CN107406199A - 传送带驱动的发电机 - Google Patents

Abstract

发电机包括具有中心轴线的定子和转子。所述定子被配置和适配成通过传送带支撑结构的一部分支撑。所述定子包括与所述中心轴线对准的开口，所述开口被配置和适配成接纳传送带辊的轴的至少一部分。所述转子被配置和适配成连接至所述传送带辊，其方式为使得所述转子和传送带辊能够围绕所述中心轴线共同旋转。所述转子环绕所述定子并且包括多个永磁体。

Description

传送带驱动的发电机

相关申请的交叉引用

本专利申请要求2015年3月6日提交的名称为“Conveyor Belt Driven Generator”的美国专利申请序列号14/640,810的优先权，所述专利申请的整个公开内容以引用的方式并入本文。

关于联邦资助的研究或开发的声明

不适用。

附录

不适用。

技术领域

本发明涉及发电机以及与所述发电机相关的方法。更具体地，本发明涉及一种发电机，其被配置成附接至散装材料传送带组件的传送带辊，其方式为使得辊旋转地驱动发电机。

背景技术

出于各种目的，通常需要向沿着散装材料传送带组件的各个点供电。一个这样的目的是监测传送带组件的各种部件的性能。但是一些散装材料传送带组件长达许多英里。由于这类传送带组件的极端长度，通过运行电线来沿着传送带的整个长度供电通常是不实际的。

为了解决这一问题，已经使用了通过传送带的运动驱动的发电机。在一些情况下，传送带组件的空转辊已经被在内部改装有发电机的特殊辊替代。然而，在传送带组件内使用这类特殊辊具有若干缺点。它需要制造和生产特殊类型的辊。另外，如果专用辊内的发电机卡住，则辊可能停止正常操作和/或摩擦可能造成火灾风险。

在其他情况下，已经通过放置用于将机械能传递至发电机的各种从动轴来经由传送带驱动标准发电机。然而，这种配置也具有若干显著缺点。传送带组件通常携带含粉尘散装材料，诸如矿石。因此，粉尘倾向于积聚在传动轴和发电机上。这通常导致多个操作问题，所述问题最终导致发电机的故障。

发明内容

本发明解决并克服了使用发电机的传送带组件中当前存在的一些问题。本发明的发电机被直接连接至常规传送带空转辊。此外，发电机的转子优选地被配置成在发电机的转子与定子之间的阻力矩超过阈值转矩或发电机完全卡住的情况下相对于所述空转辊旋转地滑动。这个和其他优点由本发明提供。

在本发明的一个方面，一种用于从散装材料传送带组件的旋转传送带辊产生电力的发电机包括定子和转子。定子具有中心轴线并且被配置和适配成从定子的第一轴向端部通过传送带支撑结构的一部分支撑。定子具有相对的第二轴向端部，所述第二轴向端部被配置和适配成支撑传送带辊的端部，其方式为使得定子能够从传送带支撑结构的所述部分在结构上支撑传送带辊的端部。定子还包括围绕中心轴线周向间隔开的电枢绕组。转子环绕定子并且被配置和适配成可操作地连接至传送带辊，其方式为使得转子可通过传送带辊围绕定子旋转地驱动。转子包括围绕定子的中心轴线周向间隔开的多个永磁体。

在本发明的另一方面，传送带辊具有主体和发电机。主体具有圆柱形外表面，所述圆柱形外表面被配置和适配成接合传送带组件的传送带并且所述圆柱形外表面限定旋转轴线。发电机被连接至主体的轴向端部部分并且包括定子和转子。转子被配置和适配成相对于定子围绕旋转轴线旋转。定子包括围绕旋转轴线周向隔开的多个电枢绕组。转子包括圆柱形外表面和多个永磁体。转子的圆柱形外表面和主体的圆柱形外表面具有相等的直径。永磁体围绕旋转轴线周向间隔开。转子的圆柱形外表面和永磁体环绕定子的电枢绕组。主体被连接至转子，其方式为使得辊的旋转可相对于定子旋转地驱动转子。

本发明的又另一方面涉及经由发电机从支撑结构支撑传送带辊。发电机包括转子和定子。转子被配置成围绕定子旋转。方法包括经由定子的轴向端部部分支撑传送带辊的轴向端部部分。方法还包括从支撑结构支撑定子的相对的轴向端部，其方式为使得定子从支撑结构间接地支撑传送带辊。

