CN102195422A - 一种多层连轴式外转子永磁无刷电动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多层连轴式外转子永磁无刷电动机，该电动机由两个以上电动机单体构成，各单体外转子连接于同一个转动轴，各单体的外转子是将偶数N个永磁体块对称且均衡地设置在转子圆筒状导磁体内壁，相邻永磁凸极的磁极性相异，各单体的定子是将N个励磁凸极对称且均衡地设置在定子座的外侧，相邻励磁凸极的磁极性相异，相邻励磁凸极径向中心线的夹角与相邻转子永磁凸极径向中心线的夹角相等，且定子励磁凸极的轴向尺寸与转子永磁凸极的轴向尺寸相同，各单体的转子永磁凸极位置、磁极性分布均相同、定子励磁凸极之间彼此呈磁隔离状态、且定子励磁凸极径向中心线之间存在角度差α。本发明电动机结构和控制都极其简单，转矩输出较大，尤其适用于电动工具。

Description

一种多层连轴式外转子永磁无刷电动机

技术领域

本发明涉及一种双凸极永磁电动机，尤其为一种新型结构的外转子永磁电动机。

背景技术

传统双凸极永磁电动机的定子励磁凸极数要多于转子永磁凸极数，这样才能保证电动机正常启动和运转。电动机转子和定子的凸极数越多，该电动机的直径也会随之会增加，随之体积、重量、成本增加，加上控制电路复杂影响可靠性的因素多等，使电机的应用范围受到一定的限制。尤其是对于一些常用的电动工具，由于要求电动机体积小、转矩高，所以难以将永磁电动机的优点在电动工具中得到广泛地应用。

发明内容

本发明目的是给出一种全新结构外转子永磁电动机，在不增加电动机直径的前提下，通过增设多层结构，提高电动机的转矩输出和功率。

为实现上述目的，本发明的技术方案是，该电动机由两个以上外转子永磁无刷电动机单体构成，各电动机单体外转子固定连接于该电动机的同一个转动轴；所述电动机单体的外转子由圆筒状导磁体与N(N为偶数)个永磁体块构成，永磁体块对称且均衡地设置在圆筒状导磁体内壁形成永磁凸极，相邻永磁凸极同一方向的磁极性相异，圆筒状导磁体经非导磁支架与转动轴固定连接；所述电动机单体的定子由定子座与N个励磁凸极构成，励磁凸极对称且均衡地设置在定子座的外围，励磁凸极由叠片铁芯和围绕其外围的励磁线圈构成，当励磁线圈中在同一电流方向时，相邻励磁凸极的磁极性相异，相邻励磁凸极径向中心线的夹角与同一电动机单体转子相邻永磁凸极径向中心线的夹角相等，且定子励磁凸极的轴向尺寸与转子永磁凸极的轴向尺寸相同，这里的励磁凸极“径向中心线”是指从电动机转动轴线出发，穿过定子励磁凸极圆弧段中心点的射线；所述各个电动机单体的转子上永磁凸极的设置位置、磁极性分布均相同，而各个电动机单体定子的励磁凸极之间彼此呈磁隔离状态，各个电动机单体定子的励磁凸极径向中心线之间存在角度差α。这里的α角度与单一电动机单体的步距角相关，还与电动机单体的个数相关。单一电动机单体的凸极数越多，步距角则越小，转动轴相连接的电动机单体的个数越多，α角度也越小。

本技术方案中，转子永磁凸极数与定子励磁凸极数相同，该电动机的启动状态可以从不同电动机单体的位置状态来确定，这样每个电动机单体可以做成定子励磁凸极数为两个，转子永磁凸极数也为两个的最简单电动机结构，本技术方案电动机直径减小的同时增加转矩。

在上述技术方案基础之上，本发明还给出了具体的外转子永磁无刷电动机结构。

结构一：

该电动机由两个电动机单体构成，每个电动机单体均由两个永磁凸极的外转子和两个励磁凸极的定子构成，且两个电动机单体外转子均与转动轴固定连接；

该电动机外转子由一个圆筒状导磁体和四个永磁体块构成，两个永磁体块设置在圆筒状导磁体两端内壁的上方，且这两个永磁体块处在同一条轴线上，这两个永磁体块的N极性凸极指向转动轴，另外两个永磁体块设置在圆筒状导磁体两端内壁的下方，且这两个永磁体块处在同一条轴线上，这两个永磁体块的S极性凸极指向转动轴，且与圆筒状导磁体两端内壁上方的N极性凸极相对；

