TW201824704A - 定子組件與卡合式定子鐵芯 - Google Patents

Abstract

一種定子組件，用於組合成定子鐵芯。定子組件包含齒部及軛部。齒部一端與軛部相接。軛部具有內表側、外頂側、第一耦合側及第二耦合側。第一耦合側更包含第一卡合結構且第二耦合側更包含第二卡合結構。第二卡合結構對應第一卡合結構。外頂側設有凹槽。凹槽具有側壁及底壁。側壁與底壁形成夾角，夾角為135度至165度。

Description

定子組件與卡合式定子鐵芯

本發明是有關於一種定子組件與一種卡合式定子鐵芯。

馬達是一種將電能轉化成機械能，並可再使用機械能產生動能，用來驅動其他裝置的電氣設備。大部分的電動馬達通過磁場和繞組電流，在馬達內產生能量。馬達與發電機原理基本一樣，其分別在於能量轉化的方向不同。發電機是藉由負載(如水力、風力)將機械能、動能轉為電能；若沒有負載，發電機不會有電流流出。

為了進一步改善馬達的各項特性，相關領域莫不費盡心思開發。如何能提供一種具有較佳特性的馬達，實屬當前重要研發課題之一，亦成為當前相關領域亟需改進的目標。

本發明之一技術態樣是在提供一種定子組件，以避免其組裝過程中的熱應力產生變形的問題。

根據本發明一實施方式，一種定子組件，用於組合成定子鐵芯。定子組件包含齒部及軛部。齒部一端與軛部相接。軛部具有內表側、外頂側、第一耦合側及第二耦合側。第一耦合側更包含第一卡合結構且第二耦合側更包含第二卡合結構。第二卡合結構對應第一卡合結構。外頂側設有凹槽。凹槽具有側壁及底壁。側壁與底壁形成夾角，夾角為135度至165度。

於本發明之一或多個實施方式中，第一卡合結構與外頂側的距離小於第一卡合結構與內表側的距離。

於本發明之一或多個實施方式中，內表側包含外段及內段，外段為圓弧段，內段為直線段。

於本發明之一或多個實施方式中，軛部對應於內段的寛度朝遠離齒部方向漸減，軛部對應於外段的寛度大致相同。

於本發明之一或多個實施方式中，外段與內段的長度比例為1：1。

於本發明之一或多個實施方式中，內段與齒部相接處具有圓弧角，內段與圓弧角半徑長度比例為4：1。

於本發明之一或多個實施方式中，第一卡合結構與內表側的距離和外段的長度比例為1：1~2。

根據本發明另一實施方式，一種卡合式定子鐵芯，包含複數個前述的定子組件。複數個定子組件環狀排列並相互卡合，形成封閉環形結構，封閉環形結構的外表面由複數個定子組件的外頂側所組成。

於本發明之一或多個實施方式中，卡合式定子鐵芯更包含散熱結構。散熱結構套設於封閉環形結構的外表面。

於本發明之一或多個實施方式中，散熱結構的內表面設有複數個凸塊，複數個凸塊與封閉環形結構的外表面上的凹槽對應設置，組裝時兩者相互對接固定。

在散熱結構對於定子組件施加收縮應力時，因為外頂側與散熱結構接觸且外頂側的凹槽不與散熱結構接觸，所以定子組件可能會因為散熱結構的收縮應力而有大量應力集中於凹槽，因而發生軛部的兩側向內側擠壓而產生變形問題，而由於會有磁通量在定子組件內部分佈，若是定子組件發生變形將會影響磁通量的分佈。為了避免前述問題，使凹槽的側壁與底壁形成的夾角θ為135度至165度，將能使集中於凹槽的應力有效減少，進而緩和軛部的變形問題。

