專利名稱：圓環(huán)永磁低中高頻二型交流發(fā)電機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型是關(guān)于永磁交流發(fā)電機，特別是以圓環(huán)鐵心為定子的不同頻率的交流發(fā)電機。
現(xiàn)有公知的永磁交流發(fā)電機。它的工作原理是永磁體的異名磁極切割“桶型”定子繞組產(chǎn)生交流電 這種發(fā)電機造價高，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。
本實用新型的目的是要提供一種用異名磁極切割“圓環(huán)型”定子繞組產(chǎn)生電流大小和方向隨時間發(fā)生周期變化的不同頻率的交流電，使永磁發(fā)電機結(jié)構(gòu)簡化，降低造價成本。
該發(fā)電機的工作原理是這樣實現(xiàn)的。如工作原理電路與磁路

圖1，圓環(huán)中的實線表示永磁體的N極和S極，該磁極運動方向是順時針，圓環(huán)中的橫虛線表示被切割的繞組產(chǎn)生磁力線方向，豎向箭頭表示電流方向，三角齒上的NS極切割所形成的磁極，在圓環(huán)定子兩側(cè)是用異名磁極切割的方法，圓環(huán)定子上有多個螺旋繞組構(gòu)成，被異名磁極切割的每個螺旋繞組兩端分別產(chǎn)生N極S極(用右手螺旋定則判定)，對它相鄰螺旋繞組激磁，從而提高磁場利用率。由于異名磁極切割使被切割的螺旋繞組產(chǎn)生彼此相反的電流方向，用多個磁極切割和多個螺旋繞組，每當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一周時就可以產(chǎn)生頻率高的交流電，減少其繞組個數(shù)和轉(zhuǎn)子個數(shù)可以產(chǎn)生低頻交流電。
在凸起三角齒之間每一個長方格內(nèi)按順時針方向螺旋式繞線。每一格內(nèi)的繞組同另一格內(nèi)繞組首和首相連接，尾和尾相連接如圖1所示。
如果定子環(huán)是8個螺旋繞組，轉(zhuǎn)子的磁極與其相對應(yīng)是8個。如圖1所示。
增大該機頻率時可用16個繞組與其相對應(yīng)的是16個磁極相對應(yīng)的方法，根據(jù)電機轉(zhuǎn)速需繼續(xù)增大頻率時，應(yīng)增大定子環(huán)的直徑，并依此方法遞增繞組個數(shù)和轉(zhuǎn)子個數(shù)。
降低頻率以此方法遞減，如果增大單機功率可增多定子環(huán)和磁極個數(shù)。
在該電機每個定子線圈引起感生電動勢的過程是參照圖1。當(dāng)永磁鐵N極順時針旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子磁鐵的N極將“掃過”與它構(gòu)成氣隙極距的凸起三角齒(這和現(xiàn)有電機下線槽硅鋼片凸起部份和轉(zhuǎn)子磁極構(gòu)成氣隙是一致的)。
永磁鐵N極的磁力線通過極距間的氣隙在單位時間內(nèi)穿入凸起三角齒和它相鄰的螺旋繞組(1)，同時由于磁極轉(zhuǎn)動在瞬時也“切割”每匝繞組與N極相對應(yīng)的導(dǎo)線，使磁通量繼續(xù)發(fā)生變化，使之這一繞組產(chǎn)生感生電動勢和感生電流。
當(dāng)線圈(1)中的電流從I0到I1變化時，所激發(fā)的變化磁場通過圓環(huán)鐵心使相鄰的另一線圈(2)引起感生電動勢，既實現(xiàn)了互感電動勢，由于是“互感”作用在繞組(2)中產(chǎn)生和繞組(1)相反的磁場方向。(根據(jù)楞次定律)。
