TWI424663B - A motor with heat pipe - Google Patents

Description

具有熱管的馬達

本發明是有關於一種馬達，特別是指一種具備散熱結構的具有熱管的馬達。

中華民國專利證書號第M331251號、第M322677號、第M300395號、第I250718號所揭露的馬達技術，會藉由馬達轉動一扇葉的方式來加速空氣對流，進而提高馬達的散熱效果。

然而進行散熱時，由於氣流的流動路徑往往會通過馬達內部，所以當馬達使用一段時間後，整個流動路徑會有空氣中的灰塵累積，當灰塵不斷累積到轉子內部時，就會影響馬達運轉，並讓空氣流量減少，散熱效果降低，因此每隔一段時間需要清理灰塵，否則馬達容易壽命降低、積熱損壞，造成維護保養方面的困擾。

此外，美國專利第4406959號所揭露的馬達技術，是藉由一熱管來增加散熱效果，然而該熱管是成型於心軸內部，所以該心軸內部必須挖空以容納工作流體，以致於會造成該心軸的結構強度降低的缺點，為了避免該心軸折損，該馬達所能提供的扭力也會相對降低，另外，由於該心軸是穿設於馬達矽鋼片的中心，使得矽鋼片延徑向離該心軸較遠處所產生的熱能必須經過較長的熱傳路徑傳導至該心軸進行散熱，因此無法將矽鋼片所產生的熱能即時進行散熱而導致散熱效果不佳，且現今馬達趨勢是朝體積小及高功率的方向設計，若矽鋼片產生的熱能無法順利地釋出，則會造成矽鋼片熱能蓄積而導致矽鋼片消磁的情形發生。

因此，本發明的目的在於提供一種能提升散熱效果並具備較高結構強度的具有熱管的馬達。

於是，本發明具有熱管的馬達包含一轉子單元、一殼體單元、一繞組，及一葉輪。

該轉子單元包括一沿一軸線延伸的心軸、一套設於該心軸的導熱塊、多個沿該軸線延伸的熱管，及一圍繞於該心軸且套設於該導熱塊的磁環，該心軸具有一套設該導熱塊的中間段、一接續該中間段沿該軸線延伸的第一軸承段，及一相反於該第一軸承段且外徑大於該中間段的第二軸承段，每一熱管具有一延伸入該導熱塊內部的吸熱段，及一穿出該第二軸承段的冷卻段。

該殼體單元包括一可供該心軸轉動地安裝並包覆該磁環的殼體。

該繞組包括一設置於該殼體內周面且圍繞該磁環的鐵心、多數從該鐵心朝向該磁環延伸的凸齒，及多數分別捲繞於該等凸齒的線圈。

該葉輪沿該軸線連結於該心軸的第二軸承段，並包覆每一熱管的冷卻段。

本發明的有益效果在於：透過該導熱塊、該等熱管，及該葉輪的配置結構，該具有熱管的馬達的整體散熱效果就能獲得提升，且由於不需要破壞該心軸內部的主要結構，所以具備較高結構強度的優點，此外，由於該等熱管延伸於該導熱塊內，因此，可縮短該導熱塊產生的熱能傳導至該等熱管的熱傳路徑進而增加散熱效果。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之數個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

在本發明被詳細描述前，要注意的是，以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

如圖1、2、3所示，本發明具有熱管的馬達200的第一較佳實施例是一永磁式無刷馬達，該馬達200包含一轉子單元20、一殼體單元30、一繞組40、一葉輪50，及一風罩60。

該轉子單元20包括一沿一軸線X延伸的心軸21、一套設於該心軸21的導熱塊22、多個沿該軸線X延伸的熱管23，及一圍繞於該心軸21且套設於該導熱塊22的磁環24。

該心軸21具有一套設該導熱塊22的中間段211、一接續該中間段211沿該軸線X延伸的第一軸承段212，及一相反於該第一軸承段212且徑向厚度大於該中間段211的第二軸承段213。

該導熱塊22採用導磁性材料，在本實施例中採用矽鋼片組成。

每一熱管23具有一延伸入該導熱塊22內部的吸熱段231，及一穿出該第二軸承段213的冷卻段232。

該磁環24具有二分別沿該軸線X固定於該導熱塊22之兩相反側的固定板241，及多個圍繞該軸線X排列且插設於該導熱塊22的磁鐵242，該等磁鐵242介於該等固定板241之間。

該殼體單元30包括一可供該心軸21轉動地安裝並包覆該磁環24的殼體31，及多數熱交換流道32。

該殼體31具有一圍繞該磁環24的環壁311、一樞接於該第一軸承段212且連接於該環壁24一端的第一殼蓋312、一樞接於該第二軸承段213且連接於該環壁24另一端的第二殼蓋313，及多數間隔設置於該環壁311外周面且沿該軸線X方向延伸的鰭片314。

