TWI559652B - Copper rotor with parallel conductive outer end ring - Google Patents

Description

具並聯式導電外端環之銅轉子

本發明關於一種具並聯式導電外端環之銅轉子，係指一種可減低銅轉子之各插銅片端部連接電阻以提升銅轉子輸出效率。

感應式電機之內轉子感應由定子電樞繞組之變動磁場，並使內轉子之電導體可切割定子磁場之磁力線以產生電流，並該具電流之電導體於定子變動磁場作用下產生轉矩使內轉子旋轉。

習知內轉子大多為以鋁材為電導體之鋁轉子，並由於鋁熔點較低，可適於壓鑄製造，然而因鋁材導電性遠低於銅材，因而該鋁轉子相較於具銅材導電體之銅轉子必須較大體積才能具相同輸出效率，相對的造成鋁轉子外圍之定子及電機外殼皆須加大，將佔用較大空間，且該鋁材之散熱性不佳，常須額外增加散熱設備，造成該鋁轉子不適於如車輛等行動設備或空間受限制場合使用，且較重之鋁轉子電機不符合節能減碳需求。

採用銅為電導體之銅轉子可具體積小即可具較輸出效率優點，然而銅之熔點高不易壓鑄製造，目前銅轉子一般採用插銅片與鐵芯結合，如第十、十一圖所示為習知銅轉子結構之一，並第十圖為習知銅轉子之部分分解圖，第十一圖為習知銅轉子俯視觀視剖視圖，第十二圖為習知銅轉子之插銅片與嵌插片間之等效電路圖，其中該銅轉子包括一鐵芯1’、複數插銅片2’、複數嵌插片 3’、軸4’，並該鐵芯1’由複數矽鋼片11’層疊組成，中央具可穿插軸4’並可帶動軸4’旋轉之軸孔12’，並以軸孔12’為中心向外呈輻射設置複數插孔13’；又插銅片2’係穿插該插孔13’，並二端部21’凸出於鐵芯1’二端外側；又嵌插片3’為銅材並外覆銀焊接層31’，並該嵌插片3’可穿插於鐵芯1’二端對應各相鄰插銅片2’端部21’之間隙，再藉由加熱令嵌插片3’與插銅片2’端部21’焊接組合，並使各插銅片2’可電性短路接合。

請一併參閱第十一、十二圖該習知銅轉子之相鄰插銅片2’之等效電路圖，當焊接組合後除了插銅片2’本身銅材電阻Rbar各相鄰插銅片2’間更具如虛線所示二焊接層31’Rbag及嵌插片3’本身銅材Rcu電阻，造成該銅轉子因電阻增加減低導電性及減低銅轉子電場效率、電機輸出效率缺失。

又該嵌插片3’與插銅片2’間加熱後之焊道直接外露且必須再額外使焊道表面平整加工處理，具製造不便及組合整體性不佳缺失。

此外，習知銅轉子亦有於鐵芯二端設置端環(圖中未標示)設計，並該端環為銅材圓環形塊體，中央具可貫穿軸之透孔，又於對應插銅片端部位置設置複數接合孔，並於接合孔內緣設置焊接層，使得端環可套置於鐵芯端部，並使接合孔與各插銅片端部接合，再藉由加熱令端環與插銅片焊接固定，並使端環可提供各插銅片2’電性短路組合。

然而前述結構各相鄰插銅片間仍具如第十二圖所示二焊接層及端環銅材電阻，具降低導電性缺失，且焊接之焊道外露仍具必須額外加工處理焊道，具組合整體性不佳缺失。

本發明之目的在提供一種可減低銅轉子之各插銅電性連接電阻以提升銅轉子輸出效率，並可具較佳整體性功效。

本發明包括一鐵芯、複數插銅片、一軸、二內端環、二外端環，並該鐵芯由複數矽鋼片層疊組合，中央具軸孔，並以軸孔為中心向外呈輻射設置複數插孔；又插銅片穿插鐵芯插孔，並二端部分別凸出於鐵芯二端外側，並二端部外側具端緣面；又軸穿插鐵芯軸孔，並可由鐵芯帶動旋轉；又二內端環由導電性佳之銅製造，並外覆焊接層分別設於鐵芯二端且分別與各插銅片之二端焊接，並可提供插銅片與內端環電性短路接合，且中央具可穿軸之透孔，又內端環靠近鐵芯方向具內壁面，並相對內壁面另一側具外壁面，又二外端環由導電性佳之銅製造片體，中央具可穿插軸之透孔，並分別設於二內端環外側與內端環電性短路接合，且外端環朝向內端環一側具內壁面，相對內壁面另一側具外壁面，並該外端環內壁面與各插銅片端緣面貼靠電性短路接合。

