TWI673939B - 外轉子式馬達與其組裝方法 - Google Patents

Abstract

本案涉及一種外轉子式馬達包含有一轉子、一環形永久磁鐵以及一定子。轉子包含一第一殼體與一第二殼體。第一殼體包含一底盤、一環形側牆及一環形凸緣。環形側牆圍繞底盤。環形側牆與底盤共同形成一容置空間。環形凸緣自環形側牆相對底盤之一側向外延伸。第二殼體固定於第一殼體之環形凸緣並覆蓋容置空間。環形永久磁鐵容置於容置空間並抵靠於環形側牆，且被夾持於第一殼體之底盤與第二殼體之間。定子位於容置空間中。此外，本發明還涉及一種外轉子式馬達的組裝方法。

Description

外轉子式馬達與其組裝方法

本案係關於一種馬達與組裝方法，特別是一種外轉子式馬達與其組裝方法。

近年來，隨著磁性材料與電力電子技術的進步，外轉子式永磁無刷馬達（Outer-rotor-type Permanent Magnet Brushless Motor）的技術發展逐漸成熟，其具有結構簡單、高功率、高效率及體積小等特點，因而外轉子式永磁無刷馬達逐漸的取代了感應式馬達等傳統型馬達，且被廣泛地應用於各種領域以作為驅動機械運轉的動力源。例如，應用於航太領域、農業或居家生活中。

而目前常見的外轉子式永磁無刷馬達的轉子，至少使用三件式殼體所組裝而成，例如，以上蓋、下蓋與連接於上蓋與下蓋之間的側殼所組成，但三件式的轉子在組裝上需使用的零件數量較多，不僅定位較為困難，容易增加組裝的公差，且組裝流程複雜，更提高了組裝的成本。並且，由於組裝公差高，因此穿設於轉子之上蓋與下蓋的軸心容易因上蓋與下蓋間的公差量過大而產生偏擺，偏擺的軸心在外轉子轉動時容易造成軸承的損壞，除了易產生不正常的震動與噪音，更降低了馬達的性能，及縮短馬達的使用壽命。

有鑑於此，本案在於提供一種外轉子式馬達與其組裝方法，藉以降低傳統上外轉子式馬達的組裝公差。

本案所揭露的一種外轉子式馬達，其包含有一轉子、一環形永久磁鐵以及一定子。轉子包含一第一殼體與一第二殼體。第一殼體包含一底盤、一環形側牆及一環形凸緣。環形側牆圍繞底盤。環形側牆與底盤共同形成一容置空間。環形凸緣自環形側牆相對底盤之一側向外延伸。第二殼體固定於第一殼體之環形凸緣並覆蓋容置空間。環形永久磁鐵容置於容置空間並抵靠於環形側牆，且被夾持於第一殼體之底盤與第二殼體之間。定子位於容置空間中。

本案所揭露的一種外轉子式馬達的組裝方法，包含以下步驟：將一環形永久磁鐵緊配地壓入一轉子之一第一殼體中以抵緊該第一殼體之一環形內壁面；以及將該轉子之一第二殼體固定於該第一殼體，使得該第一殼體與該第二殼體共同夾持該環形永久磁鐵。

如前述所揭露的外轉子式馬達與組裝方法，由於轉子為兩件式的結構，相較於傳統採用三件式的轉子來說，本案之外轉子式馬達的零件數少，可大幅降低組裝複雜度與組裝公差。有助於減少轉動不平衡的問題，以及降低動平衡校正的困難度。

此外，環形永久磁鐵不僅可抵靠於轉子之環形側牆，還可同時被轉子之兩個殼體夾持於之間，即環形永久磁鐵可具有三個方向的抵緊限位，在此情況下，有助於降低環形永久磁鐵的組裝公差，且環形永久磁鐵可無需以黏膠或黏著劑再輔以治具對位的方式即可直接固定於轉子上。如前述組裝流程所述，將環形永久磁鐵直接壓入第一殼體後，再將第二殼體固定於第一殼體即同時完成了定位、固定環形永久磁鐵的動作。相較於傳統採用多片式磁鐵貼覆於轉子之內壁面的手段，由於本案之環形永久磁鐵的組裝公差低，且組裝不需要黏膠，也不需要額外的治具來對位，不僅降低材料成本，組裝流程也得以簡化，進而有助於縮短整體的組裝時間。

