CN105099021B - 马达 - Google Patents

Abstract

一种马达，包括转子模块与定子模块，转子模块包括多个第一磁铁单元、多个第二磁铁单元、中空导磁柱以及转轴。多个第二磁铁单元与多个第一磁铁单元交替排列成中空柱体，中空柱体的外表面包括多个第一磁铁单元的多个第一表面与多个第二磁铁单元的多个第二表面，且多个第一表面与多个第二表面的磁极不同。而中空导磁柱穿设于中空柱体内，转轴穿设于中空导磁柱内。定子模块包括外壳以及线圈单元，其中转子模块配置于外壳内，且转轴伸出外壳外。线圈单元设置于外壳的内壁面，并围绕转子模块。此马达具有较佳的能量转换效率。

Description

马达

技术领域

本发明是有关于一种马达，尤其是有关于一种可应用于发电设备的马达。

背景技术

马达输出功率提升的问题，为自马达问世以来一直被创新、研发与改良的重点技术之一。通常用于增强马达输出功率的方式，不外乎直接加大马达的规格，但是此种方式在提升马达功率的同时，往往会使马达的重量、体积增加，因此并非所有的生活用品或工业用具都能直接以加大马达的规格来提升产品的输出功率。因此，如何提升马达的能量转换效率，实为本领域技术人员的重要研发方向。

发明内容

本发明提供一种可以提升能量转换效率的马达。

本发明所提供的马达包括转子模块与定子模块，所述转子模块包括多个第一磁铁单元、多个第二磁铁单元、中空导磁柱以及转轴。所述多个第二磁铁单元与所述多个第一磁铁单元交替排列成中空柱体，所述中空柱体的外表面包括所述多个第一磁铁单元的多个第一表面与所述多个第二磁铁单元的多个第二表面，且所述多个第一表面与所述多个第二表面的磁极不同。而所述中空导磁柱穿设于所述中空柱体内，所述转轴穿设于所述中空导磁柱内。所述定子模块包括外壳以及线圈单元，所述转子模块配置于所述外壳内，且所述转轴伸出所述外壳外。所述线圈单元设置于所述外壳的内壁面，并围绕所述转子模块。

在本发明的一个实施例中，所述中空导磁柱的内表面设有至少一卡掣部，而所述转轴包括至少一卡槽，所述卡掣部适于与所述卡槽结合以将所述中空导磁柱与所述转轴结合。

在本发明的一个实施例中，所述中空导磁柱包括彼此堆叠的多个环状硅钢片，所述中空柱体的内表面设有多个牙沟，且所述多个第一磁铁单元与所述多个第二磁铁单元适于通过多个牙沟与中空导磁柱互相卡固。

在本发明的一个实施例中，所述转子模块还包括包覆部，所述包覆部包覆中空柱体。

在本发明的一个实施例中，所述马达还包括磁浮轴承，所述磁浮轴承配置于所述外壳的顶部与底部，用以支撑所述转子模块。所述每一磁浮轴承包括固定部以及转动部，所述固定部配置于所述外壳的顶部或底部，并具有相连的第三表面与第四表面，所述第三表面面向所述中空柱体与所述中空导磁柱结合而成的组合结构，所述第四表面面向所述转轴并围绕所述转轴。所述转动部套设于所述转轴，并被所述固定部围绕，所述转动部具有相连的第五表面与第六表面，所述第五表面面向所述第三表面，所述第六表面面向所述第四表面，且所述第三表面与所述第五表面的磁极相同，所述第四表面与所述第六表面的磁极相同。

在本发明的一个实施例中，所述转轴的一端穿过其中一个磁浮轴承的固定部与转动部并伸出所述外壳外，其中另一个磁浮轴承的转动部包覆所述转轴的另一端。

在本发明的一个实施例中，所述转轴的两端穿过所述磁浮轴承的固定部与转动部并伸出所述外壳外。

在本发明的一个实施例中，所述马达还包括第一环状磁铁单元以及第二环状磁铁单元，所述第一环状磁铁单元配置于组合结构的面向所述外壳的顶部或底部的表面。所述第一环状磁铁单元包括交替排列的多个第一片状磁铁与多个第二片状磁铁，且所述第一片状磁铁的面对所述第二环状磁铁单元的表面的磁极不同于所述第二片状磁铁的面对所述第二环状磁铁单元的表面的磁极。所述第二环状磁铁单元配置于其中一个磁浮轴承的固定部，并与所述第一环状磁铁单元相对应，所述第二环状磁铁单元包括交替排列的多个第三片状磁铁与多个第四片状磁铁，且所述第三片状磁铁的面对所述第一环状磁铁单元的表面的磁极不同于所述第四片状磁铁的面对所述第二环状磁铁单元的表面的磁极。此外，在本发明的另一实施例中，所述第二环状磁铁单元配置于所述外壳的顶部或底部。