進一步，本發明之內端環呈圓環狀片體，並對應各插銅片端部位置設置可穿插插銅片端部之接合孔，且於接合孔內壁設置銀焊接層，使得內端環可由接合孔與插銅片端部接合，再藉由加熱處理令內端環與各插銅片端部電性短路接合，又該內端環於透孔 內緣設置內螺紋；又該外端環為直徑大於內端環圓環形片體，並外緣朝向內端環方向設置可套合內端環之外環壁，又於透孔朝向內端環方向凸設環形接合壁，並於接合壁外緣設置可與內端環內螺紋接合之外螺紋，並使外端環可藉由螺合方式易於與內端環組合，並組合後外端環可遮蓋內端環與插銅片之焊接位置，可使銅轉子不額外作焊道加工處理即可具較佳組合整體質感，且使外端環之內壁面與各插銅片之端緣面貼靠電性短路接合。

本發明之內端環為與各插銅片固定接合組件，而外端環為電性短路組件，因而雖然各相鄰插銅片間具二焊接層及內端環本身銅材電阻，然而該外端環與各插銅片端緣面直接電性短路接合，使得轉子端部由外端環管路，除了插銅片本身銅材電阻外僅具外端環本身銅材電阻，而該銅材電性電阻低可提供轉子感應定子變動磁場可具較佳電場效率以提升轉子輸出效率。

進一步，本發明更包括二散熱塊，並該二散熱塊對應外端環形狀為圓環形體，並由銅或其他散熱性佳材質製造，並分別設於二外端環外側，並朝向外端環具內壁面，並對應內壁相對另一側具外壁面，中央具可穿插軸之透孔，又於散熱塊外壁面徑向不同角度位置設置數凹槽，並使轉子旋轉時該散熱塊可對應旋轉，並使凹槽與空氣快速接觸產生混流以具較佳散熱功效。

本發明之散熱塊可由焊接、螺合或其他方式與外端環接合，並該散熱塊可於透孔周緣朝向外端塊方向設置環形接合壁，並於接合壁設置外螺紋，又該外端環於透孔內緣設置可與前述散熱塊 外螺紋螺合之內螺紋，並使散熱塊可藉由螺合方式與外端環組合以具較佳組合便利性功效。

1‧‧‧鐵芯

11‧‧‧矽鋼片

12‧‧‧軸孔

13‧‧‧插孔

2‧‧‧插銅片

21‧‧‧端部

22‧‧‧端緣面

3‧‧‧軸

4‧‧‧內端環

41‧‧‧透孔

42‧‧‧內壁面

43‧‧‧外壁面

44‧‧‧接合孔

45‧‧‧焊接層

46‧‧‧內螺紋

47‧‧‧外螺紋

5‧‧‧外端環

51‧‧‧透孔

52‧‧‧內壁面

53‧‧‧外壁面

54‧‧‧外環壁

55‧‧‧接合壁

56‧‧‧外螺紋

57‧‧‧內螺紋

58‧‧‧內螺紋

6‧‧‧散熱塊

61‧‧‧透孔

62‧‧‧內壁面

63‧‧‧外壁面

64‧‧‧凹槽

65‧‧‧接合壁

66‧‧‧外螺紋

1’‧‧‧鐵芯

11’‧‧‧矽鋼片

12’‧‧‧軸孔

13’‧‧‧插孔

2’‧‧‧插銅片

21’‧‧‧端部

3’‧‧‧嵌插片

31’‧‧‧焊接層

4’‧‧‧軸

第一圖係本發明之第一實施例轉子分解圖。

第二圖係本發明之第一實施例轉子組合圖。

第三圖係本發明之第一實施例轉子組合剖視圖。

第四圖係本發明之第一實施例轉子端環等效電阻電路圖。

第五圖係本發明之第二實施例分解圖。

第六圖係本發明之第二實施例組合剖視圖。

第七圖係本發明之第三實施例分解圖。

第八圖係本發明之第三實施例組合立體圖。

第九圖係本發明之第三實施例組合剖視圖。

第十圖係習知轉子分解圖。

第十一圖係習知轉子俯視觀示剖視示意圖。

第十二圖係習知插銅片與嵌插片等效電阻電路圖。

在以下實施例中本發明類同結構或功能元件以相同符號表示，請參閱第一~三圖係本發明之第一實施例，其中第一圖係顯示轉子分解圖，第二圖係轉子組合圖，第三圖係轉子組合剖視圖，其中本發明第一實施例包括一鐵芯1、複數插銅片2、一軸3、二內端環4、二外端環5，並該鐵芯1由複數矽鋼片11層疊組合，中央具軸孔12，並以軸孔12為中心向外呈輻射設置複數插孔13。

