TWM637205U

TWM637205U - 具奈米磁粉芯之堆疊定子馬達結構

Info

Publication number: TWM637205U
Application number: TW111210880U
Authority: TW
Inventors: 黃明仁
Original assignee: 黃明仁
Priority date: 2022-10-05
Filing date: 2022-10-05
Publication date: 2023-02-01

Abstract

一種具奈米磁粉芯之堆疊定子馬達結構，主要由一堆疊線圈定子總成及一轉子組；該堆疊線圈定子總成是由印刷線圈層、絕緣層及奈米磁粉芯所構成；該印刷線圈層造有通孔，該些通孔周圍形成具導電作用的印刷線圈圖形，該絕緣層夾設於二印刷線圈層之間，造有與通孔相對應的鏤孔；該奈米磁粉芯是組設於該些通孔內，由一型殼及填充於內部的奈米導磁粒子所構成。利用奈米導磁粒子所具有的超順磁性，解決鐵芯頓轉及磁滯的問題，印刷線圈圖形可輕易調變及快速生產，大幅降低定子線圈的生產成本。

Description

具奈米磁粉芯之堆疊定子馬達結構

本創作涉及一種多層堆疊的定子馬達結構，特別指一種定子具有無鐵損現象的奈米磁粉芯，應用於堆疊式印刷線圈的軸向磁通式馬達結構創設。

繞線式的線圈，是利用漆包線等電線圈繞於矽鋼片等卷線軸上所形成的電磁性元件，依開發設計需求，可以通過調變線圈繞線匝數、或圈數等，達到運作時的規格要求。當應用於軸向磁通式馬達時，轉子場域磁鐵是與電樞線圈相對構成馬達，自然存在無法減少馬達高度的問題。

隨著電子電路小型化及產品輕量化的趨勢，有必要將電子元件小型化、減薄化，遂有印刷線圈的應用，主要是在印刷電路板上形成線圈迴路，通過依次層疊該些印刷電路板數層，進而在空間上形成具有繞線匝數的線圈，最後才依使用目的在線圈中央或周圍置放鐵芯，構成完整的電磁感應系統，如變壓器或電感等。

印刷電路堆疊線圈應用在軸向磁通馬達的領域上，多為無鐵芯式的線圈，畢竟一個理想的線圈鐵芯元件，需具備易被磁化、磁通密度高、磁滯損失小、渦流損失小等特性，然而習知常見的矽鋼片鐵芯礙於材料先天的特性，無法完全避免頓轉、剩磁或磁滯的問題，導致能源在馬達效能不彰中無形浪費掉。目前已知四氧化三鐵（Fe ₃O4）的奈米磁性單晶物質具有極佳的超順磁性（superparamagnetism），本創作人便思考如何利用超順磁性材料結合應用於堆疊定子線圈馬達的結構中，期能改善習知矽鋼片鐵芯的陳年問題。

有鑑於此，本創作目的係要提供一種具奈米磁粉芯之堆疊定子馬達結構，利用預先製備的印刷線圈基板，堆疊出定子線圈的主體，結合以奈米磁粉作為原料的鐵芯，藉著奈米磁粉芯所具有的超順磁性，據以增益馬達的性能。

為達到上述目的，本創作所提出的技術手段在於提供一種具奈米磁粉芯之堆疊定子馬達結構，該具奈米磁粉芯之堆疊定子馬達結構，係由一堆疊線圈定子總成及一轉子組所構成；該堆疊線圈定子總成組設於一心軸，該轉子組由外側配合軸承結合於堆疊線圈定子總成外側，成一扁平之外轉式軸向馬達結構；其主要特徵在於：該堆疊線圈定子總成係由印刷線圈層、絕緣層及奈米磁粉芯所構成；該印刷線圈層是在一基板上形成一軸孔及複數個等角度排列的通孔，該通孔的外型與奈米磁粉芯相對應，於該些通孔的周圍形成具導電作用的印刷線圈圖形，該印刷線圈圖形具有前端、末端；該絕緣層是設於二印刷線圈層之間，形成一軸孔及複數個與通孔相對應的鏤孔；該奈米磁粉芯是組設於該些通孔內。

上述具奈米磁粉芯之堆疊定子馬達結構之改進，其中該印刷線圈圖形之前端、末端是靠近基板邊緣；利用複數個串接線，可分別搭接於上、下兩層印刷線圈圖形的前端與末端，據以連結各層印刷線圈圖形形成線圈組。

