TWI773162B - 馬達線圈繞線結構及馬達 - Google Patents

Abstract

一種馬達，包含有一馬達線圈繞線結構，且馬達線圈繞線結構包括呈圓柱狀的一繞線組，該繞線包含複數繞線單元，該些繞線單元分別具有依續連接的一第一橫線段、一第一縱線段、一第二橫線段及一第二縱線段，而透過一繞線單位的該第二縱線段的一自由端連接另一繞線單位的第一橫線段的一自由端，該繞線組能夠於線圈結構的無效區中創造出複數不須繞線的空白區，以節省該馬達線圈繞線結構的繞線成本。

Description

馬達線圈繞線結構及馬達

一種線圈繞線結構及馬達，尤指一種馬達線圈繞線結構及馬達。

現今社會的馬達千變萬化，其中一種習知的馬達為一無槽的空心杯馬達。該無槽的空心杯馬達是一種電磁馬達，會利用通電的環狀線圈產生磁力，並應用該磁力轉動一永磁磁鐵，使馬達轉動。這種電磁馬達的構造核心就是它通電的一繞線組，因為該繞線組的繞線結構決定了該線圈通電後磁力的分佈，也就決定了該馬達的運作。

現有的空心杯馬達的線圈繞線結構主要是將一線圈如一彈簧般纏繞一圓柱體後，移除該圓柱體並以任一平面的對角方向輾壓該線圈，使該線圈呈一平扁錯位堆疊的螺旋線圈。該平扁堆疊的螺旋線圈頭尾相連，形成一個環狀的線圈卷，即現有的馬達線圈繞線結構。然而，在空心杯馬達的杯口端係數永磁磁鐵磁力較弱的無效區，也就是說，在杯口端的繞線的效能較差，較無法提供高效的轉動推力，但該環狀的線圈卷側面還是會綿密的相疊，導致現有的馬達線圈在無效需仍會有過多的線圈纏繞。因此，該環狀的線圈卷會花費較多的線圈成本。

有鑑於上述現有馬達線圈成本的浪費，本發明提供一種馬達線圈繞線結構及馬達，能節省繞線結構的成本花費，提高該馬達線圈繞線結構的經濟效益。

該馬達線圈繞線結構包括至少一繞線組，呈一圓柱狀，且具有一第一繞線單元、至少一第二繞線單元及一第三繞線單元，而該第一繞線單元、該至少一第二繞線單元及該第三繞線單元分別具有依續連接的一第一橫線段、一第一縱線段、一第二橫線段及一第二縱線段，其中該第一繞線單元的該第二縱線段的一自由端連接該至少一第二繞線單元的該第一橫線段的一自由端，而其中該至少一第二繞線單元的該第二縱線段的一自由端連接該第三繞線單元的該第一橫線段的一自由端。如此繞線下來，該第一縱線段和該第二縱線段間會形成複數的空白區在該圓柱狀上，而該些空白區即幫本發明節省繞線材料的區域。

而該馬達包含有上述的馬達線圈繞線結構以及一外殼及一輸出軸，該外殼套設在該馬達線圈繞線結構外，且該輸出軸設置於該馬達線圈繞線結構的繞線組內，並包含有一永磁磁鐵。將較於現有的馬達線圈，本發明的該馬達及該馬達線圈繞線結構減少了線圈的用料花費，也減輕了一馬達結構的重量。

