TWI577111B - Axial Flux Motor with Combined Stator and Its Manufacturing Method - Google Patents

Axial Flux Motor with Combined Stator and Its Manufacturing Method Download PDF

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Description

具有組合式定子的軸向磁通馬達及其製造方法
本發明是有關於一種馬達及其製造方法，特別是指一種具有組合式定子的軸向磁通馬達及其製造方法。
如圖1所示的一種習知軸向磁通馬達，包含一能沿一軸向L X樞轉，且包括複數磁性件311的轉子310，及複數環繞設置於該轉子310周緣的定子320。每一定子320包括一概呈U字形的導磁體321，及一能通以激磁電流，使該導磁體321產生磁力的線圈匝322。藉由該等磁性件311與該等定子320之間的磁場交互作用，而驅使該轉子310轉動。
其中，由於馬達的輸出功率係正比於定子的線圈匝數。所以，對於環形設置於該轉子310周緣，且呈輻射狀排列的該等定子320而言，每一線圈匝322所能纏繞最多線圈的位置應該是在該導磁體321遠離該軸向L X的外側緣上。不過，囿限於該轉子310與該導磁體321之間的氣隙距離不能過大，使得該導磁體321所能提供導線圈繞的縫隙較為窄小，從而增加了纏繞該線圈匝322的困難度，甚至影響到線圈纏繞的匝數及緊密程度，致使馬達整體的輸出功率降低。
因此，本發明之其中一目的，即在提供一種能簡化繞線製程，而具有組合式定子的軸向磁通馬達。
於是，本發明具有組合式定子的軸向磁通馬達包含一轉子，及複數定子。
該轉子包括一能沿一軸向樞轉的轉體。
該等定子是環繞設置於該轉體周緣；並且，每一定子包括一由一導磁基座與一上導磁塊組合而成的導磁組合體，以及一線圈匝。該導磁基座具有一第一導磁面、一設置於該第一導磁面，且供該線圈匝套置的芯柱，及一形成於該芯柱頂面的第一接合部。該上導磁塊具有一第二導磁面，及一形成於該第二導磁面，且與該第一接合部凹凸互補的第二接合部。該上導磁塊藉由該第二接合部與該第一接合部相嵌，而能裝設於該芯柱；以及，該第一、二導磁面彼此相向，且相間隔界定出一供該轉體旋轉通過的槽道。
此外，本發明之另一目的，即在提供一種能製造出上述具有組合式定子的軸向磁通馬達的製造方法。
於是，本發明具有組合式定子的軸向磁通馬達的製造方法包含下列步驟：
步驟A：在一線圈座上纏繞一線圈匝，並將該線圈座套置於一芯柱。
步驟B：利用該芯柱的接合部與至少一導磁塊結合成一定子。
步驟C：將多個該定子環繞設置於一能沿一軸向樞轉的轉體周緣。
本發明之功效在於：藉由將每一定子分拆成至少兩部分，使得該線圈匝能便於纏繞於其中一部份，再將其組合為一完整定子，不僅能簡化繞線製程，以減少製造的時間成本，更能提升線圈纏繞的匝數及緊密程度，有效地增加馬達整體的輸出功率。
在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。
參閱圖2，本發明具有組合式定子的軸向磁通馬達的一實施例包含一轉子100，及複數定子200。
配合參閱圖3，該轉子100包括一能沿一軸向L X樞轉，且具有一外環部111的轉體110，及複數等角度間隔環狀設置於該外環部111的磁性件120。
