CN106160384A - 一种分磁发电机 - Google Patents

Abstract

一种分磁发电机，包括磁极转子、爪极定子，所述磁极转子为分布于所述爪极定子的旋转轮廓外侧的环形磁极，所述爪极定子设有多个与所述磁极转子正向相对的爪极爪尖，所述爪极爪尖在360°范围内沿所述磁极转子轮廓非均匀分布，所述磁极转子连接有用于驱动所述磁极转子旋转的驱动轴，所述爪极定子连接有在360°范围内沿圆周均匀分布的多个线圈绕组，所述线圈绕组的分布圆周以所述爪极定子的旋转运动中心轴为中心轴。本发明提供的分磁发电机可在低转速下发电，具有极高的转化效率。

Description

一种分磁发电机

技术领域

本发明属于发电机技术领域，具体地来说，是一种分磁发电机。

背景技术

电能是现代社会的主要动力，在现代文明的各个领域都不可或缺。而电能的获取需要通过一定的机械设备实现。发电机就是将其他形式的能源转换成电能的机械设备，在工农业生产、国防、科技及日常生活中都有着广泛的用途。

发电机的形式很多，但其工作原理都基于电磁感应定律和电磁力定律。因此，其构造的一般原则是：用适当的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，达到能量转换的目的。

在实际生活中，多有一些低速转动的情况发生，例如微风、缓慢的水流。若能将之转化为电能加以利用，将对缓解目前的能源紧张产生积极地作用，也符合环保能源的趋势。然而现有的发电机由于结构所限，必须达到一定的临界转速才能实现发电作用，因而无法利用这些机械能而完成发电，造成了能量的浪费。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种分磁发电机，可在低速条件下实现发电。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种分磁发电机，包括磁极转子、爪极定子，所述磁极转子为环形磁极，所述磁极转子连接有用于驱动所述磁极转子旋转的驱动轴，所述爪极定子设有多个与所述磁极转子正向相对的爪极爪尖，所述爪极爪尖在360°范围内沿所述磁极转子的轮廓圆周非均匀分布，所述爪极定子连接有在360°范围内沿所述磁极转子的轮廓圆周均匀分布的多个线圈绕组。

作为上述技术方案的改进，所述爪极定子由在360°范围内沿圆周均匀分布的多个爪极导磁组组成，所述爪极导磁组包括沿所述爪极导磁组的分布圆周在所述爪极导磁组范围内均匀分布的多个所述爪极爪尖。

作为上述技术方案的进一步改进，位于同一所述爪极导磁组上的相邻的所述爪极爪尖之间的间距角为第一间距角，分别位于相邻的两个所述爪极导磁组上的两个相邻的所述爪极爪尖之间的间距角为第二间距角，所述第一间距角与所述第二间距角具有互不相等的数值。

作为上述技术方案的进一步改进，所述爪极导磁组上设有所述线圈绕组，所述爪极导磁组的个数与所述线圈绕组的个数相等。

作为上述技术方案的进一步改进，所述爪极定子为2个，2个所述爪极定子通过所述爪极爪尖相互啮合并形成用于容纳所述线圈绕组的收容部。

作为上述技术方案的进一步改进，所述爪极定子的外形轮廓中心轴与所述爪极定子的旋转运动中心轴重合。

作为上述技术方案的进一步改进，所述线圈绕组位于所述爪极定子的旋转轮廓内侧。

作为上述技术方案的进一步改进，所述磁极转子由在360°范围内沿圆周均匀分布的多个永磁铁组成。

作为上述技术方案的进一步改进，所述磁极转子由在360°范围内沿圆周均匀分布的励磁绕组组成。

作为上述技术方案的进一步改进，所述驱动轴连接有用于输入能量的转子叶片。

本发明的有益效果是：通过设置环形均布的磁极转子、非均匀分布的爪极爪尖，爪极定子带动线圈绕组在非均匀磁场中旋转运动，提高了低速条件下的电能转化率，使分磁发电机获得可供输出的电能，实现了低转速的发电功能。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明实施例1提供的分磁发电机的整体结构的俯视立体图；

