CN202026232U - 磁力平衡的盘式电动直流发电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种磁力平衡的盘式电动直流发电机，主要包括电动机(12)和磁力平衡的盘式直流发电机，其特征是电动机与磁力平衡的盘式直流发电机设在同一机壳内，共轴(6)、共端盖(5、8)、共机座(1)、共风扇(15)、共接线盒(10)，或者，电动机与磁力平衡的盘式直流发电机分别独立设置，两者用联轴器联接。是一种不用依赖外部动力而可以以电发电的盘式电动直流发电机。

Description

磁力平衡的盘式电动直流发电机

技术领域

本实用新型涉及一种电动发电机，特别是一种磁力平衡的盘式电动直流发电机。

技术背景

1821年法拉第发现通电导线能绕永久磁铁旋转，发明了永磁电机。1857年英国的惠斯通用电磁铁代替永久磁铁，发明了电励磁方式，开创了电励磁电机的新纪元。但以上电机都只是能量转换的工具。

现有的发电机的基本原理都是导体切割磁力线而感应电动势并产生电流，导体切割磁力线的过程需要消耗足够的机械能，以克服装嵌导体的软铁与磁铁之间的吸力。

只要仔细地去观察，我们会发现一个有趣的现象：磁场的吸力效应并不能简单地用经典力学去解释，在不考虑磨擦力的前提下，若按照经典力学，转子铁被吸往定子磁铁的力与转子铁离开定子磁铁的所需克服的力应该是方向相反、大小相等的，但实际上，这对看似大小相等的力却是无法自己相互抵消的，因此发电机切割磁力线需要消耗大量的动能。然而，这对方向相反、大小相等的吸力虽然不能自己相互抵消，却可以用一对方向相反、大小相等的磁场斥力将其抵消。

本实用新型利用一对方向相反、大小相等的磁场斥力去平衡一对方向相反、大小相等的磁场吸力的原理，使电动发电机可以不再依靠外部动力而可以以电发电。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种不用依赖外部动力而可以以电发电的盘式电动直流发电机。

本实用新型是这样实现的：一种磁力平衡的盘式电动直流发电机，主要包括电动机(12)和磁力平衡的盘式直流发电机，其特征是电动机与磁力平衡的盘式直流发电机设在同一机壳内，共轴(6)、共端盖(5、8)、共机座(1)、共风扇(15)、共接线盒(10)，或者，电动机与磁力平衡的盘式直流发电机分别独立设置，两者用联轴器联接。

磁力平衡的盘式直流发电机主要包括转子磁铁(2)、定子磁铁(3、14)、转盘(4)和电枢(9、17)，其特征是：定子磁铁有1个或1个以上，定子磁铁的磁极方向为径向，S极对着轴心、N极对着机壳，或者，S极对着机壳、N极对着轴心；转子磁铁有一个或一个以上，转子磁铁的磁极方向与定子磁铁的磁极方向相同，即定子磁铁与转子磁铁设定为相斥的；电枢有1个或一个以上，电枢与定子磁铁对称或平均分布在定子环或端盖上，或者，电枢与转子磁铁对称或平均分布在转盘上；转子磁铁的数量是任意偶数，定子磁铁与定子电枢的数量之和是任意偶数，或者，定子磁铁的数量是任意偶数，转子磁铁与转子电枢的数量之和是任意偶数；转子磁铁、定子磁铁及电枢按斥、吸磁力平衡的阵列排列；定子磁铁和转子磁铁为条形磁铁或“U”形磁铁，电枢为条形电枢或“U”形电枢。

转子磁铁、定子磁铁及电枢三者斥、吸磁力平衡的阵列说明：

以只有2个转子磁铁的发电机为例，2个转子磁铁轴对称分布在转盘上，当定子磁铁的数量为1个，定子电枢数量为1个时，定子磁铁和定子电枢轴对称分布在定子环或端盖上；当定子磁铁的数量为2个，定子电枢的数量为2个时，定子磁铁与定子电枢的排列方式为：磁铁-磁铁-电枢-电枢，而不能是磁铁-电枢-磁铁-电枢；当定子磁铁的数量为3个，定子电枢数量为3个时，定子磁铁与定子电枢有2种排列方式：a.磁铁-电枢-磁铁-电枢-磁铁-电枢、b.磁铁-磁铁-磁铁-电枢-电枢-电枢；当定子磁铁的数量为4个、定子电枢的数量为4个时，也有两种排列方式：a.磁铁-磁铁-电枢-磁铁-电枢-电枢-磁铁-电枢、b.磁铁-磁铁-磁铁-磁铁-电枢-电枢-电枢-电枢。

