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一种组合式磁力传动复合电机

阅读：390发布：2021-06-09

专利汇可以提供一种组合式磁力传动复合电机专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种组合式磁力传动复合电机，包括机壳、端盖、内置电机控制器的电机控制盒和转子轴以及装设于机壳内的主电机、副电机、被动磁力传动器、霍尔传感器、主动磁力传动器。其特征在于：机壳连接在两个端盖中间，所述电机控制盒固定在端盖上；主电机、副电机在机壳内呈同心状分布，主电机包括相对的主转子、主定子在机壳的中心，副电机包括相对的副转子、副定子呈行星状分布在主电机周围；被动磁力传动器固定在主转子外缘，主动磁力传动器固定在副定子之间；霍尔传感器固定在主动磁力传感器与副定子之间，或固定在主转子外缘的被动磁力传动器之间；主电机与主动磁力传动器、主电机与副电机以磁力传动的方式进行能量传递。本发明属电机制作技术领域，可作为电动机或发电机，实现了节能降耗、绿色环保的目的。本发明样例由附图 1所示。，下面是一种组合式磁力传动复合电机专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种组合式磁力传动复合电机，包括机壳（121）、端盖（101）、内置电机控制器（102）的电机控制盒（103）和转子轴以及装设于机壳（121）内的主电机（122）、副电机（123）、被动磁力传动器（115）、霍尔传感器（110）、主动磁力传动器（111），其特征在于：所述机壳（121）连接在两个端盖（101）中间，包括副定子安装孔（117）、散热孔（）；所述端盖（101）包括主转子轴安装孔（112）、副转子轴安装孔（114）、内置电机控制器（102）的电机控制盒（103）；所述主电机（122）与副电机（123）在机壳（121）内呈同心状径向分布，主电机（122）在机壳（121）的中心，副电机（123）呈行星状分布在主电机（122）周围；属于本发明的范围。
2.基于权利要求1所述的一种组合式磁力传动复合电机，所述主电机（122）包括机壳（121）内同一轴向相对的主转子（108）、主定子（113），主转子（108）通过固定在端盖（101）上的主转子轴（104）在机壳（121）内运动，主定子（113）固定在端盖（101）上；所述副电机（123）包括机壳（121）内同一轴向相对的副转子（106）、副定子（107），副转子（106）通过固定在端盖（101）上的副转子轴（105）在副定子（107）中运动，副定子（107）固定在机壳（121）内呈开环状。
3.基于权利要求1或2所述的一种组合式磁力传动复合电机，其特征在于：所述主转子（108）设置于机壳（121）中心，包括主转子轴（104）、盘面上的主转子磁组（116）、外缘的被动磁力传动器（115），与相对的主定子（113）通过固定在端盖（101）上的主转子轴（104）相互运动构成主电机（122），所述主转子磁组（116）包括磁铁、永磁磁铁或线圈绕组。
4.基于权利要求1、2或3所述的一种组合式磁力传动复合电机，其特征在于：所述主定子（113）包括磁铁、永磁磁铁或线圈绕组，固定在两个端盖（101）上主转子轴安装孔（112）的外围，与主转子（108）成径向设置，与相对的主转子磁组（116）构成主电机（122）。
5.基于权利要求1或2所述的一种组合式磁力传动复合电机，其特征在于：所述副转子（106）包括副转子轴（105）、铁芯、磁铁、永磁磁铁或绕组线圈，设置在机壳（121）内主电机（122）的外围并保持一定的磁场气隙间距，通过固定在端盖（101）上的副转子轴（105）在副定子（107）中运动，与副定子（107）构成副电机（123）。
6.基于权利要求1、2或5所述的一种组合式磁力传动复合电机，其特征在于：所述副定子（107）设置在机壳（121）内主电机（122）的外围，呈行星状分布，与副转子（106）在同一轴向上相对构成副电机（123），其形状并不是闭环的。
7.基于权利要求1、2或3所述的一种组合式磁力传动复合电机，其特征在于：所述被动磁力传动器（115）包括永磁磁铁或包括骨架、铁芯、线圈绕组，放置在圆盘状主转子（108）的外缘，与主动磁力传动器（111）以磁力传动的方式进行能量传递。
8.基于权利要求1、2、3、4、5 、6或7所述的一种组合式磁力传动复合电机，其特征在于：
主动磁力传动器（111）包括永磁磁铁或包括骨架、铁芯、线圈绕组，放置在机壳（121）内副定子（107）与定子之间，与主转子（108）盘同心并保持一定距离。
9.基于权利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的一种组合式磁力传动复合电机，其特征在于：所述主转子（108）上被动磁力传动器（115）与主动磁力传动器（111）之间具有一定的磁场磁隙间距，并以磁力传动的方式进行能量传递；所述主电机（122）与副电机（123）之间有一定的磁场磁隙间距，并通过主转子（108）上的被动磁力传动器（115）与副转子（106）之间以磁力传动的方式进行能量传递。
10.基于权利要求1、2、3、4、5、6、7、8或9所述的一种组合式磁力传动复合电机，其特征在于：所述主电机（122）与副电机（123）全部选用铁芯、刷沃、换向器，也可以全部弃用铁芯、刷沃、换向器，或部分选用铁芯、刷沃、换向器；主电机（122）与副电机（123）全部或部分选用轴承，也可以全部或部分弃用轴承而选择磁悬浮方式；所述转子轴可以伸出端盖（101），也可以不伸出端盖（101）。
11.基于权利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9或10所述的一种组合式磁力传动复合电机，其特征在于：所述霍尔传感器（110）固定在机壳（121）内主动磁力传动器（111）与副定子（107）之间，或者固定在主转子（108）外缘上。
12.基于权利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或11所述的一种组合式磁力传动复合电机，其特征在于：所述主转子（108）、主定子（113）、副转子（106）、副定子（107）、被动磁力传动器（115）、霍尔传感器（110），既可以单层，也可以N多层，其中，N大于等于1。
13.基于权利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11或12所述的一种组合式磁力传动复合电机，其特征在于：所述主电机（122）与副电机（123）的功能并不是固定的，要么作为电动机要么作为发电机，或既作为电动机又作为发电机；属于本发明的范围。
14.基于权利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12或13所述的一种组合式磁力传动复合电机，其特征在于：本发明既可以独立使用也可以作为其他设备的一部分使用，或分拆后放置在其他设备上分别使用。
15.基于权利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13或14所述的一种组合式磁力传动复合电机，其特征在于本发明适用于以下设备或领域但不限于所列举的设备或领域：包括新能源汽车，电动自行车，无人机，机器人；包括单兵装备发电机，家庭临时发电机，工业发电机，农用电机或发电机；包括通讯设备用发电机、野外发电设备或动力，水力发电、风力发电或太阳能发电电气设备领域；本发明也可以与小型动力装置配套使用，或配置在其他机器构造设备上利用自然能源，包括风力发电、畜力发电。

