專利名稱：直旋感生發電機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種發電裝置，確切地說是一種直旋感生發電機。
背景技術：
傳統的發電機存在以下不足第一，由于傳統發電機轉子即磁極，與定子即線圈， 兩者之間作相對圓周運動過程中，磁力線和線圈做相對切割運動，主磁通和線圈的感應電 流產生的旋轉磁場形成切向力始終與轉子旋轉的方向相反180°對轉子起到阻礙作用，輸 入的動力遠大于電磁阻力才能滿足發電機的運行要求，上述電磁阻力越大，消耗浪費的能 量越大。這種發電方式只是完成了能量的部分轉化，轉化效率低，能耗較大。第二，傳統發 電機的鐵芯中容易產生漏磁，還產生諧波，對電網有危害。另外，若要提高發電機的發電效 率，縮小鐵芯與磁極之間的間隙是一個必要的途徑，間隙越小間隙內的空氣所產生的磁阻 越小，發電效率越高，最理想的方案是鐵芯與磁極直接接觸，確保磁極的磁力線最多的穿過 鐵芯；然而，一方面縮小鐵芯與磁極之間的間隙對加工工藝的要求過高，會大幅增加發電機 的造價，另一方面，由于現有的鐵芯與磁極都是固體，若相互直接接觸磨擦力過大，因此，難 以將發電機的發電效率提高到最理想的狀態。
實用新型內容本實用新型的目的，是提供了一種直旋感生發電機，它是通過改變發電機鐵芯中 磁通量的大小在線圈中產生感生電動勢，而非通過線圈切割磁力線，磁力線始終在鐵芯內 與鐵芯上的線圈垂直，鐵芯與磁鐵相對轉動的方向也與磁力線垂直，因此，主磁通和線圈內 的感應電流產生的磁通均在鐵芯內與鐵芯成水平方向，對鐵芯與磁鐵的相對轉動的阻礙作 用大幅減小，可節省發電所需的能量消耗。它的鐵芯中不易產生漏磁和諧波，不會對電網造 成危害，從而，可解決現有發電機存在的不足。并且，它可消除磁極與鐵芯之間的磁阻，有效 地提高發電機的發電效率。本實用新型的目的是通過以下技術方案實現的直旋感生發電機，包括鐵芯支架， 鐵芯支架上安裝轉軸，轉軸的兩端分別安裝第一轉盤和第二轉盤，鐵芯支架上安裝第一鐵 芯，第一鐵芯的外周安裝第一線圈，第一轉盤上安裝第一密封板，第一轉盤或第一密封板上 安裝第一磁鐵，第一磁鐵的表面與第一密封板的表面共面，第二轉盤上安裝第四磁鐵，第一 磁鐵和第四磁鐵與第一鐵芯的兩端相對應，第一磁鐵與第四磁鐵的異極相對；第一鐵芯的 一端開設儲液槽，儲液槽內均填充磁性液體，第一鐵芯設有磁性液體的一端與第一密封板 接觸。為進一步實現本實用新型的目的，還可以采用以下技術方案實現鐵芯支架上安 裝第二鐵芯和第三鐵芯，第一鐵芯、第二鐵芯和第三鐵芯均勻分布于轉軸的外周，第一鐵 芯、第二鐵芯和第三鐵芯的中心共圓，第二鐵芯的外周安裝第二線圈，第三鐵芯的外周安裝 第三線圈，第一轉盤上安裝第二磁鐵，第二磁鐵和第一磁鐵與轉軸的間距相等，第二磁鐵和 第一磁鐵相隔180度，第二轉盤上安裝第五磁鐵，第五磁鐵和第四磁鐵與轉軸的間距相等，第五磁鐵與第四磁鐵相隔180度，第五磁鐵與第二磁鐵異極相對；第五磁鐵的表面與第二 密封板表面共面，第二磁鐵與第一密封板的表面共面。第一鐵芯、第二鐵芯、第三鐵芯、第一 磁鐵、第二磁鐵、第四磁鐵和第五磁鐵的端面形狀和大小相同。第一磁鐵和第二磁鐵的磁極 方向相反。第一磁鐵和第二磁鐵的磁極方向相同。