CN102163881A - 四个工作边无铁芯发电机的磁场设计 - Google Patents
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Abstract
一种四个工作边无铁芯发电机的磁场设计方法。本发明由单一磁极磁铁、径向磁场和轴向磁场构成。径向磁场由径向的内层、中间层和外层的三层磁铁构成，内层和外层选永久磁铁，在环向交替布置，中间层为在两块同极永久磁铁之间放置的导磁材料块形成的单一磁极磁铁。内层、中间层和外层的磁铁在径向交替布置，在径向形成两层磁场。轴向磁场是由中间单一磁极磁铁与放置在轴向两端的两个侧向磁铁组成，在轴向形成两个磁场。本发明设计的发电机工作时，线圈的两个主边切割两个径向磁场的磁力线，两个副边切割两个轴向磁场的磁力线。因此，线圈转动时四个边都切割磁力线，提高了发电效率，与通常2个工作边的发电机相比，可提高发电效率一倍左右。
Description
技术领域
本发明涉及一种四个工作边无铁芯新型发电机的磁场设计方法，属于发电机设计和制造技术领域。
背景技术
目前，国内外已经有很多关于发电机的报道，其中无铁芯发电机因为去掉了铁芯提高了发电效率。其中专利95105914.9涉及一种无铁芯激磁发电机，专利200810035783.1设计了一种无铁芯永磁同步直驱风力发电机 ，专利200910052838.4涉及一种Halbach无铁芯永磁直驱风力发电机 ，专利201010154369.X 涉及一种恒压无铁芯盘式风力发电机。但是这些发电机的线圈只有两个边切割磁力线是工作边，另外两个边为导通边没有切割磁力线，发电效率还有待进一步提高。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的上述不足，提供一种四个工作边无铁芯发电机的磁场设计方法，以便提高发电效率。
通过发电机制作实践表明，4个工作边的发电机磁场设计方法可行。
本发明提供的四个工作边无铁芯新型发电机的磁场设计的核心是通过N-S极的永久磁铁与导磁材料块形成单一磁极的磁铁，再用单一磁极的磁铁和永久磁铁同时在径向和轴向形成两层磁场结构，具体设计方法如下：
第1．单一磁极磁铁
在两块磁极方向沿环向的永久磁铁的两N极或两S极同极之间放置导磁材料块形成单一磁极的环形磁铁。
第2、径向磁场
在径向用三层磁铁形成两层磁场结构，磁铁分为内层、中间层和外层；内层和外层选用N-S极永久磁铁，磁极方向沿径向，磁铁在环向交替布置，中间层选用第一步构成的单一磁极的磁铁。具有单一磁极的磁铁在中间层的环向交替布置，在环向形成交替变化的N极或S极；内层、中间层和外层的磁铁按照磁极交替布置，在径向形成两层磁场结构，由内向外依次为S-N-S，或N-S-N。
第3、轴向磁场
在轴向用三层磁铁形成两层磁场结构，磁铁分为两端磁铁和中间磁铁，两端磁铁称为侧向磁铁，采用永久磁铁，中间磁铁采用由第1步构成的单一磁极的磁铁。两端磁铁与中间磁铁按照磁极交替布置，在轴向形成两个磁场，两个轴向磁场的磁极由一侧向另一侧依次为S-N-S，或N-S-N。
本发明的优点和有益效果：
1）利用发明的单一磁极磁铁与永久磁铁设计磁场结构，同时在径向和轴向形成两层磁场，可以保证线圈的4个边在转动时同时切割磁力线，成为工作边，进一步提高了发电效率；与通常的2个工作边发电机相比，提高发电效率一倍左右。
2）去掉了导磁铁芯，发电时只有线圈旋转。
附图说明
