CN201774440U - 微动力感生发电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种微动力感生发电机，包括铁芯支架，铁芯支架上安装转轴，转轴的两端分别安装第一转盘和第二转盘，铁芯支架上安装第一铁芯，第一铁芯的外周安装第一线圈，第一转盘上安装第一密封板，第一转盘或第一密封板上安装第一磁铁，第一磁铁的表面与第一密封板的表面共面，第二转盘上安装第四磁铁，第一磁铁和第四磁铁与第一铁芯的两端相对应，第一磁铁与第四磁铁的异极相对；第一铁芯的一端开设储液槽，储液槽内均填充磁性液体，第一铁芯设有磁性液体的一端与第一密封板接触。它的主磁通和线圈内的感应电流产生的磁通均在铁芯内与铁芯成水平方向，对铁芯与磁铁的相对转动的阻碍作用大幅减小，可节省发电所需的能量消耗。

Description

微动力感生发电机

技术领域

本实用新型涉及一种发电装置，确切地说是一种微动力感生发电机。

背景技术

传统的发电机存在以下不足：第一，由于传统发电机转子即磁极，与定子即线圈，两者之间作相对圆周运动过程中，磁力线和线圈做相对切割运动，主磁通和线圈的感应电流产生的旋转磁场形成切向力始终与转子旋转的方向相反180°对转子起到阻碍作用，输入的动力远大于电磁阻力才能满足发电机的运行要求，上述电磁阻力越大，消耗浪费的能量越大。这种发电方式只是完成了能量的部分转化，转化效率低，能耗较大。第二，传统发电机的铁芯中容易产生漏磁，还产生谐波，对电网有危害。另外，若要提高发电机的发电效率，缩小铁芯与磁极之间的间隙是一个必要的途径，间隙越小间隙内的空气所产生的磁阻越小，发电效率越高，最理想的方案是铁芯与磁极直接接触，确保磁极的磁力线最多的穿过铁芯；然而，一方面缩小铁芯与磁极之间的间隙对加工工艺的要求过高，会大幅增加发电机的造价，另一方面，由于现有的铁芯与磁极都是固体，若相互直接接触磨擦力过大，因此，难以将发电机的发电效率提高到最理想的状态。

实用新型内容

本实用新型的目的，是提供了一种微动力感生发电机，它是通过改变发电机铁芯中磁通量的大小在线圈中产生感生电动势，而非通过线圈切割磁力线，磁力线始终在铁芯内与铁芯上的线圈垂直，铁芯与磁铁相对转动的方向也与磁力线垂直，因此，主磁通和线圈内的感应电流产生的磁通均在铁芯内与铁芯成水平方向，对铁芯与磁铁的相对转动的阻碍作用大幅减小，可节省发电所需的能量消耗。它的铁芯中不易产生漏磁和谐波，不会对电网造成危害，从而，可解决现有发电机存在的不足。并且，它可消除磁极与铁芯之间的磁阻，有效地提高发电机的发电效率。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：微动力感生发电机，包括铁芯支架，铁芯支架上安装转轴，转轴的两端分别安装第一转盘和第二转盘，铁芯支架上安装第一铁芯，第一铁芯的外周安装第一线圈，第一转盘上安装第一密封板，第一转盘或第一密封板上安装第一磁铁，第一磁铁的表面与第一密封板的表面共面，第二转盘上安装第四磁铁，第一磁铁和第四磁铁与第一铁芯的两端相对应，第一磁铁与第四磁铁的异极相对；第一铁芯的一端开设储液槽，储液槽内均填充磁性液体，第一铁芯设有磁性液体的一端与第一密封板接触。