在本发明的一个实施例中，每一第一磁铁单元及每一第二磁铁单元分别包括多个片状磁铁，由所述中空柱体的外表面朝向所述中空柱体的内表面的方向堆叠，每一第一磁铁单元中，相邻的两个片状磁铁的两个接触面的磁极相同，每一第二磁铁单元中，相邻的两个片状磁铁的两个接触面的磁极相同。

本发明所提供的马达中，所述转子模块的第一磁铁单元与第二磁铁单元排列成中空柱体，并于所述中空柱体内设置所述中空导磁柱，这样的结构能有效提升马达的能量转换效率。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的构造，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1是本发明的一个实施例的马达的立体示意图。

图2是图1中马达的分解示意图。

图3是图1中线圈单元的线圈组件的示意图。

图4是本发明的另一个实施例的转子模块的示意图。

图5是本发明的另一个实施例的马达的立体剖视示意图。

图6是本发明的一个实施例中第一环状磁铁单元与第二环状磁铁单元的示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的马达的结构，详细说明如下。

图1是本发明一个实施例的马达的立体示意图，而图2是图1中马达的分解示意图。请参照图1与图2，本实施例的马达10包括转子模块100与定子模块200，其中转子模块100包括多个第一磁铁单元110、多个第二磁铁单元120、中空导磁柱130以及转轴140。第二磁铁单元120与第一磁铁单元110交替排列成中空柱体150，其中，中空柱体150的外表面151包括第一磁铁单元110的多个第一表面111与第二磁铁单元120的多个第二表面121，且第一表面111与第二表面121的磁极不同。中空导磁柱130穿设于中空柱体150内，转轴140穿设于中空导磁柱130内。定子模块200包括外壳210以及线圈单元220，其中转子模块100配置于外壳210内，且转轴140伸出外壳210外。线圈单元220设置于外壳210的内壁面211，并围绕转子模块100。

本实施例中，第一磁铁单元110的第一表面111例如为N极，而第二磁铁单元120的第二表面121例如为S极，且第一磁铁单元110与第二磁铁单元120的数量例如为相同。第一磁铁单元110与第二磁铁单元120交错排列而形成中空柱体150，本实施例例如通过黏合的方式将第一磁铁单元110与第二磁铁单元120黏合成中空柱体150。每一个第一磁铁单元110的两侧皆为第二磁铁单元120，而每一个第二磁铁单元120的两侧皆为第一磁铁单元110。

本实施例中，中空导磁柱130例如包括彼此堆叠的多个环状硅钢片132，而中空柱体150的内表面155设有多个牙沟153，牙沟153例如是配合环状硅钢片132的厚度设置，使中空柱体150可通过牙沟153而与中空导磁柱130互相卡固，以使中空导磁柱130与中空柱体150不易分离。在本实施例中，选用环状硅钢片132堆叠成中空导磁柱130是因硅钢片具有较佳的导磁性，但本发明的中空导磁柱130的材料并不以此为限。此外，中空导磁柱130的内表面131例如设有至少一卡掣部133，而转轴140例如包括至少一卡槽141，卡槽141对应中空导磁柱130的卡掣部133设置，本实施例中例如有两个卡掣部133，也具有两个卡槽141，卡掣部133适于与卡槽141结合以将中空导磁柱130与转轴140结合。另外，转子模块100例如还包括包覆部160，该包覆部160包覆中空柱体150。在本实施例中，包覆部160例如为壳体，且转轴140伸出于包覆部160之外。在本发明的另一实施例中，包覆部可为包覆中空柱体的涂层(图未示)。

