CN206402132U - 永磁助力发电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了永磁助力发电机，包括：主机箱体及其内装配有永磁蜗杆转子，永磁转子包括：永磁蜗杆转子，所述永磁蜗杆转子与永磁蜗轮相啮合，永磁蜗杆转子对应位置设有定子线圈，定子线圈设于主机箱体内，定子线圈上设有定子叠钢片，永磁蜗轮内装有永磁蜗轮轴，永磁蜗轮轴上装配有蜗轮，蜗轮与蜗杆相啮合，永磁蜗杆和蜗杆装配在转子机架上，所述永磁蜗杆转子的轴端设有转子同步传动齿轮，所述蜗杆上设有蜗杆同步传动齿轮，所述转子同步传动齿轮和蜗杆同步传动齿轮相啮合，所述永磁蜗杆转子的永磁体螺旋齿圈与永磁蜗轮的永磁体螺齿必须呈磁悬浮啮合状态安装具有吸拉磁推的趋势，通过蜗杆与动力源连接带动永磁蜗杆转子进行发电运转。

Description

永磁助力发电机

技术领域

本发明涉及发电机技术领域，特别涉及一种永磁助力发电机。

背景技术

永磁材料制造出来受到充磁后，磁场的磁能量就永久储存于永磁体内，并且成为了一个储能器，由于具有长期稳定的高矫顽力，因此与另一件永磁体分离后，自身的磁能量仍不易消失，仍能够稳定连续地对外部空间提供磁场能量。根据这一特性，很多设计者在制造永磁体机械结构时，根据永磁体的磁场特性及形状特征，以及功效要求……等，设计制造了很多的磁力机械仪器仪表及发电设备和起重搬运的机械装置，这类技术开发在国内外已有较多的信息报导。然而在这些诸多的磁力机械技术方案中，多数只是在机械装置中的定子或转子上布设永磁体，希望能将永磁体与永磁体磁力之间的往复直线运动，改变为相互同步，并且朝同一方向连续的旋转运动，想以此解决定子磁场与转子磁场在运转中、存在的磁极不能定位同步运转，而且还会发生磁极在错位时的停顿及磁力阻碍运转的问题，以及运转时扭力不稳定不平衡不连贯……等尚未克服的诸多技术难题。

发明内容

本实用新型的目的在于：克服现有技术中存在的上述问题，提出一种永磁助力发电机采用“永磁蜗杆”与“永磁蜗轮”相“磁悬浮”啮合的磁力传动技术，以及为“磁悬浮”空间位置既能定位又能稳定传动，而引进一组常规的蜗杆蜗轮传动副既能精确定位又能传动的结构技术，研制出一种既能利用“永磁蜗杆”作为磁场转子发电，同时又能利用磁场转子让“永磁蜗轮”释放出磁力的旋转动能，而再让这种旋转动能带动另一台发电机运转发电。使其成为一种有多种用途的“永磁助力发电机”及其系统装置。

本实用新型的目的通过下述技术方案来实现：

永磁助力发电机，包括：主机箱体，所述主机箱体内装配有永磁转子，所述永磁转子包括：永磁蜗杆转子，所述永磁蜗杆转子与永磁蜗轮相啮合，所述永磁蜗杆转子对应位置设有定子线圈，所述定子线圈设于主机箱体内，所述定子线圈上设有定子叠钢片，所述永磁蜗轮内装有永磁蜗轮轴，所述永磁蜗轮轴上装配有蜗轮，所述蜗轮与蜗杆相啮合，所述永磁蜗杆转子和蜗杆装配在转子机架上，所述永磁蜗杆转子的轴端设有转子同步传动齿轮，所述蜗杆上设有蜗杆同步传动齿轮，所述转子同步传动齿轮和蜗杆同步传动齿轮相啮合，所述永磁蜗杆转子的永磁体螺旋齿圈，与所述永磁蜗轮的永磁体螺齿在转动方向相邻一侧为磁极性相反而具有吸引趋势，在转动反向相邻一侧为磁极性相同而具有斥推趋势，所述永磁蜗杆转子的永磁体螺旋齿圈与永磁蜗轮的永磁体螺齿必须呈磁悬浮啮合状安装，从而实现将蜗杆与动力源连接带动永磁蜗杆转子进行发电运转。

