专利名称：磁浮发电机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种发电机，特别涉及一种磁浮发电机。
背景技术：
我国能源消耗目前已达26亿吨标准煤，能源结构以煤为主，燃煤占67%约17 亿吨。我国2007年发电总量达7.13亿千瓦，其中火电站装机容量占77.7%。 一般 燃煤电站以直接燃烧为主，热效率仅为48%。世界大量使用燃煤，严重污染空气， 影响人体健康，燃煤产生的二氧化碳大量排放到空气中，促使地球变暖，影响生态 平衡。
发展清洁能源是当今世界的趋势。然而至今还没有一种清洁能源能满足人类 的需求，如目前使用的太阳能，地热能仅能满足人类一部份能源需求。生物能在人 类尚未温饱情况下发展有限，是否属清洁能源观点尚不一致。我国水力发电所占比 例较高，但仍受资源影响也不利生态平衡。核能是一种很有前景的能源，但其发电 成本太高，仍有环境问题。风能有其独特的优势，我国风力发电经20多年的发展， 已安装20多万台，技术和生产设备已十分成熟，但装机容量偏小，仅占全国装机 容量的0.11%。开发清洁能源仍然是我们面临的艰巨任务。
实用新型内容
本实用新型的目的，就是为了提供一种发电效率高、装机容量大、发电成本 低、使用范围广的磁浮发电机。
本实用新型的技术方案是 一种磁浮发电机，包括
基体，为封闭式结构，包括一个前端板和一个后端板，内有一个圆柱体形 内腔；
定子组件，包括至少一个圆筒形定子，其同轴设置在基体的圆柱体形内腔 中并固定在一块定子连接板上；
转子组件，悬浮在内腔中，包括至少一个圆筒形转子，多个圆筒形转子同 轴设置在基体的圆柱体形内腔中并固定在一块转子连接板上，各圆筒形转子与 各圆筒形定子同轴间隔相邻；
一组转子磁浮旋转机构，该转子磁浮旋转机构包括转子驱动机构、转子磁 啮轮传动机构、转子轴向磁浮定位机构和转子径向磁浮定位机构；转子驱动机 构设置在基体前端板的外侧；转子磁啮轮传动机构与转子驱动机构配套设置在 基体的圆柱体形内腔的前端并通过传动轴与驱动机构传动相连；转子轴向磁浮 定位机构设置在转子的后端或/和前端对转子进行轴向定位；转子径向磁浮定位 机构设置在转子的侧面或/和端部对转子进行径向定位。
还包括一组定子磁浮旋转机构，该定子磁浮旋转机构包括定子驱动机构、 定子磁啮轮传动机构、定子轴向磁浮定位机构和定子径向磁浮定位机构；定子 驱动机构设置在基体后端板的外侧；定子磁啮轮传动机构与定子驱动机构配套 设置在基体的圆柱体形内腔的后端并通过传动轴与驱动机构传动相连；定子轴 向磁浮定位机构设置在定子的后端或/和定子连接板的后端对定子进行轴向定 位；定子径向磁浮定位机构设置在定子的侧面或/和端部对定子进行径向定位。
所述的转子磁啮轮传动机构和定子磁啮轮传动机构结构相同，各包括两个 成对对应设置的磁啮轮，其中一个磁啮轮安装在转子组件或定子组件上，另一 个磁啮轮安装在传动轴上，两个成对对应设置的磁啮轮不接触传动相连。
所述的转子轴向磁浮定位机构和定子轴向磁浮定位机构结构相同，各包括 两组成对对应设置的磁浮组件，其中一组磁浮组件轴向排列安装在需轴向定位 的转子的端部或定子的端部或定子连接板上或转子连接板上，两组成对对应设 置的磁浮组件不接触相互插入并按磁平衡原则排列以防止转子或定子的轴向 移位。
所述的转子径向磁浮定位机构和定子径向磁浮定位机构结构相同，各包括 两组成对对应设置的磁浮组件，其中一组磁浮组件径向排列安装在需径向定位 的转子或定子的侧面或端部，两组成对对应设置的磁浮组件不接触相互插入并 按磁平衡原则排列以防止转子或定子的径向移位。
