CN214256034U - 一种变磁通量永磁发电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种变磁通量永磁发电机，包括设于发电机外壳内的转子、定子、发电线圈支承滑环、滑动装置和控制装置，转子包括发电磁钢，定子包括平行发电磁钢设置的发电线圈；发电线圈支承滑环上开有若干滑杆孔和丝杆孔；发电线圈支承滑通过滑杆孔套设于滑动装置上；发电线圈沿轴向环状排布并固定在发电线圈支承滑环靠近转子一侧的平面上；控制装置包括伺服电机、变速箱和丝杆；伺服电机固定于变速箱上，丝杆穿过丝杆孔设于变速箱输出轴上，丝杆孔内设有与所述丝杆的螺距和直径相同的螺纹。通过伺服电机带动丝杆转动，改变发电磁钢与线圈的位置改变磁通量，实现稳压过程，控制功率损耗极低又无稳压器自耗，效率高、寿命长、可靠性高。

Description

一种变磁通量永磁发电机

技术领域

本实用新型涉及永磁电机领域，具体涉及一种变磁通量永磁发电机。

背景技术

永磁发电机具有结构简单、可靠性高、重量轻、效率高等优点，但是由于励磁磁场恒定稳压耗损高、启动扭矩大、高速性能不佳等问题一直制约着永磁发电机的广泛应用。永磁发电机采用电磁转换原理，对于发电机的控制，需要考虑电压、电流的稳定性及转换效率。由于现实中由于现实中驱动发电机转子转动的外力多具有不可控制的因素(如风力发电的风力大小不可控、水力发电中水流不可控等诸多因素)，在某种特定应用场合下，驱动发电机转子的驱动变化无常(例如，汽车发电中发动机转轴的不定变化)，因此该发电机发出的电压波动较大，不利于转化为稳定电压供日常使用，现有技术方案中有采用在转子上安装机械齿轮变速器的技术方案，根据外力变化及时改变齿轮的变速比例以保证转子的转速稳定，但是此方案存在体积重，维护成本高，消耗更多功率问题。永磁发动机在速度变化大的设备上基本不采用，其最大原因就是由于稳压问题，稳压器消耗功率高且电压变化大稳压器可靠性和使用寿命堪忧。

实用新型内容

本实用新型在于提供一种变磁通量永磁发电机，通过改变发电磁钢和发电线圈之间磁通量实现稳压过程，无需稳压器。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种变磁通量永磁发电机，包括设于发电机外壳内的转子、定子、发电线圈支承滑环、滑动装置和控制装置，所述转子包括发电磁钢；

所述定子包括与对应所述发电磁钢平行设置的发电线圈；

所述发电线圈支承滑环为开有若干滑杆孔和丝杆孔的圆环体；发电线圈支承滑环通过滑杆孔套设于滑动装置上；

所述发电线圈沿发电线圈支承滑环轴向环状排布并固定在发电线圈支承滑环靠近转子一侧的平面上；

所述控制装置包括伺服电机、变速箱和丝杆；所述伺服电机固定于变速箱上，所述丝杆穿过所述丝杆孔与变速箱输出轴固定连接，所述丝杆孔内设有与所述丝杆的螺距和直径相同的螺纹。

现有技术中有采用在转子上安装机械齿轮变速器的技术方案，根据外力变化及时改变齿轮的变速比例以保证转子的转速稳定，但是此方案存在体积重，维护成本高，消耗更多功率问题。另外永磁发动机在速度变化大的设备上基本不采用，其最大原因就是由于稳压问题，稳压器消耗功率高且电压变化大稳压器可靠性和使用寿命堪忧。因此，本实用新型采用丝杆与发电线圈支承滑环配合，采用伺服电机提供控制机构作动动能，变速箱将伺服电机转速调整为设定转速从而驱动丝杆转动，丝杆与变速箱输出轴同步转动，轴向固定；由于丝杆螺纹与发电线圈支承滑环上的丝杆孔螺纹尺寸相同、直径相同，则丝杆转动时，推动发电线圈支承滑环平行移动，发电线圈固定于发电线圈支承滑环上，随着发电线圈支承滑环同轴平行移动，通过调节发电线圈与发电磁钢的位置改变磁通量，改变发电机工作功率或状态，从而使发电机工作于各种工况模式。

