軸向氣隙切換磁阻馬達結構的制作方法

本發明涉及一種軸向氣隙切換磁阻馬達結構，尤指一種利用3D軸向氣隙的特殊馬達結構設計，有效提高切換磁阻馬達的激磁繞組空間利用率，而且還大幅簡化其繞線方式，更近一步提升切換磁阻馬達的功率密度、簡化馬達組裝、以及降低馬達制造成本。

背景技術：

隨著「能源之星」或歐盟「IEC能效規范」的推動，高階流體機械的高效馬達需求上升，國外家電大廠如Dyson正加速搭配高效馬達的高階吸塵器、高階烘手機的新機種開發步調，通過英國、新加坡與馬來西亞三地的垂直整合，以及日本馬達生產設備業者的參與，使其搭配高效馬達的機種比率快速提升，引爆高效家電馬達風潮。本案提供具差異化的高效切換磁阻馬達試量產實驗室，以及相關應用產業結合設計、制作工藝驗證及設備技術的試量產驗證平臺，其技術內容包括高速切換磁阻馬達本體試量產平臺及馬達與驅控器性能驗證平臺，本發明可應用在高階烘手機500W@20,000rpm切換磁阻馬達產業化，對應未來吸塵器或其它應用，以提升國內產業具創新產品的競爭力。

現有的磁阻馬達為了達到高扭矩的輸出，其轉子突極結構高度必須明顯，才能產生足夠的磁阻變化。然而，傳統硅鋼片堆疊結構，必須設計復雜連續沖壓制作工藝，精密卷繞堆疊工法，才能做出如此「3D高凸極軸向封閉氣隙結構」。因此，采用硅鋼片鐵心結構成本極高，且不利于大量生產制造。

現有技術請參閱美國專利號US 005925965A所揭露，其名稱為“Axial flux reluctance machine with two stator driving a rotor”，此案提出特殊卷繞堆疊硅鋼片制造與組裝方式，遠比本案提出的結構形式昂貴且復雜！此案的轉子與定子鐵心形狀也不一樣，而且采用單相多組繞線。相較之下，本案采單相單組的徑繞方法。因此，繞組更少、空間利用率更高。

另一現有技術請參閱美國專利號US 2010/0295389A1，其名稱為“Axial flux switched reluctance motor and methods of manufacture”.Pub.Date:NOV.25,2010，該現有技術結構較為復雜，組裝成本較高，其扭力半徑位于定子內側。而本案扭力半徑發生在最大半徑之處，相較之下，本案可產生的力矩較大。

另一現有技術請參閱美國專利號US 2012/0280587A1，其名稱為“Motor topology with exchangeable components of form different classes of motors”，該現有技術的轉子、定子鐵心幾何形狀并不一樣，故所需化費組裝成本較高，而本案轉子、定子鐵心幾何形狀都相同。再者，該現有技術的繞線線圈為4組，本案僅有兩組，故本案成本較低，但是空間利用率遠高于該現有技術。且該現有技術扭矩半徑較低，具有改進的空間。

技術實現要素：

基于解決以上所述現有技術的缺失，本發明為一種軸向氣隙切換磁阻馬達結構，其主要目的在于提出一創新先進可變磁阻馬達，其具有3D結構的軸向氣隙，且軸向氣隙設計具有高扭力半徑的優點。

本發明的另一目的在于提供一最高繞線空間利用率的軸向徑繞導線組，以及轉子、定子都為對稱性、重復結構設計簡化組裝等…需求」，采用3D結構的軟磁復合材料(SMC)的鐵芯設計，除了可以做出高突極結構之外，該軟磁復合材料還具有高頻操作鐵損(iron loss)極低、可以模具快速壓制成型、3D結構利于簡化組裝等…需求，以達成最高功率密度、以及最低成本的設計。本案的可變磁阻馬達，相對導磁率在極高轉速時，對功率密度(power density)的影響較不明顯。

為達上述目的，本發明為一種軸向氣隙切換磁阻馬達結構，其包括有：

一對定子，該對定子具有至少二個以上的齒部，且該對定子上繞置有一線圈，該二定子齒部角度為同相；

轉子，設置于該對定子之間，而該轉子相互連接以形成一體結構，該對轉子具有二組的齒部，該二組的齒部角度相差九十度；以及

轉軸，穿置于該對定子與該轉子的中心處，該轉軸帶動該轉子于該對定子之間產生旋轉運動。

較佳者，該對定子上還設置有一線槽，以供該線圈做一繞置。

較佳者，該線圈位置與該轉軸為呈同一圓心。

較佳者，該軸向氣隙切換磁阻馬達的動作原理為當該對定子的其中一者先通電，使該定子的線圈產生一磁性，而該對轉子受該磁性吸引產生九十度角的轉向，使該轉子齒部與該定子的齒部角度接近零度，而后再使另一定子通電，該另一定子的線圈也產生一磁性，使該對轉子受該磁性產生九十度旋轉，如此使該對定子交互切換通電，以使該轉子產生連續性旋轉。