每一熱交換流道32是由相鄰的二鰭片314與該環壁24外周面所共同界定。

該繞組40包括一設置於該殼體31內周面且圍繞該磁環24的鐵心41、多數從該鐵心41朝向該磁環24延伸的凸齒42、多數分別捲繞於該等凸齒42的線圈43，及多數導熱膠44。

該等導熱膠44分佈於該等線圈43表面並填滿該等線圈43延伸到該殼體單元30之間的氣隙，該等導熱膠44採用樹脂混和導熱材料，該導熱材料是選自於碳化矽、鋁、氮化硼、氮化鋁及其組合。

該第一殼蓋312具有一對應於該心軸21的第一軸承孔3121，及多數對應於該等線圈43位置的穿線孔3122。

該第二殼蓋313具有一對應於該心軸21與該第一軸承孔3121的第二軸承孔3131，該等線圈43的末端穿出對應的該等穿線孔3122。

該葉輪50沿該軸線X連結於該心軸21的第二軸承段213，並包覆每一熱管23的冷卻段232。

該風罩60沿該軸線X連接於該殼體31且包覆該葉輪50，該風罩60包括多數相反於該等熱交換流道32的入風孔61，及一容納該葉輪50且連通該等熱交換流道32與該等入風孔61的風室62。

由於該等熱管23的吸熱段是穿入該導熱塊22內部，因此，當該導熱塊22因運轉而產生熱能時，就能即時地將該導熱塊22的熱能吸收並經由該等冷卻段232傳導至該葉輪50進行冷卻，相較於習知美國專利第4406959號的心軸穿設在矽鋼片中心的配置情形，本發明可有效縮短該導熱塊22熱傳到該等熱管23的熱傳導路徑，進而提升散熱效果，另外，本發明不需要像習知美國專利第4406959號挖空該心軸21內部，因此具備較高結構強度而可傳遞較高扭力的優點。

值得說明的是，當該導熱塊22所產生的熱能較高時，可藉增加該等熱管23的數目來進行散熱，以避免該導熱塊22因溫度過高而產生消磁的現象。

如圖4、5所示，以下將進一步說明本發明具有熱管的馬達200的第二較佳實施例，該第二較佳實施例與上述第一較佳實施例大致相同，其不同處在於該殼體單元30還包括二設置於該殼體31中且圍繞該軸線X的外套環33。

該等外套環33是金屬材料製成，並分別從該心軸21兩端沿軸向套接於該繞組40的一側及另一側，每個外套環33具有一圍繞該等線圈43外側且凹向該殼體31內周面的流道面331，該殼體單元30包括二熱交換流道32，在本實施例中每一熱交換流道32是呈C形結構，每一熱交換流道32是由該流道面331與該殼體31內周面所共同界定。

該殼體31還具有四個分別連接該等熱交換流道32兩端的通孔315，該等通孔315是穿設於該環壁311。

該等通孔315可依序透過一入水管91、一連通管92，及一出水管93相連，使用時該入水管91會通入一冷卻水，該冷卻水會沿著該熱交換流道32的一端流到另一端，接著通過該連通管92導入另一個熱交換流道32中，並由一端流到另一端，最後從該出水管93流出，藉以將該繞組40所產生的熱能經由水冷卻的方式進行散熱，而該等熱管22所產生的熱能在傳導至該葉輪50後，經由該葉輪50所產生的氣流經由該殼體31外周面上的多數凹陷部316排出，如此，本第二較佳實施例除了可達到上述第一較佳實施例相同的功效外，藉由水冷方式對該繞組40進行冷卻並搭配該等熱管23對該導熱塊22進行散熱，可進一步提昇該馬達200的散熱效果。