图2是本发明实施例1提供的分磁发电机的整体结构的第一爆炸视图；

图3是本发明实施例1提供的分磁发电机的整体结构的第二爆炸视图；

图4是本发明实施例1提供的分磁发电机的整体结构的下视立体图；

图5是本发明实施例1提供的分磁发电机的整体结构的局部剖视视图；

图6是本发明实施例1提供的分磁发电机的去除线圈绕组及下侧爪极定子的仰视视图；

图7是本发明实施例1提供的分磁发电机的去除下侧爪极定子的仰视视图；

图8是本发明实施例2提供的分磁发电机的整体结构的爆炸视图；

图9是本发明实施例2提供的分磁发电机的整体结构示意图。主要元件符号说明：

1000-分磁发电机，0100-磁极转子，0110-永磁铁，0120-励磁绕组，0200-爪极定子，0210-爪极导磁组，0211-爪极爪尖，0300-线圈绕组，0310-线圈，0320-铁芯，0400-驱动轴，0500-转子叶片，0600-保护外壳，α-第一间距角，β-第二间距角。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对分磁发电机进行更全面的描述。附图中给出了分磁发电机的优选实施例。但是，分磁发电机可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对分磁发电机的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在分磁发电机的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例1

请结合参阅图1及图2，分磁发电机1000包括磁极转子0100、爪极定子0200，磁极转子0100为环形磁极，磁极转子0100连接有用于驱动磁极转子0100旋转的驱动轴0400，爪极定子0200设有多个与磁极转子0100正向相对的爪极爪尖0211，爪极爪尖0211在360°范围内沿磁极转子0100的轮廓圆周非均匀分布，爪极定子0200连接有在360°范围内沿磁极转子0100的轮廓圆周均匀分布的多个线圈绕组0300。

线圈绕组0300包括线圈0310与铁芯0320，线圈0310绕于铁芯0320上。铁芯0320由磁性材料制成，受磁性转子0100的磁场作用而产生磁性，从而使线圈0310处于铁芯0320与磁极转子0100之间的磁场之中。

磁极转子0100在驱动轴0400的驱动下旋转运动，根据运动的相对性，线圈绕组0300与磁极转子0100存在相对运动。此时线圈0310将切割磁极转子0100与铁芯0320之间的磁场，引起磁通量的变化，线圈0310上产生感应电动势与感应电流。

一般地，线圈绕组0300需要连续稳定地旋转，才能产生稳定电流。同时，线圈绕组0300产生的电流还需达到可供利用的临界值，方可通过电路予以输出，从而实现发电机的发电功能。

根据楞次定律，感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。由于引起感应电流的磁通量源于磁极转子0100的旋转运动，线圈0310的感应电流的磁场必然产生阻碍磁极转子0100运动的阻碍力，严重阻碍发电过程。因此，为了保证分磁发电机1000的发电作用，需要改善线圈绕组0300的感应电流对磁极转子0100的阻碍作用，减少克服阻碍力做功的能量损耗，从而提高线圈绕组0300的能量转化率。

特别地，在低转速条件下，经驱动轴0400输入的功率较小。若阻碍力过大，必然消耗较多能量，造成线圈绕组0300的能量转化率低下，无法形成可供输出的电流。显然地，在低转速条件下，线圈绕组0300的能量转化率尤为重要。其直接影响因素为磁极转子0100受到的阻碍力。

为此，爪极定子0200连接有多个线圈绕组0300。多个线圈绕组0300对旋转运动的磁极转子0100施加的阻碍力各不相同，从而形成抵消作用，有效地减少了磁极转子0100受到的阻碍作用。

爪极定子0200上设有多个由磁性材料制成的爪极爪尖0211，爪极爪尖0211处于磁极转子0100与铁芯0320之间的磁场中，在磁场作用下产生磁性，进而对磁极转子0100施加磁性力。由于爪极爪尖0211在360°范围内沿磁极转子0100的轮廓圆周非均匀分布，各个爪极爪尖0211对磁极转子0100施加的磁性力各不相同，并与线圈绕组0300对磁极转子0100施加的阻碍力发生中和抵消作用，极大地减小了磁极转子0100受到的阻碍作用。

在上述结构下，磁极转子0100及驱动轴0400受到的阻碍力很小，驱动轴0400输入的能量仅有很小的部分被损耗，大部分均由线圈绕组0300转化为电能。

显然地，这种设计有效地提高了线圈绕组0300的能量转化率。得益于其极佳的能量转化率，即使在低转速条件下，阻碍力的损耗作用仍然很小，线圈绕组0300可以输出有效的电流，使分磁发电机1000得以实现低速发电。