參閱圖3與圖4，該等定子200是環繞設置於該外環部111。每一定子200包括一由一下導磁塊211、一芯柱212，及一上導磁塊213組合而成的導磁組合體210、一線圈座220，以及一纏繞於該線圈座220的線圈匝230。其中，如圖5與圖6所示，該下導磁塊211具有一第一導磁面214，及一形成於該第一導磁面214的第四接合部215；該芯柱212具有一形成於其頂面的第一接合部216，及一形成於其底面的第三接合部217；該上導磁塊213具有一第二導磁面218，及一形成於該第二導磁面218的第二接合部219。並且，該第一、二導磁面214、218彼此相向，且相間隔界定出一供該轉體110旋轉通過的槽道250。
要說明的是，在本實施例中，該上、下導磁塊213、211與該芯柱212是分別由具導磁特性的工件，如鋼、鐵等材料，以鑄模成形或切削加工等一體成型的方式製成。另外，也可以由矽鋼片或鐵片等常見於製作定子的導磁基材，以薄片疊合的方式製成。其中，所謂薄片疊合方式是指複數呈薄片狀，且為同一態樣的導磁片沿著一第一方向L1進行疊合。如此一來，該上、下導磁塊213、211與該芯柱212之間的接合部皆是沿著該第一方向L1延伸。
同時，為了讓該等接合部能彼此牢固地嵌合在一起，並承受該上、下導磁塊213、211分別對該芯柱212上的接合部所產生的彎矩影響，本實施例是透過梯形榫嵌合的方式達成。其中，該第一接合部216是一截面呈上寬下窄的梯形，且沿該第一方向L1延伸的梯形柱，而該第二接合部219是一凹凸對應該梯形柱，且沿該第一方向L1延伸的嵌溝。同樣地，該第三接合部217是一截面呈上窄下寬的梯形，且沿該第一方向L1延伸的梯形柱，而該第四接合部215是一凹凸對應該梯形柱，且沿該第一方向L1延伸的嵌溝。如此，該芯柱212便能透過該等梯形柱，分別沿著該第一方向L1，而嵌設於該上、下導磁塊213、211的嵌溝，使該上、下導磁塊213、211與該芯柱212組合成該導磁組合體210。
補充說明的是，梯形榫由於其榫頭與其所對應的卯眼之間的接合面積較大，而能產生較大的接合力；並且，透過該榫頭上的斜面來分解施加於該榫頭的應力，所以能承受更大的彎矩。另外，除了透過梯形榫進行嵌合之外，常見的嵌合榫截面還有矩形榫，以及呈T字形的鳩尾榫（Dovetail Joints）。其中，矩形榫因為容易上下開脫，故無法作為該等接合部的實施態樣；而鳩尾榫由於其栓部（Pin）是分別垂直於其尾部（Tail）及其榫肩，使得鳩尾榫所能承受的拉伸應力並不如梯形榫來得大，不過卻具有更大的接合結構力，所以也是能用以作為該等接合部的另外一種實施態樣。
此外，對於本實施例的每一定子200而言，該線圈匝230是先纏繞於該線圈座220上，而該線圈座220再連同該線圈匝230一同套設於該芯柱212。如此一來，該線圈匝230不僅能獨立於該導磁組合體210之外，而有著較大的繞線空間來進行纏繞製程，以降低繞線的困難度；同時，還能將該線圈座220與該線圈匝230進行模組化製造，以增進生產效率。並且，在纏繞成該線圈匝230的過程中，藉由該線圈座220對纏繞於其上的導線進行塑形及固定，使得該線圈匝230的匝數及緊密程度都能有效地提升，從而增進馬達整體的輸出功率。另外，在該芯柱212上也能形成與該線圈座220有著相同功用的凹槽，而用以容置該線圈匝230，使得導線也能直接地纏繞於該芯柱212上，以省略該線圈座220。
需要一提的是，本發明的主要目的在於降低該線圈匝230的繞線困難度，所以採用能分拆組合的該導磁組合體210，使該線圈匝230能獨立於該導磁組合體210進行繞線製程。因此，只要是能讓該線圈匝230直接地套設至該導磁組合體210的其中一組件便可達成此目的。
所以，便有如圖7、圖8與圖9所示的另外一種導磁組合體210，係將該下導磁塊211與該芯柱212結合成一導磁基座240，使得該導磁組合體210具有該導磁基座240及該上導磁塊213。而且，該導磁基座240上的各元件均能與前述的該下導磁塊211與該芯柱212相對應，在此將不再贅述。