若转子磁铁的数量等于定子磁铁与定子电枢的数量之和，则定子磁铁与定子电枢可以任意排列，而且定子磁铁与定子电枢的数量无比例限制。同样，若定子磁铁的数量等于转子磁铁与转子电枢的数量之和，则转子磁铁与转子电枢可以任意排列，而且转子磁铁与转子电枢的数量无比例限制。以有6个转子磁铁及定子磁铁与定子电枢的数量之和为6的发电机为例，定子磁铁与定子电枢的数量无比例限制，定子磁铁与定子电枢的数量组合可以是1个定子磁铁、5个定子电枢，也可以是4个定子磁铁、2个定子电枢，也可以是3个定子磁铁、3个定子电枢等等，只要两者数量之和为6就可以了。

所述定子磁铁和转子磁铁为条形永久磁铁或条形电磁铁或“U”形永久磁铁或“U”形电磁铁。永久磁铁用铁氧体或稀土材料制成，如钡铁氧体、锶铁氧体、钕铁硼等等。电磁铁由铁心和励磁绕组组成，条形电磁铁的铁心呈“工”字形，“U”形电磁铁的铁心也呈变形的“工”字形，即“工”字向一侧延伸，铁心的中间绕有励磁绕组。电枢由铁心和电枢绕组组成，条形电枢的铁心呈“工”字形，“U”形电枢的铁心呈变形的“工’’字形。铁心用软铁材料制成，如用电工纯铁铸造成一个整体，或用硅钢片叠压成一个整体，励磁绕组和电枢绕组用漆包线绕制而成，如漆包铜线、漆包铝线、漆包合金线。

所述磁力平衡的盘式直流发电机为单段结构或双段结构的永磁盘式直流发电机或混合励磁盘式直流发电机或电励磁盘式直流发电机。永磁盘式直流发电机的定子磁铁和转子磁铁都是永久磁铁，转子永久磁铁与定子永久磁铁的斥力大小是固定的，不能通过调节磁场强度的大小来调节斥力。混合励磁盘式直流发电机中既有永久磁铁又有电磁铁，永久磁铁设在转子上，电磁铁设在定子上，或者，定子磁铁由电磁铁和永久磁铁组成。混合励磁盘式直流发电机可以通过调节电磁铁的磁场强度来调节定子磁铁与转子磁铁的斥力。电励磁盘式直流发电机的转子磁铁和定子磁铁都是电磁铁，若定子和转子都设有电枢，则转子电枢产生的电流可作为转子磁铁的励磁电源。

单段结构的盘式直流发电机由于定子磁铁与转子磁铁相斥时，转盘要承受一定的轴向推力，因此轴承最好采用能同时承受径向载荷和轴向载荷的轴承，如圆锥滚子轴承、角接触球轴承等。

双段结构的盘式直流发电机的定子磁铁有一组或两组，定子电枢有一组或两组；若定子磁铁只有一组，则定子电枢也只有一组，定子磁铁和定子电枢分别固定在转盘两侧的定子环或端盖上；若定子磁铁分为两组，则定子电枢也分成两组，转盘的两侧都有定子磁铁和定子电枢。转子磁铁有一组或两组，若转子磁铁只有一组，则转盘上设有通孔，转子磁铁固定在通孔中，转盘的两侧露出磁铁的两侧；若转子磁铁有两组，则两组转子磁铁分别固定在转盘的两侧。两组转子磁铁的磁极方向相反，两组定子磁铁的磁极方向也相反，或者，两组转子磁铁的磁极方向相同，两组定子磁铁的磁极方向也相同。两组转子磁铁的磁极方向相反时，适宜先充磁再装入转盘，两组转子磁铁的磁极方向相同时，适宜先将磁钢固定在转盘上再充磁。双段结构的盘式直流发电机由于转盘的两侧都受到斥力，因此可以采用只能承受径向载荷的轴承。