第一轉盤上安裝數個外磁塊，數個外磁 塊均勻分布于以轉軸為圓心的圓周上；鐵芯支架上安裝數個內磁塊，數個內磁塊均勻分布 于以轉軸為圓心的圓周上；外磁塊到轉軸的垂直距離等于內磁塊到轉軸的垂直距離；內磁 塊與外磁塊一一對應，且同極相對。第二轉盤上安裝數個外磁塊，數個外磁塊均勻分布于以 轉軸為圓心的圓周上；鐵芯支架上安裝數個內磁塊，數個內磁塊均勻分布于以轉軸為圓心 的圓周上；外磁塊到轉軸的垂直距離等于內磁塊到轉軸的垂直距離；內磁塊與外磁塊一一 對應，且同極相對。所述的第一密封板是圓環形結構。第一鐵芯的兩端各開設一個儲液槽， 儲液槽內均填充有磁性液體；第二轉盤上安裝第二密封板，第四磁鐵與第二密封板的表面 共面，第一鐵芯的兩端分別與第一密封板和第二密封板接觸。所述的第二密封板是圓環形 結構。本實用新型的積極效果在于它是通過改變發電機鐵芯中磁通量的大小在線圈中 產生感生電動勢，產生感生電流的大小與磁通量的變化率和導線負載的電阻大小有關。本 發電機工作時，鐵芯與磁鐵相對轉動過程中，磁鐵的磁力線始終垂直于鐵芯端面，即改變鐵 芯中磁通量大小的旋轉方向始終與磁鐵磁力線的方向始終成90度角，以該結構方式發電， 可大幅減小發電機定子轉子之間轉動的阻力，同時還可提高發電效率，有很好的節能效果。 本發電裝置在鐵芯中不產生漏磁，沒有諧波產生，還可減少一部分阻力，節約能源，并且對 電網不產生危害。它利用磁性液體填充鐵芯的兩端，使磁極與鐵芯之間絕大部分是固體與 液體之間的接觸，從而既可消除鐵芯與磁極之間的磁阻，提高發電效率，又可最大限度的縮 小鐵芯與磁極之間的磨擦力，減小發電的能量消耗。它鐵芯支架可為鐵芯提供足夠的支撐 力，能有效地防止鐵芯在外力的作用下晃動，避免產生不必要的摩擦，延長電動機的使用壽 命；它的安裝磁極的轉盤具有體積小、重量輕、加工難度低和安裝磁極難度小的優點；另外 具有使用壽命長和加工難度小的優點。本實用新型還具有結構簡潔緊湊、制造成本低廉和 使用安全方便的優點。
圖1是本實用新型的結構示意圖；圖2是圖1的A-A剖視結構示意圖；圖3是圖1 的C-C剖視結構示意圖；圖4是圖1的B-B剖視結構示意圖；圖5是圖1的I局部放大結構 示意圖。圖中標號1鐵芯支架2第一轉盤3第二轉盤4轉軸5第一鐵芯6第二鐵 芯7第三鐵芯8第一磁鐵9第二磁鐵11第四磁鐵12第五磁鐵14第一線圈15 第三線圈16第二線圈17外磁塊18內磁塊19儲液槽20磁性液體21軸承22 第一密封板23第二密封板。
具體實施方式
本實用新型所述的直旋感生發電機，包括鐵芯支架1，鐵芯支架1上安裝轉軸4，轉 軸4的兩端分別安裝第一轉盤2和第二轉盤3，鐵芯支架1上安裝第一鐵芯5，第一鐵芯5
5的外周安裝第一線圈14，第一轉盤2上安裝第一密封板22，第一轉盤2或第一密封板22上 安裝第一磁鐵8，第一磁鐵8的表面與第一密封板22的表面共面，第二轉盤3上安裝第二 密封板23，第二轉盤3或第二密封板23上安裝第四磁鐵11，第四磁鐵11與第二密封板23 的表面共面，第一磁鐵8和第四磁鐵11與第一鐵芯5的兩端相對應，第一磁鐵8與第四磁 鐵11的異極相對，確保在第一轉盤2和第二轉盤3轉動過程中第一磁鐵8和第四磁鐵11 的磁力線可經過第一鐵芯5 ；第一鐵芯5的兩端各開設一個儲液槽19，儲液槽19內均填充 有磁性液體20，第一鐵芯5的兩端分別與第一密封板22和第二密封板23接觸。