图3是图1中线圈单元的线圈组件的示意图。请参照图1与图3，定子模块200的线圈单元220例如包括多个线圈组件221(如图3所示)，每一个线圈组件221包括硅钢片222及缠绕于硅钢片222的线圈223。这些线圈组件221环设于外壳210的内壁面211，在一实施例中，可通过包覆层(图未示)包覆线圈单元220，使线圈单元220隐藏于包覆层内。此外，线圈单元220例如还包括连接至线圈组件221的导线224。当马达10用于将电能转换成机械能的用途时，可通过导线224输入电能至线圈组件221，以驱使转子模块100转动。当马达10用于将动能转换成电能的用途时，可通过导线224输出电能。

本实施例所提供的马达10中，转子模块100的第一磁铁单元110与第二磁铁单元120排列成中空柱体150，并于中空柱体150内设置中空导磁柱130，这样的结构能有效提升马达10的能量转换效率。

值得一提的是，为了进一步提升马达的能量转换效率，第一磁铁单元与第二磁铁单元可分别包括多个片状磁铁。如图4所示，每一个第一磁铁单元110a包括多个片状磁铁，在本实施例中是以两个片状磁铁112、113为例，每一个第二磁铁单元120a包括多个片状磁铁，在本实施例中是以两个片状磁铁122、123为例。这些第一磁铁单元110a与第二磁铁单元120a交替排列成中空柱体150a，而每一个第一磁铁单元110a的片状磁铁112、113以及每一个第二磁铁单元120a的片状磁铁122、123由中空柱体150a的外表面151a朝向中空柱体150a的内表面155a的方向堆叠。每一个第一磁铁单元110a中，相邻的两个片状磁铁112、113的两个接触面112a、113a的磁极相同(例如分别为N极)，并通过黏合的方式而彼此结合。每一个第二磁铁单元120a中，相邻的两个片状磁铁122、123的两个接触面122a、123a的磁极相同(例如分别为S极)，并通过黏合的方式而彼此结合。

图5是本发明另一实施例所提供的马达的立体剖视示意图。请参照图5，本实施例所提供的马达10b包括转子模块100b与定子模块200b。转子模块100b与上述的转子模块100大致相似，都包括第一磁铁单元、第二磁铁单元、中空导磁柱及转轴140。为了简化图示，图5是将第一磁铁单元、第二磁铁单元及中空导磁柱示意成一个组合结构190，此组合结构190的外层例如是由涂层构成的包覆部。有关第一磁铁单元、第二磁铁单元及中空导磁柱的详细结构可参照上述实施例。定子模块200b与上述的定子模块200大致相似，也包括外壳210b及线圈单元220b，图5是将线圈单元220b的多个硅钢片及缠绕于硅钢片的线圈示意成一个整体，有关硅钢片及缠绕于硅钢片的线圈的详细结构可参照上述实施例。

本实施例的马达10b还包括两个磁浮轴承300a、300b，其分别配置于外壳210b的顶部212与底部213，磁浮轴承300a、300b用以支撑转子模块100b。磁浮轴承300a包括固定部310a与转动部320a，磁浮轴承300b包括固定部310b与转动部320b。磁浮轴承300a的固定部310a配置于外壳210b的顶部212，磁浮轴承300b的固定部310b配置于外壳210b的底部213。每一个固定部310a/310b具有相连的第三表面311与第四表面312，其中第三表面311面向中空柱体与中空导磁柱结合而成的组合结构190，而第四表面312面向转轴140且围绕转轴140。每一个转动部320a/320b套设于转轴140，并被固定部310a/310b围绕。转动部320a/320b具有相连的第五表面321与第六表面322，其中第五表面321面向第三表面311，而第六表面322面向第四表面312。第三表面311与第五表面321的磁极相同(同为N极或同为S极)以产生斥力，第四表面312与第六表面322的磁极相同(同为N极或同为S极)以产生斥力。具体而言，固定部310a/310b内例如设有两个磁铁(图未示)，分别邻近第三表面311与第四表面312，以形成第三表面311与第四表面312的磁极。转动部320a/320b内例如设有两个磁铁(图未示)，分别邻近第五表面321与第六表面322，以形成第五表面321与第六表面322的磁极。此外，第三表面311与第四表面312的磁极可相同或不同。

