立式悬浮磁传动电能转换设备

技术领域

本发明涉及一种电力设备，具体涉及一种立式悬浮磁传动电能转换设备。

背景技术

电能转换设备也称发电设备，通常是指将其他形式的能源转换成电能的机械设备，它由水轮机、汽轮机、柴油机或其他动力机械驱动，将水流，气流，太阳能、燃料燃烧或原子核裂变产生的能量转化为机械能传给发电机，再由发电机转换为电能，其工作原理都基于电磁感应定律和电磁力定律，发电机在工农业生产、国防、科技及日常生活中有广泛的用途。

传统电能转换设备采用机械传动，机械齿轮和发电机通过轴和轴承固定在机架上，相互啮合传动，驱动发电机，在运行时由于摩擦和震动产生巨大的噪音，大量的能量被损耗，转换效率低，且设备周边环境受到噪音影响，不利于工作人员在没有保护措施下长期工作，造成不便。

查询到相关公开文献如下：

1、立式全磁悬浮风力发电机；申请号：CN200610122794.4；申请人：刘骁；摘要：立式全磁悬浮风力发电机，由磁悬浮载物平台、驱动轴、发电机、叶片和径向磁悬浮轴承组成。采用了磁悬浮载物平台来承载发电机转子、驱动轴和叶片的自重，而且在径向使用了径向磁悬浮轴承，使得整个风力永磁发电机的转动部分完全实现了磁悬浮。镶嵌式结构的磁悬浮载物平台，不仅解决了用低成本制造大型磁悬浮载物平台的工艺问题，而且调节块结构可以调节永磁体磁极间的距离，从而方便调节载物平台上载物后的动平衡。本发明之立式全磁悬浮风力发电机具有无摩擦阻力，无噪音，启动风力小，结构简单，维修方便的优点。

2、立式全悬浮结构风力发电机；申请号：CN201110359208.9；申请人：丁万平；摘要：立式全悬浮结构风力发电机，包括有风动装置和发电装置，包括有悬浮立柱、悬浮横梁、全悬浮轴承座、中心立柱和中心立柱套；通过本技术方案的全悬浮设计，将现有立式风力发电机的塔式设计改为吊锺式设计，将整个风动装置的重量，全部吊装在悬浮顶板和中心立柱套背帽上，而下方设置在中心立柱套上的各个轴承座只是进行中心定位的作用，通过本技术方案，大大提高了整体风动装置的转动性和整个风力发电机的承载能力，解决了立式风机塔式设计中的中心立轴的挠度问题，可以有效的减少或改变竖直设置的转动轴的受力情况，以得到几十米以及更高的立式风力发电机，结构简单，安装维护十分方便，并且大大的降低了制造和维护成本。

3、立式悬浮发电机；申请号：CN200710179779.8；申请人：李万清；摘要：一种立式悬浮发电机，包括：在支撑架上固定有风叶轮，在发电机本体上固定有发电机主轴，主轴上设有转子和定子，发电机主轴竖直设置，具有中心孔且同磁极相对的两磁铁板设置在转子下方的主轴上，上磁铁板和主轴固定连接，主轴空套在下磁铁板的中心孔内，上磁铁板悬浮在下磁铁板之上，至少一级风叶轮设置在转子上方的主轴上，发电机低速转动，散热好，轴承不承受重力，减少磨损、延长寿命，可采用多级风叶、主轴可分段生产，适用范围广泛，可应用于热电站、风电站、水电站、火车、轮船，可利用风能、热电能、水能发电，适用于大功率风能兆瓦级以上发电机发电，风叶轮采用多级结构，可用任意方向的风力。

4、一种立式磁悬浮飞轮储能系统；申请号：CN201410614699.0；申请人：张瑞彬；摘要：一种立式磁悬浮飞轮储能系统。本发明主要针对目前飞轮储能系统在结构方面的缺陷，提供一种高转速、低待机损耗、低成本的立式磁悬浮飞轮储能系统。其主要体现在去掉了连接电机与飞轮的转轴，将电机设计成外转子结构并将电机的外转子布置在圆筒形飞轮的内壁上。利用飞轮本身结构强度高的特点为高速旋转的电机转子提供足够的向心力，从而满足飞轮储能系统高转速的设计要求。支撑系统中的径向悬浮部分采用永磁磁悬浮轴承的设计，从而实现低成本、低待机损耗的设计要求。可广泛用于电网调峰调频、不间断电源、航空航天等场合。