进一步地，所述定子还包括发电磁钢支承环和动力输入轴，所述发电磁钢沿径向固定于发电磁钢支承环靠近定子一侧的平面上，所述发电磁钢支承环沿动力输入轴环形排布并固定于动力输入轴中部；所述发电线圈与所述发电磁钢沿径向平行。当伺服电机带动丝杆转动推动发电线圈沿轴向运动时，此时发电磁钢与发电线圈的距离产生变化进而实现磁通量的变化，改变发电工作功率或状态。

进一步地，所述定子还包括发电磁钢支承环和动力输入轴，所述发电磁钢沿轴向固定于发电磁钢支承环远离外壳一侧的平面上，所述发电磁钢支承环沿动力输入轴环形排布并固定于动力输入轴中部；所述发电线圈与所述发电磁钢沿轴向平行设置。当伺服电机带动丝杆转动推动发电线圈沿轴向运动时，此时发电线圈进入发电磁钢产生的磁场大小产生变化进而实现磁通量的变化，改变发电工作功率或状态。

进一步地，所述滑动装置包括滑杆和滑杆支承环，所述滑杆支承环上设有滑杆固定孔，所述滑杆固定于所述滑杆固定孔内。

进一步地，所述滑杆的数量为两根及以上，所述丝杆的数量为两根及以上。根据实际发电机功率大小合理设置滑杆和丝杆的数量，滑杆用于支撑发电线圈支承环，因此需要设置两根及以上，使得发电线圈支承环在移动时能保持稳定，丝杆数量与发电机实际功率有关，发电机实际功率越大需要的丝杆数量越多或者改变丝杆直径，发电机实际功率越大丝杆直径越大。

进一步地，所述滑杆为表面光滑的钢制光轴，使得发电线圈支承环套于此轴上能够做自由滑动，表面光滑能减小摩擦。

进一步地，还包括中心支架，所述中心支架与动力输入轴同轴设置，所述变速箱固定安装于中心支架上，所述中心支架上设有丝杆端轴承，丝杆一端固定在丝杆端轴承内、另一端设于变速箱输出轴上。

进一步地，还包括转速传感器，所述转速传感器设于中心支架上，虽然会对发电线圈的脉冲进行采样，但是采样结果不准确，因此，设置转速传感器使得采集到的电机转速更加准确。

本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本实用新型一种变磁通量永磁发电机，采用丝杆与发电线圈支承滑环配合，利用伺服电机提供控制机构作动动能，变速箱将伺服电机转速调整为设定转速从而驱动丝杆转动，伺服电机带动丝杆转动推动发电线圈沿轴向运动，改变发电磁钢与发电线圈的位置关系从而改变磁通量实现稳压过程，无需稳压器，无启动力矩，发电机工作范围宽，在极低流场能量情况下也可以工作。任意时刻可以使发电机平稳加入或脱离工作，节省能源提高效率，而不增加任何辅助设备。本实用新型对发电线圈的控制功率损耗极低又无稳压器自耗，效率高、寿命长、可靠性高。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：

图1为本实用新型一种实施例平面转子处于最小磁通量时的结构示意图；

图2为本实用新型一种实施例平面转子处于最大磁通量时的结构示意图；

图3为本实用新型一种实施例外转子处于最大磁通量时的结构示意图；

图4为本实用新型一种实施例外转子处于最小磁通量时的结构示意图；

图5为本实用新型一种实施例控制器连接结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-发电磁钢，2-发电磁钢支承环，3-转速传感器，4-动力输入轴，5-滑杆支承环，6-滑杆，7-发电线圈支承滑环，8-发电线圈，9-丝杆端轴承，10-丝杆，11-变速箱，12-伺服电机，13-中心支架。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

在以下描述中，为了提供对本实用新型的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本实用新型。在其他实例中，为了避免混淆本实用新型，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。

在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本实用新型至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。

在本实用新型的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

实施例1

本实施例一种变磁通量永磁发电机，包括设于发电机外壳内的转子、定子、发电线圈支承滑环7、滑动装置和控制装置，所述转子包括发电磁钢1；

所述定子包括与对应所述发电磁钢1平行设置的发电线圈8；

所述发电线圈支承滑环7为开有若干滑杆孔和丝杆孔的圆环体；发电线圈支承滑环7通过滑杆孔套设于滑动装置上；

所述发电线圈8沿发电线圈支承滑环7轴向环状排布并固定在发电线圈支承滑环7靠近转子一侧的平面上；

所述控制装置包括伺服电机12、变速箱11和丝杆10；所述伺服电机12固定于变速箱11上，所述丝杆10穿过所述丝杆孔与变速箱输出轴固定连接，所述丝杆孔内设有与所述丝杆10的螺距和直径相同的螺纹。包括中心支架13，所述中心支架13与动力输入轴4同轴设置、并通过轴承固定连接，所述变速箱11通过螺栓固定安装于中心支架13上，所述中心支架13上设有丝杆端轴承9，丝杆10一端固定在丝杆端轴承9内、另一端设于变速箱输出轴上。