转盘上设有用于镶嵌磁钢或铁心的凹槽或通孔，转子磁铁和/或电枢用焊接或胶水粘接的方法固定在转盘上；定子环或端盖上设有用于镶嵌磁钢和/或定子铁心的凹槽，定子磁铁和/或定子电枢用焊接或胶水粘接的方法固定在定子环或端盖上。

由于定子磁铁与转子磁铁是相斥的，当转子和定子都有永久磁铁时，需要用特别的方法安装转盘或定子环。转盘可用螺纹连接的方法旋至预定的转轴位置，然后用销或螺丝或螺母或弹簧垫圈或尼龙垫圈或自锁螺母等方法固定防松及止推。定子环也可用螺纹连接的方法旋至预定的机壳位置，并作防松处理。

单段或同段定子磁铁和转子磁铁的磁极方向为径向，而且两者的磁极方向相同，若定子磁铁的S极对着轴心、N极对着机壳，则转子磁铁的S极对着轴心、N极对着机壳，若定子磁铁的N极对着轴心、S极对着机壳，则转子磁铁的N极对着轴心、S极对着机壳。定子磁铁与转子磁铁相斥时，对转子产生的主要作用力为垂直于轴面的切向扭力矩和平行于轴的轴向推力。

定子磁铁与转子磁铁相斥的斥力是双向的，当两者靠近时，互相阻止对方靠近，当两者离开时，互相推开对方。这个双向的斥力与电枢切割磁力线时双向的吸力是相反的，因此定子磁铁和转子磁铁产生的双向斥力可以用来平衡电枢切割磁力线时产生的双向吸力。

定子磁铁和转子磁铁产生的双向斥力可用曲线来表达，将连续产生的同方向的最大斥力点、最小斥力点和反方向的最大斥力点、最小斥力点用曲线连结起来即为波浪形，磁铁之间的距离不同、磁场强度的不同和转子旋转的速度不同都会导致双向斥力产生的波形不同，可以是正弦波，也可以不是正弦波，波的高度表示斥力的大小，波的宽度表示波长。定子磁铁和转子磁铁产生的斥力用于平衡电枢切割磁力线产生的吸力，若两者的波形完全一致，则表示斥力与吸力可以完全相互抵消。定子磁铁和转子磁铁产生的斥力波与电枢切割磁力线产生的吸力波的特性有所不同，磁铁间距越密，产生的斥力波高度越小，最大的斥力越来越小，最小的斥力也是越来越小的，而电枢的间距越密，切割磁力时产生的最大吸力是不变的，最小的吸力却越来越大。因此磁铁的间距和电枢的电距不能太密。

电励磁盘式直流发电机和混合励磁盘式直流发电机的斥力大小是可以调节的，通过调节励磁电流的电压，就可以使定子磁铁和转子磁铁产生的斥力与电枢切割磁力线产生的吸力的大小趋向相同，因此电励磁盘式直流发电机和混合励磁盘式直流发电机设有励磁调节器，通过调节输入励磁绕组的电压，使磁场强度可以调节。电励磁盘式直流发电机和混合励磁盘式直流发电机一般只需调节定子的磁场强度，就可以达到调节斥力大小的目的。励磁调节器一般与接线盒设在一起，接线盒设在机壳上，励磁调节器设在接线盒中。励磁调节器除了可以调节定子磁铁和转子磁铁的斥力大小外，还可以调节发电机输出的电流大小。

永磁盘式直流发电机的斥力大小也可以调节，但必须用机械的方法调整定、转子磁铁的距离。

接入电励磁盘式直流发电机和混合励磁盘式直流发电机的励磁电流为直流电，电磁铁产生的磁场是恒定磁场。

由于磁铁的磁极方向为径向，同组磁铁的磁极都是S极对着转轴、N极对着机壳或者都是N极对着转轴、S极对着机壳，因此不存在换向的问题，电枢直接输出直流电，无需电刷、换向器和整流器。