以上之關於本揭露內容之說明及以下之實施方式之說明係用以示範與解釋本案之精神與原理，並且提供本案之專利申請範圍更進一步之解釋。

以下在實施方式中詳細敘述本案之詳細特徵以及優點，其內容足以使任何熟習相關技藝者了解本案之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本案相關之目的及優點。以下之實施例係進一步詳細說明本案之觀點，但非以任何觀點限制本案之範疇。

請參照圖1~3，圖1係根據本案之一實施例之外轉子式馬達的示意圖，圖2係為圖1之外轉子式馬達的分解圖，圖3係為圖1之外轉子式馬達的轉子的分解圖。

本實施例提出一種外轉子式馬達1，可作為DC馬達，其包含有一轉子10、一環形永久磁鐵20、一定子30、一心軸40、二軸承50及多個固定件60。

具體來說，轉子10包含有一第一殼體110及一第二殼體130。第一殼體110的外形略成一鍋狀或碗狀，或者說，第一殼體110為一個內周壁呈圓柱形且其一端具有開口的結構。環形永久磁鐵20係設置於第一殼體110之容置空間1101中。定子30也容置於第一殼體110之容置空間1101中，其包含有定子架310及繞線組330。定子架310固設於心軸40。繞線組330纏繞於定子架310上。第二殼體130的外形略呈一圓盤狀，且可經由固定件60固定於第一殼體110上，並覆蓋第一殼體110之容置空間1101。而軸承50分別裝設於第一殼體110與第二殼體130中，且心軸40分別穿設這兩個軸承50。

進一步來看，請併同圖2~3接續參閱圖4~6，圖4係為圖1之外轉子式馬達的轉子的上視圖，圖5係為圖4之外轉子式馬達沿5-5’割面線的剖視圖，而圖6係為圖5之外轉子式馬達的局部放大圖。

於本實施例中，第一殼體110包含有一底盤111、一環形側牆113及一環形凸緣115。底盤111具有一第一穿孔110s1與一第一軸承容置槽110s2，第一穿孔110s1位於第一軸承容置槽110s2之一側。第一軸承容置槽110s2用以容置其中一軸承50，心軸40之一端可旋轉地穿設該軸承50與第一穿孔110s1。環形側牆113圍繞底盤111，環形側牆113之環形內壁面113a與底盤111共同形成前述的容置空間1101，而環形凸緣115係自環形側牆113相對底盤111之一側向外延伸。此外，環形凸緣115具有一第一接合面115a 。

值得注意的是，於本實施例中，第一殼體110之底盤111之周緣具有一止擋段114以銜接環形側牆113。

第二殼體130具有一第二穿孔130s1、一第二軸承容置槽130s2及一第二接合面130a。第二穿孔130s1對應於前述的第一穿孔110s1且位於第二軸承容置槽130s2之一側，第二軸承容置槽130s2可用以容置另一軸承50，而心軸40之另一端可旋轉地穿設該另一軸承50與第二穿孔130s1。第二接合面130a係面向第一殼體110的第一接合面115a。第二殼體130可經由第二接合面130a對接第一殼體110的第一接合面115a以覆蓋第一殼體110的容置空間1101。

於本實施例中，第一殼體110為一體成型之結構，而第二殼體130亦為一體成型之結構。因此，轉子10係為兩件式的結構(即第一殼體110與第二殼體130)，相較於傳統之轉子採用三件式的設計，本實施例之轉子10有助於降低組裝的公差。