一块非导磁的圆盘形连接板外缘与圆筒状导磁体中部内壁相固定，该圆盘形连接板中心与转动主轴固定，圆盘形连接板将圆筒状导磁体划分为两个空间；

该电动机定子由左端盖与左励磁凸极及右端盖与右励磁凸极构成，左励磁凸极和右励磁凸极构造相同，均是由“工”字形叠片铁芯和位于转轴两侧的围绕铁芯外围的两个励磁线圈构成，左励磁凸极形成两个磁凸极，右励磁凸极也形成两个磁凸极，左励磁凸极固定于左端盖的右侧面，右励磁凸极固定于右端盖的左侧面，左端盖和右端盖分别固定电动机壳体的左端和右端，使左励磁凸极处在外转子左端永磁体凸极旋转时所形成的旋转体面中，使右励磁凸极处在外转子右端永磁体凸极旋转时所形成的旋转体面中，且左励磁凸极的径向中心线与右励磁凸极的径向中心线之间存在角度差九十度，左励磁凸极和右励磁凸极之间呈磁隔离状态，左励磁凸极的两个励磁线圈串联或并联，右励磁凸极的两个励磁线圈串联或并联，再将左励磁凸极励磁线圈的两个输入端与右励磁凸极励磁线圈的两个输入端分别接至激励控制电源。

结构二：

该电动机由两个电动机单体构成，每个电动机单体均由四个永磁凸极的外转子和四个励磁凸极的定子构成，且两个电动机单体外转子均与转动轴固定连接；

该电动机外转子由一个圆筒状导磁体与八个永磁体块构成，两个永磁体块设置在圆筒状导磁体两端内壁的上方，且这两个永磁体块处在同一条轴线上，这两个永磁体块的S极性凸极指向转动轴，两个永磁体块设置在圆筒状导磁体两端内壁的下方，且这两个永磁体块处在同一条轴线上，这两个永磁体块的S极性凸极指向转动轴，两个永磁体块设置在圆筒状导磁体两端内壁的左方，且这两个永磁体块处在同一条轴线上，这两个永磁体块的N极性凸极指向转动轴，两个永磁体块设置在圆筒状导磁体两端内壁的右方，且这两个永磁体块处在同一条轴线上，这两个永磁体块的N极性凸极指向转动轴；

一块非导磁的圆盘形连接板外缘与圆筒状导磁体中部内壁相固定，该圆盘形连接板中心与转动轴固定，圆盘形连接板将圆筒状导磁体划分为两个空间；

该电动机定子由左端盖与左励磁凸极及右端盖与右励磁凸极构成，左励磁凸极和右励磁凸极构造相同，均是由“十”字状叠片铁芯和围绕其外围的四个励磁线圈构成，左励磁凸极和右励磁凸极各形成四个磁凸极，左励磁凸极固定于左端盖的右侧面，右励磁凸极固定于右端盖的左侧面，左端盖和右端盖分别固定电动机壳体的左端和右端，使左励磁凸极处在外转子左端永磁凸极旋转时所形成的旋转体面中，使右励磁凸极处在外转子右端永磁凸极旋转时所形成的旋转体面中，且左励磁凸极径向中心线与右励磁凸极径向中心线相差四十五度，左励磁凸极和右励磁凸极之间呈磁隔离状态，左励磁凸极的四个励磁线圈或串联或并联，合并为两个输入端，左励磁凸极的四个励磁线圈的绕制方向使得当励磁线圈通入同一方向激励电流时，会使得左励磁凸极的相邻凸极的磁极性相反，同样，右励磁凸极的四个励磁线圈或串联或并联，合并为两个输入端，右励磁凸极的四个励磁线圈的绕制方向使得当励磁线圈通入同一方向激励电流时，会使得右励磁凸极的相邻凸极的磁极性相反，左励磁凸极的励磁线圈两个输入端和右励磁凸极的励磁线圈两个输入端分别接至激励控制电源。

