TW490914B - Electric motor having an armature with a coil winding pattern and method for winding an armature of an electric motor - Google Patents

Description

490914 _案號89121447_年月日__. 五、發明說明（1) · 技術範圍 本發明關於電動馬達，特別關於一繞組態樣供在一電樞 ^ 上繞組線圈，以便可減少電磁干擾及減少與電樞之轉換器 接觸之電刷電孤。 發明背景 目前，電刷轉換電動馬達包括一電樞，其具有複數個線 . 圈纏繞在電樞之疊片堆中形成之隙縫。在傳統馬達設計 中，電樞之疊片堆構成複數個在疊片堆之相鄰對之間延伸 之周圍隙缝。典型上，當纏繞疊片堆上之電樞線圈時，每 一間隙使用二線圈。在相同間隙之二線圈中，首先轉換之 線圈稱為第一線圈，隨後轉換之線圈稱為第二線圈。第二φ 線圈較第一線圈具有先天上不佳之磁轉換，因為第二線圈 在靜子完成轉換前，通過靜子中之磁中和區。如圖1之簡 化圖形所說明，其中，第一線圈之轉換區由Zi代表，第二 線圈之轉換區由z2代表。轉子n R "則位於第一線圈轉換區之 中點位置。結果，第二線轉換會產生夠大之電刷電弧，而 變成馬達之總電刷電弧之主要來源。此舉可能造成電磁干 擾（ΕΜΙ)，其可能超過由不同政府機關所規定之不能接受 之位準。此電刷電5瓜亦可能導致加速之電刷磨損。 因此，本發明之主要目的為提供一供電刷交換電動馬達 之電樞，其具有複數個線圈以獨特順序纏繞其上，此順序|| 可大幅減少電刷電弧及改進馬達之轉換效率。 本發明另一目的為提供供電刷交換電動馬達使用之電 樞，其併入供線圈纏繞在電樞上之獨特繞組態樣，故不需 要修改電樞之任何組件或需要額外組件。

O:\67\67051-910401.ptc 第6頁 490914 _案號89121447_年月曰 修正_ 五、發明說明（2) · 本發明尚有一目的為提供一繞組態樣以供一電樞線圈· 之用，其可使通常需要衰減EM 1組件消除，因此，可使構 造之馬達成本較低並組件較少。 本發明概述 以上及其他目的可由一供電刷轉換之電動馬達之一電樞 達成，其中併入本發明較佳實施例之獨特分佈繞組之線圈 . 態樣。繞組態樣涉及將每一線圈分段為第一及第二子線圈 部份。以第一線圈而言，第一子線圈部份係圍繞二分離之 間隙繞成複數匝，第二子線圈則圍繞第二對分離之間隙繞 成複數匝，該間隙與第一對間隙在周圍上成移位。第二子 線圈部份亦構成與第一子線圈部份不同之複數個繞組匝。 此二子線圈部份與耦合至電樞之第一轉換器段之一端，及 耦合至第二轉換器段之另一端成串聯纏繞。 一第二線圈亦分為第一及第二子線圈部份，第一子線圈 部份係以與第一線圈之第二子線圈之相同匝數，在分離之 第二對間隙中繞成。第二線圈之第二子線圈部份在橫向移 位，俾其在第三對分離之間隙中繞成，並自第二對間隙成 一個間隙之橫向移位。第二線圈之第二子線圈部份根據第 一線圈之第一子線圈部份繞成複數匝。第二線圈之第一子 線圈部份之一端，耦合至轉換器之第二段，而第二線圈之 第二子線圈部份之一端則耦合至轉換器之第三段。 第三線圈分段為第一及第二子線圈部份，第一子線圈部W 份根據第二線圈之第二子線圈部份繞成複數個匝數，並繞 在第二對分離之間隙中。第三線圈之第二.子線圈部份繞在 第三對分離之間隙中，其匝數根據第二線圈之第二子線圈

