本發(fā)明涉及使用機械能提供電力輸出的電力發(fā)電機。

背景技術(shù)：

典型的發(fā)電機包括：安裝在軸上且相對于其縱向軸線能旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子、定子，以及設(shè)置在轉(zhuǎn)子或定子上的磁體(永磁體或電磁體)。轉(zhuǎn)子在磁場內(nèi)轉(zhuǎn)動感應(yīng)在可位于轉(zhuǎn)子或定子上的電樞內(nèi)產(chǎn)生電流。與這種類型的機器相關(guān)聯(lián)的本質(zhì)問題在于可運動部件摩擦引起的能量損耗。

進一步的問題在于，依賴化石燃料或間歇的輸入能源來提供驅(qū)動轉(zhuǎn)矩。為解決該問題，已嘗試使用磁力生成驅(qū)動力，且已構(gòu)建了利用磁通量能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的機器。磁馬達為將磁力轉(zhuǎn)化為機械運動的裝置。磁馬達使用(至少部分使用)安置在電機的轉(zhuǎn)子和定子部件上的排斥磁體的能量感應(yīng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)來實現(xiàn)運行。使用轉(zhuǎn)子的機械輸出而不進一步轉(zhuǎn)化，也就是，磁馬達可用作機械驅(qū)動，或者通過向電磁發(fā)電機提供馬達的機械輸出而將轉(zhuǎn)子的機械輸出轉(zhuǎn)化為電力。例如，這些機器在WO2006/045333(Brady),EP 0256132 B1(Minato)和GB2282708 B(Adams)中描述。WO2006/045333使用永磁體來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，而GB 2282708使用電磁體和永磁體的組合。EP 0256132 B1使用永磁體來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)而用電磁體進行制動。這種類型的機器在提供清潔能源的同時，具有相對復(fù)雜的構(gòu)造。

本發(fā)明的目的是提供一種發(fā)電機，與現(xiàn)有技術(shù)相比，這種發(fā)電機能增加有用輸出，降低復(fù)雜性，減少整體重量并且降低易摩擦磨損性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種發(fā)電機，其包括：

定子；

轉(zhuǎn)子，具有旋轉(zhuǎn)軸線；

轉(zhuǎn)矩源，促使轉(zhuǎn)子繞定子旋轉(zhuǎn)；

設(shè)置在定子上的第一組磁體，包括一個或多個磁體；

設(shè)置在轉(zhuǎn)子上的第二組磁體，包括一個或多個磁體；

其中，第一組磁體和第二組磁體的同性極面相彼此，且第一組磁體和第二組磁體分別安置在定子和轉(zhuǎn)子上，使得旋轉(zhuǎn)時，通過第一組磁體和第二組磁體，轉(zhuǎn)子相對于定子磁性地懸置；并且

其中，電導(dǎo)體安置在定子和轉(zhuǎn)子之間的空間內(nèi)，使得轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，感應(yīng)生成導(dǎo)體內(nèi)的電流。

在本發(fā)明中，使用時，轉(zhuǎn)子僅由于第一組磁體和第二組磁體的相互排斥相對于定子懸置，除了需要磁力保持轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)時懸置外，轉(zhuǎn)子通過第一組磁體和第二組磁體懸置而沒有其他支撐。因此，轉(zhuǎn)子和定子上的磁體充當轉(zhuǎn)子的徑向磁軸承，且轉(zhuǎn)子不需要相對于定子旋轉(zhuǎn)地安裝的軸。

優(yōu)選地，轉(zhuǎn)子大體為環(huán)形形狀。

優(yōu)選地，電導(dǎo)體包括電導(dǎo)線圈。

優(yōu)選地，線圈圍繞轉(zhuǎn)子設(shè)置，使得轉(zhuǎn)子相對于線圈且相對于定子懸置。

優(yōu)選地，線圈環(huán)繞轉(zhuǎn)子。優(yōu)選地，使用時轉(zhuǎn)子在線圈內(nèi)旋轉(zhuǎn)。

優(yōu)選地，線圈包括至少一個繞組，更優(yōu)選地，多個繞組。

優(yōu)選地，線圈以大體上螺旋管形(toroidal configuration)構(gòu)造環(huán)繞轉(zhuǎn)子，這樣，轉(zhuǎn)子形成線圈的芯。線圈的這種設(shè)置在帶軸的轉(zhuǎn)子內(nèi)是不可能實現(xiàn)的。線圈的這種設(shè)置提供更高效的電流感應(yīng)。