所述的基体还包括一个中心轴，该中心轴设置在基体的内腔并与前后端板 固定相连。
所述的驱动机构为电力驱动机构、水力驱动机构、风力驱动机构、蒸汽驱 动机构、燃油驱动机构或燃气驱动机构。
所述的磁啮轮传动机构中的磁啮轮包括至少一个啮轮盘，在啮轮盘上设有 以同心环形式非接触排列的磁体阵列，同一环中的相邻磁体磁轴方向相反，相 邻环上的相邻磁体磁轴方向相反；组成同一磁啮轮传动机构的两个磁啮轮的啮 轮盘具有完全相同的磁体阵列，包含多个啮轮盘的两个磁啮轮不接触相互插入 并且磁体阵列对齐。
所述的转子轴向磁浮定位机构和定子轴向磁浮定位机构中的两组成对对 应设置的磁浮组件结构基本相同，各包括至少一个磁浮筒体，每个磁浮筒体各 包含多个等径磁环，各磁环之间用隔离环隔离，每个磁环由多个弧形磁体衔接 而成，同一磁环中的各磁体按磁轴同向排列，相邻磁环的磁轴方向相反；多个 磁浮筒体直径不同，按大小顺序同轴间隔排列，各磁浮筒体位于同一平面的磁 环的磁轴方向相同；相互插入的两组磁浮组件中，每同一平面的磁环的磁轴方 向相同，每相邻磁环的磁轴方向相反。
所述的转子径向磁浮定位机构和定子径向磁浮定位机构中的两组成对对 应设置的磁浮组件结构基本相同，各包括至少一个磁圈，每个磁圈包含多个同 心磁环，每个磁环由多个弧形磁体衔接而成，同一磁环中的各磁体按磁轴同向 排列，相邻磁环的磁轴方向相反；多个磁圈直径相同并间隔排列，各磁圈位于 同一平面的磁环的磁轴方向相同；相互插入的两组磁浮组件中，每同一平面的 磁环的磁轴方向相同，每相邻磁环的磁轴方向相反。
还包括真空泵，该真空泵与基体的内腔抽真空相连；所述的基体为密封式 结构。
所述的转子轴向磁浮定位机构、转子径向磁浮定位机构、定子轴向磁浮定 位机构和定子径向磁浮定位机构中的磁体为永磁体、超导体、电磁体中的一种 或两种的组合。
本实用新型的磁浮发电机由于将转子或/和定子设计成悬浮状态，并置于真 空环境中，所以其转动阻力小，能量消耗小，发电效率高，尤其是可以采用由 多个圆筒形转子组成的转子组件和由多个圆筒形定子组成的定子组件相互穿 插组成集成式发电机，大大提高了发电能力和发电效率。
图1为本实用新型磁浮发电机的第一实施例的基本结构示意图； 图2为本实用新型磁浮发电机的第二实施例的基本结构示意图； 图3为本实用新型磁浮发电机的第三实施例的基本结构示意图； 图4为本实用新型中的啮轮盘的结构原理示意图5为一种轴向磁浮定位机构中的基体磁浮组件的结构原理示意图; 图6为一种轴向磁浮定位机构中的转子磁浮组件的结构原理示意图; 图7为轴向磁浮定位机构的磁平衡原理示意图8为本实用新型磁浮发电机的第四实施例的基本结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步说明。 参见图1、图2、图3、图8，本实用新型的磁浮发电机，包括基体l、定 子组件2、转子组件3、 一组转子磁浮旋转机构4，或还包括一组定子磁浮旋转 机构5，或还包括真空泵6。本实用新型的磁浮发电机可以采用立式结构，也 可以采用卧式结构。本实用新型磁浮发电机的其它输配电机构与常规发电机相 同，均省略未予提及，附图亦未标记。
基体1为封闭式结构或密封式结构，包括前端板12、后端板13，内有一 个圆柱体形内腔，内腔中可设有一个中心轴11，该中心轴11与前端板12、后 端板13固定相连。
定子组件2包括至少一个圆筒形定子，其同轴设置在基体的圆柱体形内腔 中并固定在一个定子连接板21上，该连接板可以就是后端板13(如图1所示)， 也可以另设(如图2、图3、图8所示)，还可以是中心轴11 (如图2所示)。 图1的实施例包含8个同轴设置的圆筒形定子，其中最内圈的定子包围在中心 轴11上，最外圈的定子紧靠基体的内壁。图2的实施例有两个圆筒形定子， 其内圈定子包围在中心轴11上。图3的实施例只有一个圆筒形定子。图8的 实施例有5个圆筒形定子。每个圆筒形定子的基本结构与常规发电机的定子相 同。