本实用新型的永磁助力发电机，所述永磁蜗轮外侧还设置有若干环绕永磁蜗杆，所述环绕永磁蜗杆和永磁蜗杆转子的结构相同，所述环绕永磁蜗杆对应位置设有定子线圈，所述定子线圈设于主机箱体内，所述定子线圈上设有定子叠钢片，所述永磁蜗杆转子通过伞齿轮组连接环绕永磁蜗杆转子，所述环绕永磁蜗杆之间通过伞齿轮组顺次连接，所述永磁蜗杆转子、环绕永磁蜗杆和永磁蜗轮形成一级永磁传动结构。

本实用新型的永磁助力发电机，所述永磁传动结构为四级并联的结构。

本实用新型的永磁助力发电机，所述永磁蜗杆转子包括：永磁蜗杆本体和永磁体螺旋齿圈，所述永磁体螺旋齿圈凸出永磁蜗杆本体之外，所述永磁蜗轮包括：永磁蜗轮本体和永磁体螺齿，所述永磁体螺齿凸出永磁蜗轮本体。

本实用新型的永磁助力发电机，所述永磁蜗杆转子包括：永磁蜗杆本体和永磁体螺旋齿圈，所述永磁体螺旋齿圈镶嵌于永磁蜗杆本体之内，所述永磁蜗轮包括：永磁蜗轮本体和永磁体螺齿，所述永磁体螺齿镶嵌于永磁蜗轮本体之内。

本实用新型的永磁助力发电机，所述蜗杆为环面蜗杆，所述蜗轮为滚轴螺齿蜗轮。

本实用新型的永磁助力发电机，所述永磁蜗杆的永磁体螺旋齿圈的磁场和永磁蜗轮的永磁体螺齿磁场，共有八种磁路配对方式。

本实用新型中用四件由永磁体螺旋齿圈制造成的“永磁蜗杆”部件，经伞齿啮合并联围绕在一件用永磁体螺旋齿制造成的“永磁蜗轮”周围，由此构成的一组磁动力传动副。为了增大“永磁助力发电机”的发电功率，该机采用了四组相同结构的磁动力传动副，同轴并联组装在主机中轴的蜗轮轴上，构成了该机系统结构中的主机发电结构。主机发电结构中的所有“永磁蜗杆”轴向圆周上的永磁体螺旋齿圈磁场、被启动电机带动运转，都会被主机壳内的定子线圈切割其磁场而发电，在发电的同时“永磁蜗杆”另一侧磁场与“永磁蜗轮”的磁场相互作用产生的磁力势能，此时通过“永磁蜗轮”将磁力势能转换成旋转动能，再经蜗轮中轴带动另一台与其相连接的发电机运转发电。

在该机系统结构中，使“永磁蜗杆”的永磁体螺旋齿圈与“永磁蜗轮”的永磁体螺齿之间的啮合；实现其空间无实体接触摩擦的“磁悬浮”齿间定位传动的另一种机械结构，此机构是一种；由常规蜗轮螺齿改造成为滚动传动的圆柱形“滚轴螺齿蜗轮”并且在环面蜗杆的槽内滚动传动。此传动副的结构为“永磁蜗杆、永磁蜗轮”齿间的磁悬浮啮合定位传动而创新设计制造，经运行实践证明；该机构的传动摩擦系数低，传动效率高于常规蜗杆轮传动副。

在“永磁蜗杆”的永磁体螺旋齿圈磁场，和“永磁蜗轮”的螺旋齿磁场的开发研制及设计试验中发现；这种应用永磁体磁场既发电，又用于磁力传动的“永磁助力发电机”的螺旋磁场排布和磁路设计，在创新研制中共发现八种“永磁体螺旋磁场”的排布及磁路设计，经实践检验属“永磁体蜗杆、永磁体蜗轮、永磁体丝杆”。