以下参考附图详细描述本发明的其他特征和优点以及本发明的操作。

附图说明

图1描绘根据本发明的并入发电机的传送带组件的一部分的透视图。

图2描绘图1中所示的传送带组件的前视图。

图3描绘图1和图2中所示的传送带组件的透视图，其中为清楚起见省略了传送带。

图4描绘图1-3中所示的发电机和辊组件的分解视图。

图5描绘图1-4中所示的发电机的横截面图。

图6描绘被永磁体或转子环绕的定子的一部分的透视图。

在书面说明书和附图中的参考数字指示对应项目。

具体实施方式

在图中示出根据本发明的发电机10的优选实施方案。发电机10包括定子12和转子14。优选地，发电机10还包括多个永久驱动磁体16、传动牙嵌18和传动偶合器20。

定子12包括中心轴线22、中心轴24和电枢绕组26。定子12被配置和适配成通过传送带支撑结构28的刚性部分支撑。优选地，定子12经由定子的轴24通过传送带支撑结构28的所述部分支撑。电枢绕组26被缠绕在电枢齿30周围，所述电枢齿30从定子12的轴24延伸并围绕定子12的轴24延伸。轴向通道32延伸穿过定子12的轴24并且充当引线34的导管，所述引线34被连接至绕组26。引线34从发电机12延伸以将电力从发电机中传出。定子12的轴24的相对的轴向端部包括与中心轴线22对准的凹部36。凹部36被配置和适配成接纳并支撑传送带辊38的轴的端部(如在下文更详细地说明)并且可以是圆柱形、六边形或适合于支撑所述轴的端部的任何其他形状。因此，定子12被适配成从传送带支撑结构支撑传送带辊中的一个。定子12优选地还包括刚性地附接至定子12的轴24(优选经由压入配合或粘合剂)的第一端盖40和第二端盖42。

转子14包括外部圆柱形套壳44和多个永磁体46。永磁体46被附接至圆柱形套壳44的内表面并且围绕定子12的中心轴线22彼此周向间隔开。转子14还包括第一内盖48和轴向间隔开的第二内盖50。第一内部端盖48和第二内部端盖50朝向定子12的轴24径向向内延伸，但是以产生环形间隙的方式未到达接合所述轴。

将转子14组装至定子12包括使用一对轴承52、一对环形弹性密封件54和一些c形夹/e形夹56。在将转子14组装至定子12之前，内侧的大多数c形夹56可被卡扣至在定子的轴24中形成的环形槽中。然后，在定子12完全组装(除了其第一端盖40和第二端盖42之外)和转子14完全组装(除了其第一内盖48和第二内盖50之外)的情况下，转子围绕定子轴向滑动。当在轴向上处于适当位置时，转子14的永磁体46环绕定子12的电枢齿30和绕组26。然后，可使转子14的第一内盖48和第二内盖50滑动至转子的圆柱形套壳44中，直到它们撞击在套壳的内表面上形成的止动件(所述止动件正确地轴向定位内盖)。然后使内盖48、50优选地压入配合至圆柱形套壳44中(或者可使用将内盖附接至圆柱形套壳的其他方法)。接下来，使轴承52滑动至转子的内盖48、50与定子12的轴之间的环形间隙中。内侧c形夹56防止轴承52的过度插入。然后可将外侧c形夹56卡扣至在定子12的轴24中形成的另外环形槽中，以将轴承52轴向地固定在适当位置(其从而也使转子14相对于定子12轴向地固定在适当位置)。此外，在这个阶段，可使密封件54滑动至转子14的圆柱形套壳44中，直到它们撞击在套壳的内表面上形成的另外止动件。在完成上述的情况下，可使定子的端盖40、42轴向压入配合至轴24上，直到它们抵靠外侧c形夹56接合(此时它们也将抵靠密封件54接合并稍微压缩密封件54)。随着端盖40、42压入配合至轴24上，转子14组装至定子12的过程完成。

传动牙嵌18是环形的并具有径向突出部，并且传动偶合器20被配置成环绕传动牙嵌。传动牙嵌的径向突出部和传动偶合器被配置成与在转子14的圆柱形套壳44中形成的对应凹部互锁。因此，转子14被配置成相对于定子12与传动牙嵌18一起旋转。传动偶合器20由聚氨酯或一些其他明显有弹性的材料制成。除了吸收转矩振荡(下文描述)之外，传动偶合器还能够考虑传动牙嵌18与外部套壳48之间的制造公差。驱动磁体16被固定于在传动牙嵌18的背离转子14的轴向侧中形成的凹部中。驱动磁体16优选地周向间隔开并且环绕定子12的中心轴线22。