O:\67\67051-910401.ptc 第7頁 490914 _案號89121447_年月曰 修正_· 五、發明說明（3) . 部份之匝數。第三線圈之第一子線圈部份之一端耦合至轉 換器之第三段，第三線圈之第二子線圈部份之一端耦合至 轉換器第四段。 以上之繞組態樣以交互方式繼續，放在疊合堆之四周繞 成重疊之線圈。事實上，所有第一子線圈部份將其磁軸向 電樞旋轉之方向移位，所有第二線圈部份則將其磁軸與電 ， 樞旋轉方向向後移位。每一線圈之二子線圈間之理想匝數 比為3 : 1，此比數為可變的，上述之繞組態樣可使相鄰電 樞線圈間之磁耦合更為平滑，因而可提高轉換效率。此亦 可改進每一線圈之第二子線圈部份之轉換效率，因而可減 少電刷電弧。更可大幅降低EM I。EM I之降低可消除抑制 φ EM I之昂貴組件之需要，該組件係為保證EM I位準低於規定 限制與馬達電刷共用時所需者。 圖式簡略說明 本發明之各優點對精於此技藝人士而言，在閱讀以下之 規格，專利申請範圍及附圖後可更為明顯，其中： 圖1為一具有傳統線圈繞組態樣之電樞之簡化端視圖， 及說明每一間隙二線圈繞組安排之第二線圈之轉換區，如 何使第二線圈之轉換區落後第一線圈之轉換區，因而引起 電刷電弧； 圖2說明本發明之原理製造之電枢之側平面圖； 圖3為圖2中電樞之簡化剖面圖，說明一具有複數個，1 2 U 個間隙於電樞線圈之四周繞成電枢之疊合堆； 圖4為說明本發明之線圈繞組之簡化圖；及 圖5為電樞之簡化端視圖，說明繞組態樣如何產生具有

O:\67\67051-910401.ptc 第8頁 490914 案號 89121447 Λ_Ά 曰 修正 五、發明說明（4) 子線圈部份之苐一及第二線圈之轉換區，該子線圈在徑向 彼此對齊，以改進轉換效率及減小電刷電弧。 較佳實施例之詳細說明 參考圖2，顯示一電刷轉換馬達1 1之電樞1 0，其上有複 數線圈根據本發明之原理繞在其上。電樞1 0包括一轉換器 12，其含24個獨立轉換器段12「1 224。疊合堆14用以支撐繞 在其上之24個線圈25广2 524。一電樞軸22通過疊合堆14延 伸，並固定耦合至減速齒輪總成20並至一風扇18。吾人瞭 解，風扇1 8及減速齒輪2 0為選擇性，對本發明之電樞1 0並 不重要，其示出僅因其為電動馬達電樞而使用之組件。 參考圖3，說明一疊合堆1 4，其上並無任何線圈。疊合丨 堆1 4包括複數個在徑向突出之疊合柱或"齒"2 4。1 2個間 隙Si - S12在柱2 4之間構成。應瞭解，雖已說明之1 2個間隙， 但可用較多或較少之間隙。間隙總數視轉換器段數目而 定，及永遠為所用轉換器數目之一半。 參考圖4，將說明本發明之繞組態樣。線圈1號（2 )有一 第一子線圈部份1 A，及第二子線圈部份1 B與子線圈1 A成串 聯。子線圈部份1 A之一端耦合至轉換器段號1 2ι，子線圈部 份1 B之一端耦合至轉換器段號1 22。線圈2 之子線圈部份 1 A包括第一複數匝，如7匝，繞在疊合堆14之間隙S12 &S5 中。線圈2 之子線圈部份1 B於是以較大之複數匝，如1 7 匝，繞在疊合堆1 4之間隙Si及S6中。應瞭解，每一子線圈1 部份之實際繞組數目為可變的，但在較佳實施例中，匝數 在線圈2 之子線圈1 B與部份1 A間之匝數為，一部份之匝數 最好為另一部份之三倍。子線圈間之匝數亦為可變，稍後