如此一來，該線圈座220連同該線圈匝230便能直接地設置於該導磁基座240，再將該上導磁塊213裝設於該導磁基座240，即可完成該定子200的組裝，進而有效地提升整體製程效率。
另外，本發明還對應上述結構，而提出一種具有組合式定子的軸向磁通馬達的製造方法，其流程如圖10所示，並包括下列步驟：
步驟S101：在一線圈座上纏繞一線圈匝，並將該線圈座套置於一芯柱。
步驟S102：利用該芯柱的接合部與至少一導磁塊結合成一定子。
要說明的是，該芯柱的接合部數量能為一個及兩個其中一者，且該導磁塊的數量與該芯柱的接合部數量相對應。若該芯柱的接合部與該導磁塊的數量均為一個，即為如圖7、圖8與圖9所示的定子結構；若該芯柱的接合部與該等導磁塊的數量均為兩個，即為如圖4、圖5與圖6所示的定子結構。其中，針對該芯柱與該導磁塊，或是該芯柱與該等導磁塊的結構與連結關係已於前述實施例中闡述，在此將不再贅述。
步驟S103：將多個該定子環繞設置於一能沿一軸向樞轉的轉體周緣。
綜上所述，本發明具有組合式定子的軸向磁通馬達有著如下所述之功效及優點，故確實能達成本發明之目的。
一、藉由將每一定子200分拆成至少兩部分，使得該線圈匝230能獨立於該導磁組合體210進行繞線製程，而有著較大的繞線空間來進行纏繞製程，以降低繞線的困難度。同時，透過將該線圈座220與該線圈匝230進行模組化製造，以增進生產效率。
二、在纏繞成該線圈匝230的過程中，能透過該線圈座220對纏繞於其上的導線進行塑形及固定，使得該線圈匝230的匝數及緊密程度都能有效地提升，從而增進馬達整體的輸出功率。
三、透過梯形榫嵌合的方式，讓互相嵌設的接合部能牢固地連結，同時承受該上、下導磁塊213、211分別對該芯柱212上的接合部所產生的彎矩影響，以強化該導磁組合體210的結構強度，並降低形變。
惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
100‧‧‧轉子
110‧‧‧轉體
111‧‧‧外環部
120‧‧‧磁性件
200‧‧‧定子
210‧‧‧導磁組合體
211‧‧‧下導磁塊
212‧‧‧芯柱
213‧‧‧上導磁塊
214‧‧‧第一導磁面
215‧‧‧第四接合部
216‧‧‧第一接合部
217‧‧‧第三接合部
218‧‧‧第二導磁面
219‧‧‧第二接合部
220‧‧‧線圈座
230‧‧‧線圈匝
240‧‧‧導磁基座
250‧‧‧槽道
310‧‧‧轉子
311‧‧‧磁性件
320‧‧‧定子
321‧‧‧導磁體
322‧‧‧線圈匝
L1‧‧‧第一方向
Lx‧‧‧軸向
S101~S103‧‧‧步驟
本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是一局部分解立體圖，說明習知一軸向磁通馬達； 圖2是一立體圖，說明本發明具有組合式定子的軸向磁通馬達的一實施例； 圖3是一局部分解立體圖，說明該實施例中的一轉子之各元件組成； 圖4是一局部立體圖，說明該實施例中的一定子之各元件組成； 圖5是一局部側視圖，說明該實施例中的該定子之各元件組成； 圖6是一局部分解立體圖，說明該實施例中的該定子是能拆解成一上導磁塊、一下導磁塊，及一套置於一芯柱的線圈座，且該線圈座上纏繞一線圈匝； 圖7是一局部立體圖，說明該實施例中另一實施態樣的定子之各元件組成； 圖8是一局部側視圖，說明該實施例中的該定子之各元件組成； 圖9是一局部分解立體圖，說明該定子能拆解成該上導磁塊、一導磁基座，及纏繞該線圈匝的該線圈座；及 圖10是一流程圖，說明本發明具有組合式定子的軸向磁通馬達的製造方法之步驟。
211‧‧‧下導磁塊
212‧‧‧芯柱
213‧‧‧上導磁塊
214‧‧‧第一導磁面
215‧‧‧第四接合部
