專利名稱：齒輪聯動的勵磁式磁能發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種能源、動力系統(tǒng)，特別是一種齒輪聯動的勵磁式磁能發(fā)電系統(tǒng)。
背景技術：
1821年法拉第發(fā)現通電導線能繞永久磁鐵旋轉，發(fā)明了永磁電機。1857年英國的 惠斯通用電磁鐵代替永久磁鐵，發(fā)明了電勵磁方式，開創(chuàng)了電勵磁電機的新紀元。但以上電 機都只是能量轉換的工具。現有技術本人申請的“一種磁力能量放大器”、“齒輪聯動式流體傳動磁力機”、 “聯動式棘輪機構磁力機”、“磁能發(fā)電系統(tǒng)”等。以上都是基于永磁體磁環(huán)的磁力機或磁力 發(fā)電系統(tǒng)。本發(fā)明電磁鐵和電磁環(huán)代替永久磁鐵和永磁體磁環(huán)，是一種勵磁(電磁)式磁能 發(fā)電系統(tǒng)。

發(fā)明內容
本發(fā)明是這樣實現的一種齒輪聯動的勵磁式磁能發(fā)電系統(tǒng)，主要包括電勵式磁 能發(fā)生裝置(1至19)和發(fā)電機(20、21、23)，其特征是:a.電勵式磁能發(fā)生裝置主要包括聯動齒輪(1)、轉子鐵芯( 、轉子勵磁繞組(3)、 搖柄(4)、擺子鐵芯( 、擺子勵磁繞組(6)、搖軸(7)、輸入軸(8)、電動機(9)、接線盒(14)、 擺角放大齒輪組(16)、緩沖限位器(18、18. 1)和輸出軸(19)；由轉子鐵芯與轉子勵磁繞組 組成的S磁極與N磁極相間排列的八極或八極以上的轉子電磁環(huán)設在輸入軸上；搖軸有4 條或4條以上，搖軸上設有搖柄；4個或4個以上由擺子鐵芯與擺子勵磁繞組組成的擺子電 磁鐵分別設在不同的搖柄上、對稱或平均分布在轉子電磁環(huán)的周圍，其中，有一半擺子電磁 鐵設定為S極向軸排列，另一半擺子電磁鐵設定為N極向軸排列；設在搖柄上的擺子電磁 鐵與轉子電磁環(huán)相對而設且繞軸對稱或平均分布；電磁環(huán)的磁極數量是擺子電磁鐵數量的 2倍，兩者都是偶數；轉子勵磁繞組和擺子勵磁繞組通過導線與接線盒連接，接入轉子勵磁 繞組和擺子勵磁繞組的電流是直流電，轉子勵磁繞組和擺子勵磁繞組產生的磁場是恒定磁 場；電動機與輸入軸聯接；搖軸上設有聯動齒輪，聯動齒輪與輸出軸之間設有擺角放大齒 輪組和緩沖限位器；b.輸出軸的輸出端與往復式發(fā)電機或回轉式發(fā)電機聯接，或者，輸出軸的輸出端 通過活塞曲柄雙連桿機構與旋轉式發(fā)電機聯接。工作原理電動機由蓄電池(10)提供電能，電動機帶動轉子轉動時，轉子電磁環(huán) 相對于設在搖柄上的擺子電磁鐵是一個交變磁場，設在轉子上的電磁環(huán)與設在搖柄上的擺 子電磁鐵交替產生吸力和斥力，一方面，擺子電磁鐵作用于轉子電磁環(huán)的全部或大部分吸 力和斥力繞軸對稱抵消，另一方面，轉子電磁環(huán)作用于擺子電磁鐵的交變的相吸相斥的磁 力部分被轉換成搖柄往復擺動的動力，搖柄帶動搖軸做往復回轉運動，利用聯動齒輪將多 條搖軸往復回轉運動的動力集中于一條搖軸或一個聯動齒輪輸出，利用擺角放大齒輪組放大并設定搖軸輸出的往復回轉運動動力的運動角度，利用緩沖限位器限制擺子電磁鐵的擺 動范圍，通過往復式發(fā)電機或回轉式發(fā)電機將搖軸輸出的往復回轉運動的動力轉換成電 能，或者，利用曲柄連桿機構將搖軸輸出的往復回轉運動動力轉換成機械旋轉運動動力，再 通過旋轉式發(fā)電機轉換成電能。理論上擺子電磁鐵作用于轉子電磁環(huán)的吸力和斥力可以全部繞軸對稱抵消，電動 機只需克服磨擦力就可以帶動轉子轉動，所以電動機需要消耗的能量是很少的。轉子電磁 環(huán)與擺子電磁鐵都預先設定了磁極的方向，接入的電源都是直流電，轉子電磁環(huán)與擺子電 磁鐵產生的都是恒定磁場，用機械轉動的方法使轉子電磁環(huán)相對于擺子電磁鐵成為交變磁 場。正如普通發(fā)電機的勵磁繞組并不需要消耗太多的電能一樣，轉子電磁環(huán)與擺子電磁鐵 需要消耗的電能也并不多。轉子電磁環(huán)作用于擺子電磁鐵的交變的相吸相斥的磁力存在部分不能轉換成搖 柄往復擺動的動力的情況當設在搖柄上的擺子電磁鐵正對著磁環(huán)的磁極的時候，擺子電 磁鐵兩側受到相同的吸力或斥力，擺子電磁鐵兩側受到的力相互抵消。