图1为中间层磁极的单一磁极的环形磁铁结构示意图。
图2为径向磁场结构分布示意图，内层、外层磁极采用永久磁铁。
图3为轴向磁场结构分布立体示意图，侧磁采用永久磁铁。
图4为四个工作边无铁芯发电机的磁场-线圈结构示意图。
图中，1为中间层磁极中的永久磁铁，磁极沿环向，2为导磁材料块，3为外层永久磁铁，磁极沿径向，4为内层永久磁铁，磁极沿径向，5为侧向永久磁铁，磁极沿轴向，6为线圈，7为轴。
具体实施方式
如图所示，本发明提供的四个工作边无铁芯新型发电机的磁场由单一磁极磁铁、径向磁场和轴向磁场构成，具体设计方法如下：
第1．单一磁极磁铁（参见图1）
在两块磁极方向沿环向的永久磁铁的两N极或两S极同极之间放置导磁材料块形成单一磁极的环形磁铁。
第2、径向磁场（参见图1和图2）
在径向用三层磁铁形成两层磁场结构，磁极分为内层、中间层和外层；内层和外层选用N-S极永久磁铁4和3，磁极方向沿径向，磁铁在环向交替布置；中间层采用第1步单一磁极中的磁铁2（即导磁材料块），具有单一磁极的磁铁在中间层交替布置形成交替变化的N极或S极，单一磁极磁铁的具体结构参见图1。
内层、中间层和外层的磁铁沿径向交替布置，在径向形成两层磁场结构，由内向外依次为S-N-S，或N-S-N。
第3、轴向磁场（参见图3）
由第1步构成单一磁极的中间层磁铁2（即导磁材料块）和放置在其轴向两端的两个侧向永久磁铁5组成两个轴向磁场，两个侧向永久磁铁5的磁极与邻近的单一磁极磁铁的极性相反。两个侧向永久磁铁5和中间的单一磁极磁铁2在轴向形成两个磁场，两个轴向磁场的磁极由一侧向另一侧依次为S-N-S，或N-S-N。
工作原理
本发明提供的四个工作边无铁芯新型发电机的工作原理如图4所示，线圈转动时，线圈的两个主边切割两个径向磁场的磁力线，两个副边切割两个轴向磁场的磁力线。因此，线圈转动时四个边都切割磁力线。
Claims (2)
1.一种四个工作边无铁芯发电机的磁场设计方法，其特征在于，包括单一磁极磁铁、径向磁场和轴向磁场，具体设计方法如下：
第1．单一磁极磁铁
在两块磁极方向沿环向的永久磁铁的两N极或两S极同极之间放置导磁材料块形成单一磁极的磁铁；单一磁极磁铁在环向交替布置，形成交替变化的N极和S极；
第2、径向磁场
在径向用三层磁铁形成两层磁场结构，三层磁铁分为内层、中间层和外层；内层和外层选用N-S极永久磁铁，磁极方向沿径向，磁铁在环向交替布置，中间层选用第1步构成的单一磁极的磁铁；具有单一磁极的磁铁在中间层的环向交替布置，在环向形成交替变化的N极或S极；内层、中间层和外层的磁铁按照磁极交替布置，在径向形成两层磁场结构，由内向外依次为S-N-S，或N-S-N，保证线圈在绕轴线转动时两个轴向边切割磁力线；
第3、轴向磁场
在轴向用三层磁铁形成两层磁场结构，三层磁铁分为两端磁铁和中间磁铁，两端磁铁称为侧向磁铁，采用永久磁铁，中间磁铁采用由第1步构成的单一磁极的磁铁；两端磁铁与中间磁铁按照磁极交替布置，在轴向形成两个磁场，两个轴向磁场的磁极由一侧向另一侧依次为S-N-S，或N-S-N，保证线圈在绕轴线转动时两个径向边切割磁力线。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于构成中间层的单一磁极磁铁是由环向间隔放置的永久磁铁和导磁材料块构成的环形磁铁，且与导磁材料块紧邻的两块永久磁铁的极性相同。
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