本实施例的马达10b通过斥力之间的平衡使转子模块100b不会偏摆，由于利用非接触力来支撑转子模块100b，所以转子模块100b旋转时不会产生摩擦，如此可避免因摩擦所造成的热问题以及能量损耗的问题，进而提升马达10b的可靠度及能量转换效率。

此外，本实施例中，转轴140的一端穿过磁浮轴承300a的固定部310a与转动部320a并伸出外壳210b外，且磁浮轴承300b的转动部320b包覆转轴140的另一端。但在另一实施例中，转轴140的两端可皆伸出外壳210b外，而外壳210b底部213的结构可如顶部212的结构，且顶部212与底部213都设置有上述磁浮轴承300a，以使转轴140能穿过磁浮轴承300a而伸出外壳210b外。

图6是本发明一个实施例中第一环状磁铁单元与第二环状磁铁单元的示意图。请参照图5与图6，为了进一步提升马达10b的能量转换效率，可于马达10b中增设图6所示的第一环状磁铁单元170以及第二环状磁铁单元180。第一环状磁铁单元170可配置于组合结构190的面向外壳210b的顶部212或底部213的表面191或192，且可位于组合结构190内部或外部。第二环状磁铁单元180配置于磁浮轴承300a或300b的固定部310a或310b并与第一环状磁铁单元相对应。具体而言，当第一环状磁铁单元170配置于表面191时，第二环状磁铁单元180可配置于固定部310a的表面313a，且可位于固定部310a内部或外部。当第一环状磁铁单元170配置于表面192时，第二环状磁铁单元180可配置于固定部310b的表面313b，且可位于固定部310b内部或外部。

第一环状磁铁单元170包括交替排列的多个第一片状磁铁171与第二片状磁铁172，且第一片状磁铁171的面对第二环状磁铁单元180的表面173的磁极不同于第二片状磁铁172的面对第二环状磁铁单元180的表面174的磁极，举例来说，表面173的磁极例如为N极，而表面174的磁极例如为S极。第二环状磁铁180包括交替排列的多个第三片状磁铁181与多个第四片状磁铁182，且第三片状磁铁181的面对第一环状磁铁单元170的表面183的磁极不同于第四片状磁铁182的面对第一环状磁铁单元170的表面184的磁极。举例来说，表面183的磁极例如为S极，而表面184的磁极例如为N极。此外，第一片状磁铁171与第二片状磁铁172的数量例如分别对应于第一磁铁单元110与第二磁铁单元120的数量，但其数量也可不相等。

由于第一环状磁铁单元170随着转子模块100b转动，而第二环状磁铁单元180固定不动。当转子模块100b转动时，第一环状磁铁单元170与第二环状磁铁单元180之间产生的吸引力及排斥力有助于转子模块100b转动，所以能进一步提升马达10b的能量转换效率。需说明的是，第一环状磁铁单元170与第二环状磁铁180可应用于上述各实施例的马达中，且依照不同的设计需求，第二环状磁铁单元180也可配置于马达的顶部或底部，而不限定必需配置于磁浮轴承300a或300b的固定部310a或310b。

综上所述，本发明所提供的马达中，转子模块的第一磁铁单元与第二磁铁单元排列成中空柱体，并于中空柱体内设置中空导磁柱，这样的结构能有效提升马达的能量转换效率。此外，在一个实施例中，采用磁浮轴承可避免转子模块转动时因摩擦所造成的热问题以及能量损耗的问题，进而提升马达的可靠度及能量转换效率。另外，在一个实施例中，第一环状磁铁单元与第二环状磁铁单元之间产生的吸引力及排斥力有助于转子模块转动，所以能进一步提升马达的能量转换效率。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种马达，其特征在于：其包括转子模块及定子模块；所述转子模块包括多个第一磁铁单元、多个第二磁铁单元、中空导磁柱及转轴；所述多个第一磁铁单元与所述多个第二磁铁单元交替排列成中空柱体，所述中空柱体的外表面包括这些第一磁铁单元的多个第一表面与这些第二磁铁单元的多个第二表面，这些第一表面与所述第二表面的磁极不同；所述中空导磁柱穿设于所述中空柱体内；所述转轴穿设于所述中空导磁柱内；所述定子模块包括外壳及线圈单元；所述转子模块配置于所述外壳内，且所述转子模块的转轴伸出所述外壳外；所述线圈单元设置于所述外壳的内壁面，并围绕所述转子模块；

