专利名称：一种用直导体在磁化磁场中产生直流感应电动势的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用直导体在磁化磁场中产生直流感应电动势的直流旋转磁极式发电机。本发明还涉及到该直流发电机的机械构造组成的方法以及该方法的专用电枢绕组、专用磁极的布置方法。
直流发电机广泛应用于工农业生产，军事及民用品。据1984年12月版《高中物理》(乙种本)下册揭示了现代的直流输电，只是“输电”这个环节是直流，发电仍是交流。在输电线路的起端，有专用换流设备将交流“变换”为直流，在输电线路末端(受电端)，也有专用的换流设备将直流“变换”交流。目前，换流设备还存在制造困难、价格高等问题；其次，旋转电枢式直流发电机，由于转子产生的电流，必须经过裸露着滑环和电刷引到外电路，如果电压很高，就容易发生火花放电，有可能烧毁电机。同时，电枢可能占有空间受到很大限制，它的线圈匝数不可能很多，产生的感应电动势也不能很高，这种发电机提供的电压一般不超过500V；其三制造高电压的大功率直流发电机很困难，又不能直接给直流升压，而远距离输电需要高电压。由此可见，目前的直流发电只是将交流用“变换设备”形成直流电，而电枢输出不使用碳刷或换流设备的直流旋转磁极式发电机尚未被研制开发。
本发明的主要目的是提供一种用直导体在磁化磁场中产生直流感应电动势的装置，使电枢绕组电动势输出不使用碳刷和换流设备、电枢绕组所占有空间不受限制、其机械结构简单、制造成本低可长时间连续工作运行。为此，本发明提供一种用于该直流发电机的机械构造组成的方法以及该方法的专用电枢绕组、专用磁极的布置方法。
为达到上述目的，本发明利用直导体在磁化磁场中产生感应电动势时，直导体的磁化磁场方向不变、切割磁化磁力线的运动方向也不变的条件下，直导体在磁化磁场中产生感应电流的正负极分别出现在直导体的两端与直导体在磁场中产生的感应电动势，性质相同，因此直导体两端也就产生了直流电动势。根据上述配合之要素，本发明通过对交流旋转磁极式发电机的改进。在交流旋转磁极式发电机的机械结构基础上满足了直导体在磁化磁场中产生直流感应电动势的要求，本发明而得以实现。
为了满足直导体在磁化磁场中产生直流电动势的条件要求，本发明装置中所需的机械构造组成的方法以及该方法的专用电枢绕组、专用磁极的方法包括下述几个步骤；在交流发电机定子机械构造的基础上，先在定子外侧设置与内侧嵌线槽相同的线槽，并令直导体沿定子内外侧槽进行线圈绕组，使直导体的起始端分别在内外槽上，线圈匝数可根据所需输出电压要求确定；然后将转子表面磁极布置成相同极向，其表面形象要求为由一块块长条形的磁极组成，再将所改进的定子和转子处于与交流发电机机械构成相类似的组合机体上，当转子由外力拖动使转子旋转，转子与定子之间的磁化磁场形象地被转子拖动旋转，磁化磁力线经过电枢绕组的有效部分时，绕组受到来自转子表面条形磁极的移动磁化磁力线的作用，从而有直流感应电动势产生。而绕组通过由直导体的形变绕制而成，在电枢绕组起始端(输出端)产生直流电动势。
由于上述直流发电机定子是由符合发电机工作的电工材料制成，定子内侧表面与转子表面的磁极相对磁化为与转子磁极相反的磁极而形成磁化磁场。由于转子表面的磁极相同，因此只有当转子的旋转方向改变时，电枢输出端的电流方向才随之改变。由于电枢绕组是直导体的形变绕制而成，电枢的输出为直流电动势，从而电枢输出不使用碳刷和整流设备，电枢绕组可以根据所需电压要求，确定电枢绕组的有效匝数，由此可见，大功率大电压的直流发电机能够得以实现。
