TWI426681B - 風扇及其馬達 - Google Patents

Description

風扇及其馬達

本案係關於一種馬達，尤指一種適用於無刷風扇且可輔助霍爾元件感應磁性之風扇及其馬達。

隨著電子產品的蓬勃發展，業界對於散熱用的無刷風扇的要求也隨之提升，無論是在風壓、風量或是整體效率的表現上，甚至於是在對馬達噪音的要求上均趨嚴苛。傳統的無刷風扇為了降低馬達運轉的噪音，通常會對轉子結構的磁石進行削邊作業，藉此以降低馬達頓矩，並減少馬達運轉所產生的噪音。

習知無刷風扇所使用的馬達之轉子結構如中華民國公告第M358465號「直流無刷馬達之轉子結構」新型專利，其係如第1圖所示，該無刷馬達之轉子結構1包括矽鋼片10、軸心11、複數個N極磁鐵12及複數個S極磁鐵13。其中複數個N極磁鐵12及複數個S極磁鐵13係彼此交錯環設於矽鋼片10的外側，且在每一相鄰的N極磁鐵12及S極磁鐵13之間存在有一預定間隔d。當習知無刷馬達啟動後，整個固裝的結構體受到馬達轉動的振動後，會產生相對的共振，然而藉由N極磁鐵12及S極磁鐵13之間存在的預定間隔d，可降低馬達頓矩，使得無刷馬達運轉較具效率及平順，在運轉時可降低其共振情形，進而能降低噪音。

然而，在習知無刷馬達的轉子結構1中，由於N極磁鐵12及S極磁鐵13之間存在有預定間隔d，使得其在與電路板上的霍爾元件(未圖示)進行磁感應時，容易因該預定間隔d之阻隔，而導致霍爾元件在感應N極磁鐵12及S極磁鐵13時產生間斷，進而易產生誤判而產生感應不良的情形，並影響馬達的整體效能。

此外，尚有一些習知馬達會增設一輔助感應磁環，來避免如前述因磁石削邊所造成的感應不良的現象，然而此種設計方式則會額外增加成本，更可能因軸心與輔助感應磁環之間的尺寸允差、或是對應不精準等情況，造成配向問題，以及，在增設輔助感應磁環時也需額外再進行一次充磁程序，因此增設輔助感應磁環不僅增加生產成本，更增添製程上的複雜度。

因此，如何發展一種可改善上述習知技術缺失，可有效降低馬達噪音、簡化製程，同時更可有效輔助霍爾元件感應磁性、降低生產成本之馬達結構，實為目前迫切需要解決之問題。

本案之一目的在於提供一種馬達，俾解決習用無刷馬達之馬達頓矩及噪音的問題，並改善霍爾元件在進行磁性感應時產生的感應不良。

本案之又一目的在於提供一種適用於風扇之馬達，俾解決習用無刷馬達之馬達頓矩及噪音的問題，並改善因增設輔助感應磁環導致生產成本較高、製程較為繁複、且需進行二次充磁等缺失。

為達上述目的，本案之一較廣義實施態樣為提供一種風扇，其係包括：基座；定子，套設於基座上；轉子，具有葉輪、轉軸及磁 石組，轉軸係朝向定子中心延伸，磁石組係由複數個磁石所組成，葉輪係覆蓋於磁石組及定子之上；以及電路板，設置於定子及基座之間，且具有霍爾元件；其中，轉子係套設於定子之上，且兩相鄰磁石之間係具有第一間隙及第二間隙，第一間隙係鄰近於霍爾元件，並相對於第二間隙，以及，第一間隙之距離係實質上小於第二間隙，俾輔助霍爾元件與磁石組磁性感應時訊號連續及穩定。

根據本案之構想，其中磁石組之複數個磁石係為具弧度之方形結構，且在每一相鄰之該磁石之間之第一間隙處更具有複數個輔助磁石，俾使第一間隙之空隙距離係實質上小於第二間隙之距離。

根據本案之構想，其中磁石組進行充磁程序後，係將每一相鄰之磁石對應充磁為N極磁石及S極磁石，且設置於N極磁石及S極磁石之間之輔助磁石則對應充磁為N/S極磁石及/或S/N極磁石。