为进一步实现本实用新型的目的，还可以采用以下技术方案实现：铁芯支架上安装第二铁芯和第三铁芯，第一铁芯、第二铁芯和第三铁芯均匀分布于转轴的外周，第一铁芯、第二铁芯和第三铁芯的中心共圆，第二铁芯的外周安装第二线圈，第三铁芯的外周安装第三线圈，第一转盘上安装第二磁铁，第二磁铁和第一磁铁与转轴的间距相等，第二磁铁和第一磁铁相隔180度，第二转盘上安装第五磁铁，第五磁铁和第四磁铁与转轴的间距相等，第五磁铁与第四磁铁相隔180度，第五磁铁与第二磁铁异极相对；第五磁铁的表面与第二密封板表面共面，第二磁铁与第一密封板的表面共面。第一铁芯、第二铁芯、第三铁芯、第一磁铁、第二磁铁、第四磁铁和第五磁铁的端面形状和大小相同。第一磁铁和第二磁铁的磁极方向相反。第一磁铁和第二磁铁的磁极方向相同。第一转盘上安装数个外磁块，数个外磁块均匀分布于以转轴为圆心的圆周上；铁芯支架上安装数个内磁块，数个内磁块均匀分布于以转轴为圆心的圆周上；外磁块到转轴的垂直距离等于内磁块到转轴的垂直距离；内磁块与外磁块一一对应，且同极相对。第二转盘上安装数个外磁块，数个外磁块均匀分布于以转轴为圆心的圆周上；铁芯支架上安装数个内磁块，数个内磁块均匀分布于以转轴为圆心的圆周上；外磁块到转轴的垂直距离等于内磁块到转轴的垂直距离；内磁块与外磁块一一对应，且同极相对。所述的第一密封板是圆环形结构。第一铁芯的两端各开设一个储液槽，储液槽内均填充有磁性液体；第二转盘上安装第二密封板，第四磁铁与第二密封板的表面共面，第一铁芯的两端分别与第一密封板和第二密封板接触。所述的第二密封板是圆环形结构。

本实用新型的积极效果在于：它是通过改变发电机铁芯中磁通量的大小在线圈中产生感生电动势，产生感生电流的大小与磁通量的变化率和导线负载的电阻大小有关。本发电机工作时，铁芯与磁铁相对转动过程中，磁铁的磁力线始终垂直于铁芯端面，即改变铁芯中磁通量大小的旋转方向始终与磁铁磁力线的方向始终成90度角，以该结构方式发电，可大幅减小发电机定子转子之间转动的阻力，同时还可提高发电效率，有很好的节能效果。本发电装置在铁芯中不产生漏磁，没有谐波产生，还可减少一部分阻力，节约能源，并且对电网不产生危害。它利用磁性液体填充铁芯的两端，使磁极与铁芯之间绝大部分是固体与液体之间的接触，从而既可消除铁芯与磁极之间的磁阻，提高发电效率，又可最大限度的缩小铁芯与磁极之间的磨擦力，减小发电的能量消耗。它铁芯支架可为铁芯提供足够的支撑力，能有效地防止铁芯在外力的作用下晃动，避免产生不必要的摩擦，延长电动机的使用寿命；它的安装磁极的转盘具有体积小、重量轻、加工难度低和安装磁极难度小的优点；另外具有使用寿命长和加工难度小的优点。本实用新型还具有结构简洁紧凑、制造成本低廉和使用安全方便的优点。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；图2是图1的A-A剖视结构示意图；图3是图1的C-C剖视结构示意图；图4是图1的B-B剖视结构示意图；图5是图1的I局部放大结构示意图。

图中标号：1铁芯支架 2第一转盘 3第二转盘 4转轴 5第一铁芯 6第二铁芯7第三铁芯 8第一磁铁 9第二磁铁 11第四磁铁 12第五磁铁 14第一线圈 15第三线圈 16第二线圈 17外磁块 18内磁块 19储液槽 20磁性液体 21轴承 22第一密封板 23第二密封板。

具体实施方式

本实用新型所述的微动力感生发电机，包括铁芯支架1，铁芯支架1上安装转轴4，转轴4的两端分别安装第一转盘2和第二转盘3，铁芯支架1上安装第一铁芯5，第一铁芯5的外周安装第一线圈14，第一转盘2上安装第一密封板22，第一转盘2或第一密封板22上安装第一磁铁8，第一磁铁8的表面与第一密封板22的表面共面，第二转盘3上安装第二密封板23，第二转盘3或第二密封板23上安装第四磁铁11，第四磁铁11与第二密封板23的表面共面，第一磁铁8和第四磁铁11与第一铁芯5的两端相对应，第一磁铁8与第四磁铁11的异极相对，确保在第一转盘2和第二转盘3转动过程中第一磁铁8和第四磁铁11的磁力线可经过第一铁芯5；第一铁芯5的两端各开设一个储液槽19，储液槽19内均填充有磁性液体20，第一铁芯5的两端分别与第一密封板22和第二密封板23接触。由磁性液体20填充铁芯的两端，可大幅减少铁芯固体部分与磁铁接触的面积，使铁芯与磁铁之间绝大部分是固液接触，有效地减少铁芯与磁铁之间的磨擦力。磁性液体20的导磁性能较好，其磁极直接接触可最大限度的消除磁极与铁芯之间的磁阻，提高发电效率。由于铁芯的两端填充有磁性液体20，因此，为防止磁性液体20由储液槽19内流失，在第一转盘2上安装第一密封板22，在第二转盘3上安装第二密封板23，确保储液槽19在转动过程中始终处于封闭状态。

