CN112821720A - 磁电复合动力发电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及磁电复合动力发电机，包括沿径向依次设置的轴心启动电机、内层永磁定子、中间转子和外层永磁定子；内、外层永磁定子分别包括若干沿周向依次布置的定子磁块，定子磁块相对径向倾斜一定角度设置，内、外层永磁定子之间形成磁力轨道；中间转子设置于磁力轨道内，并与轴心启动电机的转子中轴同步转动连接；轴心启动电机可在电动机和发电机两种工作模式间转换。本发明在轴心启动电机启动后，引导内、外层永磁定子及中间转子做功，中间转子在磁力轨道内旋转，转矩再反馈至轴心启动电机，实现增力转矩的输出，并转化为发电机，实现磁动力发电；转矩密度高，磁能利用率高，输出功率高，发电效率高，节能环保，经济、社会效益好。

Description

磁电复合动力发电机

技术领域

本发明涉及发电机技术领域，特别是一种磁电复合动力发电机。

背景技术

当今世界能源越来越紧缺，未来人类将面临十分严峻的能源紧缺危机，常用的煤电和水电也出现了严重紧缺状况，常见的煤炭资源和水资源为不可再生资源，煤价越来越高，且发电过程中产生大量二氧化碳，造成大气污染，极其不环保，给人类的生产和生活带来很大的危害，水资源也日趋缺乏，风电,太阳能受地形区域条件限制发展条件受限，更可怕的是，世界各国大力发展核电，核电污染给人类带来的更是毁灭性的危害，使人望而生畏。环保的发电能源研究已迫在眉睫。

为解决上述技术问题，现有技术中提出了利用磁能进行发电的设备，但普遍存在磁能利用率低，输出功率较小，运行稳定性差等缺陷。

发明内容

本发明的主要目的是克服现有技术的缺点，提供一种利用磁动力发电，集成度高，转矩密度高，磁能利用率高，输出功率高，发电效率高，节能环保，具有良好的经济、社会效益的磁电复合动力发电机。

本发明采用如下技术方案：

磁电复合动力发电机，包括有外壳、轴心启动电机、内层永磁定子、中间转子及外层永磁定子，轴心启动电机的转子中轴通过轴承可转动安装于外壳上，内层永磁定子、中间转子及外层永磁定子以轴心启动电机为中心沿径向依次设置；所述内、外层永磁定子分别包括有若干沿周向依次布置的定子磁块，且内、外层永磁定子的定子磁块数量相同并相对应设置，形成若干磁极对，内、外层永磁定子之间形成磁力轨道，若干定子磁块相对径向倾斜一定角度设置，内、外层永磁定子形成的若干磁极对呈鱼刺状分布于磁力轨道两侧，内、外层永磁定子相对侧极性相同；所述中间转子包括有安装环及固定于安装环上的若干转子磁块，若干转子磁块沿周向均匀分布于磁力轨道内，安装环通过轴承可转动安装于内、外层永磁定子之间、并与轴心启动电机的转子中轴同轴安装并可同步转动连接，转子磁块的两磁极沿磁力轨道切向设置；所述轴心启动电机采用可在电动机和发电机两种工作模式间转换的电机。

进一步地，所述轴心启动电机采用外定子永磁同步电机。

进一步地，所述外定子永磁同步电机包括有外定子、内转子，外定子为永磁定子，内转子包括转子中轴、转子永磁体及套装于转子永磁体外周的笼型转子绕组，笼型转子绕组连接有电能输出电路。

进一步地，所述轴心启动电机采用直流电机。

进一步地，所述直流电机包括外定子、内转子、电刷及换向器，外定子为永磁定子，内转子包括所述转子中轴、转子铁芯及转子绕组。

进一步地，所述内、外层永磁定子包括定子机座及固定于定子机座上的所述若干定子磁块。

进一步地，所述磁电复合动力发电机还包括有用于启动轴心启动电机的启动源，启动源采用为轴心启动电机供电的外部电源和/或用于连接驱动轴心启动电机转子中轴转动的自启动动力源。