磁力平衡的盘式电动直流发电机配有蓄电池或设有启动装置(16)。电励磁式盘式电动直流发电机需要用蓄电池的电源或外部励磁电源启动电机，永磁盘式电动直流发电机和混合励磁盘式电动发电机用蓄电池的电源或启动装置或外部电源启动电机。在有外部电源或蓄电池的场合，电机并不需要用启动装置启动，直接用外部电源或蓄电池电源作为电机的初始励磁电源，电机运转后，发电机产生的部份电流作为电动机和发电机的励磁电源，就可以切断外部电源并为蓄电池充电。启动装置作为一种辅助工具，适合无外部励磁电源或蓄电池电源的场合使用。人工辅助启动装置为盘式或杠杆式，与超越离合器一起设在转轴上。人工辅助启动装置也可以像老式托拉机一样，用摇杆启动，电机启动后再收起摇杆。还有一种是拉绳式，就像一些柴油电机的拉绳启动装置一样。启动装置设在端盖外侧的转轴上。

转子转盘和定子环用非导磁材料或铁磁性材料制成，如铝合金、铸铁、塑胶、陶瓷等。

发电机和电动机工作时也会产生热能，若发电机与电动机设在同一机壳内，则可以共用风扇、散热片等冷却装置。

发电机一般与电动机设在同一机壳内，与电动机共轴，发电机也可以独立设置，有独立的机壳、接线盒和风扇，通过联轴器与电动机连接。

附图说明

图1为本实用新型第一实施例结构示意图。

图2为本实用新型第二实施例结构示意图。

图3为本实用新型第三实施例结构示意图。

图4为本实用新型第四实施例结构示意图。

图5为本实用新型第五实施例结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述。

第一实施例

参见图1电机整体结构平面图，一种磁力平衡的永磁盘式电动直流发电机，主要包括蓄电池(11)、电动机(12)和单段结构的磁力平衡永磁盘式直流发电机，电动机与永磁盘式直流发电机分别独立设置，两者用联轴器联接。电动机的初始励磁电源由蓄电池提供，电动机运转后，发电机发出的部份电流作为电动机的励磁电源供给电动机，同时给蓄电池充电。

永磁盘式直流发电机主要包括机座(1)、转子永久磁铁(2)、定子永久磁铁(3)、转盘(4)、前端盖(5)、转轴(6)、轴承(7)、后端盖(8)、定子电枢(9)和接线盒(10)。定子永久磁铁有1个或1个以上，定子磁铁的磁极方向为径向，S极对着轴心、N极对着机壳；转子磁铁有2个或2个以上，转子磁铁的磁极方向与定子磁铁的磁极方向相同，即定子磁铁与转子磁铁设定为相斥的；定子电枢有1个或一个以上，定子电枢与定子磁铁对称或平均分布在前端盖上；转子磁铁的数量是任意偶数，定子磁铁与定子电枢的数量之和是任意偶数；转子磁铁、定子磁铁及电枢按斥、吸磁力平衡的阵列排列；定子磁铁为条形永久磁铁、转子磁铁为“U”形永久磁铁，电枢为条形电枢。转子“U”形永久磁铁与定子条形永久磁铁、定子条形电枢对齐时，转子“U”形永久磁铁半包围定子条形永久磁铁和定子条形电枢。电枢由“工”字形铁心和励磁绕组组成，铁心用硅钢片叠压而成，励磁绕组用漆包铜线绕制而成。相邻的定子磁铁之间的间距和相邻的转子磁铁之间的间距较宽，转子旋转时，定子磁场与转子磁场有两个方向的斥力，两个方向的最大斥力和最小斥力的点用曲线连接起来成波浪形；定子磁铁和转子磁铁产生的斥力用于平衡电枢切割磁力线产生的吸力；轴承采用能同时承受径向载荷和轴向载荷的角接触球轴承；转盘用铝合金制成，转盘上设有用于镶嵌转子磁铁的凹槽，转子磁钢先充好磁再用胶水粘接在转盘的凹槽中。前端盖上设有用于镶嵌定子磁铁和定子电枢的凹槽，定子磁钢和定子电枢用胶水粘接在前端盖的凹槽中。安装时，先将装好磁钢和电枢的前端盖固定在机座上，装好磁钢的转盘用螺纹连接的方法旋至预定的转轴位置，再用防松螺母固定防松。

