磁力平衡的爪极式无刷发电机制造技术

本发明专利技术涉及一种磁力平衡的爪极式无刷发电机，主要包括电枢、平行磁极、爪极、主磁极、卡环、转轴、机座、端盖、接绕盒、励磁调节器、整流器和风扇。电枢、平行磁极与主磁极分两段设置，每段用两个卡环连接成一个整体，主磁极设在内层，若干电枢与若干平行磁极相间设在外层；中间爪极设在两段主磁极的中间，两个侧爪极分别设在两个主磁极的外侧，爪极与主磁极之间留有气隙，爪极固定在转轴上，转轴从主磁极的磁轭中间的圆孔穿过；两个主磁极接入反向直流电，平行磁极与同段主磁极接入同向直流电，即平行磁极与爪极设定为相斥的。发电机的电枢切割主磁场的磁力线时，平行磁场同步与主磁场相斥，以抵消主磁场与电枢的吸力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电力系统，特别是一种磁力平衡的爪极式无刷发电机。
技术介绍
1821年法拉第发现通电导线能绕永久磁铁旋转，专利技术了永磁电机。1857年英国的惠斯通用电磁铁代替永久磁铁，专利技术了电励磁方式，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。现有的发电机的基本原理都是导体切割磁力线而感应电动势并产生电流，导体切割磁力线的过程需要消耗足够的机械能，以克服装嵌导体的软铁与磁铁之间的吸力。只要仔细地去观察，我们会发现一个有趣的现象磁场的吸力效应并不能简单地用经典力学去解释，在不考虑磨擦力的前提下，若按照经典力学，转子铁被吸往定子磁铁的 力与转子铁离开定子磁铁的所需克服的力应该是方向相反、大小相等的，但实际上，这对看似大小相等的力却是无法自己相互抵消的，因此发电机切割磁力线需要消耗大量的动能。然而，这对方向相反、大小相等的吸力虽然不能自己相互抵消，却可以用一对方向相反、大小相等的磁场斥力将其抵消。本专利技术利用一对方向相反、大小相等的磁场斥力去平衡一对方向相反、大小相等的磁场吸力的原理，在爪极式发电机中加入与切割磁力线的吸力相当的磁场斥力，使电动发电机可以不再依靠外部动力而可以自行发电。
技术实现思路
本专利技术是这样实现的一种磁力平衡的爪极式无刷发电机，主要包括电枢、平行磁极、爪极、主磁极、卡环、转轴、机座、端盖、接绕盒、励磁调节器、整流器和风扇，电枢由电枢铁心(3)和电枢绕组(I)组成，平行磁极由平行磁场铁心(4)和平行磁场绕组(2)组成，主磁极由主磁场绕组(6)和磁轭(10)组成，爪极由一个中间爪极(5)和两个侧爪极(8、11)组成，其特征是电枢、平行磁极与主磁极分两段设置，每段用两个卡环(7)连接成一个整体，再固定在机座和/或端盖上，主磁极设在内层，若干电枢与若干平行磁极相间设在外层；中间爪极设在两段主磁极的中间，两个侧爪极分别设在两个主磁极的外侧，爪极与主磁极之间留有气隙，爪极固定在转轴(9)上，转轴从主磁极的磁轭中间的圆孔穿过；两个主磁极接入反向直流电，与爪极一起组成一个磁场模式为S-N-S或N-S-N的三极磁场；平行磁极的两个磁极端分别与中间爪极和侧爪极的爪端的旋转轨迹相对且留有气隙，电枢铁心的两端分别与中间爪极和侧爪极的爪端的旋转轨迹相对且留有气隙；平行磁极与同段主磁极接入同向直流电，即平行磁极与爪极设定为相斥的。