TWI504108B - 馬達繞線結構及其繞線方法 - Google Patents

Description

馬達繞線結構及其繞線方法

本發明係有關於一種馬達繞線結構及其繞線方法，尤指一種將三個極臂上之內、中與外繞組線圈串聯後，再與另一組串聯線圈組並聯之繞線結構及方法。

隨著時代的發展與科技的進步，人們的生活水準普遍因而提升，其中，馬達在人們的生活中扮演了相當重要的角色，具體而言，定子為馬達中不可或缺之機構，馬達主要係藉由定子與轉子間之相互感應所產生之感應電流而轉動，而定子的製造中，主要是在一定子環之極臂進行導線之纏繞而形成繞組，以於極臂上形成複數層的感應線圈。

然而，傳統舊有機械繞線方式所製作之定子中，其主要係採用單根纏繞或是兩根同時並繞之方式，此馬達定子繞線全受限於繞線機本身之設備能力，以單根纏繞為例，繞線機最大可使用之線徑可能為2.2mm，而改為兩根同時並繞，則可能需降為1.56mm兩根，使得現有之機械繞線方式受限於繞線機所能使用繞線之最大線徑，而無法增加導線的面積而無法降低電流密度。

另外，由於無法降低電流密度，因此以現有機械繞線之方式所產生之銅損較高，使得現有產品的性能有無法提升之狀況，且在馬達作業時容易有溫升之問題。

有鑒於現有機械繞線方式中，普遍具有銅損高而有產品性能無法提升以及馬達作業之溫升問題。緣此，本發明之主要目的在於提供一種馬達繞線結構及其繞線方法，其主要係採用單根繞線之方式，將三個極臂上之內、中與外繞組線圈串聯後，再與另一組串聯線圈組並聯。

基於上述目的，本發明所採用之主要技術手段係提供一種馬達繞線結構，係應用於一馬達，其包含至少一第一相位極臂群組、至少一第二相位極臂群組以及至少一第三相位極臂群組，上述至少一第一相位極臂群組、上述至少一第二相位極臂群組以及上述至少一第三相位極臂群組皆包含一第一極臂、一第二極臂以及一第三極臂。第一極臂係纏繞有一第一內繞組線圈、一第一中繞組線圈以及一第一外繞組線圈。第二極臂係纏繞有一第二內繞組線圈、一第二中繞組線圈以及一第二外繞組線圈。第三極臂係纏繞有一第三內繞組線圈、一第三中繞組線圈以及一第三外繞組線圈。

其中，第三內繞組線圈、第一中繞組線圈與第二外繞組線圈係串聯連接而組成一第一串聯線圈組，第三中繞組線圈、第一外繞組線圈與第二內繞組線圈係串聯連接而組成一第二串聯線圈組，而第三外繞組線圈、第一內繞 組線圈與第二中繞組線圈係串聯連接而組成一第三串聯線圈組，第一串聯線圈組係與第二串聯線圈組與第三串聯線圈組彼此並聯。

此外，本發明所採用之另一主要技術手段係提供一種馬達繞線方法，其包含以下步驟：(a)在第一極臂纏繞出一第一內繞組線圈、一第一中繞組線圈以及一第一外繞組線圈；(b)在第二極臂纏繞出一第二內繞組線圈、一第二中繞組線圈以及一第二外繞組線圈；(c)在第三極臂纏繞出一第三內繞組線圈、一第三中繞組線圈以及一第三外繞組線圈；(d)串聯第三內繞組線圈、第一中繞組線圈與第二外繞組線圈以組成一第一串聯線圈組；(e)串聯第三中繞組線圈、第一外繞組線圈與第二內繞組線圈以組成一第二串聯線圈組；(f)串聯第三外繞組線圈、第一內繞組線圈與第二中繞組線圈以組成一第三串聯線圈組；(g)並聯第一串聯線圈組、第二串聯線圈組與第三串聯線圈組。

另外，上述馬達繞線結構及其繞線方法之附屬技術手段之較佳實施例中，馬達係為三相直流無刷馬達，且馬達繞線結構係設置於馬達之一定子。另外，第一串聯線圈組、第二串聯線圈組與第三串聯線圈組之阻值係相同。

