CN105863737A - 气压波纹管驱动的永磁直线发电装置 - Google Patents

Abstract

一种气压波纹管驱动的永磁直线发电装置，永磁铁板固定轴位于缸体内，并使该永磁铁板固定轴的两端均与分别位于缸体两端的外壳内的波纹管连接；各波纹管的外端面均连接有进气管和排气管；并且各进气管与高压气源相连，各排气管与低压气源相连。缸体的内表面有初级铁芯。次级套装在永磁铁板固定轴上。次级的最大外径与初级铁芯的最小内径之间有间隙。本发明采用波纹管代替传统的活塞缸，推动直线发电机发电，克服了活塞缸易磨损、易漏气、结构复杂、维护要求高的问题，具有结构简单、不漏气、维护方便、效率高、制造成本低的优点。配上热端、冷端和回热器，可用于构成斯特林发电系统和具有高压气源的其它发电系统。

Description

气压波纹管驱动的永磁直线发电装置

技术领域

本发明属于气压发电技术领域，具体地说，涉及一种气压波纹管驱动的永磁直线发电装置，能够将高压气体的能量转换为电能。

背景技术

传统的活塞式直线式发电机，它是通过活塞缸驱动直线发电机发电的。这种发电机通过活塞在气体的膨胀压力下，推动永磁体在发电线圈中往复运动产生电流的。由于仍然采用活塞式驱动，相应的活塞与活塞缸之间的摩擦损失不可避免，将影响能量的转化效率以及装置的使用寿命，另外，活塞缸的密封要求较高，随着磨损的加剧，后续的漏气问题也会影响装置的正常使用。

因此，需要一种可以克服活塞缸磨损及漏气问题的新型永磁直线发电装置。

发明内容

为了解决现有技术中活塞缸式永磁直线发电装置存在的磨损及漏气问题，本发明提出了一种气压波纹管驱动的永磁直线发电装置。

本发明包括支撑板、外壳、第一波纹管、端盖板、缸体、初级铁芯、绕组、永磁铁板、隔板、第二联轴器、第二波纹管、第二进气管、第二换向阀、第二排气管、压缩弹簧、永磁铁板固定轴、第一进气管、第一换向阀、第一排气管。其中：

所述的永磁铁板固定轴位于缸体内，并使该永磁铁板固定轴的两端均与分别位于所述缸体两端的外壳内的第一波纹管和第二波纹管连接；所述第一波纹管的外端面连接有第一进气管和第一排气管；所述第二波纹管的外端面亦连接有第二进气管和第二排气管；所述的第一进气管和第二进气管均与高压气源相连，第一排气管和第二排气管均与低压气源相连。

由多片永磁铁板片组成的次级套装在所述永磁铁板固定轴上；在各相邻的两片永磁铁板之间均安装有隔板。所述初级铁芯套在所述永磁铁板上；绕组嵌装在所述初级铁芯内圆周表面的绕组槽内。在所述次级铁芯的两端端面与分别位于所述缸体的两端的端盖板的端面之间分别有压缩弹簧，并使该压缩弹簧套装在所述永磁铁板固定轴上。

缸体的内表面有初级铁芯。初级铁芯的内表面沿轴向有均布的用于绕制绕组的凹槽。所述绕组嵌入该凹槽内并与初级铁芯固定连接。所述的永磁铁板有多片，所述的隔板亦有多片，并且该永磁铁板的外径比隔板的外径大40mm。所述永磁铁板与隔板间隔排列，从而使永磁铁板与隔板之间通过磁力连接，组成了次级。所述的次级套装在永磁铁板固定轴上。所述的次级的最大外径与所述初级铁芯的最小内径之间有间隙。

所述各端盖板的中心孔内分别安装有滑动轴承，在各端盖板的外侧分别有轴承挡板。永磁铁板固定轴的两端分别穿过缸体的两端的滑动轴承、端盖板的中心孔和轴承挡板的中心孔，其中的一端通过第一联轴器与第一波纹管的法兰盘连接，另一端通过第二联轴器与第二波纹管的法兰盘连接。

在所述各外壳的外端面分别有支撑板，该支撑板的中心有通孔。所述第一波纹管的第一进气管和第一排气管通过该支撑板的通孔与该第一波纹管连通；所述第二波纹管的第二进气管和第二排气管通过该支撑板的通孔与该第二波纹管连通。在所述第一进气管与第一排气管上安装有第一换向阀；在所述第二进气管与第二排气管上安装有第二换向阀。

所述的第一波纹管和第二波纹管均采用不锈钢制成；在各波纹管的一端均与中心有连接轴的法兰盘固连。其中一个法兰盘通过第一联轴器与永磁铁板固定轴的一端连接；另一个法兰盘通过第二联轴器与永磁铁板固定轴的另一端连接。