轉子電磁環(huán)作用于 擺子電磁鐵的交變的相吸相斥的磁力被轉換成搖柄往復擺動的動力的比例與轉子轉動的 速度也有關系，若轉子轉得較慢，設在搖柄上的擺子電磁鐵換向需較長的時間，則被轉換成 搖柄擺動動力的磁力較少，若轉子轉得較快，設在搖柄上的擺子電磁鐵換向時間較短，則被 轉換成搖柄擺動動力的磁力相對較多，因此，通過調節(jié)電動機的轉速，可以控制勵磁式磁能 發(fā)生裝置輸出機械往復回轉運動動力的大小。所以電動機設有轉速調節(jié)器，電動機的調速 方法有變極調速、變頻調速、電阻調速、降壓調速等多種調速方式，可以根據需要選擇合適 的轉速調節(jié)器。電動機通過導線與蓄電池和/或外部電源連接。轉子電磁環(huán)是由1個轉子鐵芯和8個或8個以上轉子勵磁繞組組成的磁極設定為 S極與N極相間排列的八極或八極以上的電磁環(huán)。轉子鐵芯一般由硅鋼片疊壓而成，轉子 勵磁繞組為繞線型繞組或鼠籠型繞組。電磁環(huán)的各個勵磁繞組可以用串聯或并聯的方法接 線。轉子電磁環(huán)的磁極數量是4的公倍數，如8極、12極、16極、20極等，用磁對極來表 述則是4對極、6對極、8對極、10對極等等。8極(或4對極)的轉子電磁環(huán)相當于磁環(huán)有 4個S極向外、4個N極向外和4個S極向內、4個N極向內。12極(或6對極)的轉子電 磁環(huán)相當于磁環(huán)有6個S極向外、6個N極向外和6個S極向內、6個N極向內。擺子電磁鐵由擺子鐵芯和擺子勵磁繞組組成，擺子電磁鐵的數量是2的公倍數， 如4個、6個、8個、10個等等。轉子電磁環(huán)的磁極數量是擺子電磁鐵數量的2倍，4個擺子 電磁鐵與8極(或4對極)轉子電磁環(huán)匹配，6個擺子電磁鐵與12極(或6對極)轉子電 磁環(huán)匹配，8個擺子電磁鐵與16極(或8對極)轉子電磁環(huán)匹配，余此類推。擺子鐵芯也是 由硅鋼片疊壓而成，擺子勵磁繞組為繞線型繞組。擺子電磁鐵既可以S極與N極相間平均分布在轉子周圍，也可以參照步進電機的 磁鐵排列組合方式，按一定的規(guī)則排列組合。擺子電磁鐵的S極與N極的排列組合方式有 S-N-S-N 或 S-S-N-N 或 S-S-S-N-N-N 或 S-S-N-S-N-N 或 S-S-N-S-N-N-S-N 等多種方式。以 上排列組合方式的擺子電磁鐵作用于轉子電磁環(huán)的吸力和斥力，理論上都可以完全相互抵 消。轉子電磁環(huán)包括普通陣列電磁環(huán)和基于Halbach陣列的電磁環(huán)。普通陣列電磁環(huán)包括徑向陣列電磁環(huán)、切向陣列電磁環(huán)和軸向陣列電磁環(huán)，磁極方向分別為徑向、切向和軸 向。Halbach陣列電磁環(huán)是由16個或16個以上徑向電磁鐵與切向電磁鐵和/或三角形電 磁鐵組成的磁極設定為S極與N極相間排列的4對極或4對極以上的電磁環(huán)。轉子電磁環(huán)與擺子電磁鐵的磁極方向一般為徑向。若轉子電磁環(huán)的磁極方向為軸 向，則擺子電磁鐵設在轉子電磁環(huán)的一側或兩側，普通陣列的軸向轉子電磁環(huán)的兩側都可 以有擺子電磁鐵，而Halbach陣列轉子電磁環(huán)則在磁場增強的一側設擺子電磁鐵。當擺子 電磁鐵只設在磁環(huán)的一側時，擺子電磁鐵的數量是轉子電磁環(huán)磁極數量的一半，當轉子電 磁環(huán)的兩側都設有擺子電磁鐵時，轉子電磁環(huán)的磁極數量與擺子電磁鐵的數量相同。同樣， 若轉子電磁環(huán)的磁極方向為徑向或切向，擺子電磁鐵可以設在轉子電磁環(huán)的外側，也可以 設在轉子電磁環(huán)的內側，或轉子電磁環(huán)的內側和外側都設有擺子電磁鐵，擺子電磁鐵的數 量是轉子電磁環(huán)的磁極數量的一半或相同。由于聯動齒輪往復回轉的角度較小(約20度左右)，因此聯動齒輪與輸出軸之間 通過擺角放大齒輪組傳遞動力，以放大并設定搖軸輸出的往復回轉運動動力的運動角度。 擺角放大齒輪組由一個或一個以上的齒輪組成，擺角放大齒輪組力傳遞的過程是一個增速 減矩的過程。由于聯動齒輪和擺角放大齒輪組齒輪只做有限角度的往復回轉運動，因此聯 動齒輪、擺角放大齒輪組齒輪或部分擺角放大齒輪組齒輪可以用不完全齒輪替代。