直流马达的中空型转子及其绕线结构的制作方法

本发明是关于直流马达结构，尤指一种具有中空型转子，且以特定方式在该中空型转子上进行绕线的直流马达结构。

背景技术：

由于马达(electricmotor，又称电动机)能将所接收到的电力转化成机械能，以能驱动其他装置，使得马达被广泛地应用至各种产品上，如：电动汽车、车床、电风扇、水泵......等不同领域中，一般言，现有的马达种类大多可分为直流马达(directcurrent，简称dcmotor)、交流马达(alternating-current，简称acmotor)与脉冲马达(pulsemotor)等多种类型，其中，由于直流马达的“转速-转矩”与“电流-转矩”等特性曲线均为线性关系，令直流马达简单且易于控制，因此，随着电力调整器(简称scr)的发明，以及磁铁材料、碳刷、绝缘材料的改良，再加上人们对于变速控制的需求日益增加，直流马达又再度成为工业自动化的关键技术。

请参阅图1所示，目前直流马达1的基本架构，主要了包括一壳体10、一枢轴11、一转子12(rotor)、一定子13(stator)及一换向器14(commutator)，其中，该壳体10内设有一容纳空间101，该枢轴11是枢设在该壳体10内，且其一端的输出轴111是凸露在该壳体10之外，该转子12是由多个硅钢片组合而成，且组装固定至该枢轴11上，该转子12上缠绕有多匝线圈，又，该定子13是为永久磁铁所组成，且固定在该壳体10的内壁对应于该转子12的外侧周缘，并与该转子12保持一间距，该换向器14是设在该容纳空间101内，能接收外部电力，并与该线圈相电气连接，以能将电力输送至该线圈，同时，该换向器14尚能改变输送至该线圈的电流方向，如此，根据佛来明左手定则或右手开掌定则，当一导线被放置于一磁场内，若该导线通上电流后，该导线所产生的磁场会切割原有磁场的磁场线，进而使该导线产生移动，故，当转子12上的线圈通电后，其所产生的磁场，会切割定子13所产生的磁力线，而生成旋转扭矩造成转子12的转动，并将电能转换成动能。

承上所述，复请参阅图1所示，目前的直流马达1的整体结构几乎僵化，而未有新颖的设计，造成本领域技术人员往往仅能针对传动机构进行改良，因此，发明人考虑到，是否能对现有技术直流马达的转子结构进行改良，以提供一种崭新的直流马达结构，令本领域技术人员能够根据不同的使用目的，轻易地调整其它元件(如：定子)的数量或安装位置，进而能获得使用者的青睐，并在市场上占有一席的地，此亦为本发明亟欲解决的一重要课题。

技术实现要素：

有鉴于前述现有技术直流马达的架构沿用多年，导致本领域技术人员不易就其它的部分元件(如：定子)进行调整与更动，发明人依多年的实务经验，并经过长久的努力研究与实验后，终于研发出本发明的一种直流马达的中空型转子及其绕线结构，以期通过本发明而能提供一种效果愈加优良，且能根据本领域技术人员的实际需求，轻易调整部分元件的直流马达。

本发明的一目的，是提供一种直流马达的中空型转子及其绕线结构，该中空型转子结构应用至一直流马达上，包括一换向器、一输出件及一中空型转子，其中，该换向器与输出件分别组装至该中空型转子的前后端，以使该换向器及该输出件能随着该中空型转子同步转动，又，该中空型转子包括一铁芯，该铁芯是由多个硅钢片组合而成，该铁芯上绕设有多匝线圈，且该中空型转子内沿轴向形成有一轴孔，该中空型转子是沿该壳体的轴向安装在直流马达的一壳体内，且与固定在该壳体内的一定子保持一间隙，各该线圈的两端分别电气连接至该换向器上二相邻的换向片，以接收该换向器传来的电流，使该中空型转子产生对应的电磁场，如此，本领域技术人员便能根据需求，而在该中空型转子的轴孔中设有一内定子，或在该中空型转子的外侧设有一外定子，或是同时设有内定子与外定子，以调整该直流马达的运作效能。