转子组件3悬浮在内腔中，它包括至少一个圆筒形转子，多个圆筒形转子 同轴设置在基体的圆柱体形内腔中并固定在一块转子连接板31上，各圆筒形 转子与各圆筒形定子同轴间隔相邻。图1的实施例包含7个同轴设置的圆筒形
转子，7个圆筒形转子通过一个设置在前端的连接板31连成整体，7个圆筒形 转子穿插在8个圆筒形定子中，使每个转子的内外两侧都与定子相邻。图2的 实施例只有一个圆筒形转子，其设置在两定子之间。图3的实施例只有一个圆 筒形转子，其设置在定子的内侧。图8的实施例有4个圆筒形转子，4个圆筒 形转子通过一个设置在前端的连接板31连成整体。各圆筒形转子的基本结构 与常规发电机的转子相同，不同的是，本实用新型中的转子是悬浮在基体的内 腔中。
一组转子磁浮旋转机构4包括转子驱动机构41、转子磁啮轮传动机构42、 转子轴向磁浮定位机构43和转子径向磁浮定位机构44。转子驱动机构41设置 在基体前端板12的外侧；转子磁啮轮传动机构42与转子驱动机构41配套设 置在基体的圆柱体形内腔的前端并通过传动轴与驱动机构41传动相连；转子 轴向磁浮定位机构43可设置在转子的后端(如图1、图2、图3所示)，也可 以设置在转子的后端和前端(如图8所示)对转子进行轴向定位；转子径向磁 浮定位机构44可设置在转子的侧面(如图1、图2所示)，也可以设置在转子 的两端端部(如图3、图8所示)对转子进行径向定位。
转子驱动机构41可以采用电力驱动机构、水力驱动机构、风力驱动机构、 蒸汽驱动机构、燃油驱动机构或燃气驱动机构。而且根据发电机的规模大小可 以设置一台或多台。图l的实施例设置了两台，图2、图3、图8的实施例只 设置了一台。
磁啮轮传动机构42包括两个成对对应设置的磁啮轮421、 422，其中一个 磁啮轮421安装在转子组件上，另一个磁啮轮422安装在传动轴上，两个成对 对应设置的磁啮轮不接触传动相连。两磁啮轮421、 422各包括至少一个啮轮 盘42A(参见图4)，如图1、图2、图8所示实施例中的磁啮轮各只有一个啮 轮盘，两啮轮盘相间对应设置并且磁体阵列对齐。图3所示实施例中的磁啮轮 各包括多个啮轮盘42A，两者不接触相互插入并且磁体阵列对齐。啮轮盘42A 的结构原理如图4所示，在啮轮盘上设有以同心环形式非接触排列的磁体阵列
42C，同一环中的相邻磁体(例如42C1、 42C2、 42C3)磁轴方向(以不同图案 的圆表示)相反，相邻环上的相邻磁体(例如42C1禾C1 42C4、 42C2和42C5、 42C3和42C6)磁轴方向相反；组成传动轴磁啮轮和转子磁啮轮的啮轮盘具有 完全相同的磁体阵列。
转子轴向磁浮定位机构43包括两组成对对应设置的磁浮组件431和432， 其中一组磁浮组件431轴向排列安装在需轴向定位的转子的端部(如图l、图 2、图3所示)或转子3的端部和转子连接板31上(如图8所示)，另一组磁 浮组件432可对应设置在后端板13上(如图l所示)，也可以设置在定子连 接板21上(如图8所示)，也可以设置在一块特设的安装板433上(如图2、 图3、图8所示)，两组成对对应设置的磁浮组件不接触相互插入并按磁平衡 原则排列以防止转子的轴向移位。磁浮组件431和432的结构基本相同。