技术领域

本发明涉及一种电机组，尤其是涉及一种内外双重电刷电机组，属于电机技术领域。

背景技术

电机是工业领域中最为常见、也是最为重要的动力机构。但存在这样的问题，往往高转速的高频电机的扭矩不高，高扭矩的低频电机转速又不高，由此变速器和减速器诞生了，但即使有变速器和减速器的配合，电机也有额定的工作范围。所以如何使电机扩大工作范围，如何在高转速和高扭矩之间达到平衡，是国内外电机实验室和电机厂商研究的重要课题之一。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种扭矩大、转速高且可根据需求进行级联的内外双重电刷电机组。

本发明的目的是这样实现的：一种内外双重电刷电机组，所述电机组包含有基础电机和传动电机，所述传动电机包含有外壳、转子和定子，所述基础电机的输出轴与外壳相连，其特征在于：

所述传动电机上还设置有供电系统，所述供电系统包含有转子供电系统和定子供电系统，所述转子供电系统包含有内导电环、内电刷组、内绝缘支架、外导电环、外电刷组和外绝缘支架，所述内导电环套装与转子上，所述内导电环与转子的绕组相电连接，所述内绝缘支架的一端固定于外壳的内壁上，所述内电刷组固定于内绝缘支架的另一端上，所述内电刷组与内导电环相滑动接触，所述外导电环套装于外壳的外壁上，所述外导电环与内电刷组相电连接，所述外电刷组与外导电环相滑动接触，所述外电刷组固定于外绝缘支架上；所述定子供电系统包含有定子外导电环、定子外绝缘支架和定子外电刷组，所述定子外导电环套装与外壳的外壁上，所述定子外导电环与定子外电刷组相滑动接触，所述定子外电刷组固定于定子外绝缘支架上。

本发明内外双重电刷电机组，所述基础电机通过传动套与外壳相连。

本发明内外双重电刷电机组，所述传动套包含有一呈筒状结构的连接套筒，所述连接套筒上设置有散热孔，该连接套筒的开口端处呈台阶状结构，所述连接套筒连接于外壳上，且开口端朝向传动电机，同时连接套筒的底部中心向外设置有传动轴，该传动轴与基础电机的输出轴相连。

本发明内外双重电刷电机组，所述传动套包含有一呈筒状结构的连接套筒，所述连接套筒上设置有散热孔，该连接套筒的开口端处呈台阶状结构，所述连接套筒连接于外壳上，且开口端朝向传动电机，同时连接套筒的底部中心开有传动套孔，所述基础电机的输出轴插入该传动套孔内通过平键结构相连。

本发明内外双重电刷电机组，所述外壳通过支撑装置插至于罩壳内。

本发明内外双重电刷电机组，所述支撑装置为永磁条，所述永磁条分别排布于外壳的外壁和罩壳的内壁上，且外壳的外壁上的永磁条与罩壳的内壁上的永磁条的相对面具有相同的极性。

本发明内外双重电刷电机组，所述支撑装置为罩壳轴承，所述罩壳通过罩壳轴承套装在外壳上。

本发明内外双重电刷电机组，所述外绝缘支架和定子外绝缘支架均固定于外部支撑件上，或者固定在罩壳上。

本发明内外双重电刷电机组，传动电机前后相连有多台，前一级传动电机的转子输出端与后一级传动电机的外壳相连。

本发明的工作流程为：

本发明可先启动基础电机并锁定传动电机，当基础电机使传动电机的壳体和最终负荷达到额定最高转速后，最终负载就具有一定惯性和所需转矩减小，之后再解锁并启动传动电机，传动电机的转子就开始做功，等到传动电机的转子达到额定最高转速后，最终负荷的转速就达到预定值了。

本发明的工作原理为：

由于每个电机的转子都有一个做功的旋转力，本发明的电机组的机械能能够叠加，以输出更高的转速和更大的转矩。这是因为基础电机的转子和传动电机的转子的转向是相同的，基础电机的转子做的功可使传动电机的壳体旋转时带动其转子也旋转（锁定时），当解锁并启动传动电机时，这个基础电机做的功在对消了传动电机转子的反作用力后还有余能驱动传动电机转子，这个基础电机的转子做的功才没被忽略掉，基础电机的转子做的功和传动电机转子做的功两者形成叠加的功均传递到最终负荷上。根据能量守恒定律，能量既不会无故产生，也不会无故消亡，总是从一种形式的能转化为另一种形式的能。这个级联的电机组就是把基础电机和传动电机的电能转化成双重（多重）叠加的机械能，提供双重（多重）转速和转矩。