要明白，術(shù)語“螺旋管形構(gòu)造”應(yīng)賦予廣泛的意義，包括完全的或部分的螺旋管狀整體形狀，包括只有一個繞組以及具有多個繞組的實例。要理解的是，術(shù)語繞組應(yīng)理解為包括整個繞組或部分繞組。

線圈可支撐在定子上或由定子外的結(jié)構(gòu)支撐。

借助于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)期間定子和轉(zhuǎn)子的磁體，以及容置到定子和轉(zhuǎn)子之間的空間的線圈，轉(zhuǎn)子的環(huán)形狀便于使轉(zhuǎn)子的磁懸置。

優(yōu)選地，環(huán)包括限定中央孔的環(huán)形帶。優(yōu)選地，該帶具有小于中央孔半徑的寬度(也就是，環(huán)形帶的外徑與中央孔的半徑之間的差值)，且優(yōu)選地，該寬度比中央孔的半徑小兩倍以上。

第一組磁體和第二組磁體可以為永磁體，比如，釹(Nd-Fe-B)或釤-鈷(Sm-Co)磁體，但并不限于此。第一組磁體可以包括電磁體。

第一組磁體和/或第二組磁體優(yōu)選地分別與定子和轉(zhuǎn)子電絕緣，以阻止渦流從磁體傳播至定子和/或轉(zhuǎn)子的材料內(nèi)。

定子和/或轉(zhuǎn)子也由非磁性材料制作。

優(yōu)選地，轉(zhuǎn)子和定子之間的空間包括在定子和轉(zhuǎn)子之間限定的空隙，并且第一組磁體和第二組磁體分別安置在定子和轉(zhuǎn)子上，從而在空隙內(nèi)形成徑向(相對于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線)磁通量場。

在優(yōu)選設(shè)置中，第一組磁體中的磁體或每個磁體安置在定子的朝向間隙的大體徑向(相對于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線)的表面上。定子的朝向間隙的大體徑向表面可以是徑向向內(nèi)的表面。優(yōu)選地，第二組磁體中的磁體或每個磁體安置在轉(zhuǎn)子的朝向間隙的大體徑向(相對于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線)表面。轉(zhuǎn)子的朝向間隙的大體徑向表面可以是徑向向外的表面。

在優(yōu)選設(shè)置中，第一組磁體包括多個磁體。優(yōu)選地，第一組磁體圍繞定子的朝向間隙的徑向表面而周向地間隔開。第二組磁體包括多個磁體。優(yōu)選地，第二組磁體圍繞轉(zhuǎn)子的朝向間隙的徑向表面而周向地間隔開。

在優(yōu)選設(shè)置中，定子圍繞轉(zhuǎn)子。

優(yōu)選地，發(fā)電機包括阻止轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時線性位移的穩(wěn)定裝置，該線性位移包括軸向位移和徑向位移(相對于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線)。穩(wěn)定裝置可安裝在定子上。穩(wěn)定裝置可包括一個或多個限制構(gòu)件。限制構(gòu)件可圍繞轉(zhuǎn)子的外周緣設(shè)置以阻止轉(zhuǎn)子的徑向位移。限制構(gòu)件可安裝在轉(zhuǎn)子的軸向相對的側(cè)部以阻止軸向位移。采用的線圈優(yōu)選地起到額外的或可替代的穩(wěn)定裝置的作用。纏繞在轉(zhuǎn)子周圍形成螺旋管形構(gòu)造的線圈提供有利的穩(wěn)定裝置。

線圈優(yōu)選地能夠耦合到用戶電路，電路可包括變壓器或配電單元。

轉(zhuǎn)子和定子可容置在防護罩內(nèi)。防護罩可以是真空罩以消除或最小化轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時的空氣阻力。

優(yōu)選地，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線大體為水平的。

優(yōu)選地，發(fā)電機包括用于啟動和終止轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)和懸置的致動裝置。在一種實施方式中，優(yōu)選地，致動裝置適于驅(qū)使轉(zhuǎn)子和/或定子彼此接合以使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動和懸置，和使二者彼此分離以停止轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動和懸置?？蛇x擇地或另外地，第一組磁體和/或第二組磁體中的磁體或每磁體可分別可移動地設(shè)置在定子和轉(zhuǎn)子上，以形成或除去懸置轉(zhuǎn)子所需要用的磁通量。

