专利名称：直旋感生发电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种发电装置，确切地说是一种直旋感生发电机。
背景技术：
传统的发电机存在以下不足第一，由于传统发电机转子即磁极，与定子即线圈， 两者之间作相对圆周运动过程中，磁力线和线圈做相对切割运动，主磁通和线圈的感应电 流产生的旋转磁场形成切向力始终与转子旋转的方向相反180°对转子起到阻碍作用，输 入的动力远大于电磁阻力才能满足发电机的运行要求，上述电磁阻力越大，消耗浪费的能 量越大。这种发电方式只是完成了能量的部分转化，转化效率低，能耗较大。第二，传统发 电机的铁芯中容易产生漏磁，还产生谐波，对电网有危害。另外，若要提高发电机的发电效 率，缩小铁芯与磁极之间的间隙是一个必要的途径，间隙越小间隙内的空气所产生的磁阻 越小，发电效率越高，最理想的方案是铁芯与磁极直接接触，确保磁极的磁力线最多的穿过 铁芯；然而，一方面缩小铁芯与磁极之间的间隙对加工工艺的要求过高，会大幅增加发电机 的造价，另一方面，由于现有的铁芯与磁极都是固体，若相互直接接触磨擦力过大，因此，难 以将发电机的发电效率提高到最理想的状态。
发明内容
本发明的目的，是提供了一种直旋感生发电机，它是通过改变发电机铁芯中磁通 量的大小在线圈中产生感生电动势，而非通过线圈切割磁力线，磁力线始终在铁芯内与铁 芯上的线圈垂直，铁芯与磁铁相对转动的方向也与磁力线垂直，因此，主磁通和线圈内的感 应电流产生的磁通均在铁芯内与铁芯成水平方向，对铁芯与磁铁的相对转动的阻碍作用大 幅减小，可节省发电所需的能量消耗。它的铁芯中不易产生漏磁和谐波，不会对电网造成危 害，从而，可解决现有发电机存在的不足。并且，它可消除磁极与铁芯之间的磁阻，有效地提 高发电机的发电效率。本发明的目的是通过以下技术方案实现的直旋感生发电机，包括铁芯支架，铁芯 支架上安装转轴，转轴的两端分别安装第一转盘和第二转盘，铁芯支架上安装第一铁芯，第 一铁芯的外周安装第一线圈，第一转盘上安装第一密封板，第一转盘或第一密封板上安装 第一磁铁，第一磁铁的表面与第一密封板的表面共面，第二转盘上安装第四磁铁，第一磁铁 和第四磁铁与第一铁芯的两端相对应，第一磁铁与第四磁铁的异极相对；第一铁芯的一端 开设储液槽，储液槽内均填充磁性液体，第一铁芯设有磁性液体的一端与第一密封板接触。为进一步实现本发明的目的，还可以采用以下技术方案实现铁芯支架上安装第 二铁芯和第三铁芯，第一铁芯、第二铁芯和第三铁芯均勻分布于转轴的外周，第一铁芯、第 二铁芯和第三铁芯的中心共圆，第二铁芯的外周安装第二线圈，第三铁芯的外周安装第三 线圈，第一转盘上安装第二磁铁，第二磁铁和第一磁铁与转轴的间距相等，第二磁铁和第一 磁铁相隔180度，第二转盘上安装第五磁铁，第五磁铁和第四磁铁与转轴的间距相等，第五 磁铁与第四磁铁相隔180度，第五磁铁与第二磁铁异极相对；第五磁铁的表面与第二密封板表面共面，第二磁铁与第一密封板的表面共面。第一铁芯、第二铁芯、第三铁芯、第一磁 铁、第二磁铁、第四磁铁和第五磁铁的端面形状和大小相同。第一磁铁和第二磁铁的磁极方 向相反。第一磁铁和第二磁铁的磁极方向相同。第一转盘上安装数个外磁块，数个外磁块 均勻分布于以转轴为圆心的圆周上；铁芯支架上安装数个内磁块，数个内磁块均勻分布于 以转轴为圆心的圆周上；外磁块到转轴的垂直距离等于内磁块到转轴的垂直距离；内磁块 与外磁块一一对应，且同极相对。第二转盘上安装数个外磁块，数个外磁块均勻分布于以转 轴为圆心的圆周上；铁芯支架上安装数个内磁块，数个内磁块均勻分布于以转轴为圆心的 圆周上；外磁块到转轴的垂直距离等于内磁块到转轴的垂直距离；内磁块与外磁块一一对 应，且同极相对。所述的第一密封板是圆环形结构。