TWI455459B - 電動馬達 - Google Patents

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TWI455459B
TWI455459B TW098104038A TW98104038A TWI455459B TW I455459 B TWI455459 B TW I455459B TW 098104038 A TW098104038 A TW 098104038A TW 98104038 A TW98104038 A TW 98104038A TW I455459 B TWI455459 B TW I455459B
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Description

電動馬達
本發明係有關一種電動馬達，其包括轉子、定子、扇輪、及設在扇輪徑向上的導風元件，扇輪具有與扇輪轉動方向相反的扇葉，其係設在轉盤上，且被蓋板所覆蓋，並具有其穿孔直徑及總直徑。
此種電動馬達為習知。例如，參閱WO 98/38899。此種電動馬達例如設作成馬達扇輪單元。為提高扇輪效率，扇輪可連接一個由擴散器構成的導風元件，即，徑向回流導風葉，其將空氣導入馬達內部，以使其散熱。
導風元件，例如，螺旋罩及無導風葉的板形擴散器，皆增大了徑向空間，而使得空氣離開馬達，故該種裝置只在不需以扇輪之空氣對馬達進行散熱時才有意義。在該種情形下需在馬達上另設一風扇。或者，以另一個馬達驅動的散熱風扇提供散熱氣流。設在扇輪徑向上的徑向導風元件，可連接徑向回流導風葉而對馬達散熱。但，連接的徑向回流導風葉位在徑向上，而如徑向導風元件一般大。
本發明之目的在於進一步改良上述之電動馬達，使其在徑向及軸向上的尺寸可縮減至最小，並以該馬達驅動的扇輪達到散熱。
本目的由申請專利範圍第1項之標的物達成，其使穿孔直徑與總直徑的比例成為0.5至0.65，尤其是0.55至0.6，且蓋板與轉盤的徑向外部為彼此平行，而該徑向外部為總直徑的6至15%，尤其是8至12%。扇輪尤其適合於上述快速旋轉的電動馬達，特別是轉速高於400轉/分，尤其是1000轉/分至60000轉/分的磁阻電動馬達。習知的扇輪使用相反於旋轉方向的扇葉，後彎的扇葉通常設有一個錐角為5°至30°的錐形蓋板、或一個雙曲線蓋板。此種扇輪通常連接一個軸向的導風元件。蓋板與轉盤彼此平行的徑向外部，對快轉電動馬達的效率及穩定性皆為有利。此外，該種設計亦對扇輪平衡之製程安全性為有利。故，本發明扇輪之平衡可利用一個軸平行的衝壓工具進行，可使用該工具而加工蓋板之徑向外部。此種工具加工比使蓋板產生傾角的工具加工為有利。
本發明之其他特徵將在下面依據附圖而說明，尤其是依據申請專利範圍第1項或其他申請專利範圍。其亦可只依據申請專利範圍第1項或其他申請專利範圍之單項特徵或獨立特徵。
在本發明之進一步設計，使穿孔直徑與平行部間之進風處的扇葉半徑為穿孔直徑的0.25至0.35倍，尤其是0.3倍。該進風半徑明顯大於先前技術。該處之半徑乘數只為0.14至0.2。
藉由使進風處扇葉高度的四倍等於穿孔直徑的1.6至2.3倍，尤其是1.8至2.1倍，可達到高效率。故可得到直徑小及轉速高的扇輪，其雖然尺寸小，但可確保足夠的負壓及高效率，尤其是空氣的流出，使得，所連接的導風元件可將氣流能量轉換成壓力。藉由使總直徑與定子直徑的比例為0.9至1.05，尤其是0.95至1，可進一步縮小電動馬達之徑向尺寸，而得到輕薄短小的馬達扇輪單元。
連接在扇輪後方的導風元件具有軸向的導風葉。該導風元件將扇輪流出的空氣軸向地導引至定子，而對馬達散熱。導風元件至少部分徑向包圍電動馬達。不同於先前技術，其只使用軸向的設計，而導致延遲、氣流衰減及效率降低，本發明導風元件之軸向長度與扇葉高度的比例為2.3至2.9，尤其是2.45至2.75。扇葉外徑為導風元件外徑的0.6至0.85倍，尤其是0.68至0.72倍。導風元件內徑為導風元件外徑的0.52至0.82倍，尤其是0.62至0.72倍。此種尺寸使得軸向導風元件可設在馬達橋部上，故只需將扇輪設在電動馬達軸向前方。因此，馬達扇輪單元可縮減軸向長度。
