CN102983707A - 电动发电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电动发电机，其中，在用于发电机的电磁铁之间设置空气线圈，且可无负载地产生电力并充电到电池中，由此可节省电力。电动发电机包括：设置在电动机侧中第一圆盘(21)上的第一永磁铁(7)，多个用于电动机的电磁铁(8)，设置在发电机侧中第二圆盘上的第二永磁铁(8)，多个用于发电机的电磁铁(9)，以及将直流电供应到用于电动机的电磁铁、以旋转第一圆盘(21)的电池(13)。空气线圈(15)设置在用于发电机的电磁铁(9)之间，且从空气线圈(15)产生的电力的一部分充电在电池中。

Description

电动发电机

技术领域

本发明涉及电动发电机，该电动发电机将直流电供应到用于电动机的电磁铁并包括通过旋转其中设有永磁铁的圆盘而产生交流电的交流电源输出线圈。

背景技术

通常，其中通过旋转电动机而产生电力的电动发电机和电动机以及发电机联接在同一轴上。

此外，本申请的发明人发明了包括交流电压输出线圈的单向通电无刷直流电动机，且该无刷直流电动机同时具有可获得连续电动势的发电功能(见专利文献1)。专利文献1的单向通电无刷直流电动机中，用于在旋转其中设有多个永磁铁的圆盘的同时馈送直流电的电动机的电磁铁和用于由于设置在旋转圆盘上的多个永磁铁的运动而产生感应电动势的发电机的电磁铁固定在同一框架上，由此电动机和发电机组合在单个本体上，旋转圆盘通过用于电动机的电磁铁旋转。由此，其上设有多个永磁铁的圆盘可通过供应有直流电的电磁铁旋转，从而从交流电压输出线圈获得连续的电动势。

专利文献1：日本专利公开第4569833号。

发明内容

发明所解决的问题

但是，专利文献1中，由于圆盘可通过产生脉冲电和永磁铁与用于电动机的电磁铁之间的吸力而旋转，由于电流的应用而消耗了一定数量的电力。因此，要求限制电力消耗。

考虑到前文，本发明的目标是提供一种电动发电机，其中在用于发电机的电磁铁之间设置空气线圈，且可无负载地产生电力并充电到电池中，由此可节省电力。

解决问题的方式

为实现上述目的，一种电动发电机，包括：第一框架；第一圆盘，所述第一圆盘通过旋转轴线可旋转地附连到所述第一框架；第二框架；第二圆盘，所述第二圆盘通过旋转轴线可旋转地附连到所述第二框架；多个第一永磁铁，所述多个第一永磁铁围绕所述第一圆盘以等间隔设置在所述第一圆盘上，磁极形成在第一永磁铁的表面和后侧中；多个板状、宽宽度第二永磁铁，所述多个第二永磁铁围绕所述第二圆盘以等间隔设置在所述第二圆盘上，磁极形成在所述第二永磁铁的表面和后侧中；多个用于电动机的电磁铁，所述多个用于电动机的电磁铁具有第一磁芯和第一线圈，所述第一磁芯随着所述多个第一永磁铁固定到所述第一框架，所述第一线圈围绕每个所述第一磁芯缠绕；电池，所述电池将直流电供应到所述第一线圈以旋转所述第一圆盘；多个用于发电机的电磁铁，所述多个用于发电机的电磁铁具有第二磁芯和第二线圈，所述第二磁芯随着所述多个第二永磁铁固定到所述第二框架，所述第二线圈围绕所述第二磁芯缠绕，其中，所述第一圆盘通过作用在所述多个第二永磁铁上的来自所述用于电动机的电磁铁的磁力而旋转，且所述用于发电机的电磁铁通过围绕所述第二线圈的磁场变化而产生感应电动势，所述磁场变化由于设置在通过旋转轴线旋转的第二圆盘上的所述多个第二永磁铁的运动而产生；以及多个空气线圈，所述多个空气线圈设置在所述多个用于发电机的电磁铁之间；其中：所述第一永磁铁放置成使得由穿过所述第一圆盘中心和所述第一永磁铁中心的直线与在所述第一永磁铁的磁极平面中心的垂直线形成的角度范围大于0°且小于60°，由此，当恒定直流电流持续供应到所述第一线圈时，沿反向旋转的第一圆盘的旋转角度范围变窄、而转矩值大的大值窄角度转矩和圆盘沿正向旋转的所述第一圆盘的旋转角度范围被扩大、而转矩值小的小值宽角度转矩产生在所述第一永磁铁的旋转角度与电磁转矩的特征曲线中，所述电磁转矩由所述第一线圈的电流和所述第一永磁铁产生，所述第一永磁铁的旋转角度是相对于基于第一磁芯的稳定平衡运行状态中的第一永磁铁测量的，起动转矩在稳定平衡运行状态中变为零，所述起动转矩通过在没有电力馈送到所述第一线圈期间所述第一磁芯与所述永磁铁之间的磁吸力而产生，且当产生大值窄角度转矩时、或当产生小值宽角度转矩时，执行将电力从电池馈送到所述第一线圈，以及至少一部分感应电动势充电到所述电池，所述感应电动势通过所述第二永磁铁随着所述第二圆盘的旋转的运动而在空气线圈中产生。

根据权利要求2的电动发电机是为提供所述电动发电机，其中，所述第二永磁铁固定成使得穿过所述第二圆盘的中心和所述第二永磁铁的中心的直线与垂直于所述第二永磁铁的磁面中心的直线处的角度设为0°。