第一铁芯的两端各开设一个储液槽，储 液槽内均填充有磁性液体；第二转盘上安装第二密封板，第四磁铁与第二密封板的表面共 面，第一铁芯的两端分别与第一密封板和第二密封板接触。所述的第二密封板是圆环形结 构。本发明的积极效果在于它是通过改变发电机铁芯中磁通量的大小在线圈中产生 感生电动势，产生感生电流的大小与磁通量的变化率和导线负载的电阻大小有关。本发电 机工作时，铁芯与磁铁相对转动过程中，磁铁的磁力线始终垂直于铁芯端面，即改变铁芯中 磁通量大小的旋转方向始终与磁铁磁力线的方向始终成90度角，以该结构方式发电，可大 幅减小发电机定子转子之间转动的阻力，同时还可提高发电效率，有很好的节能效果。本发 电装置在铁芯中不产生漏磁，没有谐波产生，还可减少一部分阻力，节约能源，并且对电网 不产生危害。它利用磁性液体填充铁芯的两端，使磁极与铁芯之间绝大部分是固体与液体 之间的接触，从而既可消除铁芯与磁极之间的磁阻，提高发电效率，又可最大限度的缩小铁 芯与磁极之间的磨擦力，减小发电的能量消耗。它铁芯支架可为铁芯提供足够的支撑力，能 有效地防止铁芯在外力的作用下晃动，避免产生不必要的摩擦，延长电动机的使用寿命；它 的安装磁极的转盘具有体积小、重量轻、加工难度低和安装磁极难度小的优点；另外具有使 用寿命长和加工难度小的优点。本发明还具有结构简洁紧凑、制造成本低廉和使用安全方 便的优点。
图1是本发明的结构示意图；图2是图1的A-A剖视结构示意图；图3是图1的 C-C剖视结构示意图；图4是图1的B-B剖视结构示意图；图5是图1的I局部放大结构示 意图。图中标号1铁芯支架2第一转盘3第二转盘4转轴5第一铁芯6第二铁 芯7第三铁芯8第一磁铁9第二磁铁11第四磁铁12第五磁铁14第一线圈15 第三线圈16第二线圈17外磁块18内磁块19储液槽20磁性液体21轴承22 第一密封板23第二密封板。
具体实施例方式本发明所述的直旋感生发电机，包括铁芯支架1，铁芯支架1上安装转轴4，转轴4 的两端分别安装第一转盘2和第二转盘3，铁芯支架1上安装第一铁芯5，第一铁芯5的外 周安装第一线圈14，第一转盘2上安装第一密封板22，第一转盘2或第一密封板22上安装第一磁铁8，第一磁铁8的表面与第一密封板22的表面共面，第二转盘3上安装第二密封板 23，第二转盘3或第二密封板23上安装第四磁铁11，第四磁铁11与第二密封板23的表面 共面，第一磁铁8和第四磁铁11与第一铁芯5的两端相对应，第一磁铁8与第四磁铁11的 异极相对，确保在第一转盘2和第二转盘3转动过程中第一磁铁8和第四磁铁11的磁力线 可经过第一铁芯5 ；第一铁芯5的两端各开设一个储液槽19，储液槽19内均填充有磁性液 体20，第一铁芯5的两端分别与第一密封板22和第二密封板23接触。由磁性液体20填 充铁芯的两端，可大幅减少铁芯固体部分与磁铁接触的面积，使铁芯与磁铁之间绝大部分 是固液接触，有效地减少铁芯与磁铁之间的磨擦力。磁性液体20的导磁性能较好，其磁极 直接接触可最大限度的消除磁极与铁芯之间的磁阻，提高发电效率。由于铁芯的两端填充 有磁性液体20，因此，为防止磁性液体20由储液槽19内流失，在第一转盘2上安装第一密 封板22，在第二转盘3上安装第二密封板23，确保储液槽19在转动过程中始终处于封闭状 态。为降低生产成本，第一铁芯5也可仅有一端开设储液槽19并填充磁性液体20，此 时，第二转盘3上可不安装第二密封板23，而直接安装第四磁铁11，但其消除铁芯与磁极之 间磁阻的效果不理想。所述的储液槽19可以直接在第一铁芯5等铁芯的两端开设，也可以是由铜或铝等 材料制成的环状部件与第一铁芯5的两端连接构成，即由铜或铝等材料围成储液槽19。所述的第一转盘2和第二转盘3是安装作为磁极的第一磁铁8和第四磁铁11等磁 铁的载体，可带动所述的磁铁相对于所述的第一铁芯5等铁芯转动；铁芯支架1是固定第一 铁芯5的部件，可尽可能地防止第一铁芯5在工作过程中受外力的干扰而发生晃动。