其转速是叠加关系：

例如，当基础电机采用1,440 RPM的低速电机，即24转/秒（其转矩比较大）；传动电机使用9,000 RPM的中速电机，即150转/秒（其转速比较高）；当基础电机的转子使最终负荷达到额定转速24转/秒后，启动传动电机让其转速达到150转/秒；最终输出转速叠加为174转/秒，即10,440 RPM，成为高速电机组。

其转矩也是叠加关系：

例如，采用3个1.440RPM的普通电机级联，这个级联的电机组相当于最高运行频率提高了3倍，而对于单个普通电机来说其实最高运行频率并没有变。其转速经叠加能达4,320RPM，其转矩也是3倍于单个普通电机。

本发明特别适用于用圆锥电机进行组合，也适用于采用碟刹、抱闸制动的电机进行组合，如在最终负荷上设置制动装置并且基础电机和传动电机联动的前提下，同样适用于用普通电机进行组合。

在给负荷选择电机的时候，不再局限于只选择高功率的一个电机，而是可以选择较低功率的几个电机进行级联。如果不需要最高速运转可采用变频调速的办法让电机组均低速运转，以保证最终输出保持恒速。例如限速120码时；也可出于节能的目的，在不需要高转矩时让部分电机停机。如果为实现超高速，可以用几个高速电机级联，实现多倍于单个电机的超高速输出，不再受制造瓶颈困扰。

在实际运用时，可以根据需要选择合适数量的传动电机，以使转速和转矩达到用户的需求。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明由于采用多个电机级联，壳体与转子均旋转的方式，来使电机获得更高的转速，相比于原先单个高频电机来讲，转矩更高，甚至无需使用增速器、减速器或行星齿轮。如配合各类电池、发电机或太阳能电源使用还无需增压器就能达到高速，还能在发动机无法工作的低氧、无氧环境内使用；有助于改进无氧环境下的太空探测车、无氧大气层下的探测飞行器（电动式）的驱动技术；可用于改进电动飞行器、混合动力飞行器，电动船舰的螺旋桨、混合动力船舰的螺旋桨，电动汽车、混合动力汽车，电动摩托、三轮车、自行车，混合动力摩托、轻骑等的驱动技术，改进纺织化纤业的高速卷绕头等，改进工具业的牙钻、冲击钻、切割机、砂轮机等，改进玩具业的竞速飞行器、竞速玩具车和卡丁车、竞速玩具船舰等。

同时，本发明内外双重电刷电机组制造简单，几台普通的电机级联后即可具有与单个高端电机相媲美的转速和比单个高端电机更大的转矩，而几台普通电机的费用远低于一台高端电机的费用，因而制造成本低廉。