根据权利要求3的电动发电机是为提供所述电动发电机，其中，两个第一圆盘和两个第二圆盘分别固定到所述旋转轴线，设置在一个第一圆盘中的第一永磁铁的极性与设置在另一个第一圆盘中的第一永磁铁的极性彼此相反，设置在一个第二圆盘中的第二永磁铁的极性与设置在另一个第二圆盘中的第二永磁铁的极性彼此相反，第一磁芯被连接成使得所述第一磁芯的一端相应于设置在一个第一圆盘中的第一永磁铁，而所述第一磁芯的另一端相应于设置在另一个第一圆盘中的第一永磁铁，以及第二磁芯被连接成使得所述第二磁芯的一端相应于设置在一个第二圆盘中的第二永磁铁，而所述第二磁芯的另一端相应于设置在另一个第二圆盘中的第二永磁铁。

根据权利要求4的电动发电机是为提供所述电动发电机，其中，所述第一框架、所述第二框架、所述第一圆盘和所述第二圆盘由非金属材料制成。

发明效果

根据权利要求1的发明由于空气线圈设置在用于发电机的电磁铁之间，且感应电动势可充入将电力供应到用于电动机的电磁铁的电池中，因此可在应用电流的同时限制电池消耗的电力。此外，由于使用空气线圈，相对于常规线圈，可有效地获取电力而无任何阻抗或负载。

此外，在产生大值窄角度转矩时，当电力被供应到第一线圈时，可用小电力获得大转矩。在产生小值宽角度转矩时，当电源被供应到第一线圈时，可增加馈送时间。因此，即使在电流穿过第一线圈中需要增加和减少的时间由于包括第一磁芯和第一线圈的电磁铁的自感应而加长，也可增加穿过第一线圈的电流。

根据权利要求2的发明由于板状第二永磁铁固定成使得穿过第二圆盘的中心和第二永磁铁的中心的直线与垂直于第二永磁铁的磁面中心的直线处的角度设为0°，所以通过用于发电机的电磁铁和空气线圈产生的电源的时间可加长。

根据权利要求3的发明电动发电机具有两个第一圆盘，设置在一个第一圆盘中的第一永磁铁的极性与设置在另一个第一圆盘中的第一永磁铁的极性彼此相反，第一磁芯被连接成使得第一磁芯的一端相应于设置在一个第一圆盘中的第一永磁铁，而第一磁芯的另一端相应于设置在另一个第一圆盘中的第一永磁铁。因此，在第一磁芯的两个端部上产生的磁力都可用于所述第一圆盘的旋转，可加强电能到动能的能量转换。

根据权利要求4的发明由于第一框架、第二框架、第一圆盘和第二圆盘由非金属材料制成，可减少芯损失，可加强电能到动能的能量转换。

附图简要说明

图1是示出本发明的电动发电机的结构的平面图。

图2是示出沿图1的电动发电机的线A-A截取的剖切状态的示意图。

图3是示出沿图1的电动发电机的线B-B截取的剖切状态的示意图。

图4是示出当电力没被供应到用于电动机的电磁铁时θ-T特征的示意图。

图5是示出当恒定直流电流被供应到用于电动机的电磁铁时θ-T特征的示意图。

图6是当利用小值宽角度转矩时，在没有电力馈送到用于电动机的电磁铁期间，在稳定平衡运行状态中以直线方式示出的第一永磁铁、用于电动机的电磁铁、位置检测圆盘的涂颜色区域和透明区域、以及位置检测传感器之间的位置关系的示意图。

图7是设置在涂颜色区域中的透明窗区域R的示意图。

图8是当利用大值窄角度转矩时，在没有电力馈送到用于电动机的电磁铁期间，在稳定平衡运行状态中以直线方式示出的第一永磁铁、用于电动机的电磁铁、位置检测圆盘的涂颜色区域和透明区域、以及位置检测传感器之间的位置关系的示意图。

具体实施方式

下面将参照附图描述本发明的电动发电机1。如图1至3所示，本发明的电动发电机1包括第一旋转本体2、支承所述第一旋转本体2的第一框架3、第二旋转本体4以及支承所述第二旋转本体4的第二框架5。

第一旋转本体2具有其中两个第一圆盘21和22、一个圆盘23、以及一个位置检测圆盘24以预定间隔固定到轴6，同时在其之间插入垫圈60的结构，轴6构成旋转轴线。每个第一圆盘21和22的表面之一中，在第一圆盘21和22的外周以等间隔设置四个第一永磁铁7和7a。另一方面，第一框架3中，用于电动机的四个电磁铁8通过对应四组第一永磁铁7的第一支承件3a固定，每组第一永磁铁包括两个第一永磁铁7。用于电动机的电磁铁8的一个磁极相应于第一圆盘21的第一永磁铁7(两组第一永磁铁7中一组，其中，一组包括两个第一永磁铁7)，而用于电动机的电磁铁8的另一磁极相应于第一圆盘22的永磁铁7a(另一组第一永磁铁7，其中，一组包括两个第一永磁铁7)。

第一永磁铁7形成为板形，其中，磁极形成在表面和后侧，且具体来说，第一永磁铁7是诸如钕磁铁的稀土磁铁。其中N极和S极形成在表面和后侧的第一永磁铁7的使用扩展到每个磁极平面，这使得电动机的旋转本体2的旋转转矩加强。

如图1所示，第一永磁铁7和7a嵌入第一圆盘21和22几个毫米。对于将第一永磁铁7和7a固定到第一圆盘21和22的方法没有特别的限制，但是第一永磁铁7和7a可通过安装五金件适当地固定到第一圆盘21和22。

如图2所示，第一永磁铁7和7a固定成使得当从第一圆盘21和22的中心O观察时，角度α范围设置成0°＜α≤60°，角度α为从第一圆盘21和22(第一旋转本体2)的中心O穿到第一永磁铁7和7a的中心P的直线L1与沿第一永磁铁7和7a的磁极方向(即垂直于第一永磁铁7和7a的表面或后侧)的直线L2彼此交叉形成的。第一永磁铁7和7a中，沿第一圆盘21和22外部方向的磁极平面的极性与用于电动机的电磁铁8的相对于第一永磁铁7和7a的磁极的极性相同。