所述发电机为磁力平衡的双段爪极式单相交流发电机或磁力平衡的双段爪极式三相交流发电机，电枢绕组由绕在电枢铁心上的线圈按单相输出或三相输出的接线方法连接而成。三相交流发电机的电枢绕组布线结构每个绕组由一个绕圈组成，绕在电枢铁心上的3个相同的电枢绕组按空间间隔120度放置，或者，在120度机械角度里，均匀分布有三相线圈，另外两个120度里同样各自分布有三相线圈，3相绕组按星形接法或三角形接法将三相绕组尾端连在一起引出即中性线，3相绕组的引出端为相线。三相交流发电机的爪极的极爪数量至少有4个，电枢至少有三个，平行磁极至少有三个，平行磁极与电枢相间而设，平均分布在卡环上。爪极上有若干直爪或弯爪或平斜爪或弯斜爪。平斜爪是指爪极的爪从径向看是平的，不是弯的，但又朝切向倾斜一定的角度，弯斜爪是指爪极的爪从径向看是朝轴向弯曲90度角的，但又朝切向倾斜一定的角度。爪极用软铁材料制成，如电工纯铁。中间爪极由于连接两个相同的磁极，磁通量较大，因此中间爪极要有足够的厚度，中间爪极一般比侧爪极要厚2倍以上。中间爪极的内侧中线上可以开一个凹槽，做成“人”形，以使两个相同磁极的磁势成为并联的磁势，而不是直接相对。中间爪极为一个整体，或者，中间爪极由两个爪极合成，两个爪极之间用非铁磁性材料连接。平行磁场铁心和电枢铁心为直条形或斜条形铁心；条形铁心的两端平直，条形铁心呈“一”字型，或者，条形铁心的两端凸起，条形铁心呈“工”字型。从径向看，直条形铁心与转轴是平行的，斜条形铁心与转轴是交叉的。铁心用软铁材料制成，一般用硅钢片叠压而 成，表面涂上绝缘油漆，一般涂环氧树脂。卡环上平均分布有矩形孔，平行磁场铁心和电枢铁心绕上绕组后，两端分别插在两个卡环的矩形孔中固定。主磁极放置两个卡环内侧的大孔中，主磁极的磁轭与卡环连接且固定在一起。铁心、磁轭与卡环用卡位连接或键连接或销连接或螺纹连接或焊接的方法固定。卡环用非铁磁性材料制成，如铝合金。磁场绕组和电枢绕组用漆包线绕制而成，如漆包铜线、漆包铝线、漆包合金线等。主磁极的磁轭用软铁材料制成，可以用纯铁或低碳铁磁性合金铸造成一个整体，或者，中间部份用硅钢片叠压而成，两侧用电工纯铁或低碳铁磁性合金铸造。磁场模式为S-N-S或N-S-N的三极磁场在现有电机产品的应用中比较罕见，或根本就没有。但这种磁场模式应用在有相斥磁场的环境中却是一种理想的磁场模式。三极磁场与三极磁场相斥产生的轴向扭力较低，不会对转轴产生很大的轴向扭力。因此三极磁场在需要避免产生较大轴向扭力的相斥环境中，具有两极磁场不可比拟的优势。发电机的电枢切割主磁场的磁力线时，平行磁场同步与主磁场相斥，以抵消主磁场与电枢的吸力。电枢与主磁极的吸力是双向的，电枢铁心与爪极的极爪接近和电枢铁心离开爪极的极爪，所产生的吸力分别是顺时针方向和逆时针方向的，两者大小相当、方向相反，但两者并不能自己相互抵消，需要用平行磁场与主磁场的斥力才能将这对吸力抵消。平行磁场与主磁场的斥力也是双向的，当两者靠近时，互相阻止对方靠近，当两者离开时，互相推开对方。发电机的电枢与主磁场的双向吸力可用曲线来表达，将连续产生的同方向的最大吸力点、最小吸力点和反方向的最大吸力点、最小吸力点连结起来即为波浪形，可以是正弦波，也可以不是正弦波，波的振幅表示吸力的大小变化。