TWI504104B - 應用於馬達之轉子結構及其製造方法 - Google Patents

Description

應用於馬達之轉子結構及其製造方法

本發明係有關於一種應用於馬達之轉子結構及其製造方法，尤指一種先堆疊芯片，而將金屬芯棒設置於芯片之外側，再將金屬注料注入於芯片之內側之轉子結構及其製造方法。

一直以來，如馬達之感應電動機都是旋轉電機的主流，長期以來因實用與堅固耐用而獲得人們的青睞，無論在製造工業或是民生產業都扮演著相當關鍵的角色，使得人們的生活與旋轉電機密不可分。

其中，其轉子的轉子槽形狀與槽內使用的材質差異是馬達市場競爭力重要關鍵之一，現有技術中，旋轉電機有使用銅棒置入於轉子槽內來提升馬達的運轉效能，達到長期運轉省電的目的，但其具有重量較重與成本較高之缺點，以銅轉子為例，其為穿銅棒和鑄銅轉子，其優點電阻係數低，運轉時效率高，長時使用能有效的降低能源浪費，缺點在質量較高且為高單價的材料。

反之，使用壓鑄鋁技術製作鋁轉子，其具有高於銅轉子的啟動扭力、低重量與低成本之優點，但具有運轉效率 低之缺點，以鋁轉子為例，其係為穿鋁棒和鑄鋁轉子，電阻係數高無助於運轉效率的缺點，應用於啟動時，反而能得到較高的扭力，另外低成本與低質量也是其競爭力之一，運轉時的缺點在於高電阻所帶來高損失，致使運轉效率低，長期使用時所耗費的能源相較銅轉子高。因此，現有技術中仍不具有一種同時具有上述二者材質之優點的轉子，因而具有改善的空間。

此外，請參閱第一圖與第二圖，第一圖係顯示先前技術之轉子之製程之第一示意圖，第二圖係顯示先前技術之轉子之製程之第二示意圖。如圖所示，現有的轉子製程中，係將複數個材質如銅或鋁之芯棒PA12(圖中僅標示一個)插設並固定於下蓋PA11，在固定完成後，再將複數個矽鋼片PA13(圖中僅標示一個、繪示一個)一一穿過該些芯棒PA12而堆疊在下蓋PA11之上(如第一圖所示)，在堆疊並完成注料後，再將上蓋PA14堆疊至最上方之矽鋼片PA13後，利用螺絲或其他方式將其鎖合而完成轉子結構PA1(如第二圖所示)。

然而，上述製造轉子的製程中，其在將芯棒PA2插設於下蓋PA11以及鎖合上蓋PA14的過程中較為繁瑣且費時，因而造成製造時間較長且製造出的轉子使用壽命較短，使得現有技術仍具有改善之空間。

有鑒於現有轉子之結構中，普遍無法同時具有銅轉子與鋁轉子之優點，且製程具有製造時間較長且製造出的轉 子使用壽命較短之問題。緣此，本發明主要係提供一種應用於馬達之轉子結構及其製造方法，其主要是融合銅轉子與鋁轉子雙方的優點，提出一種轉子材料新之製程方式及其所製造出的轉子結構，能有效的保留銅轉子高效率以及鋁轉子高啟動扭力的優點，並改善銅轉子高成本的缺點，進而提升感應電動機的競爭力。

基於上述目的，本發明所採用之主要技術手段係提供一種應用於馬達之轉子結構，其係包含複數個芯片、複數個金屬芯棒以及複數個金屬注料。該些芯片係設有複數個位於外側之固定部與複數個位於內側之注料部，並且堆疊構成一具有複數個位於外側之固定槽與複數個位於內側之注料槽之轉子磁芯，該些金屬芯棒係設置於該些固定槽，並且具有一第一電阻係數。該些金屬注料係注料於該些注料槽，並且具有一第二電阻係數，第二電阻係數係小於第一電阻係數。

此外，本發明所採用之主要技術手段也提供一種應用於馬達之轉子結構之製造方法，其係先堆疊具有複數個位於外側之固定部與複數個位於內側之注料部之複數個芯片，藉以構成一具有複數個位於外側之固定槽與複數個位於內側之注料槽之轉子磁芯；接著將複數個具有一第一電阻係數之金屬芯棒設置於該些固定槽；最後將複數個具有一第二電阻係數之金屬注料注料於該些注料槽，而第二電阻係數係小於第一電阻係數。

