CN110635650A - 三定子无刷永磁电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了三定子无刷永磁电机，其包括安装机壳、主电机、辅助电机以及增功调速装置，主电机包括主定子、主转子以及独立的电子换向器与转子位置传感器，辅助电机包括辅助定子、辅助转子以及独立的电子换向器与转子位置传感器，辅助转子与主转子同轴固定连接，辅助转子活动布置并且与辅助定子之间的距离可调节，初始状态下辅助转子与辅助定子相互远离，增功调速装置用于调节辅助转子与辅助定子之间的距离，电子换向器与位置传感器相配合用于控制主转子/辅助转子内绕组的直流通电顺序并且使主转子产生的磁场与主定子产生的磁场/辅助转子产生的磁场与辅助定子产生的磁场始终保持九十度的空间角。

Description

三定子无刷永磁电机

技术领域

本发明涉及一种无刷永磁电机，具体涉及双辅助叠加增功三定子无刷永磁电机。

背景技术

永磁无刷电机与传统的电励磁电动机相比，永磁电动机特别是稀土无刷永磁电动机具有结构简单、运行可靠、体积小、质量小、损耗少、效率高，以及电动机的形状和尺寸可以灵活多样等显著优点，因为应用范围极为广泛，几乎遍及航空航天、国防、工农业生产和日常生活的各个领域，但是无刷永磁电机也存在一定的缺点，例如，功率低、无法获取较高的输出转速，为了克服上述的缺陷，本发明有必要提供一种结构巧妙、原理简单、操作使用便捷，可获取较高输出转速的三定子无刷永磁电机。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种结构巧妙、原理简单、操作使用便捷，可获取较高输出转速的三定子无刷永磁电机。

为实现上述技术目的，本发明所采用的技术方案如下。

三定子无刷永磁电机，其包括安装机壳、主电机、辅助电机以及增功调速装置，主电机设置于安装机壳内，辅助电机设置于安装机壳的外部且辅助电机设置有两个分别位于主电机的一侧，增功调速装置固定设置于安装机壳的外部，主电机包括主定子、主转子以及独立的电子换向器与转子位置传感器，辅助电机包括辅助定子、辅助转子以及独立的电子换向器与转子位置传感器，辅助转子与主转子同轴固定连接，辅助转子活动布置并且与辅助定子之间的距离可调节，初始状态下辅助转子与辅助定子相互远离，增功调速装置用于调节辅助转子与辅助定子之间的距离；

电子换向器包括功率变换电路和控制电路两大部分，电子换向器与位置传感器相配合用于控制主定子/辅助定子内绕组的直流通电顺序并且使主转子产生的磁场与主定子产生的磁场/辅助转子产生的磁场与辅助定子产生的磁场始终保持九十度的空间角。

作为本方案进一步的优化或者改进。

所述的安装机壳包括呈环形的壳体，所述的主定子包括同轴固定嵌设于壳体内圆面上的安装环一，安装环一的内圆面上固定嵌设有电枢绕组一，电枢绕组一设置有多个并且沿安装环一所在圆周方向阵列布置，所述壳体的侧面同轴固定设置有限位环且限位环与电枢绕组一正对布置。

作为本方案进一步的优化或者改进。

所述限位环的外侧面固定设置有平行于壳体轴向且向外延伸的导向杆，导向杆设置有四个并且沿限位环所在圆周方向阵列布置，导向杆上固定套设有承托架，所述导向杆背离限位环一端同轴固定设置有用于对承托架进行约束的限位螺栓，承托架上固定设置有与壳体同轴布置的稳固套筒且稳固套筒与承托架固接为一体，所述的主转子同轴转动设置于左右对称布置的两稳固套筒内，主转子包括同轴活动穿设于两稳固套筒内的主轴，主轴与稳固套筒之间固定套接有轴承，主轴沿其轴向的中部位置同轴固定套设有安装盘一且安装盘一位于电枢绕组一之间，安装盘一的外圆面上嵌设有矩形永磁铁一，永磁铁一的长度方向平行于安装盘一的轴向、宽度方向平行于安装盘一所在圆周的切线方向，永磁铁一设置有多个并且沿安装盘一所在圆周方向阵列布置。

