CN109245469A - 一种高效电机及其模具和组装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效电机及其模具和组装方法，高效电机包括外壳、阶梯轴、定子总成以及转子总成。阶梯轴与外壳同轴设置，并转动安装在外壳内。定子总成设置在外壳内并相对外壳固定，阶梯轴穿过定子总成且相对定子总成转动。转子总成包括两个转子,且两个转子均安装在同一个阶梯轴上。两个转子分别与定子总成隔开一段间隙，并跟随阶梯轴相对定子总成转动。两个转子均具有永磁结构，定子总成具有电磁结构，且电磁结构通电后产生驱动两个转子同向转动的磁场。本发明可以让定子上面的电磁铁供电时每时每刻都能充分的利用磁能，将转化而成的机械能集中于一个输出轴上，实现对电能的超高效利用，从而提高了能源的转化率，节能高效。

Description

一种高效电机及其模具和组装方法

技术领域

本发明涉及电机设备技术领域的一种电机，尤其涉及一种高效电机及其模具和组装方法。

背景技术

电机转子上面的励磁绕组相当于一个个独立的电磁铁，电动机的本质是通过电磁铁与另外一个电磁铁或永磁铁的相互作用而旋转的，通过实验发现电磁铁的磁能是无法在铁芯中实现远距离串联的，简而言之转子上面的相邻的两个电磁铁在做功时无法将磁能串联在一起，此时转子上面的每个电磁铁只有一个级靴能对转子上面的永磁铁产生引力和斥力，而另外一个级靴的磁能处于闲置状态，相当于大约有一半的能量没有得到充分的利用，这样的电动机在实际运用过程中，电机的实际转化效率只有理论上的百分之五十左右。

因此，现有的电动机，其电能转换为机械能的实际转化效率比较低，理论上可能达到70-90％，实际上50％都不到。为了提升电动机的实际转化效率，一般的方式，如波浪电动机通过设置两个输出轴提高实际转化效率，然而其生产制造工艺复杂，间接地增加生产制造成本，同时它作为电动机使用时两个输出轴无法实现对机械能的集中利用。因此，需要设计一种高效电机，以提高实际转化效率。

发明内容

针对现有技术的问题，本发明提供一种高效电机及其模具和组装方法，以缓解现有的电机中电能转换为机械能的实际转化效率比较低的问题。

本发明采用以下技术方案实现：一种高效电机，其包括：

外壳；

阶梯轴，其与外壳同轴设置，并转动安装在外壳内；

定子总成，其设置在外壳内并相对外壳同轴固定；阶梯轴穿过所述定子总成且相对所述定子总成转动；以及

转子总成，其包括两个转子,且两个转子均安装在阶梯轴上；两个转子分别与所述定子总成隔开一段间隙，并跟随阶梯轴相对所述定子总成转动；

其中，两个转子均具有永磁结构，所述定子总成具有电磁结构，且所述电磁结构通电后产生驱动两个转子同向转动的磁场。

作为上述方案的进一步改进，两个转子平行设置且分别与所述定子总成的两端隔开所述间隙，两个转子的永磁结构具有相反的磁场；

所述定子总成包括圆筒一、套在圆筒一外的圆筒二、两端分别插在圆筒一和圆筒二上的至少一个定位件；

其中，所述电磁结构固定在圆筒一与圆筒二之间，圆筒二同轴固定在外壳的内壁上。

进一步地，所述电磁结构包括环绕圆筒一设置的多个硅钢片定子；每个定子包括绕线芯和环绕绕线芯设置的绕组；绕线芯与圆筒一平行设置且相对固定；

其中，绕线芯由多个硅钢片叠压制成，且每个硅钢片呈工字形。

再进一步地，绕线芯包括绕线板和分别设置在绕线板两端上的两个级靴；其中：

级靴具有与绕线板垂直的等腰梯形面，且所述等腰梯形面的上底靠近圆筒一；位于所有绕线板同一端上的等腰梯形面的上底均等间距环绕圆筒一设置；

或，

级靴具有与绕线板垂直的矩形面，且所有硅钢片的尺寸均相同。

再进一步地，所述永磁结构包括磁环以及与磁环同轴设置的圆盘，且磁环与所述定子总成之间具有所述间隙；圆盘同轴套在阶梯轴上，且随阶梯轴转动；两个磁环具有相反的磁场，且磁环的充磁方向为磁环的轴向；磁环安装在圆盘靠近所述定子总成的一面上。