结构三：

该电动机由三个电动机单体构成，每个电动机单体均由四个永磁凸极的外转子和四个励磁凸极的定子构成，且三个电动机单体外转子均与转动轴固定连接；

该电动机外转子分为左、右两个部分，左部分外转子由一个圆筒状导磁体与八个永磁体块构成，两个永磁体块设置在圆筒状导磁体两端内壁的上方，且这两个永磁体块处在同一条轴线上，这两个永磁体块的S极性凸极指向转动轴，两个永磁体块设置在圆筒状导磁体两端内壁的下方，且这两个永磁体块处在同一条轴线上，这两个永磁体块的S极性凸极指向转动轴，两个永磁体块设置在圆筒状导磁体两端内壁的左方，且这两个永磁体块处在同一条轴线上，这两个永磁体块的N极性凸极指向转动轴，两个永磁体块设置在圆筒状导磁体两端内壁的右方，且这两个永磁体块处在同一条轴线上，这两个永磁体块的N极性凸极指向转动轴；右部分外转子由一个碗状导磁体与四个永磁体块构成，其中一个永磁体块设置在碗状导磁体内壁的上方，这块永磁体块的S极性凸极指向转动轴，其中一个永磁体块设置在碗状导磁体内壁的下方，这块永磁体块的S极凸出指向转动轴，其中一个永磁体块设置在碗状导磁体内壁的左方，这块永磁体块的N极性凸极指向转动轴，其中一个永磁体块设置在碗状导磁体内壁的右方，这块永磁体块的S极性凸极指向转动轴；

一块非导磁的圆盘形连接板外缘与圆筒状导磁体中部内壁相固定，该圆盘形连接板中心与转动轴固定，碗状导磁体的旋转轴中心处与转动轴固定连接；

该电动机定子由左端盖、定子座及左励磁凸极、中励磁凸极和右励磁凸极构成，左励磁凸极、中励磁凸极和右励磁凸极构造相同，均是由“十”字状叠片铁芯和围绕其外围的四个励磁线圈构成，左励磁凸极、中励磁凸极和右励磁凸极各形成四个磁凸极，左励磁凸极固定于左端盖的右侧面，中励磁凸极固定于定子座的左侧面，右励磁凸极固定于定子座的右侧面，左端盖与电动机壳体的左端固定连接，定子座与电动机壳体的右端固定连接，使左励磁凸极处在圆筒状导磁体左端永磁凸极旋转时所形成的旋转体面中，使中励磁凸极处在圆筒状导磁体右端永磁凸极旋转时所形成的旋转体面中，使右励磁凸极处在碗状导磁体内壁上永磁凸极旋转时所形成的旋转体面中，且使左励磁凸极径向中心线与中励磁凸极径向中心线之间相差三十度，右励磁凸极径向中心线与中励磁凸极径向中心线也相差三十度，而右励磁凸极径向中心线与左励磁凸极径向中心线则相差六十度，左励磁凸极、中励磁凸极和右励磁凸极三者之间彼此呈磁隔离状态，左励磁凸极的四个励磁线圈或串联或并联，合并为两个输入端，左励磁凸极的四个励磁线圈的绕制方向使得当励磁线圈通入同一方向激励电流时，会使得左励磁凸极的相邻凸极的磁极性相反，同样，中励磁凸极的四个励磁线圈或串联或并联，合并为两个输入端，中励磁凸极的四个励磁线圈的绕制方向使得当励磁线圈通入同一方向激励电流时，会使得中励磁凸极的相邻凸极的磁极性相反，同样，右励磁凸极的四个励磁线圈或串联或并联，合并为两个输入端，右励磁凸极的四个励磁线圈的绕制方向使得当励磁线圈通入同一方向激励电流时，会使得右励磁凸极的相邻凸极的磁极性相反，左励磁凸极的励磁线圈两个输入端和中励磁凸极的励磁线圈的两个输入端以及右励磁凸极的励磁线圈两个输入端分别接至激励控制电源。

本发明的优点是：

1)创新了传统永磁双凸极电动机结构，突破了传统双凸极永磁电动机定子凸极数与转子凸极数的严格且无法改变的极数对应关系，从而大大简化了永磁双凸极电动机的结构和控制电路，同时，多层电动机单体轴向连接的结构，一方面保证了电动机启动运行状态的稳定，另一方面大大提高了电动机的输出转矩，尤其适用于对电动机直径、体积、重量有严格要求的电动工具。

2)在电机线圈中不通电流时有自锁效果。

3)控制结构极其简单和无刷电机的结构可以改变传统电动工具使用的整流子电机所存在的效率低、火花大、故障率高、安全性差的弊端。

附图说明

图1是本发明实施例一的结构剖视图。

图2是图1的A-A剖面图。

图3是图1的B-B剖面图。

图4是本发明实施例二的结构剖视图。

图5是图4的C-C剖面图。

图6是图4的D-D剖面图。

图7是本发明实施例三的结构剖视图。

图8是图7的E-E剖面图。

图9是图7的F-F剖面图。

图10是图7的G-G剖面图。

以上附图中，11是电动机护罩，12是永磁体凸极，13是定子励磁凸极，14是励磁线圈，15是圆筒状导磁体，16是圆盘形连接板，17是右端盖，18是定子座，19是转动轴，20是左端盖，21是永磁体凸极，22是电动机护罩，23是圆筒状导磁体，24是圆盘形连接板，25是定子励磁凸极，26是励磁线圈，27是转动轴，28是右端盖，29是轴承，30是左端盖，40是左端盖，41是电动机圆筒状护罩，42是转子永磁凸极，43是定子励磁凸极，44是励磁线圈，45是圆筒状导磁体，46是圆盘形连接板，47是转子永磁凸极，48是定子座，49是碗状导磁体，50是电动机碗状护罩，51是转子永磁凸极，52是转动轴。

