一种发电装置以及发电系统的制作方法

1.本发明属于发电机领域，尤其涉及一种发电装置以及发电系统。


背景技术：

2.在一些电网未覆盖的地方或者需要进行小电力发电的地方，需要发电机进行发电供电，如在供电困难的山区或岛上，通常只需要功率较小的发电装置。
3.现有技术中利用永磁铁发电的发电机，通常是利用永磁铁与线圈之间相互运动，利用电磁感应进行发电，并利用水力或风力或燃烧燃料对发电机进行驱动。
4.现有发电装置在线圈与永磁铁相互运动时，需要较大的启动力矩，导致发电设施庞大，且很难产生小功率的电力。


技术实现要素：

5.本发明实施例的目的在于提供一种发电装置，旨在解决现有发电装置需要的转动力矩较大的技术问题。
6.本发明实施例是这样实现的，所述装置包括：
7.定子，所述定子上设有沿轴向布设的固定永磁铁，且沿周向分为若干组；
8.转子，所述转子包括若干铁芯，所述铁芯被构造为沿轴向螺旋延伸；以及缠绕于所述铁芯的倾斜线圈；以及
9.电动势输出单元，用于输出所述定子与转子相对转动产生的电动势。
10.本发明实施例的另一目的在于提供一种发电系统，所述系统包括：
11.如上述实施例提供的所述的发电装置；
12.驱动电动机，与所述发电装置连接，用于启动所述发电装置；以及
13.蓄电池，与所述发电装置，用于存储所述发电装置生产的电力，与所述驱动电动机连接，用于驱动所述驱动电动机。
14.本发明实施例提供的发电装置，通过构造螺旋型的铁芯与倾斜线圈，来减小发电过程所需的转矩，进而使发电装置所需启动力矩更小，转矩更小，同时能够提供小功率的发电设备。
附图说明
15.图1为本发明实施例提供的一种发电装置的剖视图；
16.图2为本发明实施例提供的一种发电装置的立体结构图；
17.图3为本发明实施例提供的一种发电装置的转子定子位置关系图；
18.图4为本发明实施例提供的一种发电装置的固定永磁铁与线圈位置关系图；
19.图5为本发明实施例提供的一种发电系统结构示意图；
20.图6为本发明实施例提供的一种发电系统传动装置结构示意图；
21.图7为本发明实施例提供的一种发电系统传动装置齿轮啮合关系示意图。
22.附图中：10、发电装置；11、旋转轴；12、电动势输出单元；13、外壳；20、转子；21、铁芯；22、倾斜线圈；23、倾斜永磁铁；30、定子；31、固定永磁铁；110、驱动电动机；111、驱动轴；120、蓄电池；130、电力消费装置；140、电源转换装置；150、光伏发电装置；160、传动装置；161、电动机齿轮；162、第一增速齿轮；163、第二增速齿轮；164、发电机齿轮。
具体实施方式
23.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明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发明，并不用于限定本发明。
24.以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。
25.如图1、图2、图3所示，为本发明实施例提供的一种发电装置10的结构图，包括：
26.定子30，所述定子30上设有沿轴向布设的固定永磁铁31，且沿周向分为若干组；
27.转子20，所述转子20包括若干铁芯21，所述铁芯21被构造为沿轴向螺旋延伸；以及缠绕于所述铁芯21的倾斜线圈22；以及
28.电动势输出单元12，用于输出所述定子30与转子20相对转动产生的电动势。
29.在一个实施例中，定子30上至少包括固定永磁铁31，固定永磁铁31在圆周方向上分为若干组并间隔均匀布置，用于产生稳定的磁场；定子30还可以包括外壳13，固定永磁铁31固定在外壳13上。