请参阅图3、图4及图5，进一步地，爪极定子0200为2个，2个爪极定子0200通过爪极爪尖0211相互啮合并形成用于容纳线圈绕组0300的收容部。在此结构下，2个爪极定子0200上的爪极爪尖0211交错分布，抵消作用更为细密明显，进一步降低了磁极转子0100受到的阻碍作用，改善了分磁发电机1000的发电效果。

进一步地，磁极转子0100由在360°范围内沿圆周均匀分布的多个永磁铁0110组成，永磁铁0110的分布圆周以爪极定子0200的旋转运动轴为中心轴，线圈绕组0300位于爪极定子0200的旋转轮廓内侧。

请参阅图6，可见磁极转子0100与1个爪极定子0200的配合关系。具体地，在一个较佳的实施例中，磁极转子0100包括在360°范围内沿圆周均匀分布的32个永磁铁0110。在32个永磁铁0110的等距分割下，磁极转子0100与爪极定子0200之间的分布磁场更为均匀细致，有利于进一步优化电磁感应效应，改善线圈绕组0300的感应电流的阻碍力的抵消作用。

进一步地，爪极定子0200由在360°范围内沿圆周均匀分布的多个爪极导磁组0210组成，爪极导磁组0210包括沿爪极导磁组0210的分布圆周在爪极导磁组0210范围内均匀分布的多个爪极爪尖0211。

显然地，各个爪极导磁组0210在分布圆周上具有相同的圆周角。换言之，即位于同一爪极导磁组0210上的爪极爪尖0211沿在该圆周角范围内沿爪极导磁组0210的分布圆周均匀分布。

进一步地，位于同一爪极导磁组0210上的相邻的爪极爪尖0211之间的间距角为第一间距角α，分别位于相邻的两个爪极导磁组0210上的两个相邻的爪极爪尖0211之间的间距角为第二间距角β，第一间距角α与第二间距角β具有互不相等的数值。

显然地，位于同一爪极导磁组0210上的相邻的爪极爪尖0211以第一间距角α均匀分布，各组爪极爪尖0211之间则以第二间距角β的间距均匀分布。

由于第一间距角α与第二间距角β互不相等，爪极爪尖0211与相邻的永磁铁0110无法形成固定的位置关系，二者之间的磁场随着磁极转子0100的旋转而不断变化，使爪极定子0200与磁极转子0100之间的分布磁场呈现不均匀的错落分布，为消除感应电流的阻碍作用力提供了良好的实现条件。

具体地，在一个较佳的实施例中，爪极定子0200包括在360°范围内沿圆周均匀分布的3个爪极导磁组0210，每个爪极导磁组0210之间具有相等的第二间距角β。

进一步地，每个爪极导磁组0210均由沿爪极导磁组0210在爪极定子0200上的分布圆周在爪极导磁组0210范围内均匀分布的5个爪极爪尖0211组成。显然地，5个爪极爪尖0211之间在同一爪极导磁组0210上具有相等的第一间距角α。

在一个较佳的实施例中，第一间距角α为22.5°，第二间距角β为30°。在该角度关系下，磁极转子0100的旋转效果较佳，分磁发电机1000具有较好的发电效果，在磁极转子0100的转速达到1转/秒时即可实现发电效果。

特别地，随着磁极转子0100的旋转，其中一个爪极导磁组0210的5个爪极爪尖0211与永磁铁0110的位置将完全重合，该爪极导磁组0210的磁场最强，此时连接于该爪极导磁组0210的线圈绕组0300可产生最大感应电压。

请参阅图7，为了进一步改善分磁发电机1000的发电效果，爪极导磁组0210上设有线圈绕组0300，爪极导磁组0210的个数与线圈绕组0300的个数相等。爪极导磁组0210与线圈绕组0300形成对应配合关系，从而使线圈绕组0300获得较好的磁场切割效果，同时进一步降低磁场阻碍作用。在另一个实施例中，线圈绕组0300的个数还可以是爪极导磁组0210个数的正整数倍。

具体地，在一个较佳的实施例中，线圈绕组0300的数量为3个，以适应具有3个爪极导磁组0210的爪极定子0200的结构需要。3个线圈绕组0300设于2个爪极定子0200之间的收容部内部，形成一体连接的固定结构。

进一步地，爪极定子0200的外形轮廓中心轴与爪极定子0200的旋转运动中心轴重合，磁极转子0100的环形轮廓中心轴与爪极定子0200的外形轮廓中心轴重合。此时，爪极定子0200的旋转运动平稳，不会出现偏心倾斜。