具体实施方式

实施例一：

本实施例由两个电动机单体转动轴轴向连接所构成，而每个电动机单体又是由两个“工”字形励磁凸极的定子与两个永磁凸极的外转子构成。如附图1所示。

本实施例中，外转子采用了一体化简易结构，即将两个电动机单体外转子永磁凸极固定在同一个圆筒状导磁体内壁。圆筒状导磁体15的中部与非导磁圆盘状连接板16固定连接，非导磁圆盘状连接板16与电动机转动轴19固定连接，圆筒状导磁体15被非导磁圆盘状连接板划分为两个空腔，圆筒状导磁体15左端的正上方固定有永磁体块12，该永磁体块12的N凸极指向转动轴，圆筒状导磁体16左端的正下方固定有永磁体块，该永磁体块的S凸极指向转动轴，圆筒状导磁体右端的正上方也固定有永磁体块，该永磁体块的N凸极指向转动轴，正下方也固定有永磁体块，该永磁体块的S凸极指向转动轴。圆筒状导磁体左、右两端同一方位同极性永磁凸极位于同一条轴线。左定子励磁凸极固定在左端盖20的右侧面，左定子励磁凸极由“工”字形叠片铁芯形成两个凸极，励磁线圈14绕于该叠片铁芯外围，励磁线圈的绕制方向在线圈同一电流方向时，使得该定子励磁凸极的一个凸极呈现N极时，另一个凸极则呈现S极。右定子励磁凸极固定于右侧端盖17的左侧面，右侧定子励磁凸极的形状和构造与左侧定子励磁凸极的形状和构造相同。当左端盖20和右端盖17与电动机护罩11两端固定，左、右两侧定子励磁凸极在轴向的位置与圆筒状导磁体上永磁凸极轴向位置严格一致，即当两侧各电动机单体的定子励磁凸极与转子永磁凸极对齐，几乎所有的磁力线都穿过定子励磁凸极与转子永磁凸极间的气隙。形成一个最短闭合磁回路，左定子励磁凸极与右定子励磁凸极的唯一区别在于，左定子励磁凸极径向中心线与右定子励磁凸极径向中心线之间存在九十度夹角，这个九十度的α夹角是组装电动机时就固定形成的。如附图2、3所示。

根据电磁学“同性相斥异性相吸”基本原理以及双凸极开关磁阻电机所遵循的“磁阻最小原理”规律，当本实施例电动机外转子旋转过程中，左侧电动机单体中的外转子永磁凸极与定子“工”字形励磁凸极正对，如附图2所示，转子永磁凸极与定子励磁凸极之间形成了闭合的最短磁路状态，此时关断左侧电动机单体中定子励磁线圈电流，使转子永磁凸极与定子励磁凸极之间的相互作用力消失，由于右侧电动机单体中定子励磁凸极与转子永磁凸极之间存在着作用力和旋转转子自身惯性，会使左侧转子凸极继续沿旋转方向旋转，并与左侧定子凸极产生错位、偏移，此刻，再向左侧电动机单体的定子励磁线圈中输入相反方向电流，使得左侧电动机单体定子上方凸极为N极，定子下方凸极为S极，这样完成了一次定子凸极励磁线圈的换向过程，根据同性磁极相互排斥的定律，左侧电动机单体定子凸极就开始排斥其附近外转子同磁极性的永磁凸极，形成对外转子的作用力，即左侧电动机单体外转子的两个永磁凸极受到了左侧定子励磁凸极“前拉后推”的双重作用力。在左侧电动机单体经历上述变化过程，右侧电动机单体在设定电流方向下正处在如附图3所示的位置状态，右侧电动机单体定子励磁凸极正对外转子永磁凸极产生“推前拉后”作用力，如定子右端的N凸极既对其前方的转子N凸极产生推力，同时右端的N凸极还对其后方转子S凸极产生拉力，同理，定子左端的S凸极同样对转子凸极产生“推前拉后”的作用力，这样，在定子励磁线圈通入相应的激励电流时，就会对转子凸极产生旋转力矩，迫使转子沿逆时针方向旋转。同轴固定的左侧电动机单体和右侧电动机单体持续交替形成旋转力矩，反映到电动机转动轴上，形成的两个电动机的复合转矩，从而在输出转动轴上就能获得一个连续稳定高效的转矩输出。