实现磁 极相对铁芯转动的功能还有其他结构方案，例如固定轴转动筒机构，用一根固定轴替代铁 芯支架1，所述固定轴上设置支撑杆，利用所述支撑杆固定第一铁芯5等铁芯；所述固定轴 的外周安装转动筒，所述转动筒可相对于所述固定轴转动，即由所述转动筒替代所述的第 一转盘2和第二转盘3安装固定磁极，磁极位于转动筒的两端内侧。所述具有固定轴转动 筒机构的发电机，虽可实现磁极相对于铁芯转动，但是存在以下缺陷第一、在同材料、等重 量的前提下，分别制造所述带有支撑杆的固定轴和铁芯支架1，带有支撑杆的固定轴的强度 远低于铁芯支架1的强度；在实际生产中带有支撑杆的固定轴根本无法对第一铁芯5等铁 芯提供足够的支撑力，而在发电机的工作过程中，第一铁芯5等铁芯所受的外力会发生周 期性的变化，且力度较大，若第一铁芯5等铁芯得不到有效地支撑和固定而发生晃动，则不 仅会直接影响发电机的效率，还极有可能造成不必要的摩擦，大幅缩短发电机的使用寿命； 铁芯支架1和带有支撑杆的固定轴相比，可为第一铁芯5提供足够的支撑力，能有效地防止 第一铁芯5在外力的作用下晃动，避免产生不必要的摩擦，延长电动机的使用寿命。第二、 所述转动筒的体积远大于第一转盘2和第二转盘3的体积和，会增加驱动磁极转动所消耗 的能量，另外，转动筒的加工工艺难度远大于所述转盘的加工工艺，会增加制造发电机的成 本，并且，在转动筒内安装磁极也具有较大难度，加工成本过高；第一转盘2和第二转盘3与 所述转动筒相比，具有体积小、重量轻、加工难度低和安装磁极难度小的优点。第三、固定轴 转动筒机构中，铁芯、磁极和转动筒的重量均由所述的固定轴承担，因此，对所述固定轴的 强度要求极高，势必增加发电机的生产成本，并且，既使如此，固定轴转动筒机构的发电机 的使用寿命也远不如由具有铁芯支架1、第一转盘2和第二转盘3的发电机的使用寿命长；装有铁芯支架1、第一转盘2和第二转盘3的发电机具有使用寿命长和加工难度小的优点。 综上所述，具有固定轴转动筒结构的发电机难以加工，无法产业化，更无法制造出有实际发 电意义的较大容量的发电机，而本发明所述发电机则可解决该问题，可制造出大容量的发 电机。本发明加工制作时，还可分为两大方案，一类是磁铁旋转，另一类是铁芯旋转。磁铁旋转的方案。将第一转盘2和第二转盘3与转轴4固定连接，将转轴4与电动机或液压马达等 动力装置连接。转轴4上还可安装叶片，以便可借助风力或水力带动转轴4转动。发电机 工作时，铁芯支架1固定，转轴4带动第一转盘2和第二转盘3相对第一铁芯5转动，从而 使第一磁铁8和第四磁铁11相对第一铁芯5的同步转动。在上述转动过程中，第一铁芯5端面的磁通量变化如下当第一磁铁8和第四磁铁 11转动到与第一铁芯5共线的位置时，第一铁芯5的磁通量最大，随着第一磁铁8和第四磁 铁11的继续转动，第一铁芯5的磁通量逐渐减小直至为零，当第一磁铁8和第四磁铁11再 次接近第一铁芯5运动时，第一铁芯5的磁通量再次由零增加至最大，如此周而复始的改变 磁通量的大小，第一铁芯5上的安装的第一线圈14内便可产生感生电动势。铁芯旋转的方案。将第一铁芯5通过铁芯支架1与转轴4固定连接，铁芯支架1和其上安装的铁芯 可在转轴4的带动下，相对于第一转盘2和第二转盘3转动。磁通量的变化以及发电原理 与磁铁旋转方案相同。如图2至图4所示，铁芯支架1上可再安装第二铁芯6和第三铁芯7，第一铁芯5、 第二铁芯6和第三铁芯7均勻分布于转轴4的外周，第一铁芯5、第二铁芯6和第三铁芯7 的中心共圆，第二铁芯6的外周安装第二线圈16，第三铁芯7的外周安装第三线圈15，第一 转盘2上安装第二磁铁9，第二磁铁9和第一磁铁8与转轴4的间距相等，第二磁铁9和第 一磁铁8相隔180度，第二转盘3上安装第五磁铁12，第五磁铁12和第四磁铁11与转轴 4的间距相等，第五磁铁12与第四磁铁11相隔180度，第五磁铁12与第二磁铁9异极相 对。