平行磁场与主磁场的双向斥力与发电机切割磁力线时双向的吸力是相反的，因此平行磁场与主磁场产生的双向斥力可以用来抵消电枢切割主磁场的磁力线时产生的双向吸力。若两者的波形完全一致，则表示斥力与吸力可以完全相互抵消。由于平行磁极与电枢相间而设，两者都在转轴的同一段位置上，只要平行磁极、电枢与主磁场对称设置，电枢与主磁场的吸力还可以最大限度地抵消平行磁极与主磁场相斥时产生的轴向扭力。因此，磁力平衡的双段爪极式无刷发电机去掉其中一段电枢、主磁极、平行磁极、卡环和中间爪极，改造成磁力平衡的单段爪极式无刷发电机，以简化结构、降低成本。磁力平衡的单段式爪极无刷发电机没有中间爪极，电枢、主磁极和平行磁极只有一段，卡环只有两个。由于两极磁场与两极磁场相斥时，磁极会向异极方向扭转，如果平行磁极、电枢与主磁场做得不够对称、标准，相斥的磁场容易使转轴偏向一侧，损坏设备。因此单段式爪极无刷发电机的制造难度实际上要比双段式爪极无刷发电机的制造难度更高。磁力平衡的单段式爪极无刷发电机若采用磁轴承，则可以用磁轴承的磁力去平衡可能产生的轴向扭力。连接转轴与端盖的轴承为深沟球轴承或圆锥滚子轴承或角接触球轴承或磁轴承。由于发电机中存在相斥的磁场，所采用的轴承要能同时承受一定的径向载荷和轴向载荷，单段式发电机甚至要求采用有纠偏转能力的磁轴承。一段电枢有3个或3个以上电枢，一段平行磁极有3个或3个以上的平行磁极，同段电枢与同段平行磁极相间而设，两者数量相同。两段电枢轴向对齐，两段平行磁极轴向对齐，或者，一段电枢与另一段平行磁极轴向对齐本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.ー种磁力平衡的爪极式无刷发电机，主要包括电枢、平行磁极、爪极、主磁极、卡环、转轴、机座、端盖、接绕盒、励磁调节器、整流器和风扇，电枢由电枢铁心(3)和电枢绕组(I)组成，平行磁极由平行磁场铁心(4)和平行磁场绕组(2)组成，主磁极由主磁场绕组(6)和磁轭(10)组成，爪极由ー个中间爪极(5)和两个侧爪极(8、11)组成，其特征是电枢、平行磁极与主磁极分两段设置，每段用两个卡环(7)连接成ー个整体，再固定在机座和/或端盖上，主磁极设在内层，若干电枢与若干平行磁极相间设在外层；中间爪极设在两段主磁极的中间，两个侧爪极分别设在两个主磁极的外侧，爪极与主磁极之间留有气隙，爪极固定在转轴(9)上，转轴从主磁极的磁轭中间的圆孔穿过；两个主磁极接入反向直流电，与爪极一起组成ー个磁场模式为S-N-S或N-S-N的三极磁场；平行磁极的两个磁极端分别与中间爪极和侧爪极的爪端的旋转轨迹相对且留有气隙，电枢铁心的两端分别与中间爪极和侧爪极的爪端的旋转轨迹相对且留有气隙；平行磁极与同段主磁极接入同向直流电，即平行磁极与爪极设定为相斥的。2.根据权利要求I所述ー种磁力平衡的爪极式无刷发电机，其特征是所述发电机为磁力平衡的双段爪极式单相交流发电机或磁力平衡的双段爪极式三相交流发电机。3.根据权利要求2所述ー种磁力平衡的爪极式无刷发电机，其特征是磁力平衡的双段爪极式无刷发电机去掉其中一段电枢、主磁极、平行磁极、卡环和中间爪极，改造成磁力平衡的单段爪极式无刷发电机。4.根据权利要求I或2或...

【专利技术属性】
技术研发人员：李贵祥，
申请(专利权)人：李贵祥，
类型：发明
国别省市：