TWI837790B - 適用電機之降軸電壓結構 - Google Patents
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Abstract
本發明一種適用電機之降軸電壓結構，係組裝在一電機上，該電機具有一軸承座係與一轉子軸心相樞設，該降軸電壓結構包括一導電本體、至少一導電軸承及一導電軸心，該導電本體係設在該軸承座的底部，且具有一導電軸筒係凸設在該導電本體之中央處，該導電軸筒具有一軸接孔內設置有該導電軸承，該導電軸心具有一連接端及一樞接端分別連接該轉子軸心及該軸接孔，藉由該導電軸心引導該轉子軸心上的一軸電壓釋放在該導電本體與該導電軸承及該軸承座之間形成一閉合迴路，以有效達到降低軸電壓的效果。
Description
本發明關於一種降軸電壓結構，尤指一種適用於電機之降軸電壓結構。
由於電子換向(Electrical Commutation，EC)風扇具備電機效率佳及節能特性，所以EC風扇逐漸取代傳統直流(DC)風扇或交流(AC)風扇，並應用在各種電子設備(例如伺服器、運算中心機櫃或通訊設備)中。
請參閱第1圖，EC風扇的該電機1(馬達)包含一定子12、一轉子13及一軸承座14，該定子12由一矽鋼片組121及一線圈組122係纏繞在該矽鋼片組121上，該矽鋼片組121套設在該軸承座14的外側，該軸承座14內具有一軸承孔141係放置兩個轉子軸承15(例如滾珠軸承)。該轉子13包含一具有複數葉片1311的扇輪131及一轉子軸心132係樞設在該軸承座14的軸承孔141中，該扇輪131罩設在該軸承座14的定子12外圍，且其內設有一磁性件133係與該定子12的該矽鋼片組121相對應設置。並在該軸承座14上更設有一電路板16，該電路板16設有一交流轉直流轉換器161及一馬達控制電路162係分別電性連接該交流轉直流轉換器161及該定子12的該線圈組122。當EC風扇1在運轉時，透過該交流轉直流轉換器161將輸入的一交流電壓轉換成一直流電壓傳送至該電機1的定子12的線圈組122，並透過該馬達控制電路162控制該扇輪131運轉。
但EC風扇1在運轉過程中卻延伸出一個問題，就是因該定子12的該矽鋼片組121的扇形沖壓矽鋼片及疊裝及其內設置的矽鋼片槽(孔)等因素存在造成磁路中有不平衡磁阻，以及該定子12與轉子13間的氣隙也不均勻，這些造成該電機1的定子12磁場發生不平衡，使在該轉子軸心132周遭有交變磁通切割該轉子軸心132，導致該轉子軸心132上產生感應電壓(如下稱軸電壓)，當軸電壓大到可以貫穿(擊穿)該轉子軸承15內不導電的潤滑油油膜時，會導致該轉子軸心132與轉子軸承15形成金屬接觸導通，令所述軸電壓通過該轉子軸心132與該轉子軸承15及軸承座14形成一閉合迴路(如第1圖的實線箭頭，且這些箭頭也表示在閉合迴路的軸電流18)，且在軸電壓的作用下產生的軸電流18由該轉子軸心132經該轉子軸承15放電產生高溫，便會使潤滑油的油質快速劣化導致該轉子軸承15發熱燒毀或發生嚴重的電腐蝕而損壞，例如轉子軸承15的表面金屬熔化形成凹坑如同腐蝕斑，造成該轉子軸承15的壽命急遽減短及電機1壽命下降的問題。此外，還有其他原因前述EC風扇1也會產生軸電壓，例如若EC風扇1放置在周遭有較多的高壓設備環境時，在強電場的作用下，該轉子軸心132上的兩端會受到靜電感應產生軸電壓造成轉子軸承15損壞。
所以目前業者解決上述EC風扇1的軸電壓問題有如下做法：一、在該轉子軸承15外環加一個絕緣墊圈，切斷在該轉子軸心132兩端的感應電壓，進而切斷該軸電流18的迴路使其不能閉合，但此缺點就是在該絕緣墊圈在長時間使用下會有油汙、老化及磨損等因素而導致絕緣性能失效；二、該轉子軸承15使用絕緣油膜，可是卻會造成整體成本提高；三、該轉子軸心132的軸表面作絕緣處理，例如轉子軸心表面鍍陶瓷、TA-C納米材料或陶質軸，但會造成整體成本提高及目