這樣，本發(fā)明的磁發(fā)電機內(nèi)的唯一活動工作部件為轉(zhuǎn)子。此外，轉(zhuǎn)子是無軸的，因此，最小化發(fā)電機的部件數(shù)量且減小本發(fā)明發(fā)電機的重量、復(fù)雜度、磨損以及制造和維修總成本。由于轉(zhuǎn)子的環(huán)形形狀，其更輕且與現(xiàn)有技術(shù)中的有軸轉(zhuǎn)子相比較不再笨重，因此，進一步有助于減少發(fā)電機的整體重量和制造成本。

由于本發(fā)明不需要用軸，也不需要軸承來支撐軸，且也不會引起摩擦導(dǎo)致的能量消耗問題。沒有摩擦也有助于減少發(fā)熱，且因此防止磁體的去磁。

沒有使用軸使得復(fù)雜度減小、部件減少，磨損減輕以及成本降低。這樣，本發(fā)明提供高效、可靠、簡單、相對便宜和便攜的發(fā)電機。

本發(fā)明的發(fā)電機可很容易安裝在需要就地生成電力的地方。本發(fā)明的發(fā)電機可用在陸地或車輛上，包括地面或海上運載工具上。本發(fā)明的發(fā)電機可用作電網(wǎng)電力供電中斷時的備用系統(tǒng)，或?qū)嶋H中和與天氣相關(guān)的發(fā)電設(shè)備(例如，風(fēng)電機或太陽能發(fā)電機)相結(jié)合。對于本技術(shù)領(lǐng)域的專業(yè)人員而言，本發(fā)明的發(fā)電機的許多其他工業(yè)和家庭用途是顯而易見的。

在一種設(shè)置中，促使轉(zhuǎn)子相對于定子轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)矩源包括第一組磁體和第二組磁體，其中，第一組磁體和第二組磁體的同性極相互面對設(shè)置，使得第一組磁體和第二組磁體間的排斥力引起轉(zhuǎn)子繞定子轉(zhuǎn)動。

在一種設(shè)置中，促使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)矩源包括設(shè)置在定子上的電磁體，且優(yōu)選地該電磁體連接到激勵電磁體的交流源上。

促使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)矩源可包括定子上的電磁體與第一組和第二組永磁體的組合。電磁體優(yōu)選地連接到激勵電磁體的交流源上。電磁體可用于提供初始轉(zhuǎn)矩、制動，且用于控制和校正轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動和/或懸置。

轉(zhuǎn)矩源也可由其他設(shè)備提供，比如，機械源，例如，渦輪機或內(nèi)燃機。

根據(jù)本發(fā)明的第二個方面，提供一種生成電力的方法，該方法包括一下步驟：

(a)提供發(fā)電機，所述發(fā)電機包括：

定子；

轉(zhuǎn)子，具有旋轉(zhuǎn)軸線；

設(shè)置在定子上的第一組磁體，包括一個或多個磁體；

設(shè)置在轉(zhuǎn)子上的第二組磁體，包括一個或多個磁體；

其中，第一組磁體和第二組磁體的同性極面相彼此，且第一組磁體和第二組磁體分別安置在定子和轉(zhuǎn)子上，使得旋轉(zhuǎn)時通過第一組磁體和第二組磁體使轉(zhuǎn)子相對于定子磁性地懸置；

其中，電導(dǎo)體安置在定子和轉(zhuǎn)子之間的空間內(nèi)，使得轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時感應(yīng)生成導(dǎo)體內(nèi)的電流；并且，其中轉(zhuǎn)子大體為環(huán)形形狀且電導(dǎo)體包括纏繞在轉(zhuǎn)子周圍的導(dǎo)電線圈；并且，其中轉(zhuǎn)子是無軸的；

b)施加轉(zhuǎn)矩到轉(zhuǎn)子上，使得轉(zhuǎn)子繞定子旋轉(zhuǎn)且僅由于第一組磁體和第二組磁體的排斥力將轉(zhuǎn)子相對于定子懸置，使得轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，除了磁力外不需要其他支撐來保持轉(zhuǎn)子懸置。

該方法可包括通過第一組磁體和第二組磁體促使轉(zhuǎn)子繞定子旋轉(zhuǎn)，其中，第一組磁體和第二組磁體的同性極彼此面對地設(shè)置，使得第一組磁體和第二組磁體的排斥力促使轉(zhuǎn)子繞定子旋轉(zhuǎn)。

