专利名称：单极感应发电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高效的单极感应发电机，即使减小发电机的尺寸它也能在不破坏波形的条件下稳定地提供交变电流。
在现代社会，因为在我们的生活的许多方面都要使用电能，所以对于发电机的要求，尤其是对于小型发电机的要求，与年俱增。
一般而论，所谓发电就是把线圈或磁性材料的转动转换成电能，但大多数当前流行的发电机如图17所示由电枢线圈A和磁性材料B组成，并且通过转动电枢线圈A或所述磁性材料B，在所述电枢线圈A中产生交变电流。视情况而定，按照基于某种原理(例如对交流进行整流)的方法来获得电能。图17中的M表示磁性材料B的转动方式。
然而，按这种方式，流过电枢线圈A的电流要产生磁场，并且该磁场将干扰磁性材料B的磁通，其结果是不能稳定地获得电能，并且随着电枢线圈A之间的空间E的加大，发电机的效率将变得越来越差。然而，若安排在磁性材料B的S极和N极之间的非磁性通量部分变大，这个效率将变得更差。因为随着发电机尺寸变小这种不良影响变得更加明显，所以这种方法不适用于小型发电机。
有一种称之为“单极”的方法可把磁极的转动转换成电能。这是一种产生直流电的方法，为此让旋转磁极沿同一方向穿过一根引线。图18所示就是这种方法。
图18所示的发电机J可获得直流电，即让滑动触点的滑台D和D’与转子A电接触，转子A穿过由线圈C产生的磁力线G并沿M方向转动。
然而，在此方法中，由穿过转子A流过的电流产生的磁场扰动了由线圈C产生的磁力线，因而通过这个方法不能解决不能稳定地获得电能的问题。
还有另外一种方法。如图19所示的这种方法是通过在电枢线圈A的内部产生磁场或者使所述线圈A的内部退磁而产生穿过线圈A的电能的方法。在图19所示的方法中，向M方向移动磁性材料B，从而能通过使电枢线圈A的内部磁来产生电能。
然而，按此方法，只通过一种方式，或者产生磁场，或者退磁，就可有效地获得电能，并且，为了连续获得电能需要多个磁极，这将使发电机的尺寸变大。
权利要求1的本发明是一种单极感应发电机，它包括旋转磁极和多个电枢，所述电枢包括一个电枢铁芯和导线，并且包括一个磁化部分和一个线圈部分，所述线圈部分是围绕一部分所述电枢铁芯缠绕的导线。旋转磁极包括一旋转轴和磁铁，并且具有一个磁极部分，在所述磁极部分中围绕部分所述旋转轴设置多于两个的磁铁。在旋转轴上安置设在部分磁极中的磁铁，以使磁铁的S极或N极安排在旋转轴的相对侧。对所说电枢进行设置，以使电枢的线圈部分的轴线和旋转磁极的旋转轴安排在围绕所述旋转磁极的同一方向。当旋转磁极旋转时，电枢的磁化部分重复地变得靠近和远离旋转磁极部分。权利要求2的本发明是一种单极感应发电机，它包括旋转轴和多个电枢，所述电枢包括电枢铁芯和导线，并且具有一个磁化部分和一个线圈部分，所述线圈部分是围绕一部分所述电枢铁芯缠绕的导线。旋转磁极包括旋转轴和磁铁，并且具有一个磁极部分，在所述磁极部分中围绕一部分所述旋转轴设置多于两个的所述磁铁。对定位在磁极上的磁铁进行安排，以使旋转轴的一端是S极，其另一端是N极。对所述电枢进行设置，以使电枢线圈部分的轴线和旋转磁极的旋转轴安排在围绕所述旋转磁极的同一方向。当旋转磁极旋转时，电枢的磁化部分重复地变得靠近和远离磁极部分。因此，从磁极的旋转可有效地获得电能，并且即使减小发电机的尺寸，在不破坏波形的条件下也能稳定地提供交变电流，并且可随意地形成期望的波形。
