CN106300873A - 一种电磁自激发电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电磁自激发电机，属于发电装置领域，包括外壳、定子铁芯、转子铁芯、线圈、电机、控制装置、高压发生器和供电装置。线圈包括缠绕于定子铁芯上的激励线圈、感应线圈、自激振荡线圈和转子位置感应线圈。高压发生器和供电装置均与控制装置电连接，供电装置与高压发生器电连接，激励线圈与高压发生器电连接，所有感应线圈串联形成第一电力输出端和第二电力输出端，所有自激振荡线圈串联并串入谐振电路中，转子位置感应线圈与控制装置电连接。这种发电机利用靠自激振荡频率与定子铁芯物理特性饱和接近时产生共振的原理发电，无需永磁铁，具有结构简单，体积小的优点，能够将直流转变为交流，使其满足实际需求。

Description

一种电磁自激发电机

技术领域

本发明涉及发电装置领域，具体而言，涉及一种电磁自激发电机。

背景技术

发电机是将其他形式的能源转换成电能，通过其内部的转子相对定子转动，切割磁感线而产生电能。

电磁发电机是一种新型发电机，这种发电机发展时间较短，技术不过成熟，有待改进的地方较多。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电磁自激发电机，旨在提供一种较为实用、结构简单、体积小，能够将直流转变为交流的磁力发电机。

本发明是这样实现的：

本发明提供一种电磁自激发电机，包括外壳、定子铁芯、转子铁芯、线圈、电机、控制装置、高压发生器和供电装置；

外壳内部设有容纳腔；

定子铁芯设于容纳腔内并与外壳固定连接，定子铁芯包括环体和均匀分布于环体内侧壁上的至少四个第一凸出部，环体包括多个缠绕部，两个相邻的第一凸出部间形成一个缠绕部，多个缠绕部两两相对；

转子铁芯位于环体内部并与环体同轴设置，转子铁芯与外壳转动连接，电机用于驱动转子铁芯转动，电机与控制装置电连接，当转子铁芯转动时，转子铁芯能够与两个相对的第一凸出部接触或分离；

线圈包括激励线圈、感应线圈、自激振荡线圈和转子位置感应线圈，激励线圈、感应线圈、自激振荡线圈均为偶数个，激励线圈、感应线圈、自激振荡线圈均两两相对的缠绕于缠绕部，转子位置感应线圈缠绕于缠绕部；

高压发生器和供电装置均与控制装置电连接，供电装置与高压发生器电连接，激励线圈与高压发生器电连接，所有感应线圈串联形成第一电力输出端和第二电力输出端，所有自激振荡线圈串联并串入谐振电路中，转子位置感应线圈与控制装置电连接。

进一步地，缠绕部为四个，分别为第一缠绕部、第二缠绕部、第三缠绕部和第四缠绕部，第一缠绕部与第三缠绕部相对，第二缠绕部与第四缠绕部相对；

激励线圈为两个，分别为第一激励线圈和第二激励线圈；感应线圈为两个，分别为第一感应线圈和第二感应线圈；自激振荡线圈为两个，分别为第一自激振荡线圈和第二自激振荡线圈；第一激励线圈和第一自激振荡线圈均缠绕于第一缠绕部上，第二激励线圈和第二自激振荡线圈均缠绕于第三缠绕部上；第一感应线圈和第二感应线圈分别缠绕于第二缠绕部和第四缠绕部上。

进一步地，线圈还包括缠绕于缠绕部上的正弦信号检测线圈，正弦信号检测线圈与控制装置电连接。

进一步地，正弦信号检测线圈缠绕于第二缠绕部或第四缠绕部上，转子位置感应线圈缠绕于第四缠绕部或第二缠绕部上。

进一步地，转子铁芯包括转轴和设于转轴上的旋转体，转轴与外壳转动连接，旋转体包括至少两个接触部，接触部相对转轴圆周分布，接触部两两相对，当旋转体转动时，两个相对的接触部能够同时与两个相对的第一凸出部接触或分离。

进一步地，第一凸出部远离环体内侧壁的一端为圆弧形，第一凸出部远离环体内侧壁的一端所在的圆为第一圆；接触部远离转轴的一端为圆弧形，接触部远离转轴的一端所在的圆为第二圆，第一圆与第二圆重合。