沿设置在第一圆盘21中的四个第一永磁铁7的每个的外部方向(或内部方向)的磁极平面的极性与沿设置在第一圆盘22中的四个第一永磁铁7a的每个的外部方向(或内部方向)的磁极平面的极性是相反的。具体来说，在设置在第一圆盘21中的第一永磁铁7中，N极的磁极平面朝向第一圆盘21的外部定向，且在设置在第一圆盘22中的第一永磁铁7a中，S极的磁极平面朝向第一圆盘22的外部定向。这是因为用于电动机的电磁铁8的两个磁极的极性彼此不同。用于电动机的电磁铁8的磁极之一相对于第一圆盘21的第一永磁铁7外部的磁极平面，而用于电动机的电磁铁8的另一磁极相对于第一圆盘22的第一永磁铁7a外部的磁极平面。因此，第一圆盘21的第一永磁铁7的相对于用于电动机的电磁铁8的磁极之一的磁极平面的极性与第一圆盘22的第一永磁铁7a的相对于用于电动机的电磁铁8的另一磁极的磁极平面的极性不同。两个第一圆盘21和22通过垫圈60重叠并固定，使得沿包括在第一圆盘21和22中的第一永磁铁7和7a的周向方向的位置变得彼此相同。因此，电动发电机1总体包括四组第一永磁铁7和7a，其中，一组包括两个永磁铁，即，总共八个第一永磁铁7和7a。另一方面，电动发电机1总体包括四个用于电动机的电磁铁8。

如上所述，通过垫圈60沿电动发电机1的轴向方向以此顺序固定一个第一圆盘21、另一第一圆盘22、以及圆盘23。位置检测圆盘24固定到中心第一圆盘22使得与第一圆盘22同轴。位置检测圆盘24用于检测第一永磁铁7和7a的旋转位置(旋转角度)。位置检测圆盘24具有稍微大于第一圆盘21和22以及圆盘23的直径的直径，且位置检测圆盘24由透明合成树脂制成。从位置检测圆盘24的圆盘22的外周边缘突出的大直径部分的预定区域包括被变黑以指定第一永磁铁7和7a的旋转位置的标记。位置检测传感器10通过支承件10a附连到第一框架3。位置检测传感器10检测位置检测圆盘24的涂颜色区域(标记)以指定第一永磁铁7和7a的旋转位置(旋转角度)。由此，通过指定第一永磁铁7和7a的旋转位置(旋转角度)确定用于电动机的电磁铁8的供电时间。第一框架3、支承件3a、垫圈60、以及支承件10a由诸如合成树脂的非金属材料制成。

第一圆盘21和22、圆盘23、以及位置检测圆盘24的中心被轴6穿通，且轴6、第一圆盘21和22、圆盘23、以及位置检测圆盘24被固定并作为第一旋转本体2整体旋转。如图1所示，在第一旋转本体2的外周边缘部分中，粘结有膜11以覆盖第一圆盘21、第一圆盘22、以及圆盘23的整个外周边缘部分。第一旋转本体2中的空气被膜11密封。因此，当第一旋转本体2旋转时，由于内部空气与第一旋转本体2一起旋转，第一永磁铁7和7a不承受由旋转引起的空气阻抗。因此，可减少第一旋转本体2的空气阻抗以改善电动发电机1的旋转效率。膜11由对第一永磁铁7和7a与用于电动机的电磁铁8之间的电磁力的作用和反作用没有影响的材料制成。例如，较佳地，薄合成树脂膜用作膜11。

如图1和2所示，在用于电动机的电磁铁8中，绕大致U形磁芯80缠绕线圈81，即，集中绕组。用于电动机的电磁铁8中，具有不同极性的磁极通过电流穿过线圈81而形成在磁芯80的两端部。用于电动机的电磁铁8中，在磁芯80的两端处产生具有不同极性的磁极。用于电动机的电磁铁8的相应线圈81串联、并联、或串并联地共同连接，且直流电源通过来自控制电路12的指令将电力供应到两个端子。

如图1和2所示，用于电动机的电磁铁8对应于第一永磁铁7和7a组，其中，一组包括两个永磁铁且两个磁极以两级设置在第一圆盘21和22中，且用于电动机的电磁铁8以预定间隙长度布置。如上所述，用于电动机的电磁铁8的磁极的极性和第一永磁铁7的相对于用于电动机的电磁铁8的每个磁极的磁极平面的极性彼此相同，且在第一圆盘21与第二圆盘22之间，设置在第一圆盘21的第一永磁铁7的磁极平面的极性和设置在第一圆盘22中的第一永磁铁7a的极性相反。电动发电机1中，第一旋转本体2具有两级构造，其中设有固定到第一圆盘21的第一永磁铁7和固定到第一圆盘22的第一永磁铁7a，用于电动机的电磁铁8形成U形，且两个磁极分别对应于两级第一永磁铁7和第一永磁铁7a。第一永磁铁7和第一永磁铁7a的磁通量都被利用以旋转第一旋转本体2，这使得能够提高电动发电机1的电能-机械能能量的转换效率。

用于电动机的电磁铁8固定到第一框架3，使得当从第一圆盘21的中心O的方向观察时，角度β变成0°＜β≤20°，角度β为连接第一圆盘21和22(第一旋转本体2)的中心O和用于电动机的电磁铁8的中心的直线(未示出)与用于电动机的电磁铁8的磁通量中心轴线(未示出)彼此交叉形成的。当β设置成该范围时，与β＝0的情形相比，得出θ-转矩特征(其将在下文中描述)的效果变化。图1和2示出β＝0的状态。