10:第一繞線單元的第一橫線段的自由端

11:第一繞線單元的第二縱線段的自由端

20:第二繞線單元的一自由端和第二圈開始點

30:第二繞線單元的一自由端和第三圈開始點

40:第二繞線單元的一自由端和第四圈開始點

50:第二繞線單元的一自由端和第五圈開始點

52:第三繞線單元的第一橫線段的自由端

60:第三繞線單元的第二縱線段的自由端

100:第一繞線單元

200:第二繞線單元

300:第三繞線單元

A:第一繞線單元的第一橫線段的中心位置

B:第二繞線單元的第一橫線段的中心位置

C:第二繞線單元的另一第一橫線段的中心位置

D:假想圓柱體的中心點

E:結束線段

F:假想圓柱體

H:外殼

L:繞線組

M:永磁磁鐵

R:輸出軸

S:開始線段

W:空白區

H1:第一橫線段

H2:第二橫線段

V1:第一縱線段

V2:第二縱線段

X:第一軸向

Y:第二軸向

Z:第三軸向

圖1為本發明馬達線圈繞線結構一較佳實施例的立體示意圖。

圖2為本發明馬達線圈繞線結構該較佳實施例的俯視圖。

圖3為本發明馬達線圈繞線結構該較佳實施例的平面線圈示意圖。

圖4為本發明馬達一實施例的立體示意圖。

本發明為一馬達線圈繞線結構，該馬達線圈繞線結構包括有至少一繞線組L，而該至少一繞線組L為一電磁馬達中至少一線圈的繞線結構。本發明一較佳實施例中有一繞線組L，為一線圈的繞線結構，該繞線組L具有一第一繞線單元100、至少一第二繞線單元200及一第三繞線單元300等複數繞線單元。該第一繞線單元100連接該至少一第二繞線單元200，且該至少一第二繞線單元200連接該第三繞線單元300，並呈一圓柱狀的環繞著一個假想的圓柱體F繞線。詳細來說，該第一繞線單元100、該至少一第二繞線單元200及該第三繞線單元300分別具有依續連接的一第一橫線段H1、一第一縱線段V1、一第二橫線段H2及一第二縱線段V2。

請參閱圖1所示，舉例來說，該繞線組L呈一圓柱狀的纏繞該假想的圓柱體F共5圈，並留下了複數的空白區W，且該些空白區W分布在線圈結構的無效區中，故不會大幅影響馬達的效能。因此，相對於現有的馬達線圈纏繞方法，本發明顯而易見的在該些空白區W省下了線圈的材料，同時不會大幅影響到馬達的效能。

該第一繞線單元100和該第三繞線單元300跟該第二繞線單元200在結構上不太一樣。該第一繞線單元100的該第一橫線段H1的一自由端10連接了一開始線段S以延伸至該繞線組L外，而該第三繞線單元300的該第二縱線段V2的一自由端60連接了一結束線段E以延伸至該繞線組L外。該開始線段S和該結束線段E朝通一方向延伸並遠離該馬達線圈繞線結構，以便電性連接一外部電源，導入電力到該繞線組L以啟動該電動馬達的電磁鐵。

請參閱圖1至圖3所示，該第一繞線單元100的該第二縱線段V2的一自由端11連接該至少一第二繞線單元200的該第一橫線段H1的一自由端20，而該至少一第二繞線單元200纏繞了該假想的圓柱體複數圈後，該至少一第二繞線 單元200的該第二縱線段V2的一自由端50連接該第三繞線單元300的該第一橫線段H1的一自由端52。

另外，該第一繞線單元100的該第一縱線段V1沿一第一方向延伸，且該第一方向為呈圓柱狀的該至少一繞線組L的一軸向，也就是該至少一繞線組L還繞一假想圓柱體F的軸向。進一步來說，該第一繞線單元100、該至少一第二繞線單元200及該第三繞線單元300的各該第一縱線段V1沿該第一方向延伸，且該第一方向在本實施例中為一第三軸向Z。該第二縱線段V2沿該第一方向的反方向延伸，即在本實施例中也在該第三軸向Z上延伸。該第一橫線段H1和該第二橫線段H2沿呈圓柱狀的該至少一繞線組L的徑向延伸，即沿該假想圓柱體F的徑向延伸。在本實施例中，該假想圓柱體F的徑向即平行於一第一軸向X和一第二軸向Y所構成的一平面。

請參閱圖2所示，圖2為該較佳實施例的俯視圖。詳細來說，首先定義A、B和C點為位該些第一橫線段H1的中心點，而D點為該假想圓柱體F的一中心點。將A、B和C點連接到D點，即可等分360度角成3個120度角，等分了該假想圓柱體F。這代表了A點到B點、B點到C點、C點到A點的距離等距，也就代表了該第一繞線單元100、該至少一第二繞線單元200及該第三繞線單元300的該些第一橫線段H1和該些第二橫線段H2長度互相相等。而事實上如圖1所示，該第一繞線單元100、該至少一第二繞線單元200及該第三繞線單元300的該些第一縱線段V1和該些第二縱線段V2長度也是互相相等的，這樣才能維持纏繞每一圈時的高度一致性。雖然說纏繞的每一圈看起來跟有一點錯位，但是該每一圈錯位的移動距離是相等的。這是因為隨著纏繞圈數的增加，該假想圓柱體F的該些繞線單位數量也會增加，而每一圈新的繞線單位會因為需要越過既有的繞線單位而必須纏繞更多的距離。在該些第一橫線段H1和該些第二橫線段H2長度固定與該些第一縱線段V1和該些第二縱線段V2長度固定的情況下，纏繞每一圈的長度會 是固定的，而每一圈新的繞線單位需要越過既有的繞線單位的距離也就會是固定的，所以每一圈錯位的移動距離是相等的。

