TWI440285B - 風扇及其馬達 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種風扇及其馬達，特別關於一種配置磁性元件以磁性吸附轉軸，使轉軸穩定轉動的風扇及其馬達。
請參照圖1A所示，其係為一種習知風扇1A及其馬達10。其中，風扇1A包括一馬達10以及一葉輪40，馬達10連結並驅動葉輪40轉動，葉輪40具有一輪轂41及複數個扇葉42。馬達10具有一轉子組11、一定子組12及一外框13。轉子組11透過扣環14與定子組12進行連接，轉子組11的磁帶111與定子組12的線圈121的中心點為同一高度，亦即磁帶111的磁力中心A與線圈121的磁力中心B是位於相同的水平線上。因此，當轉子組11轉動後，在吸風進入及排風出去的同時，將會對轉子組11形成一向上的反制力，導致轉子組11出現往復之上、下震動，進而帶動轉子組11的轉軸112產生同步的上、下位移，而造成風扇1A在運轉中發出噪音並使得扣環14或其它元件產生磨損而加速劣化。
為了降低噪音並減低磨損，有業者提出一種風扇1B及其馬達。請參閱圖1B所示，風扇1B的磁帶111的磁力中心A設置較線圈121的磁力中心B微高，也就是說，磁帶111的中心點高於線圈121的中心點，而使得兩者的磁力中心形成高低的位差。因此，在轉子組
11轉動之後，線圈121環周的磁場在帶動轉子組11旋轉時，將會對磁帶111產生一吸力，並成為將轉子組11向下拉的牽制力，以減少轉子組11向上的懸浮力。
由於風扇的馬達可能運用於多種不同的轉速與環境之下，例如是高轉速或反裝，然而，當運用於反裝的狀況下時，風扇1B將無法透過錯位設置所產生的吸力吸附轉子組11，因而大大地限制了風扇1B的應用性。另外，由於轉子組11部分的運轉力變為懸浮力，因此使得風扇1B的轉速無法提升。
因此，如何提供一種風扇及其馬達，使其能夠降低噪音與振動，進而減低元件的磨損，並提高可應用性，已成為重要課題之一。
有鑑於上述課題，本發明之目的為提供一種能夠穩定運作，降低噪音及振動，進而減低元件的磨損，並提高可應用性的風扇及其馬達。
為達上述目的，依據本發明之一種馬達包括一底座、一軸套、一軸承結構、一定子結構、一轉子結構以及一磁性元件。底座具有一承載平台，軸套與底座連結；軸承結構設置於軸套內，定子結構套設於軸套外；轉子結構具有一轉軸，且轉軸穿設軸承結構。磁性元件對應轉軸而設置於承載平台，磁性元件磁性作用於轉軸。
在本發明之一實施例中，底座可全部由導磁性材料製成，導磁性材料例如但不限於為金屬或合金，故底座可為金屬底座，金屬例如為鐵。或者，為例如輕量化考量，可僅有底座的承載平台由導
磁性材料製成，底座的其餘部分則可由非導磁性材料製成，例如金屬、合金或剛性較高的塑膠。
在本發明之一實施例中，由於磁性元件所在的承載平台是由導磁性材料製成，因此磁性元件可吸附於承載平台。或者，磁性元件可藉由其他連結手段設置於承載平台，例如黏著、卡固、螺鎖等。
在本發明之一實施例中，軸套可例如採用不同於底座或承載平台材質的塑膠材質，藉由射包成型方式連結底座的承載平台，軸套射包該底座，使底座與軸套一體成型為單一構件，以提高不同材質間的連結強度。此外，底座可具有至少一破孔(穿透的孔)或盲孔(未穿透的孔)，軸套的材料(例如塑膠)包覆破孔或盲孔，藉此增加不同材料間的接觸面積，進一步提高連結強度。需注意者，本發明所稱破孔或盲孔非以圓形孔為限，任何規則或不規則的形狀的開口均可，同樣均能夠使軸套的材料包覆開口而與底座緊密連結。
在本發明之一實施例中，軸承結構可為含油軸承(sleeve bearing)，馬達更可包括一油封結構，油封結構設置於軸套內，並鄰近軸承結構的頂端，轉軸穿設油封結構的穿孔。油封結構用以防止馬達運轉時，含油軸承的潤滑油自軸套頂端開口噴出，避免漏油而影響轉軸運轉的自潤效能。
在本發明之一實施例中，磁性元件可為磁鐵或磁石，轉軸可為導磁性材料製成。