環形永久磁鐵20係設置於轉子10之環形側牆113的環形內壁面113a上，可與定子架310之外徑維持一隨著圓周方向週期性變動或固定之間距(或稱氣隙)G。值得注意的是，環形永久磁鐵20是緊配地設置於環形側牆113的環形內壁面113a，且環形永久磁鐵20係被夾持於第一殼體110之底盤111的止擋段114與第二殼體130的第二接合面130a之間，如圖6，環形永久磁鐵20面對第二殼體130之第二接合面130a的環形表面20a與第一殼體110之第一接合面115a為共平面，環形表面20a接觸第二接合面130a並且受第二接合面130a抵壓，故環形永久磁鐵20與環形凸緣115可一併與第二接合面130a相接合而可同時受第二接合面130a抵壓，而環形永久磁鐵20上與環形表面20a相對之另一環形表面20b則抵壓於止擋段114之止擋面114a，並且環形表面20b接觸止擋面114a。在此情況下，環形永久磁鐵20至少可由第一殼體110之止擋面114a與環形內壁面113a以及第二殼體130之第二接合面130a分別從三個方向抵緊，有助於定位並固定環形永久磁鐵20。藉此，環形永久磁鐵20的設置不需使用黏膠即可直接固定於第一殼體110中。相較於傳統以多片式磁鐵貼覆於轉子之內壁面的手段，傳統之轉子的內壁面除了需額外增加黏膠的成本與塗佈黏膠的程序之外，還需要在黏貼磁鐵時額外提供治具才能將磁鐵貼於正確的位置，可知，傳統的手段不僅成本較高，組裝程序也較為繁瑣。但本實施例之環形永久磁鐵20由於具有三個方向的限位效果，因而可不需要黏膠，也不需額外的治具來對位，有助於降低材料成本並縮短組裝時間。

固定件60可以但不限於係螺栓、鉚釘或係圓柱搭配銷的設計，係鎖固於第一殼體110之環形凸緣115與第二殼體130，也就是說，固定件60係鎖固於轉子10上兩個相接合之片狀結構，因此，作為固定件60的長度不需要太長，有助於降低鎖固殼體10時產生的組裝公差。且可理解的是，轉子10之第一殼體110與第二殼體130藉由固定件60鎖固之後，可經由止擋段114與第二接合面130a沿轉子10之旋轉軸C的延伸方向分別對環形永久磁鐵20的上下兩側(環形表面20a與20b)施壓，以將其夾緊固定。

但需聲明的是，固定件60為選用，且本案也非以固定件60的數量為限。例如於其他實施例中，固定件60的數量可據需求增減，甚或是可省略固定件60，改採用黏著、熱壓成型接合或焊接等方式來結合第一殼體110之環形凸緣115與第二殼體130。

接著，請復參圖2~3並接續參閱圖7，圖7係為圖4之外轉子式馬達沿7-7’割面線的剖視圖。

於本實施例中，轉子10之第一殼體110還具有多個形成於第一接合面115a上的第一定位結構117，第二殼體130還具有多個形成於第二接合面130a的第二定位結構131。第一定位結構117與第二定位結構131的位置彼此相對應，且第一定位結構117與第二定位結構131係為凹凸相匹配或凸凹相匹配的結構，如圖7所示，第一定位結構117為形成於第一接合面115a的一穿槽，而第二定位結構131為形成於第二接合面130a的一凸塊，藉由凸塊與穿槽相匹配的方式，有助於提升第一殼體110與第二殼體130之間定位的精準度，進而能降低轉子10於徑向上的組裝公差。因此，可使得第一穿孔110s1對準於第二穿孔130s1，提升二軸承50間的對位以及降低心軸40產生偏擺的疑慮。進而，可減少因心軸40偏擺造成的性能低落、運轉不平衡造成的震動噪音等問題，更可延長軸承50的使用壽命，增加產品可靠度。但需聲明的是，前述的第一定位結構117與第二定位結構131為選用，且本案也非以第一定位結構117與第二定位結構131的數量為限。