因此，藉由本發明所採用之馬達繞線結構及其繞線方法後，由於是採用單根繞線的方式，因此可在不使用高等級繞線機(可纏繞線徑較粗)的狀況下，使用較低階繞線設備(所使用之最大線徑受限)進行繞線，即可使用多並聯繞組方式來達到與高階繞線機相同功能，進而在 不受設備線徑拘束的狀況下，完成多並聯製作而提升馬達製造能力。此外，由於可使用多並聯繞組方式，因此可大幅地降低銅損而提升馬達的工作效率。

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。

1‧‧‧馬達繞線結構

111‧‧‧第一極臂

1111‧‧‧第一內繞組線圈

1111a‧‧‧第一中繞組線圈

1111b‧‧‧第一外繞組線圈

112‧‧‧第二極臂

1121‧‧‧第二內繞組線圈

1121a‧‧‧第二中繞組線圈

1121b‧‧‧第二外繞組線圈

113‧‧‧第三極臂

1131‧‧‧第三內繞組線圈

1131a‧‧‧第三中繞組線圈

1131b‧‧‧第三外繞組線圈

2‧‧‧馬達

100、100a、200、 200a、300、300a‧‧‧波形

C1‧‧‧第一串聯線圈組

C2‧‧‧第二串聯線圈組

C3‧‧‧第三串聯線圈組

U、V、W‧‧‧相位

第一圖係顯示本發明較佳實施例之馬達繞線結構之示意圖；第一A圖係顯示本發明較佳實施例之繞組線圈之連接示意圖；第二圖係顯示本發明較佳實施例之繞組線圈匝數相同之波形圖；第二A圖係顯示本發明較佳實施例之繞組線圈匝數不相同之波形圖；以及第三圖係顯示本發明較佳實施例之用馬達繞線方法之流程示意圖。

由於本發明所提供之本發明較佳實施例之馬達繞線結構與其繞線方法中，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。

請參閱第一圖，第一圖係顯示本發明較佳實施例之馬達繞線結構之示意圖。如第一圖所示，本發明較佳實施例之馬達繞線結構1係應用於一馬達2，而此馬達2係為 三相直流無刷馬達，且其係為3相8極9槽之馬達，且馬達繞線結構1係設置於馬達2之一定子(圖未標示)，但在其他實施例中，馬達繞線結構1可設置於轉子，且馬達2可為10極12槽、10極9槽、20極27槽與8極12槽之三相馬達。

馬達繞線結構1包含一第一相位極臂群組(圖未標示)、一第二相位極臂群組(圖未標示)以及一第三相位極臂群組(圖未標示)，具體而言，本發明較佳實施例所述之第一相位極臂群組係為圖中所示U相位所組成之群組，由於為簡化圖式，原應標示之第一相位極臂群組在此予以省略；而第二相位極臂群組係為圖中所示V相位所組成之群組，且第三相位極臂群組係為圖中所示W相位所組成之群組。

在本發明之較佳實施例中，第一相位極臂群組、第二相位極臂群組以及第三相位極臂群組都包含有三個極臂，且其線圈之繞線方式均相同，因此在此僅以第一相位極臂群組為例進行說明。第一相位極臂群組包含一第一極臂111、一第二極臂112以及一第三極臂113，其中，上述第一極臂111、一第二極臂112以及一第三極臂113上線圈的纏繞方式中，係滿足N =Ns /(m *GOD (Ns ,Nm ))，N為可使用之並聯數、m為相數、Ns為槽數、Nm為極數、GOD為最大公約數。

第一極臂111係纏繞有一第一內繞組線圈1111、一第一中繞組線圈1111a以及一第一外繞組線圈1111b，且第一內繞組線圈1111所形成的電阻係為R1，第一中繞組 線圈1111a所形成的電阻係為R2，而第一外繞組線圈1111b所形成的電阻係為R3，而上述之繞組線圈的匝數可為相同或是不相同，因此電阻值可為相同或不同。

第二極臂112係纏繞有一第二內繞組線圈1121、一第二中繞組線圈1121a以及一第二外繞組線圈1121b，同樣地，第二內繞組線圈1121所形成的電阻係為R1，第二中繞組線圈1121a所形成的電阻係為R2，而第二外繞組線圈1121b所形成的電阻係為R3，而上述之繞組線圈的匝數可為相同或是不相同，因此電阻值可為相同或不同。