图1是按本发明第一实施例的单极感应发电机的沿线X-X取的剖面图；图2是按本发明的第一实施例的单极感应发电机的沿线Y-Y取的剖面图；图3是在第一实施例中使用的电枢的平面图和侧视图；图4是在第一实施例中使用的旋转磁极的透视图；图5是第二实施例所用的电枢的平面图和侧视图；图6是第二实施例所用的旋转磁极的透视图；图7是第三实施例所用的旋转磁极的一个磁极的剖面图；图8是第四实施例所用的旋转磁极的一个磁极的剖面图；图9,10,11,12,和13是表示按本发明产生电能的过程的说明性视图；图14是表示产生方波时磁铁的外侧轮廓的一个说明性视图；图15是表示产生断续的斩波时的磁铁外侧轮廓的一个说明性视图；图16是表示产生正弦波时的磁铁外侧轮廓的一个说明性视图；图17,18和19是表示产生电能的当前现有技术的过程的说明性视图。
下面，参照
本发明的实施例。
图1是按照本发明的第一实施例的单极感应发电机的沿线X-X取的剖面图，图2是按本发明的第一实施例的单极感应发电机的沿线Y-Y取的剖面图。附图中的各标号表示1--本发明的单极感应发电机，2--所述单极感应发电机的旋转磁极，3--电枢，4--外壳，5--旋转磁极的旋转轴，6--磁极部分，7--磁铁，8--所述磁铁7的外侧，9--所述电枢3的线圈部分，10--磁化部分，11--导线，12--电枢铁心，13--设在外壳4上的环形凸起，14--围绕磁化部分10的磁室。
本发明书中的单词“磁化”用于使材料磁化的情况，单词“退磁”用于使磁化的材料返回原来状态的情况。
实施例1的单极感应发电机包括一个旋转磁极2,4块电枢3，和一个外壳4。4块电枢3定位在旋转磁极2的周围，电枢3的线圈部分9的轴线方向和旋转磁极2的旋转轴5的方向相同。在外壳4中设置一个环形凸起13，并且所述环形凸起13支撑着电枢3，因此，电枢3的磁化部分10绝对不会靠近磁铁7的外侧8。
在该实施例中，电枢3的块数确定为4，但在必要的条件下这个数目可以任意增加。
换言之，当使用旋转磁极2产生三相交流电时，在旋转磁极2的磁极部分6上定位了n块磁铁7，要设置3nm块(m是一自然对数)或3P块(P是除倍率n以外的一个自然对数)电枢3，并且通过适当组合所产生的电能就能从电枢3获得所需的电能。该单极感应发电机按上述方法可获得任意相位的交变电流。
下面，对用在第一实施例中的电枢3和旋转磁极2进行说明。
图3表示用在该第一实施例中的电枢3，图4表示用在该第一实施例中的旋转磁极2。
在图3所示的电枢3中，在电枢铁芯12的中央部分附近定位一个磁化部分10，并且在磁化部分10的两侧都缠上导线11，从而形成一个线圈部分9。
对电枢铁芯12的材料没有什么限制，除非它们的磁导率很高。它们最好是铁磁体，例如包括钴，钨，铬，和碳的铁合金(KS钢)，含铁，镍，铝，和钴的合金(MS钢)，由钴和钐构成的合金，以及包括铁，钕，硼的合金，从而有可能有效地产生电能。电枢铁芯12的磁化部分10的特征是，当把4块电枢铁芯12设置在一个旋转磁极2周围时，通过组合该磁化部分10的内部形成一个环形的磁化室14，它类似于一个圆柱体。
在图4所示的旋转磁极2的旋转轴5的中部附近设置一个磁极部分6。在旋转轴5的中间设置两块磁铁7，使N极可定位在每个磁铁7的一个外侧端。但磁铁7的外侧8制成圆形，这个圆的半径略小于所述电枢3的磁化部分10的半径。换句话说，当磁极部分6在组合电枢3的磁化室14的内部旋转时，磁极部分6的外侧8变得接近磁化室14的内部。
