多功能發動機的製作方法

2023-06-19 22:55:21 1

專利名稱：多功能發動機的製作方法
多功能發動機
背景技術：
本發明涉及多種類型的發動機。一般地，發動機包括將化學能、動能或電能轉換為 直線或旋轉運動的機械系統。

發明內容
本發明描述軸向對齊的馬達以及管狀或實心驅動軸的結構，所述結構使得多個馬 達和驅動軸在以很緊湊的體積工作。所述馬達互相軸向對齊，並且各馬達包括與該馬達以 及其他驅動軸軸向對齊的驅動軸。至少一個驅動軸為管狀，由此允許一或多個驅動軸在該 驅動軸內互相同心地配合，如同伸縮裝置那樣工作。由此，在以相同或不同的速度及方向旋 轉時，驅動軸可實際上佔據相同的空間，並且所述驅動軸上可施加有相同或不同的扭矩。本發明的一個方面是一種裝置，其包括多個軸向對齊的馬達，以及多個驅動軸。所 述驅動軸同心設置、互相軸向對齊、並與馬達軸向對齊。各驅動軸的半徑不同於其他所有的 驅動軸。各驅動軸相互隔開，以在相鄰的驅動軸之間形成間隙。各驅動軸由其中一個電動機 驅動旋轉，並且各驅動軸可簡單地構成其馬達轉子的延伸。最後，至少一個驅動軸為管狀。本發明的另一方面描述了一種裝置，其包括具有第一軸向對齊的管狀驅動軸的第 一馬達。所述第一驅動軸具有第一內徑和第一外徑。第二馬達具有第二軸向對齊的管狀驅 動軸。所述第二驅動軸具有第二內徑和第二外徑。所述第二內徑和第二外徑小於所述第一 內徑和第一外徑。所述第二馬達與所述第一馬達軸向對齊，所述第二驅動軸與所述第一驅 動軸同心、軸向對齊。所述第二驅動軸的至少一部分設在所述第一驅動軸之內且在所述第 一驅動軸與第二驅動軸之間形成環狀間隙。第三馬達具有第三同心、軸向對齊的驅動軸。所 述第三驅動軸具有第三內徑和第三外徑。所述第三內徑和第三外徑小於所述第二內徑和第 二外徑。所述第三馬達與所述第二馬達軸向對齊，所述第三驅動軸與所述第二驅動軸軸向 對齊。所述第三驅動軸的至少一部分設在所述第一驅動軸和第二驅動軸之內且在所述第二 驅動軸與第三驅動軸之間形成環狀間隙。


圖1為根據本發明的電動馬達的第一實施例的側視立體圖；圖2為圖1所示第一實施例的端視立體圖；圖3為根據本發明的電動馬達系統之實施例的側視立體圖；圖4為圖3所示實施例的局部端視立體圖；圖5為根據本發明的電動馬達系統之第二實施例的側視立體圖；圖6為圖5所示電動馬達系統的局部端視立體圖；圖7為根據本發明的第三電動馬達系統的側視立體圖；圖8為根據本發明的第三電動馬達系統的局部端視立體圖；圖9為圖7和8所示之第三電動馬達系統的端視立體圖。
具體實施例方式本發明的裝置包括一或多個馬達，所述馬達最好互相軸向對齊，並且各自具有管 狀或實心的驅動軸，所述驅動軸也互相軸向對齊且與所述一或多個馬達軸向對齊。各驅動 軸的半徑可與其他驅動軸的半徑不同。從而，多個驅動軸可同心對齊並且部分交疊一類似 於伸縮式機構中管子的設置方式。這一結構的一個優點是多個驅動軸相互靠得很近(佔據 較少的空間)，並且可有不同旋轉方向和速度，而且各驅動軸上可施加不同的扭矩。本發明 的另一個方面在於多個驅動軸在任何兩個半徑不同的驅動軸之間形成小的環狀間隙。這 樣，流體可經過這些間隙。例如，可在這些間隙中設置冷卻流體，並且通過使得流體以任一 方向流經環狀間隙，所述流體在靠近馬達時可吸收馬達的熱量，並將熱量傳遞出馬達。這一 冷卻系統簡化了現有的系統，並且避免了用於傳遞冷卻流體的外部抽吸裝置及其他裝置。 也可採用這一系統在流體用於其他系統之前對流體進行預熱。圖1為根據本發明的電動馬達102的第一實施例的立體側視圖。所示的實施例包 括單個電動馬達102以及和電動馬達102軸向對齊的單個管狀驅動軸104。驅動軸104受 電動馬達102驅動而旋轉。可使用各種類型的電動馬達，例如內燃機；交流電動馬達；直 流電動馬達；氣體驅動渦輪發動機、空氣驅動渦輪發動機、水驅動渦輪發動機；往復式發動 機；蒸汽機；及壓電驅動發動機等。儘管在圖1的立體圖中並未示出，驅動軸104最好完全 穿過電動馬達102。本實施例中，驅動軸104為管狀，並且可為各種的內徑和外徑。驅動軸 104可由任何剛性或半剛性材料製成，例如金屬、陶瓷，甚至是聚合物(例如，丙烯腈_ 丁二 烯-苯乙烯(ABS)、聚氯乙烯(PVC)、硫化橡膠)、非晶形材料(例如，玻璃)、及有機化合物 (例如，木材)等。