O:\67\67051-910401.ptc 第9頁 490914 案號 89121447 主月曰 倏正 五、發明說明（5) 再述，俾二相鄰之線圈始終有不同匝數繞組之二第一子線 圈部份’及不同E數繞組之二第二子線圈部份。 線圈2號（2 52 )亦有第一子線圈“及第二子線圈2β彼此串 聯。子線圈部份2A以17區繞在間隙&及&中。子線圈部份 2 B與部份2 A串聯繞在疊合堆1 4之間隙s5及s7中，區數為7 匝。子線圈部份2 A之一端耦合至轉換器段丨22，而子線圈部 份2 B之一端搞合至轉換器段1 。線圈2 52之第一子線圈部 份2 A與線圈2 5 i之第二子線圈部份1 b重疊。 線圈3號（2 53 )包括第一子線圈部份3A及第二子線圈部份 3 B彼此串聯。子線圈部份3 A連接在轉換器段號丨23，及包括

7匝圍間隙Si 纏繞。子線圈部份3B與子線圈部份3A串聯 形成’並包括17 E繞於間隙&及St中，其一端耦合至轉換 器段124。 、 線圈4號（2 54 )亦包括第一子線圈部份4 a及第二子線圈部 份4B，與子線圈部份4A串聯。子線圈部份4A之一端_合至 轉換态段1 24 ’及包括1 7匝繞在間隙S2及S7之四周。子線圈 部份4 B包括7匝’繞在間隙S3及S8，其末端耦合至轉換器段 。應注思’線圈254部份與線圈253重疊。事實上，每一 相鄰線圈2 5之一子線圈部份彼此重疊。 上述之線圈2 至2 54之態樣一直重複，直到所有線圈（此 例中為1 2個線圈）繞在疊合堆1 4上。線圈2 至2 512之每一端 並分別固定在最近之相鄰轉換器段1 2l至1 224。例如，線圈〇 2 5S之末端固定在轉換器段1 25及1 26，線圈2 56則固定至片段 126及12?，餘類推。 上述之繞組態樣實質上可改進線圈2 5之所有第二線圈部

O:\67\67051-910401.ptc 490914 _案號89121447_年月曰 修正_ 五、發明說明（6) 份之轉換性能。將每一線圈2 5分裂成第一及第二子線圈部 份，可使每一第一子線圈部份將其磁軸自一位置橫向移 位，否則將必須有傳統之每間隙中二線圈之設計。如圖5 所說明。所有第一子線圈部份將其磁軸向前移位，以產生 第一線圈轉換區，如直線3 0所示，所有第二子線圈部份將 其磁軸向後移位，以產生第二線圈轉換區，如直線3 2所 示，並參考電樞1 0之旋轉方向。此二轉換區目前在場線圈 3 4間之磁中和區中。由於二子線圈之匝數比為3 : 1，此繞 組態樣可平滑相鄰線圈間之磁π不均π ，此乃傳統之二線圈 於一間隙之繞組態樣之缺點。此一將每一線圈之合成磁軸 移位，可大幅改進馬達之轉換效率及降低總電刷電弧。 本發明之電樞1 0所用之繞組態樣方可大幅降低電樞之製 造成本，因其消除了為衰減由一間隙中二線圈之繞組方 式，所引起之ΕΜΙ所需之組件。典型上，其需要電感性組 件，以構成與每一電樞電刷相關之阻流圈電路。此舉額外 組件增加製造馬達之成本，及增加在修理時，更換電刷之 複雜性。 本發明之裝置及方法因此可使形成之電樞大幅減少電刷 電弧，並因此減少在傳統之所有電刷轉換電馬達之每間隙 二線圈電樞結構所出現之電磁干擾。本發明之裝置及方法 並不增加製造程序之複雜性，及不需要額外組件，此等額 外組件將增加電樞製造之總成本。 精於此技藝人士將可自上述說明瞭解，本發明之原理可 由不同方式實施。因此，本發明以特殊舉例說明，本發明 之真正範圍不應受限，因為其他修改對精於此技藝人士在