第二实施例

参见图2电机整体结构平面图，一种磁力平衡的混合励磁盘式电动直流发电机，主要包括启动装置(16)、电动机(12)和单段结构的磁力平衡的混合励磁盘式直流发电机，电动机与磁力平衡的混合励磁盘式直流发电机设在同一机壳内，共轴(6)、共端盖(5、8)、共机座(1)、共风扇(15)、共接线盒(10)。启动装置由杠杆和超越离合器组成。电机启动时，由人力转动杠杆，带动转轴，发电机产生的部份电流作为励磁电源供给电动机和发电机本身，直至电动机正常运转。

磁力平衡的混合励磁盘式直流发电机主要包括转子“U”形永久磁铁(2)、定子条形电磁铁(14)、转盘(4)、定子电枢(9)、定子环(13)和励磁调节器。定子环上设有用于镶嵌定子磁铁和定子电枢的凹槽，定子电磁铁和定子电枢用胶水粘接在定子环的凹槽中。接线盒设在机座上，励磁调节器设在接线盒中，利用励磁调节器调节定子电磁铁的励磁电压，使定子磁铁与转子磁铁的斥力与电枢切割磁力线时产生的吸力大小趋向相同。其余未述部分同第一实施例，不再重复。

第三实施例

参见图3电机整体结构平面图，一种磁力平衡的混合励磁盘式电动直流发电机，主要包括启动装置(16)、电动机(12)和双段结构的磁力平衡的混合励磁盘式直流发电机，电动机与磁力平衡的混合励磁盘式直流发电机设在同一机壳内，共轴(6)、共端盖(5、8)、共机座(1)、共风扇(15)、共接线盒(10)。

双段结构的磁力平衡混合励磁盘式直流发电机主要包括转子条形永久磁铁(2)、定子条形永久磁铁(3)、定子条形电磁铁(14)、转盘(4)、定子电枢(9)、转子电枢(17)、定子环(13)和励磁调节器。发电机采用双段结构，转盘的一侧设有1组条形永久磁铁和1组转子条形电枢，转盘的另一侧设有1组条形永久磁铁，两组转子磁铁的磁极方向相同。一个定子环上设有1组条形永久磁铁和1组“U”形定子电枢，另一个定子环上设有1组由条形电磁铁和条形永久磁铁组成的定子磁铁，两组定子磁铁的磁极方向相同。其余未述部分同第一、第二实施例，不再重复。

第四实施例

参见图4电机整体结构平面图，一种磁力平衡的混合励磁盘式电动直流发电机，主要包括启动装置(16)、电动机(12)和双段结构的磁力平衡的混合励磁盘式直流发电机，电动机与磁力平衡的混合励磁盘式直流发电机设在同一机壳内，共轴(6)、共端盖(5、8)、共机座(1)、共风扇(15)、共接线盒(10)。

双段结构的磁力平衡混合励磁盘式直流发电机主要包括转子条形永久磁铁(2)、定子条形永久磁铁(3)、定子条形电磁铁(14)、转盘(4)、定子电枢(9)、定子环(13)和励磁调节器。发电机采用双段结构，转子磁铁有两组，分别固定在转盘的两侧，两组转子磁铁的磁极方向相反；定子磁铁有1组，固定在其中一个定子环上，定子磁铁的磁极方向与同段转子磁铁的磁极方向相同。电枢有一组，电枢固定在另一个定子环上。其余未述部分同第一、第二实施例，不再重复。

第五实施例

参见图5电机整体结构平面图，一种磁力平衡的混合励磁盘式电动直流发电机，主要包括启动装置(16)、电动机(12)和双段结构的磁力平衡的混合励磁盘式直流发电机，电动机与磁力平衡的混合励磁盘式直流发电机设在同一机壳内，共轴(6)、共端盖(5、8)、共机座(1)、共风扇(15)、共接线盒(10)。