該方法可包括提供設(shè)置定子上、且連接到電流源的電磁體，并且通過激勵電磁體促使轉(zhuǎn)子繞定子旋轉(zhuǎn)。

該方法可包括通過使用設(shè)置在定子上、且連接到激勵磁體的電流源的電磁體與第一組永磁體和第二組永磁體的組合，促使轉(zhuǎn)子繞定子旋轉(zhuǎn)。電磁體可用于提供初始轉(zhuǎn)矩、制動，且用于控制和校正轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)和/或懸置。

可結(jié)合本發(fā)明的第二方面提供本發(fā)明第一方面的所有必要的、優(yōu)選的或可選的特性，反之也是適用的。

具體實施方式

參考附圖，僅以實例的方式，現(xiàn)將描述本發(fā)明的實施方式：

圖1為根據(jù)本發(fā)明的發(fā)電機的示意性透視剖面圖；

圖2為環(huán)繞在圖1中發(fā)電機的轉(zhuǎn)子周圍的線圈的示意性剖視圖；以及

圖3為圖1和圖2的轉(zhuǎn)子的示意性剖視圖。

參考圖1至3，本發(fā)明的發(fā)電機總體由參考數(shù)字1表示。發(fā)電機1包括包圍環(huán)狀轉(zhuǎn)子5的定子3。轉(zhuǎn)子5具有大體水平的旋轉(zhuǎn)軸線。第一組磁體9(在假想線內(nèi)所示)設(shè)置在定子3上，而第二組磁體11設(shè)置在轉(zhuǎn)子5上。磁體9和11可以是永磁體，例如，釹(Nd-Fe-B)或釤-鈷(Sm-Co)磁體。第一組磁體9可包括電磁體。

定子3和轉(zhuǎn)子5之間的空間包括在定子3的徑向向內(nèi)(相對于轉(zhuǎn)子5的旋轉(zhuǎn)軸線7)的表面(未用數(shù)字表示)與轉(zhuǎn)子5的向外(相對于轉(zhuǎn)子5的旋轉(zhuǎn)軸線7)表面17之間限定的空隙15。定子磁體9圍繞定子9的向內(nèi)表面周向隔開以朝向空隙15。轉(zhuǎn)子磁體11也圍繞轉(zhuǎn)子的向外表面17周向隔開且也朝向空隙15。因此，第一組磁體和第二組磁體9和11分別布置在定子3和轉(zhuǎn)子5上以在間隙15內(nèi)形成徑向(相對于轉(zhuǎn)子5的旋轉(zhuǎn)軸線7)磁通量場。磁體9和11分別設(shè)置在定子3和轉(zhuǎn)子5上，使得磁體9和11的同性極彼此面對地設(shè)置(也就是，磁體9和11在定子3和轉(zhuǎn)子5的整個外周緣互相排斥)。通過磁體9和11排斥的同性極，在間隙15內(nèi)形成的徑向磁通量場促使轉(zhuǎn)子5在旋轉(zhuǎn)期間在定子3內(nèi)磁性地懸置。轉(zhuǎn)子5的環(huán)形形狀有利于懸置。

電導(dǎo)線圈19形式的電導(dǎo)體安置在定子3和轉(zhuǎn)子5之間的空間內(nèi)，使得在轉(zhuǎn)子5旋轉(zhuǎn)時，在線圈19內(nèi)生成感應(yīng)電流。在當前描述的實施方式中，線圈19包括多個繞組且纏繞在轉(zhuǎn)子5周圍形成為螺旋管形構(gòu)造，使得轉(zhuǎn)子5形成線圈19的芯且使用時在線圈內(nèi)旋轉(zhuǎn)。

僅通過磁體9和11的排斥力，使轉(zhuǎn)子5在定子3內(nèi)懸置，且不需要其他支撐件來保持在旋轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)子5懸置。

環(huán)形轉(zhuǎn)子5包括限定中央孔53的環(huán)形帶51。環(huán)形帶51的寬度W(也就是環(huán)形帶51的外半徑RB與中央孔53的半徑RO的差值)比中央孔53的半徑RO要小兩倍以上，以便于轉(zhuǎn)子5的懸置以及將線圈19容置在定子3和轉(zhuǎn)子5之間的空間內(nèi)。