说明书全文

一种组合式磁力传动复合电机

技术领域

[0001] 本发明属于电机制作技术领域，特别是一种将磁性齿轮与永磁电机组合成为一体的复合电机。

背景技术

[0002] 传统电机，即便是盘式电机，受科学技术水平的制约，受传统材料和机械加工工艺制约，主要包括转子、定子或电机控制器，结构简单、功能单一，体积、质量、耗能较大，功率因数较小。随着人类社会科技水平的不断进步，随着高性能稀土永磁材料在电机设计中的成功应用，尤其是随着磁性齿轮的设计、研究与应用的发展，体积变小、质量变小、功率因数提高的功能复合型电机可以实现。

[0003] 现代驱动系统一直倾向于可变速的磁力传动，这样可以省去机械齿轮传动系统，消除机械齿轮带来的振动及噪声，并减少机械损耗，获得更高的系统效率，节约能源。

[0004] 现有的复合电机是将同心式磁性齿轮与永磁同步电机集成在一起，使其既能调速又能变速。现有的复合电机有多种形式，但无论何种形式，其共同缺点为：(1)永磁体用量大；(2)磁场分布复杂，设计及制造困难。

发明内容

[0005] 一种组合式磁力传动复合电机，包括机壳、端盖、内置电机控制器的电机控制盒和转子轴以及装设于机壳内的主电机、副电机、被动磁力传动器、霍尔传感器、主动磁力传动器。

[0006] 需要说明的是：所述机壳连接在两个端盖中间，机壳上设置有副定子安装孔或散热孔；所述端盖上有主转子轴安装孔、副转子轴安装孔、内置电机控制器的电机控制盒。

[0007] 需要说明的是散热孔，机壳与端盖相对又不妨碍机器性能的地方，设置一个个方形、圆形或其它形状的孔，方便机器散热，不仅节省了材料，而且有利于机器性能提高。