第三極臂113係纏繞有一第三內繞組線圈1131、一第三中繞組線圈1131a以及一第三外繞組線圈1131b，同樣地，同樣地，第三內繞組線圈1131所形成的電阻係為R1，第三中繞組線圈1131a所形成的電阻係為R2，而第三外繞組線圈1131b所形成的電阻係為R3，而上述之繞組線圈的匝數可為相同或是不相同，因此電阻值可為相同或不同。

其中，請進一步參閱第一A圖，第一A圖係顯示本發明較佳實施例之繞組線圈之連接示意圖。如第一A圖所示，第三內繞組線圈1131、第一中繞組線圈1111a與第二外繞組線圈1121b係串聯連接而組成一第一串聯線圈組C1。另外，第三中繞組線圈1131a、第一外繞組線圈1111b與第二內繞組線圈1121係串聯連接而組成一第二串聯線圈組C2，而第三外繞組線圈1131b、第一內繞組線圈1111與第二中繞組線圈1121a係串聯連接而組成 一第三串聯線圈組C3。

此外，第一串聯線圈組C1係與第二串聯線圈組C2與第三串聯線圈組C3彼此並聯，而第一串聯線圈組C1、第二串聯線圈組C2與第三串聯線圈組C3之阻值係相同，也就是說，在本發明較佳實施例中，其阻值均為R1+R2+R3，其主要目的在於使各相平衡而不影響馬達2之運轉效能。

具體而言，請一併參閱第二圖以及第二A圖，第二圖係顯示本發明較佳實施例之繞組線圈匝數相同之波形圖，第二A圖係顯示本發明較佳實施例之繞組線圈匝數不相同之波形圖。如第二圖所示，波形100、100a係代表阻值為R1之波形，波形200、200a則為阻值為R2之波形，波形300、300a係阻值為R3之波形，其中，在匝數相同(R1=R2=R3)或是不同(R1≠R2≠R3)的狀況下，可發現在採用了本發明較佳實施例之馬達繞線結構1後，其可達到三相平衡，因而使得本發明所屬技術人員可適當地配置匝數。

請參閱第三圖，第三圖係顯示本發明較佳實施例之用馬達繞線方法之流程示意圖，其繞線方法包含以下步驟：步驟S101：在第一極臂纏繞出一第一內繞阻線圈、一第一中繞阻線圈以及一第一外繞阻線圈；步驟S102：在第二極臂纏繞出一第二內繞阻線圈、一第二中繞阻線圈以及一第二外繞阻線圈；步驟S103：在第三極臂纏繞出一第三內繞阻線圈、一第三中繞阻線圈以及一第三外繞阻線圈； 步驟S104：串聯第三內繞阻線圈、第一中繞阻線圈與第二外繞阻線圈以組成一第一串聯線圈組；步驟S105：串聯第三中繞阻線圈、第一外繞阻線圈與第二內繞阻線圈以組成一第二串聯線圈組；步驟S106：串聯第三外繞阻線圈、第一內繞阻線圈與第二中繞阻線圈以組成一第三串聯線圈組；以及步驟S107：並聯第一串聯線圈組、第二串聯線圈組與第三串聯線圈組。

其中，在上述步驟S101至步驟S103中，係以導線纏繞出內繞組線圈、中繞組線圈以及外繞組線圈，另外，步驟S104至步驟S106中，係可藉由線頭端的連接來進行串聯，且步驟S107係可再藉由拉出線頭來進行並聯。此外，上述步驟所產生之馬達2中，其說明皆與第一圖所示之相同，因此不再予以贅述。

此外，在此與先前技術之繞線方式進行比較傳統製作方式製作出8極9槽之馬達2中，其條件設定為使用線徑2.2mm、電流=200A，配線後電流密度=30A/mm² 。其中，傳統的繞線方式無繞線並聯數與路徑數使用，且設備最大只能用2.2mm，使其無法再增加線徑，以增大導線面積而不能夠降低電流密度。

而本發明所提供的馬達繞線結構1與馬達繞線方法中，同樣製作出8極9槽之馬達2，其條件設定為使用線徑2.2mm、電流=200A，配線後電流密度=10A/mm² ，由於可以使繞線並聯數為三，因此可增加線徑以增大導線面 積，進而使電流密度剩下10A/mm² 。