由磁性液 體20填充鐵芯的兩端，可大幅減少鐵芯固體部分與磁鐵接觸的面積，使鐵芯與磁鐵之間絕 大部分是固液接觸，有效地減少鐵芯與磁鐵之間的磨擦力。磁性液體20的導磁性能較好， 其磁極直接接觸可最大限度的消除磁極與鐵芯之間的磁阻，提高發電效率。由于鐵芯的兩 端填充有磁性液體20，因此，為防止磁性液體20由儲液槽19內流失，在第一轉盤2上安裝 第一密封板22，在第二轉盤3上安裝第二密封板23，確保儲液槽19在轉動過程中始終處于 封閉狀態。為降低生產成本，第一鐵芯5也可僅有一端開設儲液槽19并填充磁性液體20，此 時，第二轉盤3上可不安裝第二密封板23，而直接安裝第四磁鐵11，但其消除鐵芯與磁極之 間磁阻的效果不理想。所述的儲液槽19可以直接在第一鐵芯5等鐵芯的兩端開設，也可以是由銅或鋁等 材料制成的環狀部件與第一鐵芯5的兩端連接構成，即由銅或鋁等材料圍成儲液槽19。所述的第一轉盤2和第二轉盤3是安裝作為磁極的第一磁鐵8和第四磁鐵11等磁 鐵的載體，可帶動所述的磁鐵相對于所述的第一鐵芯5等鐵芯轉動；鐵芯支架1是固定第一 鐵芯5的部件，可盡可能地防止第一鐵芯5在工作過程中受外力的干擾而發生晃動。實現磁 極相對鐵芯轉動的功能還有其他結構方案，例如固定軸轉動筒機構，用一根固定軸替代鐵 芯支架1，所述固定軸上設置支撐桿，利用所述支撐桿固定第一鐵芯5等鐵芯；所述固定軸 的外周安裝轉動筒，所述轉動筒可相對于所述固定軸轉動，即由所述轉動筒替代所述的第 一轉盤2和第二轉盤3安裝固定磁極，磁極位于轉動筒的兩端內側。所述具有固定軸轉動 筒機構的發電機，雖可實現磁極相對于鐵芯轉動，但是存在以下缺陷第一、在同材料、等重 量的前提下，分別制造所述帶有支撐桿的固定軸和鐵芯支架1，帶有支撐桿的固定軸的強度 遠低于鐵芯支架1的強度；在實際生產中帶有支撐桿的固定軸根本無法對第一鐵芯5等鐵 芯提供足夠的支撐力，而在發電機的工作過程中，第一鐵芯5等鐵芯所受的外力會發生周 期性的變化，且力度較大，若第一鐵芯5等鐵芯得不到有效地支撐和固定而發生晃動，則不 僅會直接影響發電機的效率，還極有可能造成不必要的摩擦，大幅縮短發電機的使用壽命； 鐵芯支架1和帶有支撐桿的固定軸相比，可為第一鐵芯5提供足夠的支撐力，能有效地防止 第一鐵芯5在外力的作用下晃動，避免產生不必要的摩擦，延長電動機的使用壽命。第二、 所述轉動筒的體積遠大于第一轉盤2和第二轉盤3的體積和，會增加驅動磁極轉動所消耗 的能量，另外，轉動筒的加工工藝難度遠大于所述轉盤的加工工藝，會增加制造發電機的成 本，并且，在轉動筒內安裝磁極也具有較大難度，加工成本過高；第一轉盤2和第二轉盤3與 所述轉動筒相比，具有體積小、重量輕、加工難度低和安裝磁極難度小的優點。第三、固定軸 轉動筒機構中，鐵芯、磁極和轉動筒的重量均由所述的固定軸承擔，因此，對所述固定軸的 強度要求極高，勢必增加發電機的生產成本，并且，既使如此，固定軸轉動筒機構的發電機的使用壽命也遠不如由具有鐵芯支架1、第一轉盤2和第二轉盤3的發電機的使用壽命長； 裝有鐵芯支架1、第一轉盤2和第二轉盤3的發電機具有使用壽命長和加工難度小的優點。 