附图说明

图1为本发明内外双重电刷电机组的结构示意图（未安装供电系统时的示意图）。

图2为本发明内外双重电刷电机组的结构示意图。

图3为本发明内外双重电刷电机组的外绝缘支架的一种安装结构示意图。

图4为本发明内外双重电刷电机组的外绝缘支架的另一种安装结构示意图。

图5为本发明内外双重电刷电机组的供电系统中外电刷组和外绝缘支架的结构示意图。

图6为本发明内外双重电刷电机组的供电系统中外电刷组和外绝缘支架的另一结构示意图。

图7为本发明内外双重电刷电机组结构示意图（供电系统为后置式时的示意图）。

图8为本发明内外双重电刷电机组的内绝缘支架、内电刷组与转子的结构示意图（供电系统为后置式时的示意图）。

图9为本发明内外双重电刷电机组的外绝缘支架与外电刷组的结构示意图（供电系统为后置式时的示意图）。

图10为本发明内外双重电刷电机组的外绝缘支架的一种安装结构示意图（供电系统为后置式时的示意图）。

图11为本发明内外双重电刷电机组的外绝缘支架的另一种安装结构示意图（供电系统为后置式时的示意图）。

图12为本发明内外双重电刷电机组的供电系统中外电刷组和外绝缘支架的结构示意图（供电系统为后置式时的示意图）。

图13为本发明内外双重电刷电机组的供电系统中外电刷组和外绝缘支架的另一结构示意图（供电系统为后置式时的示意图）。

图14为本发明内外双重电刷电机组的传动套的结构示意图。

图15为本发明内外双重电刷电机组图14的侧视图。

图16为本发明内外双重电刷电机组另一种传动套的结构示意图。

图17为本发明内外双重电刷电机组图16的侧视图。

图18为本发明内外双重电刷电机组采用永磁条利用磁力对罩壳进行支撑的结构示意图。

图19为本发明内外双重电刷电机组图18的侧面剖视图。

图20为本发明内外双重电刷电机组采用轴承对罩壳进行支撑的结构示意图。

图21为本发明内外双重电刷电机组图20的侧面剖视图。

图22为本发明内外双重电刷电机组采用永磁条利用磁力对罩壳进行支撑的结构示意图（供电系统为后置式时的示意图）。

图23为本发明内外双重电刷电机组图22的侧面剖视图（供电系统为后置式时的示意图）。

图24为本发明内外双重电刷电机组采用轴承对罩壳进行支撑的结构示意图（供电系统为后置式时的示意图）。

图25为本发明内外双重电刷电机组图24的侧面剖视图（供电系统为后置式时的示意图）。

图26为本发明内外双重电刷电机组通过带有传动轴的连接套筒进行级联扩展的结构示意图。

图27为本发明内外双重电刷电机组通过带有传动套孔的连接套筒进行级联扩展的结构示意图。

图28为本发明内外双重电刷电机组通过带有传动轴的连接套筒以及离合器进行级联扩展的结构示意图。

图29为本发明内外双重电刷电机组通过锥齿轮进行级联扩展的结构示意图。

图30为本发明内外双重电刷电机组通过锥齿轮进行级联扩展的另一结构示意图。

图31为本发明内外双重电刷电机组通过皮带进行级联扩展的结构示意图。

图32为本发明内外双重电刷电机组通过皮带进行级联扩展的另一结构示意图。

图33为本发明内外双重电刷电机组通过带有传动轴的连接套筒进行级联扩展的结构示意图（供电系统为后置式时的示意图）。

图34为本发明内外双重电刷电机组通过带有传动套孔的连接套筒进行级联扩展的结构示意图（供电系统为后置式时的示意图）。

图35为本发明内外双重电刷电机组通过带有传动轴的连接套筒以及离合器进行级联扩展的结构示意图（供电系统为后置式时的示意图）。

图36为本发明内外双重电刷电机组通过锥齿轮进行级联扩展的结构示意图（供电系统为后置式时的示意图）。

图37为本发明内外双重电刷电机组通过锥齿轮进行级联扩展的另一结构示意图（供电系统为后置式时的示意图）。

图38为本发明内外双重电刷电机组通过皮带进行级联扩展的结构示意图（供电系统为后置式时的示意图）。

图39为本发明内外双重电刷电机组通过皮带进行级联扩展的另一结构示意图（供电系统为后置式时的示意图）。

其中：

基础电机1、传动电机2、供电系统3、支撑装置4；

外壳2.1、转子2.2、定子2.3、罩壳2.4、电机风扇2.5、传动套2.6；

连接套筒2.6.1、传动轴2.6.2、传动套孔2.6.3；

内导电环3.1、内电刷组3.2、内绝缘支架3.3、外导电环3.4、外电刷组3.5、外绝缘支架3.6、定子外导电环3.7、定子外绝缘支架3.8、定子外电刷组3.9；

永磁条4.1、罩壳轴承4.2。

具体实施方式

参见图1~39，本发明涉及的一种内外双重电刷电机组，所述电机组包含有基础电机1和传动电机2，所述传动电机2包含有转子2.2、通过轴承套装在转子上的定子2.3以及套装在定子2.3上的外壳2.1，所述基础电机1的输出轴与外壳2.1相连，所述基础电机1和传动电机2可以是永磁电机或者鼠笼式电机；