实施例2

请参阅图8，分磁发电机1000包括磁极转子0100、爪极定子0200，磁极转子0100为环形磁极，磁极转子0100连接有用于驱动磁极转子0100旋转的驱动轴0400，爪极定子0200设有多个与磁极转子0100正向相对的爪极爪尖0211，爪极爪尖0211在360°范围内沿磁极转子0100的轮廓圆周非均匀分布，爪极定子0200连接有在360°范围内沿磁极转子0100的轮廓圆周均匀分布的多个线圈绕组0300。

磁极转子0100由在360°范围内沿圆周均匀分布的励磁绕组0120组成。励磁绕组0120是可以产生磁场的线圈绕组，可以替代永磁铁，用以产生足够的均布的磁通量，而且方便调节，为分磁发电机1000的发电提供磁场条件。

爪极定子0200由在360°范围内沿圆周均匀分布的多个爪极导磁组0210组成，爪极导磁组0210包括沿爪极导磁组0210的分布圆周在爪极导磁组0210范围内均匀分布的多个爪极爪尖0211。

进一步地，爪极定子0200为2个，2个爪极定子0200通过爪极爪尖0211相互啮合并形成用于容纳线圈绕组0300的收容部。在此结构下，2个爪极定子0200上的爪极爪尖0211交错分布，进一步改善了分磁发电机1000的发电效果。

请参阅图9，驱动轴0400连接有用于输入能量的转子叶片0500。转子叶片0500可在水力或风力驱动下旋转，并带动驱动轴0400旋转。驱动轴0400带动爪极定子0200旋转发电，使分磁发电机1000将水能或风能转化为可供利用的电能输出。

特别地，在较小的风力或缓慢流动的水流驱动下，驱动轴0400的转速较低。由于分磁发电机1000的磁极转子0100与爪极定子0200的结构特点，分磁发电机1000仍然能够实现发电，具有高效的发电效率与环保性。

进一步地，分磁发电机1000外部设有保护外壳0600，用于保护分磁发电机1000的内部结构的安全。

在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种分磁发电机，包括磁极转子、爪极定子，其特征在于，所述磁极转子为环形磁极，所述磁极转子连接有用于驱动所述磁极转子旋转的驱动轴，所述爪极定子设有多个与所述磁极转子正向相对的爪极爪尖，所述爪极爪尖在360°范围内沿所述磁极转子的轮廓圆周非均匀分布，所述爪极定子连接有在360°范围内沿所述磁极转子的轮廓圆周均匀分布的多个线圈绕组。

2.根据权利要求1所述的分磁发电机，其特征在于，所述爪极定子由在360°范围内沿圆周均匀分布的多个爪极导磁组组成，所述爪极导磁组包括沿所述爪极导磁组的分布圆周在所述爪极导磁组范围内均匀分布的多个所述爪极爪尖。

3.根据权利要求2所述的分磁发电机，其特征在于，位于同一所述爪极导磁组上的相邻的所述爪极爪尖之间的间距角为第一间距角，分别位于相邻的两个所述爪极导磁组上的两个相邻的所述爪极爪尖之间的间距角为第二间距角，所述第一间距角与所述第二间距角具有互不相等的数值。

4.根据权利要求2所述的分磁发电机，其特征在于，所述爪极导磁组上设有所述线圈绕组，所述爪极导磁组的个数与所述线圈绕组的个数相等。

5.根据权利要求1所述的分磁发电机，其特征在于，所述爪极定子为2个，2个所述爪极定子通过所述爪极爪尖相互啮合并形成用于容纳所述线圈绕组的收容部。

6.根据权利要求1所述的分磁发电机，其特征在于，所述爪极定子的外形轮廓中心轴与所述爪极定子的旋转运动中心轴重合。

7.根据权利要求1所述的分磁发电机，其特征在于，所述线圈绕组位于所述爪极定子的旋转轮廓内侧。

8.根据权利要求1所述的分磁发电机，其特征在于，所述磁极转子由在360°范围内沿圆周均匀分布的多个永磁铁组成。

9.根据权利要求1所述的分磁发电机，其特征在于，所述磁极转子由在360°范围内沿圆周均匀分布的励磁绕组组成。

10.根据权利要求1所述的分磁发电机，其特征在于，所述驱动轴连接有用于输入能量的转子叶片。