本发明的第二目的，是本领域技术人员能够将换向器安装在该中空型转子的轴孔中，且将输出件安装至该中空型转子上，如此，本领域技术人员即能够在该中空型转子的前侧设有一前定子，或在该中空型转子的后侧设有一后定子，或是同时设有前定子与后定子，大幅提高本领域技术人员调整该直流马达的便利性。

为对本发明目的、技术特征及其功效，做更进一步的认识与了解，对实施例配合图式，详细说明如下。

附图说明

图1是现有技术直流马达的结构示意图；

图2是本发明的第一实施例的直流马达的拆解示意图；

图3是本发明的第一实施例的直流马达的剖面示意图；

图4是本发明的第一实施例的中空型转子的局部立体示意图；

图5是本发明的第一实施例的中空型转子的一匝线圈的绕线示意图；

图6是本发明的第一实施例的中空型转子的多匝线圈的绕线示意图；

图7是本发明的第二实施例的中空型转子的拆解示意图；

图8是本发明的第二实施例的直流马达的拆解示意图；及

图9是本发明的第二实施例的直流马达的剖面示意图。

【主要元件符号说明】

[现有技术]

直流马达……1

壳体……10

容纳空间……101

枢轴……11

输出轴……111

转子……12

定子……13

换向器……14

[本发明]

直流马达……2

壳体……20、30

前盖……20a、30a

后盖……20b、30b

外壳……20c

容纳空间……200

输出孔……201

电刷……204

外定子……21

外磁铁……211

换向器……22、32

盘体……220、320

换向片……221、321

输出件……23、33

中空型转子……24、34

第一间隙……24a

第二间隙……24b

轴孔……240、340

外铁芯……241

内铁芯……242

外线槽……243、243a、243b

固定孔……244

第一凹部……244a、344a

第二凹部……244b、344b

内线槽……245、245a、245b

固定棒……246、346

限位管……247

内定子……25

内磁铁……251

轴承……26a、26b、36a、36b

线圈……27、27a、27b

前磁铁……311

前铁芯……341

后铁芯……342

前线槽……343

后线槽……345

后磁铁……351

轴杆……39

具体实施例方式

本发明是一种直流马达的中空型转子及其绕线结构，由于现有技术直流马达的结构均大同小异，造成本领域技术人员为提高直流马达的效能时，仅能对现有技术直流马达以外的装置(如：传动机构)进行改良，因此，为能提供本领域技术人员更多的选择，发明人特别设计出一种崭新的直流马达结构，并针对其中的“转子”的结构与其上的绕线方式进行改良，在此特别一提者，申请人是研发出一种崭新的“中空型转子”，以供本领域技术人员能够根据实际需求，利用该“中空型转子”，而调整定子的数量与位置，相关说明会详细记载于后续两个实施例中，但是，本发明并非仅限定于后续图式中所绘制的样式，本领域的技术人员，当能在掌握本案的整体技术特征后，在后续实施例中调整各个元件的外观态样与元件数量，在此先行说明。

本发明是一种直流马达的中空型转子及其绕线结构，是应用至一直流马达2，请参阅图1和图2所示，该直流马达2包括一壳体20、一中空型转子结构与至少一定子，在一第一实施例中，该壳体20是呈一圆柱体，其内设有一容纳空间200，其后端开设有多个输出孔201，该输出孔201是与该容纳空间200相连通，其中，该壳体20由一前盖20a、一后盖20b及一外壳20c组装而成，又，该前盖20a内安装有多个电刷204(carbonbrush，亦称碳刷)，这些电刷204能够接收外部电流，该后盖20b则设有该输出孔201，该外壳20c则呈中空管体状，且嵌卡在该前盖20a与后盖20b两者之间，但是，在本发明的其它实施例中，本领域技术人员能够根据实际需求，调整该壳体20的样式(如后叙本发明的第二实施例的态样)。

