CN105991067B - 磁悬浮无铁芯永磁式发电及电动装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种磁悬浮无铁芯永磁式发电及电动装置，发电装置包括轴体、机壳和发电组件，机壳与轴体可发生相对转动；发电装置还包括磁悬浮组件，磁悬浮组件包括固定安装于轴体上的内支架和固定安装于机壳上的外支架，内支架上设置有若干内磁体，外支架上设置有若干外磁体，內磁体与外磁体的相对面、外磁体与内磁体的相对面均为N极或S极，內磁体与外磁体的相对面与内磁体所在圆的切线之间具有一定的夹角，外磁体与内磁体的相对面与外磁体所在圆的切线之间具有一定的夹角，内磁体与外磁体的侧面均包裹有隔磁层。本发明增加磁悬浮组件，内磁体和外磁体，产生同极相对的推力，形成了一定的旋转力，因而，发电装置的发电效率大大提高。
Description
技术领域
本发明涉及发电机及电动机技术领域，具体地说，是涉及一种磁悬浮无铁芯永磁式发电机电动装置。
背景技术
永磁发电机是将机械能转化为电能的发电装置，目前传统的永磁发电机包括铁芯、永磁体转子、励磁绕组和滑环碳刷，分别为一次励磁和二次励磁。结构复杂，维修麻烦；因工作磁场所限，发电功率受到制约；有阻尼而且还需要启动扭力矩，发电的同时还有一定的能量消耗，发电效率低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种磁悬浮无铁芯永磁式发电装置，解决了现有发电装置结构复杂、发电效率低的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种磁悬浮无铁芯永磁式发电装置，所述发电装置包括轴体、机壳和发电组件，所述机壳与所述轴体可相对转动；所述发电装置还包括磁悬浮组件，所述磁悬浮组件包括固定安装于所述轴体上的内支架和固定安装于机壳上的外支架，所述内支架上设置有若干内磁体，所述外支架上设置有若干外磁体，所述內磁体与外磁体的相对面、外磁体与内磁体的相对面均为N极或S极，所述內磁体与外磁体的相对面与所述内磁体所在圆的切线之间具有一定的夹角，所述外磁体与内磁体的相对面与所述外磁体所在圆的切线之间具有一定的夹角，所述内磁体与外磁体的侧面均包裹有隔磁层。
如上所述的磁悬浮无铁芯永磁式发电装置，所述内磁体与外磁体的相对面与所述内磁体所在圆的切线之间的夹角为20°-60°；所述外磁体与内磁体的相对面与所述外磁体所在圆的切线之间的夹角为20°-60°。
如上所述的磁悬浮无铁芯永磁式发电装置，所述内磁体、外磁体与所述内磁体、外磁体所在圆的圆心位于同一直线时，所述内磁体与外磁体的相对面和所述外磁体与内磁体的相对面平行。
如上所述的磁悬浮无铁芯永磁式发电装置，所述机壳为外定子，所述轴体为内转子；所述发电组件包括转子组件和定子组件；所述转子组件包括磁轭和安装于磁轭上的磁体，所述磁轭固定安装于所述轴体上；所述定子组件包括固定安装于所述机壳上的集成线圈。
如上所述的磁悬浮无铁芯永磁式发电装置，所述机壳为外转子，所述轴体为内定子；所述发电组件包括转子组件和定子组件，所述转子组件包括磁轭和安装于磁轭上的磁体，所述磁轭固定安装于所述机壳上；所述定子组件包括固定安装于所述轴体上的集成线圈。
如上所述的磁悬浮无铁芯永磁式发电装置，所述磁轭包括至少一个与所述轴体同轴的筒形部，所述集成线圈包括至少一个与所述轴体同轴的筒形部，所述磁轭与所述集成线圈的筒形部相对且相对面上设置有磁体；所述磁轭包括两个以上筒形部、所述集成线圈包括两个以上筒形部时，所述磁轭的筒形部与所述集成线圈的筒形部间隔分布。
如上所述的磁悬浮无铁芯永磁式发电装置，所述磁轭包括至少一个与所述轴体同轴的筒形部和至少一个与所述轴体垂直的碟形部，所述集成线圈包括至少一个与所述轴体同轴的筒形部和至少一个与所述轴体垂直的碟形部，所述磁轭与所述集成线圈的筒形部相对且相对面上设置有磁体，所述磁轭与所述集成线圈的碟形部相对且相对面上设置有磁体；所述磁轭包括两个以上筒形部、所述集成线圈包括两个以上筒形部时，所述磁轭的筒形部与所述集成线圈的筒形部间隔分布；所述磁轭包括两个以上碟形部，所述集成线圈包括两个以上碟形部时，所述磁轭的碟形部与所述集成线圈的碟形部间隔分布。
