈结构3及多个磁性材料21。

线圈结构3为马达2的定子线圈，且具有三组绕线组31～33，所述多个绕线组31～33平均分配于360度的机械角上，并绕成一空心线圈。换言之，线圈结构3并不绕于任何导磁材料(例如硅钢片)上，而是空绕。于此，线圈结构3的各绕线组31～33以法宇哈巴式绕线方法绕线，以形成空心线圈。另外，所述多个绕线组31～33分别为斜向走线，且依序绕设，并具有相同绕线顺序及结构。

请参照图2B(1)所示，其为图2A的线圈结构3的展开示意图。不过，为了可清楚说明线圈结构3的结构，请同时参照图2B(2)所示，其为图2B的绕线组31的展开示意图。

各绕线组31～33分别具有多个绕线部，且所述多个绕线部之间具有一间距。在本实施例中，绕线组31～33分别具有二组绕线部311、312，321、322，331、332，且绕线部311、312之间具有一间距d1，绕线部321、322之间具有一间距d2，而绕线部331、332之间具有一间距d3。

请参照图2B(3)所示，以说明绕线组31的绕线方式。当绕线部311绕线时，漆包线是由图2B(3)的左上往下经过一转折柱B1后，向右斜下往另一转折柱B2的下方绕过，再向右斜向往上绕，由于绕线组31的绕线部311平均分配于360度的机械角上，因此，会再绕到左上的转折柱B1，再斜下往转折柱B2的下方绕过，以此类推。最后，抽离转折柱B1、B2后，即可得绕线部311。于此，绕线部311的弯折部分具有一角度θ。

同样地，绕线组31的绕线部312也以同样的方式绕线，并使两绕线部311、312之间具有间距d1，如图2B(2)所示。待两绕线部311、312绕线完成后，可通过一导线W1将两绕线部311、312电性连接。其中，导线W1与绕线部311、312可为连续的漆包线(即绕完绕线部311后不剪断漆包线，待跳线间距d1后，继续绕绕线部312)；或者导线W1可为另一条导线，其两端分别与两绕线部311、312电性连接。于此，并不加以限制。以此类推，同样地完成绕线部321、322及绕线部331、332的绕线及结线。此外，也可于完成绕线部311后即接续绕绕线部321及绕线部331，而后再依序绕绕线部312、绕线部322及绕线部332。

因此，请参照图2C所示，当三组绕线组31、32、33绕线完成时，可分别具有二组绕线部311、312、321、322、331、332，且绕线部311、312之间、绕线部321、322之间及绕线部331、332之间分别具有一间距d1、d2、d3，并分别以导线W1、W2、W3电性连接。另外，所述多个绕线组31～33的一端电性连接一电源，所述多个绕线组31～33的另一端彼此电性连接。于此，绕线部311、321、331的一端可分别电性连接一三相电源(U、V、W)，而绕线部312、322、332的另一端(com)彼此电性连接，使线圈结构3的绕线组31～33结线成Y型。

在此特别一提的是，上述的向右绕线的方式只是举例，当然，本发明的线圈结构3的绕线组31～33也可为其它的绕线方式。例如图2D所示的线圈结构3a，其为向左绕线的方式，可得到与绕线组31～33相同结构的绕线组31a～33a。

另外，请再参照图2A所示，多个磁性材料21邻设于线圈结构3，并与所述多个绕线组31～33对应设置。于此，多个磁性材料21邻设于线圈结构3的外周缘，并与线圈结构3具有一间隙。其中，磁性材料21可为永久磁石。

其中，线圈结构3具有一第一数量m的三角形对。在本实施例中，如图2B(4)所示(为了清楚显示，图2B(4)去除了一部分的斜线)，线圈结构3具有一组三角形对(区域a、b组成一正立的三角形，区域c为倒立的三角形)，故第一数量m等于1。另外，各绕线组31～33分别具有一第二数量n的所述多个绕线部。于此，各绕线组31～33分别具有二组绕线部311、312、321、322、331、332，故第二数量n等于2。而本发明的马达2的所述多个磁性材料21的数量等于二倍的第一数量m乘以第二数量n的平方。换言之，磁性材料21(永久磁石)的数量＝2m×n2。于此，磁性材料21的数量＝2×1×22＝8，如图2C所示。

另外，请参照图3所示，其为马达2的另一局部示意图。

马达2还可包括一第一导磁材料22，第一导磁材料22设置于线圈结构3之内，并与线圈结构3连接。于此，第一导磁材料22为导磁轭铁。其中，线圈结构3与第一导磁材料22组成马达2的定子结构。