本实施例中，在左侧电动机单体的定子和转子相应位置上安装位置传感器，该位置传感器控制左侧定子励磁线圈的电流方向，而在右侧电动机单体的定子和转子相应位置上安装位置传感器，该位置传感器控制右侧定子励磁线圈的电流方向。由于左侧定子励磁凸极和右侧励磁凸极是错位设置的，所以当左侧电动机单体处在作用力为零的位置处，右侧电动机单体则正处在旋转作用力较大的位置处，又由于两侧电动机单体的外转子是同轴固定连接于转动轴的，右侧电动机单体的作用力使左侧电动机单体能顺利通过“零作用点”，进入作用力逐渐增大的状态。左、右两侧电动机单体中定子励磁凸极交替作用于外转子永磁凸极，从而使转子能持续稳定的旋转，形成转矩输出，改变通入励磁线圈激励电流的导通角度，即可以调整电机的转速。

实施例二：

本实施例同样由两个电动机单体转动轴轴向连接所构成，每个电动机单体又是由四个励磁凸极的定子与四个永磁凸极的外转子构成。如附图4所示。

本实施例中，外转子采用了一体化简易结构，即将两个电动机单体外转子永磁凸极固定在同一个圆筒状导磁体内壁。圆筒状导磁体23的中部与非导磁圆盘状连接板24固定连接，非导磁圆盘状连接板24与电动机转动轴27固定连接，圆筒状导磁体23被非导磁圆盘状连接板24划分为两个空腔，如附图5所示，圆筒状导磁体23左端的正上方和正下方分别固定有永磁体块，这两个永磁体块的S凸极指向转动轴，圆筒状导磁体23左端的正下方固定有永磁体块，该永磁体块的S凸极指向转动轴，圆筒状导磁体正左方和正右方分别固定有永磁体块，这两个永磁体块的N凸极均指向转动轴。左侧定子励磁凸极固定在左端盖30的右侧面，左侧定子励磁凸极和右侧励磁凸极都是由“十”字形叠片铁芯形成四个凸极，励磁线圈绕于该叠片铁芯四个凸极的外围，励磁线圈的绕制方向应符合当励磁线圈通入同一方向电流时，会使得定子励磁凸极的四个凸极相邻两个凸极呈现磁极性相异。右侧定子励磁凸极固定于右侧端盖28的左侧面，右侧定子励磁凸极的形状和构造与左侧定子励磁凸极的形状和构造相同。左侧定子励磁凸极与右侧定子励磁凸极的唯一区别在于，组装本实施例电动机时，要使左侧定子励磁凸极径向中心线与右侧定子励磁凸极径向中心线之间存在α角度，即相差四十五度的夹角。如附图5、6所示。

附图6中，在转子旋转过程中，右侧电动机单体中的转子永磁凸极与定子励磁凸极之间已经形成了闭合最短磁路状态，此时关断右侧电动机单体的定子励磁线圈电流，使转子永磁凸极与定子励磁凸极之间的相互作用力消失，由于此刻左侧电动机单体中转子凸极与定子凸极之间处于较大作用力位置(参见附图5)以及由于旋转着转子的惯性，会使右侧转子凸极向旋转方向旋转，与定子凸极产生错位、偏移，此刻，位置传感器输出信号，并控制激励电源，使右侧定子励磁线圈上输入电流方向改变，使得定子上方凸极和下方凸极均为S极，同时使定子左方和右方凸极均为N极，这样完成了一次励磁线圈的换向过程。根据同性相斥的原理，右侧电动机单体定子四个励磁凸极就开始排斥转子永磁凸极，形成对转子的推力，同时还对转子上异性永磁凸极产生拉力。当右侧电动机单体经历上述变化过程，左侧电动机单体正处在如附图5所示的位置状态，在设定励磁电流方向的状态下，定子励磁凸极正处于对转子永磁凸极产生“推前拉后”作用力，即“推远”转子上的前方同性磁凸极，“拉近”转子上的后方异性磁凸极。这样，在定子励磁线圈通入相应的激励电流时，就会对转子凸极产生旋转力矩，迫使转子沿逆时针方向旋转。同轴固定的左侧电动机单体和右侧电动机单体持续交替形成旋转力矩，在转动轴上形成两个电机的旋转复合力矩，从而反映到电动机转动轴上，就能获得一个稳定高效连续的转矩输出。