100‧‧‧定子組件

200‧‧‧齒部

300‧‧‧軛部

310、320‧‧‧內表側

311、321‧‧‧外段

312、322‧‧‧內段

330‧‧‧外頂側

340‧‧‧第一耦合側

341‧‧‧第一卡合結構

350‧‧‧第二耦合側

351‧‧‧第二卡合結構

360‧‧‧凹槽

361‧‧‧側壁

362‧‧‧底壁

371、372‧‧‧圓弧角

391、392、393‧‧‧壓接區

400、401、402‧‧‧卡合式定子鐵芯

410、411‧‧‧封閉環形結構

410f、411f‧‧‧外表面

420‧‧‧散熱結構

420i‧‧‧內表面

425‧‧‧凸塊

910‧‧‧定子組件繞線組

911‧‧‧絕緣物件

912‧‧‧線圈組

θ‧‧‧夾角

第1圖繪示本發明一實施方式之定子組件的側表面示意圖。

第2圖繪示本發明一實施方式之卡合式定子鐵芯的立體示意圖。

第3圖繪示本發明一實施方式之定子組件繞線組的立體示意圖。

第4圖繪示本發明另一實施方式之卡合式定子鐵芯的立體示意圖。

第5圖繪示本發明另一實施方式之卡合式定子鐵芯的另一立體示意圖。

第6圖繪示本發明又一實施方式之卡合式定子鐵芯的立體示意圖。

為了使本揭示內容的敘述更加詳盡與完備，下文針對了本發明的實施方式與具體實施例提出了說明性的描述；但這並非實施或運用本發明具體實施例的唯一形式。以下所揭露的各實施例，在有益的情形下可相互組合或取代，也可在一實施例中附加其他的實施例，而無須進一步的記載或說明。在以下描述中，將詳細敘述許多特定細節以使讀者能夠充分理解以下的實施例。然而，可在無此等特定細節之情況下實踐本發明之實施例。在其他情況下，為簡化圖式，熟知的結構與裝置僅示意性地繪示於圖中。

為了使本揭示內容的敘述更加詳盡與完備，下文針對了本發明的實施方式與具體實施例提出了說明性的描述；但這並非實施或運用本發明具體實施例的唯一形式。在以下描述中，將詳細敘述許多特定細節以使讀者能夠充分理解以下的實施例。然而，可在無此等特定細節之情況下實踐本發明之實施例。

第1圖繪示本發明一實施方式之定子組件100的側表面示意圖。本發明不同實施方式提供一種定子組件100，定子組件100用於組合成馬達的定子鐵芯。

如第1圖所繪示，定子組件100包含齒部200及軛部300。齒部200的一端與軛部300相接。軛部300具有內表側310、320、外頂側330、第一耦合側340及第二耦合側350。內表側310連接齒部200與第一耦合側340，第一耦合側340連接內表側310與外頂側330，外頂側330連接第一耦合側340與第二耦合側350，第二耦合側350連接外頂側330與內表側320，內表側320連接第二耦合側350與齒部200。

第一耦合側340更包含第一卡合結構341且第二耦合側350更包含第二卡合結構351。第二卡合結構351對應第一卡合結構341。外頂側330設有凹槽360。凹槽360具有側壁361及底壁362。側壁361與底壁362形成夾角θ，夾角θ為135度至165度。

第2圖繪示本發明一實施方式之卡合式定子鐵芯400的立體示意圖。如第1圖與第2圖所繪示，卡合式定子鐵芯400包含複數個定子組件100，定子組件100環狀排列並相互卡合，形成封閉環形結構410，封閉環形結構410的外表面410f由定子組件100的外頂側330所組成。具體而言，卡合式定子鐵芯400包含十二個定子組件100，每個定子組件100的第一卡合結構341與相鄰之定子組件100的第二卡合結構351卡合，每個定子組件100的第二卡合結構351與另一相鄰之定子組件100的第一卡合結構341卡合。

第3圖繪示本發明一實施方式之定子組件繞線組910的立體示意圖。如第3圖所繪示，在將絕緣物件911組裝於定子組件100上，並將線圈組912繞覆於絕緣物件911的外側後，便能形成定子組件繞線組910。

具體而言，絕緣物件911之材質可為絕緣樹脂。應了解到，以上所舉之絕緣物件911之材質僅為例示，並非用以限制本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，應視實際需要，彈性選擇絕緣物件911之材質。

具體而言，線圈組912可為銅線圈組912。應了解到，以上所舉之線圈組912的具體實施方式僅為例示，並非用以限制本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，應視實際需要，彈性選擇線圈組912的具體實施方式。