其中，上述應用於馬達之轉子結構及其製造方法之附屬技術手段之較佳實施例中，該些芯片係為一鐵片、一純 鐵片與一矽鋼片中之一者所組成，且該些芯片係由至少一子芯片所組成，子芯片包含有該些固定部中之一者與該些注料部中之一者，並且包含至少一卡合凹部與至少一卡合凸部，卡合凹部與卡合凸部用以連結該些子芯片而構成該些芯片。另外，該些金屬注料係為壓鑄鋁，該些金屬芯棒係為合金鋁棒，第一電阻係數與第二電阻係數之範圍係在1.7^＊ 10^-8 至1.59^＊ 10^-7 歐姆-公尺(Ω-m)之間。此外，該些芯片中位於該轉子磁芯之最底部者，於該些固定部係設有至少一止擋部。

另外，上述應用於馬達之轉子結構之製造方法之附屬技術手段之較佳實施例中，在最後一個步驟之後，更可於轉子磁芯之頂側形成一頂蓋，並同時於轉子磁芯之底側形成一底蓋，藉以製造出轉子結構。

藉由本發明所採用之應用於馬達之轉子結構及其製造方法之主要技術手段後，由於利用二種不同電阻係數之材質應用於單一轉子槽內，因而可保有二種材質之優點，如銅轉子高效率以及鋁轉子低成本和高啟動扭力的優點，進而大幅提升馬達之效能。

此外，藉由本發明所採用之應用於馬達之轉子結構及其製造方法之附屬技術手段後，可進一步藉由止擋部來避免金屬注料與金屬芯棒在製造過程中會有混雜在一起而有干涉之狀況，進而提升製程良率。再者，由於是應用於鋁轉子上，因此鋁轉子在保有原有鋁轉子的效率及成本上，還可進一步提升鋁轉子的啟動特性，使其性能更加優異，使得鋁轉子的實用性更為提高。

本發明所採用的具體實施例，將藉由以下之實施例及圖式作進一步之說明。

PA1‧‧‧轉子結構

PA11‧‧‧下蓋

PA12‧‧‧芯棒

PA13‧‧‧矽鋼片

PA14‧‧‧上蓋

1‧‧‧應用於馬達之轉子結構

11‧‧‧轉子磁芯

111、111a、111b‧‧‧芯片

1111a‧‧‧止擋部

1112b‧‧‧固定部

1113b‧‧‧注料部

1114b‧‧‧卡合凹部

1115b‧‧‧卡合凸部

112‧‧‧固定槽

113‧‧‧注料槽

12‧‧‧金屬芯棒

13‧‧‧金屬注料

14‧‧‧頂蓋

15‧‧‧底蓋

100、200‧‧‧模具

第一圖係顯示先前技術之轉子之製程之第一示意圖；第二圖係顯示先前技術之轉子之製程之第二示意圖；第三圖係顯示本發明較佳實施例之應用於馬達之轉子結構之製造方法之流程示意圖；第四圖係顯示本發明較佳實施例之轉子磁芯之側視圖；第四A圖係顯示本發明較佳實施例之轉子磁芯之上視圖；第五圖係顯示本發明較佳實施例之金屬芯棒設置於轉子磁芯之側視圖；第五A圖係顯示本發明較佳實施例之金屬芯棒設置於轉子磁芯之立體示意圖；第五B圖係顯示本發明較佳實施例之金屬芯棒設置於轉子磁芯之局部放大圖；第六圖係顯示本發明較佳實施例之金屬注料注料於轉子磁芯之上視圖；第七圖係顯示本發明較佳實施例之應用於馬達之轉子結構之示意圖；第八圖係顯示本發明較佳實施例之轉子磁芯最底層之芯片之立體示意圖；以及第九圖係顯示本發明其他實施例之芯片之上視圖。

由於本發明所提供之應用於馬達之轉子結構及其製造方法，其組合實施方式不勝枚舉，故在此不再一一贅述，僅列舉一較佳實施例來加以具體說明。

請一併參閱第三圖至第七圖，第三圖係顯示本發明較佳實施例之應用於馬達之轉子結構之製造方法之流程示意圖，第四圖係顯示本發明較佳實施例之轉子磁芯之側視圖，第四A圖係顯示本發明較佳實施例之轉子磁芯之上視圖，第五圖係顯示本發明較佳實施例之金屬芯棒設置於轉子磁芯之側視圖，第五A圖係顯示本發明較佳實施例之金屬芯棒設置於轉子磁芯之立體示意圖，第五B圖係顯示本發明較佳實施例之金屬芯棒設置於轉子磁芯之局部放大圖，第六圖係顯示本發明較佳實施例之金屬注料注料於轉子磁芯之上視圖，第七圖係顯示本發明較佳實施例之應用於馬達之轉子結構之示意圖。