具体的，基础电机1通过传动套2.6与外壳2.1相连，所述传动套2.6具有两种实现方式（如图14~17）：

一、传动套2.6包含有一呈筒状结构的连接套筒2.6.1，所述连接套筒2.6.1上设置有散热孔，该连接套筒2.6.1的开口端处呈台阶状结构，所述连接套筒2.6.1连接于外壳2.1上，且开口端朝向传动电机2，同时连接套筒2.6.1的底部中心向外设置有传动轴2.6.2，该传动轴2.6.2与基础电机1的输出轴相连；

二、传动套2.6包含有一呈筒状结构的连接套筒2.6.1，所述连接套筒2.6.1上设置有散热孔，该连接套筒2.6.1的开口端处呈台阶状结构，所述连接套筒2.6.1连接于外壳2.1上，且开口端朝向传动电机2，同时连接套筒2.6.1的底部中心开有传动套孔2.6.3，所述基础电机1的输出轴插入该传动套孔2.6.3内通过平键结构相连；

所述转子2.2朝向连接套筒2.6.1的一端上连接有一电机风扇2.5，用于对传动电机2进行散热；

所述传动电机2上还设置有供电系统3，所述供电系统包含有转子供电系统和定子供电系统，所述转子供电系统包含有内导电环3.1、内电刷组3.2、内绝缘支架3.3、外导电环3.4、外电刷组3.5和外绝缘支架3.6，所述内导电环3.1套装与转子2.2上，所述内导电环3.1与转子2.2的绕组相电连接，具体的，所述转子2.2上开设有环形槽以及横向设置的凹槽，所述内导电环3.1套装在环形槽内，通过埋设于凹槽内的导线与转子2.2的绕组相连接，所述内绝缘支架3.3的一端固定于外壳2.1的内壁上，所述内电刷组3.2固定于内绝缘支架3.3的另一端上，所述内电刷组3.2与内导电环3.1相滑动接触，所述外导电环3.4套装于外壳2.1的外壁上，所述外导电环3.4与内电刷组3.2相电连接（通过导线或导电杆），所述外电刷组3.5与外导电环3.4相滑动接触，所述外电刷组3.5固定于外绝缘支架3.6上；所述定子供电系统包含有定子外导电环3.7、定子外绝缘支架3.8和定子外电刷组3.9，所述定子外导电环3.7套装与外壳2.1的外壁上，所述定子外导电环3.7与定子外电刷组3.9相滑动接触，所述定子外电刷组3.9固定于定子外绝缘支架3.8上；

所述供电系统3可采用前置式（如图1~6）或者后置式（如图7~13），即供电系统3可安装于传动电机2的前端或者后端；

所述外壳2.1通过支撑装置4插至于罩壳2.4内，所述支撑装置4有两种结构（如图18~25）：

一、所述支撑装置4为永磁条4.1，所述永磁条4.1分别排布于外壳2.1的外壁和罩壳2.4的内壁上，且外壳2.1的外壁上的永磁条4.1与罩壳2.4的内壁上的永磁条4.1的相对面具有相同的极性（即同为N极或者同为S极）；

二、所述支撑装置4为罩壳轴承4.2，所述罩壳2.4通过罩壳轴承4.2套装在外壳2.1上；

所述外绝缘支架3.6和定子外绝缘支架3.8均固定于外部支撑件上，或者固定在罩壳2.4上；

本发明双重电刷电机组可进行级联扩展，级联时，前后设置有多台传动电机2，前一级传动电机2的转子输出端与后一级传动电机2的外壳2.1相连，具体的连接方式为（图26~32为供电系统3为前置式时的结构示意图，图33~39为供电系统3为后置式时的结构示意图）：

一、前一级传动电机2的转子输出端直接与后一级传动电机2的传动套2.6上的传动轴2.6.2相连；

二、前一级传动电机2的转子输出端插入后一级传动电机2的传动套2.6上的传动套孔2.6.3通过平键相连；

三、前一级传动电机2的转子输出端通过离合器与后一级传动电机2的传动套2.6上的传动轴2.6.2相连；

四、前一级传动电机2的转子输出端通过锥齿轮与后一级传动电机2的传动套2.6上的传动轴2.6.2相连；

五、前一级传动电机2的转子输出端通过链条或皮带与后一级传动电机2的传动套2.6上的传动轴2.6.2相连。

在实际应用中，可采用联轴器、离合器套、圆锥齿轮、链轮和皮带轮的组合体来传导本发明的机械能，例如圆锥齿轮和皮带轮的复合体，在转向90度的同时还能作平行轴延展，把叠加的机械能传递到最终负荷上去。