进一步地，所述外部电源采用储能电池、储能电容器、静电发电机、可再生能源发电系统中的一种或多种。

进一步地，所述自启动动力源采用静电电动机，静电电动机与轴心启动电机沿轴向布置，静电电动机动力输出轴与轴心启动电机的转子中轴可同步转动连接。

进一步地，所述内、外层永磁定子的若干定子磁块并联形成磁路。

由上述对本发明的描述可知，与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

第一，通过在轴心启动电机外增设内、外层永磁定子和中间转子，同时内、外层永磁定子的定子磁块相对径向倾斜设置并呈鱼刺状排布，形成了磁流体的矢量方向，形成的磁感应电动势与转子形成磁动力的旋转磁场，在内、外层永磁定子之间建立磁力轨道；轴心启动电机启动后，引导内、外层永磁定子及中间转子做功，中间转子在磁力轨道内按一定角度对位形成位移高速旋转，转矩再反馈至轴心启动电机的转子中轴，实现增力转矩的输出，提高功率，并在此时转化为发电机，输出的电力原动力是磁体的磁力能，实现磁动力发电，解决了困扰多年的电能生产的难题，为绿色能源的开发利用起到了非常重要的作用。

第二，轴心启动电机、内层永磁定子、中间转子和外层永磁定子沿径向复合集成，结构紧凑，集成度高，转矩密度高，磁能利用率高，输出功率高，直流驱动性强，发电效率高，能耗低，节省材料、空间、体积，制造成本低；且单一的磁能、电能有机的结合互补，可控制自由度、转矩力，使输出更加优化高效，运行稳定，功率可按要求配置，可以进入家庭使用，也可进入各个领域进行工业化应用。

第三，轴心启动电机仅在启动时作为电动机使用，实现能源微消耗，同时，启动源可采用环保的外部电源或自启动动力源，静电发电机、可再生能源发电系统以及静电电动机均为环保启动源，启动也无需消耗外部电能，可实现自启动；启动后依靠磁力发电，可通过永磁体能量场长时间连续运转发电，高效、清洁、无噪音、低碳，节能、环保、无污染、无任何再生能源辅助，不产生任何有害辐射，磁动力发电无排放、环境零污染，是一种绿色能源，经济效益好、投资小见效快、产业链长、关联性大、社会效益好，使用地域不受限制，市场前景广阔。

附图说明

图1是本发明实施例1的磁电复合动力发电机的部分结构横向剖视图；

图2是本发明实施例1的磁电复合动力发电机的部分结构侧向剖视图；

图3是本发明实施例1的安装环的整体结构俯视图；

图4是本发明实施例1的磁电复合动力发电机以静电电动机作为启动源的部分结构示意图；

图5是本发明实施例2的磁电复合动力发电机的部分结构横向剖视图。

图中：1.外壳，2.轴心启动电机，21.转子中轴，22.外定子，23.转子铁芯，24.转子绕组，25.转子永磁体，26.笼型转子绕组，3.内层永磁定子，31.内定子机座，32.内定子磁块，4.中间转子，41.安装环，42.转子磁块，5.外层永磁定子，51.外定子机座，52.外定子磁块，6.第一轴承，7.磁力轨道，8.第二轴承，9.静电电动机。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本发明作进一步的描述。

实施例1

参照图1至图4，本发明的磁电复合动力发电机，包括有外壳1、轴心启动电机2、内层永磁定子3、中间转子4及外层永磁定子5及用于启动轴心启动电机2的启动源。轴心启动电机2的转子中轴21通过第一轴承6可转动安装于外壳1上，内层永磁定子3、中间转子4及外层永磁定子5以轴心启动电机2为中心沿径向依次设置。

内层永磁定子3包括内定子机座31及固定于内定子机座31上的若干沿周向依次布置的内定子磁块32。外层永磁定子5包括外定子机座51及固定于外定子机座51上的若干沿周向依次布置的外定子磁块52。若干内定子磁块32、若干外定子磁块52分别并联形成磁路。内定子磁块32、外定子磁块52相对径向倾斜一定角度设置。内定子磁块32、外定子磁块52数量相同并一一对应设置，形成若干磁极对，内层永磁定子3、外层永磁定子5之间形成磁力轨道7，内层永磁定子3、外层永磁定子5形成的若干磁极对呈鱼刺状分布于磁力轨道7两侧。内层永磁定子3、外层永磁定子5相对侧极性相同，均为N磁极，即内层永磁定子3内侧为S磁极、外侧为N磁极,外层永磁定子5内侧为N磁极，外侧为S磁极。内层永磁定子3、外层永磁定子5相对外壳1固定连接。

