专利名称：单相电力发电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及单相电力发电机，包括转子和定子，前者具有转动轴线并包括具有2N个磁极的磁体装置，该磁体装置均匀配置在上述转子的周边上并在上述转子的外面产生2N个方向交变的径向磁场，后者包括至少一个线圈和在磁性上将上述线圈耦合到上述磁体装置上的耦合装置。本发明具体涉及小体积的电力发电机，该发电机具体能够整体成形在包含摆动重物的时钟内。
本发明的目的是提供一种单相发电机，该发电机具有很高的效率，因而具有很好的产率，同时容易制造，成本相当低。
因此本发明涉及一种电机，该电机具有如本文所附权利要求1所述的特征。
下面说明本发明的随后给出的一些实施例，由此可以更清楚本发明的其它目的和优点。这些实施例纯粹是作为非限定性例子进行说明的，下面参照附图进行说明，这些附图是
图1是本发明发电机第一实施例的平面图；图2是沿上述图1中的Ⅱ-Ⅱ线截取的图1所示发电机的横截面图；图3是本发明发电机第二实施例的平面图；图4是沿上述图3中的Ⅳ-Ⅳ线截取的图3所示发电机的横截面图；图5是本发明发电机另一实施例的平面图；图6是沿上述图5中的Ⅵ-Ⅵ线截取的图5所示发电机的横截面图。
在图1和2所示的实施例中，本发明的总的用编号1表示的发电机包括分别用编号2和3表示的转子和定子。
转子2包括只局部示出的转轴4，该转轴能够在轴承(未示出)中绕其轴线A转动。如下面将说明的，该轴线A构成转子2的转动轴线。
转子2还包括毂部5，该毂部连接于转轴4并且其形状在此例子中为直的正十边形柱体，该柱体的轴线与转轴4的转动轴线4重合。因此毂部5具有十个平行于轴线A的平的矩形表面。
因为技术人员容易理解的原因，毂部5最好用具有低磁阻的软磁材料制作。然而出于制造和组装的原因，上部毂部5特别可以用钢制作。
另外，在此例中转子2还包括用通用编号6表示的十个双极磁体，各个磁体的形状为六面矩形体，各个磁体固定在毂部5的侧面中的一个侧面上。
该领域技术人员容易理解，用于将磁体6固定在毂部5上的装置其磁阻必须尽可能地低，该装置可以具有各种特性并在图上未示出。
在图1中用来编号的箭头表示的磁体6的磁化轴线均在径向方向，但具有交替的磁化方向。在转子2的外周上的磁体6为偶数，在本例中为10，具有交替的南北极。因此磁体6在转子2的外部产生10个方向交替的径向磁场。按照磁体6在转子2的外周上是具有北磁极还是具有南磁极，后文中磁体6分别用编6a或6b示出。
发电机1的定子3包括第一和第二定子板，它们分别用编号7和8表示，二者的大体形状均为平坦的圆环形，其中心在转动轴线A上并垂直于该轴线A。这些定子板7和8彼此隔开一定距离，其中各个板至少近似地位于毂部5端表面中的一个表面附近，而且这些板均用软磁材料制作。
在本例中，定子3还包括第一组的五个齿形体，这些齿形件均用编号9表示，用软磁材料制作，并围绕转子2均匀地设置在使转子与定子板7、8隔开的空间中。该齿形件9在角度上相隔360°/N的角度并平行于转子2的转动轴线A，这些齿形件在机械上和磁性上连接于定子板1并沿定子板8的方向延伸。
另外，定子3还包括第二组的五个齿形件，这些齿形件均用编号10表示，也用软磁材料制作，也围绕转子2均匀地设置在使转子与定子板7、8隔开的空间中，各个齿形件10还位于两个齿形件9之间。因此齿形件10在角度上相隔360°/N的角度。另外，它们还平行于转子2的转动轴线4，并且在机械上和磁性上连接于定子板8，并沿定子板7的方向延伸。
可以看出，定子3的齿形件9、10的总数等于转子2的磁体6a和6b的总数，而且当后者占据如图1所示的位置时，则各齿形件9和10位于面向其中一个磁体6a和6b的位置。
很清楚，上述发电机1的各种部件应当这样选取其尺寸和配置，即使得转子2可以自由转动而不触及定子3的任何部件，而且使得磁体6a和6b与齿形件9和10隔开的距离应使互感电磁线圈磁通量和磁阻耦合均具有有利值。
在本例中定子3还包括均用软磁材料制成的第一臂11和第二臂12，它们在机械上和磁性上分别连接于定子板7的外侧和定子板8的外侧。
本领域技术人员容易看出，分别由定子板7、齿形件9和臂11以及由定子板8、齿形件10和臂12构成的两个单元最好例如采用切割或弯曲适当材料板而作成一样的单个部件。
另外，本领域技术人员还将看出，这两个部件可以是完全相同的，这样便简化了发电机的制造，降低了制造成本。