30.在一个实施例中，转子20与定子30相对转动，具有共同的轴心，转子20包括铁芯21，铁芯21同样在圆周方向上均匀排布，并且铁芯21在轴向并非与轴平行地直线延伸，而是在轴向以螺旋延伸的方式被构造，铁芯21本身即为螺旋型，在铁芯21上缠绕倾斜线圈22，由于铁芯21的形状为螺旋型，因而倾斜线圈22同样整体为螺旋型；固定永磁铁31与转子20之间通过相对转动在倾斜线圈22内产生电动势，由于倾斜线圈22并非平行地相对固定永磁铁31旋转，而是由于其螺旋形结构，倾斜线圈22与固定永磁铁31之间相当于有夹角，在驱动倾斜线圈22旋转，使穿过倾斜线圈22的磁通量变化时，所需的驱动力矩更小，因而在启动发动机时能够需要更小的启动力矩。
31.在一个实施例中，还包括至少包括将转子20与定子30相对转动产生的电动势输出的电动势输出单元12，电动势输出单元12与倾斜线圈22电性连接，可固定在外壳13上，以方便输出电动势，这里不做具体限定。
32.在一个实施例中，通过构造螺旋型的铁芯21与倾斜线圈22，来减小发电过程所需的转矩，进而使发电装置所需启动力矩更小，同时能够提供小功率的发电设备。
33.作为一种优选实施例，所述铁芯21之间形成沿轴向螺旋延伸的凹槽，所述凹槽内配置有倾斜永磁铁23。
34.在一个实施例中，凹槽内填充倾斜永磁铁23，倾斜永磁铁23固定在凹槽内，可跟随转子20共同旋转，此时，转子20包括铁芯21、倾斜线圈22和倾斜永磁铁23，倾斜永磁铁23能够增强发电效果。
35.如图4所示，作为另一种优选实施例，所述固定永磁铁31的延伸方向为，其所在圆柱面与轴向平行的方向。
36.在本发明实施例中，固定永磁铁31沿其所在圆柱面上与轴向平行的方向延伸，因
而各组固定永磁铁31之间也是相互平行的，固定永磁铁31可以镶嵌的外壳13内，平行设置的固定永磁铁31更加方便组装、维护。
37.作为另一种优选实施例，所述固定永磁铁31的延伸方向为，其所在圆柱面轴向螺旋旋转的方向；所述固定永磁体的螺旋旋转方向与所述铁芯21的螺旋延伸方向的旋向相反。
38.在一个实施例中，固定永磁铁31也可以如同转子20的布置形式，外壳13内圆柱面上的轴向整体螺旋布置，同时其螺旋旋向与转子20中铁芯21延伸的旋向相反。
39.图4中(a)显示了现有的永久磁铁发电机的转子20和定子(30’)，上述转子(20’)和永久磁铁的定子(30’)相互保持水平(一字状态)。因此，当转子(20’)旋转时，定子(30’)的长度方向(即轴向)的总长度相当于整个方向的拉伸磁力，因此转子(20’)旋转的力量要比定子(30’)的总长度产生的磁力更大，才能使转子(20’)转动产生电动势。特别是，由于定子(30’)和转子(20’)圆周周向有很多组永磁铁和线圈，旋转时相互吸引的力量很大，所以转子(20’)的旋转驱动力会很高，所以要瞬间用很大的力量旋转转子(20’)。也就是说，由于在原有定子(30’)的长度方向的整体长度上产生拉伸的磁力，所以需要克服所有线圈的旋转负荷，所以要使用驱动力高的机构来驱动发电装置10。
40.但是，如图4(b)、(c)所示，固定永磁铁(31)在水平状态(即相互平行)或倾斜状态(即以螺旋形式布置)下，铁芯21和倾斜线圈22和倾斜永磁铁23旋转。在这里，转子20表示铁芯21和倾斜线圈22以及倾斜永久磁铁。因此，由于固定永磁铁31下周面旋转的转子20呈倾斜状态，所以固定永磁铁31和转子20在转子20旋转时，在整个轴向长度中，在某一点(k)上处于交叉状态，因此只需克服相互交叉的点(k)的磁力。由于转子20(20)与定子30产生吸引力，吸引转子20的整体力量比图4(a)相对较少。也就是说，图4(a)定子(30’)和转子(20’)的总轴向长度对应的总面积的磁力起吸引作用，所以会转子(20’)的旋转负荷会很大，本实施例在固定永磁铁31下周面旋转的转子20相互交错的状态下旋转，由于旋转转子20以相互相反的角度旋转，因此当处于相反角度状态时，它仅被对应于等于交点(k)的一点的面积的磁力吸引，转子20的旋转载荷更小，经过实际实验，转子20的旋转载荷减小了1/3左右。
41.作为另一种优选实施例，所述铁芯21的螺旋延伸方向与所述固定永磁铁31螺旋旋转方向之间夹角为25
°
至35
°
。
42.作为另一种优选实施例，所述装置还包括：
43.旋转轴11，套设于所述转子20内；以及
44.外壳13，所述固定永磁铁31固定与所述外壳13内壁。