作为本方案进一步的优化或者改进。

所述的辅助定子包括位于承托架与限位环之间且同轴套接于主轴外部的环形安装架，安装架的外圆面上固定设置有外置凸起，外置凸起设置有四个并且沿安装架所在圆周方向阵列布置，外置凸起与导向杆一一对应且外置凸起活动套接于导向杆上，外置凸起与导向杆之间沿平行于主轴的轴向方向构成滑动导向配合，安装架靠近限位环一端面上同轴固定设置有环形连接板，连接板靠近限位环一端面上同轴固定设置有环形安装环二，安装环二靠近限位环一端面设置成安装锥面一且安装锥面一构成的开口大小由承托架指向限位环之间收窄，安装锥面一上固定嵌设有倾斜布置的电枢绕组二且电枢绕组二的倾斜角度与安装锥面一的倾斜角度一致，电枢绕组二设置有多个并且沿安装环二所在圆周方向阵列布置，初始状态下电枢绕组二远离限位环布置。

作为本方案进一步的优化或者改进。

所述的辅助转子包括同轴固定套接于主轴上且位于安装盘一一侧的安装盘二，安装盘二与安装盘一等直径布置并且两者相互靠近一端面固定连接，安装盘二背离安装盘一一端面设置成安装锥面二，安装锥面二与安装锥面一相对布置且相互平行，安装锥面二上固定嵌设有矩形永磁铁二，永磁铁二的长度方向平行于安装锥面二的倾斜方向、宽度方向平行于安装盘二所在圆周的切线方向，永磁铁二设置有两个并且沿安装盘二所在圆周方向阵列布置，初始状态下永磁铁二与电枢绕组二相互远离布置。

作为本方案进一步的优化或者改进。

所述壳体的外圆面上固定设置有接线盒一与接线盒二，接线盒一用于对与电枢绕组一接通线路的连接铺设，接线盒二用于对与电枢绕组二接通线路的连接铺设。

作为本方案进一步的优化或者改进。

所述安装架上固定设置有联动架，控制辅助转子与辅助定子之间的距离，所述的增功调速装置包括固定开设于壳体外圆面上且沿平行于壳体轴向方向左右贯穿的导向槽，导向槽并列设置有两个且两者间距布置，导向槽的槽口处固定设置有盖板，导向槽内活动设置有平行于壳体轴向布置的矩形抵推滑块，两抵推滑块沿壳体的径向构成中心对称布置，抵推滑块沿其长度方向延伸至导向槽的外部，抵推滑块与导向槽之间沿平行于壳体的轴向构成滑动导向配合，壳体的外圆面上还开设有圆形内沉槽，内沉槽位于两导向槽之间并且与导向槽连接接通，内沉槽的槽深方向沿壳体的径向布置，所述内沉槽内同轴转动设置有齿轮，所述抵推滑块相互靠近一端面设置有与齿轮相互啮合的齿条，其中一抵推滑块一端与左侧的联动架固定连接且该抵推滑块另一端活动穿过右侧的联动架，另一抵推滑块一端与右侧的联动架固定连接且该抵推滑块另一端活动穿过左侧的联动架；

所述盖板上固定设置有步进电机，步进电机的输出轴活动穿过盖板并且与齿轮同轴固定连接。

本发明与现有技术相比的有益效果在于结构巧妙、原理简单、操作使用便捷，在主电机的两侧均布置有辅助电机，辅助电机的转子与主电机的转子一体化，初始状态下辅助电机的定子与辅助电机的转子相互远离且驱动定子旋转的磁力较弱，通过使辅助电机的定子与辅助电机的转子相互靠近，提升主电机主轴扭矩，实现对主电机进行增功，当主轴转速提升至最大时，通过使辅助电机的定子与辅助电机的转子相互远离，进一步提升主轴的转速。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明的整体结构示意图。