根據本案之構想，其中第一間隙之距離係趨近於零。

根據本案之構想，其中複數個磁石係具有第一側邊及第二側邊，其中第一側邊係相對於第二側邊，且第一側邊係鄰近且平行於電路板，其中第一間隙係為兩相鄰磁石之第一側邊之間之距離。

根據本案之構想，其中複數個磁石係為具弧形之梯形結構，且第一側邊係實質上大於第二側邊，即兩相鄰磁石之間之第一間隙之距離係實質上小於第二間隙。

根據本案之構想，其中複數個磁石之第一側邊係具有第一延伸部，則兩相鄰磁石之間之第一間隙之距離係實質上小於第二間隙。

根據本案之構想，其中複數個磁石之第一側邊兩側係分別具有第一延伸部及第二延伸部，則兩相鄰磁石之間之第一間隙之距離係實質上小於第二間隙，且第一間隙係趨近於零。

為達上述目的，本案之另一較廣義實施態樣為提供一種風扇，其係包括：基座；定子，套設於基座上；轉子，具有葉輪、轉軸及磁石組，轉軸係朝向定子中心延伸，磁石組係由複數個磁石所組成，葉輪係覆蓋於磁石組及定子之上；以及電路板，設置於定子及基座之間，且具有霍爾元件；其中，轉子係套設於定子之上，且兩相鄰磁石之間係具有第一間隙及第二間隙，第一間隙係鄰近於霍爾元件，並相對於第二間隙，以及，第一間隙之距離係實質上小於第二間隙，俾輔助霍爾元件與磁石組磁性感應時訊號連續及穩定。