在所述永磁铁板固定轴的中部套装有间隔排列的永磁铁板片和隔板，并通过安装在该永磁铁板固定轴上的固定螺母限制永磁铁板片与隔板同永磁铁板固定轴的轴向相对位置。所述永磁铁板固定轴的两端分别穿过安装在端盖板上的各滑动轴承，并能够沿轴向往复运动。所述的各滑动轴承通过轴承挡板固定在端盖板上。压缩弹簧有两个，分别套装在永磁铁板固定轴的两端，并位于滑动轴承与固定螺母之间，以防止二者之间产生碰撞。

本发明采用两组波纹管代替传统的活塞，驱动直线发电机发电。所用的工质为气体，为空气或氢气或氦气以及蒸汽，通过三位四通换向阀控制工质在波纹管中的进出。

本发明中的滑动轴承，能够确保永磁铁板固定轴沿直线运动，不产生摆动，保证直线发电机永磁铁板与绕组之间的间隙稳定不变，以提高发电效果。

固定支撑板的外壳为圆柱形，两端有法兰结构同端盖板通过螺栓连接，侧壁上开有窗口，便于联轴器的安装、排气和减轻重量。

本发明的工作过程可分为如下两个过程：

(1)第一波纹管进气，同时第二波纹管出气。

通过控制第一换向阀和第二换向阀，实现第一波纹管进高压气体并膨胀伸长，推动永磁铁板固定轴向前运动，压缩第二波纹管，使其内部的气体通过排气端排出。当永磁铁板固定轴向前运动时，位于初级铁芯内的绕组正向切割永磁铁板磁力线，使其产生感应电动势。

(2)第二波纹管进气，同时第一波纹管出气。

通过控制第二换向阀和第一换向阀，实现第二波纹管进高压气体并膨胀伸长，推动永磁铁板固定轴向回运动，同时，压缩第一波纹管，使其内部的气体通过排气端排出。当永磁铁板固定轴向回运动时，位于初级铁芯内的绕组反向切割永磁铁板磁力线，使其产生反向感应电动势。

通过第一波纹管和第二波纹管交替推动永磁铁板固定轴做往复运动，位于初级铁芯内的绕组反复切割永磁铁板磁力线，使其产生交流电。

本发明采用波纹管代替传统的活塞缸，推动直线发电机发电，克服了活塞缸易磨损、易漏气、结构复杂、维护要求高的问题，具有结构简单、不漏气、维护方便、效率高、制造成本低的优点。配上热端、冷端和回热器等部件，可用于构成斯特林发电系统的发电部分，也可用于具有高压气源的其它发电系统。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是外壳结构示意图。图中：

1.支撑板；2.外壳；3.第一波纹管；4.法兰盘；5.第一联轴器；6.轴承挡板；7.端盖板；8.滑动轴承；9.缸体；10.初级铁芯；11.绕组；12.永磁铁板；13.隔板；14.固定螺母；15.第二联轴器；16.第二波纹管；17.第二进气端；18.第二换向阀；19.第二排气端；20.压缩弹簧；21.永磁铁板固定轴；22.第一进气端；23.第一换向阀；24.第一排气端。

具体实施方式

本实施例是一种气压波纹管驱动的永磁直线发电装置，包括支撑板1、外壳2、第一波纹管3、法兰盘4、第一联轴器5、轴承挡板6、端盖板7、滑动轴承8、缸体9、初级铁芯10、绕组11、永磁铁板12、隔板13、固定螺母14、第二联轴器15、第二波纹管16、第二进气端17、第二换向阀18、第二排气管19、压缩弹簧20、永磁铁板固定轴21、第一进气端22、第一换向阀23、第一排气管24。

本实施例中，缸体9的两端分别有端盖板7，在该端盖板的中心孔内安装有滑动轴承8，在各端盖板的外侧分别有轴承挡板6。永磁铁板固定轴21的一端穿过滑动轴承8、端盖板的中心孔和轴承挡板的中心孔，通过第一联轴器5与第一波纹管3的法兰盘4连接；永磁铁板固定轴21的另一端穿过滑动轴承8、端盖板的中心孔和轴承挡板的中心孔，通过第二联轴器15与第二波纹管16的法兰盘连接。由多片永磁铁板片组成的次级套装在所述永磁铁板固定轴上，并通过两个固定螺母14固紧；在各相邻的两片永磁铁板之间均安装有隔板13。所述初级铁芯10套在所述永磁铁板12上；绕组11嵌装在所述初级铁芯10内圆周表面的绕组槽内。在所述次级铁芯的两端端面与各端盖板7的端面之间分别有压缩弹簧20，并使该压缩弹簧套装在所述永磁铁板固定轴21上；该压缩弹簧的一端固定在端盖板上，另一端固定在所述永磁铁板固定轴21的轴肩上。

