CN101635492B - 免换向直流发电机及其发电方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种免换向，直接发出稳恒直流电且输出电压，电流及单机容量不受限制的发电方法，及利用该方法设计出的一种新型直流发电机。该方法为：在线圈受切割时，两侧受到磁力线的切割方向相反，磁场方向及线圈受到磁场切割方向不变。发电机由两个转子(5)和(6)及一个磁轭(1)组成，两个转子为磁体，以同速向相反自转运行，每个转子磁极上有数个凸起(62)与凹陷(61)，磁力线都集中在凸起出，造成磁场不均匀分布。定子由几个带独立铁心的线圈组成圆形，线圈之间留有空档，使感生电流的磁场各自独立。机座磁轭用来加强磁场。由于电枢为定子，可省去电刷及滑环，电枢中感生的是直流电，无感抗，这就使这种电机比交流机及换向式直流机效率更高。

Description

免换向直流发电机及其发电方法

技术领域

本发明涉及一种直接发出直流电的发电方法，还涉及利用该方法产生电流的发电机。

背景技术

现有的单极电机，电机的电枢部分为铸钢或锻钢光轴，它利用光轴在单极磁场中做切割磁力线运动而产生直流电，然后用电刷将电流引入外电路。该电机的电枢没有绕组，因此感应电动势受到一定限制，电压较低，机体较大，电刷磨损较快。由于用引出电流需要用电刷，单机容量受到限制。

常用的直流电机，在本质上是一台装有换向器的交流电机，它利用换向器将交流电变成直流电输出。由于电枢中还是交流电，阻抗较大，效率较低，电刷磨损较快，由于用换向器，产生的电火花会损坏电刷及换向器，单机容量也受到限制。交流电换向后电流还有脉动，不可能得到稳恒直流电。

以上两项均为公知公用技术，电机类专业刊物中均有记载，以上引自章明涛主编的《电机学》。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种不经换向，整流，直接发出稳恒直流电，且输出电流电压均不受限制的发电方法。

本发明要解决的另一个技术问题是提供一种不经换向，整流，直接发出稳恒直流电，单机容量较大，且输出电压电流均不受限制的发电机。

对于本发明的发电方法来说，上述问题是这样解决的：线圈与磁力线十字交叉放置，如N极面向线圈的磁体顺时针方向旋转，那么S极面向线圈的磁体将逆时针方向旋转，使线圈两侧受到磁力线的切割方向相反，而磁场的方向保持不变，线圈受到切割的方向也不变，从而在线圈中直接感应出直流电。由于线圈中感生电动势的大小与穿过线圈的磁通量的变化率成正比，用上述切割磁力线的方式，磁通量的变化率不可能很高，为提高变化率，将面向线圈上的两个磁极，以磁极中心为起点向外围呈放射状制造数个凸起与凹陷，磁力线都集中在凸起部分，凹陷部分几乎无磁场，造成磁场的不均匀分布，提高穿过线圈的磁通量变化率，提高感应效率。线圈也要分割成几个，不能绕成整体环形，几个带独立铁心的线圈首尾相对，组成一圆周，线圈与线圈之间要留有和线圈等长的空档，使它们感生电流产生的磁场各自独立，有利于与原磁场产生相互作用，提高感应效率。

对于本发明的直流发电机来说，上述问题是这样解决的：发电机主要由转子，定子及磁轭组成。转子产生磁场，是两个独立磁体，分别放置在电枢的两侧，并异极相对，建立平行磁场，每个磁体面向电枢的磁极，以磁极中心为起点呈放射状制造数个凸起与凹陷。定子为电枢，用来感生电流，由数个带有独立铁心的线圈组成，线圈与线圈之间要留有与线圈等长的空档，每个线圈长度应等于直径。磁轭连接两个磁体磁场，使转子磁力线进入磁轭内部，以加强磁场。在发电时，转子的两个磁体，向相反的方向做自转运动，磁场不会来回翻转，电枢线圈的两侧受到磁力线的切割方向相反，所以发出的是直流电。

上述的发电机，由于电枢静止，且在发电时，磁场切割线圈的方向不变，与交流机翻转切割不同，所以在电枢中直接感生出直流电，省去了换向，整流。此外，由于电枢为导线绕制而成，而不像单极电机的电枢是整体软磁光轴，因此可根据需要改变电枢线圈的圈数，粗细或连接方式来改变输出电压，电流的大小，低到几伏，十几伏的低压电源，高到几万，几十万伏的高压电源，均可采用本发明，单机容量也不受限制。另外，由于电机的电枢线圈可直接感生出直流电，因此不存在感抗，这就使本发明的电机相对于传统的换向式直流机及交流机内阻更小，效率更高。

由于本发明的发电机磁极的凸起与凹陷使磁场不均匀分布，因此，发电机低速运转时，发出的电流出现脉动。在电机低速运转时，线圈通过磁场空白区的时间较长，电流处于时断时续状态，所以出现脉动，电机进入高速后，线圈通过空白区的时间变短，进入连续状态，所以发出的是稳恒直流电，因此磁极上一个凸起到另一个凸起的间隔越宽，越要提高速度，才能使电流稳恒，如果一个凸起到另一个凸起的间隔变短，磁场接近均匀分布，虽说低速时电流接近稳恒，但减小了穿过线圈的磁通量变化率，发电机效率降低。