電動馬達102能夠以順時針或者逆時針方向對驅動軸104施加旋轉力， 儘管在一實施例中，電動馬達102僅以單個方向施加旋轉力。電動馬達102還能夠以各種 旋轉速度對驅動軸104進行驅動。電動馬達102還能夠在驅動軸104上施加各種扭矩。電動馬達102的一個例子是旋轉電動馬達或交流發電機。本實施例中，驅動軸104 可固定至轉子。定子可固定至電動機102的內部，並且包圍但不接觸轉子。由此，轉子可自 由地相對於定子旋轉。轉子和定子都可包括導線或者其他材料構成的繞組。通過定子繞組 的電流產生電場，所述電場在轉子上產生感應扭矩並且使得轉子和驅動軸104旋轉。一實 施例中，為了保證連續旋轉，所述電流可為交流。圖2為圖1所示第一實施例的端視圖。本實施例中，驅動軸104穿過電動馬達102 的內部。驅動軸104可為管狀，並且由此包括中空的或內部的區域106。圖3為根據本發明之由電動馬達302、312組成的系統300實施例的側視圖。本 實施例中，兩個電動馬達301和312互相軸向對齊。左側的電動馬達302具有管狀驅動軸 304，所述驅動軸與左側電動馬達軸向對齊並且與右側電動馬達312軸向對齊。左側的驅動 馬達304具有第一半徑。右側的電動馬達312也具有與兩個電動馬達302和312軸向對齊 的驅動軸314。驅動軸314具有第二半徑，所述第二半徑小於第一驅動軸304的半徑。由於 兩個驅動軸304和314軸向/同心對齊並且半徑不同，第一驅動軸304套在較細的第二驅 動軸314的周圍，但不接觸到第二驅動軸314。這樣，兩個驅動軸304和314可以以不同的 方向和速度旋轉，並且對它們施加不同的扭矩。儘管所示的實施例示出了第二驅動軸214為管狀，但一實施例中，這一內驅動軸 (第二驅動軸)314可為實心的。實心的驅動軸更容易製造並且成本更低，而且實心的驅動軸彈性更大，由此可在更大的負載下運行，並且使用壽命長於管狀的驅動軸。此外，為了冷 卻的目的，驅動軸314本身可將熱傳遞出電動馬達312。這樣，實心的驅動軸的導熱性比管 狀驅動軸更佳。一實施例中，流體可經由兩個驅動軸304和314之間的環狀間隙(見圖4) 將熱傳遞出電動機302和312。同時，若內驅動軸(第二驅動軸)314為管狀，流體可佔據這 一中空區域並且將熱傳遞出電動馬達302、312。圖4為圖3所示實施例的局部端視立體圖。圖4中，示出了內驅動軸304和外驅 動軸314之間的環形間隙308，以及內驅動軸314內的中空區域316。儘管未顯示，應理解 兩個驅動軸304和314都穿過第一電動馬達302，但僅由第二驅動軸314穿過第二電動馬 達312。然而，代替實施例中，兩個驅動軸304和314可設置在兩個電動馬達302、312中並 且穿過兩個電動馬達302和312。該實施例中，各電動馬達302和312可驅動單個驅動軸。 例如，在所示的實施例中，第一電動馬達302僅驅動第一驅動軸(外驅動軸)304，而第二電 動馬達312僅驅動內驅動軸(第二驅動軸)314。一實施例中，馬達302和312是電動的，並且各自包括定子和轉子。第一電動馬達 302的轉子可固定至外驅動軸304，內驅動軸314自由穿過第一電動馬達302和外驅動軸 304而不接觸外驅動軸304。所示的實施例中，外驅動軸304不穿過第二電動馬達312，這 樣，第二電動馬達312的轉子可直接固定至內驅動軸314，或者與內驅動軸314成為一體。圖5為根據本發明由電動馬達502、512、522組成的系統500第二實施例的側視 圖。所示的實施例包括第一電動馬達504，所述第一電動馬達具有第一軸向對齊的管狀驅動 軸504，所述第一驅動軸504具有第一半徑。所示的實施例還包括第二電動馬達512，所述第二電動馬達具有第二軸向對齊的 管狀驅動軸514。第二驅動軸514具有小於所述第一半徑的第二半徑。第二電動機512與 第一電動機504軸向對齊，並且第二驅動軸514與第一驅動軸504軸向對齊。如圖所示，第 二驅動軸514的至少一部分設在第一驅動軸504之內。第一驅動軸502和第二驅動軸512 之間形成環狀間隙。