专利名称：一种单段结构感应式磁能发电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种能源、电力系统，特别是一种单段结构感应式磁能发电机。
背景技术：
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。现有技术本人申请的“感应式磁能发电机”、“一种感应式磁能发电机”、“双磁环 感应式磁能发电机”、“一种交错耦合感应式磁能发电机”等。用机械转动的方法使特定拓朴 结构的转子磁铁相对于定子磁铁是一个交变的磁场，一方面定子磁铁作用于转子磁铁的磁 力对称抵消，另一方面设在转子磁铁的磁极之间或定子磁铁的磁极之间的磁桥的磁通产生 交替改变，设在磁桥上的感应绕组感应到电动势且产生电流。以上技术中，单段结构产生的 电流是非正弦电流，只有采用双段结构的才能产生正弦电流。本发明针对现有技术的不足，采用单段结构即可产生正弦电流。
发明内容
本发明是这样实现的一种单段结构感应式磁能发电机，主要包括定子感应绕组 (1)、定子磁桥(2)、转子感应绕组(3)、转子磁桥(4)、转轴(5)、转子轭(6)、转子磁铁(7、 7. 1)、定子磁铁(8、8. 1)、定子轭(9)、机壳(10)、接线盒(11)、电动机(12、13、17)、端盖 (15)和轴承(16)，其特征是:a.转子磁铁由4个或4个以上S极与N极相间排列的磁铁组成，定子磁铁由4个 或4个以上双S极与双N极相间排列的磁铁组成；或者，转子磁铁由4个或4个以上双S极 与双N极相间排列的磁铁组成，定子磁铁由4个或4个以上S极与N极相间排列的磁铁组 成；转子磁铁的数量与定子磁铁的数量相同，都是4的倍数；b.相邻的定子磁铁的S极与N极之间和/或相邻的转子磁铁的S极与N极之间设 有磁桥和感应绕组，感应绕组设在磁桥上；c.转子磁铁固定在转子轭上，或者，转子磁铁通过转子磁桥固定在转子轭上，转子 轭固定在转轴上；定子磁铁固定在定子轭上，或者，定子磁铁通过磁桥固定在定子轭上，或 者，定子磁铁直接固定在机壳上；接线盒设在机壳或端盖上；转轴通过轴承定位于端盖；电 动机与转轴的输入端联接，或者，电动机的传动轴与转轴共轴。工作原理电动机带动转子转动时，转动的转子磁铁相对于定子磁铁是一个交变 的磁场，定子磁铁的磁极交替与转子磁铁的磁极相吸相斥，转子磁铁和定子磁铁的磁通发 生交替变化，转子磁铁和定子磁铁的恒定磁场变成脉振磁场，一方面，定子磁铁作用于转子 磁铁的磁力对称抵消，另一方面，设在S磁极与N磁极之间的磁桥的磁通量交替发生改变， 感应绕组感应到电动势且产生电流。由于转子磁铁和定子磁铁的磁极排列方向采用特定的 拓扑结构，转子转动时，定子磁铁和定子磁桥形成的磁对极总是与转子磁铁和转子磁桥形
3成的磁对极交替相吸相斥，因此设在两段磁铁之间的磁桥感应电动势产生的电流的波形为 正弦波或接近正弦波。转子磁铁S极与N极相间排列，则定子磁铁双S极与双N极相间排列；转子磁铁双 S极与双N极相间排列，则定子磁铁S极与N极相间排列。由于定子磁铁的数量与转子磁铁 的数量相同，无论转子转到哪个角度，定子磁铁作用于转子磁铁的吸力和斥力是相互对称 抵消的，理论上转子磁铁受到的吸力和斥力的合力为零。因此转子转动所需克服的只是磨 擦力。