另外，马达2还可包括一第二导磁材料23，第二导磁材料23设置于所述多个磁性材料21的外周缘，并与磁性材料21连接。于此，第二导磁材料23也为导磁轭铁。另外，马达2还可包括一转轴24，其与第二导磁材料23及所述多个磁性材料21连接(图未显示)。其中，第二导磁材料23、所述多个磁性材料21及转轴24组成马达2的转子结构。因此，当电源(U、V、W)输入线圈结构3时，可通过马达2的转子结构与定子结构的间产生的电磁效应，使转子结构转动。

承上，因本发明的马达2具有一线圈结构3以及多个磁性材料21，线圈结构3具有三组绕线组31～33，各绕线组具有两绕线部311～312、321～322、331～332，所述多个绕线部311～312、321～322、331～332之间分别具有一间距d1～d3，并分别通过一导线W1～W3电性连接。另外，磁性材料21邻设于线圈结构3，并与所述多个绕线组31～33对应设置。由此，与现有技术相比较，线圈结构3具有与先前技术的图1B相同的一组三角形对，故弯折的角度θ与图1B相同。然而，本发明的马达2在相同线圈弯折角度下具有较多的磁性材料21(8个)，使得磁力线的集中度较高而使其利用率相对也较高，因此，在同一马达体积下，本发明的马达2可提供较大的扭力，并可输出更大的功率而可提升马达的效率。

另外，请分别参照图4A(1)～图4A(2)所示，其分别为本发明另一较佳实施例的一种马达4的线圈结构5及一绕线组51的展开示意图。

如图4A(1)及图4A(2)所示，线圈结构5与上述的线圈结构3主要的不同在于，线圈结构5的绕线组分别具有4组绕线部511～514、521～524、531～534，故第二数量n等于4，而线圈结构5一样具有一组三角形对，故第一数量m等于1。因此，如图4B所示，马达4的磁性材料41的数量等于2m×n²＝2×1×4²＝32，即马达4具有32只磁石。

另外，如图4B所示，绕线部511～514的间分别通过一导线W11、W12、W13电性连接，绕线部521～524之间分别通过一导线W21、W22、W23电性连接，而绕线部531～534之间分别通过一导线W31、W32、W33电性连接。

此外，马达4、线圈结构5、磁性材料41的其它技术特征可参照上述的马达2、线圈结构3及磁性材料21，于此不再赘述。

综上所述，因依据本发明的马达具有一线圈结构以及多个磁性材料，线圈结构具有三组绕线组，各绕线组具有多个绕线部，所述多个绕线部之间具有一间距，并分别通过一导线电性连接。另外，磁性材料邻设于线圈结构，并与所述多个绕线组对应设置。由此，与现有技术相比较，本发明的线圈结构具有与现有技术相同数量的三角形对，故绕线的弯折角度与现有技术相同。但是，本发明的马达在相同的线圈弯折角度下具有较多数量的磁性材料(永久磁石)，使得磁力线的集中度较高而使其利用率也相对较高。因此，在同一马达体积下，本发明的马达可提供较大的扭力，并可输出更大的功率而可提升马达的效率。

以上所述仅为举例性，而非为限制性者。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，均应包含于后附的申请专利范围中。

Claims (6)

1.一种马达，包括：

一线圈结构，具有三组绕线组，各该绕线组具有多个绕线部，所述多个绕线部之间具有一间距，并分别通过一导线电性连接；

多个磁性材料，邻设于该线圈结构，并与所述多个绕线组对应设置；

其中该线圈结构以法宇哈巴式绕线方法绕成，并且该线圈结构具有一第一数量的该法宇哈巴式绕线法所形成的三角形对，各该绕线组分别具有一第二数量的所述多个绕线部，所述多个磁性材料的数量等于二倍的该第一数量乘以该第二数量的平方。

2.如权利要求1所述的马达，其中该线圈结构为一空心线圈。

3.如权利要求1所述的马达，其中所述多个绕线组依序绕设，并具有相同绕线顺序及结构。

4.如权利要求1所述的马达，还包括：

一第一导磁材料，设置于该线圈结构之内，并与该线圈结构连接。

5.如权利要求1所述的马达，还包括：

一第二导磁材料，设置于所述多个磁性材料的外周缘。

6.如权利要求1所述的马达，其中所述多个绕线组的一端电性连接一电源，所述多个绕线组的另一端彼此电性连接。