专利名称：具有内径配向环状磁铁的外转式直流无刷马达及风扇的制作方法
技术领域：
本实用新型是为一种外转式直流无刷马达及风扇，特别是藉由具有内径配向环状铁氧磁铁的外转子，可达到增加磁力、提高磁能积的功效，进而提高直流无刷马达及风扇的效率。
背景技术：
根据美国电力研究院(EPRI)评估，近年来电能的消耗已经占全部能源消耗量的百分的40，而且电能供给电器设备使用的比例亦随着居住品质的提升而大幅提高。
预估到了2010年时，将有百分的80的电能供给电器设备使用，其中，马达的耗能更占了全部电能的百分的55，因此开发高可靠度及高性能的马达，已成为提升国家产业竞争力的必要手段。
在各种不同的马达中，由于直流无刷马达采用电子换相结构，马达速度可达每分钟10,000转数以上，其宽广的速度范围，低转子惯性，低电磁干扰，免碳刷保养，无碳刷粉尘，皆是直流无刷马达独特的优点，亦是现今使用在高精密控制领域如CNC工具机、半导体制程设备所必备的马达。
除此，由现今控制技术突飞猛进及无刷马达专用控制IC普及的原因，造就无刷马达在价格上取得优势，一些传统使用感应马达应用的领域也逐渐被直流无刷马达所取代。例如化工、家用或大楼使用的无尘室风扇马达、冷气机风扇马达、吊扇马达、压缩机马达、洗衣机直驱式马达、及大楼恒压泵马达、消费性电子产品(如投影机、计算机风扇)的散热风扇马达等等，显见无刷马达及风扇将来在这些产业中必然具有领导地位。
惟，目前外转式直流无刷马达及风扇所使用的外转子磁铁，大都采用钕铁硼(NdFeB)系列，其材料是以94％的钕铁硼和6％的尼龙(nylon)混合，并用射出成型机制成环状体后，在环型体内径充磁28极，以形成具有28极的环型磁铁。其材料的磁力特性固然足以满足所需，但其缺点为材料成本较高(钕Nd为产量较少的稀有金属)且制程困难，故其成品相当昂贵。
因此，就有制造商以铁氧磁体/异方性/湿式冲压成型方式的磁铁来取代前述的钕铁硼系列磁铁，以降低成本。这种外转子磁铁因制程技术的问题，仅能做成半月型异方性铁氧磁铁后，再将至少3片以上的半月型磁铁组立成环状。这种利用半月型异方性铁氧磁铁组立成环形的永久磁铁，在性能上具有下列重大缺点；1.组立时，磁铁与磁铁之间形成气隙而容易漏磁，使环形永久磁铁运转时会有顿转矩(cogging)的情况发生。
2.由于环形永久磁铁是由数片半月型磁盘所组合，所以在加工组立上较为费工，而且内部真圆度较差。
3.钕铁硼射出成型的磁铁表面磁束密度为2100～2300Gauss，而铁氧磁体制成的磁铁仅有1650～1950Gauss，磁力稍嫌不足。
4.铁氧磁体烧结温度约在1240℃左右，烧结时磁铁厚度不可太薄，否则容易碎裂，因此造成组立成环状磁铁时的外径较大，亦使整体马达及风扇的外壳体积庞大。
5.由于上述漏磁、顿转矩、磁力不足、外径较大等种种问题，目前使用此种半月型异方性铁氧磁铁所组立而成的环形永久磁铁，尚无法取得规范加以认证；就商品的附加价值而言，较不具竞争力。
此外，无论是钕铁硼复合材或半月型片状铁氧磁体，使用在外转式直流无刷马达时，其磁力线皆需经过环状磁铁外围的铁制转盘及空气后再与内面定子构成一磁回路，如此磁力线的损失极大，使马达及风扇的效能降低。
其实利用半月形铁氧磁体组立的环状磁铁，除了价格优势的外并非一无是处。其物理特性就比用钕铁硼系列的磁铁来得佳；对温度范围、耐湿、抗酸碱性要求较高的产业而言，仍是极佳的材料选择。再加上铁氧磁体材料主要来自于酸洗钢板所产生的回收物(mill-Scale)来制成，更能符合环保的趋势。
再者，如前所述，单就磁力特性而言，铁氧磁体的材料不若钕铁硼系列材料的磁力特性佳。因此，若能就环状铁氧磁铁的结构上作一改进，以作为外转式直流无刷马达及风扇所使用的外转子磁铁，又能减少漏磁、提高表面磁束密度以及磁场强度，同时还能节省组立的工序，使得铁氧磁体能发挥其磁力特性到极致，将可完全取代产量较少、昂贵的钕铁硼系列的磁铁，并且对外转式直流无刷马达及风扇带来革命性的影响，促进产业的进步；这也是本案创作人研发创设此结构的肇因。