本發明之進一步設計，使導風葉具有小的彎曲半徑，尤其是在葉片高度上保持恆定。故，導風葉彎曲半徑與導風元件外徑的比例為0.18至0.34，尤其是0.22至0.30。小的導風葉彎曲半徑確保空氣以最短的路徑被導至軸向，平直地流到定子周面。氣流旋動會導至氣流損失。而且，在導風元件由塑膠射出成形件構成時，恆定的彎曲半徑可確保其射出成形模具之脫模。導風元件軸向長度與其外徑的比例為0.18至0.33，尤其是0.25至0.26。
本發明之進一步設計，使導風葉以軸向來看對扇葉轉動方向傾斜。故，由於延遲降至最小，而達到較佳的馬達散熱。由於該傾斜設計，氣流之徑向部分朝向馬達軸流動，另一較大部分則流經定子表面。如此，對電動馬達之部分負載區，尤其是設強節流時為有必要。導風葉在導風元件出風口處的傾斜角度為25°至50°，尤其是30°至44°。
為進一步改良馬達散熱，導風元件設有一個或多個窗口狀徑向向內的開孔，例如，2個至6個，尤其是4個此種開孔。其位在定子之窗口處，故，由導風元件窗口狀開孔流出的空氣，可經由馬達橋部之相應開孔而流入馬達中。
上述數字範圍如未舉例則包括所有中間值，甚至是1/10之值、下限及/或上限推至另一極限值的1/10，此處「及」表示可由極限值推出數十分之一。
以下將依據附圖詳細說明本發明之兩個實施例。
圖1至3顯示本發明之電動馬達1，其包括一個設在轉子軸2上的扇輪3及一個導風元件4。扇輪3樞設在轉子軸2上，可被該轉子軸驅動旋轉，而轉子軸2與電動馬達1之未示出的轉子固定連接。轉子與電動馬達1之定子5互相作用。導風元件4不可旋轉地固定在定子5上，尤其是與未示出的軸承橋鉚接，而轉子軸2穿過該軸承橋。
以下將依據圖4至6詳細說明扇輪3。
扇輪3在本實施例中具有7個朝扇輪3轉動方向r之相反方向彎曲的扇葉6。該等彎曲扇葉徑向向外延伸，並設在一個圓環形轉盤7上，其中心有一個穿孔8。扇葉6由穿孔邊緣徑向向外延伸至轉盤7邊緣。
設在轉盤7上的扇葉6被一個蓋板9所覆蓋。該蓋板具有一個徑向外部10，其係平行於轉盤7。環形的外部10之徑向內側連接一個雙曲線彎曲的、且與轉盤7距離漸增的中心部。其凸起部分延伸至蓋板9之中心穿孔之邊緣，而該中心穿孔11直徑與轉盤中心穿孔8相同，並與其同軸。
轉盤7、蓋板9、及扇葉6由金屬材料或塑膠所製成，必要時可與鋁製上蓋連接，例如，使用鉚接。
在所示實施例中，穿孔直徑D1 為扇輪3之總直徑D2 的0.55至0.6倍。總直徑D2 約為定子D3 之直徑的0.84至0.99倍，尤其是0.89至0.94倍，例如0.91倍。
平行的外部10為D4 /D2 =0.88至0.92，故，外部10約佔總直徑D2 的8至12%。
在本實施例中，進風半徑RE 為穿孔直徑D1 的0.3倍。扇葉進風部高度h的四倍，為穿孔直徑D1 的1.8至2.1倍，故，利用大進風半徑RE 而達到高效率。扇葉6在進風口處的角度(角β1 )為29°，在出風口處的角度(角β2 )為32.5°，而兩角度大約相同。
圖7至11說明導風元件4之第一實施例。
導風元件4為一個塑膠射出成形件，並為一個軸向導風元件，而該導風元件具有基本上為軸向延伸的導風葉12。在本實施例中，導風元件4具有20個環狀平均分佈的導風葉12。
相較於習知的軸向導風元件，導風元件4具有較小的軸向長度。故，其長度為扇輪3之扇葉高度h的2.45至2.75倍，例如2.6倍。外徑D5 為D2 /D5 =0.68至0.72。內徑D6 約等於扇輪總直徑D2 ，而導風元件4之內徑D6 約為外徑D5 的0.62至0.72倍，例如0.665倍。
由於上述尺寸，軸向的導風元件4可設在上述馬達橋部上，故，只有扇輪3設在電動馬達1軸向前方。因此，馬達扇輪單元可具有較小的軸向長度。