綜上所述，具有固定軸轉動筒結構的發電機難以加工，無法產業化，更無法制造出有實際發 電意義的較大容量的發電機，而本實用新型所述發電機則可解決該問題，可制造出大容量 的發電機。本實用新型加工制作時，還可分為兩大方案，一類是磁鐵旋轉，另一類是鐵芯旋 轉。磁鐵旋轉的方案。將第一轉盤2和第二轉盤3與轉軸4固定連接，將轉軸4與電動機或液壓馬達等 動力裝置連接。轉軸4上還可安裝葉片，以便可借助風力或水力帶動轉軸4轉動。發電機 工作時，鐵芯支架1固定，轉軸4帶動第一轉盤2和第二轉盤3相對第一鐵芯5轉動，從而 使第一磁鐵8和第四磁鐵11相對第一鐵芯5的同步轉動。在上述轉動過程中，第一鐵芯5端面的磁通量變化如下當第一磁鐵8和第四磁鐵 11轉動到與第一鐵芯5共線的位置時，第一鐵芯5的磁通量最大，隨著第一磁鐵8和第四磁 鐵11的繼續轉動，第一鐵芯5的磁通量逐漸減小直至為零，當第一磁鐵8和第四磁鐵11再 次接近第一鐵芯5運動時，第一鐵芯5的磁通量再次由零增加至最大，如此周而復始的改變 磁通量的大小，第一鐵芯5上的安裝的第一線圈14內便可產生感生電動勢。鐵芯旋轉的方案。將第一鐵芯5通過鐵芯支架1與轉軸4固定連接，鐵芯支架1和其上安裝的鐵芯 可在轉軸4的帶動下，相對于第一轉盤2和第二轉盤3轉動。磁通量的變化以及發電原理 與磁鐵旋轉方案相同。如圖2至圖4所示，鐵芯支架1上可再安裝第二鐵芯6和第三鐵芯7，第一鐵芯5、 第二鐵芯6和第三鐵芯7均勻分布于轉軸4的外周，第一鐵芯5、第二鐵芯6和第三鐵芯7 的中心共圓，第二鐵芯6的外周安裝第二線圈16，第三鐵芯7的外周安裝第三線圈15，第一 轉盤2上安裝第二磁鐵9，第二磁鐵9和第一磁鐵8與轉軸4的間距相等，第二磁鐵9和第 一磁鐵8相隔180度，第二轉盤3上安裝第五磁鐵12，第五磁鐵12和第四磁鐵11與轉軸 4的間距相等，第五磁鐵12與第四磁鐵11相隔180度，第五磁鐵12與第二磁鐵9異極相 對。轉動時，第一線圈14、第三線圈15和第二線圈16內均可產生感生電動勢，從而形成三 相電。鐵芯的數量與發電的相數相同，即鐵芯支架1上安裝一根鐵芯可產生單相電，安裝兩 根鐵芯可產生兩相電，安裝四根鐵芯可產生四相電，以此類推，可制造更多相的發電機，以 滿足不同用戶的需求。為增強發電效果，如圖2至4所示，第一鐵芯5、第二鐵芯6、第三鐵芯7、第一磁鐵 8、第二磁鐵9、第四磁鐵11和第五磁鐵12的端面形狀和大小應相同，可確保在轉速相同的 情況下，單位時間內第一鐵芯5端面的磁通量變化最大。本發電機的第一磁鐵8與第四磁 鐵11的異極相對構成一對異性磁極，稱為一極或單極。本發電機可以是單極也可以是兩 極、三極或更多極，例如圖1所示的發電機具有兩極，其中一極由第一磁鐵8與第四磁鐵11 構成，另一極由第二磁鐵9和第五磁鐵12構成。上述的每極由兩個獨立的磁鐵組成，一方 面便于加工制造降低成本，另一方面可防止鐵芯與磁鐵之間發生相對轉動時相互影響，便 于鐵芯上線圈的兩端導線由發電機中引出時不受鐵芯或磁鐵轉動的影響。[0021]本發電機一極時，轉軸4轉速達到6000轉/分鐘，所發交流電頻率為50赫茲，兩 極時，轉軸4轉速達到3000轉/分鐘，所發交流電頻率為50赫茲，四極時，轉軸4轉速達到 1500轉/分鐘，所發交流電頻率為50赫茲。