但实际上定子磁环和转子磁环的各个磁极的磁通量难以做到完全一致，因此转子仍 会受到少量来自转子磁环与定子磁环的不能相互抵消的吸力和斥力的影响。从总体上看，转子转动所需克服的阻力是很小的，而磁桥绕组感应电动势所输出 的能量远远大于转子转动所需消耗的能量，从而实现能量的放大。转子磁铁由4个或4个以上的磁铁组成，如4个、8个、12个等等。定子磁铁的数 量与转子磁铁的数量相同，如4个、8个、12个等等。当定子磁铁S极与N极相间排列时，转子磁铁双S极与双N极相间排列。以 由8个磁铁组成的定子磁铁和由8个磁铁组成的转子磁铁为例，定子磁铁(对着机壳的 磁极)的排列方式为S-N-S-N-S-N-S-N，则转子磁铁(对着转轴的磁极)的排列方式为 S-S-N-N-S-S-N-N0当定子磁铁双S极与双N极相间排列时，转子磁铁S极与N极相间排列， 以由4个磁铁组成的定子磁铁和由4个磁铁组成的转子磁铁为例，则定子磁铁的排列方式 为S-S-N-N，转子磁铁的排列方式为S-N-S-N。所述磁铁为永久磁铁或电磁铁。磁铁的磁极方向为径向或切向或轴向。电磁铁由铁芯和励磁绕组组成，铁芯用软铁材料制成，一般由硅钢片叠压而成，励 磁绕组为绕线型绕组或鼠笼型绕组。磁环的各个励磁绕组可以用串联或并联的方法接线。电磁铁预先设定了磁极的方向，接入电磁铁绕组的电源都是直流电，电磁铁产生 的磁场是恒定磁场。正如普通发电机的励磁绕组并不需要消耗太多的电能一样，电磁铁需 要消耗的电能也并不多。永久磁铁可以先充磁再装入机壳或定子轭或转子轭上，也可以事先将磁钢固定在 机壳或定子轭或转子轭上再用特制的夹具进行充磁。其充磁方法与永磁电机的充磁方法相 同。定子磁桥作为定子磁铁的主要磁通路，定子磁桥架设在相邻的定子磁铁对着机壳 的S磁极与N磁极之间，定子磁桥的凸端分别与定子磁铁对着机壳的S极和N极连接。当 定子磁铁双S极与双N极相间排列时，定子磁桥的数量是定子磁铁的数量的一半，如定子磁 铁有8个，则定子磁桥有4个，定子磁桥的一端与一个定子磁铁对着机壳的S极连接，定子 磁桥的另一端与另一个相邻的定子磁铁对着机壳的N极连接。当定子磁桥S极与N极相间 排列时，定子磁桥的数量是定子磁铁数量的一半，或者，定子磁桥的数量与定子磁铁的数量 相同，或者，把定子磁桥做成一个整体。当定子磁桥是一个整体时，定子磁桥的凸端的数量 与定子磁铁的数量相同，设在定子磁桥上的定子感应绕组的数量与定子磁铁的数量相同， 当定子磁桥为分开的独立的个体时，定子感应绕组的数量与定子磁桥的数量相同。转子磁桥作为转子磁铁的主要磁通路，转子磁桥架设在相邻的转子磁铁对着转轴 的S磁极与N磁极之间，转子磁桥的凸端分别与转子磁铁对着转轴的S极和N极连接。当 转子磁铁双S极与双N极相间排列时，转子磁桥的数量是转子磁铁的数量的一半，如转子磁铁有8个，则转子磁桥有4个，转子磁桥的一端与一个转子磁铁对着机壳的S极连接，转子 磁桥的另一端与另一个相邻的转子磁铁对着转轴的N极连接。当转子磁桥S极与N极相间 排列时，转子磁桥的数量是转子磁铁数量的一半，或者，转子磁桥的数量与转子磁铁的数量 相同，或者，把转子磁桥做成一个整体。当转子磁桥是一个整体时，转子磁桥的凸端的数量 与转子磁铁的数量相同，设在转子磁桥上的转子感应绕组的数量与转子磁铁的数量相同， 当转子磁桥为分开的独立的个体时，转子感应绕组的数量与转子磁桥的数量相同。设在磁桥上的感应绕组为绕线型绕组。