CN102158015B

CN102158015B - 多重级联输出特高转速的方法和装置

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Publication number: CN102158015B
Application number: CN 201110022900
Authority: CN
Inventors: 庄明
Original assignee: Individual
Current assignee: Shenzhen Yuneng Investment Co ltd
Priority date: 2011-01-21
Filing date: 2011-01-21
Publication date: 2013-11-06
Anticipated expiration: 2031-01-21
Also published as: CN102158015A

Abstract

多重级联输出特高转速的方法和装置，将普通电机或者低成本的双转子电动机级联联结后，再级联转矩输出装置，令所述双转子电动机不仅相对自身以额定转速输出转矩，而且自身还以前一级电机或者转矩输出装置输出的转速旋转，从而获得叠加转速，最终在最后一级双转子电动机输出所有双转子电动机和转矩输出装置的叠加转速。本发明所述多重级联输出特高转速的装置，其结构简单，制造工艺要求低，以较低的成本获得等同甚至超过现有技术高转速电动机所能输出的转速，适用于制造高速钻机、高速车床、高速飞轮装置、陀螺仪、牙科器械、雕刻机，以及一些要求特高速转动的器械。

Description

多重级联输出特高转速的方法和装置

技术领域

本发明涉及转矩输出装置，特别是涉及以高转速输出转矩的装置。

背景技术

现有技术普通电动机通常是每分钟几千转转速。在一些应用场合，例如高速机床、高速钻机、高速飞轮装置、雕刻机、陀螺仪、牙科器械等，需要获得每分钟上万转、甚至十万转以上的转速，此种情况下，所述普通电动机显然不能满足转速要求。虽然现有技术有的电动机可以达到每分钟万转以上的转速，但是制造该种电动机对材料、工艺、水冷却系统和轴承都提出了非常严苛的要求，甚至在一些国家和地区都不能达到所述电动机的制造条件，从而所述高转速电动机制造成本非常昂贵，以致其适用领域受限，应用范围窄。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于避免现有技术的不足之处而提出用普通电动机多重级联方式获得高于其自身转速数倍、甚至数十倍的装置及其方法。

本发明将普通电机或者低成本的双转子电动机级联联结后，再级联转矩输出装置，令所述双转子电动机不仅相对自身以额定转速输出转矩，而且自身还以前一级电机或者转矩输出装置输出的转速旋转，从而获得叠加转速，最终在最后一级双转子电动机输出所有双转子电动机和转矩输出装置的叠加转速。

本发明解决所述技术问题可以通过采用以下技术方案来实现：

实施一种多重级联输出特高转速的方法，包括如下步骤：

A. 制造或者选取输出转速是n₀的转矩输出装置；制造或者选取M台各自转速分别是n₁，…，n_M的无定子双转子电动机，M是自然数；所述双转子电动机包括各自的被动转子和主动转子；

B.将所述双转子电动机可转动地定位安装，并且各双转子电动机以自身的主动转子联结其下一级双转子电动机的被动转子；

C. 固定安装所述转矩输出装置，并且令该转矩输出装置输出转矩至第1级双转子电动机的被动转子；将第M级双转子电动机的主动转子作为所述装置的输出轴；从而，所述第1级双转子电动机的被动转子以所述转矩输出装置输出转矩的转速n₀旋转，而该第1级双转子电动机的主动转子相对所述转矩输出装置的转速是n₀＋n₁，以此类推，第M级双转子电动机相对所述转矩输出装置的叠加转速是n₀＋n₁＋…＋n_M。

本发明解决所述技术问题还可以通过采用以下技术方案来实现：

设计、制造一种多重级联输出特高转速的装置，尤其是，包括转速是n₀的转矩输出装置，以及M台各自转速分别是n₁，…，n_M的无定子双转子电动机，M是自然数；所述双转子电动机包括各自的被动转子和主动转子；所述双转子电动机被可转动地定位安装，各双转子电动机以自身的主动转子联结其下一级双转子电动机的被动转子，并且所述转矩输出装置输出转矩至第1级双转子电动机的被动转子；所述转矩输出装置被安装固定；第M级双转子电动机的主动转子作为所述装置的输出轴。

所述各双转子电动机借助滑环获取电能。

一种所述转矩输出装置的实现方式是，所述转矩输出装置是一台包括定子和转子的固定电动机，该固定电动机的定子被固定安装，转子联结所述第1级双转子电动机的被动转子。

对于各电动机同轴布置的情况，所述固定电动机的轴线和各双转子电动机的轴线设置在同一轴线上。

对于电动机类型，所述固定电动机设置有机壳和转轴；所述固定电动机包括其机壳联结所述定子、其转轴联结所述转子的内转子电动机，以及其转轴联结所述定子、其机壳联结所述转子的外转子电动机；所述双转子电动机各自设置有机壳和转轴；所述双转子电动机包括其机壳联结所述被动转子、其转轴联结所述的主动转子的内主动转子双转子电动机，以及其转轴联结所述被动转子、其机壳联结所述主动转子的外主动转子双转子电动机。

另外，还可以采用交替设置电动机类型，所述固定电动机设置有机壳和转轴；所述固定电动机包括其机壳联结所述定子、其转轴联结所述转子的内转子电动机，以及其转轴联结所述定子、其机壳联结所述转子的外转子电动机；所述双转子电动机各自设置有机壳和转轴；各奇数级的双转子电动机是其机壳联结被动转子、其转轴联结主动转子的内主动转子双转子电动机；而各偶数级的双转子电动机是其转轴联结被动转子、其机壳联结主动转子的外主动转子双转子电动机；或者，各奇数级的双转子电动机是其转轴联结被动转子、其机壳联结主动转子的外主动转子双转子电动机；而各偶数级的双转子电动机是其机壳联结被动转子、其转轴联结主动转子的内主动转子双转子电动机。