第一框架3具有作为轴线中心的轴6，且第一框架3可旋转地支承第一旋转本体2。用于电动机的电磁铁8和位置检测传感器10固定到第一框架3。如图1所示，第一框架3包括以预定间隔彼此相对联接的两个框架板30。两个框架板30中的每个具有大于第一旋转本体2的最大直径(即位置检测圆盘24的直径)的直径。虽然未示出，在支承每个框架板30的轴6的轴线的位置处设有轴承。

任何传感器都可用作位置检测传感器10，只要该传感器可检测与第一圆盘21一起旋转的位置检测圆盘24的位置(旋转角度)。例如，光电断路器可用作位置检测传感器10。位置检测传感器10连接到控制电路12，控制电路12将电力从电池(直流电源)13供应到用于电动机的电磁铁8的线圈81，且位置检测传感器10将对用于电动机的电磁铁8的线圈81进行馈电的计时提供到控制电路12。本实施例中的位置检测传感器10在检测透明区域的同时，将指示被检测的位置检测圆盘24的透明区域(不涂颜色(标记)的部分)的检测信号传递到控制电路12。在从位置检测传感器10接收到检测信号时，控制电路12将电池13的直流电供应到用于电动机的电磁铁8的线圈81。具体来说，例如，位置检测传感器10的光电断路器接收光电信号时，控制电路12打开开关(未示出)以执行到用于电动机的电磁铁8的线圈81的电力馈送，而光电断路器没接收光电信号时，控制电路12关闭开关以停止电力馈送。

涂颜色区域(标记)设置在从第一圆盘22的外周边缘突出的位置检测圆盘24的环状大直径部分中。在执行将电力馈送到用于电动机的电磁铁8的线圈81时，当位置检测传感器10通过调整涂颜色区域的位置来检测涂颜色区域时，可沿第一旋转本体2(第一圆盘21)的反转方向(图2中顺时针方向)产生转矩。位置检测传感器10检测涂颜色区域(标记)以停止向用于电动机的电磁铁8的线圈81馈送电力，这使得能够沿第一旋转本体2的反转方向产生转矩。虽然没有详细描述控制电路12，其中用于电动机的电磁铁8的线圈81的能量不被电阻消耗、而是能量再生成电源的电路类型优选用作电路12。例如，其中通常用在SRM(开关磁阻电动机)中的仅两个自灭弧构件的电路可用作电路12。

接下来，下文将参照附图描述本电动发电机的发电机侧。如图1和3所示，第二旋转本体4具有这样的结构，该结构中两个第二圆盘41和42以预定间隔可旋转地固定到轴6，当在两个第二圆盘之间插入垫圈60时，轴6是相同的旋转轴线。在第二圆盘41和42中每个的表面之一中，沿第二圆盘41和42的外周以等间隔设置四个第二永磁铁14和14a。另一方面，第二框架5中，用于发电机的四个电磁铁9通过对应四组第二永磁铁14的第二支承件5a固定，四组第二永磁铁中每组包括两个永磁铁14。用于发电机的电磁铁9的磁极之一对应于第二圆盘41的第二永磁铁14(两组永磁铁14中一组，其中一组包括两个第二永磁铁14)，而用于发电机的电磁铁9的另一磁极对应于另一个第二圆盘42的永磁铁14a(另一组永磁铁14，其中一组包括两个第一永磁铁14)。

第二永磁铁14形成为板状，其中磁极形成在表面和后侧中，第二永磁铁14的宽度大于第一永磁铁7的宽度。第二永磁铁7是诸如钕磁铁的稀土磁铁，如第一永磁铁7一样。其中N极和S极形成在表面和后侧中的第二永磁铁14的使用扩展到每个磁极平面，这使得能够延长发电机的发电时间。且，如图1所示，第二永磁铁14和14a嵌入第二圆盘41和42几个毫米。对于固定第二永磁铁7和7a的方法，没有特别的限制，但是，第二永磁铁14和14a可适当地通过安装五金件固定到第二圆盘41和42。

如图3所示，第二永磁铁14和14a固定成使得当从第二圆盘21和22的中心O观察时，角度范围设置成0°，该角度为从第二圆盘41和42(第二旋转本体4)的中心O穿到第二永磁铁14和14a的中心Q的直线L3与沿第二永磁铁14和14a的磁极方向(即垂直于第二永磁铁14和14a的表面或后侧)的直线L4彼此重叠形成的。由此，更延长发电时间。第二永磁铁14和14a中，沿第一圆盘41和42的外部方向的磁极平面的极性与相对于用于发电机的电磁铁9的第二永磁铁14和14a的磁极的极性相同。

沿设置在第二圆盘41中的四个第二永磁铁14的每个的外部方向(或内部方向)的磁极平面的极性和沿设置在第一圆盘42中的四个第二永磁铁14a的每个的外部方向(或内部方向)的磁极平面的极性是相反的。具体来说，在设置在第二圆盘41中的第二永磁铁14中，N极的磁极平面朝向的第二圆盘41的外部定向，且在设置在第二圆盘42中的第二永磁铁14a中，S极的磁极平面朝向第二圆盘42的外部定向。这是因为用于发电机的电磁铁9的两个磁极的极性彼此不同。用于发电机的电磁铁9的磁极之一相对于第一圆盘41的第二永磁铁14外部磁极平面，而用于发电机的电磁铁9的另一磁极相对于第一圆盘42的第二永磁铁14a外部磁极平面。因此，第二圆盘41的第二永磁铁14的相对于用于发电机的电磁铁9的磁极之一的磁极平面的极性与第二圆盘42的第二永磁铁14a的相对于用于发电机的电磁铁9的另一磁极的磁极平面的极性不同。两个第二圆盘41和42通过垫圈60重叠并固定，使得沿包括在第二圆盘41和42中的第二永磁铁14和14a的周向方向的位置彼此相同。因此，电动发电机1的发电机侧整体包括四组第二永磁铁14和14a，其中，一组包括两个永磁铁，即，总共八个第二永磁铁14和14a。另一方面，电动发电机1的发电机侧总体包括四个用于发电机的电磁铁9。