當各個設在搖柄上的擺子電磁鐵按S極和N極相間的方式排列在轉子周圍時，則 相鄰的擺子電磁鐵的擺動(旋轉)方向相反、相鄰的聯動齒輪的旋轉(擺動)的方向相反。 由于搖軸和聯動齒輪的數量是偶數，因此多個搖軸往復回轉的動力可以集中于聯動齒輪中 的一個齒輪或集中于其中一條搖軸輸出。當擺子電磁鐵的S極與N極的排列組合方式中有 S-S或N-N時，則部分相鄰的聯動齒輪的回轉方向相同、部分相鄰的聯動齒輪的回轉方向相 反，在回轉方向相同的兩個聯動齒輪之間加入一個橢輪、在回轉方向相反的兩個聯動齒輪 之間加入兩個橢輪(22)，也可以實現將所有聯動齒輪往復回轉運動的動力集中于其中一個 聯動齒輪或集中于其中一條搖軸輸出。當勵磁式磁能發(fā)生裝置的尺寸較大時，為了減小聯 動齒輪的尺寸，可以在相鄰的聯動齒輪之間加入橢輪，若兩個相鄰的聯動齒輪的旋轉方向 相反，則兩齒輪之間橢輪的數量為偶數，若兩個相鄰的聯動齒輪的旋轉方向相同，則兩齒輪 之間橢輪的數量為奇數。多條搖軸往復回轉運動動力通過其中一條搖軸輸送給下一級傳動機構。例如擺 角放大齒輪組中的第一個輪設在其中一條搖軸上。或者，多條搖軸往復回轉運動動力通過其中一個聯動齒輪輸送給下一級傳動機 構。例如擺角放大齒輪組中的第一個齒輪與聯動齒輪中的一個齒輪嚙合。由于擺子電磁鐵只做往復擺動運動，而且擺子電磁鐵與轉子電磁環(huán)的距離不能過 大，必須對擺子電磁鐵的擺動范圍予以設定和限制，防止擺子電磁鐵與轉子電磁環(huán)相互碰 撞。利用緩沖限位器和擺角放大齒輪組可以實現對擺子電磁鐵的擺動范圍予以設定和限 制。緩沖限位的方法有很多，其中最簡單的有在機架上設緩沖擋塊、在傳動軸上設 擋板，緩沖擋塊用彈璜和/或橡膠制成，在擋板上也可以加設彈璜和/或橡膠，以限制傳動 軸的往復回轉角度，或者，在傳動軸上設凸塊機構，利用凸塊機構限制傳動軸的往復回轉角 度，或者，利用不完全齒輪機構限制齒輪的往復回轉角度。用擋塊、擋板或凸塊機構或不完全齒輪機構緩沖限位的方法簡單、成本低，缺點是機件磨損較大，噪音大。在輸出軸與聯動 齒輪之間設置成本適中、低噪音、機件磨損小的齒輪式磁力緩沖限位器是一種不錯的選擇。 在輸出軸與聯動齒輪之間設置液壓緩沖裝置也可行，但成本較高。液壓緩沖裝置是利用擺 動件移動到接近終點時，將擺動件和缸體之間的一部分流體封住，迫使流體從小孔或縫隙 中擠出，從而產生很大的阻力，使工作部件制動，避免擺動件和缸體的相互碰撞。以下介紹 一下齒輪式磁力緩沖限位器。一種有刷齒輪式磁力緩沖限位器(18)，主要包括箱體(18a)、輸入軸齒輪(18b)大 小齒輪副(18c)、齒輪軸(18d)、末級小齒輪(18e)、擺動桿磁鐵(18f)、定子磁鐵(18g)、接線 盒(18h)和電刷(181)。輸入軸齒輪、一級或一級以上的大小齒輪副、末級小齒輪和設有擺 動桿磁鐵的擺動桿別通過齒輪軸和軸承依次定位于箱體，末級小齒輪和擺動桿磁鐵固定于 同一齒輪軸；固定磁鐵固定在箱體中，其位置在擺動桿磁鐵擺動的路線上；磁鐵為電磁鐵， 接線盒設在箱體外；輸入軸上設有電刷桿，當輸入軸回轉至預定的角度時，電刷桿的滑塊接 通其中一側的電刷片，擺動桿磁鐵與固定磁鐵產生相斥的磁力，擺動桿磁鐵受斥力的作用 制動；根據杠桿原理，力從輸入軸齒輪經過一級或一級以上的大小齒輪副傳遞到末級小齒 輪和擺動桿磁鐵的過程是一個增速減矩的過程，實現利用較小的磁力控制較大的往復回轉 運動動力的運動范圍。由于靠磁鐵的斥力實現緩沖限位，因此沒有直接的機械碰撞。齒輪 式磁力緩沖限位器根據制動方式可分為單級制動、多級制動和分級制動。多級制動的方式 固定磁鐵有多級，依次排列在擺動桿磁鐵擺動的路線上，擺動桿磁鐵每經過一級固定磁鐵， 擺動桿磁鐵都要減少一部分動力，到末級固定磁鐵或接近末級固定磁鐵停止下來。分級制 動的方式固定磁鐵有多級，每級磁鐵的磁力都不同，一般是逐級增大，目的是使制動更柔 和。固定磁鐵也因此可分類為單級磁鐵和多級磁鐵。擺動桿磁鐵同樣也可分類為單級磁鐵 和多級磁鐵。一種無刷雙制動齒輪式磁力緩沖限位器(18. 1)，主要包括箱體(18a)、擺動桿電 磁鐵(18b)、末級小齒輪(18c)、大小齒輪副(18d)、中間軸(18e)、轉軸位置傳感器(18f)、 中間軸齒輪(18g)、軸承(1 )、齒輪軸(181)和電子換向控制電路。