中间转子4包括有安装环41及固定于安装环41上的若干转子磁块42，若干转子磁块42沿周向均匀分布于磁力轨道7内，安装环41通过第二轴承8可转动安装于内层永磁定子3、外层永磁定子5之间，并与轴心启动电机2的转子中轴21同轴安装并可同步转动连接，转子磁块42的两磁极沿磁力轨道7切向设置。

轴心启动电机2采用可在电动机和发电机两种工作模式间转换的直流电机，包括外定子22、内转子、电刷及换向器，电刷连接有电能输出电路。外定子22为永磁定子，相对外壳1固定连接，内转子包括转子中轴21、转子铁芯23及转子绕组24。启动源包括为轴心启动电机2供电的外部电源和用于连接驱动轴心启动电机2转子中轴21转动的自启动动力源。外部电源和自启动动力源可任意切换使用。外部电源采用静电发电机，静电发电机输出电能直接为轴心启动电机2供电。自启动动力源采用静电电动机9，静电电动机9与轴心启动电机2沿轴向布置，静电电动机9动力输出轴与轴心启动电机2的转子中轴21可同步转动连接。静电发电机采用现有技术中以静电为能量源转换为电能输出的任意结构。静电电动机9采用现有技术中以静电为能量源转换为转子动能输出的任意结构。

参照图1至图4，本实施例的磁电复合动力发电机的工作原理为：使用外部电源作为启动源时，通过启动源为轴心启动电机2供电，启动初始，轴心启动电机2作为电动机使用，启动后，轴心启动电机2的转子中轴21转动，带动中间转子4随其同步转动，引导内层永磁定子3、外层永磁定子5及中间转子4做功，中间转子4在磁力轨道7内旋转磁场作用下按一定角度对位形成位移高速旋转，转矩再反馈至轴心启动电机2的转子中轴21，实现增力，提高功率，并在此时轴心启动电机2转化为发电机，中间转子4在内层永磁定子3和外层永磁定子5之间形成的旋转磁场作用下持续旋转，带动轴心启动电机2的内转子转动，轴心启动电机2的外定子22产生磁场，轴心启动电机2的内转子转动过程中，转子绕组24在磁场中转动作切割磁感线运动，产生感应电动势，将机械能转化为电能，同时通过换向器配合电刷的作用，将转子绕组24中感应产生的交变电动势转换为直流电动势通过电刷引出至电能输出电路，实现利用磁能发电。

另外，使用静电发动机9作为启动源时，静电电动机9直接带动轴心启动电机2的转子中轴21转动，从而带动中间转子4随其同步转动，轴心启动电机2初始即作为发电机使用，待中间转子4在磁力轨道7内旋转磁场作用下稳定运行后，本发明的磁电复合动力发电机即进入稳定运行状态。

本发明的磁电复合动力发电机产生的电能来源于启动源消耗的电能或动能以及内层永磁定子3、外层永磁定子5、中间转子4的磁静压势能，符合能量守恒定律。

实施例2

参照图5，本实施例与实施例1的区别在于：轴心启动电机2采用可在电动机和发电机两种工作模式间转换的外定子永磁同步电机，包括有外定子22、内转子，外定子22为永磁定子，内转子包括转子中轴21、转子永磁体25及套装于转子永磁体25外周的笼型转子绕组26，笼型转子绕组26连接有电能输出电路。在转子永磁体25的外周套装笼型转子绕组26，相当于在外定子22上设置了绕组线圈。启动源采用为轴心启动电机2供电的外部电源，外部电源包括储能电池、储能电容器、可再生能源发电系统多种可任意切换的备用电源，可再生能源发电系统为太阳能光伏发电系统。