系統500還包括第三電動馬達522，所述第三電動馬達具有第三軸向對齊的驅動 軸524。第三驅動軸524具有第三半徑，所述第三半徑小於第二半徑和第一半徑。第三電 動馬達522與第二電動馬達512軸向對齊，並且第三驅動軸524與第二驅動軸514軸向對 齊。第三驅動軸524的至少一部分設在第一驅動軸504和第二驅動軸514之內。第二驅動 軸514和第三驅動軸524之間在兩者重疊的區域內形成環狀間隙。所示的實施例中，可以 以不同的方向和速度來驅動三個不同的驅動軸504、514及524，並且各驅動軸504、514及 524上可施加不同的轉矩。儘管電動機502、512及522示出為互相橫向地隔開，其他實施例中，電動馬達502、 512及522之間可有更大或更小的間隔，或者沒有間隔。圖9示出了電動馬達502、512及 522不相互隔開的實施例。一實施例中，電動馬達502、512及522以相同的方向和速度對驅動軸504、514及 524進行驅動，並且/或者對所有三個驅動軸504、514及524施加相等的扭矩。其他實施例 中，可在一或多個驅動軸504、514及524的任何組合上施加任何組合的速度、方向及/或扭 矩。一實施例中，內驅動軸524可為管狀或實心的。儘管在所示的實施例中，各驅動軸504、 514及524的一部分提供至各電動馬達502、512及522的右側，另一實施例中，這三個驅動軸504、514及524可僅設在各電動馬達502、512及522之中，或者提供至各電動機502、512 及522的左側。圖6為圖5所示的電動馬達系統500的部分端視圖。在所示的實施例中，內驅動 軸524為管狀。然而，一實施例中，內驅動軸524可為實心的。如圖所示，內驅動軸524和 中驅動軸514之間形成環狀間隙518，並且中驅動軸514和外驅動軸504之間形成環狀間隙 508。如前圖所示，間隙508和518可填充有流體。一實施例中，這一流體可將熱量或熱能 帶出電動機502、512及522，或者將熱量或熱能傳送至這些電動機。在一具有多個間隙508 和518的實施例中，如圖6所示，流體可以以不同的方向流動。一實施例中，流體可在間隙 508和518中的一個而不是所有的間隙中流動。一實施例中，不同的間隙508和518中可流 有不同的流體。一實施例中，內驅動軸524內的中空區域526也可為用於流體的導管。還 包括其他的組合。圖7為根據本發明由馬達702、712、722及732組成的第三系統700的側視圖。系 統700包括第一馬達702，所述第一馬達具有第一軸向對齊的管狀驅動軸704。第一驅動軸 704具有第一半徑。系統700還包括第二馬達712，所述第二馬達具有第二軸向對齊的管狀 驅動軸714。第二驅動軸714具有第二半徑，所述第二半徑小於所述第一半徑。第二馬達 712與第一馬達702軸向對齊，第二驅動軸714與第一驅動軸704軸向對齊。第二驅動軸 714的至少一部分設在第一驅動軸704之內，並且使得第一驅動軸704和第二驅動軸714之 間形成環狀間隙。系統700還包括第三馬達722，所述第三馬達具有第三軸向對齊的管狀驅 動軸724。第三驅動軸724具有第三半徑，所述第三半徑小於所述第二半徑。第三馬達722 與第二馬達712軸向對齊，第三驅動軸724與第二驅動軸714軸向對齊。第三驅動軸724的 至少一部分設在第一驅動軸704和第二驅動軸714之內，並且使得第二驅動軸714和第三 驅動軸724之間形成環狀間隙。系統700還包括第四馬達732，所述第四馬達具有第四軸向 對齊的管狀驅動軸734。第四驅動軸734具有第四半徑，所述第四半徑小於所述第三半徑。 第四馬達732與第三馬達722軸向對齊，第四驅動軸734與第三驅動軸724軸向對齊。第 四驅動軸734的至少一部分設在第一驅動軸704、第二驅動軸714和第三驅動軸724之內， 並且使得第三驅動軸724和第四驅動軸734之間形成環狀間隙。圖8為根據本發明的由馬達702、712、722及732組成的第三系統700的局部端視 立體圖。本實施例中，內驅動軸(第四驅動軸)734為實心的。然而，代替實施例中，內驅動 軸(第四驅動軸)524可為管狀或具有空心區域。