为实施上述方案，本发明提出用于电动机间联结的装置。其一，所述多重级联输出特高转速的装置还包括单侧法兰盘级联器；该单侧法兰盘级联器包括扁片圆柱体状的基座，至少两个设置于基座周边沿轴向从该基座一侧伸出的夹壁，以及设置于所述基座中央沿轴向伸出的轴套；所述夹壁和轴套分别设置在基座的两侧；所述单侧法兰盘状夹具的轴套用于联结所述固定电动机和各双转子电动机的转轴，所述夹壁用于夹紧联结所述固定电动机和各双转子电动机的机壳，以实现相邻电动机之间的级联联结。本发明还提出适用所述单侧法兰盘级联器的轴承，即所述多重级联输出特高转速的装置还包括套装在所述单侧法兰盘级联器的轴套上的级联器轴承，以及用于支撑所述级联器轴承的轴承支架，借助联结在一起的级联器轴承和轴承支架，令各双转子电动机能够被可转动地安装。

另外，所述多重级联输出特高转速的装置还包括双侧法兰盘级联器；该双侧法兰盘级联器包括扁片圆柱体状的基座，以及至少两个在基座周边沿轴向从该基座两侧伸出的夹壁；所述双侧法兰盘状夹具借助夹壁用于夹紧联结所述固定电动机的机壳和第1级双转子电动机机壳，或者夹紧联结所述相邻两双转子电动机各自的机壳，以实现相邻电动机之间的级联联结。

对于转轴联结，所述多重级联输出特高转速的装置还包括用于联结相邻两双转子电动机的转轴，以及联结第1级双转子电动机转轴与转矩输出装置输出转轴的联轴器或者离合器。

适用上述方案的一项具体方案，所述多重级联输出特高转速的装置还包括具有柱面内壁的外壳；所述固定电动机的定子固定联结于所述外壳的内壁上；在所述外壳的内壁上还安装有至少M个定位支架；所述定位支架包括分别设置在外壳内壁上的至少三个轴承架，每个轴承架上安装轴线平行于外壳内壁中轴线的滚轮；各所述定位支架的所有轴承架所在平面垂直于所述外壳内壁的中轴线；所述各双转子电动机的机壳被定位夹装在所述定位支架的各滚轮之间，并且各双转子电动机能够在外壳的内壁中旋转。

对于各电动机不同轴布置的情况，所述固定电动机的轴线与所述各双转子电动机各自的轴线互相平行但不同轴。

所述固定电动机与第1级双转子电动机，以及各双转子电动机借助皮带和皮带轮实现级联。或者，所述固定电动机与第1级双转子电动机，以及各双转子电动机借助齿轮实现级联。

所述多重级联输出特高转速的装置还包括至少M个电机定位轴承架，包括支架和定位轴承；所述支架联结所述定位轴承，并且被固定安装，所述双转子电动机的被定位安装在所述定位轴承架内，令各双转子电动机可转动地被固定。

另一种所述转矩输出装置的实现方式是，所述转矩输出装置包括至少两台同轴固定电动机，所述同轴固定电动机包括定子和转子，各同轴固定电动机的定子都固定安装，各同轴固定电动机的转子级联联结，并且各自轴线在同一轴线上，输出级的同轴固定电动机的转子联结第1级双转子电动机的被动转子。

再一种所述转矩输出装置的实现方式是，所述转矩输出装置包括至少两台轴线平行固定电动机，所述轴线平行固定电动机包括定子和转子；所述各轴线平行固定电动机和第1级双转子电动机各自的轴线平行但不共线；所述轴线平行固定电动机各自的定子固定安装，并且所述轴线平行固定电动机各自的转子都级联联结所述第1级双转子电动机（210）的被动转子。

具体而言，在所述轴线平行固定电动机各自的转子分别联结主动齿轮，所述第1级双转子电动机的被动转子联结从动齿轮；所有主动齿轮都啮合所述从动齿轮，从而所述轴线平行固定电动机各自的转子都级联联结所述第1级双转子电动机的被动转子。

另外，在所述轴线平行固定电动机各自的转子联结主动皮带轮，所述第1级双转子电动机的被动转子联结从动皮带轮；借助皮带，所有主动皮带轮共同驱动所述从动皮带轮，从而所述轴线平行固定电动机各自的转子都级联联结所述第1级双转子电动机的被动转子。

还有一种所述转矩输出装置的实现方式是，所述转矩输出装置包括蒸汽涡轮冲压发动机、燃油发动机和燃气发动机。

同现有技术相比较，本发明“多重级联输出特高转速的方法和装置”的技术效果在于：

1. 所有电动机都在其额定转速下运行，借助从前一级电机获得的基础转速，而令每台电机相对地面参考系获得叠加后的转速，从而用几台普通电机就获得了它们转速之和的高转速，结构简单，制造工艺要求相对较低，以低成本获得现有技术高转速电动机同等输出的转速，甚至超过现有技术高转速电动机转速；相对现有技术高转速电动机的制造成本大大降低，而且制造工艺要求也大大降低；

2. 本发明可适用于电子、机械、化工、船舶、机车、航天、军事、医疗等领域中一些要求超高速转动的器械。例如高速机床、高速钻机、高速飞轮装置、陀螺仪、牙科器械、雕刻机等，从而扩大了所述特高转速输出装置的适用范围。