下面结合直导体在磁化磁场实验、附图。本发明主要机械构造组成的方法以及该方法的专用电枢绕组、专用磁极的布置方法、附图、实施例进一步的详细说明。
图1为直导在磁化磁场中产生感应电动势实验。
图2为图1实验中直导体在磁化磁场产生感应电动势的大小。
图3为本发明用于机械构造定子内外槽方式截面图。
图4为本发明图3内外槽电枢绕组专用方法。
图5为本发明专用主磁极在转子上的布置方法。
图6为图3至图5在相似机体实施中主要发明的配合形式示意图。
图1为直导在磁化磁场中产生感应电动势实验，将磁极1对应2磁极换成铁磁性物体，当导体在此磁化磁场中沿着与磁化磁力线垂直的方向移动时，可以看到检流计的指针发生偏转，这也说明了导体AB中产生感生电动势，在回路中引起了感应电流。如果导体不移动，或者导体平行于磁化磁力线方向移动时，则检流计不会发生偏转，这说明导体中感应电动势为零。因此，从这个试验可以得出结论只要导体和磁化磁场发生了相对运动或者说导体切割了磁化磁力线，在导体中就会产生感应电动势。其原因，简单说来是导体切割磁化磁力线时，导体内部的正负电荷会受到电磁力的作用而分离，从而使导体两端正分别出现正负极，也就是直导体输出端为直流电动势。
图2为图1实验中直导体在磁化磁场产生感应电动势的大小继续图1实验便可知道，当导体沿着与磁化磁力线垂直的方向运动时，所产生的感应电动势的大小和以下几个因素有关1、磁化磁场的强弱。外磁场磁强度B愈大，即磁力线越密；铁磁性物质的磁阻越小，即磁化磁力线越密，导体在一定速度下切割的磁力线越多，导体中产生的感应电动势就越大。
2、导体运动速度的快慢，速度愈快，在一定的磁化磁场中，单位时间里切割的磁化磁力线越多，感应电动势就越大。
3、导体在磁化磁场中的长度，导体越长，单位时间切割磁化磁力线越多；感应电动势就越大。
4、外磁场与被磁化铁磁性物质体间的距离越小；也就是主磁极与被磁化铁磁性物体间的气隙越小，磁化磁场越大。
从以上事实，通过精确的试验可以证明，当导体在磁化磁场中沿着与磁化磁力线垂直方向运动时，所产生感应电动势E的大小与磁化磁感应强度B、与被磁化铁磁性物质导磁系数u、直导体的有效长度L及相对速度V成正比，写成关系式就是E＝BLVu如果导体的运动的方向与磁化磁场方向不相垂直，两者之间的夹角是a，在图2中可以将导体的这种运动分解为两个运动，一个是平行于磁化磁场的方向的运动，它的速度V′＝Vcosa；而另一个是垂直于磁化磁场方向的运动，它的速度V″＝Vsina。因为导体平行于磁化磁场方向运动不切割磁化磁力线，所以不能产生感应电动势。只有导体垂直于磁化磁场方向的运动才切割磁化磁力线，才能产生感应电动势。因此，导体感应电动势的公式应写成E＝BLVusina磁化磁场中导体感应电动势方向。通过图1的试验已经知道，当导体垂直切割磁化磁力线时，导体中就会产生感应电动势，并在闭合回路中引起感应电流。仔细观察感应电流的方向(根据检流计的正、负极判断)，发现当1的外磁场为N极时，当导体垂直向下运动时，导体感应电流方向A端的极性为正，B端的极性为负，感应电动势的方向是由B到A。若当导体垂直向上运动或导体仍向下运动但改变1的极向时，回路电流的方向随之改变，感应电动势的方向也随之改变。由此可见，感应电动势的方向与图2中1的磁极向以及导体对磁化磁场相对运动方向有关，并且具有右手定则规律。由此实验可以证明直导体在磁化磁场中切割磁化磁力线具有在磁场中切割磁力线相同的性质，因此直导体输出端也就产生了直流电动势。