定子3还包括绕在芯杆14上的线圈13，该芯杆的端部14a和14b在机械上或磁性上分别连接于臂11和12。
线圈13的芯杆14当然也用低磁阻的软磁材料制作，未示出的保证将芯杆连接于臂11和12的装置也设置成具有尽可能低的磁阻。
线圈13的芯杆14保证两个上述单元之间的机械连接。但是一般需要通过将一个或多个支撑杆固定在这些单元上来增强该机械连接，从而保证这些单元在所有情况下均保持相互正确的位置。因为本领域技术人员容易理解的原因，这些未示出的支撑杆必须用非磁性材料制作。
本领域技术人员还会看到，按照发电机1各种部件的相对大小，在芯杆14的各端部14a和14b分别和臂11、12之间还必需配置其它的支撑杆，这种支承杆当然也用低磁阻的软磁材料制作。
本领域技术人员还会看到，在随后说明的本发明发电机的其它实施例的情况中，所需要作的考虑类似于对上述单元的连接支撑杆所作的和/或对将芯线圈的端部连接于相应壁的支撑杆所作的考虑。因此下面对此不再重复。
还应当注意到，刚说明的定子3的各种部件如此被成形、决定尺寸和相互设置，使得由定子板7、齿形件9和臂11构成的单元以及由定子板8、齿形件10和臂12构成的单元在磁性上只通过线圈13的芯杆14进行连接。
可以容易看出，由于上述发电机1各种部件的结构和配置，当转子2相对于定子3转动时，线圈13将响应起源于磁体6a和6b的磁通的变化产生电压，该磁通沿一个方向和另一个方向交替地穿过芯杆14。
发电机1的线圈13绕在芯杆上，在本例中绕在芯杆14上，这大大有助于其制造和处理。
另外，所有其它条件相同时，发电机1的线圈13的绕组平均长度以及形成上述线圈13的金属丝的总长度分别小于这种已知电机的线圈绕组的平均长度以及构成上述后一线圈的金属丝的总长度。
由于这两个事实，发电机1的线圈13的成本，因而发电机1的成本将分别低于已知发电机线圈的成本和发电机的成本。
另外，仍在所有其它条件相同的情况下，发电机1的线圈13的电阻低于已知发电机线圈的电阻，因为构成上述线圈13的金属线的总长度小于构成已知发电机线圈的金属线总长度。
由此可以得出，在线圈13中产生的焦耳效应的损失小于已知发电机情况下的损失。因此发电机1的发电量高于已知发电机的发电量。还可以得出，不管是提供电流还是不提供电流，发电机1所产生的电压变化低于已知发电机情况下的电压变化。
本领域技术人员很容易看到，发电机1的转子2可以包括数目不同于10的永磁体6a和6b，然而此数目总是偶数并总是等于定子3中所含齿形件的总数目。
同样，无论其数目如何，磁体6a和6b可以用一个单一的多极永磁体替换，该多极永磁体当然被如此设置，即在转子2的外周上所具有的磁极和由它替代的双极磁体组件一样，并使得由多极磁体在转子2外部产生的磁场也是径向的并在方向上是交替的。
一般可以看出，发电机的转子例如刚说明的转子包括由若干双极永磁体构成的或由一环形的多极永磁体构成的磁装置，该磁装置具有2N个磁极，均匀排列在转子的外周上，并在该转子的外部产生方向交变的径向磁场。还可以说，这种发电机的定子包括两组齿形件，各个组有N个齿形件，第一组的N个齿形件和第二组的N个齿形件在磁性上分别连接于在上述定子中的第一和第二定子板。
本领域的技术人员还会看出，先前的考虑很明显地适用于随后说明的本发明的发电机的其它实施例，因此不再重复这些考虑。
在图3和4所示的实施例中，用编号21表示的本发明的发电机包括转子2，该转子的编号与图1和2所示发电机1的转子编号相同，因为它与后者完全一样，因此不再说明发电机21的转子2。
发电机21还包括用编号22表示的定子，该定子包括部件7-14，这些部件与发电机1的定子3的部件完全相同，用相同的编号表示，其配置也与后者一样。因此以后不再说明这些部件7-14。
定子22还包括连接于定子板7的第三臂23和连接于定子板8的第四臂24，以及绕在芯杆26上的第二线圈25，该芯杆26的端部26a和26b分别连接于臂23和24。
容易看出，在图3和4的发电机21中，起源于磁体6a和6b的磁力线分开成两个至少基本上相同的部分，一个部分穿过线圈13的芯杆14，另一个穿过线圈25的芯杆26。
还可以看出，当转子2相对于定子22转动时，各个线圈13和25响应于分别穿过其芯杆14或16的磁力线部分的变化而产生电压。
