一种具有单晶石墨烯薄膜导电体的马达的制作方法

本实用新型有关一种具有单晶石墨烯薄膜导电体的马达。

背景技术：

马达(或称电动机)被广泛运用于各种电器用品间，能将电能转换为机械能，以驱动机械做旋转运动、振动或直线运动；以最简单的运动方式分类来说，做直线运动的马达称为线性马达，适用于半导体工业、自动化工业、工具机、产业机器及仪器工业等，而做旋转运动的马达，其应用则遍及各种行业、办公室、家庭等，生活周遭几乎无所不在。一般的马达都包含转子和定子，转子为可旋转的部份，定子为固定不动的部份，提供周围的磁场，通过由外界提供一电源通过转子或定子，使产生磁力相互作用而旋转。

由于磁场的磁力，可由永久磁铁或电磁铁产生，因此马达的转子或定子，都可以是电磁铁或永久磁铁，例如常见的玩具直流马达，其转子为电磁铁(以漆包铜线绕成)，定子则为永久磁铁，而常见的步进马达，其转子可为永久磁铁，定子则为电磁铁(以漆包铜线绕成)。

图1所示为现有技术的以漆包铜线缠绕一磁性物质所制成的电磁铁；

马达的基本工作原理是靠电流流经铜线或铜片所产生的磁场与永久磁铁的磁场相互吸引或互斥而产生作用力矩(torque)，该力矩大小通常以τ表示：

τ＝NBAsinθ

其中，N为线圈匝数、A为线圈面积、θ为磁场(永久磁铁的磁场)与A的法线夹角、B(电流产生的磁场)＝μ0NI/L、μ0为真空导磁系数、N/L为单位长度的线圈数、I为电流大小。为了提高扭力力矩，也有用铜片来取代漆包铜线，目的是增加N/L。

马达转速与漆包铜线的线径成一次方正比、与线圈匝数成一次方反比、而马达线圈温度与线径和线圈匝数皆成一次方反比。

若以一般常见的无人机直流无刷电动马达为例，其规格如下：

基于上述规格，若使用漆包铜线的线径通常为(1.0-0.2mm)，以平均0.6mm来计算，则所需漆包铜线长度为480cm(R＝ρL/A)，总共铜线重(m＝DV)约12克，占马达重量的22％。对于强调轻巧效能的无人机直流无刷电动马达而言，无疑是尚有改善空间。

技术实现要素：

本实用新型的实施例提供一种具有单晶石墨烯薄膜导电体的马达，包括：至少一定子(stator)与一转子(rotor)，其中，所述定子为固定不动，且形成一中空的容置空间，所述转子为可旋转地设置于所述定子所形成的容置空间内，以相对于所述定子旋转，所述定子或转子中至少一中包括单晶石墨烯薄膜导电体以提供电流的流通。

优选的，所述一种具有单晶石墨烯薄膜导电体可为单晶石墨烯薄膜导电带线。

优选的，所述一种具有单晶石墨烯薄膜导电体可为单晶石墨烯薄膜导电卷线。

优选的，所述一种具有单晶石墨烯薄膜导电体外覆盖一绝缘层。

优选的，所述一种具有单晶石墨烯薄膜导电体的马达为一直流马达，其所述转子为一电磁铁，由单晶石墨烯薄膜导电体包覆或缠绕一磁性物质构成，所述定子为一永久磁铁。

优选的，所述一种具有单晶石墨烯薄膜导电体的马达为一步进马达，其所述转子为一永久磁铁，定子则为电磁铁，由单晶石墨烯薄膜导电体包覆或缠绕一磁性物质构成。

优选的，所述一种具有单晶石墨烯薄膜导电体的马达为一感应马达，其所述转子为一电磁铁，由单晶石墨烯薄膜导电体包覆或缠绕一磁性物质构成，以感应的方式让转子产生涡电流而旋转，所述转子为一永久磁铁。

附图说明

图1所示为现有技术的以漆包铜线缠绕一磁性物质所制成的电磁铁；

图2所示为本实用新型应用于制成比特螺线管示意图；以及

图3所示为本实用新型的由单晶石墨烯薄膜所做成的导电带线或导电卷线示意图。

符号说明

1 线圈

2 电流方向

3 磁场方向

4 石墨稀薄膜带

5 导热绝缘膜

3a 导电带线

3b 导电卷线

3c 电流输入与输出处

3d 散热绝缘漆

3e 导电胶

具体实施方式

以下为借由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术方案的人可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。本实用新型也可借由其他不同的具体实例加以施行或应用，本实用新型说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用在不悖离本实用新型的精神下进行各种修饰与变更。