图3为主电机的安装图。

图4为主电机的安装图。

图5为主电机与安装机壳的配合图。

图6为主定子的结构示意图。

图7为主转子的结构示意图。

图8为安装机壳与主轴的配合图。

图9为辅助电机的安装图。

图10为辅助定子的结构示意图。

图11为辅助定子的爆炸示意图。

图12为辅助定子的局部配合图。

图13为辅助转子与主轴的配合图。

图14为辅助转子的结构示意图。

图15为增功调速装置与辅助定子的配合图。

图16为增功调速装置与辅助定子的配合图。

图17为增功调速装置的局部结构示意图。

图18为增功调速装置的局部结构示意图。

图中标示为：

100、安装机壳；101、壳体；102、限位环；103、导向杆；104、限位螺栓；105、承托架；106、稳固套筒；107、轴承；110、接线盒一；120、接线盒二；

200、主电机；210、主定子；211、安装环一；212、电枢绕组一；220、主转子；221、主轴；222、安装盘一；223、永磁铁一；

300、辅助电机；310、辅助定子；311、安装架；312、外置凸起；313、安装环二；314、连接板；315、安装锥面一；316、电枢绕组二；320、辅助转子；321、安装盘二；322、安装锥面二；323、永磁铁二；330、联动架；

400、增功调速装置；401、导向槽；402、盖板；403、抵推滑块；404、齿条；405、内沉槽；406、齿轮；407、步进电机。

具体实施方式

三定子无刷永磁电机，其包括安装机壳100、主电机200、辅助电机300以及增功调速装置400，主电机200设置于安装机壳100内，辅助电机300设置于安装机壳100的外部且辅助电机300设置有两个分别位于主电机200的一侧，增功调速装置400固定设置于安装机壳100的外部，主电机200包括主定子210、主转子220以及独立的电子换向器与转子位置传感器，辅助电机300包括辅助定子310、辅助转子320以及独立的电子换向器与转子位置传感器，辅助转子320与主转子220同轴固定连接，辅助转子320活动布置并且与辅助定子310之间的距离可调节，初始状态下辅助转子320与辅助定子310相互远离，增功调速装置400用于调节辅助转子320与辅助定子310之间的距离。

具体的，电子换向器包括功率变换电路和控制电路两大部分，电子换向器与位置传感器相配合用于控制主定子210/辅助定子310内绕组的直流通电顺序并且使主转子220产生的磁场与主定子210产生的磁场/辅助转子320产生的磁场与辅助定子310产生的磁场始终保持九十度的空间角，电子换向器与位置传感器均与现有技术一致，不在赘述。

工作过程中，由独立的电子换向器与位置传感器相互配合对主定子210中的绕组按照一定顺序通电，主转子220产生的磁场与主定子210产生的磁场为九十度空间角而产生扭矩，驱动主转子220转动，当需要提升主电机200的功率、增大主转子220的扭矩时，启动增功调速装置400驱动辅助转子320靠近辅助定子310相互靠近运动，而后，由独立的电子换向器与位置传感器相互配合对辅助定子310中的绕组按照一定的顺序通电，辅助转子320产生的磁场与辅助定子310产生的磁场相互作用且为九十度空间角而产生扭矩，主转子220的扭矩增大并且主电机200的功率增大；当需要提升主转子220的转速时，启动增功调速装置400驱动辅助转子320靠近辅助定子310相互远离运动，使辅助转子320产生的磁场与辅助定子310产生的磁场相互作用减弱，主转子220的转速增大。

为了便于主定子210的安装，所述的安装机壳100包括呈环形的壳体101，所述的主定子210包括同轴固定嵌设于壳体101内圆面上的安装环一211，安装环一211的内圆面上固定嵌设有电枢绕组一212，电枢绕组一212设置有多个并且沿安装环一211所在圆周方向阵列布置，为了能够对电枢绕组一212进行约束，所述壳体101的侧面同轴固定设置有限位环102且限位环102与电枢绕组一212正对布置。