如上所述的磁悬浮无铁芯永磁式发电装置，所述磁轭包括至少一个与所述轴体垂直的碟形部，所述集成线圈包括至少一个与所述轴体垂直的碟形部，所述磁轭与所述集成线圈的碟形部相对且相对面上设置有磁体；所述磁轭包括两个以上碟形部、所述集成线圈包括两个以上碟形部时，所述磁轭的碟形部与所述集成线圈的碟形部间隔分布。
基于上述发电装置的设计，本发明还提出了一种无铁芯永磁式电动装置，所述电动装置包括上述的发电装置，所述发电装置的集成线圈上安装有用于检测磁场角度的霍尔传感器，所述电动装置包括控制器和位于集成线圈上的通断开关，所述霍尔传感器检测信号传输至控制器，所述控制器输出控制信号至所述通断开关。
基于上述发电装置的设计，本发明还提出了一种无铁芯永磁式电动装置，所述电动装置包括上述的发电装置，所述发电装置机壳上固定安装有编码器或旋转变压器，所述编码器或旋转变压器的轴体与发电装置的轴体通过联轴器联结，所述电动装置包括控制器和位于集成线圈上的通断开关，所述编码器或旋转变压器检测信号传输至控制器，所述控制器输出控制信号至所述通断开关。
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明磁悬浮无铁芯永磁式发电装置增加磁悬浮组件，磁悬浮组件的内磁体和外磁体的相对面的极性相同且均为斜面，因而，当内磁体和外磁体的相对面相对时，产生同极相对的推力，通过斜角力，旋转到下一组，以此类推，形成了一定的旋转力，因而，发电装置的发电效率大大提高。
本发明在增加霍尔传感器、控制器和通断开关后可作为电动装置使用，作为电动机使用时，磁悬浮组件能够产生相应的效果，电动装置的电动效率大大提高。
结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
图1为本发明具体第一实施例磁悬浮组件的剖视图。
图2为本发明第一具体实施例发电装置的剖视图。
图3为本发明具体实施例的原理框图。
图4为本发明另一具体实施例的原理框图。
图5为本发明第二具体实施例发电装置的剖视图。
图6为本发明第二具体实施例另一发电装置的剖视图。
图7为本发明第三具体实施例发电装置的剖视图。
图8为图7中磁轭、磁体与线圈部分的分解图。
图9为本发明具体实施例第三具体实施例另一发电装置的剖视图。
图10为图9中磁轭、磁体与线圈部分的分解图。
图11为本发明第三具体实施例再一发电装置的剖视图。
图12为本发明第四具体实施例发电装置的剖视图。
图13为本发明第四具体实施例另一发电装置的剖视图。
图14为本发明第四具体实施例再一发电装置的剖视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细地描述。
实施例1
本实施例提出了一种磁悬浮无铁芯永磁式发电装置，发电装置包括轴体100、机壳200和发电组件400，机壳200与轴体100可发生相对转动，机壳200一般通过轴承安装于轴体100上。机壳200与轴体100发生相对转动的过程中，发电组件400发电。本实施例的重点在于，在发电装置上设置磁悬浮组件300，磁悬浮组件300可以增加促使机壳200与轴体100相对转动的动力，可以提高发电效率。
下面对磁悬浮组件进行具体说明：
如图1、2所示，本实施例的磁悬浮组件300包括固定安装于轴体100上的内支架310和固定安装在机壳200上的外支架320，内支架310上设置有若干内磁体311，外支架320上设置有若干外磁体321。
其中，内支架310和外支架320均是以轴体100为圆心的同心圆环，外磁体321均匀分布在外支架320的内环面，内磁体311均匀分布在内支架310的外环面。外磁体321为柱形，外磁体321的一端嵌装在外支架320的内环面内，另一端裸露于外支架320；外磁体321的轴线位于以外支架320的圆心为基准的射线上。内磁体311为柱形，内磁体311的一端嵌装在内支架310的外环面，另一端裸露于外支架310；内磁体311的轴线位于以内支架310的圆心为基准的射线上。