须知，本说明书的附图绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术方案的人了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应落在本实用新型所揭示的技术内容的能涵盖的范围内。

单晶石墨烯是近年来相当受到瞩目的材料，当单晶石墨烯制成薄膜时具有以下的材料特性：导热系数可高达5300W/m·K，高于铜(401W/m-K)；其电阻率ρ只约10-6Ω·cm，比铜(1.68x 10-6Ω·cm)和银还要低，为目前世上电阻率最小的材料，换言之，用电更省，减少铜损；其密度为2.25g/cm³，低于铜(8.96g/cm³)的密度(一般而言，铜线约占马达重量>18％)；其电阻温度效应(温度升高电阻变大)小于铜，因此用电更省；以机械性而言，石墨烯还具有较高的杨氏模量，可达到1100GPa，可媲美单碳奈米管，具有高韧性高强度使其易于加工。

基于以上单晶石墨烯薄膜的材料特性,可用多层的石墨烯薄膜制成的导电带或导电线来取代马达内的传统用的漆包铜线或铜片。本实用新型提供一种具有单晶石墨烯薄膜导电体的马达，至少包括一定子与一转子，其中，所述定子为固定不动，且形成一中空的容置空间，所述转子为可旋转地设置于所述定子所形成的容置空间内，以相对于所述定子旋转，所述定子或转子中至少包括单晶石墨烯薄膜导电体以提供产生磁场所需电流的流通。

值得说明的是所述单晶石墨烯薄膜导电体可为单晶石墨烯薄膜制成的导电带线，或是导电卷线。

虽然马达种类及构造包含多种类型，但其共同基础构造由一定子与一转子之间的磁力与磁场之间相互作用而作动；因此，本实用新型的涵盖范围包含任何型态的马达具有在所述定子或转子中至少一种包含单晶石墨烯薄膜导电体以取代传统用的漆包铜线或铜片，来提供产生磁场所需电流的流通。

例如，所述马达可为一直流马达，其所述转子为一电磁铁，由单晶石墨烯薄膜导电体涂布、包覆或缠绕一磁性物质构成，所述定子为一永久磁铁。在另一实施例中，所述马达为一步进马达，其所述转子为一永久磁铁，定子则为电磁铁，由单晶石墨烯薄膜导电体涂布、包覆或缠绕一磁性物质构成。或者，所述马达为一感应马达，其所述转子为一电磁铁，由单晶石墨烯薄膜导电体涂布、包覆或缠绕一磁性物质构成，以感应的方式让转子产生涡电流而旋转，所述转子为一永久磁铁。

另外，本实用新型也可应用于取代电磁铁与变压器、无线充电、电感或扼流器等电子组件所用于产生磁场的原线圈和感应线圈的漆包铜线，等其他类似应用。例如，图2所示为本实用新型应用于制成比特螺线管(Bitter solenoid)示意图；其中，以石墨稀薄膜带4取代传统的铜片或铜膜。

应用石墨烯薄膜制成的导电媒材具有下列优点：因为马达更轻，所以马达效能提高更具节能，特别是用在无人机、电动车等实际产品时；再者，不受制于铜原料，不受国际铜产量的减少或涨价影响。

如上所述，在上述的无人机马达的例子中，若使用漆包铜线的线径通常为(1.0-0.2mm)，以平均0.6mm来计算，则所需漆包铜线长度为480cm(R＝ρL/A)，总共铜线重(m＝DV)约12克，占马达重量的22％。然而，在经过计算后估计，若用石墨稀取代只需3克的石墨稀，占马达重量的5.5％；而且，其阻值仅为铜线的0.6倍，在相同跨压下，电流输出增大1.6倍，使得马达输出力矩和转速增加。

图3所示为本实用新型的由单晶石墨烯薄膜所做成的导电带线或导电卷线示意图。如图3所示，单晶石墨烯薄膜可经由叠加多层的单晶石墨稀薄膜而制成导电带线3a，或将单晶石墨稀薄膜卷起来制成晶石墨稀薄膜导电卷线3b。然后，除电流输入与输出处3c外，更可在单晶石墨稀薄膜的导电带线3a或导电卷线3b的外层都以散热绝缘漆或胶涂布3d或包覆。另外，在应用时，也可使用散热良好的导电胶3e或导电漆用来连接外界输入输出电流导线与单晶石墨稀薄膜的导电带线3a或导电卷线3b。

然而，上述实施例仅例示性说明本实用新型的功效，而非用于限制本实用新型，任何熟悉此技术特征的人均可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。此外，在上述该实施例中的组件的数量仅为示例性说明，也非用于限制本实用新型。因此本实用新型的权利保护范围，应如以下的申请专利范围所列。