第二圆盘41和42以及圆盘43的中心被轴6穿通，且轴6、第二圆盘41和42以及圆盘43被固定并作为第二旋转本体4整体旋转。由于第二旋转本体4固定到与第一旋转本体2相同的轴6，第二旋转本体4随着第一旋转本体2的旋转而旋转。如图1所示，在第二旋转本体4的外周边缘部分中，粘结有膜11以覆盖第二圆盘41、第二圆盘42、以及圆盘43的整个外周边缘部分。第二旋转本体4中的空气被膜11密封。因此，当第二旋转本体4旋转时，由于内部空气与第二旋转本体4一起旋转，第二永磁铁14和14a不承受由旋转导致的空气阻抗。因此，可减少第二旋转本体4的空气阻抗以提高电动发电机1的发电机侧的旋转效率。

用于电动机的电磁铁9中，绕大致U形磁芯90缠绕线圈91，即，如用于电动机的电磁铁8中的集中绕组。用于发电机的电磁铁9对应于第二永磁铁14和14a组，其中磁芯90的相应端部以两级设置在第二圆盘41和42中，且用于发电机的电磁铁9以预定间隙长度布置。用于发电机的电磁铁9中，围绕包括磁芯90的线圈91的磁场随着第二永磁铁14和14a的通过第二旋转本体旋转的运动而变化。因此，通过电磁感应，在线圈91的两端处都产生感应电动势。即，线圈91是交流电压输出线圈。用于发电机的电磁铁9的相应线圈91串联、并联、或串并联地适当连接，并构成要连接到交流灯、交流电动机或其他各种不同的交流耗电设备的单相线圈或多相线圈。此外，交流电压可整流成要连接到直流耗电设备的直流电压。

如图1和3所示，电动发电机1的发电机侧中，相应于以两级设置在两个第二圆盘41和42中的第二永磁铁14和14a组，在用于电动机的四个电磁铁9之间以预定间隙长度设置有相应的两个空气线圈15。虽然在图1中没有用于解释的详细描述，这些空气线圈15如用于发电机的电磁铁9一样固定在第二支承件5a中。

空气线圈15中，围绕空气线圈15的磁场随着第二永磁铁14和14a的通过第二旋转本体旋转的运动而变化，且通过电磁感应产生感应电动势。感应电动势的一部分，例如，通过将交流电整流成直流电的整流器(未示出)充入电池13。由此，可限制由将直流电供应到用于电动机的电磁铁9的电池13消耗的电力。此外，由于使用空气线圈15而不是常规的线圈，由于没有阻抗，因此可有效地产生电力而无负载。而且，不用于给电池13充电的电力例如用于各种不同的交流耗电设备，诸如交流电灯，交流电动机等。

下面描述根据本发明的电动发电机1的起动。如上所述(见图3)，第一永磁铁7和7a中，当从第一圆盘21和22的中心O观察时，角度α范围设置成0°＜α＜60°，角度α为穿过第一圆盘21和22(第一旋转本体2)的中心O和第一永磁铁7和7a的中心P的直线L1与沿第一永磁铁7和7a的磁极方向(即垂直于第一永磁铁7和7a的表面或后侧)的直线L2彼此交叉形成的。当第一永磁铁7和7a的倾斜度设置成如上所述时，获得图4的θ-T特征。此时，θ是当沿第一旋转本体2(第一圆盘21和22)的正向旋转方向(图3中的逆时针方向)测量时，从用于电动机8的中心到第一永磁铁7和7a的中心的机械角度，而T是起动转矩(齿槽转矩)，起动转矩是在没有执行将电力馈送到用于电动机的电磁铁8的线圈81时，通过磁芯80与第一永磁铁7和7a之间的吸力沿正向旋转方向产生的转矩。如可从图4中看到的，在θ＝0°的状态中，即，在第一永磁铁7的中心位于用于电动机的电磁铁8的中心前部的状态，起动转矩变为零，且起动转矩是0的状态是其中第一圆盘21停止的稳定平衡点。

另一方面，假设T是沿第一圆盘21的正向旋转方向的电磁转矩，在使用直流电源(电池)13将例如1.90A的直流电流供应到用于电动机的电磁铁8的线圈81时，该电磁转矩在用于电动机的电磁铁8与第一永磁铁7之间产生，获得图5所示的θ-T特征。当供应到用于电动机的电磁铁8的电流变化时，稳定平衡点和不稳定平衡点被改变。稳定平衡点和不稳定平衡点意思分别是其中第一永磁铁7和7a相对于用于电动机的电磁铁8位于稳定平衡状态的一个位置(点)，和其中第一永磁铁7和7a位于不稳定平衡状态的一个位置(点)。稳定平衡状态和不稳定平衡状态中，平衡都建立在用于电动机的电磁铁8和第一永磁铁7的吸力与排斥力之间。稳定平衡状态中，即使第一圆盘21沿任何方向旋转，也通过用于电动机的电磁铁8和第一永磁铁7的磁力沿与旋转方向相反的方向施加力，且第一圆盘21返回稳定平衡状态。另一方面，不稳定平衡状态中，当第一圆盘21沿任何方向旋转时，通过用于电动机的电磁铁8和第一永磁铁7的磁力沿第一圆盘21的旋转方向施加力，且第一圆盘21不返回到不稳定平衡状态。

