專利名稱：直流無刷線圈馬達的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種直流無刷線圈馬達，通過改變馬達定子部分與轉(zhuǎn)子部分的設(shè)計，完成一微型化直流無刷線圈馬達。
科技的發(fā)展主要是為了使人們可以享受更為便利的生活，而科技產(chǎn)品的設(shè)計亦不斷的朝著此方向作努力，譬如筆記本電腦(Notebook)、個人數(shù)字助理(Personal Digital Assistant，PDA)、移動電話(Mobile phone)等，分別可以提供人們數(shù)據(jù)儲存與管理，遠距離的一對一通信等等。
科技研發(fā)人員除了不斷的推出新的產(chǎn)品、增加新的功能外，亦朝著更人性化、更容易使用的方向來設(shè)計這些科技產(chǎn)品，近年來還進入了所謂的移動科技時代，隨身攜帶、隨時使用成為這些科技產(chǎn)品的研究目標，因此輕、薄、短、小將是這一世紀的科技產(chǎn)品的發(fā)展方向。
就以輕、薄、短、小的設(shè)計方向來看，最簡單的方式當然就是將所有構(gòu)成科技產(chǎn)品的電子零件尺寸變小，然而這樣的觀念在許多的產(chǎn)品上卻是不可行的，譬如尺寸變小的零件要如何組裝，或許尺寸可以變小，但在組裝上卻有困難，而這樣的限制條件即是產(chǎn)品小型化的問題，縱使組裝上不發(fā)生問題，因為組裝的工作較為困難，勢必也會造成成本上的增加。
另外，科技產(chǎn)品是由許多的電子零件所組成，而在許多的產(chǎn)品中，馬達為一不可缺少的重要零件，馬達是用于輸出旋轉(zhuǎn)動力，譬如安裝在筆記本電腦內(nèi)部用于散熱的散熱風扇，譬如光碟機中的驅(qū)動馬達；當然隨著科技產(chǎn)品尺寸上的縮小，馬達此一零件勢必也需隨著變小，甚至許多產(chǎn)品小型化的關(guān)鍵在于馬達是否可以變小。馬達主要是將電力轉(zhuǎn)換為機械功率，馬達的種類相當繁多，而目前科技產(chǎn)品中應(yīng)用最為普遍的是為直流無刷馬達，目前直流無刷馬達可見如美國第5,967,763號專利案、第6,114,785號專利案等，直流無刷馬達主要包括有定子部分及轉(zhuǎn)子部分，一般定子部分包含有電氣片(俗稱矽鋼片)及線圈，定子主體是由多片電氣片疊置(如美國第5,967,763號專利案

圖1中所示)，在電氣片上纏繞線圈形成磁極；而轉(zhuǎn)子一般是以多個永久磁鐵，環(huán)繞在電氣片外，當電流通過線圈后，線圈可以便電氣片產(chǎn)生磁力而與轉(zhuǎn)子上的永久磁鐵產(chǎn)生互斥，其中該轉(zhuǎn)子及定子的結(jié)構(gòu)方式，皆為一成不變的型態(tài)，進而使轉(zhuǎn)子進行旋轉(zhuǎn)運動。
就小型化的設(shè)計觀念來看，公知的直流無刷馬達有以下的問題其一、馬達的定子部分是由多片電氣片所組成，而電氣片卻占據(jù)了一定的體積，使得馬達厚度的尺寸上無法縮小。
其二、定子部分與轉(zhuǎn)子部分的磁力相斥的方向是為徑向，即轉(zhuǎn)子是圍繞在定子外，使得馬達徑向的尺寸亦無法縮小。
其三、轉(zhuǎn)子是由多個永久磁鐵所組成，此種方式除了增加零件的數(shù)目外，多個永久磁鐵也占據(jù)了一定的體積，同樣對馬達尺寸縮小也造成了限制。
目前可見的直流無刷馬達中大部分皆為如上所述的設(shè)計，若直接從縮小各個零件尺寸的觀念下設(shè)計，并不可行，舉例來說，定子與轉(zhuǎn)子間是通過磁力相斥來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動，因此各個磁鐵的間隔必須明確，以避免磁力干擾造成馬達無法運轉(zhuǎn)，由于轉(zhuǎn)子是由多個永久磁鐵所組成，為控制一定的磁力，永久磁鐵必須具有一定的尺寸，假設(shè)馬達的尺寸直接縮小，那么勢必會造成永久磁鐵的間距縮小，這樣即可能造成磁力的干擾，使得馬達無法運轉(zhuǎn)。
另外就馬達的運轉(zhuǎn)功率來看，目前可見馬達的定子部分直接采用電氣片作為磁極，就電能效率而言，電氣片即為電路中的電阻，輸入的電能經(jīng)過電氣片會有部分消耗，馬達的運轉(zhuǎn)功率即下降。
有鑒于此，本實用新型主要目的是提供一完成微型化的直流無刷線圈馬達。