作为上述方案的进一步改进，所述定子总成和两个转子均同轴设置；转子的充磁方向为阶梯轴的径向；

所述电磁结构包括绕线架和绕组；绕线架设置在两个转子之间，且具有径向设置的多个绕线柱；所述绕组同向缠绕在绕线柱上，且通电后产生驱动两个转子同向转动的磁场。

进一步地，所述永磁结构为磁环；

磁环具有依次相连的多块扇形磁铁，且多块扇形磁铁一体成型以构成磁环，其中位于内侧的磁环所具有的每个磁铁与位于外侧的磁环所具有的其中一个磁铁相对设置；在一个磁环中，相邻的两块磁铁的内侧面具有相反的磁极；在两个磁环中，相对设置的两个磁铁的相对面具有相反的磁极。

再进一步地，位于外侧的转子还具有固定盘，且对应的磁环同轴设置在对应的固定盘上；位于内侧的转子还具有固定架，且对应的磁环同轴套在固定架上；

其中，固定盘与固定架均同轴安装在阶梯轴上。

本发明还提供一种预制定子总成的模具，其应用于上述的高效电机中，并用于预制所述高效电机的定子总成，所述模具包括：

套筒，其具有容纳所述定子总成的空间；

与套筒同轴设置的上盖，其安装在套筒的一端上；以及

与上盖同轴设置的下盖，其安装在套筒的另一端上；

其中，上盖和下盖上均具有用于限制所述定子总成转动的限位结构。

本发明还提供一种高效电机的组装方法，其应用于上述任意一种高效电机中，且通过上述模具以组装所述高效电机；

所述组装方法包括：

通过下盖的限位结构，将所述定子总成依次穿过套筒，限位在下盖上；在套筒上安装上盖，通过上盖的限位结构，将所述定子总成限位在上盖上；

通过所述模具上开设的模具孔，将固化剂填入套筒中，且待固化剂固化后，拆卸所述组装模组，以得到组装完成的所述定子总成；

将所述定子总成、所述转子总成和阶梯轴安装在外壳内。

本发明的高效电机及其模具和组装方法，高效电机的定子总成驱动转子总成的两个转子转动，同时两个独立的转子安装在同一个阶梯轴上，可以让定子上面的电磁铁供电时每时每刻都能充分的利用磁能，将转化而成的机械能集中于一个输出轴上，同时利用该电动机的逆向原理制作的发电机转化效率也能得到大幅度提升，实现对电能的超高效利用，从而提高了能源的转化率，节能高效。