接著，將說明前述外轉子式馬達1的組裝流程。請參閱圖8，係為圖1之外轉子式馬達的組裝流程圖。

首先，開始於步驟S1，將環形永久磁鐵20緊配地壓入轉子10之第一殼體110中以抵緊第一殼體110之環形內壁面113a。過程中，環形永久磁鐵20可被推抵至止擋段114之止擋面114a，但本案並非以此為限，例如於其他實施例中，此階段的環形永久磁鐵20也可暫不被推抵至止擋面114a。

接著，施行步驟S2，將定子30放入第一殼體110中。具體來說，將定子30放入容置空間1101中，且讓定子30上之心軸40穿設第一殼體110上的軸承50。其中，將軸承50裝設於第一殼體110的步驟不限於施行於設置環形永久磁鐵20的步驟(S1)之前或之後。

接著，施行步驟S3，將第二殼體130固定於第一殼體110，使得第一殼體110與第二殼體130共同夾持環形永久磁鐵20。具體來說，藉由固定件60將第二殼體130鎖固於第一殼體110之第一接合面115a，第二殼體130可覆蓋容置空間1101，且第二殼體130可以其第二接合面130a向環形永久磁鐵20施壓，以將環形永久磁鐵20推向止擋面114a。也可以說，執行將第二殼體130固定於第一殼體110的步驟的同時，第二殼體130可一併將環形永久磁鐵20推向第一殼體110之止擋段114，以讓環形永久磁鐵20被夾持於第一殼體110之止擋段114的止擋面114a與第二殼體130的第二接合面130a之間，且在固定件60鎖固後，止擋面114a與第二接合面130a會持續沿旋轉軸C的延伸方向朝環形永久磁鐵20的相對兩表面(即環形表面20a與20b)施壓。如前所述，在此情況下，環形永久磁鐵20可至少獲得三個方向的定位，因此環形永久磁鐵20可穩固地維持於所需的位置，藉此，可加強環形永久磁鐵20的定位，進而降低組裝公差，並且，在多方向限位的情況下，使得環形永久磁鐵20不需使用黏膠或黏著劑即可穩固地固定於第一殼體110中。

相較於傳統上採用黏貼多片式磁鐵的轉子，傳統的轉子還需要在其內壁面額外執行塗佈黏膠的步驟，且貼覆磁鐵之前還需額外提供治具以供磁鐵對位，材料成本較高，且組裝流程繁瑣費時。但本案之外轉子式馬達1可在轉子10的組裝過程中即固定且定位環形永久磁鐵20，使得環形永久磁鐵20的組裝不需要使用黏膠或黏著劑(即環形永久磁鐵20不經由黏膠或黏著劑直接抵靠於環形側牆113的環形內壁面113a)，且組裝環形永久磁鐵20的過程也不需要使用治具，只要直接將環形永久磁鐵20向下壓入第一殼體110再經由組裝第二殼體130的步驟將環形永久磁鐵20推向止擋段114即可，不僅節省成本，組裝流程也較為簡單，且環形永久磁鐵20自裝設後可常態處於抵緊定位的狀態，有助於提升可靠度。

接著，請復參圖4並接續參閱圖9，圖9係為圖1之外轉子式馬達組裝扇葉的示意圖。如圖所示，外轉子式馬達1適於組裝複數片扇葉91而成為一三葉式吊扇。扇葉91分別經由扇葉連接件90組裝於外轉子式馬達1上，並藉由外轉子式馬達1來驅動扇葉91轉動，以產生空氣流動來調節室內溫度。具體來說，於本實施例中，外轉子式馬達1之第一殼體110的環形凸緣115上具有背對於第二殼體130的一組裝面1151及形成於組裝面1151的多個組裝孔115s，這些組裝孔115s的數量例如為六，可以兩兩一組供三個扇葉連接件90裝設，而扇葉91固定於扇葉連接件90上，而扇葉連接件可經由螺絲95鎖固於轉子10的組裝孔115s。其中，所述扇葉91是符合市售三葉式吊扇規格的扇葉，而扇葉連接件90則是可與該扇葉91相應組裝之零件，且三葉式吊扇的扇葉具有可產生最佳風量與強度的較佳展開直徑。由於凸緣115突出於環狀側牆113的長度足夠，如圖4，經實際測量，本實施例之外轉子式馬達1之旋轉軸C至凸緣115之組裝孔115s的距離L1可達約169mm，可讓該些扇葉91組裝後達到三葉式吊扇的較佳展開直徑。