因為纏繞每一圈的長度是固定的，而該實施例中每一圈內有3個繞線單位，所以該實施例中所有繞線單位的總數必須要是3的倍數以完整環繞該假想圓柱體F。該實施例中該至少一第二繞線單元200的詳細數量為3N+1個第二繞線單元200，且N為一自然數。3N+1個第二繞線單元200加上一第一繞線單元100和一第三繞線單元300會使繞線單位的總數為3的倍數。例如，當N等於0時，該繞線組L就只會有一個第一繞線單元100、一個第三繞線單元300和一個第二繞線單元200，並纏繞該假想圓柱體F一圈。而當N大於0時，該些第二繞線單元200會互相依序連接，並連接在該第一繞線單元100和該第三繞線單元300之間，以纏繞成該假想圓柱體F。該些第二繞線單元200互相相連的方式為，使第一個該第二繞線單元200的該第一橫線段H1的該自由端連接該第一繞線單元100的該第二縱線段V2的該自由端11，且第一個該第二繞線單元200的該第二縱線段V2的該自由端連接第二個該第二繞線單元200的該第一橫線段H1的該自由端。而第二個至倒數第二個的該些第二繞線單元200的該第二縱線段V2的該自由端分別連接下一個該第二繞線單元200的該第一橫線段H1的該自由端。且最後一個該第二繞線單元200的該第二縱線段V2的該自由端連接該第三繞線單元300的該第一橫線段H1的該自由端52。也就是說，如果有3N+1個第二繞線單元200，該些第二繞線單元200會有3N個自由端是用來戶相連接的，並有前後各一個自由端用來連接一第一繞線單元100和一第三繞線單元300。

如果該繞線組L環繞該假想圓柱體F的一圈含有的複數繞線單元要等分360度角的話，則所有繞線單位的總數要是360的因數或倍數，其中如果所有繞線單位的總數是360的因數的話，360度角/所有繞線單位的總數會是一整數，而如果所有繞線單位的總數是360的倍數的話，360度角/所有繞線單位的總數會 小於1但是不會是無限小數，所以不管如何兩種情況都將等分該假想圓柱體F的360度角。舉例來說，如果所有繞線單位的總數是36，則360度角/36個繞線單元=10度角/繞線單元，可以被等分。如果所有繞線單位的總數是720，則360度角/720個繞線單元=0.5度角/繞線單元，也可以被等分。舉例來說，如果所有繞線單位的總數是37，則360度角/37個繞線單元=9.729

度角/繞線單元，則不能被等分，因為9.729

雖然是有理數卻不是一個有限小數，所以小數點的內容會無限延伸而無法被等分。

請參閱圖3所示，該較佳實施例平面的線圈示意圖可以較清楚的呈現出該繞線組L的環繞結構。首先，該開始線段連接該第一繞線單元的該第一橫線段的該自由端10，接著該第一繞線單元100的該第一橫線段H1連接該第一繞線單元100的該第一縱線段V1，該第一繞線單元100的該第一縱線段V1連接該第一繞線單元100的該第二橫線段H2，而該第一繞線單元100的該第二橫線段H2連接該第一繞線單元100的該第二縱線段V2。接著該第一繞線單元的該第二縱線段的一自由端11連接該至少一第二繞線單元的該第一橫線段的一自由端，而該至少一第二繞線單元200互相相連另該至少一第二繞線單元200以延長該至少一第二繞線單元200去纏繞該假想圓柱體F。該些第二繞線單元200互相相連的方式為使該第二繞線單元200的該第二縱線段V2的一自由端連接另一第二繞線單元200的該第一橫線段H1的一自由端，並重複連接該些第二繞線單元200。當該第二繞線單元200的該第二縱線段V2的一自由端出現在圖3右邊時，圖3的左邊將會延續該第二繞線單元200的該第二縱線段V2的該自由端繼續繞線，並視該自由端為新一圈的開始點。例如圖3中，第二圈開始點20、第三圈開始點30、第四圈開始點40和第五圈開始點50都各為第二繞線單元的一自由端。最後，該至少一第二繞線單元200的該第二縱線段V2的一自由端連接該第三繞線單元的該第一橫線段的一自由端52，並該第三繞線單元的該第二縱線段的該自由端60連接該結束線段。 該些第一橫線段H1、該些第一縱線段V1、該些第二橫線段H2及該些第二縱線段V2依續連接轉彎時係以圓滑的轉彎以減少對該繞線組L的傷害，不一定要呈直角的轉彎。