216‧‧‧第一接合部
217‧‧‧第三接合部
218‧‧‧第二導磁面
219‧‧‧第二接合部
220‧‧‧線圈座
230‧‧‧線圈匝
L1‧‧‧第一方向

Claims (9)

  1. 一種具有組合式定子的軸向磁通馬達，包含：一轉子，包括一能沿一軸向樞轉的轉體；及複數定子，環繞設置於該轉體周緣，每一定子包括一由一導磁基座與一上導磁塊組合而成的導磁組合體，以及一線圈匝；該導磁基座具有一第一導磁面、一設置於該第一導磁面，且供該線圈匝套置的芯柱，及一形成於該芯柱頂面的第一接合部，該上導磁塊具有一第二導磁面，及一形成於該第二導磁面，且與該第一接合部凹凸互補的第二接合部；該上導磁塊藉由該第二接合部與該第一接合部相嵌，而能裝設於該芯柱；以及，該第一、二導磁面彼此相向，且相間隔界定出一供該轉體旋轉通過的槽道。
  2. 如請求項1所述的具有組合式定子的軸向磁通馬達，其中，該第一接合部是一截面呈上寬下窄的梯形，且沿一第一方向延伸的梯形柱，而該第二接合部是一凹凸對應該梯形柱，且沿該第一方向延伸的嵌溝，使該梯形柱能沿該第一方向嵌設於該嵌溝，而組合該導磁基座與該上導磁塊。
  3. 如請求項2所述的具有組合式定子的軸向磁通馬達，其中，該導磁基座與該上導磁塊是由具導磁特性的材料，並以一體成型及薄片疊合二種方式的其中一種製成；而薄片疊合方式是指複數呈薄片狀，且為同一態樣的導磁片沿著該第一方向進行疊合。
  4. 如請求項1所述的具有組合式定子的軸向磁通馬達，其中，該導磁基座還具有一下導磁塊；該第一導磁面形成於該下導磁塊的頂面，該芯柱裝設於該下導磁塊。
  5. 如請求項4所述的具有組合式定子的軸向磁通馬達，其中，該導磁基座還具有一形成於該芯柱底面的第三接合部；該下導磁塊具有形成於該第一導磁面的第四接合部；該第三、四接合部彼此凹凸互補，使得該芯柱藉由該第三接合部與該第四接合部相嵌，而能裝設於該下導磁塊。
  6. 如請求項5所述的具有組合式定子的軸向磁通馬達，其中，該第三接合部是一截面呈上窄下寬的梯形，且沿一第一方向延伸的梯形柱，而該第四接合部是一凹凸對應該梯形柱，且沿該第一方向延伸的嵌溝，使該梯形柱能沿該第一方向嵌設於該嵌溝，而將該下導磁塊與該芯柱組合成該導磁基座。
  7. 如請求項6所述的具有組合式定子的軸向磁通馬達，其中，該上、下導磁塊與該芯柱是由具導磁特性的材料，並以一體成型及薄片疊合二種方式的其中一種製成；而薄片疊合方式是指複數呈薄片狀，且為同一態樣的導磁片沿著該第一方向進行疊合。
  8. 如請求項1所述的具有組合式定子的軸向磁通馬達，其中，每一定子還包括一能套設於該芯柱，且用以供該線圈匝纏繞的線圈座。
  9. 一種具有組合式定子的軸向磁通馬達的製造方法，包含下列步驟： 步驟A：在一線圈座上纏繞一線圈匝，並將該線圈座套置於一芯柱；步驟B：利用該芯柱的接合部與至少一導磁塊結合成一定子，該芯柱的接合部數量能為一個及兩個其中一者，且該導磁塊的數量與該芯柱的接合部數量相對應；若該芯柱的接合部與該導磁塊的數量均為一個，則定義該接合部為形成於該芯柱頂端的第一接合部，而該導磁塊具有與該第一接合部凹凸互補的第二接合部；若該芯柱的接合部與該等導磁塊的數量均為兩個，則定義該等接合部為分別形成於該芯柱頂、底面的第一、三接合部，而其中一導磁塊具有與該第一接合部凹凸互補的第二接合部，其中另一導磁塊具有與該第三接合部凹凸互補的第四接合部；並且，該第一、三接合部均為一截面成梯形，且沿一第一方向延伸的梯形柱，該第二、四接合部均為一凹凸對應該梯形柱，且沿該第一方向延伸的嵌溝；及步驟C：將多個該定子環繞設置於一能沿一軸向樞轉的轉體周緣。
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