为了便于主转子220的安装，所述限位环102的外侧面固定设置有平行于壳体101轴向且向外延伸的导向杆103，导向杆103设置有四个并且沿限位环102所在圆周方向阵列布置，导向杆103上固定套设有承托架105，为了避免承托架105的脱落，所述导向杆103背离限位环102一端同轴固定设置有用于对承托架105进行约束的限位螺栓104，承托架105上固定设置有与壳体101同轴布置的稳固套筒106且稳固套筒106与承托架105固接为一体，所述的主转子220同轴转动设置于左右对称布置的两稳固套筒106内，主转子220包括同轴活动穿设于两稳固套筒106内的主轴221，主轴221与稳固套筒106之间固定套接有轴承107，主轴221沿其轴向的中部位置同轴固定套设有安装盘一222且安装盘一222位于电枢绕组一212之间，安装盘一222的外圆面上嵌设有矩形永磁铁一223，永磁铁一223的长度方向平行于安装盘一222的轴向、宽度方向平行于安装盘一222所在圆周的切线方向，永磁铁一223设置有多个并且沿安装盘一222所在圆周方向阵列布置。

为了便于辅助定子310的安装，所述的辅助定子310包括位于承托架105与限位环102之间且同轴套接于主轴211外部的环形安装架311，安装架311的外圆面上固定设置有外置凸起312，外置凸起312设置有四个并且沿安装架311所在圆周方向阵列布置，外置凸起312与导向杆103一一对应且外置凸起312活动套接于导向杆103上，外置凸起312与导向杆103之间沿平行于主轴221的轴向方向构成滑动导向配合，安装架311靠近限位环102一端面上同轴固定设置有环形连接板314，连接板314靠近限位环102一端面上同轴固定设置有环形安装环二313，安装环二313靠近限位环102一端面设置成安装锥面一315且安装锥面一315构成的开口大小由承托架105指向限位环102之间收窄，安装锥面一315上固定嵌设有倾斜布置的电枢绕组二316且电枢绕组二316的倾斜角度与安装锥面一315的倾斜角度一致，电枢绕组二316设置有多个并且沿安装环二313所在圆周方向阵列布置，初始状态下电枢绕组二316远离限位环102布置。

为了便于辅助转子320的安装，所述的辅助转子320包括同轴固定套接于主轴221上且位于安装盘一222一侧的安装盘二321，安装盘二321与安装盘一222等直径布置并且两者相互靠近一端面固定连接，安装盘二321背离安装盘一22一端面设置成安装锥面二322，安装锥面二322与安装锥面一315相对布置且相互平行，安装锥面二322上固定嵌设有矩形永磁铁二323，永磁铁二323的长度方向平行于安装锥面二322的倾斜方向、宽度方向平行于安装盘二321所在圆周的切线方向，永磁铁二323设置有两个并且沿安装盘二321所在圆周方向阵列布置，初始状态下永磁铁二323与电枢绕组二316相互远离布置。

主电机200在工作过程中，独立的电子换向器与位置传感器相互配合对电枢绕组一212按照一定的次序进行通电，电枢绕组一212将产生磁场并且该磁场始终与永磁铁一223保持九十度的空间角，在磁力的作用下，主轴221将形成转矩并且绕自身轴线进行转动，主轴221的输出轴与外部设备连接并且将动力向外输出。

辅助电机300在工作过程中，当需要增大主电机200的输出功率时，具体表现为，增功调速装置400启动运行并且驱动安装架311沿着导向杆103靠近限位环102滑动，安装架311将带动辅助定子310整体靠近限位环102同步滑动，电枢绕组二316与永磁铁二323之间的距离逐渐减小相互靠近，而后，独立的电子换向器与位置传感器相互配合对电枢绕组二316按照一定的次序进行通电，电枢绕组二316将产生磁场并且该磁场始终与永磁铁二323保持九十度空间角，在磁力的作用下，主轴221的扭矩将增大，主电机200的输出功率增大；此后，当需要提升主轴221时，具体表现为，增功调速装置400启动运行并且驱动安装架311沿着导向杆103远离限位环102滑动，电枢绕组二316将产生磁场与永磁铁二323产生的磁场之间的磁力逐渐减弱，主轴221的转速逐渐增大。

作为本发明更为优化的方案，为了便于电路的接线，所述壳体101的外圆面上固定设置有接线盒一110与接线盒二120，接线盒一110用于对与电枢绕组一212接通线路的连接铺设，接线盒二120用于对与电枢绕组二316接通线路的连接铺设，采取本方案的意义在于，结构简单、便于线路的铺设连接，避免线路的外露，提升用电安全性。