為達上述目的，依據本發明之一種風扇包括一葉輪以及一馬達，
馬達連結並驅動葉輪轉動。其中，馬達的構成及其變化態樣已詳述於上，於此不再贅述。
在本發明之一實施例中，葉輪可具有一輪轂(hub)及複數個扇葉(blades)。
在本發明之一實施例中，風扇可為軸流式風扇或離心式風扇。
承上所述，因依據本發明之一種風扇及其馬達，藉由配置磁性元件以磁性吸附使轉軸穩定轉動，提供馬達等速運轉時較低的噪音及振動，更能夠在馬達加速運轉時，避免噪音及振動過大，從而實現能夠降低噪音及振動，進而減低元件的磨損，並提高可應用性。
1A、1B、2、3、4、5‧‧‧風扇
10、20‧‧‧馬達
11‧‧‧轉子組
111、233‧‧‧磁帶
112、234‧‧‧轉軸
12‧‧‧定子組
121、221‧‧‧線圈
13‧‧‧外框
14‧‧‧扣環
21‧‧‧軸承結構
22‧‧‧定子結構
222‧‧‧磁極片
23‧‧‧轉子結構
232‧‧‧金屬殼
24‧‧‧磁性元件
26‧‧‧底座
260‧‧‧承載平台
261‧‧‧破孔
27‧‧‧軸套
28‧‧‧油封結構
281‧‧‧穿孔
29‧‧‧耐磨片
30、40‧‧‧葉輪
31、41‧‧‧輪轂
32、42‧‧‧扇葉
A、B‧‧‧磁力中心
O‧‧‧通孔
P‧‧‧電路板
S‧‧‧容置空間
W1、W2‧‧‧振動波形
圖1A為習知風扇及其馬達的示意圖；圖1B為另一種習知風扇及其馬達的示意圖；圖2為依據本發明較佳實施例之一種風扇及其馬達的示意圖；圖3A至圖5B為依據本發明較佳實施例之馬達於底座具有破孔的示意圖；圖6A及圖6B為依據本發明較佳實施例之風扇與習知風扇之振動值的量測比較圖；以及圖7至圖9為依據本發明之風扇及其馬達不同變化態樣的示意圖。
以下將參照相關圖式，說明依據本發明較佳實施例之一種風扇及其馬達，其中相同的元件將以相同的參照符號加以說明。
首先，請參照圖2，其為依據本發明較佳實施例之一種風扇2及其
馬達20。其中，風扇2包括一馬達20以及一葉輪30，馬達20連結並驅動葉輪30轉動，風扇可為軸流式風扇或離心式風扇，以下雖以軸流式風扇為例作說明，然並不以此為限。葉輪30具有一輪轂31及複數個扇葉32，詳而言之，馬達20連結輪轂31，當馬達20驅動輪轂31轉動時，複數個扇葉32帶動氣流，而構成風扇。由於馬達帶動葉輪運轉所構成的風扇，其整體構成與實施方式乃本領域具有通常知識者所公知，因此不再贅述。
馬達20包括一底座26、一軸套27、一軸承結構21、一定子結構22、一轉子結構23及一磁性元件24。軸套27與底座26連結，軸承結構21設置於軸套27內，定子結構22套設於軸套27外，轉子結構23具有一轉軸234，且轉軸234穿設軸承結構21，轉軸234為導磁性材料製成。由於馬達的整體構成與實施方式乃本領域具有通常知識者所公知，因此不再贅述。
當軸承結構21為含油軸承(sleeve bearing)時，馬達20更可包括一油封結構28，油封結構28設置於軸套27內，並鄰近軸承結構21的頂端，轉軸234穿設油封結構28的穿孔281。油封結構28可用以防止馬達20運轉時，軸承結構(含油軸承)21的潤滑油自軸套27頂端開口噴出，避免漏油而影響轉軸234運轉的自潤效能。
底座26具有一承載平台260，底座26可全部由導磁性材料製成，導磁性材料例如但不限於為金屬或合金，金屬例如為鐵，故底座26可為金屬底座。另外，為例如輕量化考量，可僅有底座26的承載平台260由導磁性材料製成，而底座26的其餘部分則可由非導磁性材料製成，例如金屬、合金或剛性較高的塑膠；亦即，在實際運用上，底座26可由單一金屬、合金或金屬與塑膠的組合所構
成，無論底座26的材質為何，只要其承載平台260為導磁性材料構成即可。此時，底座26部分由導磁性材料構成的承載平台260的範圍以對應例如軸套27的投影範圍為佳，然其非限制性。