為實現(xiàn)本實用新型的目的，我們提出一種直流無刷線圈馬達構(gòu)造，其主要是由一電路板、二個以上的感應(yīng)線圈、一磁性元件、一旋轉(zhuǎn)件、一控制器以及二個以上的磁銷所組成，其中感應(yīng)線圖是采用徑向卷繞而設(shè)置在電路板上，并與電路板上的電源輸入端構(gòu)成電連接，磁銷分別介于二感應(yīng)線圈間，而磁性元件則是設(shè)置在感應(yīng)線圈之上，磁性元件為一具有共平面多磁極的永久磁鐵，旋轉(zhuǎn)件則貼覆在磁性元件之上，另外其中的控制件設(shè)置在電路板上并位于二感應(yīng)線圈之間，控制件用于改變感應(yīng)線圈磁性，作為控制馬達啟動與否之用，當外部電源通過感應(yīng)線圈，感應(yīng)線圈產(chǎn)生磁力，磁銷破壞馬達內(nèi)磁場的靜平衡，在感應(yīng)線圈與磁性元件電磁的交互作用下，使得磁性元件產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)動能，并帶動旋轉(zhuǎn)件轉(zhuǎn)動。
本實用新型的感應(yīng)線圈作為馬達的定子部分，而無須設(shè)置電氣片，在省略此一元件下，馬達的尺寸將可以大幅的縮小，同時在排除了電氣片作為電路中電阻的條件下，將可大幅提升馬達的運轉(zhuǎn)功率。
本實用新型的磁性元件作為馬達的轉(zhuǎn)子部分，其中的磁性元件是為一永久磁鐵(Permanent magnet)，并且在平面上分隔形成有多個磁極，其磁力線方向為軸向，而感應(yīng)線圈為徑向卷繞，根據(jù)安培右手定律(Ampere’s right-hand rule)，感應(yīng)線圈的磁力線方向為軸向，磁性元件設(shè)置在感應(yīng)線圈的上方，使定子與轉(zhuǎn)子的磁力互斥方向為軸向，在此條件下，將可縮小馬達的徑向尺寸。
本實用新型的磁性元件在同一平面上分隔出多個磁極，其磁力線方向為軸向，且磁極分隔明確，在小型化的條件下，彼此間并不會產(chǎn)生磁場干擾。
如上所述，本實用新型所提供的直流無刷線圈馬達，能提供一種將傳統(tǒng)馬達的結(jié)構(gòu)設(shè)計小型化的微型馬達，通過改變馬達中的定子及轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)型態(tài)，而方便地完成組裝一直流無刷線圈馬達。
并且本實用新型的直流無刷線圈馬達具有轉(zhuǎn)速快、頓距小的馬達運轉(zhuǎn)特性；再者，由于使用感應(yīng)線圈取代傳統(tǒng)的定子結(jié)構(gòu)，可有效避免運用電氣片作為定子的問題，以節(jié)省成本及改善電氣特性。
此外，本實用新型的直流無刷線圈馬達的定子與轉(zhuǎn)子的磁性相斥方向為軸向，乃極為不同于傳統(tǒng)馬達中定子與轉(zhuǎn)子的磁性相斥方向為徑向的方式。
本實用新型經(jīng)過多次研究實驗的努力，以實際完成直流無刷線圈馬達的成品，經(jīng)由實驗得知其轉(zhuǎn)速可到達10000—30000rpm以上；而轉(zhuǎn)子結(jié)合在座體上的整個圓盤狀，其直徑約為1—1.5cm，其整體運轉(zhuǎn)實施效果良好，在達到小型化的目的后，仍能發(fā)揮直流無刷線圈馬達應(yīng)有的效率。
為讓本實用新型的上述和其他目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，
以下結(jié)合附圖就本實用新型的一較佳實施例詳細說明如下圖1是本實用新型的立體分解示意圖；圖2是本實用新型實施例組合后的立體視圖；圖3是本實用新型實施例組合后的側(cè)視剖面圖；圖4是本實用新型中磁性元件的磁極示意圖；圖5是本實用新型中線圈的連接電路圖。
根據(jù)本實用新型所提出的直流無刷線圈馬達，主要是提供一種將傳統(tǒng)直流無刷馬達小型化的微型馬達。
請參閱圖1、圖2所示，圖中所示是本實用新型的立體分解示意圖，根據(jù)本實用新型所提出的直流無刷線圈馬達10，其主要包括有一殼體11、一電路板12、一軸桿13、二感應(yīng)線圈14a、14b、一控制件15、一護圈16、二磁銷17a、17b、一磁性元件18及一旋轉(zhuǎn)件19所組成，其中殼體11用于包覆住直流無刷線圈馬達10的所有構(gòu)成元件，其由底座111及上蓋112構(gòu)成一扁圓形體，由于直流無刷線圈馬達10是利用電能形成磁能轉(zhuǎn)換為機械能，因此殼體11必須采用不導磁的材料所制成，譬如鋁、鎳等材料，以避免破壞直流無刷線圈馬達10的感應(yīng)磁場。另外在上蓋112頂面中央處開設(shè)有一穿孔1121，此穿孔1121供旋轉(zhuǎn)件19的輸出軸(圖中未示)，以輸出直流無刷線圈馬達10的旋轉(zhuǎn)動力，而在上蓋112的側(cè)邊底端還具有一開口1122。