为了调节辅助转子320与辅助定子310之间的距离，所述安装架311上固定设置有联动架330，通过驱动联动架300靠近/远离限位环102运动，控制辅助转子320与辅助定子310之间的距离，所述的增功调速装置400包括固定开设于壳体101外圆面上且沿平行于壳体101轴向方向左右贯穿的导向槽401，导向槽401并列设置有两个且两者间距布置，导向槽401的槽口处固定设置有盖板402，导向槽401内活动设置有平行于壳体101轴向布置的矩形抵推滑块403，两抵推滑块403沿壳体101的径向构成中心对称布置，抵推滑块403沿其长度方向延伸至导向槽401的外部，抵推滑块403与导向槽401之间沿平行于壳体101的轴向构成滑动导向配合，壳体101的外圆面上还开设有圆形内沉槽405，内沉槽405位于两导向槽401之间并且与导向槽401连接接通，内沉槽405的槽深方向沿壳体101的径向布置，所述内沉槽405内同轴转动设置有齿轮406，所述抵推滑块403相互靠近一端面设置有与齿轮406相互啮合的齿条404，其中一抵推滑块403一端与左侧的联动架330固定连接且该抵推滑块403另一端活动穿过右侧的联动架330，另一抵推滑块403一端与右侧的联动架330固定连接且该抵推滑块403另一端活动穿过左侧的联动架330。

具体的，为了能够驱动齿轮406进行转动，所述盖板402上固定设置有步进电机407，步进电机407的输出轴活动穿过盖板402并且与齿轮406同轴固定连接。

增功调速装置400在工作过程中，当需要使辅助定子310靠近辅助转子320运动时，用户启动步进电机407正转，步进电机407将驱动齿轮406顺时针转动，齿轮406将驱动两抵推滑块403沿着导向槽401的引导方向相互靠近滑动，抵推滑块403将带动联动架330相互靠近滑动，联动架330将带动辅助定子310靠近辅助转子320滑动，电枢绕组二316与电磁铁二323相互靠近，此时，电枢绕组二316通电后，主轴221的扭矩增大，主电机200的功率增大，此后，当需要使辅助定子310远离辅助转子320运动时，用户启动步进电机407反转，步进电机407将驱动驱动齿轮406逆时针转动，齿轮406将驱动两抵推滑块403沿着导向槽401的引导方向相互远离滑动，抵推滑块403将带动联动架330相互远离滑动，联动架330将带动辅助定子310远离辅助转子320滑动，在此过程中，主轴221的转速将逐渐增大。

Claims (7)

1.三定子无刷永磁电机，其特征在于：其包括安装机壳、主电机、辅助电机以及增功调速装置，主电机设置于安装机壳内，辅助电机设置于安装机壳的外部且辅助电机设置有两个分别位于主电机的一侧，增功调速装置固定设置于安装机壳的外部，主电机包括主定子、主转子以及独立的电子换向器与转子位置传感器，辅助电机包括辅助定子、辅助转子以及独立的电子换向器与转子位置传感器，辅助转子与主转子同轴固定连接，辅助转子活动布置并且与辅助定子之间的距离可调节，初始状态下辅助转子与辅助定子相互远离，增功调速装置用于调节辅助转子与辅助定子之间的距离；

电子换向器包括功率变换电路和控制电路两大部分，电子换向器与位置传感器相配合用于控制主定子/辅助定子内绕组的直流通电顺序并且使主转子产生的磁场与主定子产生的磁场/辅助转子产生的磁场与辅助定子产生的磁场始终保持九十度的空间角。

2.根据权利要求1所述的三定子无刷永磁电机，其特征在于：所述的安装机壳包括呈环形的壳体，所述的主定子包括同轴固定嵌设于壳体内圆面上的安装环一，安装环一的内圆面上固定嵌设有电枢绕组一，电枢绕组一设置有多个并且沿安装环一所在圆周方向阵列布置，所述壳体的侧面同轴固定设置有限位环且限位环与电枢绕组一正对布置。