[0008] 需要说明的是：所述主电机与副电机在机壳内呈同心状径向分布，主电机在机壳的中心，副电机呈行星状分布在主电机周围。

[0009] 需要说明的是：所述主电机与副电机之间具有磁场气隙间距，以磁力传动的方式进行能量传递，要么主转子驱动副转子，要么主转子被副转子驱动。

[0010] 需要说明的是：所述主电机包括机壳内同一径向相对的主转子、主定子，主转子通过固定在端盖上的主转子轴在机壳内运动，主定子固定在端盖上。

[0011] 需要进一步说明的是：主转子呈圆盘状设置于机壳中心，包括主转子轴、盘面上的主转子磁组、外缘的被动磁力传动器或霍尔传感器，与相对的主定子通过固定在端盖上的主转子轴相互运动构成主电机，所述主转子磁组包括磁铁、永磁磁铁或线圈绕组，所述被动磁力传动器包括磁铁、永磁磁铁或线圈绕组。

[0012] 需要进一步说明的是：主转子磁组为线圈绕组时所使用的线材、线径、股数、匝数、数量、形状、排列方式、放置方式、接线方式视实际需求设定，或者主转子磁组所使用磁铁或永磁磁铁的极性、数量、大小、形状、放置方式视实际需要设定。

[0013] 需要进一步说明的是：主转子的结构并不限于附图4中的样例，其中116为主转子磁组使用永磁磁铁样例。

[0014] 需要进一步说明的是：所述主定子包括磁铁、永磁磁铁或线圈绕组，固定在两个端盖上主转子轴安装孔的外围，与主转子成径向设置，相对主转子磁组构成主电机，其功能视实际需要设定。

[0015] 需要进一步说明的是：主定子线圈绕组所使用的线材、线径、股数、匝数、数量、形状、排列方式、放置方式、接线方式视实际需求设定，或者其所使用磁铁的极性、数量、大小、形状、放置方式视实际需要设定。

[0016] 需要说明的是：所述副电机由机壳内同一轴向相对的副转子、副定子构成，副转子通过固定在端盖上的副转子轴在副定子中运动；副定子固定在机壳内成开环状。

[0017] 需要进一步说明的是，副转子包括副转子轴、铁芯、磁铁、永磁磁铁或绕组线圈，设置在机壳内主电机的外围并保持一定的磁场气隙间距，通过固定在端盖上的副转子轴在副定子中运动，与副定子构成副电机。

[0018] 需要进一步说明的是，副转子的层数、数量、形状、位置、功能视实际需要设定，其磁铁的极性、数量、大小、形状、放置方式视实际需要设定，或者其线圈绕组所使用的线材、线径、股数、匝数、数量、形状、排列方式、放置方式、接线方式视实际需求设定。

[0019] 需要进一步说明的是，副定子设置在机壳内主电机的外围，呈行星状分布，与副转子在同一轴向上相对构成副电机，其形状并不是闭环的，其层数、数量、形状、功能视实际需要设定。

[0020] 需要进一步说明的是，副定子的线圈绕组所使用的线材、线径、股数、匝数、数量、形状、排列方式、放置方式、接线方式视实际需求设定，或其所使用磁铁的极性、数量、大小、形状、放置方式视实际需要设定。

[0021] 需要进一步说明的是，所述副转子的结构与构成并不限于附图5中的样例：124为带装订孔的副转子永磁磁铁样例，125为粘贴式副转子永磁磁铁样例，126为鼠笼式副转子样例，127为绕组式副转子样例。

[0022] 需要进一步说明的是，所述副电机副定子的构成并不限于附图6中的样例：128为包括线圈绕组、铁芯的副定子样例，129为永磁式副定子样例。

[0023] 需要说明的是：所述被动磁力传动器包括永磁磁铁或包括骨架、铁芯、线圈绕组，放置在圆盘状主转子的外缘，与主动磁力传动器以磁力传动的方式进行能量传递。

[0024] 需要进一步说明的是：被动磁力传动器永磁磁铁的极性、数量、大小、形状、放置位置视实际需求设定，或其线圈绕组所使用的线材、线径、股数、匝数、数量、形状、排列方式、放置方式、接线方式视实际需求设定，或其所使用的骨架的数量、形状、大小、材料视实际需求设定，或其所使用的铁芯的数量、形状、大小、材料视实际需求设定。

[0025] 需要说明的是：所述主动磁力传动器包括永磁磁铁或包括骨架、铁芯、线圈绕组，放置在机壳内副定子与定子之间，与主转子盘同心并保持一定距离。

[0026] 需要进一步说明的是：主动磁力传动器永磁磁铁的极性、数量、大小、形状、放置位置视实际需求设定，或其线圈绕组所使用的线材、线径、股数、匝数、数量、形状、排列方式、放置方式、接线方式视实际需求设定，或其所使用的骨架的数量、形状、大小、材料视实际需求设定，或其所使用的铁芯的数量、形状、大小、材料视实际需求设定。