其中 一种磁浮组件432 (如图2中所示)的结构原理如图5所示，它包括至少两个 (图示为四个)磁浮筒体4321，另一种磁浮组件431 (如图2中所示)的结构 原理如图6所示，它包括至少一个(图示为三个)磁浮筒体4311，每个磁浮筒 体各包含多个等径磁环43211、 43111，各磁环之间用隔离环43212、 43112隔 离，每个磁环由多个弧形磁体衔接而成，同一磁环中的各磁体按磁轴同向排列， 相邻磁环的磁轴方向相反。多个磁浮筒体直径不同，按大小顺序同轴间隔排列， 各磁浮筒体位于同一平面的磁环的磁轴方向相同。磁浮组件432中的各磁浮筒 体的同一端还连接有磁环垫4322，内外两侧还设有导磁板4323、 4324。磁浮 组件432通过磁环垫4322与特设的安装板433固定相连。相互插入的磁浮组 件中，每同一平面的磁环的磁轴方向相同，每相邻磁环的磁轴方向相反。
转子径向磁浮定位机构44包括两组成对对应设置的磁浮组件441、 442， 各磁浮组件441分别径向排列安装在各定子的侧面(如图l所示)或端部(如 图2、图3中所示)，各磁浮组件442分别径向排列安装在各转子侧面(如图 1、图2所示)或端部(如图2、图3中所示)，成对对应设置的磁浮组件441、 442不接触相互插入并按磁平衡原则排列以防止转子的径向移位。磁浮组件 441、 442的结构基本相同，包括至少一个磁圈，每个磁圈包含多个同心磁环， 每个磁环由多个弧形磁体衔接而成，同一磁环中的各磁体按磁轴同向排列，相 邻磁环的磁轴方向相反；多个磁圈直径相同并间隔排列，各磁圈位于同一平面
的磁环的磁轴方向相同；相互插入的磁浮组件中，每同一平面的磁环的磁轴方 向相同，每相邻磁环的磁轴方向相反。
本实用新型的磁浮发电机还可设计成如图8所示的结构，即定子组件也通过 一组定子磁浮旋转机构5实现磁浮，该定子磁浮旋转机构5的组成、结构和作
用原理与转子磁浮旋转机构4基本相同，包括定子驱动机构51、定子磁啮轮传 动机构52、定子轴向磁浮定位机构53和定子径向磁浮定位机构54。定子驱动 机构51设置在基体后端板13的外侧，定子磁啮轮传动机构52与定子驱动机 构51配套设置在基体的圆柱体形内腔的后端并通过传动轴与驱动机构传动相 连，定子轴向磁浮定位机构53设置在定子的后端和定子连接板的后端对定子 进行轴向定位，定子径向磁浮定位机构54设置在定子的侧面或/和端部对定子 进行径向定位。定子驱动机构51同样可以采用电力驱动机构、水力驱动机构、 风力驱动机构、蒸汽驱动机构、燃油驱动机构或燃气驱动机构。图8所示的实 施例采用了5个定子，5个定子同轴设置固定在一块定子连接板21上，定子连 接板21不与基体相连，而是悬空的。各定子径向磁浮定位机构54与各转子径 向磁浮定位机构44结构相同，并且大部共用，定子径向磁浮定位机构只是在外 层定子与基体之间增加了一组径向磁浮定位机构。各定子轴向磁浮定位机构53 与各转子轴向磁浮定位机构43结构基本相同，包括两组成对对应设置的磁浮组 件531和532，其中一组磁浮组件531轴向排列安装在需轴向定位的定子连接 板21上，另一组磁浮组件532对应设置在定位固定板533上。另外，由于定 子组件与转子组件一样处于浮动状态，设置在转子后端的转子轴向磁浮定位机 构43也成了一个定子轴向磁浮定位机构，可同时对定子和转子实施轴向定位。 本实用新型的磁浮发电机还可包括真空泵6，该真空泵6安装在基体1的 外部并与基体的内腔抽真空相连。如图l所示的磁浮发电机中，基体l采用密 封结构，在其外端面安装有真空罩14，在传动轴磁啮轮422外安装有隔离罩 15，该隔离罩15将传动轴磁啮轮422与基体内腔密封隔离。以保证基体内腔 的真空状态。
本实用新型中的各磁浮定位机构中的磁体可以为永磁体、超导体、电磁体 中的一种或两种的组合。