轉軸位置傳感器為電 磁式或光電式或磁敏式傳感器，電磁式位置傳感器是利用電磁感應的效應得到轉軸的位置 信號，光電式位置傳感器由隨轉軸一起回轉的遮光罩和固定不動的光源和光電管組成，磁 敏式位置傳感器用磁鐵和對磁場敏感的半導體材料制成，如霍爾元件、磁敏二極管、磁敏電 阻。該磁力緩沖限位器無定子磁鐵，箱體用鐵磁性材料制成，靠擺動桿電磁鐵對箱體的吸力 制動。所述往復式發(fā)電機或回轉式發(fā)電機或旋轉式發(fā)電機為直流發(fā)電機或交流發(fā)電機。 旋轉式發(fā)電機是由定子、轉子和結構件(端蓋、軸承、風扇等)組成，轉子上的導體在定子磁 鐵的磁力線中做旋轉運動切割磁力線，導體感應到電動勢且產生電流，旋轉式發(fā)電機是最 常見的發(fā)電機?；剞D式發(fā)電機和往復式發(fā)電機都可以將磁能發(fā)生裝置輸出的回轉運動的動 力直接通過發(fā)電機轉化為電能，而旋轉式發(fā)電機需要先將回轉運動的動力通過可調式活塞 曲柄雙連桿機構轉換成機械旋轉運動的動力，再通過發(fā)電機轉換成電能。往復式發(fā)電機或 回轉式發(fā)電機則不為人們所熟知，也未見有實際的應用。往復式發(fā)電機或回轉式發(fā)電機將 在磁能發(fā)電系統(tǒng)中有廣泛的應用前景，以下介紹兩種往復式發(fā)電機。一種齒輪齒條往復式電磁直流發(fā)電機，主要包括輸入軸齒輪QOa)、齒條桿(20b)、前端蓋(20c)、定子繞組(20d)、定子鐵芯(20e)、動子鐵芯(20f)、動子繞組(20g)、動 子軛(20h)、滑桿(20i)、后端蓋(20j)、風扇(20k)、直流導電軌(201)、滾柱式電刷(20m)、 電流換向片OOn)、接線盒QOo)、機殼QOp)。兩排由若干個定子繞組和定子鐵芯組成的 直線型定子鐵芯繞組分別設置在機殼的底部和頂部；直線型動子繞組為繞線型繞組或火柴 盒型繞組，兩排動子鐵芯繞組分別設置在動子軛的底端和頂端；動子軛中設有一個或一個 以上的滑槽，滑桿有一條或一條以上，滑桿穿過動子軛的滑槽，滑桿的兩端分別固定在前端 蓋和后端蓋；前端蓋設有一個孔，齒條桿穿過前端蓋的孔與動子軛固定連接；齒輪固定在 輸入軸上，齒輪與齒條桿嚙合?；瑮U上設有兩條直流導電軌，一條直流導電軌與輸出端的負 極連接，一條直流導電軌與輸出端的正極連接；滾柱式電刷有2個，滾柱式電刷設在導電軌 上；電流換向片有4個，電流換向片固定在動子軛上；兩個電流換向片之間設一個滾柱式電 刷。發(fā)電機用風扇或液體冷卻器冷卻，還可以考慮在機殼上增加散熱片散熱。接線盒設在機 殼上，定子繞組通過導線與接線盒連接，輸入定子繞組的電流是直流電，定子繞組產生的磁 場是恒定磁場。如果發(fā)電機的尺寸較大，可以考慮在機殼上設吊環(huán)，以方便移動。定子鐵芯 和動子鐵芯用硅鋼片疊壓而成。機殼做成方形，機殼和動子軛作為磁路的一部分，用鐵磁性 材料制成，一般為20以下的鋼。工作原理輸入軸齒輪輸入往復回轉運動動力，帶動齒條桿 往復直線運動，動子沿著滑桿在定子之間做往復運動，動子繞組切割磁力線感應到電動勢 且產生電流。由于動子做往復運動，所以動子繞組產生的電流是交變的。動子往復運動時， 設在動子軛上的電流換向片也推動滾柱式電刷沿直流導電軌往復滾動，將動子繞組產生的 交變電流轉換成直流電，通過直流導電軌輸出。由于動子繞組產生的交變電流一般不是正 弦電流，所以不宜作為交流電直接輸出。由于輸入軸齒輪帶動齒條桿和動子往復運動換向 時，動子的慣性力很大，容易造成齒輪損傷，因此可以考慮在動子兩側與端蓋之間設相斥的 磁鐵，或者，在齒條桿上設緩沖裝置，以減輕換向時對齒輪的沖擊。將直流導電軌換成交流 導電軌，發(fā)電機即成為齒輪齒條往復式電磁交流發(fā)電機。定子繞組的電源由蓄電池提供或 由外部電源提供，若定子繞組的電源是外部的交流電，需通過整流二極管或單向可控硅轉 換成直流電再接入定子繞組。一種連桿往復式電磁交流發(fā)電機，主要包括連桿Ola)、往復桿Qlb)、前端蓋 Qlc)、定子繞組Old)、定子鐵芯Qle)、動子鐵芯Olf)、動子繞組Olg)、動子軛Olh)、 滑桿(21i)、后端蓋(21j)、風扇(21k)、交流導電軌(211)、滾柱式電刷(21m)、電流換向片 01η)、接線盒(21ο)和機殼Qlp)。