附图说明

图1是本发明“多重级联输出特高转速的方法和装置”第一实施例的正投影主视示意图；

图2是图1中A指示部分的局部放大示意图，并且级联器轴承510被剖开；

图3是本发明第二实施例的正投影主视示意图；

图4是本发明第三实施例的正投影主视示意图；

图5是本发明第四实施例的正投影主视示意图；

图6是本发明第五实施例的正投影主视示意图；

图7是图6中的B－B方向剖视示意图；

图8是本发明第六实施例的正投影主视示意图；

图9是本发明第七实施例的正投影主视示意图；

图10是本发明第八实施例的正投影主视示意图；

图11是本发明第九实施例的正投影主视示意图；

图12是图11中C－C方向剖视示意图。

具体实施方式

以下结合附图所示各实施例作进一步详述。

本发明提出一种多重级联输出特高转速的方法，如图1至图12所示，包括如下步骤：

A. 制造或者选取输出转速是n₀的转矩输出装置100；制造或者选取M台各自转速分别是n₁，…，n_M的无定子双转子电动机210，…，2M0，M是自然数；所述双转子电动机2a0包括各自的被动转子2a1和主动转子2a2，a＝1，…，M；所述无定子的双转子电动机2a0可以是依据要求制造而成的，其工作原理与普通电动机基本相同，包括一用于励磁的部分和一被励磁磁场拖动旋转的部分；如后文所述，用于励磁的部分用于被前一级电动机联结拖动旋转，本发明称之为被动转子，那么所述被自身电动机被动转子的励磁磁场拖动旋转的部分被称为主动转子；所述无定子的双转子电动机2a0还可以是选取的普通电动机，即包括定子和转子的普通电动机。如下文所述，由于用做无定子的双转子电动机的普通电动机的定子和转子都处于旋转状态，因此，其定子就不能再称之为定子，而是被前一级转子联结的、做被动旋转的转子；因此，如果选取普通电动机作为本发明所述无定子的双转子电动机，其原有定子就是本发明所述被动转子，其原有转子就是本发明所述主动转子。

B. 借助轴承将所述双转子电动机2a0可转动地定位安装，并且各双转子电动机2a0以自身的主动转子2a2联结其下一级双转子电动机2b0的被动转子2b0，b＝a+1；由此可知，本发明无定子的双转子电动机2a0自身将随着前一级电动机旋转，同时还输出转矩，从而输出了前一级电动机转速和自身转速的叠加转速；

C. 固定安装所述转矩输出装置100，并且令该转矩输出装置100输出转矩至第1级双转子电动机210的被动转子211，该第1级双转子电动机210的主动转子212联结第2级双转子电动机220的被动转子221，以此类推而令所有双转子电动机2a0和转矩输出装置100实现多重级联；将第M级双转子电动机2M0的主动转子2M2作为所述装置的输出轴；从而，所述第1级双转子电动机210的被动转子211以所述转矩输出装置100输出转矩的转速n₀旋转，而该第1级双转子电动机210的主动转子212相对所述转矩输出装置100的转速是n₀＋n₁，以此类推，第M级双转子电动机2M0相对所述转矩输出装置100的叠加转速是n₀＋n₁＋…＋n_M。

本发明各双转子电动机2a0除了输出转速n_a外，自身还在以前级输出的转速n_a-1转动，那么该双转子电动机将相对如地面或者转矩驱动装置100的固定系输出n_a＋n_a-1的转速，在多重级联后，最后一级双转子电动机2M0将会输出所有双转子电动机210，…，2M0和转矩输出装置100的叠加转速n₀＋n₁＋…＋n_M，从而用普通转速电动机，或者用制造成本低、工艺要求低的较低转速电动机就实现获得高转速输出。本发明提出的方法实现了用相对现有技术高转速电动机大大降低了制造成本，而获得基本等同甚至高于该高速电动机的输出转速，从而扩大了所述高转速输出装置的适用范围。

本发明还提出了应用上述方法制成的多重级联输出特高转速的装置，如图1至图12所示，包括转速是n₀的转矩输出装置100，以及M台各自转速分别是n₁，…，n_M的无定子双转子电动机210，…，2M0，M是自然数。所述双转子电动机2a0包括各自的被动转子2a1和主动转子2a2，a＝1，…，M。所述双转子电动机2a0借助轴承被可转动地定位安装，各双转子电动机2a0以自身的主动转子2a2联结其下一级双转子电动机2b0的被动转子2b1，b＝a+1，并且所述转矩输出装置100输出转矩至第1级双转子电动210的被动转子211；所述转矩输出装置100被安装固定；第M级双转子电动机2M0的主动转子2M2作为所述装置的输出轴。

所述各双转子电动机2a0借助滑环920获取电能。

所述转矩输出装置100是指所有能够输出转矩的装置，可以是单台发动机或者电动机，也可以是多台发动机和/或电动机，不论其内容构造如何，其最终输出转矩以驱动第1级双转子电动机。本发明通过以下实施例详细说明上述技术方案。

一种所述转矩输出装置100的实现方式是，如图1至图9所示，所述转矩输出装置100是一台包括定子111和转子112的固定电动机110，该固定电动机110的定子111被固定安装，转子112联结所述第1级双转子电动机210的被动转子211。

根据各电动机的布设情况又分为同轴布设电动机的情况和平行布设电动机的情况。

对于各电动机同轴布置的情况，如图1至图7所示，所述固定电动机110的轴线和各双转子电动机210，…，2M0的轴线设置在同一轴线上。

本发明对于所有电动机类型都适用，一台所述多重级联输出特高转速的装置内可以都采用同样类型的电动机，也可以根据需要采用多种不同类型的电动机。从电机的主动转动部考虑，所述固定电动机110设置有机壳和转轴；那么，所述固定电动机110可以是其机壳联结所述定子111、其转轴联结所述转子112的内转子电动机，也可以是其转轴联结所述定子111、其机壳联结所述转子112的外转子电动机。而在这种情况下，所述双转子电动机2a0各自设置有机壳和转轴；那么，所述双转子电动机2a0包括其机壳联结所述被动转子2a1、其转轴联结所述的主动转子2a2的内主动转子双转子电动机，以及其转轴联结所述被动转子2a1、其机壳联结所述主动转子2a2的外主动转子双转子电动机。