磁桥用软铁材料制成，一般用硅钢片叠压而成。机壳用非导磁材料或导磁材料制 成，当机壳作为主磁路的一部分时，机壳用软铁材料制成。转子轭和定子轭用非导磁性材料 制成。由于架设在电磁铁S极与N极之间的磁桥也是用软铁材料制成的，因此磁桥的凸 端可作为电磁铁的铁芯，磁桥的凸端与电磁铁的铁芯同体，在磁桥的凸端上设励磁绕组，磁 桥的凸端亦是电磁铁的一部分。与普通的电机一样，电磁铁接入直流电和感应绕组输出电流需要有接线盒接线， 如果电磁铁的电源不是直流电，则需要用整流二极管或可控单向硅转换成直流电再接入电 磁铁。设在转子磁桥上的感应绕组产生的电流可通过集电环和电刷传送到接线盒，设在定 子磁桥上的感应绕组产生的电流可直接通过导线传送到接线盒。发电机向外输出的电流为 直流电或交流电。电动机(11、12)设置在机壳内，与电机的主体部分共用转轴和机壳，或者，电动机 (17)设置在机壳外，与转轴的输入端联接。电动机的电源由蓄电池(18)或外部电源提供， 电动机与蓄电池或外部电源连接，或者，在转轴上设置人力启动杆(19)，电机启动后产生的 电能输送给电动机。若转子感应绕组产生的电流通过整流器整流后可直接供应给电动机， 则无需另设专门的集电环和电刷。与普通的电机一样，感应式磁能发电机的电磁铁和感应绕组在工作的过程中会产 生热能，需要加设风扇或液体冷却装置，或者，在机壳上设散热片。磁能发电机为单段结构感应式永磁能发电机或单段结构感应式电磁能发电机或 单段结构感应式混合励磁磁能发电机或单段结构感应式多级磁能发电机。单段结构感应式 永磁能发电机的定子磁铁和转子磁铁是永久磁铁；单段结构感应式电磁能发电机的定子磁 铁和转子磁铁是电磁铁；单段结构感应式混合励磁磁能发电机中的定子磁铁为永久磁铁、 转子磁铁为电磁铁，或者，定子磁铁为电磁铁、转子磁铁为永久磁铁，或者，定子磁铁中既有 电磁铁又有永久磁铁、转子磁铁中既有电磁铁又有永久磁铁，或者，定子磁为电磁铁、转子 磁铁中既有电磁铁又有永久磁铁，或者，定子磁为永久磁铁、转子磁铁中既有电磁铁又有 永久磁铁；单段结构感应式多级磁能发电机的定子磁铁有2段或2段以上，转子磁铁有2段 或2段以上，定子磁铁为永久磁铁和/或电磁铁，转子磁铁为永久磁铁和/或电磁铁。
图1、图2为本发明第一实施例结构示意图。图3、图4为本发明第二实施例结构示意图。图5、图6为本发明第三实施例结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。第一实施例参见图1电机横截面结构示意图、图2电机整体结构轴向平面示意图，一种单段结 构感应式永磁能发电机，主要包括定子感应绕组(1)、定子磁桥(2)、转子感应绕组(3)、转 子磁桥(4)、转轴(5)、转子轭(6)、转子永久磁铁(7)、定子永久磁铁(8)、定子轭(9)、机壳 (10)、接线盒(11)、电动机定子(12)、电动机转子(13)、风扇(14)、端盖(15)和轴承(16)， 其特征是转子永久磁铁由4个S极与N极相间排列的磁钢组成，其对着转轴的磁极的排 列组合方式为S-N-S-N,定子永久磁铁由4个双S极与双N极相间排列的磁钢组成，其对着 机壳的磁极的排列组合方式为S-S-N-N ；定子磁桥有两个，架设在相邻的定子永久磁铁对 着机壳的S极与N极之间，两个定子磁桥分别设有一个定子感应绕组；转子磁桥做成一个整 体，与4个转子永久磁铁对着转轴的磁极连接，转子磁桥上设有4个转子感应绕组；转子永 久磁铁和转子磁桥固定在转子轭上，转子轭固定在转轴上；接线盒设在机壳上；转轴通过 轴承定位于端盖；风扇设在转轴上；定子永久磁铁通过磁桥固定在定子轭上；电动机的传 动轴与转轴共轴，电动机转子设在转轴上，电动机定子设在机壳上。