前工藝技術仍不成熟待須克服；四、電機1做碳刷接地，但礙於該電機1內的空間有限無法安裝，且不僅成本高及壽命週期縮短的問題。
是以，要如何解決上述EC風扇1的軸電壓之問題與缺失，即為本案之發明人與從事此行業之相關廠商所亟欲研究改善之方向所在者。
本發明之一目的在提供一種可達到降低軸電壓及降低成本的適用電機之降軸電壓結構。
本發明之另一目的在提供一種透過一降軸電壓結構切斷該電機上的一轉子軸心兩端的感應電壓的迴路，藉以避免該電機的一轉子軸承受到燒毀或電腐蝕的功效。
為達上述目的，本發明係提供一種適用電機之降軸電壓結構，係組裝在一電機上，該電機具有一軸承座係與一轉子軸心相樞設，該降軸電壓結構包括：一導電本體係設在該軸承座的底部，且具有一導電軸筒係凸設在該導電本體之中央處，該導電軸筒具有一軸接孔；至少一導電軸承係設在該軸接孔內；及一導電軸心具有一連接端及一樞接端分別連接該轉子軸心及該軸接孔。
藉由本發明該導電軸心引導該轉子軸心上的一軸電壓釋放在該導電本體與該導電軸承及該軸承座之間形成一閉合迴路，藉以有效達到降低該轉子軸心上的軸電壓，進而有效達到保護該電機上的一轉子軸承受到電腐蝕的功效。
2:降軸電壓結構
21:導電本體
211:導電軸筒
212:軸接孔
213:結合部
22:導電軸承
221:導電外環
222:導電內環
223:滾動件
224:導電潤滑油
23:導電軸心
231:連接端
232:樞接端
24:導電彈性件
25:緊固件
3:電機
31:定子
311:矽鋼片組
312:線圈組
32:轉子
321:扇輪
3211:葉片
322:轉子軸心
3221:凹槽
323:磁性件
33:軸承座
331:軸筒
3311:軸承孔
3312:對接孔
34:轉子軸承
35:電路板
351:交流轉直流轉換器
352:馬達控制電路
4:軸電流
第1圖為習知之電機之剖面及軸電流閉合路徑示意圖。
第2圖為本發明之電機之剖面及軸電流閉合路徑之示意圖
第3圖為本發明之降軸電壓結構之立體分解示意圖。
第4圖為本發明之降軸電壓結構之組合剖面示意圖。
本發明之上述目的及其結構與功能上的特性，將依據所附圖式之較佳實施例予以說明。
本發明提供一種適用電機之降軸電壓結構2，請參閱第2圖。該降軸電壓結構2係組裝在一電機3上，該電機3在本實施例表示EC風扇的電機3(風扇馬達)，但不侷限於此。於具體實施時，該電機3也可為電動機或發電機3或其他風扇電機3(如交流風扇馬達或直流風扇馬達)。該電機3具有一定子31及一轉子32及一軸承座33，該軸承座33為一金屬材質(如鐵、不銹鋼或合金材質)，且具有一軸筒331係從該軸承座33之中央處向外凸伸。
該軸筒331具有一軸承孔3311及一對接孔3312係設在該軸筒331的底部與該軸承孔3311相對應設置，該軸承孔3311係放置至少一轉子軸承34(例如滾珠軸承、含油軸承等)。且在該軸承座33上設有一電路板35，該電路板35設有一交流轉直流轉換器351及一馬達控制電路352係電性連接該交流轉直流轉換器351，該交流轉直流轉換器351將輸入一交流電源轉換成一直流電源，並傳送給該定子31的線圈組312，該馬達控制電路352係控制該EC風扇的轉速及其他控制運作。該定子31包含一矽鋼片組311及一線圈組312係纏繞在該矽鋼片組311上，該矽鋼片組311套設在該軸承座33的軸筒331的外側，且該定子31的線圈組312電性連接該交流轉直流轉換器351及馬達控制電路352。該轉子32包含一具有複數葉片3211的扇輪321及一轉子軸心322，該轉子軸心322的一端透過該