如圖所示，各對驅動軸704、714、724及 734之間形成環狀間隙708、718、728。本實施例中，可以以不同的方向和速度驅動各驅動軸 704、714、724及734，並且各驅動軸704、714、724及734上可施加有不同的扭矩。代替實施 例中，可以相同的速度、方向驅動各個驅動軸04、714、724及734及/或對各驅動軸施加相 同的扭矩。在其他實施例中，可對驅動軸704、714、724、734施加不同的或相似的速度、方向 及/或扭矩的組合。圖9為圖7和8所示的馬達902、912、922、924組成的第三系統900的端視立體圖。 圖9所示的實施例中，各馬達902、912、922、924之間沒有間隙。換言之，馬達902、912、922、 924相互接觸，或者各馬達902、912、922、924之間只有最小的間隙。這一結構的優點在於馬 達902、912、922、924組成的系統900較緊湊。這樣，所示的系統900可提供四種不同的速 度、旋轉方向、及/或扭矩，以驅動用於旋轉或者驅動其他系統的驅動軸904、914、924、934，並且這樣的具有多種力的系統900可以以非常小且緊湊的空間/體積來實現。 儘管詳細說明了本發明的各種實施例，但對於本領域技術人員來說這些實施例的
變型和修改是明顯的。應當清楚地理解此類變型和修改是在本發明的精神和範圍之內的。
權利要求
一種裝置，包括多個軸向對齊的馬達；及多個驅動軸所述驅動軸互相軸向對齊；與所述馬達軸向對齊；各所述驅動軸具有與其他驅動軸都不同的半徑，並且相互隔開以在相鄰的驅動軸之間形成間隙；各驅動軸由所述馬達中的一個可旋轉地驅動；並且其中，至少一個驅動軸為管狀。
2.如權利要求1所述的裝置，其中一或多個所述驅動軸以不同的方向旋轉。
3.如權利要求1所述的裝置，其中一或多個所述驅動軸以相同的方向旋轉。
4.如權利要求1所述的裝置，其中所述驅動軸以不同的轉速旋轉。
5.如權利要求1所述的裝置，其中最內側的驅動軸為實心的。
6.如權利要求1所述的裝置，其中所述的驅動軸全部為管狀。
7.如權利要求6所述的裝置，其中各馬達為電動馬達。
8.一種裝置，包括第一馬達，其具有第一軸向對齊的管狀驅動軸，所述第一驅動軸具有第一內徑和第一 外徑；第二馬達，其具有第二軸向對齊的管狀驅動軸，所述第二驅動軸具有第二內徑和第二 外徑，所述第二內徑和第二外徑小於所述第一內徑和第一外徑，所述第二馬達與所述第一 馬達軸向對齊，所述第二驅動軸與所述第一驅動軸軸向對齊，並且所述第二驅動軸的至少 一部分設在所述第一驅動軸之內且在所述第一驅動軸與第二驅動軸之間形成環狀間隙。第三馬達，其具有第三軸向對齊的驅動軸，所述第三驅動軸具有第三內徑和第三外徑， 所述第三內徑和第三外徑小於所述第二內徑和第二外徑，所述第三馬達與所述第二馬達軸 向對齊，所述第三驅動軸與所述第二驅動軸軸向對齊，並且所述第三驅動軸的至少一部分 設在所述第一驅動軸和第二驅動軸之內且在所述第二驅動軸與第三驅動軸之間形成環狀 間隙。
9.如權利要求8所述的裝置，其中所述驅動軸以不同的方向旋轉。
10.如權利要求8所述的裝置，其中所述驅動軸以相同的方向旋轉。
11.如權利要求8所述的裝置，其中所述驅動軸以不同的轉速旋轉。
12.如權利要求8所述的裝置，其中所述第三驅動軸為實心的。
13.如權利要求8所述的裝置，其中所述第三驅動軸為管狀。
14.如權利要求8所述的裝置，其中各馬達為電動馬達。
全文摘要
本發明描述軸向對齊的馬達以及管狀或實心驅動軸的結構，所述結構使得多個馬達和驅動軸在很緊湊的空間中工作。所述馬達互相軸向對齊，並且各馬達包括與該馬達以及其他驅動軸軸向對齊的驅動軸。至少一個驅動軸為管狀，由此允許一或多個驅動軸在該驅動軸內互相同心地配合，如同伸縮裝置那樣工作。由此，在以相同或不同的速度及方向旋轉時，驅動軸可實際上佔據相同的空間，並且所述驅動軸上可施加有相同或不同的扭矩。
文檔編號H02K16/00GK101897107SQ200880112303
公開日2010年11月24日 申請日期2008年10月15日 優先權日2007年10月15日
發明者雷納託·巴斯託斯·裡貝羅 申請人:雷納託·巴斯託斯·裡貝羅