为降低生产成本，第一铁芯5也可仅有一端开设储液槽19并填充磁性液体20，此时，第二转盘3上可不安装第二密封板23，而直接安装第四磁铁11，但其消除铁芯与磁极之间磁阻的效果不理想。

所述的储液槽19可以直接在第一铁芯5等铁芯的两端开设，也可以是由铜或铝等材料制成的环状部件与第一铁芯5的两端连接构成，即由铜或铝等材料围成储液槽19。

所述的第一转盘2和第二转盘3是安装作为磁极的第一磁铁8和第四磁铁11等磁铁的载体，可带动所述的磁铁相对于所述的第一铁芯5等铁芯转动；铁芯支架1是固定第一铁芯5的部件，可尽可能地防止第一铁芯5在工作过程中受外力的干扰而发生晃动。实现磁极相对铁芯转动的功能还有其他结构方案，例如固定轴转动筒机构，用一根固定轴替代铁芯支架1，所述固定轴上设置支撑杆，利用所述支撑杆固定第一铁芯5等铁芯；所述固定轴的外周安装转动筒，所述转动筒可相对于所述固定轴转动，即由所述转动筒替代所述的第一转盘2和第二转盘3安装固定磁极，磁极位于转动筒的两端内侧。所述具有固定轴转动筒机构的发电机，虽可实现磁极相对于铁芯转动，但是存在以下缺陷：第一、在同材料、等重量的前提下，分别制造所述带有支撑杆的固定轴和铁芯支架1，带有支撑杆的固定轴的强度远低于铁芯支架1的强度；在实际生产中带有支撑杆的固定轴根本无法对第一铁芯5等铁芯提供足够的支撑力，而在发电机的工作过程中，第一铁芯5等铁芯所受的外力会发生周期性的变化，且力度较大，若第一铁芯5等铁芯得不到有效地支撑和固定而发生晃动，则不仅会直接影响发电机的效率，还极有可能造成不必要的摩擦，大幅缩短发电机的使用寿命；铁芯支架1和带有支撑杆的固定轴相比，可为第一铁芯5提供足够的支撑力，能有效地防止第一铁芯5在外力的作用下晃动，避免产生不必要的摩擦，延长电动机的使用寿命。第二、所述转动筒的体积远大于第一转盘2和第二转盘3的体积和，会增加驱动磁极转动所消耗的能量，另外，转动筒的加工工艺难度远大于所述转盘的加工工艺，会增加制造发电机的成本，并且，在转动筒内安装磁极也具有较大难度，加工成本过高；第一转盘2和第二转盘3与所述转动筒相比，具有体积小、重量轻、加工难度低和安装磁极难度小的优点。第三、固定轴转动筒机构中，铁芯、磁极和转动筒的重量均由所述的固定轴承担，因此，对所述固定轴的强度要求极高，势必增加发电机的生产成本，并且，既使如此，固定轴转动筒机构的发电机的使用寿命也远不如由具有铁芯支架1、第一转盘2和第二转盘3的发电机的使用寿命长；装有铁芯支架1、第一转盘2和第二转盘3的发电机具有使用寿命长和加工难度小的优点。综上所述，具有固定轴转动筒结构的发电机难以加工，无法产业化，更无法制造出有实际发电意义的较大容量的发电机，而本实用新型所述发电机则可解决该问题，可制造出大容量的发电机。

本实用新型加工制作时，还可分为两大方案，一类是磁铁旋转，另一类是铁芯旋转。

磁铁旋转的方案。

将第一转盘2和第二转盘3与转轴4固定连接，将转轴4与电动机或液压马达等动力装置连接。转轴4上还可安装叶片，以便可借助风力或水力带动转轴4转动。发电机工作时，铁芯支架1固定，转轴4带动第一转盘2和第二转盘3相对第一铁芯5转动，从而使第一磁铁8和第四磁铁11相对第一铁芯5的同步转动。

在上述转动过程中，第一铁芯5端面的磁通量变化如下：当第一磁铁8和第四磁铁11转动到与第一铁芯5共线的位置时，第一铁芯5的磁通量最大，随着第一磁铁8和第四磁铁11的继续转动，第一铁芯5的磁通量逐渐减小直至为零，当第一磁铁8和第四磁铁11再次接近第一铁芯5运动时，第一铁芯5的磁通量再次由零增加至最大，如此周而复始的改变磁通量的大小，第一铁芯5上的安装的第一线圈14内便可产生感生电动势。