本实用新型中的径向磁浮定位机构的磁平衡原理与轴向磁浮定位机构的
磁平衡原理相同。下面以轴向磁浮定位机构的磁平衡原理为例结合图7说明如
下图7中所示，3为转子，433为连接板。
图7上图是磁平衡时的状态图，G代表磁浮组件431中的一节磁体，它受 到对应的磁浮组件432中的磁体a、 b的吸引力，但与磁浮组件432中的上下相 邻磁体c、 d、 e、 f互为斥力，这样就使G处于四周磁体相吸和相斥的磁平衡位置。
图7的中间图是假设转子振动产生相下位移打破磁平衡时的状态，这时， a、 b对G产生的吸力使G位置向上位移，与G靠近的c、 d斥力也使G向上 位移，相吸和相斥的合力使G回复到原始磁平衡位置。
图7的下图是假设转子向上位移打破磁平衡时的状态，这时，a、 b对G 产生的吸力使G位置向下位移，与G靠近的e、 f的斥力也使G向下位移，相 吸和相斥的合力又使G回复到原始磁平衡位置。
由以上磁平衡原理的说明可见，本实用新型中的轴向磁浮定位机构和径向 磁浮定位机构可使转子或定子始终处于磁浮状态。当磁浮组件的磁性增强时， 其磁浮能力也增加，转子或定子的轴向振幅和径向振幅就越小。越能稳定地处 于磁浮状态。
本实用新型的磁浮发电机由于所需动力小而发电效率高，不仅适用制造小 容量发电机，移动式发电机，更适合制造大装机容量发电机，例如500万kw、 1000万kw、甚至2000万kw的发电装置。
本实用新型的磁浮发电机适用各种能源发电，都能提高发电效率。如采用 风能发电，能制成50万kw、 100万kw的风力磁浮发电机。
权利要求1.一种磁浮发电机，其特征在于，包括基体，为封闭式结构，包括一个前端板和一个后端板，内有一个圆柱体形内腔；定子组件，包括至少一个圆筒形定子，其同轴设置在基体的圆柱体形内腔中并固定在一块定子连接板上；转子组件，悬浮在内腔中，包括至少一个圆筒形转子，多个圆筒形转子同轴设置在基体的圆柱体形内腔中并固定在一块转子连接板上，各圆筒形转子与各圆筒形定子同轴间隔相邻；一组转子磁浮旋转机构，该转子磁浮旋转机构包括转子驱动机构、转子磁啮轮传动机构、转子轴向磁浮定位机构和转子径向磁浮定位机构；转子驱动机构设置在基体前端板的外侧；转子磁啮轮传动机构与转子驱动机构配套设置在基体的圆柱体形内腔的前端并通过传动轴与驱动机构传动相连；转子轴向磁浮定位机构设置在转子的后端或/和前端对转子进行轴向定位；转子径向磁浮定位机构设置在转子的侧面或/和端部对转子进行径向定位。
2. 根据权利要求1所述的磁浮发电机，其特征在于还包括一组定子磁 浮旋转机构，该定子磁浮旋转机构包括定子驱动机构、定子磁啮轮传动机构、 定子轴向磁浮定位机构和定子径向磁浮定位机构；定子驱动机构设置在基体后 端板的外侧；定子磁啮轮传动机构与定子驱动机构配套设置在基体的圆柱体形 内腔的后端并通过传动轴与驱动机构传动相连；定子轴向磁浮定位机构设置在 定子的后端或/和定子连接板的后端对定子进行轴向定位；定子径向磁浮定位机 构设置在定子的侧面或/和端部对定子进行径向定位。
3. 根据权利要求1或2所述的磁浮发电机，其特征在于所述的转子磁 啮轮传动机构和定子磁啮轮传动机构结构相同，各包括两个成对对应设置的磁 啮轮，其中一个磁啮轮安装在转子组件或定子组件上，另一个磁啮轮安装在传动轴上，两个成对对应设置的磁啮轮不接触传动相连。
4. 根据权利要求1或2所述的磁浮发电机，其特征在于所述的转子轴 向磁浮定位机构和定子轴向磁浮定位机构结构相同，各包括两组成对对应设置的磁浮组件，其中一组磁浮组件轴向排列安装在需轴向定位的转子的端部或定 子的端部或定子连接板上或转子连接板上，两组成对对应设置的磁浮组件不接 触相互插入并按磁平衡原则排列以防止转子或定子的轴向移位。
