[发明专利]磁力平衡的爪极式无刷发电机

说明书

技术领域

本发明涉及一种电力系统，特别是一种磁力平衡的爪极式无刷发电机。

技术背景

1821年法拉第发现通电导线能绕永久磁铁旋转，发明了永磁电机。1857年英国的惠斯通用电磁铁代替永久磁铁，发明了电励磁方式，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。

本发明利用一对方向相反、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。

发明内容

本发明是这样实现的：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(1)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。