如图5所示，稳定平衡点位于θ＝-20°、θ＝70°，而不稳定平衡点位于θ＝-80°、θ＝10°。在30°角度宽度处，电磁转矩T变为负数，而在角度宽度60°处，电磁转矩T变为正数。由于电磁转矩T的平均值变为零，如图5所示，在电磁转矩T变成负数的部分中，角度宽度变窄而电磁转矩T的绝对值增加。下文中，在电磁转矩T变成负数的部分中，电磁转矩T被称为“大值窄角度转矩”。另一方面，在电磁转矩T变成正数的部分中，角度宽度扩展而电磁转矩T的绝对值减小。下文中，在电磁转矩T变成正数的部分中，电磁转矩T被称为“小值宽角度转矩”。

下面讨论小值宽角度转矩的利用。图6是在没有电力馈送到用于电动机的电磁铁8期间，在稳定平衡状态中(即，在起动转矩变为零而第一圆盘21和22停止的状态中)，以直线方式排列的第一永磁铁7、用于电动机的电磁铁8、位置检测圆盘24的涂颜色区域和透明区域、以及位置检测传感器10之间的位置关系。图6中，角度β是在用于电动机的电磁铁8的前面设成0°时压在诸如第一框架3的定子上的角度，而第一旋转本体2(第一圆盘21和22)的转子的正向旋转设置成正方向。正向旋转区域和反向旋转区域相对于用于电动机的电磁铁8即，角度β固定。正向旋转区域中，当第一永磁铁7和7a根据第一圆盘21和22的旋转而运动并位于正向旋转区域中时，在第一圆盘21和22中，沿正向旋转方向产生电磁转矩T。即，图6的正向旋转区域相应于图5中产生“小值宽角度转矩”的θ角度范围。反向旋转区域中，当第一永磁铁7和7a根据第一圆盘21和22的旋转而运动并位于反向旋转区域中时，在第一圆盘21和22中，沿反向旋转方向产生电磁转矩T。即，图6的反向旋转区域相应于图5中产生“大值窄角度转矩”的θ角度范围。图6的左方向是第一圆盘21的正向旋转方向，当第一永磁铁7向左运动时，位置检测圆盘24的涂颜色区域和透明区域向左运动。正向旋转区域的角度宽度和透明区域的角度宽度都设成60°，而反向旋转区域的角度宽度和涂颜色区域的角度宽度都设成30°。正向旋转区域和反向旋转区域以及透明区域和涂颜色区域是连续的，正向旋转区域与透明区域以30°间隔存在，而反向旋转区域与涂颜色区域以60°间隔存在。位置检测圆盘24和位置检测传感器10设置成使得当第一永磁铁7和7a位于反向旋转区域中时，位置传感器10位于涂颜色区域中，并使得当第一永磁铁7和7a位于正向旋转区域中时，位置检测传感器10位于透明区域中。图6实施例中，位置检测传感器10位于β＝50°。

如图6所示，在没有执行将电力馈送到用于电动机的电磁铁8的稳定平衡状态中，第一永磁铁7位于反向旋转区域中，且位置检测圆盘24的位置检测传感器10执行感应涂颜色区域。因为位置检测传感器10将检测信号传递到控制电路12，控制电路12不将电力从电池供应到用于电动机的电磁铁8。因此，需要某种类型的想法以旋转第一圆盘21来从其中没有执行将电力馈送到用于电动机的电磁铁8的稳定状态起动电动发电机1。用于起动电动发电机1的想法粗略分成用于在没有电力馈送到正向旋转区域过程中移动稳定平衡点的第一方法，以及在起动中，用于暂时且强制地将第一永磁铁7移动到正向旋转区域的第二方法。

用于在没有电力馈送到正向旋转区域期间移动稳定平衡点的第一方法中，用于电动机的电磁铁8相对于第一永磁铁7和7a放置成使得在由于没有将电力供应到用于电动机的电磁铁8的线圈81，而在具有零起动转矩的稳定平衡状态中停止第一圆盘21和22中，用于电动机的电磁铁8与第一永磁铁7之间的位置关系变成这样的关系：即其中，在起动将电力供应到用于电动机的电磁铁8的线圈81中，沿第一圆盘21和22的正方向的转矩仅以第一圆盘21和22的预定旋转角度持续地产生。即，起动转矩(θ-T特征)通过从目前位置(即其中，用于电动机的电磁铁8与用于电动机的电磁铁8以90°分开，由此第一电磁铁7和7a位于稳定平衡状态中的正向旋转区域的位置)移动用于电动机的电磁铁8(8a)而改变。当第一永磁铁7和7a位于正向旋转区域中，因为位置检测传感器10的感应位置在透明区域中，开始电力馈送以起动第一圆盘21和22(即，电动发电机1的电动机侧)，使得电动发电机1能够正向旋转。