在所述缸体9两端的端盖板的端面分别固定有外壳2。各外壳的另一端的端面分别固定有支撑板1。所述各支撑板的中心有通孔。在所述缸体的一端安装有第二进气端17和第二排气端19；所述第二进气端17和第二排气端19均通过第二换向阀18安装在支撑板的通孔上，并且所述进气端17与高压气源相连，排气端19与低压气源相连；所述第二换向阀18通过连接管与支撑板相连并与波纹管连接。

在所述缸体的另一端安装有第一进气端22和第一排气端24；所述第一进气端22和第一排气端24均通过第一换向阀23安装在支撑板的通孔上，并且所述第一进气端22与高压气源相连，第一排气端24与低压气源相连；所述第一换向阀23通过连接管与支撑板相连并与波纹管连接。所述的第一换向阀和第二换向阀均为换向阀。

所述的波纹管包括第一波纹管3和第二波纹管16，均采用不锈钢制成。所述第一波纹管3与第二波纹管16分别位于外壳内，并且各波纹管的一端均与中心有连接轴的法兰盘4固连。其中一个法兰盘通过第一联轴器5与永磁铁板固定轴21的一端连接；另一个法兰盘通过第二联轴器15与永磁铁板固定轴的另一端连接。

所述永磁铁板固定轴21为中部直径大、两端直径小的阶梯状的回转体。在该永磁铁板固定轴的中部套装有间隔排列的永磁铁板片和隔板13，并通过安装在该永磁铁板固定轴上的固定螺母14限制永磁铁板片与隔板13同永磁铁板固定轴21的轴向相对位置。所述永磁铁板固定轴的两端分别穿过安装在端盖板7上的各滑动轴承8，并能够沿轴向往复运动。所述的各滑动轴承8通过轴承挡板6固定在端盖板7上。压缩弹簧20有两个，分别套装在永磁铁板固定轴的两端，并位于滑动轴承8与固定螺母14之间，以防止二者之间产生碰撞。

所述两个外壳2的内端面与缸体9的两个端面之间均有端盖板7，并通过螺栓将所述外壳、端盖板与缸体固连。

缸体9的外圆周表面为矩形齿状结构，以利于散热。缸体9的内表面有初级铁芯10；所述的初级铁芯用硅钢制成。初级铁芯的内表面沿轴向有均布的用于绕制绕组11的凹槽。所述绕组11嵌入该凹槽内并与初级铁芯10固定连接。

所述的永磁铁板12有多片，所述的隔板13亦有多片，并且该永磁铁板的外径比隔板的外径大40mm；本实施例中，所述永磁铁板的外径为200mm，所述隔板的外径为160mm。所述永磁铁板与隔板间隔排列，隔板由导磁性好的硅钢制造成，从而使永磁铁板12与隔板13之间通过磁力连接，组成了次级。所述的次级套装在永磁铁板固定轴21上，并通过固定螺母14固紧。

所述的次级的最大外径与所述初级铁芯10的最小内径之间有1mm的间隙，使隔板13带动永磁铁板12随着永磁铁板固定轴21一起在缸体9内往复运动，切割磁力线，在线圈中产生交流电。

本实施例进行发电的具体过程是：

(1)分别将第一进气端和第二进气端分别与外置的高压气源连接，将第一排气端和第二排气端分别与外置的低压气源连接。

(2)控制第一换向阀23，使第一波纹管3进气；同时控制第二换向阀18，使第二波纹管16排气。通过所述控制各换向阀的过程，实现第一波纹管进高压气体并膨胀伸长，推动永磁铁板固定轴直线运动，压缩第二波纹管，使该第二波纹管内部的气体通过第二排气端19排出。当永磁铁板固定轴直线运动时，带动位于初级铁芯内的绕组11正向切割永磁铁板磁力线，使该绕组产生感应电动势。

(3)控制第二换向阀18，使第二波纹管进气；同时控制第一换向阀23，使第一波纹管排气。通过该控制各换向阀的过程，实现第二波纹管进高压气体，推动永磁铁板固定轴21做反向直线运动，压缩第一波纹管，使该第一波纹管内部的气体通过排气端排出。当永磁铁板固定轴反向直线运动时，带动位于初级铁芯内的绕组反向切割永磁铁板磁力线，使该绕组产生反向感应电动势。