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0:\67\67051-910401.ptc 第12頁 490914 案號 89121447 曰 修正 圖式簡單說明 10 電 才區 11 電 刷 轉 換 馬 達 12 轉 換 器 12^1224 轉 換 器 段 14 疊 合 堆 18 風 扇 20 減 速 齒 輪 22 電 樞 幸由 24 疊 合 柱 2 5丨 - 2 524 綠 ‘圈 25i 線 •圈 1 號 252 線 •圈 2 號 253 線 .圈 3 號 254 線 •圈 4 號 30 直 線 32 直 線 34 場 線 圈 1 A 第 一 子 線 圈 部 份 1B 第 二 子 線 圈 部 份 2A 第 一 子 線 圈 部 份 2B 第 二 子 線 圈 部 份 3A 第 一 子 線 圈 部 份 3B 第 二 子 線 圈 部 份 4A 第 一 子 線 圈 部 份 4B 第 二 子 線 圈 部 份 〇 ❶

O:\67\67051-910401.ptc 第13頁 490914 案號89121447 年月日 修正

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Claims (1)

1. 490914 案號 89121447 年 Λ 1： 六、 申請專利範圍 9L 4 *无 1 · 一 種 具 有 一 線 圈 繞 組 態 樣 之 f 繞 組 態 樣 係 用 以 減 少 電 刷 電 弧 及 電 一 疊 合 堆 具 有 複 數 個 徑 向 延 伸 複 數 個 間 隙 該 間 隙安 排 成 周 圍 態 複 數 個 線 圈 圍 該 間 隙 纏 繞 j 每 二 子 線 圈 部 份 該 第 — 子 線 圈 部 份 匝 該 第 子 線 圈 部份 具 有 第 二 複 一 及 第 二 子 線 圈 部 份: 繞 在 該 間 隙 之 •禺 合 至 轉 換 器 之 第 及 第 二 轉 換 器 其 中 該 線 圈 之 纏 繞 可 使 該 線 圈 繞 每 一 線 圈 對 之 第 一 線 圈 之 第 二 線 圈 對 之 第 二 線 圈 之 第 一 子 線 圈 部 對 中 0 2· 如 中 請 專 利 範 圍 第 1項之電動 該 第 一 及 第 -— 子 線 圈部 份 之 一 具 有 之 繞 組 匝 數 〇 3. 如 中 請 專 利 範 圍 第 2項之電動 曰 修正 樞之電動馬達，該線圈 磁干擾，包含： 之柱，該柱構成其間之 樣； 一該線圈分成第一及第 具有第一複數個繞組 數個繞組匝，其中該第 不同周圍偏置對中，及 段；及 之相鄰對以重疊方式纏 子線圈部份，如該每一 份，繞在該間隙之相同 倍 圈部份圍該間隙對而纏繞，其係以一間隙位置自其相鄰之 該線圈之第二子線圈部份作周圍上移位。 4 .如申請專利範圍第1項之電動馬達，其中該第一及第 二子線圈部份之末端耦合至該轉換器段，俾每一線圈之每 一第二子線圈部份，如其相鄰線圈之第一子線圈部份，耦 合至相同之該轉換器段。 5 . —種纏繞電動馬達之電樞之方法，其中之電樞有一疊

   O:\67\67051-910401.ptc 第15頁 490914 _案號 89121447_年月日__ 六、申請專利範圍 合堆，其在周圍上構成複數個間隙，以在其上纏繞複數個· 線圈，該方法包含： 將第一線圈分段成第一及第二子線圈部份，彼此串 聯； 將該第一線圈之第一子線圈部份，以第一複數個繞組 匝纏繞在第一對分隔間隙中； 將第一線圈之第二子線圈部份，以第二複數個繞組匝 數繞在第二對分隔間隙中，該間隙自第一對分隔間隙周圍 上移位； 將第二線圈分段為第一及第二子線圈部份，彼此串 聯； J| 將該第二線圈之第一子線圈部份，圍該第二對分隔之 間隙，根據第三複數個繞組匝數纏繞許多匝；及 將該第二線圈之第二子線圈部份，圍第三對分隔之間 隙纏繞第四複數個匝數，該分隔之間隙自第二對分隔之間 隙在周圍上位移。 6 .如申請專利範圍第5項之方法，其中該第二及第三複 數個繞組匝數彼此相等。 7.如申請專利範圍第5項之方法，其中該第一及第四複 數個繞組匝數彼此相等。 8 .如申請專利範圍第5項之方法，其中該第一及第二複 數個繞組匝數不同，俾一繞組之匝數永遠為另一繞組匝數 之三倍。 9 ·如申請專利範圍第5項之方法，尚包含以下步驟：