惟以上所述者，僅為本發明之數個較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

200．．．具有熱管的馬達

20．．．轉子單元

21．．．心軸

211．．．中間段

212．．．第一軸承段

213．．．第二軸承段

22．．．導熱塊

23．．．熱管

231．．．吸熱段

232．．．冷卻段

24．．．磁環

241．．．固定板

242．．．磁鐵

30．．．殼體單元

31．．．殼體

311．．．環壁

312．．．第一殼蓋

3121．．．第一軸承孔

3122．．．穿線孔

313．．．第二殼蓋

3131．．．第二軸承孔

314．．．鳍片

315．．．通孔

316．．．凹陷部

32．．．熱交換流道

33．．．外套環

331．．．流道面

40．．．繞組

41．．．鐵心

42．．．凸齒

43．．．線圈

44．．．導熱膠

50．．．葉輪

60．．．風罩

61．．．入風孔

62．．．風室

91．．．入水管

92．．．連通管

93．．．出水管

X．．．軸線

圖1是一立體分解圖，說明本發明具有熱管的馬達的第一較佳實施例；

圖2是一立體分解圖，說明該第一較佳實施例中，一轉子單元的結構；

圖3是一剖視圖，說明該第一較佳實施例中，該轉子單元、一殼體單元、一繞組、一葉輪，及一風罩的配置結構；

圖4是一立體分解圖，說明本發明具有熱管的馬達的第二較佳實施例；及

圖5是一剖視圖，說明該第二較佳實施例中，二外套環與一殼體的配置結構。

200．．．具有熱管的馬達

20．．．轉子單元

21．．．心軸

212．．．第一軸承段

213．．．第二軸承段

22．．．導熱塊

23．．．熱管

232．．．冷卻段

24．．．磁環

241．．．固定板

30．．．殼體單元

31．．．殼體

311．．．環壁

312．．．第一殼蓋

3121．．．第一軸承孔

3122．．．穿線孔

313．．．第二殼蓋

3131．．．第二軸承孔

314．．．鰭片

32．．．熱交換流道

40．．．繞組

41．．．鐵心

42．．．凸齒

43．．．線圈

44．．．導熱膠

50．．．葉輪

60．．．風罩

61．．．入風孔

X．．．軸線

Claims (9)

1. 一種具有熱管的馬達，包含：一轉子單元，包括一沿一軸線延伸的心軸、一套設於該心軸的導熱塊、多個沿該軸線延伸的熱管，及一圍繞於該心軸且套設於該導熱塊的磁環，該心軸具有一套設該導熱塊的中間段、一接續該中間段沿該軸線延伸的第一軸承段，及一相反於該第一軸承段且外徑大於該中間段的第二軸承段，每一熱管具有一延伸入該導熱塊內部的吸熱段，及一穿出該第二軸承段的冷卻段；一殼體單元，包括一可供該心軸轉動地安裝並包覆該磁環的殼體；一繞組，包括一設置於該殼體內周面且圍繞該磁環的鐵心、多數從該鐵心朝向該磁環延伸的凸齒，及多數分別捲繞於該等凸齒的線圈；及一葉輪，沿該軸線連結於該心軸的第二軸承段，並包覆每一熱管的冷卻段。
2. 根據申請專利範圍第1項所述具有熱管的馬達，其中，該殼體單元還包括至少一圍繞該繞組的熱交換流道。
3. 根據申請專利範圍第2項所述具有熱管的馬達，其中，該殼體單元包括多數熱交換流道，該殼體具有一圍繞該磁環的環壁、一樞接於該第一軸承段且連接於該環壁一端的第一殼蓋、一樞接於該第二軸承段且連接於該環壁另一端的第二殼蓋，及多數間隔設置於該環壁外周面且沿該軸線方向延伸的鰭片，每一熱交換流道是由相鄰的二鰭片與該環壁外周面所共同界定，該第一殼蓋具有一對應於該心軸的第一軸承孔，及多數對應於該等線圈位置的穿線孔，該第二殼蓋具有一對應於該心軸與該第一軸承孔的第二軸承孔，該等線圈的末端穿出對應的該等穿線孔，該內部具有導熱膠的馬達還包含一風罩，該風罩沿該軸線連接於該殼體且包覆該葉輪，該風罩包括多數相反於該等熱交換流道的入風孔，及一容納該葉輪且連通該等熱交換流道與該等入風孔的風室。
4. 根據申請專利範圍第2項所述具有熱管的馬達，其中，該殼體單元還包括二設置於該殼體中且圍繞該軸線的外套環，該等外套環是金屬材料製成，並分別從該心軸兩端沿軸向套接於該繞組的一側及另一側，每個外套環具有一圍繞該等線圈外側且凹向該殼體內周面的流道面，該殼體單元包括二熱交換流道，每一熱交換流道是由該流道面與該殼體內周面所共同界定，該殼體包括四個分別連接該等熱交換流道兩端的通孔。
5. 根據申請專利範圍第4項所述具有熱管的馬達，其中，每一熱交換流道是呈C形結構。
6. 根據申請專利範圍第4項所述具有熱管的馬達，其中，該殼體還具有一圍繞該磁環且供該繞組的鐵心設置的環壁、一連接於該環壁一端的第一殼蓋，及一連接於該環壁另一端的第二殼蓋，該等通孔是穿設於該環壁，該第一殼蓋具有一對應於該心軸的第一軸承孔，及多數對應於該等線圈位置的穿線孔，該等線圈的末端穿出對應的該等穿線孔，該第二殼蓋具有一對應於該心軸與該第一軸承孔的第二軸承孔，每一熱交換流道是由該流道面與該環壁內周面所共同界定。
7. 根據申請專利範圍第1項所述具有熱管的馬達，其中，該轉子單元的導熱塊採用導磁性材料，該磁環具有二分別沿該軸線固定於該導熱塊之兩相反側的固定板，及多個圍繞該軸線排列且插設於該導熱塊的磁鐵，該等磁鐵介於該等固定板之間。
8. 根據申請專利範圍第1項所述具有熱管的馬達，其中，該繞組還包括多數導熱膠，該等導熱膠分佈於該等線圈表面並填滿該等線圈延伸到該殼體單元之間的氣隙。
9. 根據申請專利範圍第8項所述具有熱管的馬達，其中，該繞組的該等導熱膠採用樹脂混和導熱材料，該導熱材料是選自於碳化矽、鋁、氮化硼、氮化鋁及其組合。