电枢3和旋转磁极的特征不限于以上所述。例如，如图5和图6所示，线圈部分9定位在电枢铁芯12的中间，并且还把磁部分安排在线圈部分9的两侧，从而设置了磁化室14的两个部分。进而，把两个磁极部分6设置在一个旋转磁极2上，因此，每个磁极部分6都可以在每个磁化室14内部独立转动。
在设置多个磁极部分时，可对定位在磁极部分6上的磁铁7进行安排，使磁铁7的S极定位在旋转轴5的一个端侧，并且使磁铁7的N极定位在旋转轴5的另一个端侧。
然而，如图7和图8所示，在一个磁极部分6上定位三块，四块，或多于四块磁铁7的情况也包括在本发明的范围内。当在磁极部分6上设置三块或四块磁铁7时，为了获得期望的波形，电枢3的数目最好为3n块或4n块(n是一自然对数)。
下面，根据图9,10,11,12,和13说明本发明的一个发电设备单极感应发电机1。在图9,10,11,12,和13中，在旋转磁极2附近定位一个电枢3，旋转磁极2按箭头K所示方向旋转。
如图9所示，电枢3的磁化部分10没有靠近磁铁7的外侧8。因此，电枢3不受旋转磁极2的影响，并且电枢3没有磁化。
图10所示的旋转磁极2相对于图9所示的旋转磁极转过了约45°。在图10中，随着磁化部分10变得略微接近磁铁7的外侧8，使图10中的电枢3稍有一点磁化。因为当图9中电枢3的状态变为图10中的电枢3的状态时，电枢3变为磁化的，因此，在此过程中穿过线圈部分9有电能流过。
图11表示相对于图9所示的旋转磁极2转过了约90°的一个旋转磁极2。当磁化部分10变为最靠近磁铁7的外侧8时，电枢3被磁化。然而，因为当图10中电枢3的状态变为图11中电枢3的状态时，图10中的电枢3本已磁化，所以电枢3的磁化程度略有增加。因此，在此过程中，流过线圈部分9的电能很微弱。当电枢3的磁通饱和时，就没有任何电流流过线圈部分9了。
图12表示相对于图9所示的旋转磁极2转过了约135°的一个旋转磁极2。在图12中，当磁化部分10变得略微接近外侧8时，电枢3略微有点磁化。然而，在图11中，电枢3略微有些退磁，这是因为当图11中电枢3的状态变到图12中的状态时，电枢3的磁化接近饱和的缘故。因此，在此过程中，穿过线圈部分9的电能流动方向和图11中所说明的电能流动方向相反。当图12中所示电枢3的磁通饱和时，没有任何电能穿过线圈部分9流动。
图13所示的旋转磁极2相对于图9所示的旋转磁极2已转过了约180°。在图13中，因为磁铁7的外侧8没有靠近磁化部分10，所以电枢3没有磁化。然而，电枢3要退磁，这是因为当图12中电枢3的状态变为图13的状态时，图12中的电枢3本已磁化的缘故。因此，在此过程中，穿过线圈部分9的电能的流动方向和图10及11中说明的电能流动方向相反。
如上所述，当旋转磁极2通过旋转在电枢3上被磁化并且又从电枢3得以退磁时，就在电枢3的线圈部分9上产生了磁感应，本发明借助于这种磁感应可产生交变电流。
下面说明在此单极感应发电机1中获得期望的波形的过程。
因为该单极感应发电机1在上述过程中可以发电，所以可以获得期望的方波，断续的斩波(chopping sea)，和正弦波，从而可准确地形成位于磁极部分6的磁铁7的外侧8的轮廓。旋转磁极2匀速旋转，并且当形成如图14所示的磁铁7的外侧8的轮廓时，可获得一个方波；当形成如图15所示的磁铁7的外侧8的轮廓时，可获得一个断续的斩波；并且，当形成如图16所示磁铁7的外侧8的轮廓时，可获得一个正弦波。