例如，起动转矩(θ-T特征)改变成使得临近用于电动机的电磁铁8的第一永磁铁7以β＝11°位于稳定平衡状态中。此时，如图6所示，第一永磁铁7和7a包括在正向旋转区域中，而位置检测传感器10的感应位置包括在透明区域中。正向旋转区域沿第一圆盘21的正向旋转方向在70°-11°＝59°的范围上存在，且透明区域也在59°范围上存在。因此，当第一圆盘21和22转过59°时，执行将电力源馈送到用于电动机的电磁铁8，且第一圆盘21和22正向旋转。当第一圆盘21和22的旋转角度达到60°变成β＝71°时，第一永磁铁7和7a包括在反向旋转区域中。但是，因为位置检测传感器10的感应位置也包括在涂颜色区域中，所以停止将电力馈送到用于电动机的电磁铁8。因此，由用于电动机的电磁铁8产生的电磁转矩T变成零，且出现起动转矩T。在反向旋转区域中，起动转矩T大致具有正值，而惯性力矩存在于第一圆盘21和22，由此继续第一圆盘21和22的正向旋转。当第一永磁铁7和7a穿过具有30°角度宽度的反向旋转区域时，第一永磁铁7和7a再次进入具有60°角度宽度的正向旋转区域，由此继续第一圆盘21和22的正向旋转。在起动转矩T的稳定平衡状态中，其中没有执行将电力馈送到用于电动机的电磁铁8，为了使临近用于电动机的电磁铁8的第一永磁铁7和7a位于β＝11°，需要两个电磁铁8沿第一圆盘21和22的正向旋转方向移动22°。因此，需要将用于电动机的电磁铁8从β＝90°的位置移到β＝112°的位置。不管怎样，当设置用于电动机的两个电磁铁8和用于电动机的两个电磁铁8(8a)时，β＝112°变成合适的位置。

另一方面，在起动中用于暂时且强制地将第一永磁铁7移动到正向旋转区域的第二方法包括：不管是否用位置检测传感器10检测涂颜色区域，用于暂时地执行将电力馈送到用于电动机的电磁铁8的方法(2-1)；以及用于在涂颜色区域中提供窄透明区域的方法(2-2)。

不管是否用位置检测传感器10检测涂颜色区域，用于暂时地执行将电力馈送到用于电动机的电磁铁8的方法(2-1)，例如，通过增加控制电路(未示出)到电路12来实现，电路12将直流电源的电力供应到用于电动机的电磁铁8。当按压按钮B(未示出)时，电路12a将直流电源的电力供应到用于电动机的电磁铁8仅一预定期间。更具体来说，在电动发电机1的起动中，通过按压按钮B来执行将电力馈送到用于电动机的电磁铁8，停止在图6中的稳定平衡状态中的第一圆盘21和22(第一永磁铁7和7a)暂时沿反方向旋转，位于反向旋转区域中的第一永磁铁7和7a移到到正向旋转区域，且第一圆盘21和22在正向旋转区域中的变成正向旋转，而第一永磁铁7和7a沿反向旋转方向不直接到达反向旋转区域。即，当按压按钮B时，第一圆盘21和22反向旋转，第一永磁铁7和7a到达正向旋转区域，且执行将电力馈送到用于电动机的电磁铁8一期间(旋转角度)，该期间是在第一永磁铁7和7a在正向旋转区域时，第一圆盘21和22变成正向旋转所需要的期间。

用于在涂颜色区域中提供窄透明区域的方法(2-2)中，在其中第一圆盘21停止在具有起动转矩T而没有将电力供应到用于电动机的电磁铁8的线圈81的稳定平衡状态的状态中，具有预定宽度的透明区域设置在传感器10的感应位置中的位置检测圆盘24中。即，如图7所示，具有预定角度宽度的透明窗区域R设置在具有角度宽度为30°的涂颜色区域中。透明窗区域R具有沿第一圆盘22(位置检测圆盘24)的正向旋转方向的、从位置检测传感器10的中心感应位置开始的宽度。因为透明窗区域R位于位置检测传感器10的感应位置，当运行控制电路12时，立即执行将电力馈送到用于电动机的电磁铁8的线圈81一定期间(旋转角度)。如上所述，通过执行将电力馈送到用于电动机的电磁铁8，第一圆盘21和22(第一永磁铁7和7a)沿反方向旋转，位于反向旋转区域的第一永磁铁7和7a移到到正向旋转区域，且在第一永磁铁7和7a没沿反向旋转方向到达反向旋转区域时，在正向旋转区域中，第一圆盘21变成正向旋转。因此，透明窗区域R具有其中执行将电力馈送到用于电动机的电磁铁8一所需期间的角度宽度。在所需期间中，第一圆盘21和22反向旋转，第一永磁铁7和7a到达正向旋转区域，且在第一永磁铁7和7a存在于正向旋转区域时，第一圆盘21和22变成正向旋转。在平常的旋转过程中，由于位置检测传感器10的不良瞬态特征，没有检测到透明窗口区域R且不产生控制操作。

下面将讨论大值窄角度转矩的利用。此时，当透明区域变成图6中的涂颜色区域时，需要将位置检测圆盘24的涂颜色区域变成透明区域，图6示出利用小值宽角度转矩的位置检测圆盘24和位置检测传感器10的设定。图8示出其中已经完成改变的状态。图8示出在没有电力馈送到用于电动机的电磁铁8的过程中的稳定平衡状态(即，其中起动转矩变为零而第一圆盘21和22停止的状态)。如图8所示，第一永磁铁7和7a存在于反向旋转区域，且位置检测传感器10存在于透明区域。因此，位置检测传感器10将检测信号传递到控制电路12，且控制电路12将电力从电池13供应到用于电动机的电磁铁8，由此沿反向旋转方向旋转电动发电机1。当利用大值窄角度转矩时，不需要用于起动电动发电机1的特别想法。但是，当用于电动机的电磁铁8(8a)从固定位置稍微移动时，必须注意在没有电力馈送的过程中，第一永磁铁7和7a不移动到稳定平衡状态中的反向旋转区域的外部。

根据如上所述的本发明的电动发电机1，在第一旋转本体2用作电动机时，在发电机侧的第二旋转本体4(第二圆盘41和42)通过在电动机侧中的第一旋转本体2(第一圆盘21和22)的旋转而旋转。由此，根据分别设置在第二圆盘41和42中的第二永磁铁14和14a的运动，通过绕安装在发电机侧的电磁铁9和空气线圈15的磁场变化，用电池感应产生感应电动势。根据本发明的电动发电机1，由用于发电机的电磁铁9产生的电力可用于交流耗电设备，而由空气线圈产生的电力的一部分充电在电池中。