上述具奈米磁粉芯之堆疊定子馬達結構之改進，其中該基板背面更造有背聯電路，用以將印刷線圈圖形之前端或末端之電性迴路導引至基板邊緣。

上述具奈米磁粉芯之堆疊定子馬達結構之改進，其中該奈米磁粉芯係由一型殼及充分填充於該型殼內部之奈米磁鐵化合物導磁粒子所構成。

上述具奈米磁粉芯之堆疊定子馬達結構之改進，其中該奈米磁鐵化合物導磁粒子係製備成奈米磁粉體或奈米磁流體。

據此，利用奈米導磁粒子所具有超順磁性，解決了習用矽鋼片鐵芯構件所存在頓轉、剩磁及磁滯問題。印刷線圈層上的印刷線圈圖形，可隨設計輕易的調變繞線匝數、方向、數量等，大幅降低繞線技術難度及成本，有利於快速的大量重複製造印刷線圈層。

為使本創作之結構特徵、功效及其他優點能進一步被瞭解，茲以較佳實施例並配合圖式詳細說明如后。

請參考第1圖及第2圖所示，係揭示本創作具奈米磁粉芯之堆疊定子馬達結構之較佳實施例，該具奈米磁粉芯之堆疊定子馬達結構是由一堆疊線圈定子總成（1）及一轉子組（4）所構成；其中該堆疊線圈定子總成（1）是由至少一印刷線圈層（11）所層疊而成，並組設有至少一奈米磁粉芯（30）；該轉子組（4）包含二轉子盤（40）及一殼體（50），二轉子盤（40）配合軸承（60）軸設於一心軸（70）上，由兩側結合殼體（50）將堆疊線圈定子總成（1）兩側包覆，成一扁平狀之外轉式軸向馬達結構。

前述該轉子盤（40）之主體係為一圓盤，中央造有軸承座（401），面對堆疊線圈定子總成（1）之一面設有複數個放射狀等角度排列，由永久磁鐵所構成之磁極（41），組合時二轉子盤（40）由堆疊線圈定子總成（1）兩側靠合，令磁極（41）與堆疊線圈定子總成（1）保持一適當氣隙，進而構成軸向磁通馬達的基本構形；該轉子盤（40）另一面進一步造設有內凹的環槽（42），該環槽（42）內係要填充導磁粉體，再利用一背蓋（44）黏合封閉。

請配合第3圖所示，是本創作具奈米磁粉芯之堆疊定子馬達結構中的堆疊線圈定子總成（1）之分解結構，圖中示出該堆疊線圈定子總成（1）係由印刷線圈層（11）、絕緣層（20）及奈米磁粉芯（30）所構成；該印刷線圈層（11）是在一基板（12）上形成一軸孔（121）及複數個等角度排列的通孔（122），該通孔（122）的外型與奈米磁粉芯（30）相對應，於該些通孔（122）的周圍形成具導電作用的印刷線圈圖形（13）；該絕緣層（20）是設於二印刷線圈層（11）之間，形成一軸孔（21）及複數個與通孔（122）相對應的鏤孔（22）；該奈米磁粉芯（30）是組設於該些通孔（122）內。

前述該奈米磁粉芯（30）主要係由一型殼（31）及充分填充於內部的奈米磁鐵化合物Fe ₃O ₄（32）導磁粒子所構成，用以取代習用之鐵芯；該型殼（31）為具有適當強度與厚度之殼體，形狀可與習用之鐵芯相同；所述奈米磁鐵化合物Fe ₃O ₄（32）是顆粒尺寸介於5～20nm之奈米導磁粒子，可製備成奈米磁粉體或奈米磁流體後充分填充於該型殼（31）的內部。

請再參考第4圖所示，為堆疊線圈定子總成（1）的局部放大圖，該實施例圖式以4層印刷線圈層（11）做說明，但非用以限制本創作可實施的層數；其中，該印刷線圈圖形（13）之前端與末端定義為第一電極（131）及第二電極（132），其中第二電極（132）可經由造於基板（12）背面的背聯電路（14），將電性迴路導引至第二端子（133），以使印刷線圈圖形（13）的兩端皆能靠近基板（12）邊緣。複數個串接線（15）分別搭接於第二端子（133）與下一印刷線圈層（11）的第一電極（131），據以連結各層印刷線圈圖形（13）形成線圈組，配合上、下二端所設聯結導線（16），可與其他線圈組串連成完整的相性線圈迴路。