该机“永磁蜗杆”的蜗杆坯件、“永磁蜗轮”的蜗轮坯件，都由抗磁化、不导磁的金属材料或高分子塑料、陶瓷材料制造，该机选择采用铝合金作为蜗杆坯件、蜗轮坯件的制作材料。蜗杆蜗轮坯件的永磁体螺旋齿圈及螺旋齿，由永磁材料制成后，镶嵌制造在蜗杆坯件和蜗轮坯件圆周上，成为“永磁体蜗杆、永磁体蜗轮”。该机其它主要零部件如：主机体机箱壳、主机箱内支撑架、大小机轴、轴承座、轴承盖、不锈钢抗磁轴承、陶瓷轴承、铜合金轴承、以及不锈钢螺丝螺帽……等部件，都选用抗磁化材料制造，以免扰乱“永磁蜗杆、永磁蜗轮”的磁场和磁极的运转效能。

该机器的蜗杆坯件和蜗轮坯件、箱体内支撑架、轴承座与盖、蜗杆蜗轮轴、齿轮……等主要零部件，由不导磁或抗磁化材料制造。

蜗杆坯件、蜗轮坯件都必须用“永磁体螺旋齿圈”和“永磁体螺旋齿”经镶嵌制造完工后才能成其为“永磁蜗杆”和“永磁蜗轮”。

所述的永磁体是“钕铁硼永磁材料”。

所述的永磁体蜗杆是“环面蜗杆”。

所述的“永磁蜗杆”与“永磁蜗轮”配合组装。

永磁蜗杆的磁路·磁极设计：

永磁蜗杆的永磁体螺旋齿圈磁极轴向排布是指：相邻螺旋齿圈的两端面磁极分别相同，在蜗杆的轴向上呈现为NS·NS·NS……排列或SN·SN·SN……排列。

永磁蜗杆的永磁体螺旋齿圈磁极的径向排列是指：螺旋齿圈径向内外圈磁极分别相同，在蜗杆的螺旋齿圈径向上呈现为或排列。

永磁蜗轮的磁路·磁极设计：

永磁蜗轮的螺旋齿用“钕铁硼永磁材料”制造而成，螺旋齿的磁极有两种排列，一种为蜗轮的径向排列，径向排列是指在所有螺旋齿的顶部和根部，一致地呈现为或排列。

另一种为蜗轮沿圆周排列是指：所有螺齿一致地呈现SN·SN·SN ……或NS·NS·NS……排列。

永磁蜗杆的螺旋齿圈磁极采用径向SN或NS排列时，永磁蜗轮的永磁体螺旋齿极则采用径向或排列。

所以无论永磁蜗杆与永磁蜗轮、采用哪种磁路和磁极排列形式，蜗杆螺旋齿圈与蜗轮螺旋齿的磁极搭配都应是纵与横的交叉形式，使蜗轮螺旋齿两侧面，在蜗杆螺旋齿圈内受到的磁力方向就应一致。

根据“永磁蜗杆”的永磁体螺旋齿圈磁路极性与“永磁蜗轮”螺旋齿路极性的不同搭配排列，经实验证实，可以得到八种不同的磁路和磁极排列，但是这八种磁路排列方案在“永磁助力发电机”产生的旋转方向，却只有左旋和右旋两种。