作为电机类型的特例，本发明所述多重级联输出特高转速的装置还可以采用电动机类型交替布设的方式，所述固定电动机110设置有机壳和转轴；那么，所述固定电动机110可以是其机壳联结所述定子111、其转轴联结所述转子112的内转子电动机，也可以是其转轴联结所述定子111、其机壳联结所述转子112的外转子电动机。而所述双转子电动机2a0各自设置有机壳和转轴；那么，各奇数级的双转子电动机2c0是其机壳联结被动转子2c1、其转轴联结主动转子2c2的内主动转子双转子电动机，c＝1，3，5，…，且c≤M；而各偶数级的双转子电动机2d0是其转轴联结被动转子2d1、其机壳联结主动转子2d2的外主动转子双转子电动机，d＝2，4，6，…，且d≤M；或者采用相反布设方式，各奇数级的双转子电动机2c0是其转轴联结被动转子2c1、其机壳联结主动转子2c2的外主动转子双转子电动机；而各偶数级的双转子电动机2d0是其机壳联结被动转子2d1、其转轴联结主动转子2d2的内主动转子双转子电动机。

关于电动机之间的联结问题，为实施上述方案，如图1、图3、图6、图10和图11所示，本发明提出用于电动机转轴与相邻电动机的机壳联结的单侧法兰盘级联器300。该单侧法兰盘级联器300包括扁片圆柱体状的基座310，至少两个设置于基座310周边沿轴向从该基座310一侧伸出的夹壁320，以及设置于所述基座310中央沿轴向伸出的轴套330；所述夹壁320和轴套330分别设置在基座310的两侧。所述单侧法兰盘状夹具300的轴套330用于联结所述固定电动机110和各双转子电动机2a0的转轴，所述夹壁320用于夹紧联结所述固定电动机110和各双转子电动机2a0的机壳，以实现相邻电动机之间的级联联结。本发明还提出适用所述单侧法兰盘级联器的轴承，即所述多重级联输出特高转速的装置还包括套装在所述单侧法兰盘级联器300的轴套330上的级联器轴承510，以及用于支撑所述级联器轴承510的轴承支架590，借助联结在一起的级联器轴承510和轴承支架590，令各双转子电动机2a0能够被可转动地安装。另外，本发明还提出用于电动机机壳与相邻电动机的机壳联结的双侧法兰盘级联器400。该双侧法兰盘级联器400包括扁片圆柱体状的基座410，以及至少两个在基座410周边沿轴向从该基座410两侧伸出的夹壁420；所述双侧法兰盘状夹具400借助夹壁420用于夹紧联结所述固定电动机110的机壳和第1级双转子电动机210机壳，或者夹紧联结所述相邻两双转子电动机2a0、2b0各自的机壳，以实现相邻电动机之间的级联联结。对于转轴联结，本发明各实施例中，所述多重级联输出特高转速的装置还包括用于联结相邻两双转子电动机2a0、2b0的转轴，以及联结第1级双转子电动机210转轴与转矩输出装置110输出转轴的联轴器910或者离合器。所述联轴器910或者离合器不仅适用上述两种联结形式，还适用于所有的转轴与转轴的联结。

本发明还提出用于承载各双转子电动机2a0和装置最终输出轴的至少M个电机定位轴承架，包括支架570、580和定位轴承520、530、540、550；所述支架570、580联结所述定位轴承520、540、550，并且被固定安装，所述双转子电动机2a0的被定位安装在所述定位轴承520、540、550内，令各双转子电动机210，…，2M0可转动地被固定。

本发明第一实施例，如图1和图2所示，所述多重级联输出特高转速的装置包括同轴设置的一台固定电动机110，三台无定子的双转子电动机210、220、230，以及单侧法兰盘级联器300、级联器轴承510、电机定位轴承架和滑环920，即M=3。所述电机定位轴承架是由联结在一起的定位轴承520和支架570构成的。所述固定电动机110是内转子电动机，其定子111被基座113固定安装，其转子112借助所述单侧法兰盘级联器300联结第1级双转子电动机的被动转子211。所有的双转子电动机210~230都是其机壳联结各自被动转子211～231、其转轴联结各自主动转子212～232的内主动转子双转子电动机。因此，第3级双转子电动机230是本实施例最终输出转矩的双转子电动机，是其机壳联结被动转子231、其转轴联结主动转子232的内主动转子双转子电动机。各双转子电动机210~230之间作为被动转子211～231的机壳与作为主动转子212～232的转轴都是借助所述单侧法兰盘级联器300级联联结。并且所有的单侧法兰盘级联器300都是采用所述联结在轴承支架590的级联器轴承310，以实现各双转子电动机210~230的可转动的固定安装。本发明级联器轴承510如图2所示，采用滚珠轴承，当然所有能够承载所述双转子电动机2a0的轴承都可以适用，包括含油轴承、磁悬浮轴承等。作为最终输出转矩的所述第3级双转子电动机230的主动转子232用包括支架570和定位轴承520的电机定位轴承架承载。各双转子电动机210~230都可以通过滑环获取电能。所述固定电动机110的转子112输出转速是n₀的转速并拖动第1级双转子电动机210的被动转之211以n₀的转速旋转，而该第1级双转子电动机210的转子输出相对自身被动转子211的转速n₁，此时，相对地面参照系或者固定电动机110的定子111，所述第1级双转子电动机210输出的转速就是叠加转速n₀＋n₁。所述第2级双转子电动机220的被动转子221被以转速n₀＋n₁拖动，同时其转子222还输出相对自身被动转子221的转速n₂，那么相对地面参照系或者固定电动机110的定子111，所述第2级双转子电动机220输出的转速就是叠加转速n₀＋n₁＋n₂。进而，所述第3级双转子电动机230的被动转子231被以转速n₀＋n₁＋n₂拖动，同时其转子232还输出相对自身被动转子231的转速n₃，那么相对地面参照系或者固定电动机110的定子111，所述第3级双转子电动机210输出的转速，即所述多重级联输出特高转速的装置输出的转速就是叠加转速n₀＋n₁＋n₂＋n₃。显然，如果n₀＝n₁＝n₂＝n₃＝3000转/秒，那么所述多重级联输出特高转速的装置输出的转速就是12000转/秒，而一台能够转速是12000转/秒的电动机的制造成本高于所述多重级联输出特高转速的装置，而且制造该多重级联输出特高转速的装置的工艺难度也低于转速是12000转/秒的电动机的工艺难度。