通过将辊38的轴60插入在定子12的轴24中形成的凹部36中来将发电机10连接至传送带空转辊38(其优选地是轴向对称的)。之后，驱动磁体16以在辊38与传动牙嵌18之间产生扭转摩擦的方式将传动牙嵌磁性附接至辊的圆柱形主体60。因此，辊38的旋转将引起发电机10的转子14与其一起旋转，除非扭转摩擦胜过阻力矩。这在转子14与定子12之间的旋转摩擦超过扭转摩擦的情况下允许转子相对于辊38旋转地滑动。

然后可经由辊38的轴58和定子12的轴24将辊38和发电机10组件固定至传送带支撑结构28。因此，当固定至传送带支撑结构28时，辊38的轴58的一个轴向端部由支撑结构28直接支撑，并且辊38的轴58的另一个轴向端部通过发电机10的定子12由所述结构间接支撑。优选地，转子14的圆柱形外部套壳44具有与辊38的圆柱形主体60的直径匹配的直径，使得如果跨置在辊38上的传送带62朝向发电机10脱离轨道，则所述带可部分地跨置在发电机10的转子14上。

鉴于上述情况，应了解，当传送带跨置在辊38上时，发电机10的转子14将与辊一起旋转(除非所述转子如上所讨论旋转地滑动)，从而在定子12的绕组26中产生交变电流(引线将所述交变电流传输至任何需要电力的地方)。当这种情况发生时，围绕定子12驱动转子14所需的转矩取决于转子的磁体46相对于定子的绕组26的旋转位置而略微变化。如果这类刚性部件彼此直接接合，则这种不均匀的转矩可在传动牙嵌18与转子14的套壳44之间产生转矩变动。这种转矩变动可导致传动牙嵌18的快速磨损。然而，因为传动偶合器20由聚氨酯制成，所以它是明显有弹性的并且用于吸收传动牙嵌18与外部套壳48之间的不均匀转矩，从而防止这种磨损。

鉴于上述情况，应了解，本发明与现有技术相比具有若干优点。

因为可在不脱离本发明的范围的情况下在本文描述和说明的构造和方法中进行各种修改，所以意图在前述描述中包括的或在附图中所示的所有内容都应被解释为说明性的而非限制性的。例如，尽管优选实施方案的传动牙嵌与转子的外部套壳不同，但传动牙嵌可以使得其与转子的外部套壳成整体或永久连接的方式形成。或者，传动牙嵌可以是传送带辊的延伸部并且被配置成相对于转子旋转地滑动。此外，发电机可以使得发电机与传送带辊成整体的方式形成。在这种实施方案中，转子套壳可以是辊的主体的整体延伸部。因此，本发明的广度和范围不应受任何上述示例性实施方案限制，而应仅根据以下所附权利要求和其等效物定义。

还应理解，当在权利要求或本发明的示例性实施方案的上述描述中介绍本发明的元件时，术语“包括(comprising)”、“包括(including)”和“具有”意图是开放性的并且意味着除所列出的元件之外可存在另外的元件。此外，术语“部分”应被解释为是指其所限定的部分或全部项目或元件。此外，使用诸如第一、第二和第三的标识符不应以将任何相对位置或时间顺序强加在限制之间的方式来解释。此外，呈现以下任何方法权利要求的步骤的顺序不应以限制必须执行这类步骤的顺序的方式来解释，除非这种顺序是固有的。

Claims (14)

1.一种用于从散装材料传送带组件的旋转传送带辊产生电力的发电机，所述发电机包括：

定子，所述定子具有中心轴线并且被配置和适配成从所述定子的第一轴向端部通过传送带支撑结构的一部分支撑，所述定子具有相对的第二轴向端部，所述第二轴向端部被配置和适配成支撑传送带辊的端部，其方式为使得所述定子能够从传送带支撑结构的所述部分在结构上支撑所述传送带辊的所述端部，所述定子还包括围绕所述中心轴线周向间隔开的电枢绕组；以及

转子，所述转子环绕所述定子，所述转子被配置和适配成可操作地连接至所述传送带辊，其方式为使得所述转子能够通过所述传送带辊围绕所述定子旋转地驱动，所述转子包括围绕所述定子的所述中心轴线周向间隔开的多个永磁体。

2.如权利要求1所述的发电机，其中所述定子包括电引线和从其第一轴向端部轴向延伸的轴，所述轴被配置和适配成从传送带支撑结构的所述部分支撑所述定子并且具有轴向通道，并且所述电引线可操作地连接至所述电枢绕组并延伸穿过所述轴的所述轴向通道。

3.如权利要求1所述的发电机，其中所述转子的所述永磁体环绕所述定子的所述电枢绕组，并且所述转子通过环绕所述定子的所述中心轴线的轴承被固定至所述定子并由所述定子支撑。