一條交流導電軌由兩組交錯的導電軌組成，一組導電 軌與輸出端的正極連接，一組導電軌與輸出端的負極連接，4個電流換向片帶動2個滾柱式 電刷在兩條交流導電軌上面滾動時，導電軌可以輸出正弦電流或接近正弦的電流。輸入軸 往復回轉運動動力通過連桿和往復桿轉換成往復直線運動動力，其原理類似于曲柄連桿機 構。將交流導電軌換成直流導電軌，發(fā)電機即變成連桿往復式直流發(fā)電機。連桿往復式發(fā)電 機與齒輪齒條往復式發(fā)電機的工作原理類似，但由于通過連桿輸送動力，可抗慣性沖擊力， 所以連桿往復式發(fā)電機無需專門設置緩沖裝置。齒輪齒條往復式電磁發(fā)電機和連桿往復式電磁發(fā)電機的定子鐵芯和定子繞組用 磁鋼替換，即成為齒輪齒條往復式永磁發(fā)電機和連桿往復式永磁發(fā)電機。


圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6為本發(fā)明第一實施例結構示意圖。圖7、圖8、圖9、圖10為本發(fā)明第二實施例結構示意圖。圖11、圖12、圖13、圖14為本發(fā)明第三實施例結構示意圖。圖15、圖16為本發(fā)明第四實施例結構示意圖。圖17為本發(fā)明第五實施例結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步描述。第一實施例參見圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6，一種齒輪聯動的勵磁式磁能發(fā)電系統(tǒng)，主要 包括電勵式磁能發(fā)生裝置(1至19)和齒輪齒條往復式直流發(fā)電機(20)，其特征是電勵式 磁能發(fā)生裝置主要包括聯動齒輪(1)、轉子鐵芯O)、轉子勵磁繞組(3)、搖柄0)、擺子鐵 芯(5)、擺子勵磁繞組(6)、搖軸(7)、輸入軸(8)、電動機(9)、蓄電池(10)、風扇(11)、軸承 (12)、前端蓋(13)、接線盒(14)、機殼(15)、擺角放大齒輪組(16)、后端蓋(17)、齒輪式磁力 緩沖限位器(18)和輸出軸(19)；轉子鐵芯有8個開槽，在轉子鐵芯的8個開槽中嵌入8個 轉子鐵芯繞組，由轉子鐵芯與轉子勵磁繞組組成的八極轉子電磁環(huán)設定為S磁極與N磁極 相間排列；4個擺子鐵芯與4個擺子勵磁繞組組成4個擺子電磁鐵；搖軸有4條，搖軸上設 有搖柄；4個擺子電磁鐵分別設在4個搖柄上；設在搖柄上的擺子電磁鐵平均分布在轉子電 磁環(huán)的周圍，其中，上、下兩個擺子電磁鐵設定為S極向軸排列，左、右兩個擺子電磁鐵設定 為N極向軸排列；設在搖柄上的擺子電磁鐵與轉子電磁環(huán)相對而設且繞軸平均分布；電動 機配有蓄電池，電動機與輸入軸聯接；搖軸上設有聯動齒輪，4個聯動齒輪中，相鄰的聯動 齒輪相互嚙合；擺角放大齒輪與其中一個聯動齒輪嚙合，擺角放大齒輪比聯動齒輪小，其力 傳遞的過程是增速減矩的過程；轉子鐵芯固定在輸入軸上，輸入軸和搖軸通過軸承定位于 前端蓋和后端蓋；風扇設在輸入軸上，接線盒設在機殼上；接線盒與勵磁繞組之間設有單 向可控硅，利用單向可控硅將輸入的交流電轉換成直流電再接入勵磁繞組，勵磁繞組產生 的是恒定磁場。聯動齒輪與輸出軸之間設有齒輪式磁力緩沖限位器，有刷齒輪式磁力緩沖限位 器主要包括箱體(18a)、輸入軸齒輪(18b)大小齒輪副(18c)、齒輪軸(18d)、末級小齒輪 (18e)、擺動桿磁鐵(18f)、定子磁鐵(18g)、接線盒(18h)和電刷(181)。齒輪式磁力緩沖 限位器的輸入軸與擺角放大齒輪同軸，齒輪式磁力緩沖限位器的第二條齒輪軸與輸出軸同 軸，由于齒輪式磁力緩沖限位器的輸入軸齒輪與輸出軸齒輪的力傳遞過程也是增速減矩的 過程，因此齒輪式磁力緩沖限位器的第一級齒輪和第二級齒輪亦是擺角放大齒輪組的一部分。輸出軸通過聯軸器與齒輪齒條往復式發(fā)電機聯接。