磁性元件24對應轉軸234而設置於承載平台260及軸套27所形成的容置空間S，且磁性元件24設置於承載平台260，磁性元件24可為磁鐵或磁石，承載平台260提供磁性元件24設置於其上。由於磁性元件24所在的承載平台260是由導磁性材料製成，因此磁性元件24可吸附於承載平台260。或者，磁性元件24可藉由其他連結手段而設置於承載平台260，例如黏著、卡固、螺鎖等，發明對此並不限制；磁性元件24的尺寸及形狀則可依據實際馬達產品的設計與需求而選用，例如是圓柱狀或環柱狀，且磁性元件24的直徑可等於、略大於或大於轉軸234的直徑。另外，由於磁性元件24的尺寸是依據馬達20的設計與需求而定，且磁力與距離的平方成反比，磁性元件24與電路板P分隔設置，且磁性元件24設置於具導磁能力之承載平台260，使磁性元件24產生之磁性迴路不致影響電路板P上電子元件的運作。
磁性元件24、導磁性材料構成的承載平台260與導磁性材料製成的轉軸234形成磁性迴路，其磁性作用使轉軸234轉動時較為穩定平順地運作，降低噪音及振動，提供馬達等速運轉時較低的噪音及振動，更能夠在馬達加速運轉時，避免噪音及振動過大。此外，轉軸234底部與磁性元件24之間，可設有一耐磨片29，使轉軸234轉動較為穩定平順，能夠減低轉軸234的磨損。
軸套27可採用不同於底座26或承載平台260的材質，例如但不限於塑膠，而可藉由射包成型方式，使軸套27射包底座26，先將底
座26設置於模具內，再以射出成型方式射出塑料，故在射出成型軸套27的同時，將軸套27連結底座26的承載平台260，使底座26與軸套27一體成型為單一構件，以提高不同材質間的連結強度。如圖2所示，軸套27進行射出成型時，射出的塑料尚可包覆承載平台260的底部，以提高連結強度。於本實施例中，塑料可為冷卻固化型塑料、熱固化型塑料或光固化型塑料。
此外，如圖3A至圖5B所示，底座26可具有至少一破孔(穿透的孔)261，本實施例以複數個破孔261為例作說明，其非可用以限制本發明。該些破孔261可呈對稱或不對稱配置，該些破孔261彼此的形狀或尺寸亦可相同或不相同，而對應設置磁性元件24的承載平台鄰近中間處可不設破孔(圖3A、圖4A、圖5A)，亦可設有破孔(如圖3B、圖4B、圖5B)。射出成型時，構成軸套27的材料(例如塑膠)會包覆破孔261與鄰近破孔261周圍的底座26底部，藉此增加不同材料間的接觸面積，進一步提高連結強度。需注意者，以上雖以破孔為例，然而盲孔(未穿透的孔，圖未顯示)亦為可行者，射出成型時，構成軸套27的材料(例如塑膠)同樣會填入盲孔，同樣能夠達到提高連結強度的效用。
定子結構22套設於軸套27的外周緣，定子結構22包括線圈221及磁極片222。其中，線圈221纏繞於磁極片222。此外，磁極片222，例如是矽鋼片。轉子結構23具有一金屬殼232、一磁帶233及一轉軸234。其中，磁帶233是環設於金屬殼232的內側，並對應環繞線圈221及磁極片222構成的定子結構22。
藉由上述的組成結構，當馬達20啟動時，定子結構22的線圈221將以電力激磁，而磁力經由磁極片222而與轉子結構23的磁帶233
產生磁作用力，使得轉子結構23進行轉動。轉子結構23的轉軸234因為受到磁性元件24的磁性作用吸引，轉子結構23將可更為穩定的運轉，進而降低振動與噪音的產生，並減少元件的磨損。
另外，值得一提的是，由於磁性元件24是設置於底座26及軸套27所形成的容置空間S，因此磁性元件24將可直接透過軸套27進行水平方向的定位，並藉由與底座26的磁吸力進行垂直方向的定位，而不需額外設置其他的定位及固定元件，將可簡化馬達20的整體設計。