本实施例中，在定子和转子相应位置上安装位置传感器，位置传感器控制左侧定子励磁线圈和右侧定子励磁线圈及时改变激励电流方向。由于左、右两侧电动机单体的励磁凸极是错位设置的，所以当左侧电动机单体处在作用力为零的位置处，右侧电动机单体则正处在作用力最大的位置，右侧电动机单体的作用力使左侧电动机单体能顺利通过“零作用点”，进入作用力逐渐增大的状态。左、右两侧电动机单体中定子励磁凸极交替作用于转子凸极，从而使转子能持续稳定的旋转，形成转矩输出。

由于本实施例中定子采用了四个励磁凸极结构，可获得更大和更加平稳的转矩输出，改变通入励磁线圈激励电流的导通角即可以调整电机的转速。

实施例三：

本实施例由三个电动机单体转动轴轴向连接所构成，每个电动机单体又是由四个励磁凸极的定子与四个永磁凸极的外转子构成。本实施例结构特点，是在上述实施例二基础之上，再增加一个电动机单体，形成三层结构的外转子永磁电动机，其结构剖视如附图7所示。

圆筒状导磁体45通过圆盘形连接板46与转动轴52固定连接，八个永磁体块分为两组，分别对称均衡地固定在圆筒状导磁体45两端内壁的上、下、左、右方，(参见附图8)。左侧定子励磁凸极43固定在左端盖40的右侧面，中间定子励磁凸极固定在定子座48的左侧面，定子座48还起到了右端盖的作用，右侧定子励磁凸极固定在定子座48的左侧面，四个永磁体块51分别对称均衡地固定在碗状导磁体49内壁的上、下、左、右方(参见附图10)，且与圆筒状导磁体上所固定永磁体块的位置、磁极性均一致。碗状导磁体49与转动轴52固定连接。左、中、右三个定子励磁凸极与左、中、右三个转子永磁凸极轴向空间位置严格对齐，以减少漏磁。

本实施例中，左侧定子励磁凸极径向中心线与中间定子励磁凸极径向中心线之间存在三十度的夹角，即α角度(参见附图8和附图9)，而右侧定子励磁凸极径向中心线与左侧定子励磁凸极径向中心线之间存在六十度的夹角，2α角度，右侧定子励磁凸极径向中心线与中间定子励磁凸极径向中心线之间存在三十度的夹角，即α(参见附图8、附图9和附图10)，三个电动机单体中定子励磁凸极径向中心线相互之间依次存在有三十度的夹角，这是组装电动机时就形成并固定的。

本实施例中定子励磁凸极与转子凸极的作用关系同实施例二，只是通过增加一层电动机单体，这使得单一电动机单体“四对四”结构的九十度步距角被细分为三十度，从而达到了电动机运转更平稳，输出转矩更大的设计目的。

本实施例中，各层电动机单体分别设置有位置传感器，各层的位置传感器分别设置在对应于各层的定子与转子磁凸极相对齐时的位置上。即当某层电动机单体中有定子凸极与转子凸极对齐时，该层位置传感器则输出信号，激励控制电源采集到各层位置传感器的位置状态、转速以及旋转方向等参数信号，分别闭环控制各层电动机单体的激励电流方向及运转状态。

Claims (5)

1.一种多层连轴式外转子永磁无刷电动机，其构成包括有外转子、定子、转动轴和电动机壳体，其特征在于：

该电动机由两个以上外转子永磁无刷电动机单体构成，各电动机单体外转子固定连接于该电动机的同一个转动轴；

所述电动机单体的外转子由圆筒状导磁体与N(N为偶数)个永磁体块构成，永磁体块对称且均衡地设置在圆筒状导磁体内壁形成永磁凸极，相邻永磁凸极同一方向的磁极性相异，圆筒状导磁体经非导磁支架与转动轴固定连接，

所述电动机单体的定子由定子座与N个励磁凸极构成，励磁凸极对称且均衡地设置在定子座的外围，励磁凸极由叠片铁芯和围绕其外围的励磁线圈构成，当励磁线圈中在同一电流方向时，相邻励磁凸极的磁极性相异，相邻励磁凸极径向中心线的夹角与同一电动机单体转子相邻永磁凸极径向中心线的夹角相等，且定子励磁凸极的轴向尺寸与转子永磁凸极的轴向尺寸相同；

所述各个电动机单体的转子上永磁凸极的设置位置、磁极性分布均相同，而各个电动机单体定子的励磁凸极之间彼此呈磁隔离状态，各个电动机单体定子的励磁凸极径向中心线之间存在角度差α。