转动时，第一线圈14、第三线圈15和第二线圈16内均可产生感生电动势，从而形成三 相电。铁芯的数量与发电的相数相同，即铁芯支架1上安装一根铁芯可产生单相电，安装两 根铁芯可产生两相电，安装四根铁芯可产生四相电，以此类推，可制造更多相的发电机，以 满足不同用户的需求。为增强发电效果，如图2至4所示，第一铁芯5、第二铁芯6、第三铁芯7、第一磁铁 8、第二磁铁9、第四磁铁11和第五磁铁12的端面形状和大小应相同，可确保在转速相同的 情况下，单位时间内第一铁芯5端面的磁通量变化最大。本发电机的第一磁铁8与第四磁 铁11的异极相对构成一对异性磁极，称为一极或单极。本发电机可以是单极也可以是两 极、三极或更多极，例如图1所示的发电机具有两极，其中一极由第一磁铁8与第四磁铁11 构成，另一极由第二磁铁9和第五磁铁12构成。上述的每极由两个独立的磁铁组成，一方 面便于加工制造降低成本，另一方面可防止铁芯与磁铁之间发生相对转动时相互影响，便 于铁芯上线圈的两端导线由发电机中引出时不受铁芯或磁铁转动的影响。本发电机一极时，转轴4转速达到6000转/分钟，所发交流电频率为50赫兹，两 极时，转轴4转速达到3000转/分钟，所发交流电频率为50赫兹，四极时，转轴4转速达到1500转/分钟，所发交流电频率为50赫兹。为使如图1至4所示的本发明所述的发电机产生三相正弦交流电，以方便并入现 有的电网供用户使用，第一磁铁8和第二磁铁9的磁极方向应相反，即两极的磁力线方向相 反。若需发波形是全波的电流，则第一磁铁8和第二磁铁9的磁极方向相同，即两极的磁力 线方向相同。由于磁极对铁芯始终施加吸引力，因此，为防止第一转盘2在长期外力作用下发 生形变，延长发电机的使用寿命，如图1和图3所示，第一转盘2上安装数个外磁块17，数个 外磁块17均勻分布于以转轴4为圆心的圆周上；铁芯支架1上安装数个内磁块18，数个内 磁块18均勻分布于以转轴4为圆心的圆周上；外磁块17到转轴4的垂直距离等于内磁块 18到转轴4的垂直距离；内磁块18与外磁块17 —一对应，且同极相对。由于磁极对铁芯始终施加吸引力，因此，为防止第一转盘2在长期外力作用下发 生形变，延长发电机的使用寿命，第二转盘3上安装数个外磁块17，数个外磁块17均勻分布 于以转轴4为圆心的圆周上；铁芯支架1上安装数个内磁块18，数个内磁块18均勻分布于 以转轴4为圆心的圆周上；外磁块17到转轴4的垂直距离等于内磁块18到转轴4的垂直 距离；内磁块18与外磁块17 —一对应，且同极相对。所述内磁块18与外磁块17之间的排斥力可平衡磁极对铁芯的吸引力，另外，内磁 块18与外磁块17之间的斥力还可在发电机运转过程中减少转动阻力，辅助转动。为了既确保第一密封板22和第二密封板23对储液槽19的密封作用，又减少磨擦 阻力，如图3和图4所示，所述的第二密封板23可以是圆环形结构。所述的第一密封板22 也可以是圆环形结构。第一密封板22和第二密封板23可分别与将第一转盘2和第二转盘 3制成一体。为减少转轴4与铁芯支架1之间的摩擦力，转轴4与铁芯支架1之间可安装轴承 21，轴承21可以是磁悬浮轴承。本发明未详尽描述的技术内容均为公知技术。
权利要求
直旋感生发电机，其特征在于包括铁芯支架(1)，铁芯支架(1)上安装转轴(4)，转轴(4)的两端分别安装第一转盘(2)和第二转盘(3)，铁芯支架(1)上安装第一铁芯(5)，第一铁芯(5)的外周安装第一线圈(14)，第一转盘(2)上安装第一密封板(22)，第一转盘(2)或第一密封板(22)上安装第一磁铁(8)，第一磁铁(8)的表面与第一密封板(22)的表面共面，第二转盘(3)上安装第四磁铁(11)，第一磁铁(8)和第四磁铁(11)与第一铁芯(5)的两端相对应，第一磁铁(8)与第四磁铁(11)的异极相对；第一铁芯(5)的一端开设储液槽(19)，储液槽(19)内均填充磁性液体(20)，第一铁芯(5)设有磁性液体(20)的一端与第一密封板(22)接触。