發(fā)電機1包括阻止轉(zhuǎn)子5旋轉(zhuǎn)時線性位移的穩(wěn)定裝置，該線性位移包括軸向位移和徑向位移(相對于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線)。穩(wěn)定裝置可包括多個限制構(gòu)件21，這些限制構(gòu)可圍繞轉(zhuǎn)子5的外周緣設(shè)置在定子3上，以阻止轉(zhuǎn)子5的徑向位移。盡管附圖中未示出，限制構(gòu)件可進一步安裝在轉(zhuǎn)子5的軸向相對的側(cè)部23和25處以阻止轉(zhuǎn)子5的軸向位移。纏繞在轉(zhuǎn)子5周圍的環(huán)狀線圈19也可起到額外或可替代的穩(wěn)定裝置的作用。

盡管附圖中未示出，線圈19由定子3或在定子3外的其他支撐配置支撐。

盡管附圖中未示出，磁體9和11優(yōu)選地與定子3和/或轉(zhuǎn)子5分別電絕緣，以阻止磁體9和11內(nèi)的渦流傳到定子3和轉(zhuǎn)子5的材料內(nèi)。

轉(zhuǎn)子5和/或定子3優(yōu)選地由非磁性材料制成。

盡管附圖中未示出，線圈19能耦接到用戶電路，該用戶電路可包括變壓器或配電單元。

盡管附圖中未示出，轉(zhuǎn)子5和定子3可容置在保護罩內(nèi)。保護罩可以是真空罩以在轉(zhuǎn)子5旋轉(zhuǎn)時消除或最小化空氣阻力。

盡管附圖中未示出，發(fā)電機1可包括啟動和終止轉(zhuǎn)子5的旋轉(zhuǎn)和/或懸置的致動裝置。可采用致動裝置，驅(qū)使轉(zhuǎn)子5和/或定子3彼此接合以使轉(zhuǎn)子5轉(zhuǎn)動和懸置，且使兩者彼此分離以停止轉(zhuǎn)子5轉(zhuǎn)動和懸置?？蛇x擇地或另外，第一組磁體和/或第二組磁體中的磁體或每個磁體9和11可分別可移動地設(shè)置在定子3和轉(zhuǎn)子5上，以形成或除去懸置轉(zhuǎn)子5需要的磁通量。

由于提供了轉(zhuǎn)子5、環(huán)形形狀以及旋轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)子5的懸置，轉(zhuǎn)子5是本發(fā)明磁發(fā)電機1內(nèi)的唯一活動工作部件。轉(zhuǎn)子5是無軸的，因此與現(xiàn)有技術(shù)中的具有帶軸轉(zhuǎn)子的發(fā)電機相比較，發(fā)電機1的部件的數(shù)量相對減少。因此，本發(fā)明中發(fā)電機1的重量、復(fù)雜度、磨損以及制造和維修總成本減少。由于環(huán)形形狀，相較于現(xiàn)有技術(shù)中的帶軸轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子5較輕且不再笨重，因此，進一步有助于減少發(fā)電機的總體重量和制造成本。由于本發(fā)明不需要軸，也不需要軸承來支撐軸，且也不會引起摩擦導(dǎo)致的能量消耗問題。沒有摩擦也有助于減少發(fā)電機1的發(fā)熱，且因此阻止磁體9和11的去磁性。

無軸設(shè)置使得復(fù)雜度減小、部件減少，磨損減輕以及成本降低。這樣，本發(fā)明提供高效、可靠、簡單、相對便宜和便攜的磁發(fā)電機1。

在一種設(shè)置中，可由第一組永磁體和第二組永磁體促使轉(zhuǎn)子5繞定子3轉(zhuǎn)動，其中，永磁體的相互面對的同性磁極之間的排斥力促使轉(zhuǎn)子5繞定子3轉(zhuǎn)動。

在一種設(shè)置中，定子3的第一組磁體9包括的電磁體可提供轉(zhuǎn)矩源以促使轉(zhuǎn)子5轉(zhuǎn)動。電磁體可連接到激勵電磁體的交流源(未示出)。

在另一種設(shè)置中，促使轉(zhuǎn)子5轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)矩源包括定子3上的電磁體和第一組永磁體和第二組永磁體的組合。電磁體可連接到激勵電磁體的交流源上。可使用電磁體提供初始轉(zhuǎn)矩、制動，且用于控制和校正轉(zhuǎn)子5的旋轉(zhuǎn)和/或懸置。

盡管上面已描述了本發(fā)明的特定實施方式，但應(yīng)當理解的是，在由所附權(quán)利要求的限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)可進行各種修改。