附图说明

下面结合附图对本发明的发电方法及发电机作进一步详细说明：

附图为本发明发电机的立体示意图，从易于观察的角度去除部分作为机壳的磁轭。

具体实施方式

由于本发电方法用于发电机的设计制造，因此该发电方法只能以发电机的形式来实施。

附图为发电机的立体示意图，它主要由定子电枢，转子磁体，机座磁轭三部分组成。

其中定子电枢由线圈3和铁心2组成，电枢由数个带独立铁心的线圈共同组成，线圈的长度应等于直径，各个线圈之间留有和线圈等长的空档，以便每个线圈都形成自己独立的磁场，线圈之间的空档4用电介质充填，以便于电枢组成整体，用介质可除去热效应，减小电机内热。各个线圈为同向绕制，组成圆周后固定在机座上。每个铁心线圈均为扇形体，铁心由高磁导率的软磁物质制成，通常用硅钢片。由于电枢静止，可不经换向器及电刷直接引出直流电。

在附图中6和5为转子磁体，是产生磁场的部分，由两个圆形磁体组成，分别位于电枢两边，异极相对。由于电磁体在发电机中应用较为普遍，因此附图中转子为电磁体，其中63为其激磁线圈，它包围在一圆柱形铁心上，在铁心朝向电枢的一面，有多个如图62的凸起和如图61的凹陷，凸起与凹陷交替分布，以便将磁力线都集中在凸起部分，使凹陷部分磁力线几乎为零，造成磁场的不均匀分布，提高磁场的变化率。凸起部分与凹陷部分的高度差视具体情况而定，铁心磁导率越高，激磁电流越弱，凸起部分与凹陷部分的高度差越小，反之则增大。激磁线圈输入电流可以用滑环和电刷来完成。两个转子的异向传动可以由几个齿轮经过换向后做到，传统机械中的各种换向及传动装置均可借用。小功率发电机的转子也可以用永磁体，永磁体可以省去线圈63和激磁电流及电刷和滑环，永磁体面向电枢的两个磁极也要做成凸凹面，其他与电磁体转子无异。

附图中的1为机座磁轭，它的作用一方面为两磁极的磁路，用来加强原磁场，尤其是在应用电磁体作转子时它的存在尤为重要，磁轭由软磁物质制成圆形焊成，或用铁铸成，它又是电机的机座，在它下部装上两个底脚，把电机固定在底板上。

发电机运行时，两个磁体分别向相反方向旋转，若转子6顺时针方向自转，则5逆时针方向自转，正如附图中箭头所示方向。转子磁极5与6的磁场完成吸引，当转子5和6同速反向转动时，电枢线圈3的两侧受到磁力线的切割方向相反，而感生电动势，感生电动势的大小与转子的转速和磁场强度及电枢线圈的导体量，圈数成正比，还与磁场是否均匀有关，磁场不均匀分布时，感生电动势较高。在电机运行时，转子只做自转运动，磁场方向始终不变，因而直接发出直流电，在需要高电压时，可以用圈数多的线圈作为电枢绕组，在需要低电压时，可以用圈数少的线圈作为电枢绕组，输出功率也不受限制，可根据需要改变输入动能的大小，改变磁场强弱及电枢绕组的大小来改变输出功率。

本发明不局限上述实施方式，不论在其形状及结构上做任何改变，凡采用上述方法发明，发电机发明，及电机从属机件发明，均属本发明保护范围。

Claims (4)

1.一种免换向，直接发出直流电的发电方法，本方法利用线圈在受到切割时，两侧受到磁力线的切割方向相反面产生电流，其特征在于：所述线圈(3)的两个扇形面分别面向磁体的N，S极，N极面向线圈的磁体与S极面向线圈的磁体分别向相反的方向同速旋转，线圈被磁力线切割的方向保持不变。

2.一种采用权利要求1所述发电方法设计的直流发电机，该发电机由一个定子，两个转子和磁轭组成，转子产生磁场，由两个独立磁体组成，异极相对，分别放置在电枢的两侧，并通过电枢相互吸引，电枢为定子，由数个带独立铁心的线圈组成，磁轭用于加强磁场，其特征在于：发电时，两个转子磁体各自向相反的方向绕中轴做同速自转运动，磁场方向不变，电枢线圈两侧受到磁力线的切割方向相反。

3.按照权利要求2所述的直流发电机，其特征在于：所述发电机的两个转子磁体面向电枢的两个磁极，以磁极中心为起点向外围呈放射状制造数个凸起与凹陷，凸起与凹陷交替分布，磁力线都集中在凸起部分，凹陷部分无磁场，整体磁场呈不均匀分布。

4.按照权利要求2所述的直流发电机，其特征在于：所述发电机的电枢由多个带独立铁心的线圈(3)组成，每个线圈的N极与另一线圈的S极相对，扇形面面向磁体的N，S极，组成一圆周，线圈与线圈之间留有和线圈(3)形体相同的空档，几个线圈感生电流产生的磁场各自独立，各个线圈均为同向绕制，发电时，电枢静止，电流直接引出。

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