5. 根据权利要求1或2所述的磁浮发电机，其特征在于所述的转子径 向磁浮定位机构和定子径向磁浮定位机构结构相同，各包括两组成对对应设置 的磁浮组件，其中一组磁浮组件径向排列安装在需径向定位的转子或定子的侧 面或端部，两组成对对应设置的磁浮组件不接触相互插入并按磁平衡原则排列 以防止转子或定子的径向移位。
6. 根据权利要求1或2所述的磁浮发电机，其特征在于所述的基体还 包括一个中心轴，该中心轴设置在基体的内腔并与前后端板固定相连。
7. 根据权利要求1或2所述的磁浮发电机，其特征在于所述的驱动机 构为电力驱动机构、水力驱动机构、风力驱动机构、蒸汽驱动机构、燃油驱动 机构或燃气驱动机构。
8. 根据权利要求3所述的磁浮发电机，其特征在于所述的磁啮轮传动 机构中的磁啮轮包括至少一个啮轮盘，在啮轮盘上设有以同心环形式非接触排 列的磁体阵列，同一环中的相邻磁体磁轴方向相反，相邻环上的相邻磁体磁轴 方向相反；组成同一磁啮轮传动机构的两个磁啮轮的啮轮盘具有完全相同的磁 体阵列，包含多个啮轮盘的两个磁啮轮不接触相互插入并且磁体阵列对齐。
9. 根据权利要求1或2所述的磁浮发电机，其特征在于所述的转子轴 向磁浮定位机构和定子轴向磁浮定位机构中的两组成对对应设置的磁浮组件 结构基本相同，各包括至少一个磁浮筒体，每个磁浮筒体各包含多个等径磁环， 各磁环之间用隔离环隔离，每个磁环由多个弧形磁体衔接而成，同一磁环中的 各磁体按磁轴同向排列，相邻磁环的磁轴方向相反；多个磁浮筒体直径不同， 按大小顺序同轴间隔排列，各磁浮筒体位于同一平面的磁环的磁轴方向相同； 相互插入的两组磁浮组件中，每同一平面的磁环的磁轴方向相同，每相邻磁环 的磁轴方向相反。
10. 根据权利要求1或2所述的磁浮发电机，其特征在于所述的转子径 向磁浮定位机构和定子径向磁浮定位机构中的两组成对对应设置的磁浮组件 结构基本相同，各包括至少一个磁圈，每个磁圈包含多个同心磁环，每个磁环 由多个弧形磁体衔接而成，同一磁环中的各磁体按磁轴同向排列，相邻磁环的 磁轴方向相反；多个磁圈直径相同并间隔排列，各磁圈位于同一平面的磁环的 磁轴方向相同；相互插入的两组磁浮组件中，每同一平面的磁环的磁轴方向相 同，每相邻磁环的磁轴方向相反。
11. 根据权利要求l或2所述的磁浮发电机，其特征在于还包括真空泵， 该真空泵与基体的内腔抽真空相连；所述的基体为密封式结构。
12. 根据权利要求1或2所述的磁浮发电机，其特征在于所述的转子轴 向磁浮定位机构、转子径向磁浮定位机构、定子轴向磁浮定位机构和定子径向 磁浮定位机构中的磁体为永磁体、超导体、电磁体中的一种或两种的组合。
专利摘要本实用新型提供了一种磁浮发电机，它包括基体、定子组件、转子组件、一组转子磁浮旋转机构，或还包括一组定子磁浮旋转机构和真空泵。转子组件可由多个圆筒形转子集成并由一组转子磁浮旋转机构控制其处于磁浮旋转状态。定子组件可由多个圆筒形定子集成并可由一组定子磁浮旋转机构控制其处于磁浮旋转状态。本实用新型的磁浮发电机由于将转子或/和定子设计成悬浮状态，并置于真空环境中，所以其转动阻力小，能量消耗小，发电效率高，尤其是可以采用由多个圆筒形转子组成的转子组件和由多个圆筒形定子组成的定子组件相互穿插组成集成式发电机，大大提高了发电能力和发电效率。
文档编号H02K7/09GK201185380SQ20082005585
公开日2009年1月21日 申请日期2008年2月29日 优先权日2008年2月29日
发明者昀 孙, 孙立蓉, 马中尉 申请人:孙立蓉