3.根据权利要求1所述的三定子无刷永磁电机，其特征在于：所述限位环的外侧面固定设置有平行于壳体轴向且向外延伸的导向杆，导向杆设置有四个并且沿限位环所在圆周方向阵列布置，导向杆上固定套设有承托架，所述导向杆背离限位环一端同轴固定设置有用于对承托架进行约束的限位螺栓，承托架上固定设置有与壳体同轴布置的稳固套筒且稳固套筒与承托架固接为一体，所述的主转子同轴转动设置于左右对称布置的两稳固套筒内，主转子包括同轴活动穿设于两稳固套筒内的主轴，主轴与稳固套筒之间固定套接有轴承，主轴沿其轴向的中部位置同轴固定套设有安装盘一且安装盘一位于电枢绕组一之间，安装盘一的外圆面上嵌设有矩形永磁铁一，永磁铁一的长度方向平行于安装盘一的轴向、宽度方向平行于安装盘一所在圆周的切线方向，永磁铁一设置有多个并且沿安装盘一所在圆周方向阵列布置。

4.根据权利要求1所述的三定子无刷永磁电机，其特征在于：所述的辅助定子包括位于承托架与限位环之间且同轴套接于主轴外部的环形安装架，安装架的外圆面上固定设置有外置凸起，外置凸起设置有四个并且沿安装架所在圆周方向阵列布置，外置凸起与导向杆一一对应且外置凸起活动套接于导向杆上，外置凸起与导向杆之间沿平行于主轴的轴向方向构成滑动导向配合，安装架靠近限位环一端面上同轴固定设置有环形连接板，连接板靠近限位环一端面上同轴固定设置有环形安装环二，安装环二靠近限位环一端面设置成安装锥面一且安装锥面一构成的开口大小由承托架指向限位环之间收窄，安装锥面一上固定嵌设有倾斜布置的电枢绕组二且电枢绕组二的倾斜角度与安装锥面一的倾斜角度一致，电枢绕组二设置有多个并且沿安装环二所在圆周方向阵列布置，初始状态下电枢绕组二远离限位环布置。

5.根据权利要求1所述的三定子无刷永磁电机，其特征在于：所述的辅助转子包括同轴固定套接于主轴上且位于安装盘一一侧的安装盘二，安装盘二与安装盘一等直径布置并且两者相互靠近一端面固定连接，安装盘二背离安装盘一一端面设置成安装锥面二，安装锥面二与安装锥面一相对布置且相互平行，安装锥面二上固定嵌设有矩形永磁铁二，永磁铁二的长度方向平行于安装锥面二的倾斜方向、宽度方向平行于安装盘二所在圆周的切线方向，永磁铁二设置有两个并且沿安装盘二所在圆周方向阵列布置，初始状态下永磁铁二与电枢绕组二相互远离布置。

6.根据权利要求2所述的三定子无刷永磁电机，其特征在于：所述壳体的外圆面上固定设置有接线盒一与接线盒二，接线盒一用于对与电枢绕组一接通线路的连接铺设，接线盒二用于对与电枢绕组二接通线路的连接铺设。

7.根据权利要求1所述的三定子无刷永磁电机，其特征在于：所述安装架上固定设置有联动架，控制辅助转子与辅助定子之间的距离，所述的增功调速装置包括固定开设于壳体外圆面上且沿平行于壳体轴向方向左右贯穿的导向槽，导向槽并列设置有两个且两者间距布置，导向槽的槽口处固定设置有盖板，导向槽内活动设置有平行于壳体轴向布置的矩形抵推滑块，两抵推滑块沿壳体的径向构成中心对称布置，抵推滑块沿其长度方向延伸至导向槽的外部，抵推滑块与导向槽之间沿平行于壳体的轴向构成滑动导向配合，壳体的外圆面上还开设有圆形内沉槽，内沉槽位于两导向槽之间并且与导向槽连接接通，内沉槽的槽深方向沿壳体的径向布置，所述内沉槽内同轴转动设置有齿轮，所述抵推滑块相互靠近一端面设置有与齿轮相互啮合的齿条，其中一抵推滑块一端与左侧的联动架固定连接且该抵推滑块另一端活动穿过右侧的联动架，另一抵推滑块一端与右侧的联动架固定连接且该抵推滑块另一端活动穿过左侧的联动架；

所述盖板上固定设置有步进电机，步进电机的输出轴活动穿过盖板并且与齿轮同轴固定连接。

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