第4圖繪示本發明另一實施方式之卡合式定子鐵芯401的立體示意圖。如第4圖所繪示，卡合式定子鐵芯401包含複數個定子組件繞線組910，定子組件繞線組910環狀排列並相互卡合，形成封閉環形結構411。具體而言，如第1圖、第2圖以及第4圖所繪示，本實施方式與第2圖的實施方式大致相同，卡合式定子鐵芯401包含十二個定子組件繞線組910，每個定子組件繞線組910的定子組件100的第一卡合結構341與相鄰之定子組件繞線組910的定子組件100的第二卡合結構351卡合。於是，每個定子組件100的第二卡合結構351與另一相鄰之定子組件100的第一卡合結構341卡合。

第5圖繪示本發明另一實施方式之卡合式定子 鐵芯401的另一立體示意圖。如第5圖所繪示，卡合式定子鐵芯401更包含散熱結構420。散熱結構420套設於封閉環形結構411的外表面411f。

具體而言，散熱結構420可為散熱鋁框。應了解到，以上所舉之散熱結構420的具體實施方式僅為例示，並非用以限制本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，應視實際需要，彈性選擇散熱結構420的具體實施方式。

具體而言，散熱結構420為干涉熱配組裝於封閉環形結構411的外表面411f上。更具體地說，在室溫下，散熱結構420的內徑小於封閉環形結構411的外徑，而在散熱結構420加溫後，因為在熱膨脹作用下，所以散熱結構420的內徑會大於封閉環形結構411的外徑，因此散熱結構420可以套設於封閉環形結構411的外表面411f。

於是，在馬達實際運作時，馬達的溫度將自室溫上升，而封閉環形結構411與散熱結構420在馬達達到運作的平衡溫度後仍會有適當的接觸，以使封閉環形結構411與散熱結構420可以具有足夠的接觸面積，進而使封閉環形結構411所產生的熱可以傳遞至散熱結構420，同時使封閉環形結構411可以固定於散熱結構420而不至於脫落。

然而，由於封閉環形結構411與散熱結構420的熱膨脹係數並不相同，因此在前述的設計考量下，在室溫時散熱結構420將會收縮而對於封閉環形結構411施加收縮應力，此收縮應力可能會破壞定子組件100的結構。

如第1圖與第5圖所繪示，在散熱結構420對於定子組件100施加收縮應力時，因為外頂側330與散熱結構420接觸且外頂側330的凹槽360不與散熱結構420接觸，所以定子組件100可能會因為散熱結構420的收縮應力而有大量應力集中於凹槽360，因而發生軛部300的兩側向凹槽擠壓而產生變形問題，而由於會有磁力線的廻路在定子組件100內部分佈，若是定子組件100發生變形將會影響磁通流量。為了避免前述問題，使凹槽360的側壁361與底壁362形成的夾角θ為135度至165度，將能使集中於凹槽360的應力有效減少，進而緩和軛部300的變形問題。

前述敘述並不限制本發明。在其他實施方式中，夾角θ可為140度至165度、145度至165度、150度至165度、135度至160度、135度至155度、135度至150度、140度至160度、140度至155度、140度至150度、145度至160度、145度至155度或145度至150度。應了解到，以上所舉之凹槽360的具體實施方式僅為例示，並非用以限制本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，應視實際需要，彈性選擇凹槽360的具體實施方式。

另外，設置凹槽360於外頂側330上可以在組裝定子組件100時方便組裝定位和夾持定子組件100，進而提高組裝製程的良率；亦可以在組裝後方便灌膠，使膠體可以順著凹槽360流動。

需要注意的是，夾角θ不宜過大，不然會使凹槽360過大而失去便於組裝與定位的功能，因而無法提高組 裝製程的良率。

具體而言，內表側310包含外段311及內段312，外段311為圓弧段，內段312為直線段。內表側320包含外段321及內段322，外段321為圓弧段，內段322為直線段。換句話說，軛部300對應於內段312、322的寛度朝遠離齒部200的方向漸減，軛部300對應於外段311、321的寛度大致相同。

承前述，散熱結構420藉由與外頂側330接觸而對於定子組件100施加收縮應力，而外頂側330的橫切面為一圓弧，所以收縮應力將會集中於軛部300的兩端的內側角落(即外段311與第一耦合側340的連接處和外段321與第二耦合側350的連接處)，因而可能導致定子組件100變形，進而影響定子組件100中磁通量的分佈。為了避免前述問題發生，使內表側310設計為包含外段311與內段312的兩段式設計，將能有效地使應力不要過度集中於軛部300的兩端的內側角落。