導風葉12之彎曲半徑RL 為RL /D5 =0.22至0.30，例如0.255，而屬相當小，並在葉片高度上保持恆定。該小彎曲半徑確保空氣在極短距離後即被導向軸向，而平直地流向定子5周面。
導風元件之軸向長度約為導風元件之外徑D5 的0.18至0.33倍，例如0.253倍。
導風葉12傾斜於扇輪3之轉動方向r。故每一導風葉12在導風元件出風口處皆傾斜約35°(見圖11角β3 )。在另一實施例中，β3 為31°或43°。
導風葉進風角β4 ，亦即，導風元件與進風面的夾角，為1°至5°。出風角則為90°，亦即，空氣軸向流出導風元件4。
在本實施例中扇輪3與導風元件4葉片的比例為7：20，而最佳化旋轉噪音。
為進一步改良馬達散熱，4個在導風扇12中間的通道13，在出風口側被一個徑向擋板14所封閉。流經通道13的空氣，由窗口狀的開孔15徑向流入內部，再由馬達橋相應的開孔流入馬達中。
擋板14可進一步用於固定跨設在扇輪3上的扇輪蓋。
在本實施例中，導風元件4與扇輪3之軸向距離a，約為扇輪3在轉盤7與蓋板9間之平行部分高度h1 的0.1至0.4倍，例如0.13倍。
軸向導風元件4設在馬達橋部上而節省空間，在結構強度方面可承受外部機械負荷，例如，由扇輪蓋輸入。由於傾斜的導風葉12，扇輪蓋可藉預應力而在徑向呈無縫隙。
圖12至14顯示導風元件4之第二實施例，其在導風葉12之位置、外型、及方向，以及導風元件4之直徑及長度方面，皆與第一實施例一致。
圖12顯示與電動馬達1及包圍電動馬達的馬達殼16之相對位置。導風元件4經由與支撐導風扇12的導風環17相同材料的十字形橋部18，而與馬達殼16連接，尤其是利用鉚接(比較圖13)。橋部18中心有一個使轉子軸2通過的穿孔19。
導風環17包圍馬達殼16之頂部，並與之有數毫米之距離，例如2mm。
相鄰於馬達殼16之導風元件固定部的馬達殼頂部設有穿通口20，由導風環17之徑向開口15流入的空氣，可由該穿通口進入馬達殼內部，而直接對電動馬達1進行散熱。
故，本發明可使整個馬達扇輪單元達到較小的徑向及軸向尺寸，同時，可達到約60%之高扇輪效率。此處可利用一體成形的導風元件4，而確保足夠的馬達散熱。藉由平行於轉盤7的蓋板9之環形外部10，可簡單地利用衝壓工具而使扇輪3平衡。
所有揭示特徵本身皆具有發明性質。本發明揭示之特徵完全包含於本案之申請專利範圍中。
1．．．電動馬達
2．．．轉子軸
3．．．扇輪
4．．．導風元件
5．．．定子
6．．．扇葉
7．．．轉盤
8．．．穿孔
9．．．蓋板
10．．．(徑向、環形)外部
11．．．(中心)穿孔
12．．．導風葉
13．．．通道
14．．．擋板
15．．．開孔
16．．．馬達殼
17．．．導風環
18．．．橋部
19．．．穿孔
20．．．穿通口
a．．．(軸向)距離
D1 ．．．(穿孔)直徑
D2 ．．．總直徑；(扇葉)外徑
D3 ．．．(定子)直徑
D4 ．．．內徑
D5 ．．．(導風元件)外徑
D6 ．．．(導風元件)內徑
h．．．(扇葉)高度
h1 ．．．(扇輪)高度
．．．(軸向)長度
r．．．轉動方向
RE ．．．(進風處扇葉)半徑
RL ．．．(導風葉彎曲)半徑
β1 ．．．(進風口側扇葉)角度
β2 ．．．(出風口側扇葉)角度
β3 ．．．(出風口側扇葉)角度
β4 ．．．(進風口側扇葉)角度
圖1係本發明電動馬達第一實施例扇輪與導風元件之側視圖。
圖2係扇輪之俯視圖。
圖3係本發明電動馬達之後視立體圖。
圖4係扇輪之立體圖。
圖5係扇輪之側視圖。
圖6係圖5線VI-VI之剖面圖。
圖7係導風元件導風葉出風口側之立體圖。
圖8係導風元件導風葉進風口側之立體圖。
圖9係圖8線IX-IX之剖面圖。
圖10係導風葉之側視圖。
圖11係圖10線XI-XI之剖面圖。
圖12係本發明電動馬達第二實施例導風元件之立體圖。
圖13係圖12線XIII-XIII之剖面圖，其中電動馬達被省略。
