TWI535156B - 具平衡件之轉軸構造 - Google Patents

Description

具平衡件之轉軸構造

本發明係關於一種具平衡件〔balance member或balancing member〕之轉軸〔rotor shaft〕構造及其平衡件構造；特別是關於一種具平衡片〔balance plate或balancing plate〕之馬達轉子或心軸構造及其平衡片構造。

習用具平衡件之轉子構造，例如：美國專利公開第20110091324號之〝Rotor shaft of a turbomachine and method for the production of a rotor of a turbomachine〞專利申請案，其揭示一種具平衡片之渦輪機轉子構造。一渦輪機之轉子特別是用於一排氣渦輪增壓器〔exhaust gas turbocharger〕，且該渦輪機轉子包含一轉輪〔rotor wheel〕及一轉軸〔rotor shaft〕。該轉輪具有一輪後側〔wheel back〕，而該轉軸具有一中間件〔intermediate piece〕。該轉軸穿設於該渦輪機，並將該轉軸固定於該輪後側。該中間件具有一盤狀平衡片〔disk-shaped balancing plate〕，其外徑大於該轉軸之最大外徑。

然而，前述美國專利公開第20110091324號之轉軸之盤狀平衡片僅用以提供調整轉輪旋轉平衡之功能，因此該盤狀平衡片並非用以解決該轉軸一端之本身切削缺口構造或該轉軸之其它本身不對稱構造所產生的直接或間接影響於其平衡旋轉的問題。

另一習用具平衡件之轉子構造，例如：中華民國專利第M326968號之〝具有馬達轉子固定結構之壓縮機 及馬達轉子固定結構〞新型專利，其揭示一種馬達轉子固定結構。該馬達轉子固定結構包含一轉軸、一平衡塊、一轉子及一固定單元。該轉軸之一端設置一偏心塊，且該偏心塊相對於該轉軸形成偏心。該平衡塊連結固定於該轉軸，且該平衡塊亦相對於該轉軸形成偏心。該平衡塊之偏心方向與該偏心塊之偏心方向實質上相反。該轉子之一端面抵頂於該平衡塊，如此使該轉子之另一端面抵頂於該固定單元。

然而，前述中華民國專利第M326968號之轉軸之平衡塊僅用平衡該轉軸之偏心塊，以提供調整該轉軸旋轉平衡之功能，因此該平衡塊亦並非用以解決轉軸一端之本身切削缺口構造或該轉軸之其它本身不對稱構造所產生的直接或間接影響於其平衡旋轉的問題。

另一習用具平衡件之轉子構造，例如：中華民國專利第510949號之〝多氣缸回轉式壓縮機〞發明專利，其揭示一種可以減少防止振動用之平衡片之件數之多氣缸回轉式壓縮機。將第一氣缸之質量偏心設定為m1×r1，第二氣缸之質量偏心為m2×r2，安裝於轉子下側之第一平衡片之質量偏心為m3×r3，安裝於轉子上側之第二平衡片之質量偏心為m4×r4，由第一氣缸至第二氣缸、至下側之第一平衡片及第二平衡片之各距離分別為L2、L3及L4，而可由m1×r1+m4×r4=m2×r2+m3×r3，m4×r4×L4=m2×r2×L2+m3×r3×L3，m1×r1=m2×r2之式子取得平衡之情況下，除去下側之第一平衡片，使第一平衡片之質量偏心設定於m4×r4之20%以上至80%以下。

然而，前述中華民國專利第510949號之轉子下側之第一平衡片及轉子上側之第二平衡片僅用以提供第一氣缸之質量偏心及第二氣缸之質量偏心之平衡功能，因此該第一平衡片及第二平衡片亦並非用以解決任何轉軸一 端之本身切削缺口構造或該轉軸之其它本身不對稱構造所產生的直接或間接影響於其平衡旋轉的問題。