进一步地，接触部为两个。

进一步地，定子铁芯还包括均匀分布在环体外侧壁上的多个第二凸出部，第二凸出部远离环体外侧壁的一端与外壳的内侧壁抵触。

进一步地，第二凸出部与第一凸出部的个数相匹配，第二凸出部所在环体的位置与第一凸出部所在环体的位置相对应。

进一步地，外壳内部设有隔板和套筒，隔板将容纳腔分为第一容纳腔和第二容纳腔，定子铁芯位于第一容纳腔内；套筒设于第二容纳腔内并将第二容纳腔分为内腔室和外腔室，电机设于内腔室内，电机的输出轴与转子铁芯连接，控制装置、高压发生器和供电装置均设于外腔室内。

本发明的有益效果是：

本发明通过上述设计得到的一种电磁自激发电机，利用靠自激振荡频率与定子铁芯物理特性饱和接近时产生共振的原理发电，无需永磁铁，具有结构简单，体积小的优点，能够将直流转变为交流，使其满足实际需求。

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为本发明实施例1提供的电磁自激发电机的结构示意图；

图2为本发明实施例1提供的电磁自激发电机的另一视角的结构示意图；

图3为图1所示的外壳的结构示意图；

图4为图2所示的定子铁芯的结构示意图；

图5为图2所示的转子铁芯的结构示意图；

图6为图2所示的线圈缠绕于定子铁芯的示意图；

图7为本发明实施例1提供的电磁自激发电机的工作原理图；

图8为本发明实施例1提供的电磁自激发电机位于第一工作位置的示意图；

图9为本发明实施例1提供的电磁自激发电机位于第二工作位置的示意图。

图标：100-电磁自激发电机；10-外壳；11-壳体；12-第一端盖；13-第二端盖；14-容纳腔；141-第一容纳腔；142-第二容纳腔；1421-内腔室；1422-外腔室；15-隔板；16-套筒；20-定子铁芯；21-环体；211-第一缠绕部；212-第二缠绕部；213-第三缠绕部；214-第四缠绕部；22-第一凸出部；23-第二凸出部；30-转子铁芯；31-转轴；32-旋转体；321-基体；322-接触部；40-线圈；41-第一激励线圈；42-第二激励线圈；43-第一感应线圈；431-第一电力输出端；44-第二感应线圈；441-第二电力输出端；45-谐振电路；46-第一自激振荡线圈；47-第二自激振荡线圈；48-转子位置感应线圈；49-正弦信号检测线圈；50-电机；60-控制装置；61-ECU处理器；62-电机控制器；70-高压发生器；71-高压适配装置；80-供电装置；90-扼流装置。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

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。

在本发明的描述中，需要说明的是，指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

如图1、图2所示，本实施例提供一种电磁自激发电机100，包括外壳10、定子铁芯20、转子铁芯30、线圈40、电机50、控制装置60、高压发生器70和供电装置80。

如图3所示，外壳10包括壳体11、第一端盖12和第二端盖13，壳体11为两端开口的圆柱形结构，第一端盖12和第二端盖13分别设于壳体11两端的开口处并形成容纳腔14。容纳腔14设有隔板15和套筒16，隔板15将容纳腔14分为第一容纳腔141和第二容纳腔142，即第一端盖12和隔板15之间的区域为第一容纳腔141，第二端盖13和隔板15之间的区域为第二容纳腔142。其中，套筒16位于第二容纳腔142内，套筒16与壳体11同轴设置，套筒16的轴线垂直于第二端盖13，套筒16将第二容纳腔142分为内腔室1421和外腔室1422，套筒16内部区域即为内腔室1421，套筒16以外壳体11以内的区域为外腔室1422。

定子铁芯20由矽钢片制成。如图4所示，定子铁芯20包括环体21、至少四个第一凸出部22和多个第二凸出部23，环体21为环形结构。本实施例中，为简化结构，第一凸出部22和第二凸出部23均为四个，第一凸出部22和第二凸出部23等宽，四个第一凸出部22均匀分布环体21的内侧壁上，四个第二凸出部23均匀的分布在环体21的外侧壁上，第二凸出部23所在环体21的位置与第一凸出部22所在环体21的位置相对应，即第一凸出部22和第二凸出部23位于环体21的同一半径方向上。

其中，第一凸出部22远离环体21内侧壁的一端为圆弧形，第一凸出部22远离环体21内侧壁的一端所在的圆为第一圆。第二凸出部23远离环体21外侧壁的一端也为圆弧形，第二凸出部23远离环体21外侧壁的一端的圆弧半径与壳体11的内径相匹配。

