专利名称：发电电动机及电动汽车、电动轮船的制作方法
技术领域：
本发明涉及电动机，更具体地说，涉及一种发电电动机以及采用这种发电 电动机驱动的电动汽车和电动轮船。
背景技术：
工业的快速发展，城市机动车辆使用量的迅猛增加，造成石油等天然能源 逐渐减少，并且大量排放的有害气体严重污染了大气，加快地球温室效应，使 人类生活的环境不断恶化。因而，能源短缺、大气污染问题己经成为当今全球 各国所关注的焦点，各种利用电能、太阳能等其它绿色能源驱动的汽车不断出 现。
禾廿用电能驱动的电动汽车一般都携带有蓄电池，通过蓄电池供电给电动机 作功，带动传动轴旋转，进而经过差速器驱动驱动轮。由于蓄电池电量有限， 重新充电需要等待一定的时间，因而这种电动汽车的使用范围被大大限制。
众所周知，电动机利用定子的旋转磁场与感生电流的转子之间的相互作用 产生电磁转矩，并由转轴输出。电动机作功运转时，会存在一定比例的功率损 耗。使用在蓄电池电量有限的汽车上时，这种功率损耗更加快的了蓄电池电量 的消耗，因而如何降低电动机的功率损耗使之更节能、甚至将电动机的功率损 耗再利用便成为研究的一个重点。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述不足，提供一种发电 电动机以及采用这种电动机驱动的电动汽车和电动轮船，以实现动能循环再利 用。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种发电电动机，包括
转轴以及由内至外依次设置在转轴上的发电机定子、转子和电动机定子；其中， 所述发电机定子具有沿圆周对称分布的多个第一凸部，所述多个第一凸部上绕 设有发电机定子绕组；所述电动机定子具有沿其内壁对称分布、向内伸出的多 个第二凸部，所述多个第二凸部上绕设有电动机定子绕组；所述转子由多个具 有第一内径和第一外径的第一部分筒状件和对应的多个具有第二内径和第二 外径的第二部分筒状件沿圆周方向彼此交替连接构成，且第一内径小于第二内 径，第一外径小于第二外径，其中，所述多个第一部分筒状件上绕设有发电机 转子绕组，所述多个第二部分筒状件上绕设有电动机转子绕组。
本发明的一个实施例中，所述发电机定子和所述电动机定子分别通过轴承 套接在所述发电电动机的转轴上。所述转子通过轴套固连在所述发电电动机的 转轴上。
本发明还提供一种电动汽车，包括蓄电池、电动机、离合器、变速器、万 向节、后桥、差速器以及前后多组车轮，电动机由蓄电池供电运转所产生的动 力经中轴上的离合器、变速器、万向节、后桥、差速器传动并经半轴传递给后 车轮，其中，所述电动机为本发明前述提出的发电电动机，所述发电电动机的 电动机定子绕组外接所述蓄电池供电，所述发电电动机的发电机转子绕组产生 的电流接入所述蓄电池。
本发明的一个实施例中，所述发电电动机的非输出端的转轴上设有至少一 台由所述转轴驱动的发电机，所述发电电动机和离合器之间的转轴上的设有至 少一台由所述转轴驱动的发电机。
本发明的一个实施例中，所述电动汽车的中轴上设有至少一台由所述中轴 驱动的发电机以向所述蓄电池供电。
本发明的一个实施例中，所述电动汽车的前后多组车轮上各设有一随所述 车轮的转动而运转的发电机以向所述蓄电池供电。
本发明还提出了一种电动轮船，包括至少一组推进系统，其中每组推进系 统由蓄电池向电动机供电来驱动螺旋桨工作，其中，所述电动机为本发明前述 提出的发电电动机，所述发电电动机的电动机定子绕组外接所述蓄电池供电， 所述发电电动机的发电机转子绕组产生的电流接入所述蓄电池。
一个实施例中，所述每组推进系统的转轴上设有至少一台由所述转轴驱动 的发电机以向所述蓄电池供电。
一个实施例中，所述电动轮船的底部进一步设有至少一台由水流驱动而发 电的水轮机。
实施本发明的发电电动机以及电动汽车和电动轮船，具有以下有益效果 本发明通过特殊设计的转子实现发电机转子和电动机转子的兼用，从而将发电 机和电动机合为一体，在接入外接电源启动使电动机部分运转的同时，发电机 部分被驱动而产生电能，作为对电动机部分外接电源的补充，从而充分降低了 发电电动机的功耗，实现了动能的循环再利用。采用了这种发电电动机的电动 汽车和电动轮船，分别利用蓄电池给发电电动机供电而运转，向其提供动力使 汽车和轮船启动后，发电电动机的发电机部分随电动机部分的运转而产生电 能，向蓄电池供电。这样的话，在汽车和轮船行驶过程中发电电动机可以在消 耗蓄电池电量的同时持续地向蓄电池进行部分的电量补充，从而使蓄电池的使 用时间得到了延长，汽车和轮船的行驶距离得到了扩展，因而该电动汽车和电 动轮船通过动能再利用实现了尽可能的节能。