如圖所示，為了使本領域所屬技術人員可較容易了解本發明之技術內容，因此以製造流程輔以結構說明來詳述之，本發明所提供的應用於馬達之轉子結構1之製造方法包含以下步驟：步驟S101：堆疊複數個芯片，藉以構成一具有複數個位於外側之固定槽與複數個位於內側之注料槽之轉子磁芯；步驟S102：將複數個金屬芯棒設置於該些固定槽；步驟S103：將複數個金屬注料注料於該些注料槽；以及步驟S104：於轉子磁芯之頂側形成一頂蓋，並同時於轉 子磁芯之底側形成一底蓋，藉以製造出轉子結構。

其中，請一併參閱第四圖與第四A圖，在步驟開始後，係執行步驟S101堆疊複數個芯片，藉以構成一具有複數個位於外側之固定槽與複數個位於內側之注料槽之轉子磁芯。具體來說，係將複數個芯片111、111a堆疊形成轉子磁芯11，而此芯片111可為一鐵片、一純鐵片與一矽鋼片中之一者所組成，在本發明較佳實施例中係為矽鋼片，且芯片111係設有複數個固定部(圖未示)與複數個注料部(圖未示)，其中，固定部係排列於芯片111的外側，注料部則排列於芯片111的內側(本發明較佳實施例所定義的內側與外側係為相對概念，即是依據注料部與固定部的位置而定，特此敘明)，進而言之，固定部係為中空之外槽而分布於外圈，注料部則為中空之內槽而分布於內圈，且在本發明較佳實施例中，固定部與注料部係分開設置為二個槽，在其他實施例中可為一體成型。

而在將該些芯片111堆疊起來以後，多層的固定部會堆疊形成如第四A圖所示之轉子磁芯11的固定槽112，多層的注料部則會堆疊形成如第四A圖所示之轉子磁芯11的注料槽113，同樣地，固定槽112係為外槽，而注料槽113則為內槽。在此需說明的是，由於多層的固定部與注料部係分別形成固定槽112與注料槽113，未避免混淆，僅在第四A圖標示固定槽112與注料槽113，特此敘明。

在執行完步驟S101後，請一併參閱第五圖、第五A圖、第五B圖，隨即執行步驟S102將複數個金屬芯棒設置於該些固定槽。其中，由於完成了固定槽112與注料槽113，因此在此步驟中，係將複數個金屬芯棒12(圖中僅標示一個)插設在每一個位於外側之固定槽112，而金屬芯棒12係具有一第一電阻係數，而金屬芯棒12為合金鋁棒，且第一電阻係數之範圍係在1.7^＊ 10^-8 至1.59^＊ 10^-7 歐姆-公尺(Ω-m)之間，但在其他實施例中不限於此。

在執行完步驟S102後，請一併參閱第六圖，隨即執行步驟S103將複數個金屬注料注料於該些注料槽。其中，在插設完金屬芯棒12後，係將複數個金屬注料13注料於每一個位於內側之注料槽113之中，而金屬注料13係具有一第二電阻係數，且金屬注料13係為壓鑄鋁，第二電阻係數之範圍係在1.7^＊ 10^-8 至1.59^＊ 10^-7 歐姆-公尺之間，但在其他實施例中不限於此。但在此需要說明的是，在金屬芯棒12與金屬注料13材質的選用上，金屬注料13的第二電阻係數必須小於金屬芯棒12的第一電阻係數。

其中，在執行完步驟S103後，請一併參閱第七圖，隨即執行步驟S104於轉子磁芯之頂側形成一頂蓋，並同時於轉子磁芯之底側形成一底蓋，藉以製造出轉子結構。其中，連同金屬注料13注料完成後，隨即利用模具100在轉子磁芯11的頂側形成一頂蓋14，並同時利用模具200於轉子磁芯11之底側形成一底蓋15，藉以 製造出應用於馬達之轉子結構1，而由於是同時製作頂蓋14與底蓋15，且頂蓋14與底蓋15在製作過程中會與金屬芯棒12直接連結而固定住，因此可以大幅降低製程繁瑣度以及製程時間。

此外，在此值得一提的是，請參閱第八圖，第八圖係顯示本發明較佳實施例之轉子磁芯最底層之芯片之立體示意圖。如第八圖所示，該些芯片111a中位於轉子磁芯11之最底部者，於該些固定部係設有二止擋部1111a(圖中僅標示一個)，而止擋部1111a是用來支撐金屬芯棒12，用以在步驟S103注料金屬注料13時，防止金屬注料13與金屬芯棒相混而影響到應用於馬達之轉子結構1之效能與良率。