实用新型内容本实用新型的目的在于，由内径配向环状铁氧磁铁分为不具磁性的导磁外层以及具有磁性的磁性内层，使磁性内层的磁力线行经导磁外层即折返，以缩短磁回路并增加磁力、提高磁能积，运用在马达及风扇时，可提高工作效率。
具体言之，本实用新型一种具有内径配向环状磁铁的外转式直流无刷马达，是于马达外壳内设置，其特征在于，包括一基座，固定于马达外壳内部，具有一可旋转的转轴，该转轴穿出马达的外壳；一定子，固定于基座上转轴的外缘，进一步包括有一组轭铁及感应线圈；一外转子，进一步由一中心固定于转轴的转盘及一固定于转盘内周缘的内径配向环状铁氧磁铁所组成，该内径配向环状铁氧磁铁为多极异方性永久磁铁，其结构体外缘为不具磁性的导磁外层，内缘为具有磁性的磁性内层，并环绕在定子周围。
本实用新型一种具有内径配向环状磁铁的外转式风扇，其特征在于，是包括一基座，供定子及外转子组立定位，具有一可旋转的转轴；一定子，固定于基座上转轴的外缘，进一步包括有一组轭铁及感应线圈；一外转子，进一步由一中心固定于转轴的转盘及一固定于转盘内周缘的内径配向环状铁氧磁铁所组成，该转盘外缘延伸有若干叶片，内径配向环状铁氧磁铁则为多极异方性永久磁铁，其结构体外缘为不具磁性的导磁外层，内缘为具有磁性的磁性内层，并环绕在定子周围。
其中，基座侧边设置有一感应内径配向环状铁氧磁铁转速的霍尔组件。
其中，转盘及风扇叶片为塑料一体射出成型。
本实用新型由上述外转子旋转以输出动力的原理，在具体实施时至少包括有下列两种运用方式1.运用在马达时，前述基座、定子及外转子均设置于马达外壳内，外转子带动基座上的转轴旋转，该转轴穿出马达外壳而输出动力，以做为马达的动力输出轴。
2.运用在风扇时，直接在外转子外部设置风扇叶片，当外转子旋转时，风扇叶片与的同步旋转，使叶片达到鼓风效果。
此外，前述将内径配向环状铁氧磁铁分成磁性内层与导磁外层的目的，是让磁性内层的磁力线行经导磁外层即折返，以缩短磁回路，并增加磁力、提高磁能积，进而提高外转式直流无刷马达及风扇的效率。不是如已知钕铁硼复合材或半月型片状铁氧磁体，使用在外转式直流无刷马达及风扇时，其磁力线皆需经过磁铁外围的铁制转盘及空气后再与内面定子构成一磁回路，如此磁力线的损失极大，使马达及风扇的效能降低。
以下结合附图及具体实施例详细说明本实用新型的具体图2是内径配向环状铁氧磁铁的磁力线回路示意图。
图3是本实用新型运用在外转式风扇的第二实施例构造示意图。
具体实施方式
如
图1所示的第一实施例，是本实用新型运用在“外转式直流无刷马达”的构造示意图，该外转式直流无刷马达90是由一转轴旋转来输出动力。图标中，在转轴前端设置有皮带轮91，当转轴旋转时，皮带轮91随的旋转而作动力输出。当然，转轴前端亦可设置风扇叶片或其它需要旋转驱动的组件。
本实施例中，外转式直流无刷马达90内部设置一基座10、一定子20及一环绕于定子20周围的外转子30，其中基座10固定于马达90的外壳92内部，以供定子20及外转子30组立定位，其中央设置一透过培林11而得以旋转的转轴12，侧边设置一霍尔组件13(感磁IC)，且转轴12穿出马达90的外壳92，连接前述的皮带轮91、风扇叶片或其它需要旋转驱动的组件，当转轴12旋转时，即可用以输出动力。
定子20固定于基座10上转轴12的外缘，进一步包括有一组轭铁21及感应线圈22，将电源以电子换相方式导入感应线圈22，可使整体定子20产生磁极交互变化。
外转子30进一步由一转盘31及一固定于转盘31内周缘的内径配向环状铁氧磁铁40所组成，其中，转盘31中心与基座10的转轴12固定，使内径配向环状铁氧磁铁40环绕在定子20周围，并与基座10的霍尔组件13保持适当间距。当外转子30的内径配向环状铁氧磁铁40受驱动旋转时，可经由转盘31带动穿出马达90外壳92的转轴12同步旋转，故当转轴12连接皮带轮91、风扇叶片或其它需要旋转驱动的组件时，即可用以输出动力。
由上述组件组合，当电源以电子换相方式导入定子20而产生磁极交互变化时，即可对多极的内径配向环状铁氧磁铁40产生吸引及排斥现象，进而驱动整体外转子30旋转，并经由转盘31带动转轴12同步旋转，以能由转轴12输出动力，外转子30旋转的速度则可由霍尔组件13感应后输出信号以供控制，使马达正常运作。
