专利名称：磁场和电枢都固定不动的发电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种发电机的能量转换系统，尤其是能把转子上应受到的电磁转矩转移给定子来承担。
背景技术：
截止到目前，公众所知的发电机不论是转枢式还是转场式都是利用电磁感应原 理，直接通过气隙磁场使穿过闭合线圈的磁通量发生改变，从而得到电流。当电机负载时， 闭合线圈中产生的电流将阻碍原磁场的变化。例如一台旋转磁场发电机，由于转子既有励 磁任务又有旋转任务，当电机负载时，线圈中产生的电枢磁势将会阻碍转子旋转。负载越 大，阻碍力越强转子旋转就会越吃力。能不能把转子的励磁系统和旋转装置分开设计呢？
发明内容
为了克服发电机转子既受力又旋转的现有事实，本发明提供了一种新技术，使发 电机的能量平衡关系发生本质的变化。它不仅能简单快捷的发出电能，而且转子上受到转 矩的平均值非常的小，还不会因负载电流的变化而对其构成明显影响。(一 )本发明解决现有技术问题所采用的技术方案是；利用高导磁率材料做成磁 场屏蔽体，材料电阻率约等于硅钢片，其厚度因电机容量检测确定，为减小涡流损耗材料应 冲压成片装叠装而成，片间涂以漆膜绝缘，其截面大小，取向长短，加工工艺必须以实际工 程需要为准。把磁屏蔽体置放于磁场和电枢之间气隙空间，并且构造成能够自由地绕磁场 (或电枢)旋转，屏蔽体和磁场，屏蔽体和电枢之间各有一微小气隙。磁极和电枢分上下两 层各成极对数相对固定分布，在平面空间每对磁场所占空间不应超过90度以便屏蔽体每 转到中性线时，原先被屏蔽的磁力线能够尽量穿过气隙经电枢铁芯而闭合。屏蔽体沿旋转 方向的长度应等于磁极在该方向上的长度；磁极该方向的长度应略小于电枢铁芯在该方向 上的长度；屏蔽体在中性线(相邻两极之间距离的中点线)时，其前端和后端与相邻两个磁 极之间距离应大于磁极和电枢铁芯之间气隙长度。
图1是磁场和线圈都不运动发电机的简 单结构图。(二)本发明的基本工作原理；(1)假设起初以去磁状态开始。磁力线由N极出 发，穿过气隙由屏蔽体内经另一气隙进入S极，线圈和屏蔽体之间气隙无磁力线通过，线圈 中没有感应电流。屏蔽体在切线方向上不受力。(2)当屏蔽体绕轴转动时，有一部分磁通将 会穿过整个气隙经线圈铁芯再穿过气隙回到S极，线圈中有逐渐增强的电流；另外一部分 磁通仍会沿屏蔽体而闭合。此时转动的屏蔽体将会受到来自原磁场方面磁转矩T1'和来自 感应电流产生磁场的磁转矩T2'，这两个转矩相加就是屏蔽体受到的磁阻转矩Tc/，很明 显Tc/是一个阻碍其旋转的减速转矩。(3)屏蔽体转到90度中性线时，线圈中的感应电流达到最大，并且这个电流和气 隙磁场相作用产生的电磁力也达到最大，该力直接作用在磁极和电枢之间。此时屏蔽体由 于距磁极相对较远，就没有主磁通通过，它受到的来自磁场和电枢磁场的磁阻转矩为零(4)屏蔽体越过中性线继续旋转，一部分磁通开始沿屏蔽体而闭合，穿过电枢线圈的磁通量逐渐减小线圈中电流也越来越小。屏蔽体受到来自原磁场方面磁转矩Ttl"和电枢磁场方面磁 转矩T2"这两个转矩相加就是屏蔽体受到的磁阻转矩Ttl"也很明显Ttl"是一个加速转矩。 (5)屏蔽体转到磁场和电枢完全垂直处，电枢中电流消失。屏蔽体在切线方向上(加速或减 速方向)不受力。以上在理论上可以推导出在屏蔽体旋转的前半周受到的是一个减速转矩，合成磁 场将其向后拉，后半周受到的是一个加速转矩，合成磁场将其向前拉，两个力大小相等，方 向相反，平均值为零。既 T0' =T1' +T2' T0" =T1" +T2" T0' =T0"总之，无论磁通量怎样变化，屏蔽体上受到的前拉和后拉总合力都可以看成是一 对平衡力。在磁场和屏蔽体端，由于屏蔽体本身不能感应电流(少量涡流不计)就不能和 磁场相作用产生电磁转矩，其只能相当于发电机的空载运行。屏蔽体只起到在特定的时刻 为磁场提供磁旁路的作用；在屏蔽体的电枢端，由于气隙中不存在原磁通，电枢产生的磁场 同样不能对其产生电磁转矩，也就不能对其旋转产生很大影响，这又好像是一台空载运行 的电动机。电枢磁势由零到最大再到零，它对屏蔽体在前半周产生的是一个随脉振磁场强 弱变化而变化的减速转矩，后半周是一个随脉振磁势变化而变化的加速转矩。因此无论这 个脉振磁势和屏蔽体之间的空间或时间关系怎样变化都可以在电机设计制造前来平衡。本发明改变了原有发电机的能量平衡方式，把原属于一个系统上的两个物理量 (既受力和运动)用两个元件(磁极和屏蔽体)来分担。根据楞次定律磁极或线圈将会受 到力的作用，它的大小将由屏蔽体的旋转速度决定，所这就实现了受力的没有运动，运动的 少受力。 能量平衡的原表达式为Pem=TnKT2+T0+Ts)jv=P2+P0+Ps能量平衡的表达式为Pem=(FxS)nKTs+TO+Ts)ft=P2+P0+Ps式中(FxS)iV=T^为作用于磁极和电枢磁场之间的电磁转矩。TO为屏蔽体受到正反 两个方向的磁阻转矩之和。Ts为屏蔽体旋转输入的空载转矩。以上都属于基本原理，实际制造要复杂的多。具体情况有如材料的加工工艺，厚度 选择，性能检校对屏蔽体磁阻转矩的平衡方法(主要包括硬磁性抵消和软磁性平衡等)受 力抵消装置安放等等，因法律规定，这里不能详尽表达。
权利要求
一种发电机，励磁系统和电枢系统均固定不动，通过能提供低磁阻通路的高导磁率材料绝缘迭装做磁场屏蔽体。该屏蔽体能够自由地绕磁场(或电枢)转动，其特征是通过屏蔽体的转动间接地在电枢中感应出电流，感应电流的变化不会对屏蔽体产生电磁转矩。
2.根据权利要求1所述的发电机其特征是励磁系统和电枢系统均固定不动，磁屏蔽 体在他们之间的气隙中旋转切割。
全文摘要
一种磁场和电枢都固定不动的发电机，它在相对的磁场和电枢之间气隙中安装可以旋转的磁场屏蔽材料，通过屏蔽材料的旋转，不动的磁场将逐渐在不动的电枢线圈中感应出电流，由于屏蔽材料电阻较高又是彼此绝缘叠装而成。本身就不会感应出电流产生电磁转矩。它解决了原发电机既是旋转部分又是电枢负载后受力部分(转子上受到电枢转矩的制动阻力)的问题。使电机旋转的少受力。受力的不旋转。
文档编号H02K1/02GK101841192SQ20091012772
公开日2010年9月22日 申请日期2009年3月18日 优先权日2009年3月18日
发明者王建安 申请人:王建安