双段结构的磁力平衡的混合励磁盘式直流发电机主要包括转子条形永久磁铁(2)、定子条形永久磁铁(3)、定子条形电磁铁(14)、转盘(4)、定子电枢(9)、定子环(13)和励磁调节器。发电机采用双段结构，转子磁铁有1组，转盘上设有嵌放磁铁的通孔，转子磁铁固定在通孔中且在转盘的两侧露出两侧。其余未述部分同第一、第二、第四实施例，不再重复。

Claims (10)

1.一种磁力平衡的盘式电动直流发电机，主要包括电动机(12)和磁力平衡的盘式直流发电机，其特征是电动机与磁力平衡的盘式直流发电机设在同一机壳内，共轴(6)、共端盖(5、8)、共机座(1)、共风扇(15)、共接线盒(10)，或者，电动机与磁力平衡的盘式直流发电机分别独立设置，两者用联轴器联接。

2.根据权利要求1所述磁力平衡的盘式直流发电机，主要包括转子磁铁(2)、定子磁铁(3、14)、转盘(4)和电枢(9、17)，其特征是：定子磁铁有1个或1个以上，定子磁铁的磁极方向为径向，S极对着轴心、N极对着机壳，或者，S极对着机壳、N极对着轴心；转子磁铁有一个或一个以上，转子磁铁的磁极方向与定子磁铁的磁极方向相同，即定子磁铁与转子磁铁设定为相斥的；电枢有1个或一个以上，电枢与定子磁铁对称或平均分布在定子环(13)或端盖上，或者，电枢与转子磁铁对称或平均分布在转盘上；转子磁铁的数量是任意偶数，定子磁铁与定子电枢的数量之和是任意偶数，或者，定子磁铁的数量是任意偶数，转子磁铁与转子电枢的数量之和是任意偶数；转子磁铁、定子磁铁及电枢按斥、吸磁力平衡的阵列排列；定子磁铁和转子磁铁为条形磁铁或“U”形磁铁，电枢为条形电枢或“U”形电枢。

3.根据权利要求2所述磁力平衡的盘式直流发电机，其特征是所述磁力平衡的盘式直流发电机为单段结构或双段结构的永磁盘式直流发电机或混合励磁盘式直流发电机或电励磁盘式直流发电机。

4.根据权利要求3所述磁力平衡的盘式直流发电机，其特征是混合励磁盘式直流发电机和电励磁盘式直流发电机设有励磁调节器。

5.根据权利要求3所述磁力平衡的盘式直流发电机，其特征是双段结构的盘式直流发电机的定字磁铁有一组或两组，转子磁铁有一组或两组，电枢有一组或两组。

6.根据权利要求3或5所述磁力平衡的盘式直流发电机，其特征是两组转子磁铁的磁极方向相反，两组定子磁铁的磁极方向相反，或者，两组转子磁铁的磁极方向相同，两组定子磁铁的磁极方向相同；单段或同段定子磁铁和转子磁铁的磁极方向为径向，而且两者的磁极方向相同。

7.根据权利要求3所述磁力平衡的盘式直流发电机，其特征是转盘上设有用于镶嵌磁钢或铁心的凹槽或通孔，转子磁铁和/或电枢用焊接或胶水粘接的方法固定在转盘上；定子环或端盖上设有用于镶嵌磁钢和/或定子铁心的凹槽，定子磁铁和/或定子电枢用焊接或胶水粘接的方法固定在定子环或端盖上。

8.根据权利要求3所述磁力平衡的盘式直流发电机，其特征是转盘用螺纹连接的方法旋至预定的转轴位置，然后用销或螺丝或螺母或弹簧垫圈或尼龙垫圈或自锁螺母固定。

9.根据权利要求1所述一种磁力平衡的盘式电动直流发电机，其特征是电机配有蓄电池(11)或设有启动装置(16)，启动装置设在端盖外侧的转轴上。

10.根据权利要求9所述一种磁力平衡的盘式电动直流发电机，其特征是所述启动装置为盘式或杠杆式或摇杆式或拉绳式人工启动装置。

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