CN2475218Y - 直流无刷线圈马达 - Google Patents

Abstract

一种直流无刷线圈马达,其主要通过感应线圈及具有共平面多磁极的磁性元件分别作为马达的定子与转子,进而达到微型化的要求;其至少包括有一电路板、二个以上的感应线圈及一磁性元件,其中感应线圈设置在电路板上,输入电能即可产生磁力,作为马达的定子部分,磁性元件设置在感应线圈之上,其具有多个共平面的磁极,作为马达的转子部分,当电能输入形成感应磁场,在感应线圈与磁性元件电磁的交互作用下,使磁性元件产生旋转动能。

Description

直流无刷线圈马达

本实用新型涉及一种直流无刷线圈马达，通过改变马达定子部分与转子部分的设计，完成一微型化直流无刷线圈马达。

科技的发展主要是为了使人们可以享受更为便利的生活，而科技产品的设计亦不断的朝着此方向作努力，譬如笔记本电脑(Notebook)、个人数字助理(Personal Digital Assistant，PDA)、移动电话(Mobile phone)等，分别可以提供人们数据储存与管理，远距离的一对一通信等等。

科技研发人员除了不断的推出新的产品、增加新的功能外，亦朝着更人性化、更容易使用的方向来设计这些科技产品，近年来还进入了所谓的移动科技时代，随身携带、随时使用成为这些科技产品的研究目标，因此轻、薄、短、小将是这一世纪的科技产品的发展方向。

就以轻、薄、短、小的设计方向来看，最简单的方式当然就是将所有构成科技产品的电子零件尺寸变小，然而这样的观念在许多的产品上却是不可行的，譬如尺寸变小的零件要如何组装，或许尺寸可以变小，但在组装上却有困难，而这样的限制条件即是产品小型化的问题，纵使组装上不发生问题，因为组装的工作较为困难，势必也会造成成本上的增加。

另外，科技产品是由许多的电子零件所组成，而在许多的产品中，马达为一不可缺少的重要零件，马达是用于输出旋转动力，譬如安装在笔记本电脑内部用于散热的散热风扇，譬如光碟机中的驱动马达；当然随着科技产品尺寸上的缩小，马达此一零件势必也需随着变小，甚至许多产品小型化的关键在于马达是否可以变小。马达主要是将电力转换为机械功率，马达的种类相当繁多，而目前科技产品中应用最为普遍的是为直流无刷马达，目前直流无刷马达可见如美国第5,967,763号专利案、第6,114,785号专利案等，直流无刷马达主要包括有定子部分及转子部分，一般定子部分包含有电气片(俗称矽钢片)及线圈，定子主体是由多片电气片叠置(如美国第5,967,763号专利案图1中所示)，在电气片上缠绕线圈形成磁极；而转子一般是以多个永久磁铁，环绕在电气片外，当电流通过线圈后，线圈可以便电气片产生磁力而与转子上的永久磁铁产生互斥，其中该转子及定子的结构方式，皆为一成不变的型态，进而使转子进行旋转运动。

就小型化的设计观念来看，公知的直流无刷马达有以下的问题：

其一、马达的定子部分是由多片电气片所组成，而电气片却占据了一定的体积，使得马达厚度的尺寸上无法缩小。

其二、定子部分与转子部分的磁力相斥的方向是为径向，即转子是围绕在定子外，使得马达径向的尺寸亦无法缩小。

其三、转子是由多个永久磁铁所组成，此种方式除了增加零件的数目外，多个永久磁铁也占据了一定的体积，同样对马达尺寸缩小也造成了限制。

目前可见的直流无刷马达中大部分皆为如上所述的设计，若直接从缩小各个零件尺寸的观念下设计，并不可行，举例来说，定子与转子间是通过磁力相斥来产生旋转运动，因此各个磁铁的间隔必须明确，以避免磁力干扰造成马达无法运转，由于转子是由多个永久磁铁所组成，为控制一定的磁力，永久磁铁必须具有一定的尺寸，假设马达的尺寸直接缩小，那么势必会造成永久磁铁的间距缩小，这样即可能造成磁力的干扰，使得马达无法运转。

另外就马达的运转功率来看，目前可见马达的定子部分直接采用电气片作为磁极，就电能效率而言，电气片即为电路中的电阻，输入的电能经过电气片会有部分消耗，马达的运转功率即下降。

有鉴于此，本实用新型主要目的是提供一完成微型化的直流无刷线圈马达。

为实现本实用新型的目的，我们提出一种直流无刷线圈马达构造，其主要是由一电路板、二个以上的感应线圈、一磁性元件、一旋转件、一控制器以及二个以上的磁销所组成，其中感应线图是采用径向卷绕而设置在电路板上，并与电路板上的电源输入端构成电连接，磁销分别介于二感应线圈间，而磁性元件则是设置在感应线圈之上，磁性元件为一具有共平面多磁极的永久磁铁，旋转件则贴覆在磁性元件之上，另外其中的控制件设置在电路板上并位于二感应线圈之间，控制件用于改变感应线圈磁性，作为控制马达启动与否之用，当外部电源通过感应线圈，感应线圈产生磁力，磁销破坏马达内磁场的静平衡，在感应线圈与磁性元件电磁的交互作用下，使得磁性元件产生旋转动能，并带动旋转件转动。