請參照圖6A及圖6B，其係為配置磁性元件24的風扇2與未配置磁性元件的風扇1A，二者在風扇啟動瞬間及定轉速下的振動值的量測比較圖。由圖6A可知，未配置磁性元件的風扇1A在啟動瞬間的振動波形W1與風扇2的振動波形W2相較，振動波形W1具有較大的波動，且振動波形W1的最大值遠大於振動波形W2的最大值。此外，在圖6B所示的定轉速運作下的量測比較圖可知，風扇1A所產生的振動亦大於風扇2的振動情況。因此，風扇2與習知風扇1A相較，風扇2無論是在暫態運轉或穩態運轉時的振動波形W2，皆優於風扇1A的振動波形W1。換句話說，風扇2確實能夠有效地降低振動及其所產生的噪音。
接著，請參照圖7至圖9，其係為本發明較佳實施例之風扇及其馬達不同變化態樣的示意圖。如圖7所示，風扇3與風扇2的差異在於：風扇3的承載平台260具有一破孔261。其中，風扇3是透過構成軸套27的材料(例如塑膠)包覆破孔261與鄰近破孔261周圍的底座26底部，藉此增加不同材料間的接觸面積，提高連結強度。因而，風扇3並無產生潤滑油外漏的疑慮。
如圖8所示，風扇4與風扇2的差異在於：底座26未設置破孔261，風扇4於射出成型軸套27時，構成軸套27的材料(例如塑膠)包覆底座26的底部時，留有至少一通孔O，在本發明中，此通孔O也可有可無。由於風扇4的承載平台260並不具有破孔，因此在不影響結構之穩定性及潤滑油外漏的前提之下，射出成型留有通孔O可節省塑料的用量以節省成本，並同時增加風扇4在製作時，夾具(圖未顯示)的夾持空間以便於製程進行。此外，射出成型軸套27時可依據實際的需求而設置複數個通孔O。
接著，請參照圖9，在本實施例中，風扇5與風扇2的差異在於：風扇5的承載平台260具有一破孔261，且射出成型軸套27時留有二個通孔O，再次強調，在本發明中，此通孔O也可有可無。其中，破孔261與通孔O係為錯位設置，因此，風扇5並無產生潤滑油外漏的疑慮。
綜上所述，因依據本發明之一種風扇及其馬達，藉由配置磁性元件以磁性吸附使轉軸穩定轉動，提供馬達等速運轉時較低的噪音及振動，更能夠在馬達加速運轉時，避免噪音及振動過大，從而實現能夠降低噪音及振動，進而減低元件的磨損，並提高可應用性。
以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。
2‧‧‧風扇
20‧‧‧馬達
21‧‧‧軸承結構
22‧‧‧定子結構
221‧‧‧線圈
222‧‧‧磁極片
23‧‧‧轉子結構
232‧‧‧金屬殼
233‧‧‧磁帶
234‧‧‧轉軸
24‧‧‧磁性元件
26‧‧‧底座
260‧‧‧承載平台
27‧‧‧軸套
28‧‧‧油封結構
281‧‧‧穿孔
29‧‧‧耐磨片
30‧‧‧葉輪
31‧‧‧輪轂
32‧‧‧扇葉
P‧‧‧電路板
S‧‧‧容置空間
Claims (9)
- 一種馬達，包括：一底座，具有一承載平台，該底座或該承載平台由導磁性材料製成；一軸套，藉由射包成型方式連結該底座的該承載平台，該底座與該軸套一體成型為單一構件；一軸承結構，設置於該軸套內；一轉子結構，具有一轉軸，且該轉軸穿設該軸承結構；以及一磁性元件，對應該轉軸而吸附於該承載平台，該磁性元件磁性作用於該轉軸。
- 如申請專利範圍第1項所述之馬達，其中該導磁性材料為金屬或合金。
- 如申請專利範圍第1項所述之馬達，其中該底座的材質與該軸套的材質不相同。
- 如申請專利範圍第3項所述之馬達，其中該底座具有至少一破孔或盲孔，該軸套的材料包覆該破孔或該盲孔。
- 如申請專利範圍第1項所述之馬達，其中該軸承結構為含油軸承(sleeve bearing)。
- 如申請專利範圍第5項所述之馬達，更包括：一油封結構，設置於該軸套內，並鄰近該軸承結構的頂端，其中該油封結構具有一穿孔，該轉軸穿設該穿孔。
- 如申請專利範圍第1項所述之馬達，其中該磁性元件為磁鐵或磁 石，該轉軸為導磁性材料製成。
- 如申請專利範圍第1項所述之馬達，其更包括一定子結構，套設於該軸套外。
- 一種風扇，包括：一葉輪；以及如申請專利範圍第1至8項中任一項所述之馬達，該馬達連結並驅動該葉輪轉動。
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