然而，在本发明的单极感应发电机1中，当快速旋转旋转磁极2以使电枢3迅速磁化并且随后迅速退磁时，就可以获得高的电压。当缓慢旋转该旋转磁极2以使电枢3平滑磁化且随后平缓退磁时，就可以获得低的电压。因此，通过适当改变旋转磁极2的旋转速度，就可以获得期望的波形。
进而，通过整流单相交流的方波电流，就可以获得没有脉动的直流。
工业实用性因为如以上所述形成了按本发明的单极感应发电机的特征，所以能够有效地从旋转提供电能；此外，即使减小发电机的尺寸也不会破坏它的波形，并且能够稳定地提供交流电。进而，因为可以随意形成期望的波形，所以可把该单极感应发电机作为一个小型发电机应用到空气测速仪，汽车发电机等等。
权利要求
1．一种单极感应发电机(1)，它包括一个旋转磁极(2)和多个电枢(3)，所述电枢(3)包括一个电枢铁芯(12)和导线(11)，并且包括一个磁化部分(10)和一个线圈部分(9)，所述线圈部分(9)是围绕部分所述电枢铁芯(12)缠绕的导线(11)；旋转磁极(2)包括一个旋转轴(5)和磁铁(7)，并且具有一个磁极部分(6)，在所述磁极部分(6)中围绕部分所述旋转轴(5)定位多于两个的磁铁(7)，并且在旋转轴(5)上对设置在磁极部分(6)中的磁铁(7)进行安排，以使磁铁的S极或N极可定位在旋转轴(5)的相对侧，并且所述电枢(3)设置成使电枢(3)的线圈部分(9)的轴线和旋转磁极(2)的旋转轴(5)被安排在围绕所述旋转磁极(2)的同一方向，并且当旋转磁极(2)旋转时，电枢(3)的磁化部分(10)重复地变为接近和远离磁极部分(6)。
2．一种单极感应发电机(1)，它包括一个旋转磁极(2)和多个电枢(3)，所述电枢(3)包括一个电枢铁芯(12)和导线(11)，并且包括一个磁化部分(10)和一个线圈部分(9)，所述线圈部分(9)是围绕部分所述电枢铁芯(12)缠绕的导线(11)；旋转磁极(2)包括一个旋转轴(5)和磁铁(7)，并且具有多个磁极部分(6)，在所述磁极部分(6)中，围绕部分所述旋转轴(5)设置多于两个的磁铁(7)，并且对设在磁极部分(6)中的磁铁(7)进行安排，以使磁铁的S极定位在旋转轴(5)的一个端侧，并且磁铁的N极定位在另一个端侧，并且所述电枢(3)设置成使电枢(3)的线圈部分(9)的轴线和旋转磁极(2)的旋转轴(5)被安排在围绕所说旋转磁极(2)的同一方向，并且当旋转磁极(2)旋转时，电枢(3)的磁化部分(10)重复地变为靠近和远离磁极部分(6)。
全文摘要
一种单极感应发电机,它包括一个旋转磁极和多个电枢。每个电枢包括一个电枢铁芯和导线,并且具有一个磁化部分和一个线圈部分,所述线圈部分是围绕部分电枢铁芯缠绕的导线。旋转磁极包括一个旋转轴和磁铁,并且具有一个磁极部分,在所述磁极部分中,围绕部分旋转轴设置有两个或多个磁铁。对设在磁极部分中的磁铁进行安排,以使磁铁的S极或N极可定位在旋转轴的相对侧。或者,旋转磁极具有多个磁极部分,并且对设在磁极部分中的磁铁进行安排,以使磁铁的S极可定位在旋转轴的一个端侧,并且磁铁的N极可定位在旋转轴的另一个端侧。电枢的线圈部分的轴线和旋转磁极的旋转轴被安排在围绕旋转磁极的同一方向,并且当磁极旋转时,电枢的磁化部分重复地变为靠近和远离磁极部分。因而能够极其有效地从磁极的旋转获得电能。此外,即使减小发电机的尺寸,该发电机也能在不破坏波形的条件下稳定地提供交流电,并且可随意形成需要的波形。
文档编号H02K21/14GK1212086SQ96199951
公开日1999年3月24日 申请日期1996年12月11日 优先权日1996年12月11日
发明者宫田悟 申请人:宫田悟