复请参阅图1和图2所示，该中空型转子结构包括一换向器22、一输出件23与一中空型转子24，其中，该换向器22安装在该容纳空间200内，且沿该壳体20的轴向枢接至该壳体20前端的内壁，该输出件23则安装在该容纳空间200内，且沿该壳体20的轴向枢接至该壳体20后端的内壁，在该第一实施例中，该换向器22位于该前盖20a中，且包括一盘体220及多个换向片221，其中，这些换向片221彼此相隔一间距地组装至该盘体220的前侧面，并与该前盖20a内的电刷204相电气连接，以接收该电刷204传来的外部电流；另，该输出件23位于该后盖20b中对应于该输出孔201的位置，使得一传动件能够通过该输出孔201，与该输出件23相连接，如此，当该直流马达2运转时，该直流马达2所产生的动能便能依序经由该输出件23与传动件，输出至一负载(如：变速箱)，以使该负载能通过该动能而运作，在此特别一提者，该输出件23能够根据传动件的类型，如：炼条、皮带圈或其它元件，而具有对应的元件态样，如：齿轮状、轮毂或其它元件，以使本发明的中空型转子结构能够适用于更多的器具或装置上。

再者，请参阅图2和图3所示，该中空型转子24是由多个铁芯组合而成，其内沿轴向形成有一轴孔240，其前端是与该换向器22相连接，其后端则与该输出件23相连接，又，该中空型转子24上绕设有多匝线圈27，各该线圈27的两端能分别电气连接至该换向器22上二相邻的换向片221，以接收该换向器22传来的电流，令该中空型转子24产生对应的电磁场，此外，该换向器22上二相邻的换向片221能依一设定频率，令其传送至对应线圈27的电流方向逆转，以使该线圈27所产生的电磁场也同时逆转，此一换向过程依该设定频率一再重复，如此，当该中空型转子24因磁场作用转动时，也会同步带动该换向器22及该输出件23转动。

在第一实施例中，请参阅图2和图4所示，该中空型转子24包括一外铁芯241及一内铁芯242，该外铁芯241与内铁芯242皆是由多个硅钢片组合而成，其中，该外铁芯241的外侧表面沿轴向设有多个外线槽243，其内侧表面则沿轴向设有多个第一凹部244a，并且，该内铁芯242的内侧表面沿轴向设有多个内线槽245，其外侧表面则沿轴向设有多个第二凹部244b，这些外线槽243及内线槽245用于绕设线圈27，当该外铁芯241与内铁芯242组装为一体时，该外铁芯241的内侧表面会贴靠至该内铁芯242的外侧表面，且各该第一凹部244a会分别与各该第二凹部244b相对应，以分别形成一固定孔244，使得这些固定孔244能沿该中空型转子24的圆周向排列而成，另外，多个支固定棒246能分别伸入至相对应的各该固定孔244中，以与该中空型转子24相结合为一体，而且，各该固定棒246的前端会外露出该中空型转子24，且能固定至该换向器22的盘体220的后侧面，各该固定棒246的后端也会外露出该中空型转子24，并固定至该输出件23，如此，该中空型转子24、换向器22与输出件23三者便能组装成为一体，以能同步转动。

此外，复请参阅图2和图4所示，为避免该换向器22与输出件23碰触到该中空型转子24上的线圈27，各该固定棒246的前端与后端尚能分别套设一限位管247，该限位管247的外径大于该固定孔244的孔径，而无法伸入至该固定孔244中，且其位于该换向器22与中空型转子24两者间，或位于该输出件23与中空型转子24两者间，以使该换向器22与输出件23不会碰触到该中空型转子24上的线圈27。但是，在此特别注意，在本发明的其它实施例中，本领域技术人员能够采用其它方式，使该中空型转子24、换向器22与输出件23三者相结合，只要该中空型转子24能够同步带动该换向器22与输出件23，且分别与该换向器22与输出件23保持一预定间隙，即为本发明所欲保护的连接关系。