外磁体321裸露于外支架320的一端并朝向内支架310的端面为外磁体321与内磁体311的相对面323。内磁体311裸露于内支架310的一端并朝向外支架320的端面为内磁体311与外磁体321的相对面313。內磁体311与外磁体321的相对面313、外磁体321与内磁体311的相对面323均为N极或S极，即內磁体311与外磁体321的相对面313、外磁体321与内磁体311的相对面323为同极，以便二者在接近时产生同极相斥的排斥力。內磁体311与外磁体321的相对面313与内磁体311所在圆的切线之间具有一定的夹角，优选的，该夹角为20°-60°；外磁体321与内磁体311的相对面323与外磁体321所在圆的切线之间具有一定的夹角，优选的，该夹角为20°-60°；相对面313、323的角度设计可以使内磁体311与外磁体321接近时产生同极相斥的排斥力促使内支架310与外支架320之间产生相对转动的力。为了防止内磁体311和外磁体321的侧面产生磁场，形成干扰力，在内磁体311和外磁体321的侧面均包裹有隔磁层312、322。因而，只有內磁体311与外磁体321的相对面313、外磁体321与内磁体311的相对面323之间可以产生排斥力，而二者均与其所在圆的切线之间具有一定的夹角，因而，內磁体311与外磁体321的相对面313、外磁体321与内磁体311的相对面323相对时，排斥力便可促使轴体100与机壳200产生相对转动的力，旋转到下一组內磁体311与外磁体321的相对面313、外磁体321与内磁体311的相对面323相对时，又可产生相对转动的力，以此类推，形成了一定的旋转力，因而，可以减小发电装置的输入动力，使发电装置的发电效率大大提高。
为了使內磁体311与外磁体321的相对面313、外磁体321与内磁体311的相对面323相对时，排斥力达到最大，内磁体311、外磁体321与内磁体311、外磁体321所在圆的圆心位于位于同一直线时，内磁体311与外磁体321的相对面313和外磁体321与内磁体311的相对面323平行。
本实施例不对发电装置的发电组件进行限定，凡是具有发电功能的发电组件均在本发明的保护范围之内。
发电时，施加外力作用使得轴体100和机壳200发生相对转动，发电组件发电，轴体100和机壳200发生相对转动的过程中，磁悬浮组件起到助力的作用，提高了发电效率。
基于上述发电装置的设计，本实施例还提出了一种无铁芯永磁式电动装置，包括上述的发电装置，如图3所示，发电装置的集成线圈上安装有用于检测磁场角度的霍尔传感器，电动装置包括控制器和位于集成线圈上的通断开关，集成线圈的每相均设置有通断开关，通断开关用于控制集成线圈的三相的通断。
作为电动装置时，霍尔传感器检测信号传输至控制器，控制器输出控制信号至通断开关，控制通断开关的开闭，以与转子产生作用力，驱动转子转动。磁悬浮组件起到助力的作用，提高了电动效率。
作为发电装置时，控制器控制通断开关均处于闭合状态。
基于上述发电装置的设计，本实施例还提出了一种电动装置，包括上述的发电装置，发电装置机壳上固定安装有编码器或旋转变压器，编码器或旋转变压器的轴体与发电装置的转子通过联轴器联结，电动装置包括控制器和位于集成线圈上的通断开关，如图4所示，编码器或旋转变压器检测角位移信号传输至控制器，控制器输出控制信号至通断开关。集成线圈的每相均设置有通断开关，通断开关用于控制集成线圈的三相的通断。
作为电动装置时，编码器或旋转变压器检测信号传输至控制器，控制器输出控制信号至通断开关，控制通断开关的开闭，以与转子产生作用力，驱动转子转动。磁悬浮组件起到助力的作用，提高了电动效率。
作为发电装置时，控制器控制通断开关均处于闭合状态。
实施例二
基于实施例一，本实施例着重对发电组件的结构进行说明：
本实施例的机壳200为外定子，轴体100为内转子。发电组件400包括转子组件和定子组件。其中，转子组件包括磁轭410和安装于磁轭410上的磁体420，磁轭410固定安装于轴体100上；定子组件包括固定安装于机壳200上的集成线圈430。
具体的，如图5、6所示，磁轭410包括至少一个与轴体100同轴的筒形部411，还包括一个与筒形部411垂直的支架412，支架412固定安装于轴体100上。筒形部411上设置有若干磁体420，磁体420的磁极间隔分布。
集成线圈430包括至少一个与轴体100同轴的筒形部431，还包括一个与筒形部431垂直的安装部432，安装部432固定安装于机壳200上。集成线圈430包括三相，可以采用单绕组或多层绕组绕制。线圈采用集成压铸工艺，使线圈集成化，降低了绕组的铜损。