   O:\67\67051-910401.ptc 第16頁 490914 _案號89121447_年月日__ c、申請專利範圍 將第三線圈分段為第一及第二子線圈部份，彼此串- 聯； 將該第三線圈之第一子線圈部份，圍該第二對分隔間 隙，根據第一複數個繞組匝數纏繞許多匝；及 將該第三線圈之第二子線圈部份，圍該第三對分隔間 隙，根據第二複數個繞組匝數纏繞許多匝。 1 0.如申請專利範圍第9項之方法，尚包含下列步驟： 將第四線圈分段為第一及第二子線圈部份，彼此串 聯； 將第四線圈之第一子線圈部份，圍該第三對分隔間 隙，根據第二複數個繞組匝數纏繞許多匝；及 將第四線圈之第二子線圈部份，圍該第四對分隔間 隙，根據第一複數個繞組匝數纏繞許多匝，該間隙自第三 對分隔間隙在周圍上以一間隙位置位移。 1 1. 一種纏繞電動馬達之電樞之方法，其中之電樞具有 一疊合堆，其在周圍上構成複數個間隙用以纏繞複數個線 圈於其上，方法包含： 將第一線圈分段為第一及第二子線圈部份，彼此串 聯； 將第一線圈之第一子線圈部份，圍該第一對分隔間 隙，以第一複數個繞組匝纏繞； 將第一線圈之第二子線圈部份，圍該第二對分隔間 隙，以第二複數個繞組匝纏繞，該間隙自第一對間隙在周 圍上移位；

   O:\67\67051-910401.ptc 第17頁 490914 _案號89121447_年月曰 修正_ 六、申請專利範圍 . 將第二線圈分段為第一及第二子線圈部份，彼此串-· 聯； 將第二線圈之第一子線圈部份，圍該第二對分隔間 隙，根據第二複數個繞組匝數纏繞許多匝； 將第二線圈之第二子線圈部份，圍該第三對分隔間 隙，根據第三複數個繞組匝數纏繞許多匝，該第三對分隔 < 間隙自第二對分隔間隙周圍上移位； 將第三線圈分段為第一及第二子線圈部份，彼此串 聯； 將第三線圈之第一子線圈，圍該第二對分隔間隙，根 據第一複數個繞組匝數纏繞許多匝； _ 將該第三線圈之第二子線圈部份，圍該第三對分隔間 隙，根據第二複數個繞組匝數纏繞許多匝； 將第四線圈分段為第一及第二子線圈部份，彼此串 聯； 將第四線圈之第一子線圈部份，圍該第三對分隔間 隙，根據第二複數個繞組匝數纏繞許多匝；及 將第四線圈之第二子線圈部份，圍該第四對分隔之間 隙，根據第一複數個繞組匝數纏繞許多匝，該第四對分隔 間隙自第三對分隔間隙在周圍上移位。 1 2.如申請專利範圍第11項之方法，尚含下列步驟： 將該第一線圈之末端固定在轉換器之相鄰第一及第二❶ 轉換器段；及 將第二線圈之第一末端固定在第二轉.換器段，及將第

   O:\67\67051-910401.ptc 第18頁 490914 案號 89121447 _Ά 臼 修正 六、申請專利範圍 . 二線圈之第二末端固定在轉換器之第三轉換器段，第三轉 換器段則配置在第二轉換器段之緊鄰。 1 3.如申請專利範圍第1 2項之方法，尚含下列步驟： 將該第三線圈之第一端固定在第三轉換器段，及將第 三線圈之第二端固定在第四轉換器段，第四轉換器段則配 置在第三轉換器段之緊鄰。 1 4.如申請專利範圍第1 3項之方法，尚含下列步驟： 將第四線圈之第一端固定在第四轉換器段，及將第四 線圈之第二端固定在第五轉換器段，該轉換器段配置在第 四轉換器段之緊鄰。 1 5.如申請專利範圍第11項之方法，尚包含：選擇第一 及第二複數個繞組匝之步驟，俾一繞組匝數為另一繞組匝 數之三倍。 ❿

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