圖14係圖12線XIV-XIV之剖面圖，其中只顯示導風元件。
圖15係本發明電動馬達、扇輪、及導風元件尺寸之示意圖。
1．．．電動馬達
2．．．轉子軸
3．．．扇輪
4．．．導風元件
5．．．定子
6．．．扇葉
7．．．轉盤
9．．．蓋板
10．．．(徑向、環形)外部
12．．．導風葉
13．．．通道
14．．．擋板
15．．．開孔
D1 ．．．(穿孔)直徑
D2 ．．．總直徑；(扇葉)外徑
D3 ．．．(定子)直徑
D4 ．．．內徑
h．．．(扇葉)高度
h1 ．．．(扇輪)高度
RE ．．．(進風處扇葉)半徑

Claims (15)

  1. 一種電動馬達，其具有轉子、及定子(5)，包括有：以與轉子一併旋轉之方式將安裝於轉子軸(2)的扇輪(3)、及以配置於扇輪(3)與定子(5)之間且固定於定子(5)的導風元件(4)，其特徵在於：扇輪(3)具有多個扇葉(6)，而此等扇葉(6)係朝向與扇輪(3)之轉動方向(r)相反的方向；諸扇葉(6)係安裝於轉盤(7)上，並且被蓋板(9)所覆蓋，而該蓋板(9)則具有與該轉盤(7)呈平行的環形徑向外部(10)、及自該徑向外部(10)之內側端部上昇而終止於一穿孔(11)的側面；該蓋板(9)之穿孔(11)之穿孔直徑(D1 )與該扇輪(3)之總直徑(D2 )的比例為0.5至0.65，而該蓋板(9)之徑向外部(10)之內徑(D4 )與總直徑(D2 )的比例則為0.88至0.92；以及空氣係自該蓋板(9)之穿孔(11)被吸入，而從該扇輪(3)朝該導風元件(4)之方向排出，並藉由導風元件(4)導向定子(5)。
  2. 如申請專利範圍第1項之電動馬達，其中，穿孔直徑(D1 )與平行部間之進風處的扇葉(6)之半徑(RE )，為穿孔直徑(D1 )的0.25至0.35倍，尤其是0.3倍。
  3. 如申請專利範圍第1項之電動馬達，其中，進風處扇葉 高度(h)的四倍等於穿孔直徑(D1 )的1.6至2.3倍，尤其是1.8至2.1倍。
  4. 如申請專利範圍第1項之電動馬達，其中，總直徑(D2 )與定子直徑(D3 )的比例為0.9至1.05，尤其是0.95至1。
  5. 如申請專利範圍第1項之電動馬達，其中，導風元件(4)具有軸向的導風葉(12)。
  6. 如申請專利範圍第1項之電動馬達，其中，導風元件(4)至少部分徑向包圍電動馬達(1)。
  7. 如申請專利範圍第1項之電動馬達，其中，導風元件(4)之軸向長度(l )與扇葉高度(h)的比例為2.3至2.9，尤其是2.45至2.75。
  8. 如申請專利範圍第1項之電動馬達，其中，扇葉(6)之外徑(D2 )為導風元件(4)之外徑(D5 )的0.6至0.85倍，尤其是0.68至0.72倍。
  9. 如申請專利範圍第1項之電動馬達，其中，導風元件(4)之內徑(D6 )為導風元件(4)之外徑(D5 )的0.52至0.82倍，尤其是0.62至0.72倍。
  10. 如申請專利範圍第5項之電動馬達，其中，導風葉(12)之彎曲半徑(RL )與導風元件(4)之外徑(D5 )的比例為0.18至0.34，尤其是0.22至0.30。
  11. 如申請專利範圍第1項之電動馬達，其中，導風元件(4)之軸向長度(l )與其外徑(D5 )的比例為0.18至0.33，尤 其是0.25至0.26。
  12. 如申請專利範圍第5或10項之電動馬達，其中，導風葉(12)以軸向來看對扇葉(6)之轉動方向(r)傾斜。
  13. 如申請專利範圍第12項之電動馬達，其中，傾斜角度為25°至50°，尤其是30°至44°。
  14. 如申請專利範圍第1項之電動馬達，其中，導風元件(4)設有一個或多個窗口狀徑向向內的開孔(15)。
  15. 如申請專利範圍第14項之電動馬達，其中，開孔(15)在電動馬達(1)之窗口處。
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