本发明第二实施例，如图3所示，所述多重级联输出特高转速的装置包括同轴设置的1台固定电动机110和3台双转子电动机210～230，以及单侧法兰盘级联器300、级联器轴承510、电机定位轴承架、滑环920和联轴器910，即M＝3。所述电机定位轴承架由联结在一起的定位轴承540和支架580构成。所述固定电动机110是内转子电动机，第1级双转子电动机210是内主动转子双转子电动机，所述第2、3级双转子电动机220、230是外主动转子双转子电动机。因此，所述第3级双转子电动机230是本实施例最终输出转矩的双转子电动机，是其转轴联结被动转子231、其机壳联结主动转子232的外主动转子双转子电动机。各双转子电动机210~230都可以通过滑环获取电能。在第1级双转子电动机210的主动转子212和第2级双转子电动机220的被动转子221之间用联轴器910联结，并且还用包括支架580和定位轴承530的电机定为轴承架承载该联轴器910。本实施例如同第一实施例达到多重级联输出高转速的技术效果，并且采用了不同类型的电动机，输出轴采用联结第3级双转子电动机230的主动转子232的机壳。本实施例中用于联结第1级双转子电动机210的主动转子212和第2级双转子电动机220的被动转子221的是联轴器910，该联轴器910还可以用离合器替换。

本发明第三实施例，如图4所示，所述多重级联输出特高转速的装置包括同轴设置的一台固定电动机110和四台双转子电动机210～240，以及双侧法兰盘级联器400、电机定位轴承架、滑环920和联轴器910，即M＝4。所述电机定位轴承架由联结在一起的定位轴承520和支架570构成，以及由联结在一起的定位轴承530和支架580构成。本实施例采用电动机类型交替布设的方式，所述固定电动机110是内转子电动机；奇数级的第1、3级双转子电动机210、230采用外主动转子双转子电动机，偶数级的第2、4级双转子电动机220、240采用内主动转子的双转子电动机。因此，所述第4级双转子电动机240是本实施例最终输出转矩的双转子电动机，是其机壳联结被动转子241、其转轴联结主动转子242的内主动转子双转子电动机。各双转子电动机210~240都可以通过滑环获取电能。所述第1、2级双转子电动机210、220之间，由于第1级双转子电动机210的主动转子212和第2级双转子电动机220的被动转子221都分别联结各自的机壳，因此采用所述双侧法兰盘级联器400实现第1、2级双转子电动机210、220之间的级联联结。同样第3、4级双转子电动机230、240之间也采用所述双侧法兰盘级联器400实现级联联结。而在固定电动机110与第1级双转子电动机210，第2、3级双转子电动机220、230之间采用联轴器910实现级联联结。各双转子电动机210～240都采用包括支架580和定位轴承540的电机定位轴承架承载，以实现各双转子电动机可转动的固定。显然本实施例达到多重级联输出高转速的技术效果。本实施例中用于联结第1级双转子电动机210的被动转子211和固定电动机110的主动转子112的，以及用于联结第2级双转子电动机220的主动转子222和第3级双转子电动机230的被动转子231的是联轴器910，该联轴器910还可以用离合器替换。

本发明第四实施例，如图5所示，所述多重级联输出特高转速的装置包括同轴设置的一台固定电动机110和四台双转子电动机210～240，以及双侧法兰盘级联器400、电机定位轴承架、滑环920和联轴器910，即M＝4。所述电机定位轴承架由联结在一起的定位轴承530和支架580构成，以及由联结在一起的定位轴承540和支架580构成。本实施例采用另一种电动机类型交替布设的方式，所述固定电动机110是外转子电动机；奇数级的第1、3级双转子电动机210、230采用内主动转子双转子电动机，偶数级的第2、4级双转子电动机220、240采用外主动转子的双转子电动机。因此，所述第4级双转子电动机230是本实施例最终输出转矩的双转子电动机，是其转轴联结被动转子241、其机壳联结主动转子242的外主动转子双转子电动机。各双转子电动机210~240都可以通过滑环获取电能。本实施例中的联轴器910和双侧法兰盘级联器400，以及包括定位轴承540和支架580的电机定位轴承架都根据本实施例的实际需要布设，此处不再赘述。本实施例中用于联结第1级双转子电动机210的主动转子212和第2级双转子电动机220的被动转子221的，以及用于联结第3级双转子电动机230的主动转子232和第4级双转子电动机240的被动转子241的是联轴器910，该联轴器910还可以用离合器替换。

本发明第五实施例，如图6和图7所示，所述多重级联输出特高转速的装置还包括具有柱面内壁的外壳600；所述固定电动机110是内转子电动机，其定子111借助支架114固定联结于所述外壳600的内壁上；在所述外壳600的内壁上还安装有至少M个定位支架610；所述定位支架610包括分别设置在外壳600内壁上的至少三个轴承架611，每个轴承架611上安装轴线平行于外壳600内壁中轴线的滚轮612；各所述定位支架610的所有轴承架611所在平面垂直于所述外壳600内壁的中轴线；所述各双转子电动机2a0的机壳被定位夹装在所述定位支架610的各滚轮612之间，并且各双转子电动机2a0能够在外壳600的内壁中旋转。本实施例采用同轴设置的一台固定电动机110和三台双转子电动机210～230，以及单侧法兰盘级联器300、3个定位支架610和滑环920，即M＝3。各电动机的级联结构与第一实施例相同。因此，第3级双转子电动机230是本实施例最终输出转矩的双转子电动机，是其机壳联结被动转子231、其转轴联结主动转子232的内主动转子双转子电动机。各双转子电动机210~230都可以通过滑环获取电能。该实施例适用牙钻和雕刻机。