另，复请参阅图2和图4所示，该外铁芯241与内铁芯242通过绕设其上的线圈27而组装固定成一体，以避免该外铁芯241与内铁芯242相互脱离，且令这些固定棒246分别被固定至对应的这些固定孔244中。下面仅说明本发明的线圈27的缠绕方式，但是，在本发明的其它实施例中，本领域技术人员能够以不同的缠绕方式，使线圈27固定至中空型转子24上，请参阅图5所示，其中，图5中仅显示出局部的中空型转子24与一匝线圈27，以避免图示过于复杂。该外铁芯241的外侧表面开设有相邻的二外线槽243a、243b，该内铁芯242的内侧表面则开设有相邻的二内线槽245a、245b，其中，外线槽243a与内线槽245a相对应，外线槽243b与内线槽245b相对应，而且，一线圈27a的一端能电气连接至其中一换向片221，其另一端则伸入至外线槽243a的前端，且通过该外线槽243a，并伸出至该外线槽243a的后端，然后，该线圈27a的另一端会伸入至内线槽245a的后端，且通过内线槽245a，并伸出至该内线槽245a的前端，而且，其会斜向伸入至外线槽243b，并依序通过该外线槽243b、外线槽243b的后端、内线槽245b的后端与内线槽245b，再伸出至该内线槽245b的前端，以能电气连接至另一换向片221，前述的线圈27a的缠绕方式即称为一匝线圈27a。

再者，请参阅图2及图6所示，当该中空型转子24欲绕设多匝线圈27时，仅需使伸出至内线槽245b的前端的线圈27a(如图5所示)斜向伸入至外线槽243a的前端，并重复前述缠绕方式即可形成多匝线圈27。此外，当相邻该线圈27的另一扎线圈27b的另一端伸出至该内线槽245a的前端后，该线圈27a的一端会与另一线圈27b的另一端两者，电气连接至同一个换向片221上，且当换向片221将电流传输至该线圈27a的一端时，其会接收到另一线圈27b的另一端所传输出来的电流，然后，当换向片221执行换向过程时，则前述电流方向会产生逆转，如此一来，各该线圈27a、27b便能因电流方向而产生对应的电磁场。

复请参阅图2和图3所示，在该第一实施例中，该直流马达2设有一外定子21及一内定子25两个定子，且该外定子21与内定子25均固定至该壳体20内，其中，该外定子21包括多个外磁铁211，各该外磁铁211位于该外壳20c内，且沿该外壳20c(即，壳体20)的圆周向固定至该外壳20c的内壁，各该外磁铁211彼此相隔一间距，且任二相邻的外磁铁211彼此极性相反，该中空型转子24沿该壳体20的轴向安装在该外定子21内，且与该外定子21保持一第一间隙24a，以使该中空型转子24能自由地在该外定子21内转动；另外，该内定子25包括多个内磁铁251，且通过轴承26a、26b而能沿该壳体20的圆周向固定至该中空型转子24的轴孔240内，并与该中空型转子24保持一第二间隙24b，以使该中空型转子24能自由地在该内定子21外转动，各该内磁铁251彼此相隔一间距，且任二相邻的内磁铁251彼此极性相反；但是，在本发明的其它实施例中，本领域技术人员能够根据需求，而仅设有单一个定子(如：外定子21或内定子25)，以能缩减该直流马达2的体积或降低其生产成本。如此，复请参阅图2所示，当该中空型转子24的线圈27接收到该换向器22传来的电流，并产生对应的电磁场后，将因该电磁场能分别与定子(如：外定子21或内定子25)上的多个磁铁(如：外磁铁211或内磁铁251)产生互斥作用，而使该中空型转子24转动，且同步带动该输出件23，以将该中空型转子24产生的低转速及高扭矩的一转动扭力，输出至负载上。