附图说明

图1为本发明实施例1的高效电机从一个视角观察时的立体示意图；

图2为图1中的高效电机的外壳的立体示意图；

图3为图1中的高效电机的端盖的立体示意图；

图4为图1中的高效电机的阶梯轴与两转子的安装示意图；

图5为图1中的高效电机的转子总成的转子的立体示意图；

图6为图1中的高效电机的定子总成的立体示意图；

图7为图6中的定子总成的圆筒二的立体示意图；

图8为图6中的定子总成的定子的立体示意图；

图9为图6中的定子总成的圆筒一的立体示意图；

图10为本发明实施例2的高效电机从一个视角观察时的立体示意图；

图11为图10中的高效电机从另一个视角观察时的立体示意图；

图12为图10中的高效电机的端盖的立体示意图；

图13为图10中的高效电机的外壳的立体示意图；

图14为图10中的高效电机的阶梯轴的立体示意图；

图15为图10中的高效电机的定子总成和转子总成的立体示意图；

图16为图15中的定子总成的拆分图；

图17为图16中的定子总成的绕线架的立体示意图；

图18为图15中的转子总成的两个转子以及阶梯轴的立体示意图；

图19为图10中的高效电机的转子总成的固定架的立体示意图；

图20为本发明实施例2的高效电机的原理图；

图21为本发明实施例3的一种模具的立体示意图；

图22为图21中的模具的上盖的立体示意图；

图23为图21中的模具的套筒的立体示意图；

图24为本发明实施例3的另一种模具的套筒及下盖的立体示意图；

图25为图24中的模具的上盖的立体示意图。

符号说明：

1 外壳 19 固定件

2 阶梯轴 20 定位件

3 转子 21 第一凸起部

4 绕线架 22 第二凸起部

5 绕线柱 23 端盖

6 磁环 24 轴承

7 磁铁 25 定位柱

8 固定盘 26 定位板

9 固定架 27 绕线板

10 圆筒一 28 安装孔

11 圆筒二 29 限位柱

12 定子 61 外磁圈

13 绕线芯 62 内磁圈

14 级靴 101 凸条

15 圆盘 102 定位孔一

16 套筒 103 定位孔二

17 上盖 261 定位孔三

18 下盖

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

请参阅图1-9，本实施例提供了一种高效电机，其包括外壳1、阶梯轴2、定子总成和转子总成。

请继续参阅图2以及图3，外壳1呈圆桶形，且外壳1的两端分别设置端盖23。外壳1可以采用现有的电机的壳体，并且端盖23可拆卸式安装在外壳1的两端，以便于在外壳1内安装其他结构。外壳1上的端部开设多个定位孔一102，端盖23通过固定件19插入对应的定位孔一102而固定在外壳1的两端，且固定件19优选螺栓。当然，在外壳1内的所有结构安装完成后，外壳1也可以与端盖23一体成型，以提高电机安装的稳定性。

请继续参阅图4，阶梯轴2与外壳1同轴设置，并转动安装在外壳1内。阶梯轴2的一端的端部伸出其中一个端盖23且转动安装在对应的端盖23上，阶梯轴2的另一端的端部转动安装在另一个端盖23上。阶梯轴2可以由半径不同的多节组成，以便于在阶梯轴2上安装转子总成。其中，阶梯轴2可采用现有的电机转轴的制作材料制成，并且阶梯轴2可以通过轴承24安装在端盖23上。

定子总成设置在外壳1内并相对外壳1固定，且阶梯轴2穿过定子总成且相对定子总成转动。定子总成具有电磁结构，其在电磁结构通电后产生供转子总成工作的磁场。

转子总成包括两个转子3，且两个转子3均安装在阶梯轴2上。两个转子3分别与定子总成隔开一段间隙，并跟随阶梯轴2相对定子总成转动。

两个转子3均具有永磁结构，定子总成具有电磁结构，且电磁结构通电后产生驱动两个转子3同向转动的磁场。电磁结构和永磁结构相互作用，通过永磁结构带动两个转子3转动，从而带动阶梯轴2转动，以实现电机的转动，而两个转子3可以充分将电磁结构产生的磁场能进行利用，提高电机的发电效率。

在本实施例中，本实施例的两个转子3平行设置且分别与定子总成的两端隔开间隙，两个转子3的永磁结构具有相反的磁场。定子总成包括圆筒一10、圆筒二11以及至少两个定位件20。圆筒二11套在圆筒一10外，定位件20的两端分别插在圆筒一10和圆筒二11上。其中，电磁结构固定在圆筒一10与圆筒二11之间，圆筒二11同轴固定在外壳1的内壁上。这里需要说明的是，由于定子总成位于两个转子3之间，因此可以根据实际需要，可以增加定子总成的长度和直径。

电磁结构包括环绕圆筒一10设置的多个硅钢片定子12。每个定子12包括绕线芯13以及绕组。绕组环绕绕线芯13设置，绕线芯13与圆筒一10平行设置且相对固定。其中，绕线芯13由多个硅钢片叠压制成，且每个硅钢片呈工字形。

其中，绕线芯13包括绕线板27和两个级靴14，两个级靴14分别设置在绕线板27两端上。在包括本实施例在内的一些实施例中，级靴14具有与绕线板27垂直的等腰梯形面，且等腰梯形面的上底靠近圆筒一10。位于所有绕线板27同一端上的等腰梯形面的上底均等间距环绕圆筒一4设置。在另一些实施例中，级靴14具有与绕线板27垂直的矩形面，且所有硅钢片的尺寸均相同。电磁结构通电时，绕组产生电流，使得位于一个绕线芯13两端的两个级靴14分别具有相反的磁极。而两个转子3的永磁结构具有相反的磁场，使得两个转子3能够同时同向转动，从而充分利用定子总成产生的磁能。