較佳者，該軸向氣隙切換磁阻馬達還包括有：一前蓋，設置于該轉軸同側，固定于該對定子的其中一者表面；一后蓋，設置于相對于該轉軸的另一側，固定于該對定子的另一者的表面；多根固定柱，設置于該前蓋與該后蓋之間，用以使該前蓋與該后蓋產生穩固結構；多個固定元件，該些固定元件用以固定該前蓋與該些固定柱，以及固定該固定柱與該后蓋。

較佳者，該些固定元件是指螺絲與螺帽。

較佳者，該些固定元件與該前蓋之間還設置有一墊片。

較佳者，該軸向氣隙切換磁阻馬達于該轉軸以多組定子與轉子做一串接，以使該軸向氣隙切換磁阻馬達形成三相馬達。

附圖說明

圖1為本發明軸向氣隙切換磁阻馬達的立體分解結構圖；

圖2為圖1的組裝結構圖；

圖3為本發明一對定子、一對轉子及一轉軸的較為詳細結構圖。

符號說明

1～第一定子

11、12～第一齒部

13～第一線圈

2～第二定子

21、22～第二齒部

23～第二線圈

3～轉子

31～第三齒部

32～第四齒部

4～轉軸

51～前蓋

52～后蓋

6～固定柱

7～固定元件

8～墊片

具體實施方式

請參閱圖1至圖3所示，其為本發明軸向氣隙切換磁阻馬達的結構圖，其包括有：一對定子(第一定子1、第二定子2)，該對定子1、2具有至少二個以上的齒部(第一齒部11及12、第二齒部21及22)，且該對定子1、2上繞置有一線圈(第一線圈13、第二線圈23)，該對定子1、2上還設置有一線槽(圖中未示)，以供該線圈13、23做一繞置，該線圈13、23繞設位置與轉軸4為呈同一圓心，該二定子1、2齒部角度為同相；一轉子3，該轉子3設置于該對定子1、2之間，該轉子3具有二組的齒部(第三齒部31、第四齒部32)，該轉子3的該二組的齒部31、32角度相差九十度；一轉軸4，穿置于該對定子1、2與該轉子3的中心處，該轉軸4帶動該轉子3于該對定子1、2之間產生旋轉運動。

該軸向氣隙切換磁阻馬達還包括有：一前蓋51，設置于該轉軸4同側，固定于該對定子的其中一者(舉例為第一定子1)表面；一后蓋52，設置于相對于該轉軸4的另一側，固定于該對定子的另一者(舉例為第二定子2)的表面；多根固定柱6，設置于該前蓋51與該后蓋52之間，用以使該前蓋51與該后蓋52產生穩固結構；多個固定元件7，該些固定元件7用以固定該前蓋51與該些固定柱6，以及固定該固定柱6與該后蓋52，該些固定元件7與該前蓋51之間還設置有一墊片8，該些固定元件7是指螺絲與螺帽。

上述該軸向氣隙切換磁阻馬達的動作原理為當該對定子1、2的其中一者先通電，使該定子(舉例為第一定子1)的第一線圈13產生一磁性，而該轉子3受該磁性吸引產生九十度角的轉向，使該轉子3的第三齒部31與該第一定子1的第一齒部11、12角度接近零度，而后再使另一定子(第二定子2)通電，該另一定子(第二定子2)的第二線圈23也產生一磁性，使該轉子3受該磁性產生九十度旋轉，使該轉子3第四齒部32與該另一定子(第二定子2)的第二齒部21、22角度接近零度，如此使該對定子1、2交互切 換通電，以使該轉子3產生連續性旋轉。

上述該軸向氣隙切換磁阻馬達于該轉軸以多組定子與轉子做一串接，以使該軸向氣隙切換磁阻馬達形成三相馬達(圖中未示)。

通過上述圖1至圖3所揭露，可了解本發明提出一軸向氣隙的切換磁阻馬達結構，具有3D對稱性定子與轉子鐵心，采用與轉軸同心的圈繞式激磁線圈，可以有效提高馬達空間利用率以及提高扭力密度與功率密度。同時提出一創新先進可變磁阻馬達，其具有3D結構的軸向氣隙，且軸向氣隙設計具有高扭力半徑的優點。且提供一最高繞線空間利用率的軸向徑繞導線組，以及轉子、定子都為對稱性、重復結構設計簡化組裝等…需求」，采用3D結構的軟磁復合材料(SMC)的鐵芯設計，除了可以做出高突極結構之外，該軟磁復合材料還具有高頻操作鐵損(iron loss)極低、可以模具快速壓制成型、3D結構利于簡化組裝等…需求，以達成最高功率密度、以及最低成本的設計。本案的可變磁阻馬達，相對導磁率在極高轉速時，對功率密度(power density)的影響較不明顯。

應該理解以上的敘述對于如權利要求所闡述的本發明僅僅是示例和說明性的，并非對其加以限制。根據本文所披露的本發明的內容，本發明的其他實施方案對于本領域的技術人員來說是顯而易見的。應該指出的是本說明書和實施例僅應被看做為示例，本發明的實際范圍由權利要求確定。