如图2所示，前述内径配向环状铁氧磁铁40为多极异方性永久磁铁(极数越少转速越快)，其环形本体分为不具磁性的导磁外层41以及具有磁性的磁性内层42，磁性内层42的磁力线行经导磁外层41即折返，具有缩短磁回路并增加磁力、提高磁能积的特性。不若已知钕铁硼复合材或半月型片状铁氧磁体，使用在外转式直流无刷马达时，其磁力线皆需经过磁铁外围的铁材及空气后再与内面定子构成一磁回路，如此磁力线的损失极大，使马达的效能大幅降低。
如图3所示的第二实施例，是本实用新型运用在“外转式风扇”的示意图。，其内部同样是由一基座10、一定子20及一环绕于定子20周围的外转子30所构成，由电源以电子换相方式导入定子20的感应线圈22，使整体定子20产生磁极交互变化，进而驱动外转子30的内径配向环状铁氧磁铁40及转盘31的动作，其原理与第一实施例相同，在此不另赘述。
本实施例与第一实施例不同的是，本实施例并非设置于传动用的马达外壳内，而转轴12的作用只是用来作为外转子30旋转时的中心枢接轴，并未穿出外壳输出动力。除此，本实施例在外转子30的转盘31外缘直接设置若干风扇叶片93，当定子20驱动外转子30的内径配向环状铁氧磁铁40，同时令转盘31旋转时，转盘31外缘设置的风扇叶片93随的同步旋转，即可经由风扇叶片93产生风力而形成一外转式风扇。
本实施例中，内径配向环状铁氧磁铁40的导磁外层41以及具有磁性的磁性内层42仍为极重要的组件。由于内径配向环状铁氧磁铁40的磁性内层42的磁力线行经导磁外层41即折返，因此内径配向环状铁氧磁铁40外围无须设置铁材即可与内面定子构成一磁回路，使转盘31无须以金属导磁材料制成；换言的，本实施例外转式风扇的转盘31及风扇叶片93可以利用塑料一体射出成型，且转盘31内缘可供内径配向环状铁氧磁铁40直接固定，大幅减轻风扇的重量，特别适用于须高速旋转的各式散热风扇，并降低习知技术因设置铁材而产生偏心及振动等缺点。
上述各组件的名称是为方便描述本实用新型的实施例所定，而非用以限制本案的权利范围；凡是依据本实用新型的创作精神所做的等效转换替代，均应在本案的保护范围内。
权利要求1.一种具有内径配向环状磁铁的外转式直流无刷马达，是于马达外壳内设置，其特征在于，包括一基座，固定于马达外壳内部，具有一可旋转的转轴，该转轴穿出马达的外壳；一定子，固定于基座上转轴的外缘，进一步包括有一组轭铁及感应线圈；一外转子，进一步由一中心固定于转轴的转盘及一固定于转盘内周缘的内径配向环状铁氧磁铁所组成，该内径配向环状铁氧磁铁为多极异方性永久磁铁，其结构体外缘为不具磁性的导磁外层，内缘为具有磁性的磁性内层，并环绕在定子周围。
2.一种具有内径配向环状磁铁的外转式风扇，其特征在于，是包括一基座，供定子及外转子组立定位，具有一可旋转的转轴；一定子，固定于基座上转轴的外缘，进一步包括有一组轭铁及感应线圈；一外转子，进一步由一中心固定于转轴的转盘及一固定于转盘内周缘的内径配向环状铁氧磁铁所组成，该转盘外缘延伸有若干叶片，内径配向环状铁氧磁铁则为多极异方性永久磁铁，其结构体外缘为不具磁性的导磁外层，内缘为具有磁性的磁性内层，并环绕在定子周围。
3.如权利要求1或2所述具有内径配向环状磁铁的外转式直流无刷马达及风扇，其特征在于，其中，基座侧边设置有一感应内径配向环状铁氧磁铁转速的霍尔组件。
4.如权利要求2所述具有内径配向环状铁氧磁铁的外转式风扇，其特征在于，其中，转盘及风扇叶片为塑料一体射出成型。
专利摘要一种具有内径配向环状磁铁的外转式直流无刷马达及风扇，其主体是由一基座、一定子及一环绕于定子周围的外转子所构成，其中外转子是由一转盘及一固定于转盘内周缘的多极异方性内径配向环状铁氧磁铁所组成，且该磁铁分为不具磁性的导磁外层以及具有磁性的磁性内层，使磁性内层的磁力线行经导磁外层即折返，以提高磁能积，当电源导入定子产生磁极交互变化，即可驱动外转子旋转而输出动力，运用在马达及风扇时，可提高工作效率。
文档编号H02K29/06GK2847670SQ20052012903
公开日2006年12月13日 申请日期2005年11月1日 优先权日2005年11月1日
发明者陈己文 申请人:秀波电子股份有限公司