齒輪齒條往復式電磁直流發(fā) 電機主要包括輸入軸齒輪OOa)、齒條桿OOb)、前端蓋QOc)、定子繞組QOd)、定子鐵芯 (20e)、動子鐵芯(20f)、動子繞組(20g)、動子軛(20h)、滑桿(20i)、后端蓋(20j)、風扇 (20k)、直流導電軌(201)、滾柱式電刷(20m)、電流換向片(20η)、接線盒(20ο)、機殼(20ρ)， 兩排由若干個定子繞組和定子鐵芯組成的直線型定子鐵芯繞組分別設置在機殼的底部和 頂部；直線型動子繞組為火柴盒型繞組，兩排動子鐵芯繞組分別設置在動子軛的底端和頂端；動子軛中設有一個滑槽，滑桿有一條，滑桿穿過動子軛的滑槽，滑桿的兩端分別固定在 前端蓋和后端蓋；前端蓋設有一個孔，齒條桿穿過前端蓋的孔與動子軛固定連接；齒輪固 定在輸入軸上，齒輪與齒條桿嚙合；滑桿上設有兩條直流導電軌，一條直流導電軌與輸出端 的負極連接，一條直流導電軌與輸出端的正極連接；滾柱式電刷有2個，滾柱式電刷設在導 電軌上；電流換向片有4個，電流換向片固定在動子軛上；兩個電流換向片之間設一個滾柱 式電刷。風扇設在后端蓋上；接線盒設在機殼上，定子繞組通過導線與接線盒連接，輸入定 子繞組的電流是直流電，定子繞組產生的磁場是恒定磁場；定子鐵芯和動子鐵芯用硅鋼片 疊壓而成；機殼做成方形，機殼和動子軛作為磁路的一部分，用鐵磁性材料制成。其工作原理是電動機由蓄電池提供電能，電動機帶動轉子轉動時，轉子電磁環(huán)相 對于設在搖柄上的擺子電磁鐵是一個交變磁場，設在轉子上的電磁環(huán)與設在搖柄上的擺子 電磁鐵交替產生吸力和斥力，一方面，擺子電磁鐵作用于轉子電磁環(huán)的全部或大部分吸力 和斥力繞軸對稱抵消，另一方面，轉子電磁環(huán)作用于擺子電磁鐵的交變的相吸相斥的磁力 部分被轉換成搖柄往復擺動的動力，搖柄帶動搖軸做往復回轉運動，利用聯動齒輪將多條 搖軸往復回轉運動的動力集中于一個聯動齒輪輸出，利用擺角放大齒輪組放大并設定搖軸 輸出的往復回轉運動動力的運動角度，利用齒輪式磁力緩沖限位器限制擺子電磁鐵的擺動 范圍，通過齒輪齒條往復式發(fā)電機將搖軸輸出的往復回轉運動的動力轉換成電能。第二實施例參見圖7、圖8、圖9、圖10，一種齒輪聯動的勵磁式磁能發(fā)電系統(tǒng)，主要包括電勵式 磁能發(fā)生裝置(1至19)和連桿往復式交流發(fā)電機。聯動齒輪有4個，相鄰的聯動齒輪 之間設有一個橢輪(22)，共有8個橢輪。連桿往復式電磁交流發(fā)電機主要包括連桿Ola)、 往復桿Olb)、前端蓋Qlc)、定子繞組Old)、定子鐵芯Qle)、動子鐵芯Olf)、動子繞組 (21g)、動子軛(21h)、滑桿(21i)、后端蓋(21j)、風扇(21k)、交流導電軌(211)、滾柱式電刷 (21m)、電流換向片01η)、接線盒(21ο)和機殼Qlp)，一條交流導電軌由兩組交錯的導電 軌組成，一組導電軌與輸出端的正極連接，一組導電軌與輸出端的負極連接，4個電流換向 片帶動2個滾柱式電刷在兩條交流導電軌上面滾動時，導電軌可以輸出正弦電流或接近正 弦的電流；輸入軸往復回轉運動動力通過連桿和往復桿轉換成動子的往復直線運動動力。 其余未述部份同第一實施例，不再重復。第三實施例參見圖11、圖12、圖13、圖14，一種齒輪聯動的勵磁式磁能發(fā)電系統(tǒng)，主要包括電 勵式磁能發(fā)生裝置(1至19)和齒輪齒條往復式永磁直流發(fā)電機，電勵式磁能發(fā)生裝 置主要包括聯動齒輪(1)、轉子鐵芯O)、轉子勵磁繞組(3)、搖柄0)、擺子鐵芯(5)、擺子 勵磁繞組(6)、搖軸(7)、輸入軸(8)、電動機(9)、蓄電池(10)、風扇(11)、軸承(12)、前端 蓋(13)、接線盒(14)、機殼(15)、擺角放大齒輪組(16)、后端蓋(17)、齒輪式磁力緩沖限位 器(18)和輸出軸(19)；轉子鐵芯有12個開槽，在轉子鐵芯的12個開槽中嵌入12個轉子 鐵芯繞組，由轉子鐵芯與轉子勵磁繞組組成的十二極轉子電磁環(huán)設定為S磁極與N磁極相 間排列；搖軸有6條，搖軸上設有搖柄，搖柄上設有由擺子鐵芯和擺子勵磁繞組組成的擺子 電磁鐵；設在搖柄上的6個擺子電磁鐵平均分布在轉子電磁環(huán)的周圍，其中有三個搖柄上 的擺子電磁鐵的S極向軸排列，另三個搖柄上的擺子電磁鐵的N極向軸排列；設在搖柄上的 擺子電磁鐵與轉子電磁環(huán)相對而設且繞軸平均分布；轉子電磁環(huán)與擺子電磁鐵的磁極方向為徑向；每條搖軸上都設有一個聯動齒輪，相鄰的聯動齒輪相互嚙合，利用6個聯動齒輪將 6條搖軸往復回轉運動的動力集中于其中一條搖軸輸出。