为了防止机壳内热量过高，在轴体100上固定安装有扇叶500，扇叶500位于机壳200内。优选在机壳200上设置有散热孔。
磁轭410的筒形部411与集成线圈430的筒形部431的相对面上设置有磁体420。集成线圈430与磁体420之间均有一定的气隙，气隙一般在0.5-3mm。
如图5所示，磁轭410的筒形部411位于集成线圈430的筒形部431的外围。
如图6所示，集成线圈430的筒形部431位于磁轭410的筒形部411的外围。
当然，磁轭410也可以包括两个以上筒形部411，集成线圈430也可以包括两个以上筒形部431，此时，磁轭410的筒形部411与集成线圈430的筒形部431间隔分布。
如图2所示，本实施例也可适用于机壳200为外转子，轴体100为内定子的情形。此时，转子组件的磁轭410固定安装于机壳200上；定子组件的集成线圈430固定安装于轴体100上。
实施例三
本实施例中发电组件的结构与实施例二不同，下面对本实施例的发电组件的结构进行说明：
如图7-11所示，本实施例的磁轭410包括至少一个与轴体100同轴的筒形部411和至少一个与轴体100垂直的碟形部413。集成线圈430包括至少一个与轴体100同轴的筒形部431和至少一个与轴体100垂直的碟形部433，磁轭410与集成线圈430的筒形部相对且相对面上设置有磁体420，磁轭410与集成线圈430的跌形部相对且相对面上设置有磁体420。
当磁轭410包括两个以上筒形部411、集成线圈430包括两个以上筒形部431时，磁轭410的筒形部411与集成线圈430的筒形部431间隔分布。磁轭410包括两个以上碟形部413，集成线圈430包括两个以上碟形部433时，磁轭410的碟形部413与集成线圈430的碟形部413间隔分布。
实施例四
本实施例中发电组件的结构与实施例二不同，下面对本实施例的发电组件的结构进行说明：
如图12、13所示，本实施例的磁轭410包括至少一个与轴体100垂直的碟形部413。集成线圈430包括至少一个与轴体410垂直的碟形部433，磁轭410与集成线圈430的碟形部相对且相对面上设置有磁体420。
磁轭410包括两个以上碟形部413、集成线圈430包括两个以上碟形部433时，磁轭410的碟形部413与集成线圈430的碟形部433间隔分布。
如图14所示，本实施例的集成线圈430的碟形部431的一侧与磁轭410的碟形部413相对，磁轭410与集成线圈430相对的碟形部413上设置有磁体420。集成线圈430的碟形部433的另一侧可以设置有一个与集成线圈430相对的无剩磁导磁部件440，以提高磁场强度。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (13)
1.一种磁悬浮无铁芯永磁式发电装置，其特征在于，所述发电装置包括轴体、机壳和发电组件，所述机壳与所述轴体可相对转动；所述发电装置还包括磁悬浮组件，所述磁悬浮组件包括固定安装于所述轴体上的内支架和固定安装于机壳上的外支架，所述内支架和所述外支架均是以所述轴体为圆心的同心圆环;所述内支架的外环面上设置有若干内磁体，所述内磁体的轴线位于以内支架的圆心为基准的射线上，所述内磁体为柱形;所述外支架的内环面上设置有若干外磁体，所述外磁体的轴线位于以外支架的圆心为基准的射线上，所述外磁体为柱形;所述内磁体与外磁体的相对面、外磁体与内磁体的相对面均为N极或S极，所述内磁体与外磁体的相对面与所述内磁体所在圆的切线之间具有一定的夹角，所述外磁体与内磁体的相对面与所述外磁体所在圆的切线之间具有一定的夹角，所述内磁体与外磁体的侧面均包裹有隔磁层。
2.根据权利要求1所述的磁悬浮无铁芯永磁式发电装置，其特征在于，所述内磁体与外磁体的相对面与所述内磁体所在圆的切线之间的夹角为20°-60°；所述外磁体与内磁体的相对面与所述外磁体所在圆的切线之间的夹角为20°-60°。
3.根据权利要求1所述的磁悬浮无铁芯永磁式发电装置，其特征在于，所述内磁体、外磁体与所述内磁体、外磁体所在圆的圆心位于同一直线时，所述内磁体与外磁体的相对面和所述外磁体与内磁体的相对面平行。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的磁悬浮无铁芯永磁式发电装置，其特征在于，所述机壳为外定子，所述轴体为内转子；所述发电组件包括转子组件和定子组件；所述转子组件包括磁轭和安装于磁轭上的磁体，所述磁轭固定安装于所述轴体上；所述定子组件包括固定安装于所述机壳上的集成线圈。