图3为本发明用于机械构造定子内外槽方式截面图。在定子3中内侧槽2为旋转磁极式交流发电机电枢定子铁芯嵌线槽。在2的基础上设置1为定子3铁芯外侧嵌线槽，使外槽面积与内槽2面积相等。
图4为本发明图3内外槽电枢绕组专用方法导体4沿定子铁芯3内外侧嵌线槽进行电枢绕组绕制使直导体起端输出1处于定子3的内侧，直导体终端输出2处于定子3的外侧。图4电枢绕组的方法是根据直导体处于磁化磁场中直导体的磁化磁场的方向不变、切割磁化磁力线的运动方向也不变条件下直导体在磁化磁场中产生的感应电动势在输出端的电流正负极分别出现在1与2的输出端，也就是1与2输出直流电动势。
图5为本发明专用主磁极在转子上的布置方法转子C磁体分布磁体1、2、3、4；磁体1、2、3、4于转子表面的磁极相同。转子展示图A、B中的磁极1、2、3、4被形象为由1长条形磁极，2长条形磁极，3长条形磁极，4长条形磁极布置。与转子C表面1、2、3、4磁极相反的磁极集中于转子轴5上，转子表面的形象条形磁极的作用有利于推动磁化磁力线。
图6为图3至图5在相似机体实施中主要发明的配合形式示意图。1、2为直导体电枢直流电动势输出端；3为定子铁芯；4为机体；5为转子表面磁极；6为转子体；7为转子轴；8为直导体电枢绕组。当6处于本相似装置中，转子6表面5与3定子内侧形成磁化磁场。当转子6由外力拖动，转子上5与3定子内侧发生相对运动，由于转子6表面5由形象条形磁极布置，且转子6表面5磁极性相同，转子6与定子3发生相对应的磁化磁力线运动，由于定子3带有便于嵌线的开口槽，于是磁化磁力线切割开口槽中直导体形变电枢绕组的有效部分，从而导致1、2输出端有直流感应电动势输出。
本发明不局限于转子为主磁极与上述图6的结构装置方法，同样适用其它机械方式的适合配置。只要在电枢绕组方法定子与转子之间为互相磁化关系的主磁极且沿圆周布置磁极极性相同的特征，所在机械配置的直流发电机中，均属本发明范围。
权利要求
1.一种用直导体在磁化磁场产生感应直流电动势的装置。本发明装置所需的机械构造组成方法。该装置的专用电枢绕组和专用磁极。其装置特征是定子(3)上绕有电枢绕组(8)，并使定子(3)和转子(6)处于与旋转磁式交流发电机相类似的机体中。
2.根据权利要求1所述的装置中的定子(3)其特征是内外侧设置嵌线槽，使外嵌槽(1)与内嵌线槽内(2)面积相等。
3.根据权利要求1所述的装置中电枢绕组(8)其特征是令直导体沿定子(3)内外侧槽进行直导体形变绕组，使直导体的起始端分别处于定子(3)的(1)与(2)内外嵌槽中。
4.根据权利要求1所述的装置中转子(6)其特征是转子(6)的表面形象要求为一块块长条形相同的磁极组成，转子(6)表面5沿圆周的磁极性相同。
5.根据权利要求1所述的装置中，定子(3)与转子(6)的表面(5)，其特征是(5)的磁极与(3)的内侧形成磁化磁场。
6.根据权利要求5所述要求定子(3)与转子(6)，其特征是定子(3)内侧与转子(6)的磁极(5)之间的气隙较小。
全文摘要
本发明属于旋转磁极式直流发电机，特别涉及电枢绕组输出不使用碳刷和整流设备。本发明以交流旋转磁极式发电机机械构造为基础，改进了其定子结构形式使直导体能够在定子中以形变的方式处于定子上，转子为表面磁极相同的形象条形磁极布置，当转子处于定子相似交流电机的机体上，转子由外力拖动时，转子与定子之间的磁化磁场被拖动旋转，当磁化磁力线经过定子绕组有效部分时电枢绕组产生直流电动势并输出。
文档编号H02K57/00GK1452304SQ0211291
公开日2003年10月29日 申请日期2002年4月19日 优先权日2002年4月19日
发明者吴建 申请人:吴建