电动机带动转子转动时，转动的转子磁铁相对于定子磁铁是一个交变的磁场，定 子磁铁的磁极交替与转子磁铁的磁极相吸相斥，转子磁铁和定子磁铁的磁通发生交替变 化，转子磁铁和定子磁铁的恒定磁场变成脉振磁场，经过转子磁桥和定子磁桥的磁通交替 发生改变，设在定子磁桥和转子磁桥上的感应绕组感应到电动势且产生电流。感应绕组产 生的电流部分供给电动机，部分通过接线盒向外输出。第二实施例参见图3电机横截面结构示意图、图4电机整体结构轴向平面示意图，一种单段结 构感应式电磁能发电机，主要包括定子感应绕组(1)、定子磁桥(2)、转轴(5)、转子轭(6)、 转子电磁铁(7. 1)、定子电磁铁(8. 1)、定子轭(9)、机壳(10)、接线盒(11)、风扇(14)、端 盖(15)、轴承(16)、电动机(17)和蓄电池(18)，其特征是；转子电磁铁由8个S极与N极 相间排列的电磁铁组成，其对着转轴的磁极的排列组合方式设定为S-N-S-N-S-N-S-N，定子 电磁铁由8个S极与N极相间排列的磁铁组成，其对着机壳的磁极的排列组合方式设定为 S-S-N-N-S-S-N-N ；接入电磁铁的电流为直流电，电磁铁产生的磁场为恒定磁场；定子磁桥 有4个，定子磁桥的两端设有励磁绕组，定子磁桥的两端亦是定子电磁铁的一部分；4个定 子磁桥的腰部分别设有一个定子感应绕组；转子上不设转子磁桥和感应绕组；转子电磁铁 由转子铁芯和转子励磁绕组组成，转子铁芯固定在转子轭上，转子轭固定在转轴上；接线盒 设在机壳上；定子磁桥固定在定子轭上；风扇设在转轴上；转轴通过轴承定位于端盖；转轴 延伸至机壳外的输入端与电动机联接；电动机启动的电源由蓄电池供给，电机启动后产生 的部分电流输送回电动机，以维持机器的持续循环运转。其余未述部分同第一实施例，不再 重复。第三实施例参见图5电机横截面结构示意图、图6电机整体结构轴向平面示意图，一种单段结 构感应式电磁能发电机，主要包括定子感应绕组(1)、定子磁桥(2)、转子感应绕组(3)、转子磁桥(4)、转轴(5)、转子轭(6)、转子电磁铁(7. 1)、定子电磁铁(8. 1)、定子轭(9)、机壳 (10)、接线盒(11)、电动机定子(12)、电动机转子(13)、风扇(14)、端盖(15)和轴承(16)。 定子和转子都设有磁桥和感应绕组，定子磁桥有4个，定子磁桥的两端亦是定子电磁铁的 一部分，转子磁桥做成一个整体，转子磁桥的8个凸端亦是8个转子电磁铁的一部分。转轴 延伸至端盖外的一端设有人工辅助启动杆，当电动机无启动电源时，用人力启动磁能发电 机，磁能发电机产生的电能输送给电动机，实现机器的持续循环运转。其余未述部分同第一 和第二实施例，不再重复。
权利要求