1‧‧‧轉子結構

10、241‧‧‧矽鋼片

11‧‧‧軸心

12‧‧‧N極磁鐵

13‧‧‧S極磁鐵

d‧‧‧預定間隔

2‧‧‧風扇

20‧‧‧轉子

21‧‧‧葉輪

211a‧‧‧容置槽

211b‧‧‧凹槽

212‧‧‧軸孔

213‧‧‧扇葉

23‧‧‧轉軸

22、32、42、52、62‧‧‧磁石組

220、221、320、321、420、421、520、521、620、621‧‧‧磁石

220a、221a、320a、321a、420a、421a、520a、521a、620a、621a‧‧‧第一側邊

220b、221b、320b、321b、420b、421b、520b、521b、620b、621b‧‧‧第二側邊

222‧‧‧輔助磁石

24‧‧‧定子

242‧‧‧卡扣部

25‧‧‧電路板

251‧‧‧霍爾元件

252‧‧‧扣孔

26‧‧‧基座

27‧‧‧繞線

320c、321c‧‧‧第三側邊

420c、421c、620c、621c‧‧‧第一延伸部

620d、621d‧‧‧第二延伸部

d1、d5、d6、d7、d8‧‧‧第一間隙

d2‧‧‧第二間隙

d3、d4‧‧‧空隙距離

第1圖係為習用無刷風扇所使用的馬達結構之轉子結構示意圖。

第2A圖係為本案第一較佳實施例之風扇之分解結構示意圖。

第2B圖係為第2A圖所示之風扇之組裝結構示意圖。

第3A圖係為本案第一較佳實施例之風扇之磁石組之結構示意圖。

第3B圖係為第3A圖所示之磁石組之上視結構示意圖。

第4圖係為本案第一較佳實施例之風扇之轉子之組裝結構示意圖。

第5A圖係為本案另一較佳實施例之磁石組之結構示意圖。

第5B圖係為本案又一較佳實施例之磁石組之結構示意圖。

第5C圖係為本案另一較佳實施例之磁石組之結構示意圖。

第5D圖係為本案另一較佳實施例之磁石組之結構示意圖。

本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖示在本質上係當作說明之用，而非用以限制本案。

請參閱第2A圖，其係為本案第一較佳實施例之風扇之分解結構示意圖。如圖所示，風扇2主要由轉子20、定子24、電路板25及基座26所組成，其中轉子20包括葉輪21、磁石組22以及轉軸23。轉軸23係朝向定子24的中心而延伸，磁石組22係由複數個磁石220、221所組成且設置於葉輪21之內周緣。葉輪21的中心處具有一軸孔212，用以與轉軸23套接，且在葉輪21的周緣環設了複數個扇葉213。定子24具有複數個矽鋼片241環設於轉軸23。電路板25係設置於定子24與基座26之間，霍爾元件251設置於電路板25上。續參閱第2A圖及第2B圖，當風扇2進行組裝時，係將磁石組22對應設置於葉輪21之內周緣，再將轉軸23穿設於軸孔212中。並將定子24之卡扣部242對應扣設於電路板25的扣孔252，使得定子24得以與電路板25結合，以將定子24連結設置於電路板25並設置於基座26上。以及，電路板25及基座26彼此可為不同之部件或為一體成型之部件，並不以此為限。轉子20係套設於定子24上，即磁石組22之複數個磁石220、221對應環設於定子24之外側，最後再覆蓋上葉輪21，以形成如第2B圖所示之風扇。當風扇2完成組裝時，轉子20之葉輪21係完整覆蓋於定子24、電路板25之上，並與基座26相互組接。

請再參閱第2A圖，如圖所示，轉軸23係樞接於轉子20之葉輪21，並穿設定子24。磁石組22則設置於葉輪21之內側，其設置之方式可透過葉輪21設置複數個對應容置槽211a、凹槽211b(如第4圖所示)，進而與對應之磁石組22卡合設置，但其連結設置之方式並不以此為限。於本實施例中，定子24係設置於轉子20內部的容置空間內，且在定子24之複數個矽鋼片241上係繞設繞線27。以及，電路板25上之霍爾元件251係相對於磁石組22而設置，當風扇2啟動後，則霍爾元件251可對應感應磁石組22之磁極，輸出電壓差給電路板25上的控制電路(未圖示)，進而控制切換矽鋼片241之磁極，以與轉子20的磁石組22的磁極產生電磁耦合，並驅動風扇2之轉子20轉動。

請參閱第3A圖，其係為本案第一較佳實施例之風扇之磁石組之結構示意圖。如圖所示，磁石組22係由複數個磁石220、221所組成，以本實施例為例，磁石220、221係為具弧度之方形結構，但不以此為限，且磁石220、221係具有第一側邊220a、221a及第二側邊220b、221b，其中第一側邊220a、221a係相對於第二側邊220b、221b，且第一側邊220a、221a係鄰近且平行於電路板25。在兩相鄰磁石220、221的第一側邊220a、221a之間係具有第一間隙d1，且在第二側邊220b、221b之間則具有第二間隙d2，於本實施例中，在每一第一間隙d1中係對應設置輔助磁石222，輔助磁石222之材質係不限於與磁石220、221相同，其係可依實際施作情形而任施變化。如第3A圖所示，輔助磁石222之長度係實質上小於該第一間隙d1之距離，然而，當輔助磁石222設置於第一間隙d1中時，則兩相鄰磁石220、221之第一側邊220a、221a的空隙距離係 為磁石220與輔助磁石222之間的距離d3加上輔助磁石222與磁石221之間的距離d4，即第一間隙d1內的空隙距離d3及d4係實質上小於第二間隙d2之距離。如此一來，當磁石組20對應於電路板25上之霍爾元件251時，由於輔助磁石222填補了部分第一間隙d1之空間，使得霍爾元件251感應磁石組20時，係可感應到連續性及穩定的訊號，進而使得馬達結構2之運轉更為平穩、順暢。

請參閱第3B圖，其係為第3A圖所示之磁石組之上視結構示意圖，如圖所示，當磁石組22進行充磁程序時，係將磁石220充磁為N極磁石，並將相鄰之磁石221充磁為S極磁石，此時，設置於磁石220、221之間的輔助磁石222則被充磁為N/S極磁石，以此類推，設置於S極磁石及N極磁石之間的輔助磁石222則會被充磁為S/N極磁石。如此一來，磁石組22的N極、S極交界係位於輔助磁石222上，如此可使得磁石組22之磁力線更為平順、完整，不僅可減少風扇2之頓矩，同時亦可使其與霍爾元件251之間的磁性感應更穩定，此外，由於輔助磁石222係設置於磁石220、221之間，因此僅需一次的充磁程序即可完成磁石組22的充磁，更進一步的簡化風扇2的製程。