对于各电动机不同轴布置的情况，如图8和图9所示，所述固定电动机110的轴线与所述各双转子电动机210，…，2M0各自的轴线互相平行但不同轴。

对于各电动机不同轴布置的情况，所述固定电动机110与第1级双转子电动机210，以及各双转子电动机210，…，2M0借助皮带和皮带轮实现级联；或者，所述固定电动机110与第1级双转子电动机210，以及各双转子电动机210，…，2M0借助齿轮实现级联。

本发明第六实施例，如图8所示，所述多重级联输出特高转速的装置包括同轴设置的一台固定电动机110和三台双转子电动机210～230，以及电机定位轴承架和滑环920即M＝3。所述电机定位轴承架由联结在一起的定位轴承540和支架580构成。所述固定电动机110是内转子电动机，固定安装在基座113上。所述各双转子电动机210～230都是内主动转子双转子电动机。因此，第3级双转子电动机230是本实施例最终输出转矩的双转子电动机，是其机壳联结被动转子231、其转轴联结主动转子232的内主动转子双转子电动机。各双转子电动机210~230都可以通过滑环获取电能。所述固定电动机110的转子112上设置有主动皮带轮891，第1级双转子电动机210的被动转子211上设置有从动皮带轮892，借助套在主动皮带轮891和从动皮带轮892上的皮带893实现固定电动机110与第1级双转子电动机210的级联联结。同样，所述第1、2级双转子电动机210、220的主动转子212、222上分别设置有主动皮带轮891，所述第2、3级双转子电动机220、230的被动转子221、231上分别设置有从动皮带轮892，借助套在主动皮带轮891和从动皮带轮892上的皮带893实现第1、2级双转子电动机210、220，第2、3级双转子电动机220、230之间的级联联结。

本发明第七实施例，如图9所示，所述多重级联输出特高转速的装置包括同轴设置的一台固定电动机110和三台双转子电动机210～230，以及电机定位轴承架和滑环920即M＝3。所述电机定位轴承架由联结在一起的定位轴承540和支架580构成。本实施例采用电动机类型交替布设方式，所述固定电动机110是内转子电动机，固定安装在基座113上；第1、3级双转子电动机210、230是外主动转子双转子电动机，第2级双转子电动机220是内主动转子双转子电动机。因此，第3级双转子电动机230是本实施例最终输出转矩的双转子电动机，是其转轴联结被动转子231、其机壳联结主动转子232的外主动转子双转子电动机。各双转子电动机210~230都可以通过滑环获取电能。所述固定电动机110的转子112上设置有主动齿轮881，第1级双转子电动机210的被动转子211上设置有从动齿轮883，借助啮合在主动齿轮881和从动齿轮883之间的传动齿轮882实现固定电动机110与第1级双转子电动机210的级联联结。同样，所述第1、2级双转子电动机210、220的主动转子212、222上分别设置有主动齿轮881，所述第2、3级双转子电动机220、230的被动转子221、231上分别设置有从动齿轮883，借助啮合在主动齿轮881和从动齿轮883之间的传动此乱882实现第1、2级双转子电动机210、220，第2、3级双转子电动机220、230之间的级联联结。

另一种所述转矩输出装置100的实现方式是，所述转矩输出装置100包括至少两台同轴固定电动机120，所述同轴固定电动机120包括定子121和转子122，各同轴固定电动机120的定子121都固定安装，各同轴固定电动机120的转子122级联联结，并且各自轴线在同一轴线上，输出级的同轴固定电动机120的转子122联结第1级双转子电动机210的被动转子211。本发明第八实施例，如图10所示，所述转矩输出装置100包括两台同轴固定电动机120，该两台同轴固定电动机借助联轴器910实现同轴级联联结。此种联结方式能够增大所述转矩输出装置100的输出转矩。所述两台同轴固定电动机120的定子121都分别固定在各自的基座123上；该两台同轴固定电动机120的转轴借助联轴器910联结，也可以采用离合器联结。因此，所述联轴器910或者离合器不仅仅适用于相邻双转子电动机之间，以及第1级双转子电动机与转矩输出装置100的输出轴之间的联结，还适于所有转轴与转轴的级联联结。输出级的同轴固定电动机120的转子122借助单侧法兰盘级联器联结第1级双转子电动机210。本实施例包括两台同轴级联联结的第1、2级双转子电动机210、220。因此，第2级双转子电动机220是本实施例最终输出转矩的双转子电动机，是其机壳联结被动转子221、其转轴联结主动转子222的内主动转子双转子电动机。各双转子电动机210~220都可以通过滑环获取电能。它们的联结及固定方式与第一实施例基本相同，此处不再赘述。

再一种所述转矩输出装置100的实现方式是，所述转矩输出装置100包括至少两台轴线平行固定电动机130，所述轴线平行固定电动机130包括定子131和转子132；所述各轴线平行固定电动机130和第1级双转子电动机210各自的轴线平行但不共线；所述轴线平行固定电动机130各自的定子131固定安装，并且所述轴线平行固定电动机130各自的转子132都级联联结所述第1级双转子电动机210的被动转子211。

本发明第九实施例，如图11和图12所示，所述转矩输出装置100包括三台轴线平行固定电动机130，所述轴线平行固定电动机130都是外转子电动机，它们的定子131借助基座133固定于一具有柱面内壁的外壳920的内壁上。所述多重级联输出特高转速的装置包括同轴设置的三台双转子电动机210～230，该三台双转子电动机210～230都是内主动转子双转子电动机。因此，第3级双转子电动机230是本实施例最终输出转矩的双转子电动机，是其机壳联结被动转子231、其转轴联结主动转子232的内主动转子双转子电动机。各双转子电动机210~230都可以通过滑环获取电能。第2、3级双转子电动机借助包括级联器轴承510和轴承支架560的电机定位轴承架可转动的固定安装于所述外壳920内壁上。所述轴线平行固定电动机130各自的转子132分别联结主动齿轮810，所述第1级双转子电动机210的被动转子211联结从动齿轮820；所有主动齿轮810都啮合所述从动齿轮820，从而所述轴线平行固定电动机130各自的转子132都级联联结所述第1级双转子电动机210的被动转子211。借助转矩输出装置100的三台轴线平行固定电动机可以增加该转矩输出装置100输出的初始转矩，以驱动较重的负载。