所述马达还包括两个磁浮轴承，所述磁浮轴承分别配置于所述外壳的顶部与底部，用以支撑所述转子模块，所述每一磁浮轴承包括固定部及转动部，所述固定部配置于所述外壳的顶部或底部，并具有相连的第三表面与第四表面，所述第三表面面向所述中空柱体与所述中空导磁柱结合而成的一组合结构，所述第四表面面向所述转轴并围绕所述转轴，所述转动部套设于所述转轴，并被所述固定部围绕，所述转动部具有相连的第五表面与第六表面，所述第五表面面向所述第三表面，所述第六表面面向所述第四表面，且所述第三表面与所述第五表面的磁极相同，所述第四表面与所述第六表面的磁极相同；

所述马达还包括第一环状磁铁单元及第二环状磁铁单元，所述第一环状磁铁单元配置于所述组合结构的一面向所述外壳的顶部或底部的表面，所述第一环状磁铁单元包括交替排列的多个第一片状磁铁与多个第二片状磁铁，且这些第一片状磁铁的一个面对所述第二环状磁铁单元的表面的磁极不同于这些第二片状磁铁的一个面对所述第二环状磁铁单元的表面的磁极，所述第二环状磁铁单元配置于其中一个磁浮轴承的固定部，并与所述第一环状磁铁单元相对应，所述第二环状磁铁单元包括交替排列的多个第三片状磁铁与多个第四片状磁铁，且这些第三片状磁铁的一个面对所述第一环状磁铁单元的表面的磁极不同于这些第四片状磁铁的一个面对所述第一环状磁铁单元的表面的磁极。

2.如权利要求1所述的马达，其特征在于：所述中空导磁柱的内表面设有至少一卡掣部，而所述转轴包括至少一卡槽，所述卡掣部适于与所述卡槽结合以将所述中空导磁柱与所述转轴结合。

3.如权利要求1所述的马达，其特征在于：所述中空导磁柱包括彼此堆叠的多个环状硅钢片，所述中空柱体的内表面设有多个牙沟，这些第一磁铁单元与这些第二磁铁单元适于通过这些牙沟与所述中空导磁柱互相卡固。

4.如权利要求1所述的马达，其特征在于：所述转子模块还包括包覆部，所述包覆部包覆所述中空柱体。

5.如权利要求1所述的马达，其特征在于：所述转轴的一端穿过其中一个磁浮轴承固定部与转动部并伸出所述外壳外，其中另一个磁浮轴承的转动部包覆所述转轴的另一端。

6.如权利要求1所述的马达，其特征在于：所述转轴的两端穿过这些磁浮轴承的固定部与转动部并伸出所述外壳外。

7.如权利要求1所述的马达，其特征在于：所述马达还包括第一环状磁铁单元及第二环状磁铁单元；所述第一环状磁铁单元配置于所述中空柱体与所述中空导磁柱结合而成的一组合结构的一个面向所述外壳的所述顶部或所述底部的表面，所述第一环状磁铁单元包括交替排列的多个第一片状磁铁与多个第二片状磁铁，且这些第一片状磁铁的一个面对所述第二环状磁铁单元的表面的磁极不同于这些第二片状磁铁的一个面对所述第二环状磁铁单元的表面的磁极；所述第二环状磁铁单元，配置于所述外壳的顶部或底部，并与所述第一环状磁铁单元相对应，所述第二环状磁铁单元包括交替排列的多个第三片状磁铁与多个第四片状磁铁，且这些第三片状磁铁的一个面对所述第一环状磁铁单元的表面的磁极不同于这些第四片状磁铁的一个面对所述第二环状磁铁单元的表面的磁极。

8.如权利要求1所述的马达，其特征在于：每一第一磁铁单元及每一第二磁铁单元分别包括多个片状磁铁，由所述中空柱体的外表面朝向所述中空柱体的一个内表面的方向堆叠，每一第一磁铁单元中，相邻的两个片状磁铁的两个接触面的磁极相同，每一第二磁铁单元中，相邻的两个片状磁铁的两个接触面的磁极相同。