环体21内侧壁上设置四个第一凸出部22后，环体21上将形成四个缠绕部，即环体21上两个相邻的第一凸出部22间的部分为一个缠绕部。本实施例中，为方便叙述，四个缠绕部分别为第一缠绕部211、第二缠绕部212、第三缠绕部213和第四缠绕部214，其中，第一缠绕部211与第三缠绕部213相对、第二缠绕部212与第四缠绕部214相对。

如图5所示，转子铁芯30包括转轴31和设于转轴31上的旋转体32，旋转体32可随转轴31一起转动。其中，旋转体32由矽钢片制成，旋转体32包括基体321和至少两个接触部322，基体321中间设有用于与转轴31套接的中心孔，即安装时，转轴31设在中心孔中。接触部322两两相对的并圆周分布在基体321外侧。接触部322两两相对，就意味着接触部322的个数为偶数个，本实施例中，为简化旋转体32结构，优选地，接触部322为两个。当然，在其他具体实施例中，接触部322的个数也可以是4、6、8……。

本实施例中，接触部322远离中心轴的一端为圆弧形，接触部322远离转轴31一端所在的圆为第二圆，第二圆的半径与第一圆的半径相等。

如图6所示，线圈40包括激励线圈、感应线圈、自激振荡线圈、转子位置感应线圈48和正弦信号检测线圈49。其中，激励线圈、感应线圈、自激振荡线圈均为偶数个。本实施例中，优选地，激励线圈为两个，分别为第一激励线圈41和第二激励线圈42；感应线圈为两个，分别为第一感应线圈43和第二感应线圈44；自激振荡线圈为两个，分别为第一自激振荡线圈46和第二自激振荡线圈47。当然，在其他具体实施例中，激励线圈、感应线圈、自激振荡线圈的个数可以为4、6、8……，三者的个数可根据环体21上的缠绕部的个数确定。

上述线圈均缠绕在环体21的4个缠绕部上，本实施例中，缠绕方式如下：

第一激励线圈41和第一自激振荡线圈46缠绕在第一缠绕部211上，第二激励线圈42和第二自激振荡线圈47均缠绕在第三缠绕部213上，第一感应线圈43和正弦信号检测线圈49缠绕在第二缠绕部212上，第二感应线圈44和转子位置感应线圈48缠绕在第四缠绕部214。这种缠绕方式使得每个缠绕部上均缠绕有两个线圈，分布均匀，布局合理。当然，在其他具体实施例中，也可以有其他的缠绕方式，比如，将正弦信号检测线圈49与转子位置感应线圈48的位置对换，或将第一自激振荡线圈46与第一感应线圈43、第二自激振荡线圈47与第二感应线圈44位置对换等。

本实施例中，电机50为直流电机，用于驱动转子铁芯30转动。控制装置60包括ECU处理器61和电机控制器62，电机控制器62与ECU处理器61电连接。供电装置80为蓄电池，用于提供直流电。

安装时，如图1、图2所示，定子铁芯20固定在外壳10内，即定子铁芯20设于第一容纳腔141内，并使定子铁芯20的第二凸出部23与壳体11的内壁抵触并通过锁紧螺钉将定子铁芯20固定；转子铁芯30与定子铁芯20同轴安装，即将定子铁芯20的转轴31通过轴承与外壳10的第一端盖12和隔板15转动连接，使第一凸出部22远离环体21内侧壁的一端所在的第一圆与接触部322远离转轴31一端所在的第二圆重合，当转子铁芯30转动时，转子铁芯30的旋转体32能够与第一凸出接触或分离；电机50设置内腔室1421中并与套筒16固定，并将电机50的输出轴与转轴31通过联轴器连接，即电机50转动将带动转子铁芯30转动；控制装置60、高压发生器70和供电装置80均设于外腔室1422内。

本实施例中，外壳10的结构方便其内部零部件的安装，定子铁芯20、转子铁芯30、电机50、控制装置60、高压发生器70和供电装置80均安装在外壳10内，外壳10可对各零部件起到很好的保护作用。定子铁芯20与外壳10连接时，定子铁芯20的第二凸出部23与外壳10直接接触，具有较小的接触面积，便于定子铁芯20的安装，此外，线圈40缠绕在缠绕部上后，第二凸出部23可将线圈40与外壳10的内壁有效的隔开。而第二凸出部23所在的位置与第一凸出部22的位置相对应，更方便线圈40的缠绕。而第一凸出部22远离环体21内侧壁的一端与接触部322远离转轴31的一端为相互配合的圆弧结构，可保证转子铁芯30的接触部322与定子铁芯20的第一凸出部22具有较大的接触面积，两者的接触效果更佳。