請參閱第4圖，其係為本案第一較佳實施例之風扇之轉子之組裝結構示意圖，如圖所示，當轉子20之磁石組22與葉輪21對應組裝時，係將複數個磁石220、221對應設置於葉輪21內側的容置槽211a中，並將輔助磁石222設置於兩相鄰容置槽211a之間的凹槽211b中，並將轉軸23設置於葉輪21中心的軸孔212處，藉此以完成轉子20之組裝結構。

請參閱第5A圖，其係為本案另一較佳實施例之磁石組之結構示意 圖，如圖所示，磁石組32係具有複數個磁石320、321環設而成，且於本實施例中，磁石320、321係為具弧度之梯形結構，且磁石320、321之第一側邊320a、321a之長度係實質上分別大於第二側邊320b、321b之長度，且磁石320、321之第三側邊320c、321c係實質上垂直於第一側邊320a、321a及第二側邊320b、321b，意即兩相鄰磁石320、321之間的第一間隙d5係實質上小於第二間隙d2，則當磁石組32與電路板25上的霍爾元件251對應感應時，由於第二間隙d2較小，則可感應到較連續、穩定的訊號。

請參閱第5B圖，其係分別為本案又一較佳實施例之磁石組之結構示意圖，以第5B圖所示之磁石組42為例，其係同樣具有複數個相鄰、且環繞設置的磁石420、421，惟於本實施例中，在磁石420、421的第一側邊420a、421a處分別具有第一延伸部420c、421c，如此一來，則第一側邊420a、421a的長度係實質上大於第二側邊420b、421b的長度，即介於磁石420之第一延伸部420c及磁石421之第一側邊421a之間的第一間隙d6的距離係實質上小於第二間隙d2。

在另一個實施例中，如第5C圖所示，磁石組52亦由複數個磁石520、521所組成，且磁石520、521係與前述實施例相仿，為具有弧度之梯形結構，即磁石520、521的第一側邊520a、521a的長度係實質上大於第二側邊520b、521b，惟於本實施例中，磁石520、521的第一側邊520a、521a係朝向兩側延伸，故使得磁石520、521之間的第一間隙d7距離極小，幾乎趨近於零。在本實施例中，由於第一間隙d7幾乎趨近於零，因此當磁石組52與電路板25上的霍爾元件251對應感應時，係可呈現更連續且穩定的訊號。

請再參閱第5D圖，其係為本案另一較佳實施例之磁石組之結構示意圖，如圖所示，磁石組62係由複數個環設的磁石620、621所組成，且磁石620、621同樣具有第一側邊620a、621a，及與第一側邊620a、621a對應之第二側邊620b、621b，惟於本實施例中，磁石620、621之第一側邊620a、621a的兩側係分別具有第一延伸部620c、621c以及第二延伸部620d、621d，且每一磁石620的第一延伸部620c係與相鄰的磁石621的第二延伸部621d相鄰近，意即設置於磁石620及磁石621之間的第一間隙d8之距離幾乎趨近於零。

由前述多種實施態樣可見，藉由每一磁石組22、32、42、52、62中複數個磁石220及221、320及321、420及421、520及521、620及621之間空隙距離較短的第一間隙d1、d5、d6、d7、d8，以使磁石組22、32、42、52、62在與電路板25之霍爾元件251感應時可獲得較為連續、穩定的訊號，進而增進風扇2的效能，此外，由於磁石組22、32、42、52、62的第二間隙d2仍是維持一定的距離，因此可使得其磁力線可趨向於正弦波，進而可有效降低風扇2頓矩，減少風扇2運作時產生的噪音。

綜上所述，本案適用於無刷風扇之風扇係具有基座、定子、轉子以及電路板，其中轉子具有葉輪、轉軸及磁石組，磁石組係由複數個磁石所組成，且兩相鄰的磁石之間具有相互對應的第一間隙及第二間隙，該第一間隙係臨近於電路板上的霍爾元件，且該第一間隙係實質上小於第二間隙，透過該較小的第一間隙輔助磁石組在與霍爾元件進行磁性感應時可獲得較連續且穩定的訊號，進而增進風扇的效能，且磁石組僅需經過一次充磁即可完成充磁程 序，俾具有可簡化製程、節省成本，且能同時降低風扇噪音以及增進風扇效能等優點。

