TWI338434B - Three phase opposite rotating motor and fan - Google Patents

Description

1338434 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 .

[0001] 本發明係關於一種對轉式馬達，特別係關於一種具有單 定子雙轉子之三相對轉式馬達及風扇。 【先前技術】 [0002] 習知軸流式風扇的馬達為單一定子與單一轉子之結構， 而為增加風壓與風量的輸出，或為避免風扇的故障而造 成系統運轉中斷，通常會在原本風扇上串聯組合另一備 用風扇。然而此種串聯式風扇實為將兩顆各自獨立作動 之軸流式風扇串聯在一起，在組裝上較為複雜且須花費 較多的製造時間及成本，串聯組合後的風扇所佔體積也 較大；更何況兩個獨立風扇串聯後，因為可能會增加彼 此的阻抗，而使其風壓未必會有相加的效果。 [0003] 因此習知有一種利用單一定子與雙轉子的馬達結構被提 出，如第1圖所示，其係為一種單相具鐵心式馬達，主要 包括一上層轉子11、一中層定子組13以及一下層轉子12 。該上層轉子11及下層轉子12分別於環周嵌入相同數目 之複數個磁石以形成磁極，而該中層定子組13則有和該 複數個磁石相同數目之電極，該等電極係由薄疊之矽鋼 片所組成，且其外側係被激磁線圈所纏繞。此外，該馬 達係利用三個霍爾元件HI、H2、H3用以感測該上層轉子 11之磁通量而轉換為電壓信號而達到中層定子組13換相 的目的。 [0004] 然而，該單相馬達之中層定子組13的電極以及設置於其 上之霍爾元件HI、H2、H3在實際應用上有組裝的困難。 095100203 表單編號A0101 第3頁/共20頁 0983171950-0 1338434 再者，該上層轉子Π '該中層定子組丨3與該下層轉子i2 會產生相對吸力強两造成頓力大，故啟動電壓較高也 不合易控制磁偏角的大小，所以該上層轉子丨丨與該下層 轉子12不—定會反方向地對轉，亦有可能發生同方向轉 動的現象。 [0005] 本發明即針對上述之缺失而提出—種三相對轉式馬達， 可有效解決上述習知單相對轉式馬達的問題。以下為本 發明之簡要說明》 【發明内容】 [0006] 本發明之主要目的係在於提供一種三相對轉式馬達及含 其之風扇，該馬達包括單一荩子組與繁舞毕丨:；該定子組 ：· 係採用無鐵心之三相線圈槽.，而該雙轉式分別係為磁極 數不相同之第一轉子與第二轉子。透過此種三相驅動方 式以及磁極數不同之雙轉子結構，該馬達可確保正常地 對轉運作。 [0007] 為達到上述目的，該定子組包括至少一個三相線圈組， 每一個三相線圈組具有三個線圈槽，當該馬達運轉時， 該三相線圈組之一線圈槽會感應該第一轉子及第二轉子 之磁極的磁力線分佈’而產生反電動勢，進而決定另二 線圈之電流方向，亦即決定該二線圈槽之激磁方向。該 激磁後之二線圈槽可與該第一轉子與第二轉子產生磁效 應而驅動運轉；而由於該第一、二轉子之磁極數與該定 子組之線圈槽有一特定比例，較佳為定子組之線圈槽數 與第一轉子之磁極數比為3 : 4，而定子組之線圈槽數與 第二轉子之磁極數比為3 : 2 ’可確保該第一轉子與第二 095100203 表單編號A0101 第4頁/共20頁 0983171950-0 1338434 轉子係正常地對轉運作。此外，由於該第一轉子與第二 轉子之磁極數目具有特定比例，第一轉子的磁極與第二 轉子的磁極不會彼此吸引‘，故可消除馬達運轉的頓力。 [0008] 另外，若該第一轉子或第二轉子因任何因素不動，並不 會影響另一轉子之轉動，其係由於本發明之三相對轉式 馬達並不須利用霍爾元件來感應轉子之磁極，而係利用 該三相線圈組之一線圈槽來感應第一轉子或第二轉子之 磁極，故當其中之一轉子不動時，線圈槽仍能感應另一 ^ 轉子之磁極，而繼續驅動其運轉。 [0009] 又，該第一轉子與第二轉子之轉速可藉由磁極強度的大 ,· : · 小、與該定子組之氣隙大小束控制。. 根據上述構想，本發明更提供一具有上述馬達之風扇， 其包括一外框，具有一基座，設置於其内；二個葉輪， 分別具有上述具不同磁極數之轉子，係分別設置於該基 座兩側；一定子組，係由三相線圈組所組成，其中該定 子組係嵌入於該基座之中，用以驅動該二個轉子；以及 # 一軸心，穿設於該外框與基座之中心。該基座藉由複數 個連接件與該外框之内表面連接而固定於該外框内；該 連接件可以係由肋條或靜葉所組成。另外，該基座具有 複數個中空部，分別貫穿該基座而突出於該基座之相反 兩側，以供該定子組容置其中。該風扇更包括一控制元 件，係與該定子組電性連結，可設置於該外框外側或基 座上。 [0010] 另外，該雙葉輪的葉片可設計具有不同的風切負載，亦 可控制轉速的大小。 095100203 表單編號A0101 第5頁/共20頁 0983171950-0 1338434 [0011] 為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯 易懂，下文特舉一衩佳實施例，並配合所附圖式，作詳 細說明如下： ‘ 【實施方式】 [0012] 請參閱第2圖，本發明之三相對轉式風扇2包括一外框21 、一基座211、一定子組22、第一葉輪23、第二葉輪23 ’、一軸心24以及一控制元件25。該基座211係設置於該 外框21内，藉由複數個連接件212與該外框21之内表面相 連接而可固定於該外框21内，該等連接件212可以係為肋 條或靜葉。該基座211之中心處具有一通孔2110，用以供 該軸心24穿設固定；並且於心處之周園具有六個中空 。敵 . 部2111分別貫穿該基座211緣:突輿於該基座211之相反兩 .营：Ί 側，以供該定子組22容置其¥。 [0013] 該定子組22係由二個三相線圈組221，222所組成，每一 三相線圈組分別具有三個線圈槽A，B，C (請同時參閱第4A 圖），而該等線圈槽A, B，C之一端係彼此電性連結在一起 (請同時參閱第4B圖）。其中每一線圈槽係分別容置於 該基座211之中空部2111内，用以驅動該第一與第二葉輪 23、23’ 。 [0014] 該第一葉輪23與第二葉輪23’分別由一輪轂231，231’ 、複數個葉片232,232’ ' 一磁環233,233’以及一鐵片 234,234’所構成。該鐵片234, 234’和該磁環233, 233 ’係依序貼附於該輪轂231,231’之内表面，該複數個葉 片232,232’則環設於該輪轂231,231’之周圍。該第一 葉輪23之磁環233與該第二葉輪23’之磁環233’具有不 095100203 表單編號A0101 第6頁/共20頁 0983171950-0 1338434 同之磁極數目，本實例中第一葉輪23之磁環233具有八極 ，以相反磁極（如：N，S，N，S，N，S, N，S)依序排列，而 該第二葉輪23’之磁環233’具有四極，以相反磁極（如 ••N，S，N，S)依序排列（請同時參閱第4A圖）。又，該第 一葉輪23與第二葉輪23’的葉片232,232’可設計具有 不同的風切負載，可用來控制轉速的大小。 [0015] 該軸心24係軸向穿設並固定於該第一葉輪23、該第二葉 輪23’與基座211之中心，該軸心24係藉由至少一軸承 ^ 235, 235’所支撐。該控制元件25，例如為印刷電路板 ，係與該定子組22電性連結，並設置於該外框21之外側 表面。設計適當之基座211大小，該控制元件25亦可設置 於該基座211上，如第3圖所示。 [0016] 請同時參閱第4A、4B圖，第4A圖為該風扇2之馬達運作示 意圖，其中該第一葉輪23之磁環233與鐵片234相當於第 一轉子31，該第二葉輪23’之磁環233’與鐵片234’相 當於第二轉子32。以本實施例而言，當該馬達運轉時， • 該定子組22之每一三相線圈組:221，222的線圈槽C會先感 應該第一轉子31及第二轉子32之磁極的磁力線分佈，而 產生反電動勢，進而決定另二線圈槽A, B之電流方向，如 第4B圖所示，亦即決定該二線圈槽Α,Β之激磁方向，本實 施中線圈槽Α面對第一轉子31之一側產生S極，而面對第 二轉子32之一側則產生N極；線圈槽B面對第一轉子31之 一側則產生N極，面對第二轉子32之一側則產生S極。該 激磁後之二線圈槽B，C可與該第一轉子31與第二轉子32產 生磁效應而驅動運轉。請再參閱第5A、5B圖，下一步則 095100203 表單編號A0101 第7頁/共20頁 0983171950-0 換由線圈槽B感應該第一轉子31及第二轉子Μ之磁極的磁 H佈而產生反電動勢’進而決^線圈槽A, C之電流 方向如第5B圖所示’而在線圈槽A面對第—轉子31之一 [J產生S極，面對第二轉子32之—側產生n極；線圈槽c面 轉子31之側則產生N極，面對第二轉子3 2之一側 則產生s極。該激磁後之二線圈槽A，G可與該第—轉子” ”第一轉子32再產生磁效應而驅動運轉。同理，再下一 步驟則由線_A感應該第—轉子31及第二轉子32之磁極 的磁力線分佈’而產生反電動勢，進而決定線圈槽B，C之 電流方向，驅動該第一轉子31與該第二轉子運轉，於此 不再資述。 [0017] 為了確保該第-轉子31與第薩常朝相反方向 對轉，該第一轉子31與該第二轉子32不但具有不同數目 之磁極數目，且該定子組22之線圈槽數與第一轉子31之 磁極數比為3 : 4，而定子組之線罔槽數與第二轉子之磁

• I 極數比為3 : 2。此外，由於該第一轉子與第二轉子之磁 極數目具有特定比例（2:n ，且定子組22無須有矽鋼片 或鐵心之設計，故該第一轉子31的磁極與第二轉子32的 磁極不會彼此吸引，亦不會與定子組22相吸，可消除馬 達運轉所產生的頓力。由此可知，該馬達除了如本實施 例之第一轉子31之磁極數為8、第二轉子32之磁極為4與 定子組22之線圈槽數為6外，第一轉子31之磁極數亦可為 12、第二轉子32之磁極為6以及定子組22之線圈槽數為9 ’如第6圖所示；或者第一轉子31之磁極數為16、第二轉 子32之磁極數為8以及定子組22之線圈槽數為12，如第7 095100203 表單編號A0101 第8頁/共20頁 0983171950-0 1338434 圖所示。 [0018] 再者，若該第一轉子31或第二轉子32因任何因素不動， 並不會影響另一轉子之轉動，其係由於本發明之三相對 轉式馬達並不須利用霍爾元件來感應轉子之磁極，而係 利用該三相線圈組221，222之一線圈槽來感應第一轉子 31或第二轉子32之磁極，故當其中之一轉子不動時，線 圈槽仍能感應另一轉子之磁極，而繼續驅動其運轉。此 外，該第一轉子31與第二轉子32之轉速可藉由磁極強度 的大小以及與該定子組之氣隙大小來控制。 [0019] 以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，上述實施例僅 ·· γ. ：:v ‘ 係用來說明而非用以限定本#明之申.請專利範圍，本發 .· I · · ..... · 明之範疇係由以下之申請專杯被:圍谢界定。凡依本發明 申請專利範圍所作之均等變化與修飾，皆應屬本發明之 涵蓋範圍。 【圖式簡單說明】 [0020] 第1圖為習知單相對轉式馬違之運作示意圖。 [0021] 第2圖為本發明風扇之一較佺實龜确的縱剖面圖。 [0022] 第3圖為本發明風扇之另一較佳實施例的縱剖面圖。 [0023] 第4A圖為本發明之三相對轉式馬達之運作示意圖。 [0024] 第4B圖為第4A圖之三相線圈槽示意圖。 [0025] 第5A圖為本發明之三相對轉式馬達之運作之另一示意圖 0983171950-0 [0026] 第5B圖為第5A圖之三相線圈槽示意圖。 095100203 表單編號A0101 第9頁/共20頁 1338434 [0027] [0028] [0029] 第6圖為本發明之三相對轉式馬達之另一實施例示意圖。 第7圖為本發明之三相對轉式馬達之第三實施例示意圖。 【主要元件符號說明】 11 ·’上層轉子 1 3 :中層定子組 21 :外框 2110 :通孔 212 :連接件 221、222 ··三相線圈組 23’ ：第二葉輪 232、232’ ：葉片 234、234’ ：鐵片 25 :控制元件 32 :第二轉子 HI、H2、H3 :霍爾元件 12 :下層轉子 2 :風扇 211 :基座 2111 :中空部 22 :定子組 23 :第一葉輪 231、231’ ：輪轂 !33 :磁環 、·ϋ4卜舶^: 31 :第一轉子 A、Β、C :線圈槽 095100203 表單編號A0101 第10頁/共20頁 0983171950-0

Claims (1)

1. | 一…》一^—.丨丨____ _ β修@正本 ------r !> nil I . ι,ι | ，係位於該定子組之一 ，係位於該定子組之另 、申請專利範圍： .—種馬達，包括： 一定子組； 一第一轉子’具有複數個第一磁極 側；以及 一第二轉子，具有複數個第二磁極 一側’且與該第一轉子面對設置； 其中該第一轉子之該磁極數目係不同於該第二轉子之磁極 數目，且該第一轉子之彼此相鄰磁極以及該第二轉子之彼 此相鄰磁極係分別具有相反之極性。 •如申請專利範圍第1項所述之馬達:，其中該定子組包括至 少一三相線圈組，對應於該土一坤手★該第二轉子。 .如申請專利範圍第2項所述之馬達，其中該三相線圈組包 括三個線圈槽。 •如申請專利範圍第3項所述之馬達，其中該三個線圈槽之 —端係彼此電性連結。 .如申4專職圍第3項所述之馬達，.其―該等線圈槽的數 目與該第一轉子之該第—磁極數目土為3 : 4。 .如申請專利範圍第3或5項所述之馬達，其t該等線圈槽的 數目與該第二轉子之該第二磁極數目比為3 : 2。 .如申請專利範圍第4項所述之馬達，其中該三個線圈槽係 可用來激磁與感測該第-轉子與該第二轉子之磁力線分佈 〇 .如申請專利範圍第i項所述之馬達，其中該第一轉子之該 第—磁極的數目與該第二轉子之該第二磁極的數目比為2 表單編號A0101 第丨丨頁/共20頁 0983171950-0 10 如申請專利範圍第1項所述 y ^ 之馬達，其中該第一轉子包括 :片與-磁環，該磁環形成該複數個第一磁極。 如申請專利範圍第1項所 ρ ώ} u 之馬達，其中該第二轉子包括 ，哀’該磁環形成該複數個第二磁極。 