另外，在本發明較佳實施例中，每一芯片111都為一個單體，而在其他實施例中，請參閱第九圖，第九圖係顯示本發明其他實施例之芯片之上視圖。如第九圖所示，芯片111b可由複數個子芯片(圖未標示)所組成，該些子芯片包含有較佳實施例中之該些固定部中之一者與該些注料部中之一者，並且包含至少一卡合凹部1114b與至少一卡合凸部1115b，具體來說，在第九圖所指的其他實施例中，子芯片包含有一個位於外側的固定部1112b、一個位於內側的注料部1113b、一個卡合凹部1114b以及一個卡合凸部1115b，卡合凹部1114b與卡合凸部1115b是設置於子芯片的二側，用以連結另外二個子芯片而連結該些子芯片並構成芯片111b。

綜合以上所述，在採用了本發明所採用之應用於馬達之 轉子結構及其製造方法後，由於利用二種不同電阻係數之材質應用於單一轉子槽內，因而可保有二種材質之優點，如銅轉子高效率以及鋁轉子低成本和高啟動扭力的優點，進而大幅提升馬達之效能。此外，可進一步藉由止擋部來避免金屬注料與金屬芯棒在製造過程中會有混雜在一起而有干涉之狀況，進而提升製程良率。另外，若將本發明應用於鋁轉子上，鋁轉子可在保有原有鋁轉子的效率及成本上，還可進一步提升鋁轉子的啟動特性，使其性能更加優異，使得鋁轉子的實用性更為提高。

藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。

Claims (11)

1. 一種應用於馬達之轉子結構，包含：複數個芯片，係設有複數個位於外側之固定部與複數個位於內側之注料部，並且堆疊構成一具有複數個位於外側之固定槽與複數個位於內側之注料槽之轉子磁芯；複數個金屬芯棒，係設置於該些固定槽，並且具有一第一電阻係數；以及複數個金屬注料，係注料而設置於該些注料槽，並且具有一第二電阻係數，該第二電阻係數係小於該第一電阻係數；其中，該些金屬注料係為壓鑄鋁，該些金屬芯棒係為合金鋁棒。
2. 如申請專利範圍第1項所述之應用於馬達之轉子結構，其中，該些芯片係為一鐵片、一純鐵片與一矽鋼片中之一者所組成。
3. 如申請專利範圍第1項所述之應用於馬達之轉子結構，其中，該些芯片係由複數個子芯片所組成，該些子芯片包含有該些固定部中之一者與該些注料部中之一者，並且包含至少一卡合凹部與至少一卡合凸部，該卡合凹部與該卡合凸部用以連結該些子芯片。
4. 如申請專利範圍第1項所述之應用於馬達之轉子結構，其 中，該第一電阻係數與該第二電阻係數之範圍係在1.7*10^-8 至1.59*10^-7 。
5. 如申請專利範圍第1項所述之應用於馬達之轉子結構，其中，該些芯片中位於該轉子磁芯之最底部者，於該些固定部係設有至少一止擋部。
6. 一種應用於馬達之轉子結構之製造方法，包含以下步驟：(a)堆疊具有複數個位於外側之固定部與複數個位於內側之注料部之複數個芯片，藉以構成一具有複數個位於外側之固定槽與複數個位於內側之注料槽之轉子磁芯；(b)將複數個具有一第一電阻係數之金屬芯棒設置於該些固定槽；以及(c)將複數個具有一第二電阻係數之金屬注料注料於該些注料槽；其中，該第二電阻係數係小於該第一電阻係數，且該些金屬注料係為壓鑄鋁，該些金屬芯棒係為合金鋁棒。
7. 如申請專利範圍第6項所述之應用於馬達之轉子結構之製造方法，其中，更包含一步驟(d)於該轉子磁芯之頂側形成一頂蓋，並同時於該轉子磁芯之底側形成一底蓋，藉以製造出該轉子結構。
8. 如申請專利範圍第6項所述之應用於馬達之轉子結構之製 造方法，其中，該些芯片係為一鐵片、一純鐵片與一矽鋼片中之一者所組成。
9. 如申請專利範圍第6項所述之應用於馬達之轉子結構之製造方法，其中，該些芯片係由至少一子芯片所組成，該子芯片包含有該些固定部中之一者與該些注料部中之一者，並且包含至少一卡合凹部與至少一卡合凸部，該卡合凹部與該卡合凸部用以連結該些子芯片。
10. 如申請專利範圍第6項所述之應用於馬達之轉子結構之製造方法，其中，該第一電阻係數與該第二電阻係數之範圍係在1.7*10^-8 至1.59*10^-7 歐姆-公尺(Ω-m)之間。
11. 如申請專利範圍第6項所述之應用於馬達之轉子結構之製造方法，其中，該些芯片中位於該轉子磁芯之最底部者，於該些固定部係設有至少一止擋部。