這裡也可以看出在二維的視角下，該繞線組L纏繞每一圈的方法類似於將之前一圈的線段做些許的下移和左移，並因為各圈的長度一樣，所以在平面圖中產生出了類似於立體圖的感覺。相較於圖1，圖3中更可以清楚表示該些空白區W的位置。該較佳實施例中有3個繞線單元，對應了6個空白區W，其中3個空白區W位於3個第一橫線段H1的下方，而另外3個空白區W位於3個第二橫線段H2的上方，並6個空白區W都介於3個第一縱線段V1和3個第二縱線段V2之間。因此，本發明的該馬達線圈繞線結構，能通過在繞線時製造出該些空白區W以節省線圈的材料費用，增加該馬達線圈繞線結構的經濟效益。

在本實施例中，該馬達線圈繞線結構應該至少要有3個繞線單元，也就是說該繞線組L一圈至少要有3個相等的磁力施力點。因為一個施力點無法將該永磁磁鐵固定住，兩個施力點可以將該永磁磁鐵固定住在一維的空間，但是只要受到外力的擾動，該永磁磁鐵就會出現偏離。舉例來說，假設該永磁磁鐵在該假想圓柱體的中心點D，若從0度角有一推力，則該永磁磁鐵會飛往180度角，這時如果有另一施力點給予從180度給予該永磁磁鐵一推力，則原則上該永磁磁鐵會留在該假想圓柱體的中心點D。但是若該永磁磁鐵受到了任何非0度角或180度角的擾動，則該永磁磁鐵會飛往90度角或是270度角的方向。若有3個相等的磁力施力點，分別從0度角、120度角、和240度角向該永磁磁鐵施力，則不管任何平面角度出現了干擾，該永磁磁鐵都會有一淨力維持該永磁磁鐵的位置，這是因為當該永磁磁鐵因為干擾而偏離了該假想圓柱體的中心點D，離該永磁磁鐵特別近的一或兩個施力點將對該永磁磁鐵造成更大的磁力輸出，使該永磁磁鐵移動 到磁力梯度最小的點上，也就是該假想圓柱體的中心點D上。這就是為什麼該馬達線圈繞線結構應該至少要有3個繞線單元，才好固定該永磁磁鐵的平面位置。

此外，本發明的該繞線L組並不會侷限於金屬的該繞線組L，因為本發明的重點是一種馬達線圈繞線結構，所以該繞線組L的線圈材料也可以是金屬或是半導體或是半金屬材料的繞線組L結構，因為該些材質的該些線圈都有可能被電性連接到一馬達中做使用。另外，本發明也不會限制逆時針或順時針的纏繞該假想圓柱體F，或是限制一定將該線圈由上往下的纏繞，這裡所提及該繞線組L的繞線方法純粹是該一實施例中的設定。

進一步而言，本發明也提供一種馬達結構。請參閱圖4所示，該馬達結構的一實施例，包括：上述的馬達線圈繞線結構、一外殼H及一輸出軸R。該外殼H套設在該馬達線圈繞線結構的該繞線組L外以固定該繞線組L的形狀及位置和保護該繞線組L的該第一繞線單元100、該至少一第二繞線單元200及該第三繞線單元300。該輸出軸R設置於該外殼H和該馬達線圈繞線結構的該繞線組L內，且包含有一永磁磁鐵M，並於線圈通電時因電磁鐵的磁力而轉動。該馬達因為該馬達線圈繞線結構的該繞線組L的該些空白區W，能夠減少該馬達的成本花費並減輕該馬達的重量。

綜合上述，本說明書僅記載本發明之該較佳實施例，並非用來限定本發明專利的實施範圍。也就是說，任何與本發明專利申請範圍文義一致，或是依本發明專利所做的馬達線圈繞線結構改變，皆為本發明專利範圍所涵蓋。

10:第一繞線單元的第一橫線段的自由端

11:第一繞線單元的第二縱線段的自由端

52:第三繞線單元的第一橫線段的自由端

60:第三繞線單元的第二縱線段的自由端

100:第一繞線單元

200:第二繞線單元

300:第三繞線單元

E:結束線段

S:開始線段

W:空白區

F:假想圓柱體

Claims (10)