另外，所述轴线平行固定电动机130还可以采用皮带联结方式输出转矩至第1级双转子电动机。在所述轴线平行固定电动机130各自的转子132联结主动皮带轮，所述第1级双转子电动机210的被动转子211联结从动皮带轮；借助皮带，所有主动皮带轮共同驱动所述从动皮带轮，从而所述轴线平行固定电动机130各自的转子132都级联联结所述第1级双转子电动机210的被动转子211。

本发明并不仅限定所述转矩驱动装置是电动机或者电动机的组合，因此还有一种所述转矩输出装置的实现方式是，所述转矩输出装置100包括电动机、蒸汽涡轮冲压发动机、燃油发动机和燃气发动机。也就是说，所述转矩输出装置100还可以是将除电能外的其它能源转换为转动机械能的发动机，以及这种发动机与电动机的组合。总之，无论其内部组成合结构复杂还是简单，只要能够输出转矩的装置就是本发明所述转矩输出装置100，从而令所述多重级联输出特高转速的装置的输出转速达到更高的范围。

Claims

1.一种多重级联输出特高转速的方法，其特征在于包括如下步骤：

A.制造或者选取输出转速是n₀的转矩输出装置（100）；制造或者选取M台各自转速分别是n₁，…，n_M的无定子双转子电动机（210，…，2M0），M是自然数；所述双转子电动机（2a0）包括各自的被动转子（2a1）和主动转子（2a2），a＝1，…，M；

B.将所述双转子电动机（2a0）可转动地定位安装，并且各双转子电动机（2a0）以自身的主动转子（2a2）联结其下一级双转子电动机（2b0）的被动转子（2b1），b＝a+1；

C.固定安装所述转矩输出装置（100），并且令该转矩输出装置（100）输出转矩至第1级双转子电动机（210）的被动转子（211）；将第M级双转子电动机（2M0）的主动转子（2M2）作为所述装置的输出轴；从而，所述第1级双转子电动机（210）的被动转子（211）以所述转矩输出装置（100）输出转矩的转速n₀旋转，而该第1级双转子电动机（210）的主动转子（212）相对所述转矩输出装置（100）的转速是n₀＋n₁，以此类推，第M级双转子电动机（2M0）相对所述转矩输出装置（100）的叠加转速是n₀＋n₁＋…＋n_M。

2.一种多重级联输出特高转速的装置，其特征在于：

包括转速是n₀的转矩输出装置（100），以及M台各自转速分别是n₁，…，n_M的无定子双转子电动机（210，…，2M0），M是自然数；所述双转子电动机（2a0）包括各自的被动转子（2a1）和主动转子（2a2），a＝1，…，M；

所述双转子电动机（2a0）被可转动地定位安装，各双转子电动机（2a0）以自身的主动转子（2a2）联结其下一级双转子电动机（2b0）的被动转子（2b1），b＝a+1，并且所述转矩输出装置（100）输出转矩至第1级双转子电动机（210）的被动转子（211）；所述转矩输出装置（100）被安装固定；第M级双转子电动机（2M0）的主动转子（2M2）作为所述装置的输出轴。

3.根据权利要求2所述的多重级联输出特高转速的装置，其特征在于：

所述各双转子电动机（2a0）借助滑环（920）获取电能。

4.根据权利要求2所述的多重级联输出特高转速的装置，其特征在于：

所述转矩输出装置（100）是一台包括定子（111）和转子（112）的固定电动机（110），该固定电动机（110）的定子（111）被固定安装，转子（112）联结所述第1级双转子电动机（210）的被动转子（211）。

5.根据权利要求4所述的多重级联输出特高转速的装置，其特征在于：

所述固定电动机（110）的轴线和各双转子电动机（210，…，2M0）的轴线设置在同一轴线上。

6.根据权利要求5所述的多重级联输出特高转速的装置，其特征在于：

所述固定电动机（110）设置有机壳和转轴；所述固定电动机（110）包括其机壳联结所述定子（111）、其转轴联结所述转子（112）的内转子电动机，以及其转轴联结所述定子（111）、其机壳联结所述转子（112）的外转子电动机；

所述双转子电动机（2a0）各自设置有机壳和转轴；所述双转子电动机（2a0）包括其机壳联结所述被动转子（2a1）、其转轴联结所述的主动转子（2a2）的内主动转子双转子电动机，以及其转轴联结所述被动转子（2a1）、其机壳联结所述主动转子（2a2）的外主动转子双转子电动机。

7.根据权利要求5所述的多重级联输出特高转速的装置，其特征在于：

所述双转子电动机（2a0）各自设置有机壳和转轴；

各奇数级的双转子电动机（2c0）是其机壳联结被动转子（2c1）、其转轴联结主动转子（2c2）的内主动转子双转子电动机，c＝1，3，5，…，且c≤M；而各偶数级的双转子电动机（2d0）是其转轴联结被动转子（2d1）、其机壳联结主动转子（2d2）的外主动转子双转子电动机，d＝2，4，6，…，且d≤M；

或者，

各奇数级的双转子电动机（2c0）是其转轴联结被动转子（2c1）、其机壳联结主动转子（2c2）的外主动转子双转子电动机；而各偶数级的双转子电动机（2d0）是其机壳联结被动转子（2d1）、其转轴联结主动转子（2d2）的内主动转子双转子电动机。

