專利名稱：馬達(dá)定子的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新穎的散熱風(fēng)扇的馬達(dá)定子結(jié)構(gòu)，尤指運(yùn)用粉末冶金技術(shù)以一體成型方式制作的馬達(dá)定子。
背景技術(shù)：
隨著高速計(jì)算機(jī)的快速進(jìn)步，CPU消耗的熱量愈來愈高，因此散熱風(fēng)扇已經(jīng)被廣泛的采用，以往，散熱風(fēng)扇的基本要求是要壽命長(zhǎng)、噪音低、低功率損耗、散熱效果好。目前大部分業(yè)者均致力于風(fēng)扇扇葉的設(shè)計(jì)、軸承設(shè)計(jì)及材料的改良、電路板的設(shè)計(jì)、散熱鰭片設(shè)計(jì)及材料選用、高熱傳導(dǎo)系數(shù)材料的引用，極少數(shù)人會(huì)針對(duì)馬達(dá)的制造及設(shè)計(jì)做一深入的研究改良。
在講求輕、薄、短、小的時(shí)代，如何善用空間更顯得非常重要。由生產(chǎn)線實(shí)際組裝經(jīng)驗(yàn)得知，纏繞銅線的線包高度影響風(fēng)扇高度，在實(shí)際組裝過程中線包的高度經(jīng)常會(huì)被扇葉刮破及造成吸磁動(dòng)作，而造成風(fēng)扇功能失效或降低；同時(shí)在設(shè)計(jì)風(fēng)扇馬達(dá)時(shí)，在有限的空間下考量輸出功率、轉(zhuǎn)速、電流值可能必須選擇線徑較細(xì)的銅線，習(xí)知線徑越小其阻值越大且成本越高，因此選擇最佳的線徑尺寸將能有效提升效能降低成本。另外由磁學(xué)理論得知作用力主要與繞線圈數(shù)有直接的關(guān)系，所以如何在有限的空間中，以增加繞線圈數(shù)或增加線徑是同業(yè)汲汲努力的目標(biāo)。
按，一般習(xí)知的馬達(dá)定子的鐵心材料為傳統(tǒng)硅鋼片所沖壓、堆疊而成，只可制作等斷面形狀的平面定子鐵心，如圖1所示，硅鋼片100上下分別置放絕緣片101及102，再將銅線300依設(shè)計(jì)的圈數(shù)纏繞于絕緣片101、102上。參考圖2可知其硅鋼片200為平面硅鋼片，因此纏繞銅線的線包，理想設(shè)計(jì)應(yīng)低于上下絕緣片的最高凸點(diǎn)，因此在組裝上將會(huì)發(fā)生的主要問題有二(1)馬達(dá)定子由若干片硅鋼片相互上下堆棧而成一總極吸磁體，在組裝上極為不便，同時(shí)降低原材料的磁特性；(2)當(dāng)纏繞線圈時(shí)，在上下兩側(cè)線包會(huì)裸露于外，當(dāng)線圈組藉由總極吸磁體與風(fēng)扇轉(zhuǎn)子(永久磁鐵)做吸磁動(dòng)作時(shí)，上述的裸露線圈亦會(huì)跟著做吸磁，而減少硅鋼片的吸磁效果及扭力，進(jìn)而影響到扇葉的轉(zhuǎn)動(dòng)力量及速度。若要制作具非等斷面形狀的馬達(dá)定子，勢(shì)必需要更多的沖壓模具組來配合，造成制作及組裝成本的增加。
而另一方面，如中國(guó)臺(tái)灣專利公告號(hào)245670『硅鋼片結(jié)構(gòu)改良』其代表圖為圖3所示，馬達(dá)定子由至少兩片沖壓硅鋼片組合方式，再將上絕緣片201與下絕緣片202分別置于上下硅鋼片表面，最后再纏繞設(shè)計(jì)圈數(shù)的銅線300，如此，在與圖1纏繞相同的圈數(shù)時(shí)，其繞線線包不會(huì)裸露于上下絕緣片外，所以可以有效降低風(fēng)扇的高度，增加扭力。此設(shè)計(jì)有優(yōu)于傳統(tǒng)硅鋼片，但仍有下列問題產(chǎn)生(1)沖壓制程的厚度限制吸磁體厚度受到硅鋼片最大厚度的限制而無法有自由的設(shè)計(jì)空間；(2)磁通路不連續(xù)至少由兩組件組裝所以會(huì)有間隙存在，因此將造成局部磁路的不連續(xù)性或磁漏現(xiàn)象；(3)組裝困難度至少由兩組件組成，所以在組裝時(shí)會(huì)增加對(duì)位問題及增加組裝困難度，一般認(rèn)知當(dāng)吸磁體不對(duì)稱時(shí)其磁作用力亦不對(duì)稱，最后將造成磁作用力不均而導(dǎo)致風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)亦造成偏擺現(xiàn)象。