本实用新型的感应线圈作为马达的定子部分，而无须设置电气片，在省略此一元件下，马达的尺寸将可以大幅的缩小，同时在排除了电气片作为电路中电阻的条件下，将可大幅提升马达的运转功率。

本实用新型的磁性元件作为马达的转子部分，其中的磁性元件是为一永久磁铁(Permanent magnet)，并且在平面上分隔形成有多个磁极，其磁力线方向为轴向，而感应线圈为径向卷绕，根据安培右手定律(Ampere’s right-hand rule)，感应线圈的磁力线方向为轴向，磁性元件设置在感应线圈的上方，使定子与转子的磁力互斥方向为轴向，在此条件下，将可缩小马达的径向尺寸。

本实用新型的磁性元件在同一平面上分隔出多个磁极，其磁力线方向为轴向，且磁极分隔明确，在小型化的条件下，彼此间并不会产生磁场干扰。

如上所述，本实用新型所提供的直流无刷线圈马达，能提供一种将传统马达的结构设计小型化的微型马达，通过改变马达中的定子及转子的结构型态，而方便地完成组装一直流无刷线圈马达。

并且本实用新型的直流无刷线圈马达具有转速快、顿距小的马达运转特性；再者，由于使用感应线圈取代传统的定子结构，可有效避免运用电气片作为定子的问题，以节省成本及改善电气特性。

此外，本实用新型的直流无刷线圈马达的定子与转子的磁性相斥方向为轴向，乃极为不同于传统马达中定子与转子的磁性相斥方向为径向的方式。

本实用新型经过多次研究实验的努力，以实际完成直流无刷线圈马达的成品，经由实验得知其转速可到达10000—30000rpm以上；而转子结合在座体上的整个圆盘状，其直径约为1—1.5cm，其整体运转实施效果良好，在达到小型化的目的后，仍能发挥直流无刷线圈马达应有的效率。

为让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下面结合附图就本实用新型的一较佳实施例详细说明如下：

图1是本实用新型的立体分解示意图；

图2是本实用新型实施例组合后的立体视图；

图3是本实用新型实施例组合后的侧视剖面图；

图4是本实用新型中磁性元件的磁极示意图；

图5是本实用新型中线圈的连接电路图。

根据本实用新型所提出的直流无刷线圈马达，主要是提供一种将传统直流无刷马达小型化的微型马达。

请参阅图1、图2所示，图中所示是本实用新型的立体分解示意图，根据本实用新型所提出的直流无刷线圈马达10，其主要包括有一壳体11、一电路板12、一轴杆13、二感应线圈14a、14b、一控制件15、一护圈16、二磁销17a、17b、一磁性元件18及一旋转件19所组成，其中壳体11用于包覆住直流无刷线圈马达10的所有构成元件，其由底座111及上盖112构成一扁圆形体，由于直流无刷线圈马达10是利用电能形成磁能转换为机械能，因此壳体11必须采用不导磁的材料所制成，譬如铝、镍等材料，以避免破坏直流无刷线圈马达10的感应磁场。另外在上盖112顶面中央处开设有一穿孔1121，此穿孔1121供旋转件19的输出轴(图中未示)，以输出直流无刷线圈马达10的旋转动力，而在上盖112的侧边底端还具有一开口1122。

电路板12、轴杆13、感应线圈14a、14b、控制件15、护圈16、二磁销17a、17b、磁性元件18及一旋转件19依序由下而上设置于壳体11，其中电路板12为一印刷电路板，其上有印刷电路，由于本实用新型将直流无刷线圈马达10绝大多数所需的电气特性(如改变电流方向，驱动磁场作用等)设计于控制件15中，因此印刷电路板上的印刷电路并不复杂，将可降低生产成本；电路板12为容置于壳体11内，因此设计为圆形，其中在一侧凸出一电连接端121，在电连接端121上设定有电源输入接点1211、1212，外部电源(图中未示)与电源输入接点1211、1212连接，以供应直流无刷线圈马达10所需的电能，其中的电连接端121可由上盖112侧边的开口1122伸出于壳体11外，以便于外部电源连接。另外轴杆13设置在电路板12的中心位置。

二感应线圈14a、14b是由导电线材以径向卷绕而成，并且相对的设置在电路板12上并与电路板12上的印刷电路连接，用来作为直流无刷线圈马达10的定子部分，根据安培右手定律(Ampere’s right-hand rule)，电流的方向为径向，磁场的方向则为轴向，在电流经过感应线圈14a、14b时，感应线圈14a、14b将产生轴向的磁场。

控制件15为一微处理器(Micro-process IC)，并设置在电路板12上与电路板12上的印刷电路连接，此控制件15乃是将驱动直流无刷线圈马达10绝大多数所需的电气特性，电路组成(如改变电流方向，驱动磁场感磁作用等等)整合于其中，借以控制并驱动直流无刷线圈马达10的转动，此一目的在于简化直流无刷线圈马达10电路组成所需的电子零件，并且可以简化电路板12上的印刷电路，将有利用小型化的直流无刷线圈马达10的组装作业，进而降低小型化所可能增加的组装工作成本。