請再參考第5圖所示，係顯示本創作具奈米磁粉芯之堆疊定子馬達結構剖面示意圖，圖中示出由複數層印刷線圈層（11）、絕緣層（20）及奈米磁粉芯（30）所構成的堆疊線圈定子總成（1）係軸設於心軸（70）上，二轉子盤（40）與殼體（50）組立成包覆堆疊線圈定子總成（1）之轉子組（4），運作時，透過控制堆疊線圈定子總成（1）的磁場變化，與轉子組（4）上的磁極（41）構成相對感應動勢，令轉子組（4）得以繞著心軸（70）旋轉；另，轉子盤（40）背蓋（44）內所填充的導磁粉體（43），可構成磁場封閉迴路作用，據以增益磁通效果。

經由上述實施例說明可知，本創作具奈米磁粉芯之堆疊定子馬達結構，係利用奈米磁鐵化合物導磁粒子作為替代習用鐵芯之主要組成物，利用奈米導磁粒子所具有超順磁性，解決了習用矽鋼片鐵芯構件所存在頓轉、剩磁及磁滯問題。印刷線圈層（11）上的印刷線圈圖形（13），可隨設計輕易的調變繞線匝數、方向、數量等，大幅降低繞線技術難度及成本，有利於快速的大量重複製造印刷線圈層（11）。

綜上所述，本創作具奈米磁粉芯之堆疊定子馬達結構確實已達到預設的目的，實已符合產業的需求，爰依法提出專利申請，惟，本創作雖已以前述較佳之實施例揭示，然而圖式所繪示的尺寸、形狀、或數量等並非用以限定本創作，任何熟悉此技藝者，在不脫離本創作之精神和範圍內，當可能加以潤飾或修改，因此本創作保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

1:堆疊線圈定子總成 11:印刷線圈層 12:基板 121:軸孔 122:通孔 13:印刷線圈圖形 131:第一電極 132:第二電極 133:第二端子 14:背聯電路 15:串接線 16:聯結導線 20:絕緣層 21:軸孔 22:鏤孔 30:奈米磁粉芯 31:型殼 32:奈米磁鐵化合物 4:轉子組 40:轉子盤 401:軸承座 41:磁極 42:環槽 43:導磁粉體 44:背蓋 50:殼體 60:軸承 70:心軸

第1圖係本創作具奈米磁粉芯之堆疊定子馬達結構分解示意圖。第2圖係本創作之堆疊定子線圈結構分解示意圖。第3圖係本創作之堆疊定子線圈總成結構局部放大示意圖。第4圖係本創作之堆疊定子線圈總成之分解示意圖。第5圖係本創作具奈米磁粉芯之堆疊定子馬達結構剖面示意圖。

1:堆疊線圈定子總成

11:印刷線圈層

20:絕緣層

30:奈米磁粉芯

31:型殼

32:奈米磁鐵化合物

4:轉子組

40:轉子盤

401:軸承座

41:磁極

42:環槽

43:導磁粉體

44:背蓋

50:殼體

60:軸承

70:心軸

Claims

一種具奈米磁粉芯之堆疊定子馬達結構，係由一堆疊線圈定子總成及一轉子組所構成；該堆疊線圈定子總成組設於一心軸，該轉子組由外側配合軸承結合於堆疊線圈定子總成外側，成一扁平之外轉式軸向馬達結構；其主要特徵在於：該堆疊線圈定子總成係由印刷線圈層、絕緣層及奈米磁粉芯所構成；該印刷線圈層是在一基板上形成一軸孔及複數個等角度排列的通孔，該通孔的外型與奈米磁粉芯相對應，於該些通孔的周圍形成具導電作用的印刷線圈圖形，該印刷線圈圖形具有前端、末端；該絕緣層是設於二印刷線圈層之間，形成一軸孔及複數個與通孔相對應的鏤孔；該奈米磁粉芯是組設於該些通孔內。
如請求項1所述之具奈米磁粉芯之堆疊定子馬達結構，其中該印刷線圈圖形之前端、末端是靠近基板邊緣；利用複數個串接線，可分別搭接於上、下兩層印刷線圈圖形的前端與末端，據以連結各層印刷線圈圖形形成線圈組。
如請求項1所述之具奈米磁粉芯之堆疊定子馬達結構，其中該基板背面更造有背聯電路，用以將印刷線圈圖形之前端或末端之電性迴路導引至基板邊緣。
如請求項1所述之具奈米磁粉芯之堆疊定子馬達結構，其中該奈米磁粉芯係由一型殼及充分填充於該型殼內部之奈米磁鐵化合物導磁粒子所構成。
如請求項4所述之具奈米磁粉芯之堆疊定子馬達結構，其中該奈米磁鐵化合物導磁粒子係製備成奈米磁粉體或奈米磁流體。