永磁材料制成的蜗杆转子和用永磁材料制成的永磁蜗轮相互“悬浮”啮合的这种结构，充分利用了螺旋传动原理中、螺旋斜面传动的无限连续传动的延伸性质，有效地将常规单个永磁体的往复吸、斥的磁极，沿永磁合金螺旋齿圈蜗杆的螺旋斜面进行紧密排列组合，形成了无限连续延伸的螺旋斜面磁场，这种磁极一致的螺旋齿圈磁场，在与永磁螺齿蜗轮的径向磁场的相互对应的运转中，能平稳连贯地以磁极侧面的形式，切入和退出相互作用的磁场，同时仍能保持其它仍处在啮合中的磁力作用。蜗轮的永磁体螺齿、在其沿圆周上的两个侧面总是受到蜗杆永磁螺旋齿圈的一个斥力、和一个吸力的作用，而两个着力点在蜗轮永磁螺齿圆周上方向都是一致的，使永磁蜗轮产生了磁力势能的旋转趋势而可运转，同时其反作用力也使永磁蜗杆产生了向同一方向的吸拉、斥推的轴向力、而被其轴端的推力轴承抵消，同时永磁蜗杆、永磁蜗轮这两者的合力，在“滚轴螺齿蜗轮”的配合传动中得到限位传动的控制，使永磁蜗杆的螺旋齿圈、永磁蜗轮的螺齿一直保持于“磁悬浮”啮合状态的运转，而两者之间在运转中不会有接触性质的摩擦阻力而耗能。

本实用新型的有益效果是：提出一种永磁助力发电机采用“永磁蜗杆”与“永磁蜗轮”相“磁悬浮”啮合的磁力传动技术，以及为“磁悬浮”空间位置既能定位又能稳定传动，而引进一组常规的蜗杆蜗轮传动副既能精确定位又能传动的结构技术，研制出一种既能利用“永磁蜗杆”作为磁场转子发电，同时又能利用磁场转子让“永磁蜗轮”释放出磁力的旋转动能，而再让这种旋转动能带动另一台发电机运转发电，使其成为一种有多种用途的“永磁助力发电机”及其系统装置。

附图说明

图1是本实用新型永磁助力发电机爆炸图；

图2是本实用新型永磁助力发电机剖视图；

图3是本实用新型永磁助力发电机结构图；

图4是本实用新型永磁助力发电机装配剖视图；

图5是本实用新型永磁助力发电机的滚轴螺齿蜗轮及环面蜗杆结构图；

图6是本实用新型永磁助力发电机的八种磁路及磁极排列图；

图7是本实用新型永磁助力发电机磁路排列示意图；

图8是本实用新型永磁助力发电机磁路排列设计选择图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本实用新型作进一步的说明。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1-8为本实用新型永磁助力发电机的实施例，永磁助力发电机，包括：主机箱体1，所述主机箱体1内装配有永磁转子，所述永磁转子包括：永磁蜗杆转子3-1，所述永磁蜗杆转子3-1与永磁蜗轮4相啮合，所述永磁蜗杆转子3-1对应位置设有定子线圈2，所述定子线圈2设于主机箱体1内，所述定子线圈2上设有定子叠钢片，所述永磁蜗轮4内装有永磁蜗轮轴10，所述永磁蜗轮轴10上装配有蜗轮5，所述蜗轮5与蜗杆7相啮合，所述永磁蜗杆转子3-1 和蜗杆7装配在转子机架上，所述永磁蜗杆转子3-1的轴端设有转子同步传动齿轮9，所述蜗杆7上设有蜗杆同步传动齿轮9-1，所述转子同步传动齿轮9 和蜗杆同步传动齿轮9-1相啮合，所述永磁蜗杆转子3-1的永磁体螺旋齿圈 3-1-1，与所述永磁蜗轮4的永磁体螺齿4-1在转动方向相邻一侧为磁极性相反而具有吸引趋势，在转动反向相邻一侧为磁极性相同而具有斥推趋势，所述永磁蜗杆转子3-1的永磁体螺旋齿圈3-1-1与永磁蜗轮4的永磁体螺齿4-1必须呈磁悬浮啮合状安装，从而实现将蜗杆7与动力源6连接带动永磁蜗杆转子3-1进行发电运转，所述永磁蜗轮4外侧还设置有若干环绕永磁蜗杆3-2、环绕永磁蜗杆3-3和环绕永磁蜗杆3-4，所述环绕永磁蜗杆3-2、环绕永磁蜗杆3-3、环绕永磁蜗杆3-4和永磁蜗杆转子3-1的结构相同，所述环绕永磁蜗杆对应位置设有定子线圈，所述定子线圈2设于主机箱体1内，所述定子线圈 2上设有定子叠钢片，所述永磁蜗杆转子3-1通过伞齿轮组8连接环绕永磁蜗杆转子3-2，所述环绕永磁蜗杆之间通过伞齿轮组8顺次连接，所述永磁蜗杆转子3-1、环绕永磁蜗杆和永磁蜗轮4形成一级永磁传动结构，所述永磁传动结构为四级并联的结构，所述永磁蜗杆转子3-1包括：永磁蜗杆本体和永磁体螺旋齿圈，所述永磁体螺旋齿圈3-1-1凸出永磁蜗杆本体之外，所述永磁蜗轮 4包括：永磁蜗轮本体和永磁体螺齿4-1，所述永磁体螺齿4-1凸出永磁蜗轮本体，所述永磁蜗杆转子3-1包括：永磁蜗杆本体和永磁体螺旋齿圈3-1-1，所述永磁体螺旋齿圈3-1-1镶嵌于永磁蜗杆本体之内，所述永磁蜗轮4包括：永磁蜗轮本体和永磁体螺齿4-1，所述永磁体螺齿4-1镶嵌于永磁蜗轮本体之内，所述蜗杆7为环面蜗杆，所述蜗轮5为滚轴螺齿蜗轮，所述永磁蜗杆的永磁体螺旋齿圈3-1-1的磁场和永磁蜗轮的永磁体螺齿4-1磁场，共有八种磁路配对方式。