2.根据权利要求1所述的直旋感生发电机，其特征在于铁芯支架(1)上安装第二铁 芯(6)和第三铁芯(7)，第一铁芯(5)、第二铁芯(6)和第三铁芯(7)均勻分布于转轴(4)的 外周，第一铁芯(5)、第二铁芯(6)和第三铁芯(7)的中心共圆，第二铁芯(6)的外周安装第 二线圈(16)，第三铁芯(7)的外周安装第三线圈(15)，第一转盘(2)上安装第二磁铁(9)，第 二磁铁(9)和第一磁铁(8)与转轴(4)的间距相等，第二磁铁(9)和第一磁铁(8)相隔180 度，第二转盘(3)上安装第五磁铁(12)，第五磁铁(12)和第四磁铁(11)与转轴(4)的间距 相等，第五磁铁(12)与第四磁铁(11)相隔180度，第五磁铁(12)与第二磁铁(9)异极相对； 第五磁铁(12)的表面与第二密封板(23)表面共面，第二磁铁(9)与第一密封板(22)的表 面共面。
3.根据权利要求2所述的直旋感生发电机，其特征在于第一铁芯(5)、第二铁芯(6)、 第三铁芯(7)、第一磁铁(8)、第二磁铁(9)、第四磁铁(11)和第五磁铁(12)的端面形状和大 小相同。
4.根据权利要求2所述的直旋感生发电机，其特征在于第一磁铁(8)和第二磁铁(9) 的磁极方向相反。
5.根据权利要求2所述的直旋感生发电机，其特征在于第一磁铁(8)和第二磁铁(9) 的磁极方向相同。
6.根据权利要求1所述的直旋感生发电机，其特征在于第一转盘(2)上安装数个外磁 块(17)，数个外磁块(17)均勻分布于以转轴(4)为圆心的圆周上；铁芯支架(1)上安装数个 内磁块(18)，数个内磁块(18)均勻分布于以转轴(4)为圆心的圆周上；外磁块(17)到转轴 (4)的垂直距离等于内磁块(18)到转轴(4)的垂直距离；内磁块(18)与外磁块(17) —一 对应，且同极相对。
7.根据权利要求1所述的直旋感生发电机，其特征在于第二转盘(3)上安装数个外磁 块(17)，数个外磁块(17)均勻分布于以转轴(4)为圆心的圆周上；铁芯支架(1)上安装数个 内磁块(18)，数个内磁块(18)均勻分布于以转轴(4)为圆心的圆周上；外磁块(17)到转轴 (4)的垂直距离等于内磁块(18)到转轴(4)的垂直距离；内磁块(18)与外磁块(17) —一 对应，且同极相对。
8.根据权利要求1所述的直旋感生发电机，其特征在于所述的第一密封板(22)是圆 环形结构。
9.根据权利要求1所述的直旋感生发电机，其特征在于第一铁芯(5)的两端各开设 一个储液槽(19)，储液槽(19)内均填充有磁性液体(20);第二转盘(3)上安装第二密封板 (23)，第四磁铁(11)与第二密封板(23)的表面共面，第一铁芯(5)的两端分别与第一密封板(22)和第二密封板(23)接触。
10.根据权利要求9所述的直旋感生发电机，其特征在于所述的第二密封板(23)是圆 环形结构。
全文摘要
本发明公开了一种直旋感生发电机，包括铁芯支架，铁芯支架上安装转轴，转轴的两端分别安装第一转盘和第二转盘，铁芯支架上安装第一铁芯，第一铁芯的外周安装第一线圈，第一转盘上安装第一密封板，第一转盘或第一密封板上安装第一磁铁，第一磁铁的表面与第一密封板的表面共面，第二转盘上安装第四磁铁，第一磁铁和第四磁铁与第一铁芯的两端相对应，第一磁铁与第四磁铁的异极相对；第一铁芯的一端开设储液槽，储液槽内均填充磁性液体，第一铁芯设有磁性液体的一端与第一密封板接触。它的主磁通和线圈内的感应电流产生的磁通均在铁芯内与铁芯成水平方向，对铁芯与磁铁的相对转动的阻碍作用大幅减小，可节省发电所需的能量消耗。
文档编号H02K57/00GK101931313SQ20101025542
公开日2010年12月29日 申请日期2010年8月17日 优先权日2009年11月10日
发明者王元昌 申请人:王元昌