以上公开文献中的发电设备，其转化效率、设备运行震动噪音、机械部件损耗的缺点还不能完全解决。

发明内容

本发明提供了一种电力转换发电设备，具有转化效率高，传动平稳高效，运行时震动和噪音低，设备紧凑维护便捷的优点。

本发明的技术方案是这样实现的：

立式悬浮磁传动电能转换设备，设备的中轴为竖直放置，外部动力驱动主动磁齿轮转动，被动磁齿轮磁固定在中轴上，主动磁齿轮与被动磁齿轮磁传动，中轴上还固定飞轮、中轴终端连接带动盘式发电机，盘式发电机输出线缆连接用电器。

主动磁齿轮和被动磁齿轮之间利用磁力传动，避免了常规机械齿轮间的啮合和接触，无摩擦能耗、传动平稳，效率高、可靠性高及使用寿命长，无需润滑 ,清洁、无油污、防尘防水等。且具有过载保护作用 ,过载时不会损坏传动机构 ,而且在过载时随时切断传动关系 ,还能保护原动机。

所述飞轮下方固定悬浮盘，悬浮盘下方设置悬浮底盘，中轴与飞轮接触的部分设置竖槽，飞轮中间通孔与竖槽处通过若干平键连接，悬浮底盘利用两者产生的排斥力使悬浮盘和飞轮悬浮。飞轮与中轴之间无轴向的作用力，在中轴转动时，中轴可通过平键的作用带动飞轮转动，由于飞轮的重力作用完全被悬浮力所抵消，因此中轴完全不承受飞轮的重量，中轴转动的阻力大大降低，大量减少了摩擦的损耗。

所述悬浮底盘固定在底座上，底座四周设置支柱，支柱上设置台板，台板上方设置支撑架，飞轮、浮底盘和悬浮底盘布置在台板和底座之间，被动磁齿轮和盘式发电机布置在台板和支撑架之间，中轴的下轴承固定在底座中心，中轴的上轴承固定在支撑架上部。支架、台板和支撑架的布置，使设备整体更紧凑和牢固，适宜设备整体移动和转移，提高了设备的适用范围。

所述悬浮底盘中间均布若干永磁体，浮底盘中间均布若干永磁体，永磁体与永磁体磁性互斥产生悬浮力。永磁体无需另外损耗能量，可长期使用。

所述盘式发电机为盘式无铁芯发电机。

所述主动磁齿轮与被动磁齿轮磁传动比为1:3。

所述驱动主动磁齿轮转动的外部动力为水轮、风轮、蒸汽轮和直流电机。本设备各部件按比例放大后，可适应各种大型发电场合，利用各种机械能的输入，可以将其转换成为三项交流电输出使用。当使用直流电机对此设备进行动力输入，可实现直流电向交流电的转换，转化效率高，特别适用于交通不便，获取电力困难的野外、森林、高海拔雪地等区域，给营地提供源源不断的电力供应。

与现有技术相比，本发明的优点：

1、本发明在运行过程中损耗极小，能将输入的机械能高效转化发电，发电效率极高。

2、本发明设备传动平稳可靠高效，运行时震动和噪音低，对工作人员和周围环境不良影响较少。

3、本发明对机械机构的损耗磨损极小，可大大降低设备的维护维修率。

3、本发明各机构布置紧凑，维护量少，维护操作方便。

4、本设备可进行大型化或小型化，大型化时，应用于各类型的发电站，将水轮、风轮或蒸汽轮的机械能接入输入齿轮，即可实现发电生产；小型化时，将直流电机动力接入输入齿轮，可以适用于交通不便，获取电力困难的野外、森林、高海拔雪地等区域，给营地提供源源不断的电力供应易于移动和搬迁，适用范围广。