本案得由熟知此技術之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。

<A1Ex><A1Ex>

2‧‧‧風扇

20‧‧‧轉子

21‧‧‧葉輪

22‧‧‧磁石組

212‧‧‧軸孔

213‧‧‧扇葉

220、221‧‧‧磁石

222‧‧‧輔助磁石

23‧‧‧轉軸

24‧‧‧定子

241‧‧‧矽鋼片

25‧‧‧電路板

242‧‧‧卡扣部

252‧‧‧扣孔

251‧‧‧霍爾元件

26‧‧‧基座

Claims (9)

1. 一種馬達，適用於一無刷風扇，其係包括：一基座；一定子，套設於該基座上；一轉子，套設於該定子之上，且具有一轉軸及一磁石組，該轉軸係朝向該定子中心延伸，該磁石組係由複數個磁石所組成；以及一電路板，設置於該定子及該基座之間，且具有一霍爾元件；其中，該複數個磁石分別具有一第一側邊及一第二側邊，該第一側邊係相對於該第二側邊，且該第一側邊係鄰近且平行於該電路板，以及兩相鄰磁石之該第一側邊之間係具有一第一間隙，且兩相鄰磁石之該第二側邊之間具有一第二間隙，該第一間隙係鄰近於該霍爾元件，並相對於該第二間隙，以及，該第一間隙之距離係實質上小於該第二間隙，俾輔助該霍爾元件與該磁石組磁性感應時訊號連續及穩定。
2. 如申請專利範圍第1項所述之馬達，其中該磁石組之該複數個磁石係為具弧度之方形結構，且在每一相鄰之該磁石之間之該第一間隙處更具有複數個輔助磁石，俾使該第一間隙之空隙距離係實質上小於該第二間隙之距離。
3. 如申請專利範圍第2項所述之馬達，其中該輔助磁石之長度係實質上小於該第一間隙之距離。
4. 如申請專利範圍第2項所述之馬達，其中相鄰兩磁石分別為N極磁 石及S極磁石，且設置於該N極磁石及該S極磁石之間之該輔助磁石為N/S極磁石。
5. 如申請專利範圍第1項所述之馬達，其中該第一間隙之距離係趨近於零。
6. 如申請專利範圍第6項所述之馬達，其中該複數個磁石係為具弧度之梯形結構，且該第一側邊係實質上大於該第二側邊，即該兩相鄰磁石之間之該第一間隙之距離係實質上小於該第二間隙。
7. 如申請專利範圍第6項所述之馬達，其中該磁石之該第一側邊係具有一第一延伸部，則該兩相鄰磁石之間之該第一間隙之距離係實質上小於該第二間隙。
8. 如申請專利範圍第8項所述之馬達，其中該磁石之該第一側邊兩側係分別具有該第一延伸部及一第二延伸部，則該兩相鄰磁石之間之該第一間隙之距離係實質上小於該第二間隙，且該第一間隙係趨近於零。
9. 一種風扇，其係包括：一基座；一定子，套設於該基座上；一轉子，套設於該定子之上，且具有一葉輪、一轉軸及一磁石組，該轉軸係朝向該定子中心延伸，該磁石組係由複數個磁石所組成，該葉輪係覆蓋於該磁石組及該定子之上；以及一電路板，設置於該定子及該基座之間，且具有一霍爾元件；其中，該複數個磁石分別具有一第一側邊及一第二側邊，該第一側邊係相對於該第二側邊，且該第一側邊係鄰近且平行於該電路板，以及兩相鄰磁石之該第一側邊之間係具有一第一間隙，且兩相鄰磁石之該第二側邊之間具有一第二間隙，該第一間隙係鄰 近於該霍爾元件，並相對於該第二間隙，以及，該第一間隙之距離係實質上小於該第二間隙，俾輔助該霍爾元件與該磁石組磁性感應時訊號連續及穩定。