因此，要如何解決上述習(xí)用的問題與缺失，即為從事此行業(yè)的相關(guān)廠商所亟欲研究改善的方向所在。

發(fā)明內(nèi)容因此，有必要提出一種新型的馬達(dá)定子，制造簡(jiǎn)便且提高效率。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，該馬達(dá)定子包括一定子鐵心及繞設(shè)于該定子鐵心上的線圈，該定子鐵心包括一中空套設(shè)部及多個(gè)極臂，所述極臂沿中空套設(shè)部外緣呈輻射狀分布，每一極臂于外端設(shè)一吸磁體，該定子鐵心為一體成型，每一極臂沿馬達(dá)定子的軸向兩側(cè)各于該中空套設(shè)部及吸磁體之間設(shè)置一凹陷區(qū)，該線圈繞設(shè)于所述凹陷區(qū)。
預(yù)期功能為馬達(dá)定子的吸磁體在吸磁時(shí)能不受過大線包影響、可增加繞線圈數(shù)或線徑、提高馬達(dá)扭力及轉(zhuǎn)速、有效降低磁能損，在相同單位輸出功率下縮小馬達(dá)尺寸，突破現(xiàn)有馬達(dá)定子的設(shè)計(jì)觀念，而一體成型的制程較現(xiàn)有硅鋼片的組裝簡(jiǎn)單，并從根本上解決了磁路不連續(xù)或漏磁的問題，從而提高了效率。

圖1為一種現(xiàn)有馬達(dá)定子的立體圖。
圖2為圖1中的硅鋼片的立體圖。
圖3為另一種現(xiàn)有馬達(dá)定子的立體圖。
圖4為本發(fā)明馬達(dá)定子一個(gè)實(shí)施例的立體圖。
圖5為一種核-殼結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖6為另一種核-殼結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖7為又一種核-殼結(jié)構(gòu)的示意圖。
具體實(shí)施方式請(qǐng)參閱圖4，馬達(dá)定子具有一定子鐵心，該定子鐵心的主體結(jié)構(gòu)中央設(shè)計(jì)一中空套設(shè)部40，以供套設(shè)在馬達(dá)底座的軸管(圖未示)，在中空套設(shè)部40外側(cè)有具輻射狀分布的多個(gè)支撐肋50，且在每一支撐肋50中心線的外端垂直環(huán)設(shè)有相對(duì)應(yīng)數(shù)目的吸磁體60。該多個(gè)支撐肋50沿馬達(dá)定子軸向的尺寸小于中空套設(shè)部40及對(duì)應(yīng)吸磁體60的軸向尺寸，從而每一支撐肋50的軸向兩側(cè)于中空套設(shè)部40與吸磁體60之間形成一凹陷區(qū)52，如此形成具非等斷面的定子鐵心。該凹陷區(qū)52正對(duì)應(yīng)于繞線位置，因此在定子軸向高度不變的條件下可以繞設(shè)更多線圈，從而增加扭矩。
此吸磁體60的單位總體積沿一與馬達(dá)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向平行的方向遞減，亦即其各相關(guān)位置所產(chǎn)生的單位磁能積為一遞減函數(shù)關(guān)系，以利于控制風(fēng)扇沿單一固定方向旋轉(zhuǎn)。該等吸磁體60的設(shè)計(jì)可在Z軸、X軸或Y軸方向做形狀變化曲線。
該定子鐵心利用粉末冶金技術(shù)一體燒結(jié)而成，其制程包括成型、脫蠟、燒結(jié)、熱處理、表面處理等過程。其所使用粉體可以是軟磁性金屬材料、軟磁性復(fù)合材料、具核—?dú)そY(jié)構(gòu)的軟磁性材料、非晶質(zhì)磁性材料及其復(fù)合材料。該定子鐵心形狀，如中空套設(shè)部40、吸磁體60或凹陷區(qū)52的形狀可根據(jù)實(shí)際所需作相應(yīng)變化，由于采用粉末冶金技術(shù)一體成型，上述變化可很容易達(dá)成。