專利範圍幻項所述之馬達，其中該第-轉子與該 2 ’·且之間隙以及4第二轉子與該定子組之間隙係相 ::申請專利範圍第1項所述之馬達，其中該[轉子與該 &子ή間m該第二轉子與該定子組之間隙係不相同 〇 如申請專利範圍第㈣所述，，第—轉子之該 磁極的磁性大小係與該第二羅▲性大小 Λ 'Ύ Ί.'， . 如申請專職項所述之馬達，其巾該[轉子之該 磁極的磁性大小係與該第二轉子之該磁_魏大小不相 同。 如申請專利範圍第1項所述之馬達，其中該第一轉子與該 第一轉子係獨立運作。 如申請專利範圍第1項所述之馬達，其中該第—轉子與該 第二轉子係朝相反方向對轉。 1 7 . —種風扇，包括 一基座： 定子組，係由複數個線圈槽所組成，設置於該基座 中； 095100203 12 13 14 15 16 一葉輪’分別設置該基座之兩側’並且分別對應今定 子組之該複數個圈槽，其中每一葉輪分別具有不同磁極數 表單編號Α0101 第12頁/共20頁 0983171950-0 13384.34 目之一磁環，該些磁環軸向分設於該複數個線圈槽兩側； 以及 一軸心，穿設於該基座與該二葉輪，用以承接該二葉 輪。 18 .如申請專利範圍第17項所述之風扇，其中該基座係固定於 一外框内。 其中該基座係藉由複 19 .如申請專利範圍第18項所述之風扇 數個連接件與該外框連結。 其中該等連接件係為 20 .如申請專利範圍第19項所述之風扇 肋條或靜葉。 21 .如申請專利範圍第19項所述之風扇，更包括一控制元件係 設置於該基座上或外框上。 22 .如申請專利範圍第21項所述之風扇，其中該控制元件為一 印刷電路板。 23 .如申請專利範圍第17項所述之風扇，其中該基座之中心處 具有一通孔，供該軸心穿設固定。 24 .如申請專利範圍第17項所述之風扇，其中該基座具有複數 個中空部分別貫穿該基座而突出於該基座之相反兩側，以 供該定子組容置其中。 25 .如申請專利範圍第17項所述之風扇，其中該軸心係藉由複 數個轴承來承接。 26 .如申請專利範圍第17項所述之風扇，其中該二葉輪分別包 括： 一輪轂； 複數個葉片，環設該輪轂周圍； 一鐵片，係貼附於該輪轂之内表面；以及 095100203 表單編號 A0101 第丨3 頁/共 20 頁 0983171950-0 27 28 . 29 . 30 . 31 . 32 . 33 . 34 . 35 . 36 . 37 該磁環，係貼附於該鐵片。 如申請專利範圍第26.項所述之風扇，其中該二葉輪之磁極 數目比為2 : 1。 如申請專利範圍第26項所狀風扇，其巾料磁環之彼此 相鄰磁極係分別具有相反之極性。 如申請專利範圍㈣項所述之風扇，其中料線圈槽的數 目與該二葉輪之一的磁極數目比為3 : 4。 如申請專利範圍第26或27項所述之風扇，其中該等線圈 槽的數目與該二葉輪之一的磁極數目比為3 : 2，且該等線 圈槽的數目係介於該二葉輪之磁極數目之間。 如申請專利Μ㈣賴权_，„等線圈槽係可 用來激磁與感測該二葉輪之磁力線分佈I 如申請專利範圍第26項所述之風扇，其+該二葉輪與該定 子組之間隙係相同或不相同。 如申請專利範圍第26項所述之風扇，其中該二葉輪之磁極 的磁性大小係相同或不相同。 如申請專利範圍第17項所述之風扇，其中該複數個線圈槽 係可組成至少一三相線圈組。 如申請專利範圍第34項所述之風扇，其中該至少一三相線 圈組之該等線圈槽之一端係彼此電性連結。 如申請專利範圍第17項所述之風扇，其中該第一葉輪與該 第二葉輪係獨立對轉運作。 如申請專利範圍第17項所述之馬達，其中該第一葉輪與該 第二葉輪係朝相反方向對轉。 095100203 表單編號Α0101 第14頁/共20頁 0983171950-0