轉子軸承34樞設在該軸承座33內，該轉子軸心322的另一端則與該扇輪321的中央處相固接，且該轉子軸心322的一端具有一凹槽3221(孔)係凹設在該轉子軸心322的一端的底側。該扇輪321罩設在該軸承座33的定子31外圍，且其內設有一磁性件323(如磁鐵)係與該定子31的該矽鋼片組311相對應設置。
請繼續參考第3及4圖，輔參閱第2圖，該降軸電壓結構2包括一導電本體21、一導電軸承22及一導電軸心23。該導電本體21係設在該電機3的軸承座33的底部(如第2圖所示)，該導電本體21為一金屬材質的蓋體，例如鐵、不銹鋼、鋁或合金材質的蓋體。該導電本體21具有一導電軸筒211及一結合部213，該導電軸筒211係凸設在該導電本體21的中央處，且具有一軸接孔212。該結合部213係凸設在該導電本體21上，且位在該導電軸筒211與該導電本體21的外緣之間，亦即該結合部213沿該導電軸筒211的外緣環繞凸伸形成一呈連續狀(或非連續狀)的凸環壁在該導電本體21上，且該導電本體21的結合部213係與該軸筒331的對接孔3312相結合，令該結合部213的外側與該軸筒331的內壁相接觸。
該導電軸承22係設在該導電軸筒211的軸接孔212內，且具有一導電外環221、一導電內環222、複數滾動件223及一導電潤滑油224，該導電潤滑油224及該等滾動件223(如滾珠)係被封閉在該導電外環221與導電內環222之間，該導電外環221與該導電軸筒211的軸接孔212的內壁相接觸，該導電潤滑油224例如由基礎油(如合成基礎油)及導電炭黑稠化劑及其他添加劑(如導電劑)所組成的導電油脂，且具有導電性能、高溫不熔化及長效潤滑功效，藉由該導電潤滑油224使該導電外環221與導電內環222之間起導電作用。在本實施例該導電軸
承22為一具導電潤滑油224的滾珠軸承說明。但不侷限於此，在另一實施例，該導電軸承22為一具導電潤滑油224的含油軸承。
復參閱第2至4圖，該導電軸心23具有一連接端231及一樞接端232分別設在該導電軸心23的兩端，該導電軸心23的連接端231與該電機3的轉子軸心322的一端的該凹槽3221相接(如第2圖所示)，該導電軸心23的樞接端232與該導電軸承22的導電內環222相樞接(如第4圖所示)，令該導電軸心23的樞接端232與該導電軸承22相接觸導通(即電性導通)，亦即該導電軸心23透過該導電軸承22樞設在該導電軸筒211的軸接孔212內。如此設置，使該導電本體21、導電軸心23、導電軸承22及該電機3的軸承座33相接觸以導通形成一閉合迴路(如第2圖的實線箭頭)，藉由該導電軸心23引導該電機3的轉子軸心322上產生的一軸電壓(感應電壓)釋放在該閉合迴路中，以有效達到降低該轉子軸心322上的軸電壓。
詳細而言，在該軸電壓的作用下產生的軸電流4由該轉子軸心322上(如第2圖的虛線箭頭表示該轉子軸心322產生的軸電流4)往阻抗較低的路徑就是該導電軸心23、該導電軸承22、該導電本體21及該軸承座33之間的閉合迴路(如第2圖的實線箭頭，且這些實線箭頭表示在閉合迴路的軸電流4)，然後該軸電流4在該閉合迴路中流過如同電阻的導電本體21及軸承座33而被消耗。此外，由於該轉子軸心322與該轉子軸承34之間路徑的阻抗高於該轉子軸心322與導電軸心23之間路徑的阻抗，使該軸電壓(軸電流4)會往較低阻抗路徑流動，所以該轉子軸心322的軸電壓會往導電軸心23方向流動並被該降壓電壓結構2如同放電掉，以降低該轉子軸心322上的軸電壓不足以擊穿(貫穿、穿透)該轉子軸承34內的潤滑油的油
膜，讓該轉子軸心322與該轉子軸承34之間沒有電性導通，以有效阻斷軸電流4通過該轉子軸承34的通路，相對地保護轉子軸承34避免受到電腐蝕的功效。