1. 一种单段结构感应式磁能发电机，主要包括定子感应绕组(1)、定子磁桥(2)、转子 感应绕组(3)、转子磁桥(4)、转轴(5)、转子轭(6)、转子磁铁(7,7. 1)、定子磁铁(8,8. 1)、 定子轭(9)、机壳(10)、接线盒(11)、电动机(12、13、17)、端盖(15)和轴承(16)，其特征是a.转子磁铁由4个或4个以上S极与N极相间排列的磁铁组成，定子磁铁由4个或4 个以上双S极与双N极相间排列的磁铁组成；或者，转子磁铁由4个或4个以上双S极与双 N极相间排列的磁铁组成，定子磁铁由4个或4个以上S极与N极相间排列的磁铁组成 ’转 子磁铁的数量与定子磁铁的数量相同，都是4的倍数；b.相邻的定子磁铁的S极与N极之间和/或相邻的转子磁铁的S极与N极之间设有磁 桥和感应绕组，感应绕组设在磁桥上；c.转子磁铁固定在转子轭上，或者，转子磁铁通过转子磁桥固定在转子轭上，转子轭固 定在转轴上；定子磁铁固定在定子轭上，或者，定子磁铁通过磁桥固定在定子轭上，或者，定 子磁铁直接固定在机壳上；接线盒设在机壳或端盖上；转轴通过轴承定位于端盖；电动机 与转轴的输入端联接，或者，电动机的传动轴与转轴共轴。
2.根据权利要求1所述一种单段结构感应式磁能发电机，其特征是所述转子磁铁和定 子磁铁为永久磁铁或电磁铁。
3.根据权利要求2所述一种单段结构感应式磁能发电机，其特征是转子磁铁和定子磁 铁的磁极方向为径向或切向或轴向。
4.根据权利要求2所述一种单段结构感应式磁能发电机，其特征是电磁铁预先设定了 磁极的方向，接入电磁铁励磁绕组的电源是直流电，电磁铁产生的磁场是恒定磁场。
5.根据权利要求1所述一种单段结构感应式磁能发电机，其特征是定子磁桥架设在相 邻的定子磁铁对着机壳的S磁极与N磁极之间，定子磁桥的凸端分别与定子磁铁对着机壳 的S极和N极连接；转子磁桥架设在相邻的转子磁铁对着转轴的S磁极与N磁极之间，磁桥 的凸端分别与转子磁铁对着转轴的S极和N极连接。
6.根据权利要求2或5所述一种单段结构感应式磁能发电机，其特征是磁桥的凸端设 有励磁绕组，磁桥的凸端与电磁铁的铁芯同体。
7.根据权利要求1所述一种单段结构感应式磁能发电机，其特征是电动机设置在机壳 内，与发电机的主体部分共用转轴和机壳，或者，电动机设置在机壳外，与转轴的输入端联 接；电动机与蓄电池(18)或外部电源连接。
8.根据权利要求1所述一种单段结构感应式磁能发电机，其特征是转轴上设有人力启 动杆(19)。
9.根据权利要求1所述一种单段结构感应式磁能发电机，其特征是发电机设有整流二 极管或可控单向硅。
10.根据权利要求1所述一种单段结构感应式磁能发电机，其特征是发电机设有风扇 或散热片或液体冷却装置。
全文摘要
本发明涉及一种单段结构感应式磁能发电机，主要包括感应绕组、磁桥、转子磁铁、定子磁铁和电动机。转子磁铁和定子磁铁的数量相同，都是4个或4个以上，而且都是4的倍数；转子磁铁S极与N极相间排列，定子磁铁双S极与双N极相间排列；或者，转子磁铁双S极与双N极相间排列，定子磁铁S极与N极相间排列；相邻的定子磁铁的S极与N极之间和/或相邻的转子磁铁的S极与N极之间设有磁桥和感应绕组，感应绕组设在磁桥上。电动机带动转子转动时，转动的转子磁铁相对于定子磁铁是一个交变的磁场，转子磁铁和定子磁铁的恒定磁场变成脉动磁场，通过磁桥铁芯的磁通量交替发生改变，感应绕组感应到电动势且产生电流。
文档编号H02N11/00GK102005985SQ201010556190
公开日2011年4月6日 申请日期2010年11月22日 优先权日2010年11月22日
发明者李贵祥 申请人:李贵祥