复请参阅图4所示，虽然前述中空型转子24是由外铁芯241与内铁芯242组合而成，且其沿轴向开设有对应的外线槽243或内线槽245，但是，本领域技术人员能够根据其实际使用上的需求，调整中空型转子的结构，举例而言，在一第二实施例中，请参阅图7所示，一中空型转子34包括一铁芯，其中，该铁芯由一前铁芯341及一后铁芯342所组成，该前铁芯341的前侧表面沿径向设有多个前线槽343，其后侧表面则沿径向设有多个第一凹部344a，并且，该后铁芯342的后侧表面沿径向设有多个后线槽345，其前侧表面则沿径向设有多个第二凹部344b，这些前线槽343及后线槽345是供绕设线圈，其绕设方式与图5相同(即，前线槽343对应于外线槽243a、243b，后线槽345对应于内线槽245a、245b)，又，当该前铁芯341与后铁芯342组装为一体时，该前铁芯341的后侧表面会贴靠至该后铁芯342的前侧表面，且各该第一凹部344a会分别与各该第二凹部344b相对应，以分别形成一固定孔，这些固定孔则分别能供固定棒346穿过，以使这些固定棒346与中空型转子34结合成一体。

复请参阅图7～9所示，该中空型转子34内沿轴向形成有一轴孔340，且一换向器32安装至该轴孔340内，在该第二实施例中，该换向器32包括一盘体320及多个换向片321，其中，这些换向片321彼此相隔一间距地组装至该盘体320的前侧面，该盘体320的周缘则与这些固定棒346的一端相连接，且这些固定棒346的另一端尚外露出该中空型转子34，另外，输出件33则能固定至该盘体320的后侧，且其周缘与这些固定棒346的另一端相连接，如此，当该中空型转子34转动时，便能同步带动该换向器32与输出件33。

在该第二实施例中，该中空型转子34也能够使用至直流马达上，复请参阅图7～9所示，该中空型转子34设在一壳体30内，该壳体30包括一前盖30a与一后盖30b，其中，该中空型转子34位于该前盖30a与后盖30b两者的容纳空间中，且该前盖30a与后盖30b两者间的空隙会形成输出孔(如图2的输出孔201)，以供一传动件能经由该输出孔，而与该输出件33相连接；一前定子会安装在该中空型转子34的前侧，且与该中空型转子34保持一第一间距，一后定子则会安装在该中空型转子34的后侧，且与该中空型转子34保持一第二间距，其中，该前定子包括多个前磁铁311，这些前磁铁311彼此相隔一间距，且任二相邻的前磁铁311彼此极性相反，又，该后定子包括多个后磁铁351，这些后磁铁351彼此相隔一间距，且任二相邻的后磁铁351彼此极性相反，在该第二实施例中，前磁铁311是固定至前盖30a上，后磁铁351则固定至后盖30b上，且该前盖30a与后盖30b两者的轴心位置分别连接至一轴杆39的两端，又，该轴杆39邻近两端的位置尚分别设有一轴承36a、36b，如此，中空型转子34、前定子与后定子三者间，便能因彼此间的磁场互斥作用，而使该中空型转子34转动，进而能带动换向器32与输出件33。

综上所述可知，通过该中空型转子结构的设计，本领域技术人员便能够根据实际需求，调整定子或其它元件的数量与位置，例如前述的内定子、外定子、前定子或后定子等，以有效控制直流马达的效能与生产成本。按，以上所述，仅是本发明的较佳实施例，但是，本发明所主张的权利范围，并不局限于此，按凡熟悉该项技艺人士，依据本发明所公开的技术内容，可轻易思及的等效变化，均应属不脱离本发明的保护范畴。