附图说明

图1是本发明设备剖面结构示意图；

图2是悬浮盘和悬浮底盘的结构示意图；

图3是飞轮与中轴连接结构示意图；

图4是中轴与平键连接结构示意图；

图5是本发明实施例1中中试阶段设备实物照片图；

附图标号及名称如下：

1、主动磁齿轮；2、被动磁齿轮；3、飞轮；31、平键；4、悬浮盘；41、永磁体A；5、悬浮底盘；51、永磁体B；6、支柱；7、台板；8、支撑架；9、下轴承；91、上轴承；10、盘式发电机；11、中轴。

具体实施方式

实施例1

立式悬浮磁传动电能转换设备的中试装置，设备的中轴11为竖直放置，外部动力驱动主动磁齿轮1转动，被动磁齿轮2磁固定在中轴11上，主动磁齿轮1与被动磁齿轮2磁传动，传动比为1:3，中轴11上还固定飞轮3、中轴11终端连接带动盘式发电机10，盘式发电机10输出线缆连接用电器；飞轮直径90cm，重量为120kg；盘式发电机10额定功率3000W，工作转速600转/分；主动磁齿轮1与被动磁齿轮2的传动比为1:3；

所述飞轮3下方固定悬浮盘4，悬浮盘4下方设置悬浮底盘5，中轴11与飞轮3接触的部分设置竖槽，飞轮3中间通孔与竖槽处通过若干平键31连接，悬浮底盘5利用两者产生的排斥力使悬浮盘4和飞轮3悬浮；

所述悬浮底盘5固定在底座上，底座四周设置支柱6，支柱6上设置台板7，台板7上方设置支撑架8，飞轮3、浮底盘5和悬浮底盘5布置在台板7和底座之间，被动磁齿轮2和盘式发电机10布置在台板7和支撑架8之间，中轴的下轴承9固定在底座中心，中轴的上轴承91固定在支撑架8上部；

所述悬浮底盘5中间均布若干永磁体51，浮底盘5中间均布若干永磁体41，永磁体51与永磁体41磁性互斥产生悬浮力；悬浮底盘5中镶嵌46个圆柱形磁体，磁体直径20cm，高度20cm，每个磁体磁量为3800高斯；悬浮盘4中镶嵌46个圆柱形磁体，每个磁体磁量为3800高斯；

所述盘式发电机10为盘式无铁芯发电机；

实施例2

与实施例1的区别在于：外部动力来自于风力发电的风轮。

实施例3

与实施例1的区别在于：外部动力来自于火力发电的蒸汽轮。

实施例4

与实施例1的区别在于：外部动力来自于直流电机的驱动。

应用实施例：

对比例为采用同样布置方式，盘式发电机、同样轴承，同样飞轮、同样传动比等各个部件相同的发电设备，其区别在于：磁齿轮传动改为V型皮带轮皮带传动，飞轮直接与中轴固定连接，飞轮与发电机之间设置离合器，当飞轮转速达到额定转速时，离合器耦合带动盘式发电机发电输出。

实验过程：驱动电源为42V12A蓄电池组，驱动直流电机为日本产Hiratam，额定功率200W，额定转速3000rpm，为驱动主动轮的动力来源。

测试内容：

1、发出的电力用来烧开常温自来水2L，测试蓄电池损耗电力容量；采用同一个蓄电池组，充满电后使用，完毕后用开路电压法测试蓄电池剩余电量。

2、封闭车间环境内，采用测试噪声值的最大增加值；采用手机噪音测试软件在靠近设备0.5米处测试。

测试发电使用结果：

1、采用本发明实施例1进行发电使用后，采用万用电表测试开路电压为39.3V，估计剩余电量在50%以上；

2、采用对比例进行发电使用后，采用万用电表测试开路电压为38.4V，估计剩余电量在40%左右。

测试噪音增加值：

1、采用本发明实施例1进行运转时，噪音最大值为43dB。

2、采用对比例进行运转时，噪音最大值为47dB。

由此可见，本发明在节能降低损耗和减少运行噪音方面，具有显著效果。将本发明设备放大并应用在小型水利发电领域，将有重要意义。