“永磁体环面蜗杆螺旋齿圈磁场”为发电机转子磁场的发电结构，简称“永磁蜗杆”，如说明书附图1至图2所示，“永磁助力发电机”主机发电系统的“永磁蜗杆”转子的螺旋齿圈用“钕铁硼永磁”材料制造，“永磁蜗杆”坯件用“铝合金LY12”材料制造，经过精加工之后的蜗杆坯件，沿其圆周均匀设置由“钕铁硼永磁”材料制成的螺旋齿圈，镶嵌制造成“永磁蜗杆”如图1、图2所示。

该机的“永磁螺旋齿蜗轮”简称为“永磁蜗轮”，永磁蜗轮坯件用“铝合金LY12”材料制成，经精加工之后的蜗轮坯件，沿其圆周均匀设置用“钕铁硼永磁”材料制成的螺旋齿，镶嵌制造成“永磁蜗轮”，并且成为“永磁助力发电机”的磁力助力主要部件。主机系统由4件永磁蜗杆转子，经拐角伞齿组8 围绕一件永磁蜗轮4，构成1级“永磁助力发电机”的主机系统结构，如说明书附图1、图2和图4所示。

“永磁蜗杆”与“永磁蜗轮”必须实现“磁悬浮”啮合的定位传动结构而创新加入的；滚轴螺齿蜗轮5和环面蜗杆7的传动副结构技术，该传动副的蜗杆轴端传动齿轮9，与多组永磁蜗杆转子3-1轴端传动齿轮9并连啮合传动，滚轴螺齿蜗轮5与多组永磁蜗轮4并连安装在同一根主机中轴10上，共同构成同速比，同步“磁悬浮”空间的定位传动系统结构，如说明书附图1、图4 和图5所示。

“永磁助力发电机”磁场磁路系统；创新设计的“永磁蜗杆”与“永磁蜗轮”磁力传动副特有的八种“永磁体螺旋磁场磁路”设计方案如附图6-7的磁路设计方案。

在实施例中，由于应用了“滚动螺齿蜗轮”5与“环面蜗杆”7传动副技术，因此使主机的启动运转能耗、即、启动电机的能耗量降低了30％，并且提高传动效率约40％(与传统常规蜗杆蜗轮传动副相比)。