電路板12、軸桿13、感應(yīng)線圈14a、14b、控制件15、護圈16、二磁銷17a、17b、磁性元件18及一旋轉(zhuǎn)件19依序由下而上設(shè)置于殼體11，其中電路板12為一印刷電路板，其上有印刷電路，由于本實用新型將直流無刷線圈馬達10絕大多數(shù)所需的電氣特性(如改變電流方向，驅(qū)動磁場作用等)設(shè)計于控制件15中，因此印刷電路板上的印刷電路并不復雜，將可降低生產(chǎn)成本；電路板12為容置于殼體11內(nèi)，因此設(shè)計為圓形，其中在一側(cè)凸出一電連接端121，在電連接端121上設(shè)定有電源輸入接點1211、1212，外部電源(圖中未示)與電源輸入接點1211、1212連接，以供應(yīng)直流無刷線圈馬達10所需的電能，其中的電連接端121可由上蓋112側(cè)邊的開口1122伸出于殼體11外，以便于外部電源連接。另外軸桿13設(shè)置在電路板12的中心位置。
二感應(yīng)線圈14a、14b是由導電線材以徑向卷繞而成，并且相對的設(shè)置在電路板12上并與電路板12上的印刷電路連接，用來作為直流無刷線圈馬達10的定子部分，根據(jù)安培右手定律(Ampere’s right-hand rule)，電流的方向為徑向，磁場的方向則為軸向，在電流經(jīng)過感應(yīng)線圈14a、14b時，感應(yīng)線圈14a、14b將產(chǎn)生軸向的磁場。
控制件15為一微處理器(Micro-process IC)，并設(shè)置在電路板12上與電路板12上的印刷電路連接，此控制件15乃是將驅(qū)動直流無刷線圈馬達10絕大多數(shù)所需的電氣特性，電路組成(如改變電流方向，驅(qū)動磁場感磁作用等等)整合于其中，借以控制并驅(qū)動直流無刷線圈馬達10的轉(zhuǎn)動，此一目的在于簡化直流無刷線圈馬達10電路組成所需的電子零件，并且可以簡化電路板12上的印刷電路，將有利用小型化的直流無刷線圈馬達10的組裝作業(yè)，進而降低小型化所可能增加的組裝工作成本。
護圈16是以塑膠材料等不導磁的材料所制成，以避免破壞直流無刷線圈馬達10的磁場，其具有對應(yīng)二感應(yīng)線圈14a、14b的第一、第二穿孔161、162，位于中央處對應(yīng)軸桿13的第三穿孔163，對應(yīng)控制件15的第四穿孔164，以及設(shè)置在第一及第二穿孔161、162之間的第五及第六穿孔165、166，其中護圈16的厚度恰好等于感應(yīng)線圈14a、14b的大小，且第一、第二穿孔161、162的內(nèi)徑恰好等于感應(yīng)線圈14a、14b的線徑，將護圈16套置在電路板12上，軸桿13穿過第三穿孔163，并且使感應(yīng)線圈14a、14b套設(shè)在第一穿孔161、第二穿孔162內(nèi)，控制件15套置于第四穿孔164，通過第一穿孔161、第二穿孔162套設(shè)在感應(yīng)線圈14a、14b上，以維持感應(yīng)線圈14a、14b的卷繞狀態(tài)。另外第五、第六穿孔165、166即是為磁銷17a、17b設(shè)置。
磁銷17a、17b是以導磁性材料(Ferromagnetic material)制成，譬如是鐵類材料，其恰好是可置入第五、第六穿孔165、166內(nèi)的柱體。
磁性元件18呈圓形，是一永久磁鐵(Permanent magnet)，呈環(huán)狀并在其平面上分隔形成有多個磁極181、182、183、184(如圖4所示)，用于作為直流無刷線圈馬達10的轉(zhuǎn)子部分，其中相鄰的磁極為不同的極性(N極、S極)，磁極181、182、183、184其磁力線方向是為軸向，對應(yīng)作用于感應(yīng)線圈14a、14b上，當感應(yīng)線圈14a、14b產(chǎn)生磁力時，磁性元件18與感應(yīng)線圈14a、14b磁力相斥，而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)動能。
旋轉(zhuǎn)件19為一導磁材料，其被吸附在磁性元件18的上方，當磁性元件18旋轉(zhuǎn)時隨著一起旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)件19上可設(shè)一輸出軸(圖中未示)，輸出軸可由上蓋112頂面的穿孔1121伸出，以輸出直流無刷線圈馬達10的旋轉(zhuǎn)動力。