另一習用具平衡件之轉子構造，例如：中華民國專利公開第200903953號之〝單極式交、直流一體無刷發電機〞發明專利申請案，其揭示一種單極式交、直流一體無刷發電機。於一殼體內分別以軸承樞設一心軸，該心軸之二端並分別設有第一、二轉子，該第一、二轉子係不具繞線且具數個凸起扇極，心軸上位於第一、二轉子一側處套設環形之動平衡片，以增加心軸旋轉之平衡度，於殼體內壁面則設有與第一、二轉子相對應之第一、二定子繞組，另於第一、二轉子間套設有轉子導磁迴路環，而第一、二定子繞組間則套設有定子導磁迴路環，另於第一、二定子繞組間設有環座，於該環座上繞設有激磁導電線圈，該激磁導電線圈係由殼體穿出而連接外部可控制輸入之直流電源，以作為激磁之用，另於殼體一端之尾蓋上設有連接電路至第二定子繞組之整流濾波穩壓電路模組。

然而，前述中華民國專利公開第200903953號之心軸於位於第一轉子及第二轉子一側設置二平衡片，其用以僅用以提供該心軸之旋轉平衡功能，因此該二平衡片亦並非用以解決任何轉軸一端之本身切削缺口構造或該轉軸之其它本身不對稱構造所產生的直接或間接影響於其平衡旋轉的問題。

顯然，前述美國專利公開第20110091324號、中華民國專利第M326968號、中華民國專利第510949號及中華民國專利公開第200903953號並未揭示如何進一步解決轉軸一端之本身切削缺口構造或其它本身不對稱構造所產生的直接或間接影響於其平衡旋轉的問題。因此，習用馬達轉軸必然存在進一步如何解決本身切削缺口構造或其它本身不對稱構造所產生的平衡旋轉之需求。前述專利 及專利申請案僅為本發明技術背景之參考及說明目前技術發展狀態而已，其並非用以限制本發明之範圍。

有鑑於此，本發明為了滿足上述技術問題及需求，其提供一種具平衡件之轉軸及平衡件構造，其利用至少一平衡件設置於一轉軸本體，而該轉軸本體具有一缺口部，且該缺口部對應該平衡件，如此在旋轉操作時，該平衡件用以平衡旋轉該轉軸本體之缺口部，以改善習用馬達轉子整體構造及旋轉平衡的問題。

本發明較佳實施例之主要目的係提供一種轉軸構造，其利用至少一平衡件設置於一轉軸本體，而該轉軸本體具有一缺口部，且該缺口部對應該平衡件，如此在操作旋轉該轉軸本體時，該平衡件用以對應平衡該轉軸本體之缺口部，以達成改善整體馬達轉子整體構造之可靠度及提升其旋轉平衡之目的。

為了達成上述目的，本發明較佳實施例之轉軸構造包含：一轉軸本體，其包含一第一端及一第二端；至少一缺口部，其設置於該轉軸本體之第一端；及至少一平衡件，其設置於該轉軸本體之第一端及第二端之間；其中在操作旋轉該轉軸本體時，該平衡件用以對應平衡該轉軸本體之缺口部。

本發明較佳實施例之該轉軸本體包含一輔助平衡件。

本發明較佳實施例之該平衡件與輔助平衡件設置於該轉軸本體之第一端或第二端之同一側。

本發明較佳實施例之該平衡件與輔助平衡件 設置於該轉軸本體之第一端及第二端之相反側。

本發明較佳實施例之該平衡件及輔助平衡件設置相對於該轉軸本體之中心軸呈180度夾角。

本發明較佳實施例之該缺口部選自一階梯式缺口部或一斜切式缺口部。

本發明較佳實施例之另一目的係提供一種用於轉軸之平衡件構造，其將一平衡件用以設置於一轉軸本體，而該轉軸本體具有一缺口部，且該平衡件用以對應平衡該缺口部，以提升該轉軸本體之旋轉平衡之目的。

為了達成上述目的，本發明較佳實施例之用於轉軸之平衡件構造包含：一平衡件本體，其包含一第一側及一第二側；一組裝孔，其設置於該平衡件本體之第一側，在組裝時，一轉軸本體穿設組裝於該組裝孔；及至少一偏心部，其設置於該平衡件本體之第二側，且該偏心部形成一配重部；其中該轉軸本體包含一第一端及一第二端，一缺口部設置於該轉軸本體之第一端，該平衡件本體設置於該轉軸本體之第一端及第二端之間，在操作旋轉該轉軸本體時，該平衡件用以對應平衡該轉軸本體之缺口部。