护圈16是以塑胶材料等不导磁的材料所制成，以避免破坏直流无刷线圈马达10的磁场，其具有对应二感应线圈14a、14b的第一、第二穿孔161、162，位于中央处对应轴杆13的第三穿孔163，对应控制件15的第四穿孔164，以及设置在第一及第二穿孔161、162之间的第五及第六穿孔165、166，其中护圈16的厚度恰好等于感应线圈14a、14b的大小，且第一、第二穿孔161、162的内径恰好等于感应线圈14a、14b的线径，将护圈16套置在电路板12上，轴杆13穿过第三穿孔163，并且使感应线圈14a、14b套设在第一穿孔161、第二穿孔162内，控制件15套置于第四穿孔164，通过第一穿孔161、第二穿孔162套设在感应线圈14a、14b上，以维持感应线圈14a、14b的卷绕状态。另外第五、第六穿孔165、166即是为磁销17a、17b设置。

磁销17a、17b是以导磁性材料(Ferromagnetic material)制成，譬如是铁类材料，其恰好是可置入第五、第六穿孔165、166内的柱体。

磁性元件18呈圆形，是一永久磁铁(Permanent magnet)，呈环状并在其平面上分隔形成有多个磁极181、182、183、184(如图4所示)，用于作为直流无刷线圈马达10的转子部分，其中相邻的磁极为不同的极性(N极、S极)，磁极181、182、183、184其磁力线方向是为轴向，对应作用于感应线圈14a、14b上，当感应线圈14a、14b产生磁力时，磁性元件18与感应线圈14a、14b磁力相斥，而产生旋转动能。

旋转件19为一导磁材料，其被吸附在磁性元件18的上方，当磁性元件18旋转时随着一起旋转，在旋转件19上可设一输出轴(图中未示)，输出轴可由上盖112顶面的穿孔1121伸出，以输出直流无刷线圈马达10的旋转动力。

配合图3、图5所示，本实用新型所提出的直流无刷线圈马达10，其中外部电源与电源输入接点1211、1212连接，电能连接至感应线圈14a、14b，感应线圈14a、14b再分别与控制件15电性连接，形成电性回路；另外磁性元件18与磁销17a、17b磁性接触，使磁销17a、17b成为暂时磁铁(Temporary magnet)，当外部电源由连接接点1211、1212输入电能，电流通过感应线圈14a、14b产生磁力，而磁销17a、17b破坏常态下磁场的静平衡，感应线圈14a、14b与磁性元件18产生互斥，使磁性元件18产生旋转动能。

虽然本实用新型以上述的较佳实施例公开如上，然其并非用以限定本实用新型，任何熟悉此项技术的人，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作些许的变动与润饰，其都应包含在本实用新型的权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种直流无刷线圈马达，其特征在于，包括：

一电路板，其上设有印刷电路，并至少具有二个电源输入接点；

二个以上的感应线圈，径向卷绕并对应设置在该电路板上；

一磁性元件，在其平面上具有多个磁极，并设置在感应线圈上；

二个以上的磁销，具有导磁性，介于该电路板及该磁性元件之间并位于该感应线圈之间，该磁销与该磁性元件磁性接触而磁化；及

一控制件，设置在该电路板上与该感应线圈构成电性连接，用于启动该感应线圈形成磁极；

2.如权利要求1所述的直流无刷线圈马达，其特征在于：还包含有一壳体，该壳体是以不导磁材料制成，其壳体是由底座及上盖所组成。

3.如权利要求2所述的直流无刷线圈马达，其特征在于：该上盖顶缘中央处开设有一穿孔，侧边底端处设有一开口。

4.如权利要求1所述的直流无刷线圈马达，其特征在于：该电路板上中央处还设置有一轴杆。

5.如权利要求1所述的直流无刷线圈马达，其特征在于：介于该电路板及该磁性元件之间还设置有一护圈，该护圈为非导磁材料。

6.如权利要求1所述的直流无刷线圈马达，其特征在于，该护圈还包含有用于套置该感应线圈的第一及第二穿孔，用于套置该轴杆的第三穿孔，用于套置该控制件的第四穿孔，以及用于套置该磁销的第五及第六穿孔。

7.如权利要求1所述的直流无刷线圈马达，其特征在于，该印刷电路突出有一电连接端，该电源输入接点设于该电连接端，该电连接端由该壳体的开口伸出。

8.如权利要求1所述的直流无刷线圈马达，其特征在于：该感应线圈磁力方向为轴向。

9.如权利要求1所述的直流无刷线圈马达，其特征在于：该磁性元件磁力方向为轴向。

10.如权利要求1所述的直流无刷线圈马达，其特征在于：还包括一旋转件，该旋转件设置在该磁性元件之上，以随着该磁性元件一起转动，输出旋转动力。

Images