永磁结构包括磁环6以及与磁环6同轴设置的圆盘15，且磁环6与定子总成之间具有间隙。圆盘15同轴套在阶梯轴2上，且随阶梯轴2转动。两个磁环6具有相反的磁场，且磁环6的充磁方向为磁环6的轴向。磁环6安装在圆盘15靠近定子总成的一面上。

在本实施例中，定位件20可以采用螺栓。圆筒一10的外壁上具有与多个定位件20对应的多个第一凸起部21，圆筒二11的内壁上具有与多个第一凸起部21对应的多个第二凸起部22，每个第一凸起部21与对应的第二凸起部22通过对应的定位件20相固定。其中，第一凸起部21、第二凸起部22均呈条状，且每个第一凸起部21位于两片定子12之间。第二凸起部22上设置供定位件插入的定位孔二103，且定位孔二103延伸至圆筒二11的侧壁。圆筒一10与圆筒二11之间填充有固化剂，使电磁结构在固定圆筒一10与圆筒二11之间相对固定。

综上所述，相较于现有的电机，本实施例的高效电机具有以下优点：

在本实施例的高效电机中，定子总成驱动转子总成的两个转子3转动，同时两个独立的转子3安装在同一个阶梯轴2上，可以让定子上面的电磁铁供电时每时每刻都能充分的利用磁能，将转化而成的机械能集中于一个输出轴上，同时利用该电动机的逆向原理制作的发电机转化效率也能得到大幅度提升，实现对电能的超高效利用，从而提高了能源的转化率，节能高效。

实施例2

请参阅图10-20，本实施例提供了一种高效电机，其与实施例1的高效电机相似，且区别在于：

请继续参阅图12以及图13，外壳1的内壁上设置多个凸条101，两块端盖23通过多个固定件19插入对应的多个凸条101而固定在外壳1的两端。相较于实施例1的外壳1，本实施例1的外壳1的长度较短，故本实施例的高效电机的安装占用空间较小。

请继续参阅图16和图17，定子总成和两个转子3均同轴设置，且电磁结构包括绕线架4和绕组。绕线架4设置在两个转子3之间，且具有径向设置的多个绕线柱5。绕组同向缠绕在绕线柱5上，且通电后产生驱动两个转子3同向转动的磁场。在供电时，向绕组的两端加电压，使绕组产生电流，并在绕线架4上产生磁场。绕线柱5可以采用硅钢片制成，并且在绕线柱5的外端部设置级靴14，且级靴14与位于外侧的转子3之间可预留一点间隙。级靴14的外侧为曲面，且与对应的转子3的内壁同圆心设置。

请继续参阅图18以及图20，永磁结构为磁环6。其中，磁环6具有依次相连的多块扇形磁铁7，且多块扇形磁铁7一体成型以构成磁环6，位于内侧的磁环6所具有的每个磁铁7与位于外侧的磁环6所具有的其中一个磁铁7相对设置。其中，位于内侧的磁环6为内磁圈62，位于外侧的磁环6为外磁圈61。在一个磁环6中，相邻的两块磁铁7的内侧面具有相反的磁极。在两个磁环6中，相对设置的两个磁铁7的相对面具有相反的磁极。在本实施例中，磁铁7可以为钕铁硼永磁铁，也可以为其他的永磁铁。

请继续参阅图19，在本实施例中，位于外侧的转子3还具有固定盘8，且对应的磁环6同轴设置在对应的固定盘8上，即外磁圈61同轴安装在固定盘8上。位于内侧的转子3还具有固定架9，且对应的磁环6同轴套在固定架9上。其中，固定盘8与固定架9均同轴安装在阶梯轴2上。