连线时，如图7所示，供电装置80与ECU处理器61电连接，ECU处理器61和供电装置80均与高压发生器70电连接，ECU处理器61和供电装置80均与电机控制器62电连接，电机50与电机控制器62电连接。第一激励线圈41和第二激励线圈42均与高压发生器70电连接；第一感应线圈43和第二感应线圈44串联形成第一电力输出端431和第二电力输出端441；第一自激振荡线圈46和第二自激振荡线圈47串联并与谐振电路45构成闭合回路；转子位置感应线圈48和正弦信号检测线圈49均与ECU处理器61电连接。

发电机工作原理：接通蓄电池后，ECU处理器61开始检测各个装置，如系统正常，将输出一组启动信号，高压发生器70得到一个触发信号，输出一组脉冲电压并提供高压激磁电流。与此同时，电机控制器62也得到一个启动信号，使电机50带动转子铁芯30转动。如图8所示，当转子铁芯30转到接触部322定子铁芯20的第一凸出部22接触时，定子铁芯20和转子铁芯30将形成两个闭环磁场，这时第一激励线圈41和第二激励线圈42中的脉冲电压将形成两个独立闭环磁场回路，建立一个脉冲电磁场，第一自激振荡线圈46和第二自激振荡线圈47在磁场的作用下形成感应电压并储存在谐振电路45中，此时，转子位置感应线圈48也感应到相应的电压，经ECU处理器61处理后使高压发生器70停止工作。此时，转子铁芯30继续转动，如图9所示，当接触部322与上一个第一凸出部22分离时且未与下一个第一凸出部22接触时，定子铁芯20形成一个环形磁通。在这个环形磁通形成时，由于第一自激振荡线圈46和第二自激振荡线圈47为串联方式，第一感应线圈43和第二感应线圈44为串联方式，谐振电路45将向第一自激振荡线圈46和第二自激振荡线圈47放电，放电过程中，定子铁芯20建立磁场，当放电完毕后，定子铁芯20磁场消失，磁场消失的瞬间第一自激振荡线圈46和第二自激振荡线圈47将产生感应电压，根据变压器原理，第一感应线圈43和第二感应线圈44也将产生感应电压，通过第一电力输出端431和第二电力输出端441便可将电力输出。上述过程即完成第一个自激振荡，当转子铁芯30继续转动，将重复第一个自激振荡过程，周而复始。

在整个自激振荡过程中有一个特别重要的环节是：自激振荡频率在某一个频点使定子铁芯20出现共振现象，所谓的共振是指定子铁芯20材质磁饱和度，只有达到共振频率发电机才能正常工作。在调试过程中应当注意共振点，当发电机启动后，调节电机50转速，观察第一电力输出端431和第二电力输出端441输出电压的变化，当输出电压接近峰值电压时，缓慢加速，当定子铁芯20出现强烈振动时，已经达到共振频率。

在整个发电过程中，正弦信号检测线圈49可检测自激振荡过程中的正弦信号，并将该正弦信号反馈给ECU处理器61，ECU根据反馈信号控制整个系统正常运行。

本实施例中，还可在高压发生器70与第一激励线圈41间和高压发生器70与第二激励线圈42间分别串联一个高压适配装置71，当共振初步调节合适后，第一电力输出端431和第二电力输出端441接上负载，调节高压适配装置71，观察输出电流，使其达到最大输出电流为止，然后再调节转子铁芯30的转速，使发电机达到最佳工作点。

本实施例中，还可在第一感应线圈43或第二感应线圈44上串联一个扼流装置90，扼流装置90由相互并联的电容和电感构成。扼流装置90主要限制输出电流，保证发电机正常工作。

本实施例提供的一种电磁自激发电机100，利用靠自激振荡频率与定子铁芯20物理特性饱和接近时产生共振的原理发电，无需永磁铁，具有结构简单，体积小的有点，能够将直流转变成交流，使其满足实际需求。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电磁自激发电机，其特征在于，包括外壳、定子铁芯、转子铁芯、线圈、电机、控制装置、高压发生器和供电装置；