在一种具体实施方式中，定子还包括发电磁钢支承环2和动力输入轴4，所述发电磁钢1沿径向固定于发电磁钢支承环2靠近定子一侧的平面上，所述发电磁钢支承环2沿动力输入轴4环形排布并固定于动力输入轴4中部；所述发电线圈8与所述发电磁钢1沿径向平行，此时为平面转子。当伺服电机12带动丝杆10转动推动发电线圈8沿轴向运动时，此时发电磁钢1与发电线圈8的距离产生变化进而实现磁通量的变化，改变发电工作功率或状态。如图1所示，当发电线圈8与发电磁钢1的距离最远时，此时的磁通量最小，发电机处于最小磁通量状态；如图2所示，当发电线圈8与发电磁钢1距离最近时，此时的磁通量最大，发电机处于最大磁通量状态。

在一种具体实施方式中，所述滑动装置包括滑杆6和滑杆支承环5，所述滑杆支承环5上设有滑杆固定孔，所述滑杆6固定于所述滑杆固定孔内。滑杆6的数量为两根及以上，所述丝杆10的数量为两根及以上。滑杆6为表面光滑的钢制光轴，使得发电线圈支承环7套于此轴上能够做自由滑动，表面光滑能减小摩擦。根据实际发电机功率大小合理设置滑杆6和丝杆10的数量，滑杆6用于支撑发电线圈支承环7，因此需要设置两根及以上，使得发电线圈支承环7在移动时能保持稳定，丝杆10数量与发电机实际功率有关，发电机实际功率越大需要的丝杆数量越多或者改变丝杆直径，发电机实际功率越大丝杆直径越大。

在一种具体实施方式中，还包括转速传感器3，所述转速传感器3设于中心支架13上，虽然会对发电线圈8的脉冲进行采样，但是采样结果不准确，因此，设置转速传感器3使得采集到的电机转速更加准确。

现有技术中有采用在转子上安装机械齿轮变速器的技术方案，根据外力变化及时改变齿轮的变速比例以保证转子的转速稳定，但是此方案存在体积重，维护成本高，消耗更多功率问题。另外永磁发动机在速度变化大的设备上基本不采用，其最大原因就是由于稳压问题，稳压器消耗功率高且电压变化大稳压器可靠性和使用寿命堪忧。因此，本实用新型采用丝杆10与发电线圈支承滑环7配合，采用伺服电机12提供控制机构作动动能，变速箱11将伺服电机12转速调整为设定转速从而驱动丝杆10转动，丝杆10与变速箱11输出轴同步转动，轴向固定；由于丝杆10螺纹与发电线圈支承滑环7上的丝杆孔螺纹尺寸相同、直径相同，则丝杆10转动时，推动发电线圈支承滑环7平行移动，发电线圈8固定于发电线圈支承滑环7上，随着发电线圈支承滑环7同轴平行移动，通过调节发电线圈8与发电磁钢1的位置改变磁通量，改变发电工作功率或状态，从而使发电机工作于各种工况模式。

如图5所示，采用外置的控制器，该控制器是一个单片机运算控制单元，将发电机电压传感器、发电机电流传感器、电机转速传感器采集到的信号经内置程序处理后输出控制电流至伺服电机12，伺服电机12带动丝杆10转动推动发电线圈支承滑环7运动，带动固定在发电线圈支承滑环7上的发电线圈8与发电磁钢1的相对位置关系产生变化进而实现磁通量的变化，改变发电工作功率或状态，从而使发电机工作于各种工况模式。