齒輪齒條往復式永磁直流發(fā)電機 主要包括輸入軸齒輪(23a)、齒條桿(23b)、前端蓋(23c)、機殼(23d)、定子磁鋼(23e)、動子 鐵芯(23f)、動子繞組(2 )、動子軛(2汕)、滑桿(23i)、后端蓋(23j)、風扇(23k)、直流導 電軌031)、滾柱式電刷(23m)、電流換向片Q3n)、接線盒。其余未述部份同第一實 施例，不再重復。第四實施例參見圖15、圖16，一種齒輪聯動的勵磁式磁能發(fā)電系統(tǒng)，主要包括電勵式磁能發(fā) 生裝置(1至19)和齒輪齒條往復式交流發(fā)電機00)。電勵式磁能發(fā)生裝置主要包括聯 動齒輪(1)、轉子鐵芯O)、轉子勵磁繞組(3)、搖柄0)、擺子鐵芯(5)、擺子勵磁繞組(6)、 搖軸(7)、輸入軸(8)、電動機(9)、蓄電池(10)、風扇(11)、軸承(12)、前端蓋(13)、接線盒 (14)、機殼(15)、擺角放大齒輪組(16)、后端蓋(17)、無刷雙制動齒輪式磁力緩沖限位器 (18. 1)和輸出軸(19)。無刷雙制動齒輪式磁力緩沖限位器主要包括箱體(18a)、擺動桿電 磁鐵(18b)、末級小齒輪(18c)、大小齒輪副(18d)、中間軸(18e)、轉軸位置傳感器(18f)、中 間軸齒輪(18g)、軸承(1 )、齒輪軸(181)和電子換向控制電路。該磁力緩沖限位器無定 子磁鐵，箱體用鐵磁性材料制成，靠擺動桿電磁鐵對箱體的吸力制動。齒輪齒條往復式交流 發(fā)電機有兩個，共用一個輸入軸齒輪和一條齒條桿。擺角放大齒輪組由兩個齒輪組成，第一 個齒輪是大齒輪，設在其中一條搖軸上，第二個齒輪是小齒輪，設在輸出軸上，其力傳遞的 過程是增速減矩的過程。其余未述部份同第一、第三實施例，不再重復。第五實施例參見圖17，一種能將機械回轉運動動力轉換成機械旋轉運動動力的活塞曲柄雙連 桿機構，主要包括主動回轉擺桿0 、上連桿06)、活塞套(XT)、活塞08)、下連桿09)、活 動框(30)、曲柄(31)，其特征是活塞設在活塞套中，上連桿分別與主動回轉擺桿和活塞活 動連接，下連桿分別與活塞和曲柄活動連接，活塞或曲柄與下連桿活動連接的地方設有活 動框，下連桿與活塞或曲柄的連接點可以在活動框的范圍內移位。由于曲柄雙連桿機構的 力傳遞過程是“硬”的機械特性，容易在“死點”卡住，增設可活動框可解決該問題。電勵式 磁能發(fā)生裝置輸出的往復回轉運動動力通過可調式活塞曲柄雙連桿機構轉換成機械旋轉 運動動力，再通過旋轉式交流發(fā)電機或直流發(fā)電機轉化成電能。
權利要求
1.一種齒輪聯動的勵磁式磁能發(fā)電系統(tǒng)，主要包括電勵式磁能發(fā)生裝置(1至19)和發(fā) 電機(20、21、23)，其特征是a.電勵式磁能發(fā)生裝置主要包括聯動齒輪(1)、轉子鐵芯( 、轉子勵磁繞組C3)、搖柄 (4)、擺子鐵芯(5)、擺子勵磁繞組(6)、搖軸(7)、輸入軸(8)、電動機(9)、接線盒(14)、擺角 放大齒輪組(16)、緩沖限位器(18、18. 1)和輸出軸(19)；由轉子鐵芯與轉子勵磁繞組組成 的S磁極與N磁極相間排列的八極或八極以上的轉子電磁環(huán)設在輸入軸上；搖軸有4條或 4條以上，搖軸上設有搖柄；4個或4個以上由擺子鐵芯與擺子勵磁繞組組成的擺子電磁鐵 分別設在不同的搖柄上、對稱或平均分布在轉子電磁環(huán)的周圍，其中，有一半擺子電磁鐵設 定為S極向軸排列，另一半擺子電磁鐵設定為N極向軸排列；設在搖柄上的擺子電磁鐵與轉 子電磁環(huán)相對而設且繞軸對稱或平均分布；電磁環(huán)的磁極數量是擺子電磁鐵數量的2倍， 兩者都是偶數；轉子勵磁繞組和擺子勵磁繞組通過導線與接線盒連接，接入轉子勵磁繞組 和擺子勵磁繞組的電流是直流電，轉子勵磁繞組和擺子勵磁繞組產生的磁場是恒定磁場； 電動機與輸入軸聯接；搖軸上設有聯動齒輪，聯動齒輪與輸出軸之間設有擺角放大齒輪組 和緩沖限位器；b.輸出軸的輸出端與往復式發(fā)電機或回轉式發(fā)電機聯接，或者，輸出軸的輸出端通過 可調式活塞曲柄雙連桿機構與旋轉式發(fā)電機聯接。
2.根據權利要求1所述一種齒輪聯動的勵磁式磁能發(fā)電系統(tǒng)，其特征是所述往復式發(fā) 電機或回轉式發(fā)電機或旋轉式發(fā)電機為直流發(fā)電機或交流發(fā)電機。
3.根據權利要求2所述一種齒輪聯動的勵磁式磁能發(fā)電系統(tǒng)，其特征是所述往復式發(fā) 電機為齒輪齒條往復式發(fā)電機或連桿往復式發(fā)電機。