本發明較佳實施例之該平衡件選自一平衡片或一平衡塊。

本發明較佳實施例之該平衡件包含至少一配重調整孔。

本發明較佳實施例之該偏心部由一相對高比重材料製成。

1‧‧‧轉軸本體

1a‧‧‧第一端

1b‧‧‧第二端

10‧‧‧缺口部

11‧‧‧組裝槽

2‧‧‧轉子鐵芯

3‧‧‧永磁環體

4‧‧‧平衡件

4’‧‧‧輔助平衡件

40‧‧‧平衡件本體

41‧‧‧組裝孔

410‧‧‧組裝開口

411‧‧‧卡掣部

42‧‧‧偏心部

43‧‧‧配重調整孔

第1圖：本發明較佳實施例採用轉軸構造之立體示意 圖。

第2圖：本發明較佳實施例採用轉軸構造結合轉子鐵芯及永磁環體之側視示意圖。

第3圖：本發明第一較佳實施例採用轉軸構造組合平衡件之側視示意圖。

第3A圖：本發明第一較佳實施例採用轉軸構造組合平衡件之正視示意圖。

第4圖：本發明第二較佳實施例之轉軸構造組合雙平衡件之正視示意圖。

第4A圖：本發明第二較佳實施例之轉軸構造組合雙平衡件之正視示意圖。

第5圖：本發明較佳實施例採用平衡件構造之正視示意圖。

第5A至5D圖：本發明較佳實施例採用各種平衡件構造形狀之正視示意圖。

為了充分瞭解本發明，於下文將舉例較佳實施例並配合所附圖式作詳細說明，且其並非用以限定本發明。

本發明較佳實施例之具平衡件之轉軸構造及其平衡件構造適用於各種機械式旋轉裝置〔mechanical rotary device〕、發電機轉子〔generator rotor〕、幫浦轉子〔pump rotor〕、馬達轉子〔motor rotor〕及其相關電氣設備〔例如：風扇設備、通風設備、電動車馬達或其它電動機設備等〕，但其並非用以限定本發明之應用範圍。

第1圖揭示本發明較佳實施例採用轉軸構造之立體示意圖，僅揭示在未組裝前之轉軸構造。第2圖揭示本發明較佳實施例採用轉軸構造結合轉子鐵芯及永磁環體之側視示意圖，其對應於第1圖在未組裝前之轉軸構造。第3圖揭示本發明第一較佳實施例採用轉軸構造組合平衡 件之側視示意圖，其對應於第1及2圖之轉軸構造。第3A圖揭示本發明第一較佳實施例採用轉軸構造組合平衡件之正視示意圖，其對應於第3圖之轉軸構造及平衡件構造。請參照第1、2、3及3A圖所示，本發明第一較佳實施例之轉軸構造主要包含一轉軸本體1、至少一缺口部10及至少一平衡件4，且該缺口部10及平衡件4適當配置於該轉軸本體1上。

請再參照第1及2圖所示，舉例而言，該轉軸本體1選自一縱向長條體〔longitudinally elongated rod〕，且該轉軸本體1具有一中心軸，其縱向延伸於該轉軸本體1。該轉軸本體1可選自各種材質製成，例如：各種金屬材料、各種非金屬材料、各種複合材料或其它材料。該轉軸本體1包含一第一端1a及一第二端1b，且每個該第一端1a及第二端1b分別包含一末端面〔end surface〕、一環形錐部〔annular inclined body〕及一預定長度末端體〔predetermined-length end body〕。

請再參照第1、2、3及3A圖所示，該轉軸本體1之第一端1a具有一缺口部〔cut-off portion〕10，且該缺口部10選自一階梯式缺口部或一斜切式缺口部。另外，該轉軸本體1包含數個組裝槽〔assembling groove〕11，且該組裝槽11適當配置於該轉軸本體1之第一端1a及第二端1b之間，以便組裝該平衡件4或其它轉子配件，但依不同需求可省略設置該組裝槽11。

請再參照第2及3圖所示，該轉軸本體1之第一端1a及第二端1b之間組裝一轉子鐵芯〔rotor iron core〕2。該轉子鐵芯2包含數個矽鋼片，且在該轉子鐵芯2上套置組裝一永磁環體〔magnet ring〕3，以便組裝形成一轉子組〔rotor assembly〕。在該轉子鐵芯2及永磁環體3之間設置數個卡掣部〔engaging portion〕，以便提升該轉 子鐵芯2及永磁環體3之間組合可靠度〔reliability〕，如第3A圖所示。