由于环面蜗杆轴端启动电机转速可高达2000r/min至3000r/min,可以满足所有“永磁蜗杆”转子在主机内发电所需转速。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.永磁助力发电机，其特征在于，包括：主机箱体（1），所述主机箱体（1）内装配有永磁转子，所述永磁转子包括：永磁蜗杆转子（3-1），所述永磁蜗杆转子（3-1）与永磁蜗轮（4）相啮合，所述永磁蜗杆转子（3-1）对应位置设有定子线圈（2），所述定子线圈（2）设于主机箱体（1）内，所述定子线圈（2）上设有定子叠钢片，所述永磁蜗轮（4）内装有永磁蜗轮轴（10），所述永磁蜗轮轴（10）上装配有蜗轮（5），所述蜗轮（5）与蜗杆（7）相啮合，所述永磁蜗杆转子（3-1）和蜗杆（7）装配在转子机架上，所述永磁蜗杆转子（3-1）的轴端设有转子同步传动齿轮（9），所述蜗杆（7）上设有蜗杆同步传动齿轮（9-1），所述转子同步传动齿轮（9）和蜗杆同步传动齿轮（9-1）相啮合，所述永磁蜗杆转子（3-1）的永磁体螺旋齿圈（3-1-1），与所述永磁蜗轮（4）的永磁体螺齿（4-1）在转动方向相邻一侧为磁极性相反而具有吸引趋势，在转动反向相邻一侧为磁极性相同而具有斥推趋势，所述永磁蜗杆转子（3-1）的永磁体螺旋齿圈（3-1-1）与永磁蜗轮（4）的永磁体螺齿（4-1）必须呈磁悬浮啮合状安装，从而实现将蜗杆（7）与动力源（6）连接带动永磁蜗杆转子（3-1）进行发电运转。

2.根据权利要求1所述的永磁助力发电机，其特征在于：所述永磁蜗轮（4）外侧还设置有若干环绕永磁蜗杆（3-2，3-3，3-4），所述环绕永磁蜗杆（3-2，3-3，3-4）和永磁蜗杆转子（3-1）的结构相同，所述环绕永磁蜗杆（3-2，3-3，3-4）对应位置设有定子线圈（2），所述定子线圈（2）设于主机箱体（1）内，所述定子线圈（2）上设有定子叠钢片，所述永磁蜗杆转子（3-1）通过伞齿轮组（8）连接环绕永磁蜗杆转子（3-2），所述环绕永磁蜗杆（3-2，3-3，3-4）之间通过伞齿轮组（8）顺次连接，所述永磁蜗杆转子（3-1）、环绕永磁蜗杆（3-2，3-3，3-4）和永磁蜗轮（4）形成一级永磁传动结构。

3.根据权利要求2所述的永磁助力发电机，其特征在于：所述永磁传动结构为四级并联的结构。

4.根据权利要求3所述的永磁助力发电机，其特征在于：所述永磁蜗杆转子（3-1）包括：永磁蜗杆本体和永磁体螺旋齿圈（3-1-1），所述永磁体螺旋齿圈（3-1-1）凸出永磁蜗杆本体之外，所述永磁蜗轮（4）包括：永磁蜗轮本体和永磁体螺齿（4-1），所述永磁体螺齿（4-1）凸出永磁蜗轮本体。

5.根据权利要求3所述的永磁助力发电机，其特征在于：所述永磁蜗杆转子（3-1）包括：永磁蜗杆本体和永磁体螺旋齿圈（3-1-1），所述永磁体螺旋齿圈（3-1-1）镶嵌于永磁蜗杆本体之内，所述永磁蜗轮（4）包括：永磁蜗轮本体和永磁体螺齿（4-1），所述永磁体螺齿（4-1）镶嵌于永磁蜗轮本体之内。

6.根据权利要求1-5之一所述的永磁助力发电机，其特征在于：所述蜗杆（7）为环面蜗杆，所述蜗轮（5）为滚轴螺齿蜗轮。

7.根据权利要求6所述的永磁助力发电机，其特征在于：所述永磁蜗杆的永磁体螺旋齿圈（3-1-1）的磁场和永磁蜗轮的永磁体螺齿（4-1）磁场，共有八种磁路配对方式。