為使如圖1至4所示的本實用新型所述的發電機產生三相正弦交流電，以方便并 入現有的電網供用戶使用，第一磁鐵8和第二磁鐵9的磁極方向應相反，即兩極的磁力線方 向相反。若需發波形是全波的電流，則第一磁鐵8和第二磁鐵9的磁極方向相同，即兩極的 磁力線方向相同。由于磁極對鐵芯始終施加吸引力，因此，為防止第一轉盤2在長期外力作用下發 生形變，延長發電機的使用壽命，如圖1和圖3所示，第一轉盤2上安裝數個外磁塊17，數個 外磁塊17均勻分布于以轉軸4為圓心的圓周上；鐵芯支架1上安裝數個內磁塊18，數個內 磁塊18均勻分布于以轉軸4為圓心的圓周上；外磁塊17到轉軸4的垂直距離等于內磁塊 18到轉軸4的垂直距離；內磁塊18與外磁塊17 —一對應，且同極相對。由于磁極對鐵芯始終施加吸引力，因此，為防止第一轉盤2在長期外力作用下發 生形變，延長發電機的使用壽命，第二轉盤3上安裝數個外磁塊17，數個外磁塊17均勻分布 于以轉軸4為圓心的圓周上；鐵芯支架1上安裝數個內磁塊18，數個內磁塊18均勻分布于 以轉軸4為圓心的圓周上；外磁塊17到轉軸4的垂直距離等于內磁塊18到轉軸4的垂直 距離；內磁塊18與外磁塊17 —一對應，且同極相對。所述內磁塊18與外磁塊17之間的排斥力可平衡磁極對鐵芯的吸引力，另外，內磁 塊18與外磁塊17之間的斥力還可在發電機運轉過程中減少轉動阻力，輔助轉動。為了既確保第一密封板22和第二密封板23對儲液槽19的密封作用，又減少磨擦 阻力，如圖3和圖4所示，所述的第二密封板23可以是圓環形結構。所述的第一密封板22 也可以是圓環形結構。第一密封板22和第二密封板23可分別與將第一轉盤2和第二轉盤 3制成一體。為減少轉軸4與鐵芯支架1之間的摩擦力，轉軸4與鐵芯支架1之間可安裝軸承 21，軸承21可以是磁懸浮軸承。本實用新型未詳盡描述的技術內容均為公知技術。
權利要求直旋感生發電機，其特征在于包括鐵芯支架(1)，鐵芯支架(1)上安裝轉軸(4)，轉軸(4)的兩端分別安裝第一轉盤(2)和第二轉盤(3)，鐵芯支架(1)上安裝第一鐵芯(5)，第一鐵芯(5)的外周安裝第一線圈(14)，第一轉盤(2)上安裝第一密封板(22)，第一轉盤(2)或第一密封板(22)上安裝第一磁鐵(8)，第一磁鐵(8)的表面與第一密封板(22)的表面共面，第二轉盤(3)上安裝第四磁鐵(11)，第一磁鐵(8)和第四磁鐵(11)與第一鐵芯(5)的兩端相對應，第一磁鐵(8)與第四磁鐵(11)的異極相對；第一鐵芯(5)的一端開設儲液槽(19)，儲液槽(19)內均填充磁性液體(20)，第一鐵芯(5)設有磁性液體(20)的一端與第一密封板(22)接觸。
2.根據權利要求1所述的直旋感生發電機，其特征在于鐵芯支架(1)上安裝第二鐵 芯(6)和第三鐵芯(7)，第一鐵芯(5)、第二鐵芯(6)和第三鐵芯(7)均勻分布于轉軸(4)的 外周，第一鐵芯(5)、第二鐵芯(6)和第三鐵芯(7)的中心共圓，第二鐵芯(6)的外周安裝第 二線圈(16)，第三鐵芯(7)的外周安裝第三線圈(15)，第一轉盤(2)上安裝第二磁鐵(9)，第 二磁鐵(9)和第一磁鐵(8)與轉軸(4)的間距相等，第二磁鐵(9)和第一磁鐵(8)相隔180 度，第二轉盤(3)上安裝第五磁鐵(12)，第五磁鐵(12)和第四磁鐵(11)與轉軸(4)的間距 相等，第五磁鐵(12)與第四磁鐵(11)相隔180度，第五磁鐵(12)與第二磁鐵(9)異極相對； 第五磁鐵(12)的表面與第二密封板(23)表面共面，第二磁鐵(9)與第一密封板(22)的表 面共面。