 

权   利   要   求   书

 

1、一种内外双重电刷电机组，所述电机组包含有基础电机（1）和传动电机（2），所述传动电机（2）包含有外壳（2.1）、转子（2.2）和定子（2.3），所述基础电机（1）的输出轴与外壳（2.1）相连，其特征在于：

所述传动电机（2）上还设置有供电系统（3），所述供电系统包含有转子供电系统和定子供电系统，所述转子供电系统包含有内导电环（3.1）、内电刷组（3.2）、内绝缘支架（3.3）、外导电环（3.4）、外电刷组（3.5）和外绝缘支架（3.6），所述内导电环（3.1）套装与转子（2.2）上，所述内导电环（3.1）与转子（2.2）的绕组相电连接，所述内绝缘支架（3.3）的一端固定于外壳（2.1）的内壁上，所述内电刷组（3.2）固定于内绝缘支架（3.3）的另一端上，所述内电刷组（3.2）与内导电环（3.1）相滑动接触，所述外导电环（3.4）套装于外壳（2.1）的外壁上，所述外导电环（3.4）与内电刷组（3.2）相电连接，所述外电刷组（3.5）与外导电环（3.4）相滑动接触，所述外电刷组（3.5）固定于外绝缘支架（3.6）上；所述定子供电系统包含有定子外导电环（3.7）、定子外绝缘支架（3.8）和定子外电刷组（3.9），所述定子外导电环（3.7）套装与外壳（2.1）的外壁上，所述定子外导电环（3.7）与定子外电刷组（3.9）相滑动接触，所述定子外电刷组（3.9）固定于定子外绝缘支架（3.8）上。

2、如权利要求1所述一种内外双重电刷电机组，其特征在于：所述基础电机（1）通过传动套（2.6）与外壳（2.1）相连。

3、如权利要求2所述一种内外双重电刷电机组，其特征在于：所述传动套（2.6）包含有一呈筒状结构的连接套筒（2.6.1），所述连接套筒（2.6.1）上设置有散热孔，该连接套筒（2.6.1）的开口端处呈台阶状结构，所述连接套筒（2.6.1）连接于外壳（2.1）上，且开口端朝向传动电机（2），同时连接套筒（2.6.1）的底部中心向外设置有传动轴（2.6.2），该传动轴（2.6.2）与基础电机（1）的输出轴相连。

4、如权利要求2所述一种内外双重电刷电机组，其特征在于：所述传动套（2.6）包含有一呈筒状结构的连接套筒（2.6.1），所述连接套筒（2.6.1）上设置有散热孔，该连接套筒（2.6.1）的开口端处呈台阶状结构，所述连接套筒（2.6.1）连接于外壳（2.1）上，且开口端朝向传动电机（2），同时连接套筒（2.6.1）的底部中心开有传动套孔（2.6.3），所述基础电机（1）的输出轴插入该传动套孔（2.6.3）内通过平键结构相连。

5、如权利要求1或2所述一种内外双重电刷电机组，其特征在于：所述外壳（2.1）通过支撑装置（4）插至于罩壳（2.4）内。

6、如权利要求5所述一种内外双重电刷电机组，其特征在于：所述支撑装置（4）为永磁条（4.1），所述永磁条（4.1）分别排布于外壳（2.1）的外壁和罩壳（2.4）的内壁上，且外壳（2.1）的外壁上的永磁条与罩壳（2.4）的内壁上的永磁条的相对面具有相同的极性。

7、如权利要求5所述一种内外双重电刷电机组，其特征在于：所述支撑装置（4）为罩壳轴承（4.2），所述罩壳（2.4）通过罩壳轴承（4.2）套装在外壳（2.1）上。

8、如权利要求5所述一种内外双重电刷电机组，其特征在于：所述外绝缘支架（3.6）和定子外绝缘支架（3.8）均固定于外部支撑件上，或者固定在罩壳（2.4）上。

9、如权利要求1或2所述一种内外双重电刷电机组，其特征在于：传动电机（2）前后相连有多台，前一级传动电机（2）的转子输出端与后一级传动电机（2）的外壳（2.1）相连。