图1是本发明第一实施例的发电电动机结构示意图2是图1所示第一实施例的装配示意图3是本发明第二实施例的发电电动机结构示意图4是采用本发明一个实施例的发电电动机驱动的电动汽车的底盘传动 系示意图5是采用本发明一个实施例的发电电动机驱动的电动轮船的示意图； 图6是电动轮船的另一实施例的示意图。
具体实施例方式
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明
图1是本发明第一实施例的发电电动机的结构示意图。如图1所示，该发
电电动机机壳(图中未示出)内由内至外依次设有发电机定子110、转子120 和电动机定子130。其中，发电机定子110具有一柱形主体以及沿该柱形主体 外圆周对称设置的三个弧形凸部112，该柱状主体设有中心轴孔140，发电机 定子绕组绕设在三个弧形凸部112内。电动机定子130为圆筒形，沿其内壁对 称设有三个弧形凸部132，用于绕设电动机定子绕组。转子120大致呈筒状， 由三个具有第一内径和第一外径的第一部分筒状件122、 124、 126与三个具有 第二内径和第二外径的第二部分筒状件121、 123、 125彼此交替连接构成，其 中第一内径小于第二内径，第一外径小于第二外径，并且第一外径可等于第二 内径。转子120的第一部分筒状件122、 124、 126用于绕设发电机转子绕组， 转子120的第二部分筒状件121、 123、 125用于绕设电动机转子绕组，并且发 电机转子绕组和电动机转子绕组互不相连。通过这种设计，转子120兼作发电 机转子和电动机转子，内侧的发电机定子110与转子120的相互作用构成发电 机，外侧的电动机定子130与转子120相互作用构成电动机，从而实现电动机 和发电机合为一体。
图2是该发电电动机的装配示意图。如图2所示，该发电电动机设有用以 输出转矩的转轴180。发电机定子110通过轴承150套接在转轴180上。转子 120在其第一部分筒状件122、 124、 126的内壁通过轴套160固连在转轴150 上。电动机定子110通过轴承端盖170套接在转轴150上。以上各部分构成该 发电电动机的机芯部分，该机芯部分可以通过转轴支撑在机壳内，并可设有固 定支架以与其它应用部分连接，此为现有技术，故而本申请对此不做详细描述。 以下结合第一实施例介绍本发明的发电电动机的工作原理 当外侧的电动机定子130内的电动机定子绕组接入电源后，与转子120 的第二部分筒状件121、 123、 125上绕设的电动机转子绕组相互作用而产生电 磁转矩，驱动转子120旋转，进而带动转轴150旋转，电能转换成机械能。转 轴150输出转矩便可使汽车中轴或相关机械转轴转动。在转子120带动转轴 150旋转的过程中，转子120的第一部分筒状件122、 124、 126上绕设的发电 机转子绕组在发电机定子110形成的磁场中作切割磁力线运动，产生感应电 流。该感生电流从发电子转子绕组中引出，经相关处理后，向蓄电池供电，机
械能转换成电能。然后，蓄电池可以向该发电电动机的电动机部分供电，继续
驱动转子120旋转，同时转子120的旋转又产生感应电流给蓄电池进行补充充 电。如此循环，便可充分降低电动机的功率损耗，实现动能循环再利用。
图3是本发明第二实施例的发电电动机结构示意图。如图3所示，该发电 电动机机壳(图中未示出)内由内至外依次设有发电机定子210、转子220和 电动机定子230。图3所示的第二实施例具有与图1所示的第一实施例类似的 结构。其中，发电机定子210具有一柱形主体以及沿该柱形主体外圆周对称设 置的四个弧形凸部212，该柱状主体设有中心轴孔240，发电机定子绕组绕设 在四个弧形凸部212内。电动机定子230为圆筒形，沿其内壁对称设有四个弧 形凸部232，用于绕设电动机定子绕组。转子220亦大致呈筒状，由具有第一 内径和第一外径的四个第一部分筒状件222、 224、 226、 228与具有第二内径 和第二外径的四个第二部分筒状件221、 223、 225、 227彼此交替连接构成， 其中第一内径小于第二内径，第一外径小于第二外径，并且第一外径可等于第 二内径。第一部分筒状件222、 224、 226、 228和第二部分筒状件221、 223、 225、 227可沿圆周方向对称设置。转子220的第一部分筒状件222、 224、 226、 228用于绕设发电机转子绕组，转子220的第二部分筒状件221、 223、 225、 227用于绕设电动机转子绕组，并且发电机转子绕组和电动机转子绕组互不相 连。因而转子220可兼作发电机转子和电动机转子，内侧的发电机定子210 与转子220的相互作用构成发电机，外侧的电动机定子230与转子220相互作 用构成电动机，从而实现电动机和发电机合为一体。