本发明的实施例中，在该实施例中使用用于电动机的四个电磁铁8和用于发电机的四个电磁铁9，电磁铁的数量不受限制，而是可适当地变化。但是，较佳地，用于电动机的电磁铁8的数量或用于发电机的电磁铁9的数量确定成使得在用于电动机的相邻的电磁铁8之间，或用于发电机的电磁铁9之间不产生电磁耦合。且，在上述实施例中，以两级设置两个第一圆盘21和22以及两个第二圆盘41和42，可在一级中设置第一圆盘21和第二圆盘41。但是，较佳的是两级构造以加强电动发电机1作为电动机的能量效率。

本实施例中，在电磁转矩T变成图5中的正值时，即产生小值宽角度转矩时，执行将电力馈送到用于电动机的电磁铁8的线圈81。但是，本发明不限于本实施例，例如，在电磁转矩T变成负值时，即产生大值窄角度转矩时，可执行将电力馈送到用于电动机的电磁铁8的线圈81。

虽然已经为说明目的描述了本发明的较佳实施方式，本领域的技术人员将理解各种变型、添加以及替换是可能的，而不脱离所附权利要求书中所公开的本发明的范围和精神。

工业应用性

例如，本发明可应用到可将直流电有效地转换成用于家用器具的交流电的电动发电机。

Claims (4)

1.一种电动发电机，包括：

第一框架；

第一圆盘，所述第一圆盘通过旋转轴线可旋转地附连到所述第一框架；

第二框架；

第二圆盘，所述第二圆盘通过所述旋转轴线可旋转地附连到所述第二框架；

多个第一永磁铁，所述多个第一永磁铁围绕所述第一圆盘以等间隔设置在所述第一圆盘上，磁极形成在所述第一永磁铁的表面和后侧中；

多个板状、宽宽度第二永磁铁，所述多个第二永磁铁围绕所述第二圆盘以等间隔设置在所述第二圆盘上，磁极形成在所述第二永磁铁的表面和后侧中；

多个用于电动机的电磁铁，所述多个用于电动机的电磁铁具有第一磁芯和第一线圈，所述第一磁芯随着所述多个第一永磁铁固定到所述第一框架，所述第一线圈围绕每个所述第一磁芯缠绕；

电池，所述电池将直流电供应到所述第一线圈以旋转所述第一圆盘；

多个用于发电机的电磁铁，所述多个用于发电机的电磁铁具有第二磁芯和第二线圈，所述第二磁芯随着所述多个第二永磁铁固定到所述第二框架，所述第二线圈围绕所述第二磁芯缠绕，其中，所述第一圆盘通过作用在所述多个第二永磁铁上的来自所述用于电动机的电磁铁的磁力而旋转，且所述用于发电机的电磁铁通过围绕所述第二线圈的磁场的变化而产生感应电动势，所述磁场变化由于设置在通过旋转轴线旋转的第二圆盘上的所述多个第二永磁铁的运动而产生；

多个空气线圈，所述多个空气线圈设置在所述多个用于发电机的电磁铁之间；

其特征在于：

所述第一永磁铁放置成使得由穿过所述第一圆盘中心和所述第一永磁铁中心的直线与在所述第一永磁铁的磁极平面中心的垂直线形成的角度范围大于0°且小于60°，由此，当恒定直流电流持续供应到所述第一线圈时，沿反向旋转的第一圆盘的旋转角度范围变窄、而转矩值大的大值窄角度转矩和沿正向旋转的所述第一圆盘的旋转角度范围被扩大、而转矩值小的小值宽角度转矩产生在所述第一永磁铁的旋转角度和电磁转矩的特征曲线中，所述电磁转矩由所述第一线圈的电流和所述第一永磁铁产生，所述第一永磁铁的旋转角度是相对于基于第一磁芯的稳定平衡运行状态中的第一永磁铁测量的，起动转矩在稳定平衡运行状态中变为零，所述起动转矩通过在没有电力馈送到所述第一线圈期间所述第一磁芯与所述永磁铁之间的磁吸力而产生，且当产生大值窄角度转矩时、或当产生小值宽角度转矩时，执行将电力从电池馈送到所述第一线圈，以及

至少一部分感应电动势充电到所述电池，所述感应电动势通过所述第二永磁铁随着所述第二圆盘的旋转的运动而在空气线圈中产生。

2.如权利要求1所述的电动发电机，其特征在于，所述第二永磁铁固定成使得穿过所述第二圆盘的中心和所述第二永磁铁的中心的直线与垂直于所述第二永磁铁的磁面中心的直线的角度设为0°。

3.如权利要求1或2所述的电动发电机，其特征在于：

两个第一圆盘和两个第二圆盘分别固定到所述旋转轴线，

设置在一个第一圆盘中的所述第一永磁铁的极性与设置在另一个第一圆盘中的所述第一永磁铁的极性彼此相反，

设置在一个第二圆盘中的所述第二永磁铁的极性与设置在另一个第二圆盘中的所述第二永磁铁的极性彼此相反，

所述第一磁芯被连接成使得所述第一磁芯的一端相应于设置在一个第一圆盘中的所述第一永磁铁，而所述第一磁芯的另一端相应于设置在另一个第一圆盘中的所述第一永磁铁，以及

所述第二磁芯被连接成使得所述第二磁芯的一端相应于设置在一个第二圆盘中的所述第二永磁铁，而所述第二磁芯的另一端相应于设置在另一个第二圆盘中的所述第二永磁铁。

4.如权利要求1至3中任一项所述的电动发电机，其特征在于：

所述第一框架、所述第二框架、所述第一圆盘和所述第二圆盘由非金属材料制成。

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