所述外壳内部设有容纳腔；

所述定子铁芯设于所述容纳腔内并与所述外壳固定连接，所述定子铁芯包括环体和均匀分布于所述环体内侧壁上的至少四个第一凸出部，所述环体包括多个缠绕部，两个相邻的第一凸出部间形成一个所述缠绕部，多个所述缠绕部两两相对；

所述转子铁芯位于所述环体内部并与所述环体同轴设置，所述转子铁芯与所述外壳转动连接，所述电机用于驱动所述转子铁芯转动，所述电机与所述控制装置电连接，当所述转子铁芯转动时，所述转子铁芯能够与两个相对的所述第一凸出部接触或分离；

所述线圈包括激励线圈、感应线圈、自激振荡线圈和转子位置感应线圈，所述激励线圈、所述感应线圈、所述自激振荡线圈均为偶数个，所述激励线圈、所述感应线圈、所述自激振荡线圈均两两相对的缠绕于所述缠绕部，所述转子位置感应线圈缠绕于所述缠绕部；

所述高压发生器和所述供电装置均与所述控制装置电连接，所述供电装置与所述高压发生器电连接，所述激励线圈与所述高压发生器电连接，所有所述感应线圈串联形成第一电力输出端和第二电力输出端，所有所述自激振荡线圈串联并串入谐振电路中，所述转子位置感应线圈与所述控制装置电连接。

2.根据权利要求1所述的电磁自激发电机，其特征在于，所述缠绕部为四个，分别为第一缠绕部、第二缠绕部、第三缠绕部和第四缠绕部，所述第一缠绕部与所述第三缠绕部相对，所述第二缠绕部与所述第四缠绕部相对；

所述激励线圈为两个，分别为第一激励线圈和第二激励线圈；所述感应线圈为两个，分别为第一感应线圈和第二感应线圈；所述自激振荡线圈为两个，分别为第一自激振荡线圈和第二自激振荡线圈；所述第一激励线圈和所述第一自激振荡线圈均缠绕于所述第一缠绕部上，所述第二激励线圈和所述第二自激振荡线圈均缠绕于所述第三缠绕部上；所述第一感应线圈和所述第二感应线圈分别缠绕于所述第二缠绕部和所述第四缠绕部上。

3.根据权利要求2所述的电磁自激发电机，其特征在于，所述线圈还包括缠绕于所述缠绕部上的正弦信号检测线圈，所述正弦信号检测线圈与所述控制装置电连接。

4.根据权利要求3所述的电磁自激发电机，其特征在于，所述正弦信号检测线圈缠绕于所述第二缠绕部或第四缠绕部上，所述转子位置感应线圈缠绕于所述第四缠绕部或第二缠绕部上。

5.根据权利要求1所述的电磁自激发电机，其特征在于，所述转子铁芯包括转轴和设于所述转轴上的旋转体，所述转轴与所述外壳转动连接，所述旋转体包括至少两个接触部，所述接触部相对所述转轴圆周分布，所述接触部两两相对，当所述旋转体转动时，两个相对的接触部能够同时与两个相对的第一凸出部接触或分离。

6.根据权利要求5所述的电磁自激发电机，其特征在于，所述第一凸出部远离所述环体内侧壁的一端为圆弧形，所述第一凸出部远离所述环体内侧壁的一端所在的圆为第一圆；所述接触部远离所述转轴的一端为圆弧形，所述接触部远离所述转轴的一端所在的圆为第二圆，所述第一圆与所述第二圆重合。

7.根据权利要求6所述的电磁自激发电机，其特征在于，所述接触部为两个。

8.根据权利要求1所述的电磁自激发电机，其特征在于，所述定子铁芯还包括均匀分布在所述环体外侧壁上的多个第二凸出部，所述第二凸出部远离所述环体外侧壁的一端与所述外壳的内侧壁抵触。

9.根据权利要求8所述的电磁自激发电机，其特征在于，所述第二凸出部与所述第一凸出部的个数相匹配，所述第二凸出部所在环体的位置与所述第一凸出部所在环体的位置相对应。

10.根据权利要求1-9任一项所述的电磁自激发电机，其特征在于，所述外壳内部设有隔板和套筒，所述隔板将所述容纳腔分为第一容纳腔和第二容纳腔，所述定子铁芯位于所述第一容纳腔内；所述套筒设于所述第二容纳腔内并将所述第二容纳腔分为内腔室和外腔室，所述电机设于内腔室内，所述电机的输出轴与所述转子铁芯连接，所述控制装置、所述高压发生器和所述供电装置均设于所述外腔室内。