图4是采用本发明一个实施例的发电电动机的电动汽车300的传动系示意 图。如图4所示，该电动汽车300由发电电动机302提供动力。发电电动机 302的转轴经离合器304与汽车中轴324连接。进而，发电电动机302输出的 转矩经变速器306减速，并通过万向节308传动到差速器312，然后经由半轴 314传送给一组后轮316。离合器304、变速器306、万向节308、差速器312 及其传动可以通过现有技术中的各种手段来实现，故而本申请不再给予详细介 绍。
具体如图4所示，该电动汽车设有向发电电动机302供电的蓄电池322，
通过电线与发电电动机302的电动机定子绕组电连接。利用蓄电池322的电源 为动力启动该发电电动机302运转后，带动中轴324转动，进而驱动汽车前行。 发电电动机302启动并运转后，其内的发电机部分开始输出电流以不断地向蓄 电池322供电，发电电动机302旋转的动能被充分再利用，转换成电能，从而 可以延长蓄电池322的使用时间。
由于发电电动机302自发电产生的电能不足以补充其电动机部分消耗掉 的电能，如图4所示的本发明一个实施例中，该电动汽车还在发电电动机302 的非输出端一侧设有发电机320，发电机320的转子随发电电动机302的转轴 旋转而转动，产生的电能经相应处理例如交直流转换后提供给蓄电池322以对 其进行补充。发电机320的输出端和离合器310之间的转轴上还设有发电机 311，发电机311的转子随发电电动机302的转轴旋转而转动，产生的电能经 相应处理后提供给蓄电池322以对其进行补充。采用这种设计的电动汽车不仅 可以在汽车行驶的过程中驱动发电机发电以不断向蓄电池补充电源，而且在汽 车停下时，例如在等待红灯时，发电电动机302的空转也可以带动其转轴上的 发电机311和320继续发电。
此外，该电动汽车还可在中轴324上设置发电机310，由中轴324驱动而 发电，产生的电能提供给蓄电池322。图4所示仅为本发明的一个实施例，因 而本领域的普通技术人员可知的是，本发明中利用发电电动机302的旋转动能 再发电的发电机例如发电机310、311、320的数量并不限于图4所示的实施例， 根据实际使用以及底盘空间的设计，发电机的数量可作相应的调整。
为了更充分的利用发电电动机302输出的动能，如图4所示，该电动汽车 还可在前后两组车轮316上分别设置发电机318，由车轮316的转动驱动该发 电机318发电，由此产生的电能输送回蓄电池322。并且，在该电动汽车的驾 驶室或车身的挡风玻璃上方还可增设小型风力发电机，以充分利用汽车前行过 程中的风能发电，所产生的电能接入蓄电池322。
通过以上设计，本发明的电动汽车在蓄电池电量有限的情况下，能通过动 能的多次循环再利用转换成电能对蓄电池电量进行补充，从而最大可能地延长 了蓄电池的使用时间，使这种电动汽车的应用范围得到扩展。
图5是采用本发明一个实施例的发电电动机驱动的电动轮船400的示意 图。该电动轮船400利用了与上述图3所示的电动汽车300相同的驱动原理。 如图5所示，电动轮船400由发电电动机412提供动力，驱动转轴410旋转， 从而带动螺旋桨411工作，推动轮船前行。大功率轮船一般采用了多组推进系 统，如图5所示的实施例中，设有三组推进系统。因而本发明在轮船400的每 组推进系统上设置提供动力的发电电动机来驱动对应的转轴410、 420、 430 旋转，从而带动各自的螺旋桨工作。