[0027] 需要说明的是：所述霍尔传感器固定在机壳内主动磁力传感器与副定子之间，或者固定在主转子外缘上。

[0028] 需要说明的是：之间、被动磁力传动器与主动磁力传动器之间具有磁场气隙间距，以磁力传动的方式进行能量传递：当主动磁力传动器由绕组线圈构成时，电机控制器根据霍尔传感奇检测到被动磁力传动器的位置和极性信号间歇性调节主动磁力传动器的功率；当主动磁力传动器由永磁磁铁构成时，电机控制器根据霍尔传感奇检测到主动磁力传动器的位置和极性信号间歇性调节被动磁力传动器的功率。

[0029] 需要进一步说明的是:所述主动磁力传动器的结构并不仅仅局限于附图7中的样例：130为开口式主动磁力传动器骨架样例，131为方形式主动磁力传动器骨架样例，132为圆形主动磁力传动器骨架样例。

[0030] 需要说明的是：所述主电机与副电机的功能并不是固定的，要么作为电动机，要么作为发电机，或既作为电动机又作为发电机。

[0031] 需要说明的是，所述主转子、主定子、副转子、副定子、被动磁力传动器、霍尔传感器，既可以单层，也可以多层。

[0032] 需要进一步说明的是：所述主转子轴、副转子轴，既可以伸出端盖，也可以不伸出端盖。

附图说明

[0033] 该系列附图是示意性的，并未按照实际情况标示出所有部件，并且出于清楚目的未按照比例绘制。

[0034] 图1是一种组合式磁力传动复合电机的基本部件样例。

[0035] 图2是一种组合式磁力传动复合电机的平面剖视图。

[0036] 图3是一种组合式磁力传动复合电机的部件分解图。

[0037] 图4是主转子样例展示图。

[0038] 图5是副转子样例展示图。

[0039] 图6是副定子样例展示图。

[0040] 图7是主动磁力传动器样例展示图。

[0041] 图中：101、端盖，102、电机控制器，103、电气控制安装室，104、主转子轴，105、副转子轴，106、副转子，107、副定子，108、主转子，109、副定子磁组，110、霍尔传感器，111、主动磁力传动器，112、主转子轴安装孔，113、主定子，114、副转子轴安装孔，115、被动磁力传动器，116、主转子磁组，117、副定子安装孔，118、间歇式开关，119、副转子磁组，120、散热孔，121、机壳，122、主电机，123、副电机，124、带装订孔的副转子永磁磁铁，125、粘贴式副转子永磁磁铁，126、鼠笼式副转子样例，127、绕组式副转子样例，128、包括线圈绕组、铁芯的副定子样例，129、永磁式副定子样例，130、开口式主动磁力传动器骨架样例，131、方形式主动磁力传动器骨架样例，132、圆形主动磁力传动器骨架样例。

具体实施方式

[0042] 实施方式例一：单层组合式磁力传动复合发电机。本实施例，设定实际需求是风力发电机，其动力来源为自然风，方法是主转子轴（104）、副转子轴（105）外接叶片受风力驱动提供动力。

[0043] 本实施方式中，主电机（122）功能设置为发电机，主转子磁组（116）切割主定子（113）的线圈绕组输出电动势；副电机（123）都作为发电机，副转子（106）磁组切割对应的副定子磁组（109）输出电动势：一方面为主动磁力传动器（111）提供能源以驱动被动磁力传动器（115）辅助主电机（122）输出电动势，另一方面直接输出电动势。

[0044] 因磁性“相吸相斥”的原理，副电机（123）副转子（106）以磁力传动的方式通过推动主转子（108）上的被动磁力传动器（115）加大主转子（108）的转速，辅助主发电机工作输出电动势。

[0045] 在本实施例中，霍尔传感器（110）检测被动磁力传动器（115）的极性与位置，提供信号给电机控制器（102）调节主动磁力传动器（111）的功率，以磁力传动的方式驱动主转子（108）上的被动磁力传动器（115）加大主转子（108）的转速，辅助主电机（122）工作输出电动势。

[0046] 在本实施例中，电机控制器（102）调节间歇式开关（118）间歇性供应能源给主动磁力传动器（111）。

[0047] 需要说明的本实施方式的优势是：微风即可输出较大的功率。

[0048] 实施方式例二如图2：单层组合式磁力传动复合电动机。

[0049] 在本实施方式中，设定实际需求是外接机器人作为负载，主电机（122）主转子轴（104）外接机器人，其动力来源是蓄电池，副转子轴（105）不伸出端盖（101）；主定子（113）线圈绕组产生磁场驱动主转子磁组（116），从而主转子（108）转动带动负载。