4.如权利要求1所述的发电机，其中所述发电机包括可操作地连接至所述转子的至少一个永久驱动磁体，所述至少一个永久驱动磁体被配置和适配成将所述转子磁性地且可操作地附接至所述传送带辊，其方式为使得所述传送带辊的旋转能够使所述转子围绕所述定子旋转，并且所述至少一个驱动磁体还被配置和适配成在所述转子与所述定子之间的扭转摩擦超过阈值的情况下允许所述转子相对于所述传送带辊旋转地滑动。

5.如权利要求4所述的发电机，其中所述发电机包括传动牙嵌，所述传动牙嵌和所述转子具有互锁几何形状，所述互锁几何形状被配置和适配成使得所述传动牙嵌能够围绕所述定子旋转地驱动所述转子，并且所述至少一个驱动磁体被固定至所述传动牙嵌。

6.一种组件，其包括如权利要求1所述的发电机和传送带辊，所述传送带辊具有轴，所述定子的所述第二轴向端部具有凹部，所述辊的所述轴的一部分被定位在所述定子的所述凹部中，所述辊可操作地连接至所述转子，其方式为使得所述辊相对于所述定子的旋转引起所述转子围绕所述定子旋转，所述转子和所述辊各自具有相同直径的外部圆柱形表面。

7.如权利要求6所述的组件，其中所述发电机包括可操作地连接至所述转子的至少一个永久驱动磁体，所述至少一个驱动磁体以在所述辊与所述转子之间产生扭转摩擦的方式将所述转子磁性地连接至所述辊，所述扭转摩擦允许所述辊将转矩传递至所述转子，并且所述组件被配置和适配成使得在所述转子与所述定子之间的阻力矩超过所述扭转摩擦的情况下，所述转子能够相对于所述辊旋转地滑动。

8.如权利要求7所述的组件，其中所述发电机包括传动牙嵌，所述传动牙嵌和所述转子具有互锁几何形状，所述互锁几何形状将所述传动牙嵌和所述转子旋转地锁定在一起，并且所述至少一个永久驱动磁体被固定至所述传动牙嵌。

9.一种传送带辊，其具有主体和发电机，所述主体具有圆柱形外表面，所述圆柱形外表面被配置和适配成接合传送带组件的传送带并且限定旋转轴线，所述发电机被连接至所述主体的轴向端部部分，所述发电机包括定子和转子，所述转子被配置和适配成相对于所述定子围绕所述旋转轴线旋转，所述定子包括围绕所述旋转轴线周向隔开的多个电枢绕组，所述转子包括圆柱形外表面和多个永磁体，所述转子的所述圆柱形外表面和所述主体的所述圆柱形外表面具有相同直径，所述多个永磁体围绕所述旋转轴线周向间隔开，所述转子的所述圆柱形外表面和所述永磁体环绕所述定子的所述电枢绕组，所述主体被连接至所述转子，其方式为使得所述辊的旋转能够相对于所述定子旋转地驱动所述转子。

10.如权利要求9所述的传送带辊，其中所述传送带辊包括至少一个永久驱动磁体，所述至少一个永久驱动磁体以在所述主体与所述转子之间产生扭转摩擦的方式将所述转子可操作地连接至所述主体，所述扭转摩擦允许所述主体将转矩传递至所述转子，并且所述传送带辊被构造和适配成使得在所述转子与所述定子之间的阻力矩超过所述扭转摩擦的情况下，所述转子能够相对于所述主体旋转地滑动。

11.如权利要求9所述的传送带辊，其中所述定子还包括电线和轴，所述电线可操作地连接至所述电枢绕组并且从所述电枢绕组延伸，所述轴包括轴向通道，并且所述电线穿过所述轴的所述通道。

12.一种通过发电机从支撑结构支撑传送带辊的方法，所述发电机包括转子和定子，所述转子被配置成围绕所述定子旋转，所述方法包括：

通过所述定子的轴向端部部分支撑所述传送带辊的轴向端部部分；

从所述支撑结构支撑所述定子的相对的轴向端部，其方式为使得所述定子从所述支撑结构间接地支撑所述传送带辊。

13.如权利要求12所述的方法，其中所述定子包括电枢绕组，并且所述转子包括多个永磁体，并且所述多个永磁体环绕所述定子和所述电枢绕组。

14.如权利要求12所述的方法，其还包括通过至少一个永久驱动磁体将所述辊可操作地连接至所述转子，其方式为在所述辊与所述转子之间产生扭转摩擦，所述扭转摩擦允许所述辊将转矩传递至所述转子，并且其方式为使得在所述转子与所述定子之间的阻力矩超过所述扭转摩擦的情况下，所述转子能够相对于所述辊旋转地滑动。