2.根据权利要求1所述的一种多层连轴式外转子永磁无刷电动机，其特征在于：

该电动机由两个电动机单体构成，每个电动机单体均由两个永磁凸极的外转子和两个励磁凸极的定子构成，且两个电动机单体外转子均与转动轴固定连接；

该电动机外转子由一个圆筒状导磁体和四个永磁体块构成，两个永磁体块设置在圆筒状导磁体两端内壁的上方，且这两个永磁体块处在同一条轴线上，这两个永磁体块的N极性凸极指向转动轴，另外两个永磁体块设置在圆筒状导磁体两端内壁的下方，且这两个永磁体块处在同一条轴线上，这两个永磁体块的S极性凸极指向转动轴，且与圆筒状导磁体两端内壁上方的N极性凸极相对；

一块非导磁的圆盘形连接板外缘与圆筒状导磁体中部内壁相固定，该圆盘形连接板中心与转动主轴固定，圆盘形连接板将圆筒状导磁体划分为两个空间；

该电动机定子由左端盖与左励磁凸极及右端盖与右励磁凸极构成，左励磁凸极和右励磁凸极构造相同，均是由“工”字形叠片铁芯和位于转轴两侧的围绕铁芯外围的两个励磁线圈构成，左励磁凸极形成两个磁凸极，右励磁凸极也形成两个磁凸极，左励磁凸极固定于左端盖的右侧面，右励磁凸极固定于右端盖的左侧面，左端盖和右端盖分别固定电动机壳体的左端和右端，使左励磁凸极处在外转子左端永磁体凸极旋转时所形成的旋转体面中，使右励磁凸极处在外转子右端永磁体凸极旋转时所形成的旋转体面中，且左励磁凸极的径向中心线与右励磁凸极的径向中心线之间存在角度差九十度，左励磁凸极和右励磁凸极之间呈磁隔离状态，左励磁凸极的两个励磁线圈串联或并联，右励磁凸极的两个励磁线圈串联或并联，再将左励磁凸极励磁线圈的两个输入端与右励磁凸极励磁线圈两个输入端分别接至激励控制电源。

3.根据权利要求1所述的一种多层连轴式外转子永磁无刷电动机，其特征在于：

该电动机由两个电动机单体构成，每个电动机单体均由四个永磁凸极的外转子和四个励磁凸极的定子构成，且两个电动机单体外转子均与转动轴固定连接；

该电动机外转子由一个圆筒状导磁体与八个永磁体块构成，两个永磁体块设置在圆筒状导磁体两端内壁的上方，且这两个永磁体块处在同一条轴线上，这两个永磁体块的S极性凸极指向转动轴，两个永磁体块设置在圆筒状导磁体两端内壁的下方，且这两个永磁体块处在同一条轴线上，这两个永磁体块的S极性凸极指向转动轴，两个永磁体块设置在圆筒状导磁体两端内壁的左方，且这两个永磁体块处在同一条轴线上，这两个永磁体块的N极性凸极指向转动轴，两个永磁体块设置在圆筒状导磁体两端内壁的右方，且这两个永磁体块处在同一条轴线上，这两个永磁体块的N极性凸极指向转动轴；

一块非导磁的圆盘形连接板外缘与圆筒状导磁体中部内壁相固定，该圆盘形连接板中心与转动轴固定，圆盘形连接板将圆筒状导磁体划分为两个空间；

该电动机定子由左端盖与左励磁凸极及右端盖与右励磁凸极构成，左励磁凸极和右励磁凸极构造相同，均是由“十”字状叠片铁芯和围绕其外围的四个励磁线圈构成，左励磁凸极和右励磁凸极各形成四个磁凸极，左励磁凸极固定于左端盖的右侧面，右励磁凸极固定于右端盖的左侧面，左端盖和右端盖分别固定电动机壳体的左端和右端，使左励磁凸极处在外转子左端永磁凸极旋转时所形成的旋转体面中，使右励磁凸极处在外转子右端永磁凸极旋转时所形成的旋转体面中，且左励磁凸极径向中心线与右励磁凸极径向中心线相差四十五度，左励磁凸极和右励磁凸极之间呈磁隔离状态，左励磁凸极的四个励磁线圈或串联或并联，合并为两个输入端，左励磁凸极的四个励磁线圈的绕制方向使得当励磁线圈通入同一方向激励电流时，会使得左励磁凸极的相邻凸极的磁极性相反，同样，右励磁凸极的四个励磁线圈或串联或并联，合并为两个输入端，右励磁凸极的四个励磁线圈的绕制方向使得当励磁线圈通入同一方向激励电流时，会使得右励磁凸极的相邻凸极的磁极性相反，左励磁凸极的励磁线圈两个输入端和右励磁凸极的励磁线圈两个输入端分别接至激励控制电源。