电动轮船400的各组推进系统内的发电电动机可由蓄电池供电。例如，利 用蓄电池的电源为动力启动该发电电动机412运转后，带动转轴410转动，进 而驱动螺旋桨411工作。发电电动机412启动并运转后，其内的发电机部分开 始发电，将发电电动机412旋转的动能转换成电能向蓄电池供电。此外，为更 充分利用旋转产生的动能，该电动轮船还可在每组推进系统的发电电动机的非 输出端和输出端上各设置至少一台发电机，由该发电电动机旋转驱动而发电。 例如图5所示的实施例中，发电电动机412的非输出端一侧设有一台发电机 413，发电机413的转子随发电电动机412的转轴旋转而转动，产生的电能经 相应处理例如交直流转换后提供给蓄电池以进行电量补充。并且，转轴410 上设置有三台发电机414、 415、 416，由转轴410驱动而发电，产生的电能提 供给蓄电池。
图6所示为电动轮船的另一实施例500的示意图。电动轮船500可采用与 图5所示的电动轮船400相同的推进系统，利用蓄电池启动发电电动机提供动 力，驱动螺旋桨工作，并通过发电电动机自发电以及由发电电动机带动的各发 电机发电所产生的电能对蓄电池供电，从而实现动能循环再利用。并且，图6 所示的电动轮船500进一步在轮船底部设有一组多台水轮机502，利用轮船500 前行过程中的水流驱动水轮机502旋转，进而发电。产生的电能可向蓄电池供 电，或者直接向轮船500上的各种用电设备供电。
权利要求
1、一种发电电动机，其特征在于，包括转轴以及由内至外依次设置在转轴上的发电机定子、转子和电动机定子；其中，所述发电机定子具有沿圆周对称分布的多个第一凸部，所述多个第一凸部上绕设有发电机定子绕组；所述电动机定子具有沿其内壁对称分布、向内伸出的多个第二凸部，所述多个第二凸部上绕设有电动机定子绕组；所述转子由多个具有第一内径和第一外径的第一部分筒状件和对应的多个具有第二内径和第二外径的第二部分筒状件沿圆周方向彼此交替连接构成，且第一内径小于第二内径，第一外径小于第二外径，其中，所述多个第一部分筒状件上绕设有发电机转子绕组，所述多个第二部分筒状件上绕设有电动机转子绕组。
2、 根据权利要求1所述的发电电动机，其特征在于，所述发电机定子和 所述电动机定子分别通过轴承套接在所述发电电动机的转轴上。
3、 根据权利要求1所述的发电电动机，其特征在于，所述转子通过轴套 固连在所述发电电动机的转轴上。
4、 一种电动汽车，包括蓄电池、电动机、离合器、变速器、万向节、后 桥、差速器以及前后多组车轮，电动机由蓄电池供电运转所产生的动力经中轴 上的离合器、变速器、万向节、后桥、差速器传动并经半轴传递给后车轮，其 特征在于，所述电动机为权利要求l-4中任一项所述的发电电动机，所述发电 电动机的电动机定子绕组外接所述蓄电池供电，所述发电电动机的发电机转子 绕组产生的电流接入所述蓄电池。
5、 根据权利要求4所述的电动汽车，其特征在于，所述发电电动机的非 输出端的转轴上设有至少一台由所述转轴驱动的发电机，所述发电电动机和离 合器之间的转轴上的设有至少一台由所述转轴驱动的发电机。
6、 根据权利要求4所述的电动汽车，其特征在于，所述电动汽车的中轴 上设有至少一台由所述中轴驱动的发电机以向所述蓄电池供电。
7、 根据权利要求4所述的龟动汽车，其特征在于，所述电动汽车的前后 多组车轮上各设有一随所述车轮的转动而运转的发电机以向所述蓄电池供电。
8、 一种电动轮船，包括至少一组推进系统，其中每组推进系统由蓄电池向电动机供电来驱动螺旋桨工作，其特征在于，所述电动机为权利要求1-4中 任一项所述的发电电动机，所述发电电动机的电动机定子绕组外接所述蓄电池 供电，所述发电电动机的发电机转子绕组产生的电流接入所述蓄电池。
9、 根据权利要求8所述的电动轮船，其特征在于，所述每组推进系统的 转轴上设有至少一台由所述转轴驱动的发电机以向所述蓄电池供电。
10、 根据权利要求8所述的电动轮船，其特征在于，所述电动轮船的底部 设有至少一 台由水流驱动而发电的水轮机。
全文摘要
本发明涉及一种发电电动机以及采用这种发电电动机驱动的电动汽车和电动轮船。所述发电电动机包括转轴以及由内至外依次设置在转轴上的发电机定子、转子和电动机定子，所述转子交替设有互不相连的发电机转子绕组和电动机转子绕组，实现发电子转子和电动机转子的兼用。该发电电动机在外接电源驱动下运转的同时由发电机部分产生电能，从而降低功耗，实现动能再利用。本发明的电动汽车和电动轮船采用所述发电电动机提供动力，在消耗蓄电池电量的同时持续地向蓄电池进行电量补充，从而延长蓄电池使用时间，使行驶距离得到了扩展，并充分节能。
文档编号H02K16/04GK101364760SQ200810142219
公开日2009年2月11日 申请日期2008年7月31日 优先权日2008年7月31日
发明者旻 卢, 卢源祥 申请人:卢 旻;卢源祥