4.根據權利要求2或3所述一種齒輪聯動的勵磁式磁能發(fā)電系統(tǒng)，其特征是齒輪齒 條往復式電磁直流發(fā)電機主要包括輸入軸齒輪OOa)、齒條桿QOb)、前端蓋QOc)、定子 繞組(20d)、定子鐵芯(20e)、動子鐵芯(20f)、動子繞組(20g)、動子軛(20h)、滑桿(20i)、 后端蓋(20j)、風扇(20k)、直流導電軌(201)、滾柱式電刷(20m)、電流換向片(20η)、接線 盒ΟΟο)、機殼QOp)；連桿往復式電磁交流發(fā)電機，主要包括連桿Ola)、往復桿Qlb)、 前端蓋Qlc)、定子繞組Old)、定子鐵芯Qle)、動子鐵芯Olf)、動子繞組Olg)、動子軛 (21h)、滑桿(21i)、后端蓋(21 j)、風扇(21k)、交流導電軌(211)、滾柱式電刷(21m)、電流換 向片Oln)、接線盒Olo)和機殼Olp)；齒輪齒條往復式電磁直流發(fā)電機的直流導電軌換 成交流導電軌，即成為齒輪齒條往復式交流發(fā)電機；連桿往復式電磁交流發(fā)電機的交流導 電軌換成直流導電軌，即成為連桿往復式直流發(fā)電機；齒輪齒條往復式電磁發(fā)電機和連桿 往復式電磁發(fā)電機的定子鐵芯和定子繞組用磁鋼替換，即成為齒輪齒條往復式永磁發(fā)電機 和連桿往復式永磁發(fā)電機。
5.根據權利要求1所述一種齒輪聯動的勵磁式磁能發(fā)電系統(tǒng)，其特征是所述緩沖限位 器為緩沖擋塊或有刷齒輪式磁力緩沖限位器(18)或無刷齒輪式磁力緩沖限位器(18. 1)或 不完全齒輪機構或設在傳動軸上的凸塊機構或液壓緩沖裝置；利用緩沖限位器限制擺子電 磁鐵的擺動范圍。
6.根據權利要求1所述一種齒輪聯動的勵磁式磁能發(fā)電系統(tǒng)，其特征是相鄰的聯動齒 輪相互嚙合，或者，相鄰的聯動齒輪之間設有橢輪0 ；利用聯動齒輪將多條搖軸往復回 轉運動的動力集中于一條搖軸或一個聯動齒輪輸出。
7.根據權利要求1所述一種齒輪聯動的勵磁式磁能發(fā)電系統(tǒng)，其特征是擺角放大齒輪 組由一個或一個以上的齒輪組成，擺角放大齒輪組力傳遞的過程是一個增速減矩的過程； 利用擺角放大齒輪組放大并設定搖軸輸出的往復回轉運動動力的運動角度。
8.根據權利要求1所述一種齒輪聯動的勵磁式磁能發(fā)電系統(tǒng)，其特征是轉子電磁環(huán)是 磁極方向為徑向或切向或軸向的普通陣列電磁環(huán)或基于Halbach陣列的電磁環(huán)。
9.根據權利要求8所述一種齒輪聯動的勵磁式磁能發(fā)電系統(tǒng)，其特征是普通陣列電磁 環(huán)是由1個轉子鐵芯和8個或8個以上轉子勵磁繞組組成的磁極設定為S極與N極相間排 列的八極或八極以上的電磁環(huán)，轉子電磁環(huán)的磁極數量是4的公倍數；Halbach陣列電磁環(huán) 是由16個或16個以上徑向電磁鐵與切向電磁鐵和/或三角形電磁鐵組成的磁極設定為S 極與N極相間排列的4對極或4對極以上的電磁環(huán)，轉子電磁環(huán)的磁對極數是2的公倍數。
10.根據權利要求1所述一種齒輪聯動的勵磁式磁能發(fā)電系統(tǒng)，其特征是電動機設有 轉速調節(jié)器，電動機通過導線與蓄電池(10)和/或外部電源連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種齒輪聯動的勵磁式磁能發(fā)電系統(tǒng)，主要包括電勵式磁能發(fā)生裝置(1至19)和發(fā)電機(20、21、23)，電勵式磁能發(fā)生裝置主要包括聯動齒輪、轉子鐵芯、轉子勵磁繞組、搖柄、擺子鐵芯、擺子勵磁繞組、搖軸、輸入軸、電動機、擺角放大齒輪組和輸出軸。電勵式磁能發(fā)生裝置產生的往復回轉運動動力通過往復式發(fā)電機或回轉式發(fā)電機轉換成電能，或者，利用活塞曲柄雙連桿機構將搖軸輸出的往復回轉運動動力轉換成機械旋轉運動動力，再通過旋轉式發(fā)電機轉換成電能。
文檔編號H02N11/00GK102136779SQ201010501109
公開日2011年7月27日 申請日期2010年9月30日 優(yōu)先權日2010年9月30日
發(fā)明者李貴祥 申請人:李貴祥