应当注意到，定子板7及其两个臂11和23在图3和4所示的实施例中完全与定子板8及其两个臂12和24是相同的，这样便降低了发电机的制造成本。
另外，发电机21包括两个线圈的优点在于，总的磁力线只有一半穿过上述线圈的芯杆，这样便可以减小芯杆的横截面而不会增加芯杆磁饱和的危险和/或减少了这种磁饱和的危险。因此对于给定数目的线圈数。此实施例与先前图1和2的实施例相比，可以减小电阻和焦耳效应的损失。另外，因为直的线圈芯杆便于绕制电线，所以本实施例的配置允许缠绕大量线圈数，而同时可以减小对发电机的空间要求和保持其紧凑的结构。此实施例的优点也适用于线圈平行绕在芯杆上的弯曲芯杆。
应当注意到，在本发明的发电机例如先前所述的发电机1和21中，还可以在定子板7和8中的一个定子板上固定一个用非磁性材料作的部件，其上装有用于安装定子2的转轴4的支承轴线。这些发电机的这种实施例未示出。
在图5和6所示的实施例中，本发明的整个用编号31表示的发电机包括一个转子，该转子也用编号2表示，与图1和2的发电机的转子的编号相同，因为该转子也与后者完全相同。因此下面也不再说明发电机31的转子2。
发电机31还包括用编号32表示的定子，该定子包括两个定子板33和34，在此例中各定子板具有中心在转动轴线A上的环形板。定子板33和34用软磁材料制作并配置在转子2的两侧，与该转子2隔开一定距离。各个定子板33和34具有设有参考编号的中心孔，转子2的转轴4穿过该中心孔。
应当注意到，如需要，可将转轴4的支承轴承装在定子板33和34上的中心孔的一个或另一个上。未示出发电机31的这种实施例。
定子32还包括两个齿形件组，每组有5个齿形件，分别用编号9、10表示，因为这些齿形件与前述的发电机1和21的齿形件9、10相同。
定子32的齿形件9均匀围绕转子2配置，在机械和磁性上连接于定子板33的圆周。而定子32的齿形件10也均匀围绕转子2配置，每个齿形件10在两个齿形件9之间，它们在机械和磁性上连接于定子板34的圆周。
如在发电机1和21中一样，发电机31的齿形件9和10分别在定子板34和定子板33的方向上平行于转子2的转动轴线A延伸。同样，定子32的齿形件9和10的总数等于转子2的磁体6a和6b的总数。并且当转子2占据例如图5所示的位置时，各个齿形件9和10处于面对着其中一个磁体6a和6b的位置。另外，上述刚说明的发电机31的各个部件明显地应如此确定尺寸和配置，使得转子2可以自由转动而不会碰到定子32的任何部件，而且齿形件9和10的磁体6a和6b分开的距离应使得互感的磁线圈的磁通和磁阻耦合同时具有有利的值。
定子32还包括第一臂35和第二臂36，均用软磁材料制作，上述臂在机械上和磁性上分别连接于定子板33的周边和定子板34的周边。应当注意到还可以提供若干臂或一个分成若干支路的臂，以使定子板连接于芯杆14。
在这种情况下，分别由定子板33、齿形件9和臂35构成的以及由定子板34、齿形件10和臂36构成的单元最好分别以单独一个同样的部件的形式制造。
定子32还包括绕在芯杆14上的线圈13。芯杆14的各个端部14a和14b在机械上和磁性上分别通过没有详细示出的固定装置连接于臂35和36。在这种情况下，还应当注意到，用软磁材料作的第一支撑杆37配置在芯杆14的端部14a和臂35之间，而在图5、6中未见到的类似于第一支撑杆的第二支撑杆配置在芯杆14的端部14b和臂36之间。
然而，刚说明的定子32的各种部件可以这样制造、定尺寸和彼此相对地配置，即使得由定子板33、齿形件9和臂35形成的单元和由定子板34、齿形件10和臂36构成的单元在磁性上只通过线圈13的芯杆14连接。
下面不再说明发电机31的操作，因为这种操作与上述发电机1和21的操作完全相同。另外，发电机31的优点与上述发电机1和21的优点相同。然而应当提到，对于后者来说，在所有的其它条件相同的情况下，发电机31更为紧凑，还有利于在例如手表这样装置中使用，在这种装置中可利用的高度是有限的。
在其另一种实施例中，本发明的发电机除上面刚说明的发电机31的所有部件而外，还包括分别在机械和磁性上连接于定子板33和定子板34的第三和第四臂以及绕在一个芯杆上的第二线圈，该芯杆的端部在机械和磁性上也分别连接于该第三和第四臂上。未示出这种实施例，因为根据上述本发明的实施例说明可以容易地理解。
上面已说明一些实施例的本发明的发电机可以进行许多改变而不因此违背本发明的范围。