請再參照第1、2、3及3A圖所示，將該平衡件4設置於該轉軸本體1之第一端1a及第二端1b之間之適當位置。在組裝上，該平衡件4選擇以緊配合方式直接套置於該轉軸本體1上，並省略設置該轉軸本體1之組裝槽11，以簡化整體構造。或，該平衡件4選擇以卡掣組合方式直接組裝於該轉軸本體1之組裝槽11上。在配置上該缺口部10相對於該轉子組具有一第一縱向距離d1，而該平衡件4相對於該轉子組具有一第二縱向距離d2。該缺口部10具有一第一質量〔-m1〕，而該平衡件4具有一第二質量〔m2〕。依不同設計需求，本發明可選擇調整該第一縱向距離d1及第二縱向距離d2。

請再參照第2、3及3A圖所示，該平衡件4選自一平衡片、一平衡塊〔balance piece〕或其它具平衡功能之元件，且該平衡件4可選自各種相對高比重材料製成，例如：各種高比重金屬材料、各種複合高比重材料或其它高比重材料。該平衡件4之配置質量用以平衡該缺口部10之質量。在操作旋轉該轉軸本體1時，該平衡件4用以對應平衡該轉軸本體1之缺口部10。

本發明較佳實施例之具平衡件之轉軸構造符合依ISO-1940動靜平衡G2.5之規定。反之，若未採用平衡件之馬達轉子軸心之缺口在G2.5標準下進行平衡度測試時，其旋轉平衡測試結果不佳，其平衡數據於此併入參考，如表1所示。

表1：未採用平衡件之馬達轉子軸心之缺口在G2.5標準下進行平衡度測試結果。

第4圖揭示本發明第二較佳實施例之轉軸構造組合雙平衡件之正視示意圖，其對應於第1及2圖之轉軸構造。第4A圖揭示本發明第二較佳實施例之轉軸構造組合雙平衡件之正視示意圖，其對應於第4圖之轉軸構造及平衡件構造。請參照第4及4A圖所示，相對於第一實施例，本發明第二較佳實施例之轉軸構造包含一轉軸本體1、至少一缺口部10、一平衡件4及一輔助平衡件4’，且該輔助平衡件4’相對於該轉子組具有一第三縱向距離d3。另外，該輔助平衡件4’具有一第三質量〔m3〕。

請再參照第4及4A圖所示，舉例而言，在組合完成時，該平衡件4與輔助平衡件4’設置於該轉軸本體1之第一端1a及第二端1b之相反側。該轉軸本體1之第一端1a及第二端1b之相反側。在平衡力矩設計時，該缺口部10之第一質量〔-m1〕及第一縱向距離d1之力矩與該平衡件4之第二質量〔m2〕及第二縱向距離d2之力矩平衡於該輔助平衡件4’之第三質量〔m3〕及第三縱向距離d3之力矩。本發明較佳實施例採用平衡件之馬達轉子軸心之缺口在G2.5標準下進行平衡度測試時，達成其旋轉平衡測試結果良好，其平衡數據於此併入參考，如表2所示。

表2：本發明馬達轉子軸心之缺口在G2.5標準

如表2所示，其實驗結果顯示平衡不良為0%。另外，本發明另一較佳實施例選擇該平衡件4與輔助平衡件4’設置於該轉軸本體1之第一端1a或第二端1b之同一側。請再參照第4及4A圖所示，本發明較佳實施例選擇該平衡件4及輔助平衡件4’設置相對於該轉軸本體1之中心軸呈180度夾角或其它角度夾角。

第5圖揭示本發明較佳實施例採用平衡件構造之正視示意圖，其對應於第3及4圖之平衡件構造。請參照第5圖所示，舉例而言，本發明較佳實施例之該平衡件4〔或輔助平衡件4’〕包含一平衡件本體40、一組裝孔41及至少一偏心部42，且該組裝孔41及偏心部42適當配置該平衡件本體40上。

