CN101982923A

CN101982923A - 一种低磁阻发电机

Info

Publication number: CN101982923A
Application number: CN 201010545242
Authority: CN
Inventors: 付长延
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-11-16
Filing date: 2010-11-16
Publication date: 2011-03-02

Abstract

本发明涉及一种低磁阻发电机，该发动机的转子上的磁体或电磁体在圆周方向极性交变且并列地安装有X个，定子上的定子绕组在圆周方向并列地安装有Y=X＋N个，其中X为大于等于4的偶数，N为正整数，N表示形成平衡区的数量。该种结构的发电机可以使各磁体或电磁体产生不同方向的磁引力，以形成一个或多个平衡区，使磁阻力的合力为零或接近于零，以提高发电机的效率。

Description

一种低磁阻发电机

技术领域

本发明涉及一种低磁阻发电机。

背景技术

发电机是一种将其它形式的能源转换成电能的机械设备。现有发动机构造的一般原则是：用导磁和导电材料构成互相进行电磁感应的磁路和电路，以产生电磁功率，实现能量转换。现有发电机包括定子和转子，其中，定子包括定子铁芯和缠绕在每一个定子铁芯上的线包绕组，转子包括转子铁芯和缠绕在每一个转子铁芯上的励磁绕组或安装在转子上的永磁体。在静态时，定子上的每一个定子铁芯的位置与转子铁芯或转子上的永磁体的位置相对应，即定子铁芯的数量与转子铁芯或转子上的永磁体的数量相等。虽然该种结构的发电机可以利用电励磁或永磁体发电，但当机械力推动转子转动产生旋转磁场时，转子铁芯在励磁电流的作用下所产生的电磁场或永磁体的磁场会对定子铁芯能产生强大的吸引力，且该吸引力的方向与转子转动的方向相反，即该吸引力可阻碍转子转动，故被称之为磁阻力。据有关资料报导中指出，现有发电机的磁阻力能使发电机的效率降低30－50%。

中国专利101197550号公告了一种名称为“隔磁式发电机”。该发电机包括一个圆柱形磁体和与该圆柱形磁体间隔一定距离的感应线圈，且在圆柱形磁体和感应线圈之间安装有铁板叶片，每一个铁板叶片分别与中心轴承上设置的三个扇形支架相连接。该发电机在工作时，利用中心轴来带动铁板叶片转动，通过铁板叶片切割磁力线，以使感应线圈上产生感应电流。其意是想利用转动质量轻的铁板叶片来减小驱动力，以实现节能。虽然铁板叶片的质量较轻，但由于圆柱形磁体和感应线圈的位置同样是对应的，圆柱形磁体对感应线圈的铁芯和铁板叶片均能产生强大的吸引力即磁阻力，且该磁阻力与转子转动力的方向相反，所以，该发电机效率即使提高也是有限度的。

另外，中国专利1792016A号公开的名称为“具有沿轴向布置的定子极和/或转子极的发电机”也是给出一种方案。该发电机的转子包括多个绕转轴设置在环形结构上的永磁体和圆柱形背板，磁体元件沿内环表面磁极性是连续交替的；定子包括多个铁芯段，在每一个铁芯段上缠绕有定子绕组，且每个定子段包括多个沿平行于转轴方向相互对齐的极。其意是想使每个定子极可以被磁化成在内极面的气隙处表面出一种磁极性，在其外极面表现出相反的磁极性，进而可集中径向方向的磁通。该发电机转子上的磁体元件沿内环表面磁极性虽然是连续交替的，但由于转子磁极性连续交替改变并不能使定子铁芯段的极性也随之变化，转子上的永磁体所产生的磁力对定子铁芯的吸引力即使交替变化也不会相互抵消，所以，该发电机并没有消除磁阻力，其效率得不到较大的提高。

由于电机的定子铁芯是由铁磁体构成，所以，转子上的磁体或电磁体对定子铁芯均具有很大的吸引力，该吸引力即为磁阻力，在电机领域中，将该种磁阻力规划到电机负载的主要部分。发电机效率低的主要原因就是由磁阻力造成的，其能使发电机的效率降低30－50%。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用降低磁阻力的方式解决发电机效率低问题的低磁阻发电机。

本发明所提出的低磁阻发电机的转子上安装有磁体或电磁体，定子上安装有缠绕在定子铁芯上的定子绕组，转子上的磁体或电磁体在圆周方向极性交变且并列地安装有X个，定子上的定子绕组在圆周方向并列地安装有Y=X＋N个，其中X为大于等于4的偶数，N为正整数，N表示形成平衡区的数量。因转子上的磁体或电磁体与定子铁芯之间的吸引力的合力方向在两者中心部位的连线上，当定子铁芯的数量大于转子上的磁体或电磁体的数量时，每个转子上的磁体或电磁体与定子铁芯之间的吸引力的合力方向发生变化，这种变化会导致发电机内的磁阻力为零或接近于零。所述平衡区是指在该区域内的磁体或电磁体吸引定子铁芯所产生的磁阻力的合力为零或接近于零的区域。在上述式子中，N的数值与平衡区的数量相同，即当N等于1时，转子上的所有磁体只能形成一个平衡区；当N等于2时，转子上的磁体能形成两个平衡区；当N等于3时，能形成三个平衡区，依此类推。因定子铁芯是由硅钢片或导磁体物制成的，转子上的磁体或电磁体对定子铁芯具有强大的吸引力，但，如果定子绕组的极数比转子上的磁体或电磁的极数多N个，在N个区域内，转子上的磁体或电磁体对定子铁芯产生的吸引力的合力为零或接近于零。