45.在一个实施例中，转子20的铁芯21设置在旋转轴11上，转子20套设在定子30内，定子30的固定永磁铁31内嵌与外壳13的内表面。
46.作为另一种优选实施例，所述旋转轴11采用合金钢，其表面镀设富勒烯。
47.在本发明实施例中，旋转轴11采用纳米级合金钢材料，强度达到2100mpa，旋转轴11表面采用富勒烯进行镀面处理，使旋转轴11寿命长且质量坚固。
48.如图5所示，本发明实施例还提供的一种发电系统，包括：
49.如前述任一实施例提供的发电装置10；
50.驱动电动机110，与所述发电装置10连接，用于启动所述发电装置10；以及
51.蓄电池120，与所述发电装置10，用于存储所述发电装置10生产的电力，与所述驱
动电动机110连接，用于驱动所述驱动电动机110。
52.在一个实施例中，驱动电动机110与发电装置10连接，驱动电动机110能够驱动发电装置10，可在对发电装置10进行启动，也可对其持续驱动发电，由于发电装置10的旋转负载较小，因而驱动电动机110可以同时驱动多个发电装置10；蓄电池120可以是双循环蓄电池120，能够同时充电放电，蓄电池120分别与驱动电动机110、发电装置10电性连接，蓄电池120可以为驱动电动机110供电使其转动，发电装置10发出的电力可以输出至电力消费装置130，也可存储至蓄电池120中，蓄电池120的电力可以不必只来源于发电装置10。
53.在实施例中，可以通过蓄电池120对发电装置10生产的电力进行储存，并通过蓄电池120的电力使驱动电动机110驱动发电装置10，进行发电，进而为电力消费装置130提供稳定的小功率发电系统。
54.作为一种优选实施例，所述系统还包括：
55.电源转换装置140，与所述驱动电动机110、发电装置10、蓄电池120连接，用于控制向电力消费装置130、驱动电动机110供应电力以及切断蓄电池120的充电电力；以及
56.光伏发电装置150，与所述电源转换装置140连接，用于通过太阳能向蓄电池120充电。
57.在一个实施例中，发电系统中可以设置电源转换装置140，电源转换装置140负责控制电路的通断，如控制光伏发电装置150生产的电力为蓄电池120充电，控制蓄电池120为驱动电动机110供电，控制发电装置10的部分电力为蓄电池120充电，控制发电机生产的部分电力为电力消费装置130供电。光伏发电装置15010主要通过太阳能将生产的电力存储至蓄电池120中，以作为补充。
58.如图6、图7，作为本发明的一种优选实施例，所述驱动电动机110通过传动装置160与所述发电装置10连接，一台所述驱动电动机110通过传动装置160中齿轮同时驱动多台发电装置10。
59.在一个实施例中，通过多个齿轮(161、162、163、163
′
、164)增加一个驱动电动机110的驱动轴111的旋转力，它被构造成将动力通过传动装置160传递到一个或多个发电装置10的旋转轴11上。即，当固定到驱动电动机110的驱动轴111上的电动机齿轮161旋转时，与其啮合的第一增速齿轮162的小齿轮162a旋转，并且带动弄大齿轮162b旋转。大齿轮162b和小齿轮163a啮合，第二增速齿轮163的小齿轮163a和大齿轮163b共同旋转，大齿轮163b与固定在旋转轴11上的发电机齿轮164啮合，并驱动发电装置10的旋转轴11转动。
60.当一个驱动电动机110驱动多个发电装置10时，第一增速齿轮162、第二增速齿轮163、发电机齿轮164相应地设置为多组。发电机所需启动力矩小，可以保证驱动电动机110同时驱动多个发电装置10。
61.上述实施例中提供了一种发电装置10，并基于该发电装置10提供了一种发电系统，通过构造螺旋型的铁芯21与倾斜线圈22，来减小发电过程所需的转矩，进而使发电机所需启动力矩更小，同时能够提供小功率的发电设备，在通过与蓄电池120、光伏发电装置150等的配合，实现为电力消费装置130提供稳定的小功率电力，满足对小功率稳定电力的需求。
62.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。