為增強(qiáng)定子磁特性及機(jī)械強(qiáng)度，定子鐵心的磁性原料可采用具核-殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合性軟磁性材料，其主要是利用添加低固溶量或無固溶量的非主相材料，并運(yùn)用粉末燒結(jié)理論的擴(kuò)散-析出機(jī)制，再以高(低)溫處理方式，使其晶粒與晶粒間或粉團(tuán)與粉團(tuán)間產(chǎn)生核—?dú)そY(jié)構(gòu)(Core-Shell Structure)。
請(qǐng)參閱圖5，該核-殼結(jié)構(gòu)包括一核心主體1及一殼層2，該核心主體1提供磁性力，而殼層2的功能為抑制金屬渦電流損產(chǎn)生及提供鍵結(jié)(Bond)強(qiáng)度。所以，在核心主體1的磁性材料方面選擇以高初導(dǎo)磁率低磁損的軟磁性材料為主，如軟磁性金屬材料、非晶質(zhì)鐵基磁粉(Amorphous Iron Base)、純鐵粉及其復(fù)合材料、軟磁性非金屬材料；而在殼層2部分以易形成高電阻值材料為主要考慮因素，如金屬?gòu)?fù)合材料、氧化物、中間化合物(IntermediateCompound)、氧化復(fù)合材料、壓電材料(Piezoelectricity)、超導(dǎo)體材料，使得殼層的電阻值高于核心主體的電阻值。
請(qǐng)參閱圖6，該復(fù)合性軟磁性材料亦可以具有多重核-殼結(jié)構(gòu)。該種結(jié)構(gòu)主要由多個(gè)磁性核心主體1’及多個(gè)殼層2’所組成。為達(dá)此目的，可經(jīng)過多次噴霧造粒、干燥成形以制作多個(gè)核殼結(jié)構(gòu)的磁性粉體。
如圖7所示，該復(fù)合性軟磁性材料亦可以具有類似洋蔥形結(jié)構(gòu)的核-殼結(jié)構(gòu)，其是由多個(gè)單一核-殼結(jié)構(gòu)外還包覆一殼層2，而每一單一核殼結(jié)構(gòu)包括一核心主體1”及一殼層2”。
該定子鐵心表面的絕緣可使用絕緣片或涂布絕緣高分子方式，使用涂布絕緣高分子可以降低材料成本及簡(jiǎn)化制造流程。該表面處理可以是涂布絕緣層、功能性薄膜等。
上述實(shí)施例的主要考量方向是磁特性、機(jī)械強(qiáng)度、量產(chǎn)性三方向。在磁特性方面是選擇高初導(dǎo)磁率及低磁損的軟磁性材料作為核心主體，同時(shí)將粉體處理成具核—?dú)そY(jié)構(gòu)體。而在機(jī)械強(qiáng)度方面是運(yùn)用燒結(jié)理論的擴(kuò)散—析出機(jī)制，使磁性體形成或保有核—?dú)咏Y(jié)構(gòu)(Core-Shell Structure)，同時(shí)在晶粒與晶粒間形成金屬鍵結(jié)。在量產(chǎn)性方面配合粉末冶金制程，以一體成型方式來燒結(jié)具非等斷面的馬達(dá)定子。
上述實(shí)施例的馬達(dá)定子的部分優(yōu)點(diǎn)可概括如下(一)運(yùn)用粉末冶金成型燒結(jié)技術(shù)，一體成型制作馬達(dá)定子，無組件對(duì)位組裝問題發(fā)生，其組裝更為簡(jiǎn)便，更可以降低組裝時(shí)間及制造成本。
(二)運(yùn)用粉末冶金成型燒結(jié)技術(shù)，一體成型制作具非等斷面的馬達(dá)定子，可增加繞線圈數(shù)、增加線徑尺寸。
(三)表面處理可大量涂布絕緣高分子，可簡(jiǎn)化制程，并可節(jié)省上下絕緣片材料及制程成本。
上述介紹的馬達(dá)定子可應(yīng)用于多種場(chǎng)合，如風(fēng)扇馬達(dá)、磁盤馬達(dá)等。
權(quán)利要求
1.一種馬達(dá)定子，包括一定子鐵心及繞設(shè)于該定子鐵心上的線圈，該定子鐵心包括一中空套設(shè)部及若干極臂，所述極臂沿中空套設(shè)部外緣呈輻射狀分布，每一極臂于外端設(shè)一吸磁體，其特征在于該定子鐵心是一體成型，每一極臂沿馬達(dá)定子的軸向兩側(cè)各于該中空套設(shè)部與吸磁體之間設(shè)置一凹陷區(qū)，該線圈繞設(shè)于所述凹陷區(qū)。
2.如權(quán)利要求1所述的馬達(dá)定子，其中該定子鐵心是由磁性粉體以粉末冶金一體成型，所述粉體的材料從以下材料中選擇軟磁性金屬材料、軟磁性復(fù)合材料、非晶質(zhì)磁性材料及其復(fù)合材料。