[0050] 需要说明的是，电源顺序经过主定子（113）线圈绕组、副定子（107）、主动磁力传动器（111）、霍尔传感器（110）、电机控制器（102），形成电磁闭路。

[0051] 需要说明的是：副电机（123）副定子磁组（109）产生磁场，驱动对应的副转子（106）转动；副转子（106）以磁力传动的方式驱动被动磁力传动器（115），辅助驱动主转子（108）转动带动负载。

[0052] 需要说明的是：电机控制器（102）根据霍尔传感器（110）检测被动磁力传动器（115）的信号调控主动磁力传动器（111）功率，继而主动磁力传动器（111）产生磁场驱动主转子（108）外缘的被动磁力传动器（115），加大单层组合式磁力传动复合电动机负载功率。

[0053] 需要说明的本实施方式的优势是：不仅提高了电机功率因子节省了能耗，而且噪声小。

[0054] 实施方式例三：单层组合式磁力传动复合发电与电动一体化机，如图3所示。

[0055] 在本实施方式中，设定实际需求是负载旋翼无人机，动力是蓄电池，要达到的要求是：1，负载50KG；2，长航时；3，长悬停；4，航向360度精确定位；5，高速飞行；6，保持某一设定的高度飞行。

[0056] 在本实施方式中，主转子轴（104）与4个副转子轴（105）各外接一组叶片，电机控制器（102）电路、霍尔传感器（110）电路、间歇式开关（118）电路集合于无人机控制电路中。

[0057] 在本实施方式中，主电机（122）作为主电动机或主发电机使用，副电机（123）全部（或某部分）作为辅助电动机或辅助发电机使用。

[0058] 在本实施方式中，主电机（122）作为电动机使用带动旋翼无人机升空，并保持设定的高度；2个副电机（123）作为电动机驱动无人机保持高速前行；同时，另2个副电机（123）作为发电机使用，磁场切割对应副定子磁组（108）发电输出电动势：一方面，经电机控制器（102）、霍尔传感器（110）、间歇式供电开关电路、主动磁力传动器（111）、主定子（113）形成电磁闭路，目的是间歇性驱动主动磁力传动器（111）辅助驱动主转子（108），节省能耗；另一方面，多余的电动势通过蓄电池给主电机（122）和作为电动机的2个副电机（123），节省能耗。

[0059] 本实施方式中需要精确定位时，通过电机控制器（102）调整主电机（122）与副电机（123）的功能，比如：向某一方向飞行并定位，该方向副电机（123）为电动机，其余副电机（123）保持发电，主电机（122）保持飞行高度即可。

[0060] 本实施方式中需要长时间悬停时，其中2个副电机（123）作为电动机保持飞行高度，主电机（122）及其余2个副电机（123）作为发电机使用，磁场切割对应副定子磁组（108）发电输出电动势：一方面，经电气控制单元、霍尔传感器（110）、电磁脉冲发生器、主动磁力传动器（111）、主定子（113）形成电磁闭路，目的是间歇性驱动主动磁力传动器（111）辅助驱动主转子（108）节省能耗；另一方面，多余的电动势通过浮充的方式经蓄电池给电动机供电，减少了能耗。

[0061] 在本实施方式中，假如无人机到达目的地并放下负载回归出发地点，电气控制单元将主电机（122）设定为电动机、2个副电机（123）保持飞行高度，另外2个副电机（123）保持发电机功能，磁场切割对应副定子磁组（108）发电输出电动势：一方面，经电气控制单元、霍尔传感器（110）、电磁脉冲发生器、主动磁力传动器（111）、主定子（113）、间歇式开关（118）形成电磁闭路，目的是间歇性驱动主动磁力传动器（111）辅助驱动主转子（108）节省能耗；另一方面，多余的电动势以浮充的方式经蓄电池给电动机供电，而且减少了能耗。

[0062] 需要说明的本实施方式的优势是：相较于同一功率、同一标准、同规格的蓄电池作动力的无人机，本发明航行时间可以提高20%左右。

[0063] 需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

[0064] 需要说明的是，凡是利用本发明说明书及附图内容所做的等效交换，或相同实质含义的不同表述，以及直接或间接运用在其他相关技术领域，均在本发明专利保护范围内。

[0065] 需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

[0066] 特别说明：本申请人于本申请同日对同样的发明创造既申请发明专利又申请实用新型专利。

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