但本案並非以前述三葉式吊扇的應用為限。例如請接續參閱圖10，係為圖1之外轉子式馬達組裝另一種扇葉的示意圖。

如圖10所示，本案之外轉子式馬達1還可適於五葉式吊扇。具體來說，於本實施例中，外轉子式馬達1之底盤111上具有背對於第二殼體130的一組裝面1111及形成於組裝面1111的多個組裝孔111s，這些組裝孔111s的數量例如為十個，可以兩兩一組供五個扇葉連接件92裝設，而扇葉93固定於扇葉連接件92，而扇葉連接件92可經由螺絲96鎖固於於轉子10的組裝孔111s。其中，所述扇葉93是符合市售五葉式吊扇規格的扇葉，而扇葉連接件92則是可與該扇葉93相應組裝之零件。此外，本實施例之外轉子式馬達1符合五葉式吊扇的扇葉產生最佳風量與強度所需的展開直徑，如圖4，經實際測量，本實施例之外轉子式馬達1之旋轉軸C至組裝孔111s的距離L2可達約109mm，可讓該些扇葉93組裝後達到五葉式吊扇的較佳展開直徑。

且可理解的是，藉由前述第一定位結構117與第二定位結構131的定位效果，有助於增加前述三葉式吊扇或五葉式吊扇旋轉的平衡度。

綜合以上所述，本案之外轉子式馬達為DC馬達，且其轉子為兩件式的結構，相較於傳統AC馬達採用三件式的轉子具有公差以及平衡度低的問題，本案之外轉子式馬達由於零件數較少，可大幅降低組裝複雜度與組裝公差。有助於減少轉動不平衡的問題，以及降低動平衡校正的困難度。

並且，本案之外轉子式馬達除了可適用五葉式吊扇之外，由於環形凸緣的設計，還可同時將三扇葉組裝於環形凸緣而成為三葉式吊扇，使得本案之外轉子式馬達具有更廣的應用範圍。

此外，環形永久磁鐵不僅可抵靠於轉子之環形側牆，還可同時被轉子之兩個殼體夾持於之間，即環形永久磁鐵可具有三個方向的抵緊限位，在此情況下，有助於降低環形永久磁鐵的組裝公差，且環形永久磁鐵可無需以黏膠或黏著劑再輔以治具對位的方式即可直接固定於轉子上。如前述組裝流程所述，將環形永久磁鐵直接壓入第一殼體後，再將第二殼體固定於第一殼體即同時完成了定位、固定環形永久磁鐵的動作。相較於傳統採用多片式磁鐵貼覆於轉子之內壁面的手段，由於本案之環形永久磁鐵的組裝公差低，且組裝不需要黏膠，也不需要額外的治具來對位，不僅降低材料成本，組裝流程也得以簡化，進而有助於縮短整體的組裝時間。

另外，藉由第一定位結構與第二定位結構相匹配的設計，有助於提升轉子中第一殼體與第二殼體於徑向上定位的精準度，且可降低馬達整體的組裝公差，藉此，可避免心軸偏擺而使外轉子轉動時造成軸承的損壞及產生不正常之震動與噪音，進而可延長馬達的使用壽命。

雖然本案以前述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本案。在不脫離本案之精神和範圍內，所為之更動與潤飾，均屬本案之專利保護範圍。關於本案所界定之保護範圍請參考所附之申請專利範圍。