铁芯旋转的方案。

将第一铁芯5通过铁芯支架1与转轴4固定连接，铁芯支架1和其上安装的铁芯可在转轴4的带动下，相对于第一转盘2和第二转盘3转动。磁通量的变化以及发电原理与磁铁旋转方案相同。

如图2至图4所示，铁芯支架1上可再安装第二铁芯6和第三铁芯7，第一铁芯5、第二铁芯6和第三铁芯7均匀分布于转轴4的外周，第一铁芯5、第二铁芯6和第三铁芯7的中心共圆，第二铁芯6的外周安装第二线圈16，第三铁芯7的外周安装第三线圈15，第一转盘2上安装第二磁铁9，第二磁铁9和第一磁铁8与转轴4的间距相等，第二磁铁9和第一磁铁8相隔180度，第二转盘3上安装第五磁铁12，第五磁铁12和第四磁铁11与转轴4的间距相等，第五磁铁12与第四磁铁11相隔180度，第五磁铁12与第二磁铁9异极相对。转动时，第一线圈14、第三线圈15和第二线圈16内均可产生感生电动势，从而形成三相电。铁芯的数量与发电的相数相同，即铁芯支架1上安装一根铁芯可产生单相电，安装两根铁芯可产生两相电，安装四根铁芯可产生四相电，以此类推，可制造更多相的发电机，以满足不同用户的需求。

为增强发电效果，如图2至4所示，第一铁芯5、第二铁芯6、第三铁芯7、第一磁铁8、第二磁铁9、第四磁铁11和第五磁铁12的端面形状和大小应相同，可确保在转速相同的情况下，单位时间内第一铁芯5端面的磁通量变化最大。本发电机的第一磁铁8与第四磁铁11的异极相对构成一对异性磁极，称为一极或单极。本发电机可以是单极也可以是两极、三极或更多极，例如图1所示的发电机具有两极，其中一极由第一磁铁8与第四磁铁11构成，另一极由第二磁铁9和第五磁铁12构成。上述的每极由两个独立的磁铁组成，一方面便于加工制造降低成本，另一方面可防止铁芯与磁铁之间发生相对转动时相互影响，便于铁芯上线圈的两端导线由发电机中引出时不受铁芯或磁铁转动的影响。

本发电机一极时，转轴4转速达到6000转/分钟，所发交流电频率为50赫兹，两极时，转轴4转速达到3000转/分钟，所发交流电频率为50赫兹，四极时，转轴4转速达到1500转/分钟，所发交流电频率为50赫兹。

为使如图1至4所示的本实用新型所述的发电机产生三相正弦交流电，以方便并入现有的电网供用户使用，第一磁铁8和第二磁铁9的磁极方向应相反，即两极的磁力线方向相反。若需发波形是全波的电流，则第一磁铁8和第二磁铁9的磁极方向相同，即两极的磁力线方向相同。

由于磁极对铁芯始终施加吸引力，因此，为防止第一转盘2在长期外力作用下发生形变，延长发电机的使用寿命，如图1和图3所示，第一转盘2上安装数个外磁块17，数个外磁块17均匀分布于以转轴4为圆心的圆周上；铁芯支架1上安装数个内磁块18，数个内磁块18均匀分布于以转轴4为圆心的圆周上；外磁块17到转轴4的垂直距离等于内磁块18到转轴4的垂直距离；内磁块18与外磁块17一一对应，且同极相对。

由于磁极对铁芯始终施加吸引力，因此，为防止第一转盘2在长期外力作用下发生形变，延长发电机的使用寿命，第二转盘3上安装数个外磁块17，数个外磁块17均匀分布于以转轴4为圆心的圆周上；铁芯支架1上安装数个内磁块18，数个内磁块18均匀分布于以转轴4为圆心的圆周上；外磁块17到转轴4的垂直距离等于内磁块18到转轴4的垂直距离；内磁块18与外磁块17一一对应，且同极相对。

所述内磁块18与外磁块17之间的排斥力可平衡磁极对铁芯的吸引力，另外，内磁块18与外磁块17之间的斥力还可在发电机运转过程中减少转动阻力，辅助转动。

为了既确保第一密封板22和第二密封板23对储液槽19的密封作用，又减少磨擦阻力，如图3和图4所示，所述的第二密封板23可以是圆环形结构。所述的第一密封板22也可以是圆环形结构。第一密封板22和第二密封板23可分别与将第一转盘2和第二转盘3制成一体。