請再參照第3、4及5圖所示，舉例而言，該平衡件本體40包含一第一側及一第二側。該組裝孔41設置於該平衡件本體40之第一側。在組裝時，該轉軸本體1穿設組裝於該組裝孔41。該偏心部42設置於該平衡件本體40之第二側，且該偏心部42形成一配重部。該平衡件4〔或輔助平衡件4’〕另包含至少一個或數個配重調整孔43，且該配重調整孔43之數量、位置及形狀可依不同需求選擇設置，以調整該轉軸本體1之旋轉平衡。

如表1及2圖所示，上述實驗數據為在特定條件之下所獲得的初步實驗結果，其僅用以易於瞭解或參考本發明之技術內容而已，其尚需進行其他實驗。該實驗數據及其結果並非用以限制本發明之權利範圍。

第5A至5D圖揭示本發明較佳實施例採用各種平衡件構造形狀之正視示意圖。請參照第5A至5D圖所示，本發明較佳實施例之該平衡件4〔或輔助平衡件4’〕之組裝孔41另包含一組裝開口410及至少一個或數個卡掣部〔例如：三個卡掣部〕411。該組裝開口410設置於該組裝孔41之一預定位置，以便該平衡件4易組裝於該轉軸本體1上，如第3、3A、4及4A圖所示。該卡掣部411凸設於該組裝孔41之內周緣上，以便該卡掣部411易卡掣於該轉軸本體1之外表面上。

前述較佳實施例僅舉例說明本發明及其技術特徵，該實施例之技術仍可適當進行各種實質等效修飾及/或替換方式予以實施；因此，本發明之權利範圍須視後附申請專利範圍所界定之範圍為準。本案著作權限制使用於中華民國專利申請用途。

1‧‧‧轉軸本體

1a‧‧‧第一端

1b‧‧‧第二端

10‧‧‧缺口部

11‧‧‧組裝槽

3‧‧‧永磁環體

4‧‧‧平衡件

Claims (10)

1. 一種轉軸構造，其包含：一轉軸本體，其包含一第一端及一第二端，且該轉軸本體可選擇組成一機械式旋轉裝置或一電氣設備之轉軸；至少一缺口部，其設置於該轉軸本體之第一端；及至少一平衡件，其設置於該轉軸本體之第一端及第二端之間；其中在操作旋轉該轉軸本體時，該平衡件用以對應平衡該轉軸本體之缺口部，以提升該轉軸本體在旋轉時之平衡度。
2. 依申請專利範圍第1項所述之轉軸構造，其中該轉軸本體包含一輔助平衡件。
3. 依申請專利範圍第2項所述之轉軸構造，其中該平衡件與輔助平衡件設置於該轉軸本體之第一端或第二端之同一側。
4. 依申請專利範圍第2項所述之轉軸構造，其中該平衡件與輔助平衡件設置於該轉軸本體之第一端及第二端之相反側。
5. 依申請專利範圍第2項所述之轉軸構造，其中該平衡件及輔助平衡件設置相對於該轉軸本體之中心軸呈180度夾角。
6. 依申請專利範圍第1項所述之轉軸構造，其中該缺口部形成一階梯式缺口部或一斜切式缺口部。
7. 一種轉軸構造，其包含：一轉軸本體，其包含一第一端及一第二端，且該轉軸本體可選擇組成一機械式旋轉裝置或一電氣設備之轉軸；至少一缺口部，其設置於該轉軸本體之第一端；至少一平衡件，其設置於該轉軸本體之第一端及第二端之間，在操作旋轉該轉軸本體時，該平衡件用以對應平衡該轉軸本體之缺口部，以提升該轉軸本體在旋轉時之平衡 度，且該平衡件包含：一平衡件本體，其包含一第一側及一第二側；一組裝孔，其設置於該平衡件本體之第一側，在組裝時，該轉軸本體穿設組裝於該組裝孔；及至少一偏心部，其設置於該平衡件本體之第二側，且該偏心部形成一配重部。
8. 依申請專利範圍第7項所述之轉軸構造，其中該平衡件選自一平衡片或一平衡塊。
9. 依申請專利範圍第7項所述之轉軸構造，其中該平衡件包含至少一配重調整孔。
10. 依申請專利範圍第7項所述之轉軸構造，其中該偏心部由一相對高比重材料製成。