所述转子上的磁体为独立的板状磁体，定子铁芯为独立的在朝向转子的边为开放边的矩形铁芯，该矩形铁芯与开放边相对边缠绕有定子绕组。

所述转子上安装有多组板状磁体，同组板状磁体沿着转子的径向安装，定子上安装有多组工字形定子铁芯，相邻两个工字形定子铁芯间隔有允许板状磁体穿过的间距。

所述转子具有一个由转动轴限定的圆筒，在该圆筒的外表面安装有一个个独立的弧形磁体，该弧形磁体沿着转子的轴向排列的弧形磁体的极性相同，沿着转子的径向排列的弧形磁体的极性相反。

所述定子绕组的输出端均安装有整流部件，且使每一个整流部件的输出端与输出端子相连接。

所述转子上安装有电磁体，在电磁体的输入端设置有电容器。

本发明所提出的低磁阻发电机中的转子上的磁体或电磁体与定子铁芯上的定子绕组的数量采用不相等的结构，该种结构可以使各磁体或电磁体所产生磁引力的方向不同，以形成一个或多个平衡区，使磁阻力的合力为零或接近于零，以提高发电机的效率，据现场检测，该种发电机的效率可达90%以上。

附图说明：

附图1是低磁阻发电机内设置有1个平衡区的原理示意图；

附图2是低磁阻发电机一个实施例展开时的外观结构示意图；

附图3是低磁阻发电机另一个实施例的外观结构示意图；

附图4是图3的剖面结构示意图；

附图5是图3中转子一个实施例的外观结构示意图；

附图6是图3中一个定子绕组的外观结构示意图；

附图7是低磁阻发电机另一个实施例的外观结构示意图；

附图8是图7中定子的剖面结构示意图；

附图9是图7中转子的外观结构示意图；

附图10是定子绕组输出端连接后的电路原理示意图。

具体实施方式：

参见图1，该图给出本发明所提出的低磁阻发电机内设置有1个平衡区的原理示意图。图1中的定子铁芯设置有九个，即T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8和T9，转子上的磁体设置有八个，即C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7和C8，定子铁芯比磁体多一个，其平衡区N＝1。由于第一个转子上的磁体吸引与其相对应的定子铁芯所产生的磁阻力的合力方向是磁体与定子铁芯中心的连线方向。按照转子在静态时来分折，只有磁体C5与定子铁芯T5两者的中心相对应，磁吸引力的合力方向垂直于磁隙，故磁体C5吸引力不影响转子的转矩；磁体C6、C7、C8所产生的磁吸引力的合力方向与转子的转动方向相反，能形成磁阻力，但磁体C4、C3和C2所产生的磁吸引力的合力方向与转子的转动方向相同，能推动转子转动，且磁体C4、C3和C2所产生的磁吸引力的合力能分别与磁体C6、C7、C8所产生的磁吸引力的合力相互抵消，而C1所产生的磁吸引力的合力方向与磁隙垂直，不影响转子的转矩，所以，该图中所示的转子上所有磁体所产生的磁吸引力的合力为零或接近于零。在动态时，根据上述分析也同样会得出转子上所有磁体所产生的磁吸引力的合力为零或接近于零。

参见图2，该图给出本发明所提出的低磁阻发电机第一个实施例的外观结构示意图。该发电机包括定子1和转子2，以及端盖板3。

转子2包括转动轴21和圆筒22，以及磁体24。圆筒22的两个端盖23固定在转动轴21上，在圆筒22的柱面上安装有磁体24，磁体24沿着圆筒22的柱面径向并列地安装有十个，且使相邻两个磁体24的极性相反，沿着圆筒22柱面的轴向安装有三组所述径向磁体24，且相邻两个轴向磁体24的极性相同。

定子1包括定子壳体11和安装在定子壳体11内表面的定子铁芯12，以及缠绕在每一个定子铁芯12上的定子绕组13。定子铁芯12沿着壳体11的内表面径向安装十一个，沿着定子壳体11内表面的轴向安装有所述定子铁芯12。

端盖板3设置有两个，分别安装在定子壳体11的两端。每一个端盖板3的中部设置的允许转动轴21穿过的孔31，端盖板3上设置有螺孔32，并通过螺栓(图中没有给出)将其固定在定子壳体11端部。