1　外轉子式馬達 10　轉子 20　環形永久磁鐵 20a、20b　環形表面 30　定子 40　心軸 50　軸承 60　固定件 90　扇葉連接件 91　扇葉 92　扇葉連接件 93　扇葉 95　螺絲 96　螺絲 110　第一殼體 110s1　第一穿孔 110s2　第一軸承容置槽 111　底盤 111s　組裝孔 113　環形側牆 113a　環形內壁面 114　止擋段 114a　止擋面 115　環形凸緣 115a　第一接合面 117　第一定位結構 131　第二定位結構 130　第二殼體 130s1　第二穿孔 130s2　第二軸承容置槽 130a　第二接合面 115s　組裝孔 310　定子架 330　繞線組 1101　容置空間 1111　組裝面 1151　組裝面 C　旋轉軸 G　間距 L1、L2　距離 S1~S2　步驟

圖1係根據本案之一實施例之外轉子式馬達的示意圖。 圖2係為圖1之外轉子式馬達的分解圖。 圖3係為圖1之外轉子式馬達的轉子的分解圖。 圖4係為圖1之外轉子式馬達的轉子的上視圖。 圖5係為圖4之外轉子式馬達沿5-5’割面線的剖視圖。 圖6係為圖5之外轉子式馬達的局部放大圖。 圖7係為圖4之外轉子式馬達沿7-7’割面線的剖視圖。 圖8係為圖1之外轉子式馬達的組裝流程圖。 圖9係為圖1之外轉子式馬達組裝扇葉的示意圖。 圖10係為圖1之外轉子式馬達組裝另一種扇葉的示意圖。

Claims (9)

1. 一種外轉子式馬達，其包含有：一轉子，其包含有：一第一殼體，包含一底盤、一環形側牆及一環形凸緣，該環形側牆圍繞該底盤以與該底盤共同形成一容置空間，該環形凸緣自該環形側牆相對該底盤之一側向外延伸；以及一第二殼體，固定於該第一殼體之該環形凸緣並覆蓋該容置空間；一環形永久磁鐵，容置於該容置空間並抵靠於該環形側牆，且被夾持於該第一殼體之該底盤與該第二殼體之間，其中該第一殼體與該第二殼體分別沿該轉子之一旋轉軸的延伸方向朝該環形永久磁鐵施壓；以及一定子，位於該容置空間中。
2. 如請求項1所述之外轉子式馬達，其中該環形永久磁鐵不經由黏膠直接抵靠於該環形側牆之一環形內壁面。
3. 如請求項1所述之外轉子式馬達，其中該環形凸緣具有一第一接合面接合於該第二殼體之一第二接合面，且該環形永久磁鐵具有一環形表面與該第一接合面共平面，該環形表面與該第一接合面同時受該第二接合面抵壓。
4. 如請求項1所述之外轉子式馬達，其中該底盤具有一止擋段銜接該環形側牆，該止擋段具有一止擋面朝向該第二殼體，該環形永久磁鐵具有相對的二環形表面分別抵靠於該止擋面與該第二殼體。
5. 如請求項1所述之外轉子式馬達，其中該環形凸緣具有背對於該第二殼體的一組裝面以及形成於該組裝面的複數個組裝孔，該些組裝孔可用以裝設多個扇葉連接件。
6. 如請求項5所述之外轉子式馬達，其中該些組裝孔的數量為6個，每兩個一組共可供三個扇葉連接件裝設。
7. 一種外轉子式馬達的組裝方法，包含：將一環形永久磁鐵緊配地壓入一轉子之一第一殼體中以抵緊該第一殼體之一環形內壁面；將一定子放入該轉子之該第一殼體中；將該轉子之一第二殼體固定於該第一殼體，使得該第一殼體與該第二殼體共同夾持該環形永久磁鐵。
8. 如請求項7所述之組裝方法，其中將該環形永久磁鐵緊配地壓入該轉子之該第一殼體中以抵緊該第一殼體之該環形內壁面的步驟包含：將該環形永久磁鐵推抵至該第一殼體上朝向該第二殼體之一止擋面。
9. 如請求項8所述之組裝方法，其中將該轉子之該第二殼體固定於該第一殼體，使得該第一殼體與該第二殼體共同夾持該環形永久磁鐵的步驟包含：將該第二殼體向該環形永久磁鐵施壓，以將該環形永久磁鐵推向該止擋面。