3.如權(quán)利要求1所述的馬達(dá)定子，其中該定子鐵心是由磁性粉體以粉末冶金一體成型，所述粉體的材料為具核—?dú)そY(jié)構(gòu)的軟磁性材料，所述核-殼結(jié)構(gòu)具有提供磁性力的核心主體及提供鍵結(jié)強(qiáng)度的殼層。
4.如權(quán)利要求3所述的馬達(dá)定子，其中所述核-殼結(jié)構(gòu)的核心主體主要從以下材料中選擇軟磁性金屬材料、非晶質(zhì)鐵基磁粉、純鐵粉及其復(fù)合材料、軟磁性非金屬材料；而殼層材料主要從以下材料中選擇金屬?gòu)?fù)合材料、氧化物、中間化合物、氧化復(fù)合材料、壓電材料、超導(dǎo)體材料；其中該核心主體及該殼層的材料選擇應(yīng)滿足該殼層的電阻值高于該核心主體的電阻值。
5.如權(quán)利要求3所述的馬達(dá)定子，其中所述具核—?dú)そY(jié)構(gòu)的軟磁性材料具有多重核-殼結(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求1所述的馬達(dá)定子，其中該定子鐵心的外表面涂布有高分子絕緣材料，以將定子鐵心與線圈絕緣。
7.如權(quán)利要求1所述的馬達(dá)定子，其中該定子鐵心的外表面設(shè)置有絕緣片，以將定子鐵心與線圈絕緣。
8.一種馬達(dá)定子，包括一定子鐵心及一線圈，該定子鐵心包括一中空套設(shè)部及設(shè)于中空套設(shè)部外緣的若干極臂，每一極臂包括一自該中空套設(shè)部向外延伸的支撐肋及設(shè)于該支撐肋外端的吸磁體，該線圈繞設(shè)于該支撐肋上，其特征在于該定子鐵心是一體成型，每一支撐肋沿馬達(dá)定子軸向的尺寸小于對(duì)應(yīng)吸磁體的軸向尺寸。
9.如權(quán)利要求8所述的馬達(dá)定子，其中該定子鐵心是由磁性粉體以粉末冶金一體成型，所述磁性粉體的材料主要從以下材料中選擇軟磁性金屬材料、軟磁性復(fù)合材料、非晶質(zhì)磁性材料及其復(fù)合材料。
10.如權(quán)利要求8所述的馬達(dá)定子，其中該定子鐵心由磁性粉體以粉末冶金一體成型，所述磁性粉體的材料為具核—?dú)そY(jié)構(gòu)的軟磁性材料，所述核-殼結(jié)構(gòu)具有提供磁性力的核心主體及提供鍵結(jié)強(qiáng)度的殼層，所述核-殼結(jié)構(gòu)的核心主體主要從以下材料中選擇軟磁性金屬材料、非晶質(zhì)鐵基磁粉、純鐵粉及其復(fù)合材料、軟磁性非金屬材料；而殼層材料主要從以下材料中選擇金屬?gòu)?fù)合材料、氧化物、中間化合物、氧化復(fù)合材料、壓電材料、超導(dǎo)體材料；其中該核心主體及該殼層的材料選擇應(yīng)滿足該殼層的電阻值高于該核心主體的電阻值。
11.一種馬達(dá)定子，包括一定子鐵心，該定子鐵心包括一中空套設(shè)部及設(shè)于中空套設(shè)部外緣的若干極臂，其特征在于該定子鐵心由磁性粉體以粉末冶金制程一體成型，該磁性粉體的材料為具核—?dú)そY(jié)構(gòu)的軟磁性材料，所述核-殼結(jié)構(gòu)具有提供磁性力的核心主體及提供鍵結(jié)強(qiáng)度的殼層。
全文摘要
一種馬達(dá)定子，包括一定子鐵心及繞設(shè)于該定子鐵心上的線圈，該定子鐵心包括一中空套設(shè)部及多個(gè)極臂，所述極臂沿中空套設(shè)部外緣呈輻射狀分布，每一極臂于外端設(shè)一吸磁體，該定子鐵心為一體成型，每一極臂沿馬達(dá)定子的軸向兩側(cè)各于該中空套設(shè)部與吸磁體之間設(shè)置一凹陷區(qū)，該線圈繞設(shè)于所述凹陷區(qū)。
文檔編號(hào)H02K1/04GK1877961SQ20051003529
公開日2006年12月13日 申請(qǐng)日期2005年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月10日
發(fā)明者童兆年, 侯春樹, 楊志豪, 黃隆偉 申請(qǐng)人:富準(zhǔn)精密工業(yè)(深圳)有限公司, 鴻準(zhǔn)精密工業(yè)股份有限公司