稳压模式：当转子速度变化时控制器根据发电线圈8电压、电流、转速信号计算出最佳磁通量位置，使发电线圈8移动实现电压稳定、功率稳定，转速与磁通量呈反比调整。

低扭启动模式：当动力源为发动机时启动扭力可通过磁通量的调节由0逐渐升至满载避免冲击保护设备。当动力源为风力或过流水水力时控制器可根据转速传感器信号适时调节磁通量进而调节发电量，使发电机随流场能量工作，且流场微弱时也可以工作。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于，所述定子包括发电磁钢支承环2和动力输入轴4，所述发电磁钢1沿轴向固定于发电磁钢支承环2远离外壳一侧的平面上，所述发电磁钢支承环2沿动力输入轴4环形排布并固定于动力输入轴4中部；所述发电线圈8与所述发电磁钢1沿轴向平行设置，此时发电机转子为外转子。当伺服电机12带动丝杆10转动推动发电线圈8沿轴向运动时，此时发电线圈8进入发电磁钢1产生的磁场大小产生变化进而实现磁通量的变化，改变发电工作功率或状态。如图3所示，当发电线圈8全部进入发电磁钢1产生的磁场时，此时的磁通量最大，发电机处于最大磁通量状态，如图4所示当发电线圈8没有进入发电磁钢1产生的磁场时，此时的磁通量最小，发电机处于最小磁通量状态。

可以理解的是，本实用新型采用丝杆与发电线圈支承滑环配合，利用伺服电机提供控制机构作动动能，变速箱将伺服电机转速调整为设定转速从而驱动丝杆转动，伺服电机带动丝杆转动推动发电线圈沿轴向运动，改变发电磁钢与发电线圈的位置关系从而改变磁通量实现稳压过程，无需稳压器，无启动力矩，发电机工作范围宽，在极低流场能量情况下也可以工作。任意时刻可以使发电机平稳加入或脱离工作，节省能源提高效率，而不增加任何辅助设备。本实用新型对发电线圈的控制功率损耗极低又无稳压器自耗，效率高、寿命长、可靠性高。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种变磁通量永磁发电机，其特征在于，包括设于发电机外壳内的转子、定子、发电线圈支承滑环(7)、滑动装置和控制装置，所述转子包括发电磁钢(1)；

所述定子包括与对应所述发电磁钢(1)平行设置的发电线圈(8)；

所述发电线圈支承滑环(7)为开有若干滑杆孔和丝杆孔的圆环体；发电线圈支承滑环(7)通过滑杆孔套设于滑动装置上；

所述发电线圈(8)沿发电线圈支承滑环(7)轴向环状排布并固定在发电线圈支承滑环(7)靠近转子一侧的平面上；

所述控制装置包括伺服电机(12)、变速箱(11)和丝杆(10)；所述伺服电机(12)固定于变速箱(11)上，所述丝杆(10)穿过所述丝杆孔与变速箱输出轴固定连接，所述丝杆孔内设有与所述丝杆(10)的螺距和直径相同的螺纹。

2.根据权利要求1所述的一种变磁通量永磁发电机，其特征在于，所述定子还包括发电磁钢支承环(2)和动力输入轴(4)，所述发电磁钢(1)沿径向固定于发电磁钢支承环(2)靠近定子一侧的平面上，所述发电磁钢支承环(2)沿动力输入轴(4)环形排布并固定于动力输入轴(4)中部；所述发电线圈(8)与所述发电磁钢(1)沿径向平行。

3.根据权利要求1所述的一种变磁通量永磁发电机，其特征在于，所述转子还包括发电磁钢支承环(2)和动力输入轴(4)，所述发电磁钢(1)沿轴向固定于发电磁钢支承环(2)远离外壳一侧的平面上，所述发电磁钢支承环(2)沿动力输入轴(4)环形排布并固定于动力输入轴(4)中部；所述发电线圈(8)与所述发电磁钢(1)沿轴向平行设置。

4.根据权利要求1所述的一种变磁通量永磁发电机，其特征在于，所述滑动装置包括滑杆(6)和滑杆支承环(5)，所述滑杆支承环(5)上设有滑杆固定孔，所述滑杆(6)固定于所述滑杆固定孔内。

5.根据权利要求4所述的一种变磁通量永磁发电机，其特征在于，所述滑杆(6)的数量为两根及以上，所述丝杆(10)的数量为两根及以上。

6.根据权利要求4所述的一种变磁通量永磁发电机，其特征在于，所述滑杆(6)为表面光滑的钢制光轴。

7.根据权利要求1所述的一种变磁通量永磁发电机，其特征在于，还包括中心支架(13)，所述中心支架(13)与动力输入轴(4)同轴设置，所述变速箱(11)固定安装于中心支架(13)上，所述中心支架(13)上设有丝杆端轴承(9)，丝杆(10)一端固定在丝杆端轴承(9)内、另一端设于变速箱输出轴上。

8.根据权利要求1所述的一种变磁通量永磁发电机，其特征在于，还包括转速传感器(3)，所述转速传感器(3)设于中心支架(13)上。

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