例如，本发明发电机的定子可以包括2个以上的线圈，因而该定子包括的臂的数目是在机械和磁性上将各个上述线圈的芯杆端部连接于第一和第二定子板所必需的数目。
同样，这些臂的形状可以不同于在上述例子中的臂所具有的形状。
因此可以使用这种形状的臂，使得发电机的线圈或多个线圈的位置不紧靠着发电机的定子板，和/或可以使臂弯曲，使得线圈或多个线圈其位置相对于发电机的其余部分高于或低于在上述例子中它们所处的位置。如果需要，这些不同的臂的形状变化可使得使用本发明发电机的装置的设计和制造变得简单，尤其是在这些装置中的可用空间受到限制时和这些装置必须包括体积相当大的其它部件时。
还可使发电机线圈或多个线圈与其芯杆形成薄的平圆片形状，该芯杆的轴线平行于这种发电机转子的转动轴线，而不是像上述例子中的垂直于上述轴线。在这种情况下，使线圈或多个线圈在机械和磁性上连接于定子板的臂很明显地以与其一致的方式被形成和配置。
线圈或多个线圈的这种配置，如果需要，可使发电机作成很小的厚度，而同时又包含一个或多个绕线圈数多的线圈。如果需要，这种配置还可以增加线圈或多个线圈的横截面，由此减小穿过线圈中一个线圈的磁通密度，从而减小线圈由这种磁通量饱和的危险。
权利要求
1．一种单向电力发电机，包括转子(2)，具有转动轴线(A)并包括具有2N磁极的磁装置(6a；6b)，该磁极均匀配置在上述转子(2)的周边上并在上述转子(2)的外部产生方向交变的2N个径向磁场；定子(2；22；32)，包括至少一个线圈(13；25)和将上述线圈(13；25)耦合到上述磁装置上的耦合装置，该耦合装置包括彼此分开一定距离的第一定子板(7；33)和第二定子板(8；34)；第一组的N个齿形件(9)，所述齿形件(9)在磁性上连接上述第一定子板(7；33)，均匀地绕上述转子配置，并在角度上偏离360°/N角，上述第一组的N个齿形件沿上述第二定子板(8；34)的方向平行于上述转动轴线(A)延伸；第二组的N个齿形件(10)，所述齿形件(10)在磁性上连接于上述第二定子板(8；34)，均匀地绕上述转子配置，并在角度上偏离360°/N角，上述第二组齿形件分别位于上述第一组齿形件的两个相邻齿形件(9)之间并沿上述第一定子板(7；33)的方向平行于上述转动轴线(A)延伸；和连接装置，用于在磁性上连接于上述第一定子板(7；33)和第二定子板(8；34)；上述线圈(13；25)绕在形成上述连接装置的芯杆(14；26)上，上述芯杆具有第一端部(14a；26a)和第二端部(14b；26b)，上述端部分别在磁性上连接于上述第一定子板(7；33)和上述第二定子板(8；34)。
2．如权利要求1所述的发电机，其特征在于，上述定子板(7,8)均为中心在上述转动轴线(A)上的大体圆形环的形状；上述第一组和第二组的齿形件(9,10)分别连接于上述第一和第二定子板(7,8)的内侧。
3．如权利要求1所述的发电机，其特征在于，上述定子板(33,34)均为中心在转动轴线(A)上的大体环形板的形状；上述齿形件(9,10)配置在上述定子板(33,34)的周边上。
4．如权利要求1所述的发电机，其特征在于，上述定子(3；22；32)包括至少一个绕在具有第一(26a)和第二(26b)端部的第二芯杆(26)上的第二线圈(25)；上述连接装置还包括上述第二芯杆(26)并如此配置，即使得上述芯杆(26)的上述第一(26a)和第二(26b)端部在磁性上分别连接于上述第一定子板(7；33)和上述第二定子板(8；34)。
全文摘要
单相发电机(1)包括转子(2)、产生2N个方向交替的径向磁场的磁装置(6a、6b)和定子(3),该定子:包括线圈(13);第一和第二定子板(7,8);沿转子(2)配置的并在磁性上连接于第一定子板(7)的第一组N个齿形件(9);沿转子2配置的第二组N个齿形件(10),各个齿形件(10)位于第一组的两个齿形件(9)之间并在磁性上连接于第二定子板;和耦合装置,用于使第一定子板(7)和第二定子板(8)在磁性上耦合。线圈(13)绕在芯杆(14)上,该芯杆形成第一定子板和第二定子板(7,8)的磁耦合装置的一部分。
文档编号H02K35/00GK1220513SQ98125449
公开日1999年6月23日 申请日期1998年12月18日 优先权日1997年12月19日
发明者J-L, 贝甘, F·瑟芮克斯, Y·古尔因, D·塔佛邹特 申请人:Eta草图制造公司