请继续参阅图20，本实施例的电机工作时，由于电磁结构通电，其产生的磁场使得每个绕线柱5的外端所对应的级靴14的磁极与外侧的磁铁7相斥或者相吸，同时线柱5内端的磁极与内侧的磁铁7相斥或者相吸。这里需要说明的是，在两个磁环6中，由于相对的两个磁铁7的相对面的磁极相反，故相对的两个磁铁7同时受电磁结构吸引或同时受到排斥，使得两个磁环6始终同向转动，从而充分利用电磁结构所产生的磁能，使电动机的实际转化效率的得到大幅度提升。同时，由于电磁结构设置在两个转子3之间，电磁结构的磁场两极的磁能分别被两个转子3所转化成阶梯轴2的转动机械能，可以避免能量的浪费，节能高效。

实施例3

请参阅图21-25，本实施例提供了一种预制定子总成的模具，模具用于预制实施例1或者实施例2的高效电机的定子总成。如图21、图22以及图23所示的模具用于预制实施例1的高效电机的定子总成，而如图24以及图25所示的模具用于预制实施例2的高效电机的定子总成。其中，模具包括套筒16、上盖17和下盖18。套筒16具有容纳定子总成的空间，上盖17与套筒16同轴设置且安装在套筒16的一端上。下盖18与上盖17同轴设置，且安装在套筒16的另一端上。上盖17和下盖18上均具有用于限制定子总成转动的限位结构。具体地，在图21、图22以及图23中，套筒16上开设供定位件20穿过的多个定位孔。上盖17和下盖18均开设供多个级靴14插入的安装孔28，即安装孔28为本实施例的限位结构。在图24和图25中，下盖18上设置的限位柱29为本实施例的限位结构。

针对上述模具，本实施例还提供了一种高效电机的组装方法，组装方法应用于实施例1或者实施例2中的高效电机，且组装方法包括：

将定子总成的圆筒二11、圆筒一10依次穿过套筒16，并插在下盖18的限位结构上，使得定子总成限位在下盖18上；

先将定子总成的电磁结构放入套筒16中，使级靴14卡入对应的安装孔28中，再将定位件20穿过对应的定位孔后插入至圆筒一10与圆筒二11，使圆筒一10与圆筒二11相对固定；

在套筒16上安装上盖17，使上盖17的安装孔28与对应的级靴14相卡合，通过上盖17的限位结构，将定子总成限位在上盖17上；

通过模具上开设的模具孔，将固化剂填入套筒16中，且待固化剂固化后，拆卸组装模组，以得到组装完整的定子总成；

将定子总成套装入外壳1中；先使阶梯轴2穿过定子总成，再将两个转子3分别固定到阶梯轴2上，最后将阶梯轴2转动安装在外壳1中，从而实现将定子总成、转子总成和阶梯轴2安装在外壳1内。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高效电机，其包括：

外壳(1)；

阶梯轴(2)，其与外壳(1)同轴设置，并转动安装在外壳(1)内；

其特征在于，所述高效电机还包括：

定子总成，其设置在外壳(1)内并相对外壳(1)同轴固定；阶梯轴(2)穿过所述定子总成且相对所述定子总成转动；以及

转子总成，其包括两个转子(3),且两个转子(3)均安装在阶梯轴(2)上；两个转子(3)分别与所述定子总成隔开一段间隙，并跟随阶梯轴(2)相对所述定子总成转动；

其中，两个转子(3)均具有永磁结构，所述定子总成具有电磁结构，且所述电磁结构通电后产生驱动两个转子(3)同向转动的磁场。

2.如权利要求1所述的高效电机，其特征在于，两个转子(3)平行设置且分别与所述定子总成的两端隔开所述间隙，两个转子(3)的永磁结构具有相反的磁场；

所述定子总成包括圆筒一(10)、套在圆筒一(10)外的圆筒二(11)、两端分别插在圆筒一(10)和圆筒二(11)上的至少一个定位件(20)；

其中，所述电磁结构固定在圆筒一(10)与圆筒二(11)之间，圆筒二(11)同轴固定在外壳(1)的内壁上。

3.如权利要求2所述的高效电机，其特征在于，所述电磁结构包括环绕圆筒一(10)设置的多个硅钢片定子(12)；每个定子(12)包括绕线芯(13)和环绕绕线芯(13)设置的绕组；绕线芯(13)与圆筒一(10)平行设置且相对固定；

