CN1212697C - 磁力自控永磁电机 - Google Patents

Abstract

该发明属于机电学领域。永磁电机具有巨大的潜在能力，但要调制它非常困难，利用磁场的短路断路现象，把原固定一体的转子或定子本身分成动极和定极两部分，平时用弹簧平衡其相互位置，在电机旋转时，在机械力、电动力作用下使动极与定极之间距离及位置发生变化在内外磁路互相干涉影响下实现了磁力自控，使永磁电机的调制变得简单，使永磁电机大功率化成为可能，此发明可广范应用于永磁发电机、电动机等电器设备中。

Description

磁力自控永磁电机

该发明属于机电一体化领域。它利用磁极间距离的变化引发内外磁场变化的原理，实现磁力自控。应用于机电一体化产品，给现在永磁电机的生产摸索出了一条崭新的途径，使永磁电机的大功率化成为可能。  (目前永磁电机功率小于500瓦，常用最大只达250瓦)。永磁电机不可能做得功率较大，其主要原因是它的“调制”问题，就像原子能利用一样。核裂变其施放出能量极大，但它的控制很难。所以，可控核裂变是关键技术。永磁电机同样具备巨大的能量潜力，但要控制它是相当困难的，是极待人们去研究解决的重大问题。就永磁发电机而言，目前多用于拖拉机，有60瓦、100瓦、200瓦几种，因拖拉机对发电电压的平稳性要求不高，又有蓄电池的电压平抑作用，发电机转速又低，变化范围也小，除高速时偶有电压过高烧毁灯泡外，应用还可以。拖拉机发电机多用锶铁氧体磁性材料作永久磁极。随着科技的发展，高性能磁性材料不断出现。最近几年“钕铁硼”磁性材料的问世，给永磁电机提供了广阔的应用前景。在国家相关政策的支持下，我国已经成为钕铁硼磁性材料生产大国。它的性能大大优于传统永磁材料。价格也随着工业化大批量生产而大幅度降低，它已经成为人们优先考虑采用的磁性材料。一只钮扣大小的钕铁硼磁块能吸起15公斤重的铁件，可见该磁性材料能量的巨大。应用在发电机、电动机等电器设备中可节省大量的漆包铜线，可简化产品工艺，而且产品体积可大大缩小。就汽车发电机而言，目前常用350瓦、500瓦、750瓦、1千瓦、2千瓦几种，而汽车发动机所带动的发电机转速，每分钟在2千～5千转之间变化。根据电学原理，发电电压与发电机转速成正比。所以，电压随着转速一倍半的变化也变化了一倍半，这就与标准要求12伏(或24伏)±0.2伏波动相差甚远。目前，国内外汽车发电机有直流、交流，无刷、有刷，内置调节器等系列，可是目前还没有永磁型汽车发电机产品问世。目前传统的发电机实属电磁式。随着电机转速的变化，它用调节器来调节电磁线圈的电流的大小，起到均衡电压的作用。例如：500瓦汽车发电机转子为电磁式的，它的激磁电流为3～5安培。由定子端输出所用功率，额定电流为45安培，当电机转速升高时，调节器从定子取样，设法降低转子激磁电流，使磁场调弱。当电机转速低时，调解器同样调高转子中的激磁电流，强化磁场使发电输出电压平稳一致。而永磁型发电机它的磁场强度是恒定不变的。所以，发电机转速变化引起输出电压变化极不易控制。最近几年有些单位花了几拾万元，用了很长时间，利用可控硅等电子技术，虽然可以有一定作用，但因控制系统体积太大(超过电机本身)，结构复杂，成本高，无法得到实际应用。

我们利用一个新的原理，使原来的电机定子或转子本身磁极之间的几何位置发生有控的变化，引起内部磁场变化，从而使对外磁场变化，使转子定子之间相互作用磁场发生变化，达到调制电机的目的。这样，大大降低调制的难度。其作用原理以“U”型磁铁为例作进一步说明。

附图1，为内外磁场作用原理图，宏观上讲，当磁极距离L极大时，外磁场为零(磁断路)，当L为零时即N磁极与S磁极接触时，对外磁场也为零(磁短路)。当磁极距L在一定较近的距离内由大到小变化时，对外磁场会由最大到最小变化。附图3为测得的工作曲线，是磁力自控发电机磁极间距离与所发出电压的工作曲线图。

磁力自控第一方案见附图2：转子N、S极分为两体，中间用轴承联接，一个为定磁极，另一个为动磁极，可相对转动，并且两者之间用双弹簧平衡，使磁极间距均等。当发电机旋转时就会存在有：空气阻力、磨擦力、杠杆力等机械力或电磁力(利用电动线圈电流变化)的外力作用。如在转子动极上装上通风扇叶，一来有通风冷却作用，二来它随着转速提高而空气阻力也加大，使转子动极向定极靠近，内部磁场形成部分短路，使对外磁场作用消弱。故发电电压不会升高。而发电机转速变低时，机械力或电力又降低，在平衡弹簧力作用下磁极间距又会拉大，内部磁短路消耗变小，对外作用磁场加大，所以电压也不会降低，故发电机在一定转速范围变化时，因磁距自动跟踪调整变化，所以可使发电电压维持不变。

磁力自控第二方案见附图4：电机转子或定子本身磁极间距固定不变，而用内外磁路互相干涉影响的原理，利用导磁或隔磁材料加在磁极之间，使磁场在短路、断路程度上发生变化，进而影响对外磁场变化。如附图4，在发电机N、S磁极间装入一导磁块，在旋转时克服弹簧力，在离心力作用下导磁块克服弹簧力向外移动，使N、S磁极短路。转速升高离心力也增大，磁短路程度也愈强。机械参数与电器参数的有机匹配即可获得稳定的发电参数。

根据电动机，发电机可逆变原理，变极距原理同样适用于电动机及其它电器产品。例如作为电动机时，定子用变极距永磁铁制作，转子用绕线式。在定子磁极间距及位置改变时，可以改变电动机的转速、扭矩、输出功率等。

Claims (2)

1、一种磁力自行控制机构，包括定子、转子，转子包括定、动磁极，转子的磁极对数等于或大于2，转子中定、动磁极间通过轴承相互联接，可作相对转动，平衡弹簧一端固定于定磁极，另一端固定于动磁极，使磁极间固定的距离及位置在机械力或电磁力的作用下发生变化，另在磁极间利用导磁或隔磁材料去改变原内磁场强弱，使内外磁场发生变化，实现磁力自行控制的机构。

2、根据权利要求1的磁力自行控制机构，该机构是一种磁场强弱自动调节的，所形成的电压、扭矩、功率、转速可调的电机。

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