8.根据权利要求6或者7所述的多重级联输出特高转速的装置，其特征在于：

还包括单侧法兰盘级联器（300）；该单侧法兰盘级联器（300）包括扁片圆柱体状的基座（310），至少两个设置于基座（310）周边沿轴向从该基座（310）一侧伸出的夹壁（320），以及设置于所述基座（310）中央沿轴向伸出的轴套（330）；所述夹壁（320）和轴套（330）分别设置在基座（310）的两侧；

所述单侧法兰盘状夹具（300）的轴套（330）用于联结所述固定电动机（110）和各双转子电动机（2a0）的转轴，所述夹壁（320）用于夹紧联结所述固定电动机（110）和各双转子电动机（2a0）的机壳，以实现相邻电动机之间的级联联结。

9.根据权利要求6或者7所述的多重级联输出特高转速的装置，其特征在于：

还包括双侧法兰盘级联器（400）；该双侧法兰盘级联器（400）包括扁片圆柱体状的基座（410），以及至少两个在基座（410）周边沿轴向从该基座（410）两侧伸出的夹壁（420）；

所述双侧法兰盘状夹具（400）借助夹壁（420）用于夹紧联结所述固定电动机（110）的机壳和第1级双转子电动机（210）机壳，或者夹紧联结相邻两双转子电动机（2a0、2b0）各自的机壳，以实现相邻电动机之间的级联联结。

10.根据权利要求8所述的多重级联输出特高转速的装置，其特征在于：

还包括套装在所述单侧法兰盘级联器（300）的轴套（330）上的级联器轴承（510），以及用于支撑所述级联器轴承（510）的轴承支架（560、590），借助联结在一起的级联器轴承（510）和轴承支架，令各双转子电动机（2a0）能够被可转动地安装。

11.根据权利要求2所述的多重级联输出特高转速的装置，其特征在于：

还包括用于联结相邻两双转子电动机（2a0、2b0）的转轴，以及联结第1级双转子电动机（210）转轴与转矩输出装置（110）输出转轴的联轴器（910）或者离合器。

12.根据权利要求6或者7所述的多重级联输出特高转速的装置，其特征在于：

还包括具有柱面内壁的外壳（600）；所述固定电动机（110）的定子（111）固定联结于所述外壳（600）的内壁上；

在所述外壳（600）的内壁上还安装有至少M个定位支架（610）；所述定位支架（610）包括分别设置在外壳（600）内壁上的至少三个轴承架（611），每个轴承架（611）上安装轴线平行于外壳（600）内壁中轴线的滚轮（612）；各所述定位支架（610）的所有轴承架（611）所在平面垂直于所述外壳（600）内壁的中轴线；

所述各双转子电动机（2a0）的机壳被定位夹装在所述定位支架（610）的各滚轮（612）之间，并且各双转子电动机（2a0）能够在外壳（600）的内壁中旋转。

13.根据权利要求4所述的多重级联输出特高转速的装置，其特征在于：

所述固定电动机（110）的轴线与所述各双转子电动机（210，…，2M0）各自的轴线互相平行但不同轴。

14.根据权利要求13所述的多重级联输出特高转速的装置，其特征在于：

所述固定电动机（110）与第1级双转子电动机（210），以及各双转子电动机（210，…，2M0）借助皮带和皮带轮实现级联。

15.根据权利要求13所述的多重级联输出特高转速的装置，其特征在于：

所述固定电动机（110）与第1级双转子电动机（210），以及各双转子电动机（210，…，2M0）借助齿轮实现级联。

16.根据权利要求2所述的多重级联输出特高转速的装置，其特征在于：

还包括至少M个电机定位轴承架，包括支架（560、570、580）和定位轴承（520、530、540）；所述支架（570、580）联结所述定位轴承（520、540），并且被固定安装，所述双转子电动机（2a0）的被定位安装在所述定位轴承架（520、540、550）内，令各双转子电动机（210，…，2M0）可转动地被固定。

17.根据权利要求2所述的多重级联输出特高转速的装置，其特征在于：

所述转矩输出装置（100）包括至少两台同轴固定电动机（120），所述同轴固定电动机（120）包括定子（121）和转子（122），各同轴固定电动机（120）的定子（121）都固定安装，各同轴固定电动机（120）的转子（122）级联联结，并且各自轴线在同一轴线上，输出级的同轴固定电动机（120）的转子（122）联结第1级双转子电动机（210）的被动转子（211）。

18.根据权利要求2所述的多重级联输出特高转速的装置，其特征在于：

所述转矩输出装置（100）包括至少两台轴线平行固定电动机（130），所述轴线平行固定电动机（130）包括定子（131）和转子（132）；所述各轴线平行固定电动机（130）和第1级双转子电动机（210）各自的轴线平行但不共线；

所述轴线平行固定电动机（130）各自的定子（131）固定安装，并且所述轴线平行固定电动机（130）各自的转子（132）都级联联结所述第1级双转子电动机（210）的被动转子（211）。

19.根据权利要求18所述的多重级联输出特高转速的装置，其特征在于：

在所述轴线平行固定电动机（130）各自的转子（132）分别联结主动齿轮（810），所述第1级双转子电动机（210）的被动转子（211）联结从动齿轮（820）；

所有主动齿轮（810）都啮合所述从动齿轮（820），从而所述轴线平行固定电动机（130）各自的转子（132）都级联联结所述第1级双转子电动机（210）的被动转子（211）。

20.根据权利要求18所述的多重级联输出特高转速的装置，其特征在于：

在所述轴线平行固定电动机（130）各自的转子（132）联结主动皮带轮，所述第1级双转子电动机（210）的被动转子（211）联结从动皮带轮；

借助皮带，所有主动皮带轮共同驱动所述从动皮带轮，从而所述轴线平行固定电动机（130）各自的转子（132）都级联联结所述第1级双转子电动机（210）的被动转子（211）。

21.根据权利要求2所述的多重级联输出特高转速的装置，其特征在于：

所述转矩输出装置（100）包括电动机、蒸汽涡轮冲压发动机、燃油发动机和燃气发动机。