插銅片2穿插鐵芯1插孔13，並二端部21分別凸出於鐵芯1二端外側，並二端部21外側具端緣面22。

軸3穿插鐵芯1軸孔12，並可由鐵芯1帶動旋轉。

二內端環4由導電性佳之銅製造，分別設於鐵芯1二端，中央具可穿軸3之透孔41，又該內端環4呈圓環狀片體並靠近鐵芯1方向具內壁面42，並相對內壁面42另一側具外壁面43，又內端環4對應各插銅片2端部21位置設置可穿插插銅片2端部21之接合孔44，且於接合孔44內壁設置銀焊接層45，使得內端環4可由接合孔44與插銅片2端部21接合，再藉由加熱處理令內端環4與各插銅片2端部21電性短路接合，又該內端環4於透孔41內緣設置內螺紋46。

二外端環5由導電性佳之銅製造，並分別設於一內端環4外側，且為直徑大於內端環4圓環形片體，中央具可穿插軸3之透孔51，又該外端環5朝向內端環4一側具內壁面52，並相對內壁面52另一側具外壁面53，又外端環5外緣朝向內端環4方向設置可套合內端環4之外環壁54，又於透孔51朝向內端環4方向凸設環形接合壁55，並於接合壁55外緣設置可與內端環4內螺紋46接合之外螺紋56，並使外端環5可藉由螺合方式易於與內端環4組合，並組合後外端環5可遮蓋內端環4與插銅片2之焊接位置，可使銅轉子不額外作焊道加工處理即可具較佳組合整體質感，且使外端環5之內壁面52與各插銅片2之端緣面22貼靠電性短路接合。

請一併參閱第二~四圖，並該第四圖為本發明端環位置等效電路圖，其中本發明之內端環4為與各插銅片2固定接合組件，而外端環5為電性旁路組件，因而雖然各相鄰插銅片2間具如虛線所示二焊接層電阻Rbag及內端環4本身銅材電阻Rcu電阻，然而該外端環5與各插銅片2端緣面22直接電性短路接合，使得轉子端部之各插銅片2由外端環5旁路除了插銅片2本身電阻Rbar外僅具外端環5本身銅材電阻Rcu，而該銅材電性電阻低可提供轉子感應定子變動磁場可具較佳電場效率提升轉矩及轉子輸出效率。

請參閱第五圖為本發明第二實施例之轉子分解圖，第六圖係本發明之第二實施例轉子組合剖視圖，其中該第二實施例結構與第一實施例類同，其主要差異在該內端環4於外緣設置外螺紋47，又該外端環5不設置接合壁，又於外環壁54內面設置可與前述內端環4外螺紋47接合之內螺紋57，並使外端環5可藉由螺合方式易於與內端環4組合，且使外端環5之內壁面52與各插銅片2之端緣面22可貼靠電性短路接合，並可具本發明訴求功效。

請閱第七圖，係本發明第三實施例轉子分解圖，第八圖係本發明第三實施例之轉子組合立體圖，第九圖係本發明之第三實施例轉子組合剖視圖，其中該第三實施例與第一實施例類同，其主要差異在更包括二散熱塊6，並該二散熱塊6對應外端環5形狀為圓環形體，並由銅或其他散熱性佳材質製造，並分別固設於二外端環5外側，並朝向外端環5具內壁面62，相對內壁面62另 一側具外壁面63，中央具可穿伸軸3之透孔61，又於散熱塊6外壁面63徑向不同角度位置設置數凹槽64，又該散熱塊6於透孔61周緣朝向外端環5方向設置環形接合壁65，並於接合壁65設置外螺紋66，又該外端環5於透孔51內緣設置可與前述散熱塊6外螺紋66螺合之內螺紋58，並使散熱塊6可藉由螺合方式易於與外端環5組合以具較佳組合便利性功效。