通过上述第一波纹管和第二波纹管交替推动永磁铁板固定轴做往复运动，位于初级铁芯内的绕组反复切割永磁铁板磁力线，使该绕组产生交流电。

当关闭分别位于两端支撑板处的第一换向阀和第二换向阀后，本实施例停止运行。本实施例采用两组波纹管传动代替传统的活塞传动，驱动直线发电机发电，克服了活塞缸易磨损、易漏气、结构复杂、维护要求高的问题，具有结构简单、不漏气、维护方便、效率高、制造成本低的优点。

Claims (6)

1.一种气压波纹管驱动的永磁直线发电装置，其特征在于，包括支撑板、外壳、第一波纹管、端盖板、缸体、初级铁芯、绕组、永磁铁板、隔板、第二联轴器、第二波纹管、第二进气管、第二换向阀、第二排气管、压缩弹簧、永磁铁板固定轴、第一进气管、第一换向阀、第一排气管；其中：

所述的永磁铁板固定轴位于缸体内，并使该永磁铁板固定轴的两端均与分别位于所述缸体两端的外壳内的第一波纹管和第二波纹管连接；所述第一波纹管的外端面连接有第一进气管和第一排气管；所述第二波纹管的外端面亦连接有第二进气管和第二排气管；所述的第一进气管和第二进气管均与高压气源相连，第一排气管和第二排气管均与低压气源相连；

由多片永磁铁板片组成的次级套装在所述永磁铁板固定轴上；在各相邻的两片永磁铁板之间均安装有隔板；所述初级铁芯套在所述永磁铁板上；绕组嵌装在所述初级铁芯内圆周表面的绕组槽内；在所述次级铁芯的两端端面与分别位于所述缸体的两端的端盖板的端面之间分别有压缩弹簧，并使该压缩弹簧套装在所述永磁铁板固定轴上；

缸体的内表面有初级铁芯；初级铁芯的内表面沿轴向有均布的用于绕制绕组的凹槽；所述绕组嵌入该凹槽内并与初级铁芯固定连接；所述的永磁铁板有多片，所述的隔板亦有多片，并且该永磁铁板的外径比隔板的外径大40mm；所述永磁铁板与隔板间隔排列，从而使永磁铁板与隔板之间通过磁力连接，组成了次级；所述的次级套装在永磁铁板固定轴上；所述的次级的最大外径与所述初级铁芯的最小内径之间有间隙。

2.如权利要求1所述气压波纹管驱动的永磁直线发电装置，其特征在于，所述各端盖板的中心孔内分别安装有滑动轴承，在各端盖板的外侧分别有轴承挡板；永磁铁板固定轴的两端分别穿过缸体的两端的滑动轴承、端盖板的中心孔和轴承挡板的中心孔，其中的一端通过第一联轴器与第一波纹管的法兰盘连接，另一端通过第二联轴器与第二波纹管的法兰盘连接。

3.如权利要求1所述气压波纹管驱动的永磁直线发电装置，其特征在于，在所述各外壳的外端面分别有支撑板，该支撑板的中心有通孔；所述第一波纹管的第一进气管和第一排气管通过该支撑板的通孔与该第一波纹管连通；所述第二波纹管的第二进气管和第二排气管通过该支撑板的通孔与该第二波纹管连通；在所述第一进气管与第一排气管上安装有第一换向阀；在所述第二进气管与第二排气管上安装有第二换向阀。

4.如权利要求1所述气压波纹管驱动的永磁直线发电装置，其特征在于，所述的第一波纹管和第二波纹管均采用不锈钢制成；在各波纹管的一端均与中心有连接轴的法兰盘固连；其中一个法兰盘通过第一联轴器与永磁铁板固定轴的一端连接；另一个法兰盘通过第二联轴器与永磁铁板固定轴的另一端连接。

5.如权利要求1所述气压波纹管驱动的永磁直线发电装置，其特征在于，在所述永磁铁板固定轴的中部套装有间隔排列的永磁铁板片和隔板，并通过安装在该永磁铁板固定轴上的固定螺母限制永磁铁板片与隔板同永磁铁板固定轴的轴向相对位置；所述永磁铁板固定轴的两端分别穿过安装在端盖板上的各滑动轴承，并能够沿轴向往复运动；所述的各滑动轴承通过轴承挡板固定在端盖板上；压缩弹簧有两个，分别套装在永磁铁板固定轴的两端，并位于滑动轴承与固定螺母之间，以防止二者之间产生碰撞。

6.如权利要求1所述气压波纹管驱动的永磁直线发电装置，其特征在于，缸体的外圆周表面为矩形齿状结构，以利于散热。