5.根据权利要求1-3任意一项所述的磁悬浮无铁芯永磁式发电装置，其特征在于，所述机壳为外转子，所述轴体为内定子；所述发电组件包括转子组件和定子组件，所述转子组件包括磁轭和安装于磁轭上的磁体，所述磁轭固定安装于所述机壳上；所述定子组件包括固定安装于所述轴体上的集成线圈。
6.根据权利要求4所述的磁悬浮无铁芯永磁式发电装置，其特征在于，所述磁轭包括至少一个与所述轴体同轴的筒形部，所述集成线圈包括至少一个与所述轴体同轴的筒形部，所述磁轭与所述集成线圈的筒形部相对且相对面上设置有磁体；所述磁轭包括两个以上筒形部、所述集成线圈包括两个以上筒形部时，所述磁轭的筒形部与所述集成线圈的筒形部间隔分布。
7.根据权利要求5所述的磁悬浮无铁芯永磁式发电装置，其特征在于，所述磁轭包括至少一个与所述轴体同轴的筒形部，所述集成线圈包括至少一个与所述轴体同轴的筒形部，所述磁轭与所述集成线圈的筒形部相对且相对面上设置有磁体；所述磁轭包括两个以上筒形部、所述集成线圈包括两个以上筒形部时，所述磁轭的筒形部与所述集成线圈的筒形部间隔分布。
8.根据权利要求4所述的磁悬浮无铁芯永磁式发电装置，其特征在于，所述磁轭包括至少一个与所述轴体同轴的筒形部和至少一个与所述轴体垂直的碟形部，所述集成线圈包括至少一个与所述轴体同轴的筒形部和至少一个与所述轴体垂直的碟形部，所述磁轭与所述集成线圈的筒形部相对且相对面上设置有磁体，所述磁轭与所述集成线圈的碟形部相对且相对面上设置有磁体；所述磁轭包括两个以上筒形部、所述集成线圈包括两个以上筒形部时，所述磁轭的筒形部与所述集成线圈的筒形部间隔分布；所述磁轭包括两个以上碟形部，所述集成线圈包括两个以上碟形部时，所述磁轭的碟形部与所述集成线圈的碟形部间隔分布。
9.根据权利要求5所述的磁悬浮无铁芯永磁式发电装置，其特征在于，所述磁轭包括至少一个与所述轴体同轴的筒形部和至少一个与所述轴体垂直的碟形部，所述集成线圈包括至少一个与所述轴体同轴的筒形部和至少一个与所述轴体垂直的碟形部，所述磁轭与所述集成线圈的筒形部相对且相对面上设置有磁体，所述磁轭与所述集成线圈的碟形部相对且相对面上设置有磁体；所述磁轭包括两个以上筒形部、所述集成线圈包括两个以上筒形部时，所述磁轭的筒形部与所述集成线圈的筒形部间隔分布；所述磁轭包括两个以上碟形部，所述集成线圈包括两个以上碟形部时，所述磁轭的碟形部与所述集成线圈的碟形部间隔分布。
10.根据权利要求4所述的磁悬浮无铁芯永磁式发电装置，其特征在于，所述磁轭包括至少一个与所述轴体垂直的碟形部，所述集成线圈包括至少一个与所述轴体垂直的碟形部，所述磁轭与所述集成线圈的碟形部相对且相对面上设置有磁体；所述磁轭包括两个以上碟形部、所述集成线圈包括两个以上碟形部时，所述磁轭的碟形部与所述集成线圈的碟形部间隔分布。
11.根据权利要求5所述的磁悬浮无铁芯永磁式发电装置，其特征在于，所述磁轭包括至少一个与所述轴体垂直的碟形部，所述集成线圈包括至少一个与所述轴体垂直的碟形部，所述磁轭与所述集成线圈的碟形部相对且相对面上设置有磁体；所述磁轭包括两个以上碟形部、所述集成线圈包括两个以上碟形部时，所述磁轭的碟形部与所述集成线圈的碟形部间隔分布。
12.一种磁悬浮无铁芯永磁式电动装置，其特征在于，所述电动装置包括权利要求1-11任意一项所述的发电装置，所述发电装置的集成线圈上安装有用于检测磁场角度的霍尔传感器，所述电动装置包括控制器和位于集成线圈上的通断开关，所述霍尔传感器检测信号传输至控制器，所述控制器输出控制信号至所述通断开关。
13.一种磁悬浮无铁芯永磁式电动装置，其特征在于，所述电动装置包括权利要求1-11任意一项所述的发电装置，所述发电装置机壳上固定安装有编码器或旋转变压器，所述编码器或旋转变压器的轴体与发电装置的轴体通过联轴器联结，所述电动装置包括控制器和位于集成线圈上的通断开关，所述编码器或旋转变压器检测信号传输至控制器，所述控制器输出控制信号至所述通断开关。
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