1. 一種馬達線圈繞線結構，包括：至少一繞線組，呈一圓柱狀，且具有一第一繞線單元、至少一第二繞線單元及一第三繞線單元；其中該第一繞線單元、該至少一第二繞線單元及該第三繞線單元分別具有依續連接的一第一橫線段、一第一縱線段、一第二橫線段及一第二縱線段；其中該第一繞線單元的該第二縱線段的一自由端連接該至少一第二繞線單元的該第一橫線段的一自由端；其中該至少一第二繞線單元的該第二縱線段的一自由端連接該第三繞線單元的該第一橫線段的一自由端；其中該第一繞線單元的該第一縱線段沿一第一方向延伸，且該第一方向為呈圓柱狀的該至少一繞線組的一軸向。
2. 如請求項1所述之馬達線圈繞線結構，其中該至少一第二繞線單元的數量為3N+1個，且N為一自然數；其中當該至少一第二繞線單元的數量為複數個時，該些第二繞線單元互相依序連接，並連接在該第一繞線單元和該第三繞線單元之間，以纏繞成該圓柱狀；其中第一個該第二繞線單元的該第一橫線段的該自由端連接該第一繞線單元的該第二縱線段的該自由端，且第一個該第二繞線單元的該第二縱線段的該自由端連接第二個該第二繞線單元的該第一橫線段的該自由端；其中第二個至倒數第二個的該些第二繞線單元的該第二縱線段的該自由端分別連接下一個該第二繞線單元的該第一橫線段的該自由端；其中最後一個該第二繞線單元的該第二縱線段的該自由端連接該第三繞線單元的該第一橫線段的該自由端。
3. 如請求項1所述之馬達線圈繞線結構，其中該第一繞線單元的該第一橫線段的一自由端連接一開始線段以延伸至該繞線組外；其中該第三繞線單元的該第二縱線段的一自由端連接一結束線段以延伸至該繞線組外。
4. 如請求項1所述之馬達線圈繞線結構，其中該第一繞線單元、該至少一第二繞線單元及該第三繞線單元的該些第一橫線段和該些第二橫線段長度相等，且該第一繞線單元、該至少一第二繞線單元及該第三繞線單元的該些第一縱線段和該些第二縱線段長度相等。
5. 如請求項1所述之馬達線圈繞線結構，其中該繞線組為金屬或是半導體或是半金屬材料。
6. 一種馬達，包括：一馬達線圈繞線結構，包含有：至少一繞線組，呈一圓柱狀，且具有一第一繞線單元、至少一第二繞線單元及一第三繞線單元；其中該第一繞線單元、該至少一第二繞線單元及該第三繞線單元分別具有依續連接的一第一橫線段、一第一縱線段、一第二橫線段及一第二縱線段；其中該第一繞線單元的該第二縱線段的一自由端連接該至少一第二繞線單元的該第一橫線段的一自由端；其中該至少一第二繞線單元的該第二縱線段的一自由端連接該第三繞線單元的該第一橫線段的一自由端；一外殼，套設在該馬達線圈繞線結構外；一輸出軸，設置於該馬達線圈繞線結構的繞線組內，且包含有一永磁磁鐵；其中該第一繞線單元的該第一縱線段沿一第一方向延伸，且該第一方向為呈圓柱狀的該至少一繞線組的一軸向。
7. 如請求項6所述之馬達，其中該至少一第二繞線單元的數量為3N+1個，且N為一自然數；其中當該至少一第二繞線單元的數量為複數個時，該些第二繞線單元依序連接，並連接在該第一繞線單元和該第三繞線單元之間，以纏繞成該圓柱狀；其中第一個該第二繞線單元的該第一橫線段的該自由端連接該第一繞線單元的該第二縱線段的該自由端，且第一個該第二繞線單元的該第二縱線段的該自由端連接第二個該第二繞線單元的該第一橫線段的該自由端；其中第二個至倒數第二個的該些第二繞線單元的該第二縱線段的該自由端分別連接下一個該第二繞線單元的該第一橫線段的該自由端；其中最後一個該第二繞線單元的該第二縱線段的該自由端連接該第三繞線單元的該第一橫線段的該自由端。
8. 如請求項6所述之馬達，其中該第一繞線單元的該第一橫線段的一自由端連接一開始線段以延伸至該繞線組外；其中該第三繞線單元的該第二縱線段的一自由端連接一結束線段以延伸至該繞線組外。
9. 如請求項6所述之馬達，其中該第一繞線單元、該至少一第二繞線單元及該第三繞線單元的該些第一橫線段和該些第二橫線段長度相等，且該第一繞線單元、該至少一第二繞線單元及該第三繞線單元的該些第一縱線段和該些第二縱線段長度相等。
10. 如請求項6所述之馬達，其中該繞線組為金屬或是半導體或是半金屬材料。

Images