为减少转轴4与铁芯支架1之间的摩擦力，转轴4与铁芯支架1之间可安装轴承21，轴承21可以是磁悬浮轴承。

本实用新型未详尽描述的技术内容均为公知技术。

Claims (10)

1.微动力感生发电机，其特征在于：包括铁芯支架(1)，铁芯支架(1)上安装转轴(4)，转轴(4)的两端分别安装第一转盘(2)和第二转盘(3)，铁芯支架(1)上安装第一铁芯(5)，第一铁芯(5)的外周安装第一线圈(14)，第一转盘(2)上安装第一密封板(22)，第一转盘(2)或第一密封板(22)上安装第一磁铁(8)，第一磁铁(8)的表面与第一密封板(22)的表面共面，第二转盘(3)上安装第四磁铁(11)，第一磁铁(8)和第四磁铁(11)与第一铁芯(5)的两端相对应，第一磁铁(8)与第四磁铁(11)的异极相对；第一铁芯(5)的一端开设储液槽(19)，储液槽(19)内均填充磁性液体(20)，第一铁芯(5)设有磁性液体(20)的一端与第一密封板(22)接触。

2.根据权利要求1所述的微动力感生发电机，其特征在于：铁芯支架(1)上安装第二铁芯(6)和第三铁芯(7)，第一铁芯(5)、第二铁芯(6)和第三铁芯(7)均匀分布于转轴(4)的外周，第一铁芯(5)、第二铁芯(6)和第三铁芯(7)的中心共圆，第二铁芯(6)的外周安装第二线圈(16)，第三铁芯(7)的外周安装第三线圈(15)，第一转盘(2)上安装第二磁铁(9)，第二磁铁(9)和第一磁铁(8)与转轴(4)的间距相等，第二磁铁(9)和第一磁铁(8)相隔180度，第二转盘(3)上安装第五磁铁(12)，第五磁铁(12)和第四磁铁(11)与转轴(4)的间距相等，第五磁铁(12)与第四磁铁(11)相隔180度，第五磁铁(12)与第二磁铁(9)异极相对；第五磁铁(12)的表面与第二密封板(23)表面共面，第二磁铁(9)与第一密封板(22)的表面共面。

3.根据权利要求2所述的微动力感生发电机，其特征在于：第一铁芯(5)、第二铁芯(6)、第三铁芯(7)、第一磁铁(8)、第二磁铁(9)、第四磁铁(11)和第五磁铁(12)的端面形状和大小相同。

4.根据权利要求2所述的微动力感生发电机，其特征在于：第一磁铁(8)和第二磁铁(9)的磁极方向相反。

5.根据权利要求2所述的微动力感生发电机，其特征在于：第一磁铁(8)和第二磁铁(9)的磁极方向相同。

6.根据权利要求1所述的微动力感生发电机，其特征在于：第一转盘(2)上安装数个外磁块(17)，数个外磁块(17)均匀分布于以转轴(4)为圆心的圆周上；铁芯支架(1)上安装数个内磁块(18)，数个内磁块(18)均匀分布于以转轴(4)为圆心的圆周上；外磁块(17)到转轴(4)的垂直距离等于内磁块(18)到转轴(4)的垂直距离；内磁块(18)与外磁块(17)一一对应，且同极相对。

7.根据权利要求1所述的微动力感生发电机，其特征在于：第二转盘(3)上安装数个外磁块(17)，数个外磁块(17)均匀分布于以转轴(4)为圆心的圆周上；铁芯支架(1)上安装数个内磁块(18)，数个内磁块(18)均匀分布于以转轴(4)为圆心的圆周上；外磁块(17)到转轴(4)的垂直距离等于内磁块(18)到转轴(4)的垂直距离；内磁块(18)与外磁块(17)一一对应，且同极相对。

8.根据权利要求1所述的微动力感生发电机，其特征在于：所述的第一密封板(22)是圆环形结构。

9.根据权利要求1所述的微动力感生发电机，其特征在于：第一铁芯(5)的两端各开设一个储液槽(19)，储液槽(19)内均填充有磁性液体(20)；第二转盘(3)上安装第二密封板(23)，第四磁铁(11)与第二密封板(23)的表面共面，第一铁芯(5)的两端分别与第一密封板(22)和第二密封板(23)接触。

10.根据权利要求9所述的微动力感生发电机，其特征在于：所述的第二密封板(23)是圆环形结构。

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