该发电机在工作时，通过外力驱动转子2的转动轴21转动，定子绕组13在变化的磁场中产生感应电流，以实现发电。

由于该发电机中的磁体24安装有十个，定子铁芯12安装十一个，N=1，即平衡区为一个，故该发电机的磁阻力为零或接近于零。

转子2上的磁体24沿着圆筒22柱面的径向可以设置多个，如圆筒22柱面每一圈的径向磁体24并列地安装有X个，定子1上的定子绕组13在圆周方向就应并列地安装有Y=X＋N个，其中X为大于等于4的偶数，N为正整数，N表示形成平衡区的数量，在一般情况下，N小于或等于4，X不大于60。上述转子上的磁体24可以采用电磁体，并在电磁体的输入端设置有电容器，以为其提供直流电源。

参见图3至图6，这四个附图给出本发明所提出的低磁阻发电机第二个实施例的外观整体结构。该发电机包括机壳1，在该机壳1内安装有转子2和定子3，机壳1外安装有与转子2的输出轴21同轴的电动机4。其中的转子2包括安装在转子输出轴21上的圆筒22，以及安装在圆筒22上的板状磁体23。板状磁体23设置有十个，每一个板状磁体23的形状近似于远离圆心角的扇形上部，且相邻两个板状磁体23的极性相反。定子3包括矩形铁芯31，该矩形铁芯31在朝向转子方向的边为开放边33，以允许板状磁体23穿过，矩形铁芯31与开放边33相对边缠绕有定子绕组32。矩形铁芯31设置有十一个，每一个矩形铁芯31均间隔等距离地独立安装在机壳1的内表面。由于定子3比板状磁体23多一个，所以，本实施例中给出的发电机的平衡区设置有一个。该发电机在工作时，通过电动机4驱动转子2的转动轴21转动，定子绕组32在变化的磁场中产生感应电流，以实现发电。

参见图7至图9，这三个附图给出本发明所提出的低磁阻发电机第三个实施例的外观整体结构。该发电机包括机壳1，在该机壳1内安装有转子2和定子3，机壳1外安装有与转子2的输出轴21同轴的电动机4。转子2包括安装在转子输出轴21上的圆筒22，以及安装在圆筒22上的板状磁体23。板状磁体23在圆周方向定义为一组，共设置有六组，每一组设置有十个板状磁体23，每一个板状磁体23的形状近似于远离圆心角的扇形上部，且在每一组中相邻两个板状磁体23的极性相反。定子3包括安装在机壳1内表面的工字形定子铁芯31，在工字形定子铁芯31的凹陷部缠绕有定子绕组32，工字形定子铁芯31在圆周方向定义为一组，共设置有七组，每一组设置有十一个工字形定子铁芯31，在轴向相邻两个工字形定子铁芯31间隔有允许板状磁体23穿过的间距，且在每一组中相邻两个板状磁体23的极性相反。本实施例中给出的发电机的平衡区设置有一个。

该发电机在工作时，通过电动机4驱动转子2的转动轴21转动，定子绕组32在变化的磁场中产生感应电流，以实现发电。

参见图10，该图给出本发明所提出的低磁阻发电机中定子绕组输出端连接后的电路原理示意图。本实施例中给出给出九个定子绕组L，每一个定子绕组L的输出端均安装有由全桥整流器构成的整流部件Z，且使每一个整流部件Z的输出端与输出端子A、B相连接。每一项定子绕组L所产生的电流都存在相位差，经整流部件Z并且并联后能输出叠加的直流电。

Claims

1.一种低磁阻发电机，该发动机的转子上安装有磁体或电磁体，定子上安装有缠绕在定子铁芯上的定子绕组，其特征在于：所述转子上的磁体或电磁体在圆周方向极性交变且并列地安装有X个，定子上的定子绕组在圆周方向并列地安装有Y=X＋N个，其中X为大于等于4的偶数，N为正整数，N表示形成平衡区的数量。

2.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于：所述转子上的磁体为独立的板状磁体，定子铁芯为独立的在朝向转子的边为开放边的矩形铁芯，该矩形铁芯与开放边相对边缠绕有定子绕组。

3.根据权利要求1或2所述的发电机，其特征在于：所述转子上安装有多组板状磁体，同组板状磁体沿着转子的径向安装，定子上安装有多组工字形定子铁芯，相邻两个工字形定子铁芯间隔有允许板状磁体穿过的间距。

4.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于：所述转子具有一个由转动轴限定的圆筒，在该圆筒的外表面安装有一个个独立的弧形磁体，该弧形磁体沿着转子的轴向排列的弧形磁体的极性相同，沿着转子的径向排列的弧形磁体的极性相反。

5.根据权利要求1所述的发电机，其特征在于：所述定子绕组的输出端均安装有整流部件，且使每一个整流部件的输出端与输出端子相连接。

6.根据权利要求1或4所述的发电机，其特征在于：所述转子上安装有电磁体，在电磁体的输入端设置有电容器。