綜合以上所述，由於是採用單根繞線的方式，因此可在不使用高等級繞線機(可纏繞線徑較粗)的狀況下，使用較低階繞線設備(所使用之最大線徑受限)進行繞線，即可使用多並聯繞組方式來達到與高階繞線機相同功能，進而在不受設備線徑拘束的狀況下，完成多並聯製作而提升馬達製造能力。此外，由於可使用多並聯繞組方式，因此可大幅地降低銅損而提升馬達的工作效率。

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。

1‧‧‧馬達繞線結構

111‧‧‧第一極臂

1111‧‧‧第一內繞組線圈

1111a‧‧‧第一中繞組線圈

1111b‧‧‧第一外繞組線圈

112‧‧‧第二極臂

1121‧‧‧第二內繞組線圈

1121a‧‧‧第二中繞組線圈

1121b‧‧‧第二外繞組線圈

113‧‧‧第三極臂

1131‧‧‧第三內繞組線圈

1131a‧‧‧第三中繞組線圈

1131b‧‧‧第三外繞組線圈

2‧‧‧馬達

U、V、W‧‧‧相位

Claims (6)

1. 一種馬達繞線結構，係應用於一馬達，包含：至少一第一相位極臂群組、至少一第二相位極臂群組以及至少一第三相位極臂群組，上述至少一第一相位極臂群組、至少一第二相位極臂群組以及至少一第三相位極臂群組皆包含：一第一極臂，係纏繞有一第一內繞組線圈、一第一中繞組線圈以及一第一外繞組線圈；一第二極臂，係纏繞有一第二內繞組線圈、一第二中繞組線圈以及一第二外繞組線圈；以及一第三極臂，係纏繞有一第三內繞組線圈、一第三中繞組線圈以及一第三外繞組線圈，該第三內繞組線圈、該第一中繞組線圈與該第二外繞組線圈係串聯連接而組成一第一串聯線圈組，該第三中繞組線圈、該第一外繞組線圈與該第二內繞組線圈係串聯連接而組成一第二串聯線圈組，而該第三外繞組線圈、該第一內繞組線圈與該第二中繞組線圈係串聯連接而組成一第三串聯線圈組，該第一串聯線圈組係與該第二串聯線圈組與該第三串聯線圈組彼此並聯。
2. 如申請專利範圍第1項所述之馬達繞線結構，其中，該馬達係為三相直流無刷馬達，且該馬達繞線結構係設置於該馬達之一定子。
3. 如申請專利範圍第1項所述之馬達繞線結構，其中，該第一串聯線圈組、該第二串聯線圈組與該第三串聯線圈組之 阻值係相同。
4. 一種馬達繞線方法，係應用於一馬達，該馬達具有至少一第一相位極臂群組、至少一第二相位極臂群組以及至少一第三相位極臂群組，每一相位極臂群組係包含一第一極臂、一第二極臂以及一第三極臂，該馬達繞線方法包含以下步驟：(a)在該第一極臂纏繞出一第一內繞組線圈、一第一中繞組線圈以及一第一外繞組線圈；(b)在該第二極臂纏繞出一第二內繞組線圈、一第二中繞組線圈以及一第二外繞組線圈；(c)在該第三極臂纏繞出一第三內繞組線圈、一第三中繞組線圈以及一第三外繞組線圈；(d)串聯該第三內繞組線圈、該第一中繞組線圈與該第二外繞組線圈以組成一第一串聯線圈組；(e)串聯該第三中繞組線圈、該第一外繞組線圈與該第二內繞組線圈以組成一第二串聯線圈組；(f)串聯該第三外繞組線圈、該第一內繞組線圈與該第二中繞組線圈以組成一第三串聯線圈組；以及(g)並聯該第一串聯線圈組、該第二串聯線圈組與該第三串聯線圈組。
5. 如申請專利範圍第4項所述之馬達繞線方法，其中，該馬達係為三相直流無刷馬達，且該馬達繞線結構係設置於該馬達之一定子。
6. 如申請專利範圍第4項所述之馬達繞線方法，其中，該第一串聯線圈組、該第二串聯線圈組與該第三串聯線圈組之阻值係相同。