4.根据权利要求1所述的一种多层连轴式外转子永磁无刷电动机，其特征在于：

该电动机由三个电动机单体构成，每个电动机单体均由四个永磁凸极的外转子和四个励磁凸极的定子构成，且三个电动机单体外转子均与转动轴固定连接；

该电动机外转子分为左、右两个部分，左部分外转子由一个圆筒状导磁体与八个永磁体块构成，两个永磁体块设置在圆筒状导磁体两端内壁的上方，且这两个永磁体块处在同一条轴线上，这两个永磁体块的S极性凸极指向转动轴，两个永磁体块设置在圆筒状导磁体两端内壁的下方，且这两个永磁体块处在同一条轴线上，这两个永磁体块的S极性凸极指向转动轴，两个永磁体块设置在圆筒状导磁体两端内壁的左方，且这两个永磁体块处在同一条轴线上，这两个永磁体块的N极性凸极指向转动轴，两个永磁体块设置在圆筒状导磁体两端内壁的右方，且这两个永磁体块处在同一条轴线上，这两个永磁体块的N极性凸极指向转动轴；右部分外转子由一个碗状导磁体与四个永磁体块构成，其中一个永磁体块设置在碗状导磁体内壁的上方，这块永磁体块的S极性凸极指向转动轴，其中一个永磁体块设置在碗状导磁体内壁的下方，这块永磁体块的S极凸出指向转动轴，其中一个永磁体块设置在碗状导磁体内壁的左方，这块永磁体块的N极性凸极指向转动轴，其中一个永磁体块设置在碗状导磁体内壁的右方，这块永磁体块的S极性凸极指向转动轴；

一块非导磁的圆盘形连接板外缘与圆筒状导磁体中部内壁相固定，该圆盘形连接板中心与转动轴固定，碗状导磁体的旋转轴中心处与转动轴固定连接；

该电动机定子由左端盖、定子座及左励磁凸极、中励磁凸极和右励磁凸极构成，左励磁凸极、中励磁凸极和右励磁凸极构造相同，均是由“十”字状叠片铁芯和围绕其外围的四个励磁线圈构成，左励磁凸极、中励磁凸极和右励磁凸极各形成四个磁凸极，左励磁凸极固定于左端盖的右侧面，中励磁凸极固定于定子座的左侧面，右励磁凸极固定于定子座的右侧面，左端盖与电动机壳体的左端固定连接，定子座与电动机壳体的右端固定连接，使左励磁凸极处在圆筒状导磁体左端永磁凸极旋转时所形成的旋转体面中，使中励磁凸极处在圆筒状导磁体右端永磁凸极旋转时所形成的旋转体面中，使右励磁凸极处在碗状导磁体内壁上永磁凸极旋转时所形成的旋转体面中，且使左励磁凸极径向中心线与中励磁凸极径向中心线之间相差三十度，右励磁凸极径向中心线与中励磁凸极径向中心线也相差三十度，而右励磁凸极径向中心线与左励磁凸极径向中心线则相差六十度，左励磁凸极、中励磁凸极和右励磁凸极三者之间彼此呈磁隔离状态，左励磁凸极的四个励磁线圈或串联或并联，合并为两个输入端，左励磁凸极的四个励磁线圈的绕制方向使得当励磁线圈通入同一方向激励电流时，会使得左励磁凸极的相邻凸极的磁极性相反，同样，中励磁凸极的四个励磁线圈或串联或并联，合并为两个输入端，中励磁凸极的四个励磁线圈的绕制方向使得当励磁线圈通入同一方向激励电流时，会使得中励磁凸极的相邻凸极的磁极性相反，同样，右励磁凸极的四个励磁线圈或串联或并联，合并为两个输入端，右励磁凸极的四个励磁线圈的绕制方向使得当励磁线圈通入同一方向激励电流时，会使得右励磁凸极的相邻凸极的磁极性相反，左励磁凸极的励磁线圈两个输入端和中励磁凸极的励磁线圈的两个输入端以及右励磁凸极的励磁线圈两个输入端分别接至激励控制电源。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的一种多层连轴式外转子永磁无刷电动机，其特征在于：所述各个电动机单体的定子上和外转子上设置有位置传感器，各个位置传感器分别设置在对应于各个电动机单体的定子励磁凸极与转子永磁凸极相对齐时的位置上。

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