其中，绕线芯(13)由多个硅钢片叠压制成，且每个硅钢片呈工字形。

4.如权利要求3所述的高效电机，其特征在于，绕线芯(13)包括绕线板(27)和分别设置在绕线板(27)两端上的两个级靴(14)；其中：

级靴(14)具有与绕线板(27)垂直的等腰梯形面，且所述等腰梯形面的上底靠近圆筒一(10)；位于所有绕线板(27)同一端上的等腰梯形面的上底均等间距环绕圆筒一(10)设置；

或，

级靴(14)具有与绕线板(27)垂直的矩形面，且所有硅钢片的尺寸均相同。

5.如权利要求2所述的高效电机，其特征在于，所述永磁结构包括磁环(6)以及与磁环(6)同轴设置的圆盘(15)，且磁环(6)与所述定子总成之间具有所述间隙；圆盘(15)同轴套在阶梯轴(2)上，且随阶梯轴(2)转动；两个磁环(6)具有相反的磁场，且磁环(6)的充磁方向为磁环(6)的轴向；磁环(6)安装在圆盘(15)靠近所述定子总成的一面上。

6.如权利要求1所述的高效电机，其特征在于，所述定子总成和两个转子(3)均同轴设置；转子(3)的充磁方向为阶梯轴(2)的径向；

所述电磁结构包括绕线架(4)和绕组；绕线架(4)设置在两个转子(3)之间，且具有径向设置的多个绕线柱(5)；所述绕组同向缠绕在绕线柱(5)上，且通电后产生驱动两个转子(3)同向转动的磁场。

7.如权利要求6所述的高效电机，其特征在于，所述永磁结构为磁环(6)；

磁环(6)具有依次相连的多块扇形磁铁(7)，且多块扇形磁铁(7)一体成型以构成磁环(6)，其中位于内侧的磁环(6)所具有的每个磁铁(7)与位于外侧的磁环(6)所具有的其中一个磁铁(7)相对设置；在一个磁环(6)中，相邻的两块磁铁(7)的内侧面具有相反的磁极；在两个磁环(6)中，相对设置的两个磁铁(7)的相对面具有相反的磁极。

8.如权利要求7所述的高效电机，其特征在于，位于外侧的转子(3)还具有固定盘(8)，且对应的磁环(6)同轴设置在对应的固定盘(8)上；位于内侧的转子(3)还具有固定架(9)，且对应的磁环(6)同轴套在固定架(9)上；

其中，固定盘(8)与固定架(9)均同轴安装在阶梯轴(2)上。

9.一种预制定子总成的模具，其应用于如权利要求1-8中任意一项所述的高效电机中，并用于预制所述高效电机的定子总成，其特征在于，所述模具包括：

套筒(16)，其具有容纳所述定子总成的空间；

与套筒(16)同轴设置的上盖(17)，其安装在套筒(16)的一端上；以及

与上盖(17)同轴设置的下盖(18)，其安装在套筒(16)的另一端上；

其中，上盖(17)和下盖(18)上均具有用于限制所述定子总成转动的限位结构。

10.一种高效电机的组装方法，其应用于如权利要求1-8中任意一项所述的高效电机中，且通过一种模具以组装所述高效电机，其特征在于，

所述模具包括：

套筒(16)，其具有容纳外壳(1)的空间；

与套筒(16)同轴设置的上盖(17)，其安装在套筒(16)的一端上；以及

与上盖(17)同轴设置的下盖(18)，其安装在套筒(16)的另一端上；

其中，上盖(17)和下盖(18)上均具有用于限制所述定子总成转动的限位结构；

所述组装方法包括：

通过下盖(18)的限位结构，将所述定子总成依次穿过套筒(16)，限位在下盖(18)上；在套筒(16)上安装上盖(17)，通过上盖(17)的限位结构，将所述定子总成限位在上盖(17)上；

通过所述模具上开设的模具孔，将固化剂填入套筒(16)中，且待固化剂固化后，拆卸所述组装模组，以得到组装完成的所述定子总成；

将所述定子总成、所述转子总成和阶梯轴(2)安装在外壳(1)内。