本实施例的磁电复合动力发电机的工作原理为：使用外部电源作为启动源时，通过启动源为轴心启动电机2供电，启动初始，轴心启动电机2作为电动机使用，启动后，轴心启动电机2的转子中轴21转动，带动中间转子4随其同步转动，引导内层永磁定子3、外层永磁定子5及中间转子4做功，中间转子4在磁力轨道7内旋转磁场作用下按一定角度对位形成位移高速旋转，转矩再反馈至轴心启动电机2的转子中轴21，实现增力，提高功率，并在此时轴心启动电机2转化为发电机，中间转子4在内层永磁定子3和外层永磁定子5之间形成的旋转磁场作用下持续旋转，带动轴心启动电机2的内转子转动，轴心启动电机2的外定子22产生旋转磁场，轴心启动电机2的转子永磁体产生永久磁场，两个磁场相互作用，在外定子22与内转子之间的气隙中形成一个变化的磁场，在轴心启动电机2的内转子转动过程中，笼型转子绕组26与磁场之间作相对切割运动，笼型转子绕组26中感应产生交变电动势，将机械能转化为电能，并引出至电能输出电路，实现利用磁能发电。外定子永磁同步电机，以永磁体提供励磁，省去了电刷，结构简单，运行可靠性高。

上述仅为本发明的两个具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims (10)

1.磁电复合动力发电机，其特征在于：包括有外壳、轴心启动电机、内层永磁定子、中间转子及外层永磁定子，轴心启动电机的转子中轴通过轴承可转动安装于外壳上，内层永磁定子、中间转子及外层永磁定子以轴心启动电机为中心沿径向依次设置；所述内、外层永磁定子分别包括有若干沿周向依次布置的定子磁块，且内、外层永磁定子的定子磁块数量相同并相对应设置，形成若干磁极对，内、外层永磁定子之间形成磁力轨道，若干定子磁块相对径向倾斜一定角度设置，内、外层永磁定子形成的若干磁极对呈鱼刺状分布于磁力轨道两侧，内、外层永磁定子相对侧极性相同；所述中间转子包括有安装环及固定于安装环上的若干转子磁块，若干转子磁块沿周向均匀分布于磁力轨道内，安装环通过轴承可转动安装于内、外层永磁定子之间、并与轴心启动电机的转子中轴同轴安装并可同步转动连接，转子磁块的两磁极沿磁力轨道切向设置；所述轴心启动电机采用可在电动机和发电机两种工作模式间转换的电机。

2.如权利要求1所述的磁电复合动力发电机，其特征在于：所述轴心启动电机采用外定子永磁同步电机。

3.如权利要求2所述的磁电复合动力发电机，其特征在于：所述外定子永磁同步电机包括有外定子、内转子，外定子为永磁定子，内转子包括转子中轴、转子永磁体及套装于转子永磁体外周的笼型转子绕组，笼型转子绕组连接有电能输出电路。

4.如权利要求1所述的磁电复合动力发电机，其特征在于：所述轴心启动电机采用直流电机。

5.如权利要求4所述的磁电复合动力发电机，其特征在于：所述直流电机包括外定子、内转子、电刷及换向器，外定子为永磁定子，内转子包括所述转子中轴、转子铁芯及转子绕组。

6.如权利要求1所述的磁电复合动力发电机，其特征在于：所述内、外层永磁定子包括定子机座及固定于定子机座上的所述若干定子磁块。

7.如权利要求1所述的磁电复合动力发电机，其特征在于：还包括有用于启动轴心启动电机的启动源，启动源采用为轴心启动电机供电的外部电源和/或用于连接驱动轴心启动电机转子中轴转动的自启动动力源。

8.如权利要求7所述的磁电复合动力发电机，其特征在于：所述外部电源采用储能电池、储能电容器、静电发电机、可再生能源发电系统中的一种或多种。

9.如权利要求7所述的磁电复合动力发电机，其特征在于：所述自启动动力源采用静电电动机，静电电动机与轴心启动电机沿轴向布置，静电电动机动力输出轴与轴心启动电机的转子中轴可同步转动连接。

10.如权利要求1所述的磁电复合动力发电机，其特征在于：所述内、外层永磁定子的若干定子磁块并联形成磁路。

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