在此同時，因為應力亦可能集中於軛部300與齒部200連接處的角落(即內段312與齒部200的連接處和內段322與齒部200的連接處)，所以使軛部300對應於內段312、322的寛度朝遠離齒部200的方向漸減，將能有效地使應力不要過度集中於軛部300與齒部200連接處的角落，進而避免定子組件100變形。

具體而言，外段311與內段312的長度比例為1：1，外段321與內段322的長度比例為1：1。藉由如此比例 設計，將能妥善地分配應力，使應力不會同時過度集中於軛部300的兩端的內側角落與軛部300與齒部200連接處的角落371、372，因此將能有較避免定子組件100變形。更具體來說，若是內段312、322相對於外段311、321的長度比例增加，則軛部300對應於外段311、321的寛度將會減小，因而使定子組件100的第一耦合側340、第二耦合側350與另一相鄰之定子組件100的接觸面積減少，如此可能會使應力過度集中於第一耦合側340與第二耦合側350。因此，藉由前述比例設計，將能確保定子組件100的第一耦合側340與第二耦合側350與另一相鄰之定子組件100具有足夠大的接觸面積，進而避免應力過度集中於第一耦合側340與第二耦合側350。另外，若是定子組件100的第一耦合側340、第二耦合側350與另一相鄰之定子組件100具有較大的接觸面積，亦可以較為增加第一耦合側340與第二耦合側350的磁通量。應了解到，以上所舉之軛部300的具體實施方式僅為例示，並非用以限制本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，應視實際需要，彈性選擇軛部300的具體實施方式。

進一步來說，內段312與齒部200相接處具有圓弧角371，內段322與齒部200相接處具有圓弧角372。圓弧角371可為約四分之一個圓弧，圓弧角372可為約四分之一個圓弧。

承前述，由於應力可能集中於軛部300與齒部200連接處的角落，所以設置圓弧角371、372於軛部300 與齒部200的連接處，將可使集中於軛部300與齒部200的連接處的應力平均分配於圓弧角371、372，因而避免軛部300與齒部200連接處的角落因為應力過大而變形。

具體而言，內段312與圓弧角371的半徑長度比例可為4：1，內段322與圓弧角372的半徑長度比例可為4：1。藉由前述比例設計，將可在集中於軛部300與齒部200的連接處的應力平均分配於圓弧角371、372的同時，使絕緣物件911的厚度(見第3圖)不會因為要配合圓弧角371、372的形狀而變得過薄。

在本實施方式中，第一卡合結構341為凸起結構，第二卡合結構351為凹陷結構，但並不限於此。在其他實施方式中，第一卡合結構341可為凹陷結構，第二卡合結構351可為凸起結構。

具體而言，第一卡合結構341與外頂側330的距離小於第一卡合結構341與內表側310的距離，第二卡合結構351與外頂側330的距離小於第二卡合結構351與內表側320的距離。

承前述，在散熱結構420對於定子組件100施加收縮應力時，不同定子組件100之間會因為互相接觸而互相施加應力，並使應力容易集中於第一卡合結構341內側根部，或者第二卡合結構351的內側根部。為了緩和應力過度集中於第一卡合結構341的內側根部或第二卡合結構351的內側根部，因而導致破壞定子組件100的結構，進而破壞磁力線在定子組件100的內部分佈，使第一卡合結構341與外頂 側330的距離小於第一卡合結構341與內表側310的距離，且第二卡合結構351與外頂側330的距離小於第二卡合結構351與內表側320的距離，將能增加第一卡合結構341與內表側310的面積及第二卡合結構351與內表側320的面積，使應力較平均分散於第一耦合側340鄰近於內表側310的部分與第二耦合側350鄰近於內表側320的部分，進而避免第一卡合結構341與其相鄰部分或第二卡合結構351與其相鄰部分因為應力過度集中而被破壞。另外，使第一卡合結構341與外頂側330的距離小於第一卡合結構341與內表側310的距離，且第二卡合結構351與外頂側330的距離小於第二卡合結構351與內表側320的距離，將能使第一卡合結構341與內表側310之間的第一耦合側340和第二卡合結構351與內表側320之間的第二耦合側350各別與另一相鄰之定子組件100具有較大的接觸面積，亦可以增加第一耦合側340與第二耦合側350的磁通量。