3.根據權利要求2所述的直旋感生發電機，其特征在于第一鐵芯(5)、第二鐵芯(6)、 第三鐵芯(7)、第一磁鐵(8)、第二磁鐵(9)、第四磁鐵(11)和第五磁鐵(12)的端面形狀和大 小相同。
4.根據權利要求2所述的直旋感生發電機，其特征在于第一磁鐵(8)和第二磁鐵(9) 的磁極方向相反。
5.根據權利要求2所述的直旋感生發電機，其特征在于第一磁鐵(8)和第二磁鐵(9) 的磁極方向相同。
6.根據權利要求1所述的直旋感生發電機，其特征在于第一轉盤(2)上安裝數個外磁 塊(17)，數個外磁塊(17)均勻分布于以轉軸(4)為圓心的圓周上；鐵芯支架(1)上安裝數個 內磁塊(18)，數個內磁塊(18)均勻分布于以轉軸(4)為圓心的圓周上；外磁塊(17)到轉軸 (4)的垂直距離等于內磁塊(18)到轉軸(4)的垂直距離；內磁塊(18)與外磁塊(17) —一 對應，且同極相對。
7.根據權利要求1所述的直旋感生發電機，其特征在于第二轉盤(3)上安裝數個外磁 塊(17)，數個外磁塊(17)均勻分布于以轉軸(4)為圓心的圓周上；鐵芯支架(1)上安裝數個 內磁塊(18)，數個內磁塊(18)均勻分布于以轉軸(4)為圓心的圓周上；外磁塊(17)到轉軸 (4)的垂直距離等于內磁塊(18)到轉軸(4)的垂直距離；內磁塊(18)與外磁塊(17) —一 對應，且同極相對。
8.根據權利要求1所述的直旋感生發電機，其特征在于所述的第一密封板(22)是圓 環形結構。
9.根據權利要求1所述的直旋感生發電機，其特征在于第一鐵芯(5)的兩端各開設 一個儲液槽(19)，儲液槽(19)內均填充有磁性液體(20);第二轉盤(3)上安裝第二密封板 (23)，第四磁鐵(11)與第二密封板(23)的表面共面，第一鐵芯(5)的兩端分別與第一密封板(22)和第二密封板(23)接觸。
10.根據權利要求9所述的直旋感生發電機，其特征在于所述的第二密封板(23)是圓 環形結構。
專利摘要本實用新型公開了一種直旋感生發電機，包括鐵芯支架，鐵芯支架上安裝轉軸，轉軸的兩端分別安裝第一轉盤和第二轉盤，鐵芯支架上安裝第一鐵芯，第一鐵芯的外周安裝第一線圈，第一轉盤上安裝第一密封板，第一轉盤或第一密封板上安裝第一磁鐵，第一磁鐵的表面與第一密封板的表面共面，第二轉盤上安裝第四磁鐵，第一磁鐵和第四磁鐵與第一鐵芯的兩端相對應，第一磁鐵與第四磁鐵的異極相對；第一鐵芯的一端開設儲液槽，儲液槽內均填充磁性液體，第一鐵芯設有磁性液體的一端與第一密封板接觸。它的主磁通和線圈內的感應電流產生的磁通均在鐵芯內與鐵芯成水平方向，對鐵芯與磁鐵的相對轉動的阻礙作用大幅減小，可節省發電所需的能量消耗。
文檔編號H02K57/00GK201708680SQ20102029440
公開日2011年1月12日 申請日期2010年8月17日 優先權日2009年11月10日
發明者王元昌 申請人:王元昌