復參閱第2、4圖，該降軸電壓結構2為了防止該導電軸承22的振動及加快引導該軸電流4至該導電本體21上的效果，可更包含一導電彈性件24，例如波形彈簧。該導電彈性件24係設在該導電軸承22與該導電軸筒211的底部之間，且該導電彈性件24的上、下端分別連接接觸該導電軸承22的下側及該導電軸筒211的內底部，以提供該軸電流4流動至該導電本體21(包含導電軸筒211)上的通路，且還可對該導電軸筒211內的導電軸承22施加預緊效果。
另外，為了防止該導電軸承22在該導電軸筒211內隨該導電軸心23轉動而向上位移甩出，在鄰近該導電軸承22的上側的該導電軸心23外側設有一緊固件25(例如C型扣環)係扣接在導電軸心23上，藉由該緊固件25來限制該導電軸承22向上移動。
因此，透過本發明該導電軸心23引導該轉子軸心322的軸電壓釋放在所述閉合迴路，以有效達到降低(減少)該轉子軸心322的軸電壓至少降幅約85%以上，不僅能防止該轉子軸心322受到軸電壓燒毀外，且還能避免軸電壓對該轉子軸承34放電，進而便可防止軸電流4對該轉子軸承34的電腐蝕，藉以有效提高轉子軸承34的使用壽命。另外，透過該降軸電壓結構2設計可方便組裝或拆卸適用在不同大小空間內的電機3(馬達)上，藉以有效達到安裝便利佳，且該降軸電壓結構2的成本相較於習知的成本降幅至少60%以上，故本案有效達到降低成本的效果。
2:降軸電壓結構
21:導電本體
211:導電軸筒
213:結合部
22:導電軸承
23:導電軸心
231:連接端
232:樞接端
24:導電彈性件
3:電機
31:定子
311:矽鋼片組
312:線圈組
32:轉子
321:扇輪
322:轉子軸心
3221:凹槽
323:磁性件
33:軸承座
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34:轉子軸承
35:電路板
351:交流轉直流轉換器
352:馬達控制電路
4:軸電流
Claims (9)
- 一種適用電機之降軸電壓結構，係組裝在一電機上，該電機具有一軸承座係與一轉子軸心相樞設，該降軸電壓結構包括：一導電本體，係設在該軸承座的底部，且具有一導電軸筒係凸設在該導電本體之中央處，該導電軸筒具有一軸接孔；至少一導電軸承，係設在該軸接孔內；及一導電軸心，具有一連接端及一樞接端分別連接該轉子軸心及該軸接孔，藉由該導電軸心引導該轉子軸心上的一軸電壓釋放在該導電本體與該導電軸承及該軸承座之間形成一閉合迴路。
- 如申請專利範圍第1項所述之適用電機之降軸電壓結構，其中該導電本體具有一結合部係凸伸設在該導電本體上，且位於該導電軸筒與該導電本體的外緣之間。
- 如申請專利範圍第1項所述之適用電機之降軸電壓結構，其中該導電軸承為一具導電潤滑油的滾珠軸承。
- 如申請專利範圍第1項所述之適用電機之降軸電壓結構，其中該導電軸承具有一導電外環、一導電內環、複數滾動件及一導電潤滑油，該等滾動件及該導電潤滑油係被封閉在該導電外環與該導電內環之間，該導電外環與該導電軸筒的該軸接孔的內壁相接觸。
- 如申請專利範圍第1項所述之適用電機之降軸電壓結構，更包含一導電彈性件係設在該導電軸承與該導電軸筒的底部之間。
- 如申請專利範圍第2項所述之適用電機之降軸電壓結構，其中該軸承座具有一軸筒係從該軸承座之中央處向外凸伸，該軸筒具有一軸承 孔及一對接孔係設在該軸筒的底部與該軸承孔相對應設置，該軸承孔內設有至少一轉子軸承，該轉子軸承與該轉子軸心的一端相樞設，該對接孔係與該導電本體的該結合部相連接。
- 如申請專利範圍第6項所述之適用電機之降軸電壓結構，其中該轉子軸心的一端具有一凹槽係凹設在該轉子軸心的一端的底側與對應該導電軸心的該連接端相接。
- 如申請專利範圍第1項所述之適用電機之降軸電壓結構，其中該電機為一風扇馬達。
- 如申請專利範圍第1項所述之適用電機之降軸電壓結構，其中該導電本體及該軸承座的材質為一金屬材質。
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