本發明第三實例當轉子旋轉時該散熱塊6可對應旋轉，並使凹槽64可與空氣快速接觸產生混流以具較佳散熱功效。

本發明之散熱塊6可由焊接、螺栓鎖固或其他方式與外端環5接合，並亦可實施於第二實施例上，又外端環5亦可由螺栓鎖固、焊接或其他螺合方式與內端環組合，不一定須侷限前述實施例方式亦可具有本發明訴求可藉由外端環旁路減低各插銅片間電阻以提升轉子效率功效，並前述實施例為本發明例示，並非本發明限制，凡依據本發明精神所為之等效改變亦應屬於本發明範疇內。

1‧‧‧鐵芯

11‧‧‧矽鋼片

12‧‧‧軸孔

13‧‧‧插孔

2‧‧‧插銅片

21‧‧‧端部

22‧‧‧端緣面

3‧‧‧軸

4‧‧‧內端環

41‧‧‧透孔

42‧‧‧內壁面

43‧‧‧外壁面

44‧‧‧接合孔

45‧‧‧焊接層

46‧‧‧內螺紋

5‧‧‧外端環

51‧‧‧透孔

52‧‧‧內壁面

53‧‧‧外壁面

54‧‧‧外環壁

55‧‧‧接合壁

56‧‧‧外螺紋

Claims (9)

1. 一種具並聯式導電外端環之銅轉子，包括：一鐵芯，中央具軸孔，並以軸孔為中心向外呈輻射設置複數插孔；複數插銅片，穿插鐵芯插孔，並二端部分別凸出於鐵芯二端外側，並二端部外側具端緣面；一軸，穿插鐵芯軸孔，並可由鐵芯帶動旋轉；二內端環，分別設於鐵芯二端且分別與各插銅片之二端焊接，並可提供插銅片與內端環電性短路接合，且中央具可穿軸之透孔，內端環靠近鐵芯方向具內壁面，相對一側具外壁面：二外端環，由導電性佳之銅製造片體，中央具可穿插軸之透孔，並分別設於二內端環外側與內端環電性短路接合，且外端環朝向又內端環一側具內壁面，相對內壁面另一側具外壁面，並該外端環內壁面與各插銅片端緣面貼靠電性短路接合。
2. 如申請專利範圍第1項所述之具並聯式導電外端環之銅轉子，其中內端環呈圓環狀片體，並對應各插銅片端部位置設置可穿插插銅片端部之接合孔，且於接合孔內壁設置焊接層，並該內端環由接合孔與插銅片端部接合，再藉由加熱處理令內端環與各插銅片端部電性短路接合。
3. 如申請專利範圍第2項所述之具並聯式導電外端環之銅轉子，其中內端環與外端環可由螺合組接。
4. 如申請專利範圍第3項所述之具並聯式導電外端環之銅轉子，其中該內端環於透孔內緣設置內螺紋；又該外端環為直徑大於內端環 圓環形片體，並外緣朝向內端環方向設置可套合內端環之外環壁，又於透孔朝向內端環方向凸設環形接合壁，並於接合壁外緣設置可與內端環內螺紋接合之外螺紋。
5. 如申請專利範圍第3項所述之具並聯式導電外端環之銅轉子，其中該內端環於外緣設置外螺紋，又該外端環為直徑大於內端環圓環形體，並外緣朝向內端環方向設置可套合內端環之外環壁，又於外環壁內面設置可與前述內端環外螺紋接合之內螺紋。
6. 如申請專利範圍第4或5項所述之具並聯式導電外端環之銅轉子，其中外端環與內端環組合後外端環可遮覆內端環與插銅片焊接位置。
7. 如申請專利範圍第1至5項中任一項所述之具並聯式導電外端環之銅轉子，其中更包括二散熱塊，並該二散熱塊分別固設於二外端環外側，並對應外端環方向具內壁面，相對內壁面另一側具外壁面，中央具可穿伸軸之透孔，又於散熱塊外壁面徑向不同角度位置設置數凹槽。
8. 如申請專利範圍第7項所述之具並聯式導電外端環之銅轉子，其中散熱塊可由焊接、螺合或螺栓鎖固方式與外端環接合。
9. 如申請專利範圍第8項所述之具並聯式導電外端環之銅轉子，其中該散熱塊於透孔周緣朝向外端環方向設置環形接合壁，並於接合壁設置外螺紋，又該外端環於透孔內緣設置可與前述散熱塊外螺紋螺合之內螺紋。