具體而言，第一卡合結構341與外頂側330的距離和第一卡合結構341與內表側310的距離之比例為1：2~4，第二卡合結構351與外頂側330的距離和第二卡合結構351與內表側320的距離之比例為1：2~4。應了解到，以上所舉之軛部300的具體實施方式僅為例示，並非用以限制本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，應視實際需要，彈性選擇軛部300的具體實施方式。

在一些實施方式中，第一卡合結構341與內表側310的距離和外段311的長度比例為1：1~2，第二卡合結 構351與內表側320的距離和外段321的長度比例為1：1~2。應了解到，以上所舉之軛部300的具體實施方式僅為例示，並非用以限制本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，應視實際需要，彈性選擇軛部300的具體實施方式。

第6圖繪示本發明又一實施方式之卡合式定子鐵芯402的立體示意圖。如第6圖所繪示，本實施方式的卡合式定子鐵芯402與第5圖的卡合式定子鐵芯401大致相同，主要差異在於，在本實施方式中，散熱結構420的內表面420i設有複數個凸塊425，複數個凸塊425與封閉環形結構411的外表面411f上的凹槽360對應設置，組裝時兩者相互對接固定。

藉由將散熱結構420的凸塊425對接固定於封閉環形結構411的凹槽360，散熱結構420將會與凹槽360至少部分接觸，於是將能進一步舒緩應力集中於凹槽360的情況，並進一步緩和軛部300的變形問題。

另外，如第1圖所繪示，定子組件100可由複數個定子鋼片垂直堆疊而形成，之後再沖壓壓接區391、392、393，因而使這些定子鋼片互相鉚接固定。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。除非另有定義，本文所使用的所有詞彙(包括技術和科學術語)具有 其通常的意涵，其意涵係能夠被熟悉此領域者所理解。更進一步的說，上述之詞彙在普遍常用之字典中之定義，在本說明書的內容中應被解讀為與本發明相關領域一致的意涵。除非有特別明確定義，這些詞彙將不被解釋為理想化的或過於正式的意涵。

Claims (10)

1. 一種定子組件，用於組合成一定子鐵芯，該定子組件包含：一齒部及一軛部，該齒部一端與該軛部相接，該軛部具有一內表側、一外頂側、一第一耦合側及一第二耦合側，該第一耦合側更包含一第一卡合結構且該第二耦合側更包含一第二卡合結構，該第二卡合結構對應該第一卡合結構，該外頂側設有一凹槽，該凹槽具有一側壁及一底壁，該側壁與該底壁形成一夾角，該夾角為135度至165度。
2. 如請求項1所述之定子組件，其中該第一卡合結構與該外頂側的距離小於該第一卡合結構與該內表側的距離。
3. 如請求項1所述之定子組件，其中該內表側包含一外段及一內段，該外段為一圓弧段，該內段為一直線段。
4. 如請求項3所述之定子組件，其中該軛部對應於該內段的寛度朝遠離該齒部方向漸減，該軛部對應於該外段的寛度大致相同。
5. 如請求項3所述之定子組件，其中該外段與該內段的長度比例為1：1。
6. 如請求項3所述之定子組件，其中該內段與該齒部相接處具有一圓弧角，該內段與該圓弧角半徑長度比例為4：1。
7. 如請求項3所述之定子組件，其中該第一卡合結構與該內表側的距離和該外段的長度比例為1：1~2。
8. 一種卡合式定子鐵芯，包含：如請求項1所述的複數個定子組件，該複數個定子組件環狀排列並相互卡合，形成一封閉環形結構，該封閉環形結構的外表面由該複數個定子組件的該外頂側所組成。
9. 如請求項8所述的卡合式定子鐵芯，其中更包含一散熱結構，套設於該封閉環形結構的外表面。
10. 如請求項9所述的卡合式定子鐵芯，其中該散熱結構的內表面設有複數個凸塊，該複數個凸塊與該封閉環形結構的外表面上的該凹槽對應設置，組裝時兩者相互對接固定。