配合圖3、圖5所示，本實用新型所提出的直流無刷線圈馬達10，其中外部電源與電源輸入接點1211、1212連接，電能連接至感應(yīng)線圈14a、14b，感應(yīng)線圈14a、14b再分別與控制件15電性連接，形成電性回路；另外磁性元件18與磁銷17a、17b磁性接觸，使磁銷17a、17b成為暫時磁鐵(Temporary magnet)，當外部電源由連接接點1211、1212輸入電能，電流通過感應(yīng)線圈14a、14b產(chǎn)生磁力，而磁銷17a、17b破壞常態(tài)下磁場的靜平衡，感應(yīng)線圈14a、14b與磁性元件18產(chǎn)生互斥，使磁性元件18產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)動能。
雖然本實用新型以上述的較佳實施例公開如上，然其并非用以限定本實用新型，任何熟悉此項技術(shù)的人，在不脫離本實用新型的精神和范圍內(nèi)，當可作些許的變動與潤飾，其都應(yīng)包含在本實用新型的權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種直流無刷線圈馬達，其特征在于，包括一電路板，其上設(shè)有印刷電路，并至少具有二個電源輸入接點；二個以上的感應(yīng)線圈，徑向卷繞并對應(yīng)設(shè)置在該電路板上；一磁性元件，在其平面上具有多個磁極，并設(shè)置在感應(yīng)線圈上；二個以上的磁銷，具有導磁性，介于該電路板及該磁性元件之間并位于該感應(yīng)線圈之間，該磁銷與該磁性元件磁性接觸而磁化；及一控制件，設(shè)置在該電路板上與該感應(yīng)線圈構(gòu)成電性連接，用于啟動該感應(yīng)線圈形成磁極；
2.如權(quán)利要求1所述的直流無刷線圈馬達，其特征在于還包含有一殼體，該殼體是以不導磁材料制成，其殼體是由底座及上蓋所組成。
3.如權(quán)利要求2所述的直流無刷線圈馬達，其特征在于該上蓋頂緣中央處開設(shè)有一穿孔，側(cè)邊底端處設(shè)有一開口。
4.如權(quán)利要求1所述的直流無刷線圈馬達，其特征在于該電路板上中央處還設(shè)置有一軸桿。
5.如權(quán)利要求1所述的直流無刷線圈馬達，其特征在于介于該電路板及該磁性元件之間還設(shè)置有一護圈，該護圈為非導磁材料。
6.如權(quán)利要求1所述的直流無刷線圈馬達，其特征在于，該護圈還包含有用于套置該感應(yīng)線圈的第一及第二穿孔，用于套置該軸桿的第三穿孔，用于套置該控制件的第四穿孔，以及用于套置該磁銷的第五及第六穿孔。
7.如權(quán)利要求1所述的直流無刷線圈馬達，其特征在于，該印刷電路突出有一電連接端，該電源輸入接點設(shè)于該電連接端，該電連接端由該殼體的開口伸出。
8.如權(quán)利要求1所述的直流無刷線圈馬達，其特征在于該感應(yīng)線圈磁力方向為軸向。
9.如權(quán)利要求1所述的直流無刷線圈馬達，其特征在于該磁性元件磁力方向為軸向。
10.如權(quán)利要求1所述的直流無刷線圈馬達，其特征在于還包括一旋轉(zhuǎn)件，該旋轉(zhuǎn)件設(shè)置在該磁性元件之上，以隨著該磁性元件一起轉(zhuǎn)動，輸出旋轉(zhuǎn)動力。
專利摘要一種直流無刷線圈馬達,其主要通過感應(yīng)線圈及具有共平面多磁極的磁性元件分別作為馬達的定子與轉(zhuǎn)子,進而達到微型化的要求;其至少包括有一電路板、二個以上的感應(yīng)線圈及一磁性元件,其中感應(yīng)線圈設(shè)置在電路板上,輸入電能即可產(chǎn)生磁力,作為馬達的定子部分,磁性元件設(shè)置在感應(yīng)線圈之上,其具有多個共平面的磁極,作為馬達的轉(zhuǎn)子部分,當電能輸入形成感應(yīng)磁場,在感應(yīng)線圈與磁性元件電磁的交互作用下,使磁性元件產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)動能。
文檔編號H02K29/00GK2475218SQ0122283
公開日2002年1月30日 申請日期2001年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月29日
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