所謂相反的電流方向就是當(dāng)磁極N“切割”繞組(1)時，繞組(2)的電流方向是從圖1所示的B端輸出，繞組(1)是從A端輸出，當(dāng)磁極切割繞組(2)時，繞組(1)從B端輸出，繞組(2)從A端輸出。依此類推。
當(dāng)每個磁極“切割”過兩個繞組時，定子環(huán)繞組電流輸出從十到一的變化完成一個周期。實現(xiàn)了“異名磁極切割”的互感產(chǎn)生電流大小和方向隨時間發(fā)生周期變化的交流電。
根據(jù)畢奧－－薩伐爾定律，當(dāng)線圈(1)中的電流強度I改變時，通過線圈(2)的磁通匝鏈數(shù)將發(fā)生變化，按照法拉第電磁感應(yīng)定律可知在兩個具有互感的線圈中，電流變化率相同在另一線圈中所產(chǎn)生相符的電動勢。
該電機每個定環(huán)磁通量的變化量是這樣實現(xiàn)的、磁通量中的大小是磁感應(yīng)強度B和穿過導(dǎo)線截面積S的乘積，既φ＝BS所決定。
參閱圖1。當(dāng)N極順時針旋轉(zhuǎn)時，磁力線穿過定子環(huán)每匝繞組導(dǎo)線和凸起三角齒的截面積時，導(dǎo)線截面積和凸起三角齒截面積S在定子環(huán)和磁極N運動系統(tǒng)的參照系里面是一個變量。磁極N在單位時間里逐漸“切入”截面積S，S進(jìn)入永磁鐵N極的截面積投影是由小到大的，進(jìn)而截面積在運動系統(tǒng)里是一個“變量”，由于S發(fā)生變化，引起每匝繞組磁通量的變化、產(chǎn)生感生電動勢和感生電流。因此，可根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律來確定該電機所需要的電壓范圍。
由于“異名磁極切割”的互感作用產(chǎn)生交流電、磁漏小、鐵心渦流較小，其根據(jù)是當(dāng)每匝繞組互感產(chǎn)生交流電，對繞組內(nèi)的鐵心橫截面積產(chǎn)生渦電流。渦電流方向根據(jù)楞次定律可知，與繞組電流方向相反，渦電流所形成的磁場方向與繞組感生電流所形成的磁場方向相反。(參閱圖1)。圖1圓環(huán)鐵心繞組電路與磁路圖。邊緣所示
表示渦電流在每匝繞組內(nèi)的鐵心兩端的磁場方向。Ns表示每匝繞組感生電流的磁場方向，根據(jù)右手螺旋定則判定。
根據(jù)圖1所示可知在永磁鐵N極旋轉(zhuǎn)瞬時，每匝繞組鐵心橫截面積渦電流所形成的磁場和定子每匝繞組感生電流所形成的磁場形成了閉合回路。由于渦電流磁場和感生電流形成了有規(guī)律的合成磁場，增強了圓環(huán)鐵心的磁勢和磁通密度，同時在閉合環(huán)路鐵心起到了聚磁磁路作用，使其對電機有害的鐵心渦電流，一部分轉(zhuǎn)化為有效的磁場能被應(yīng)用轉(zhuǎn)化為電能輸出，同時環(huán)型定子散熱性好，因此，可用低碳鋼鑄造圓環(huán)鐵心，取代用硅鋼片制造交流發(fā)電機的常規(guī)。
實施例圖2，它是用低碳鋼精密鑄造成型的圓環(huán)定子鐵心，對它的尺寸確定，可根據(jù)功率增大的需要來增大它的直徑，直徑與厚度比一般應(yīng)確定在201，同時可用增多定子環(huán)的個數(shù)和轉(zhuǎn)子個數(shù)來增大其輸出功率，三角齒的厚度稍高于線圈厚度，圓環(huán)定子上的凸起三角齒和轉(zhuǎn)子磁極構(gòu)成氣隙的極距，微電機的氣隙應(yīng)確定在0.25mm～0.35mm。
實施例圖3具有4個永磁體的轉(zhuǎn)子，其中(3)是永磁體，把長方型永磁體橫向穿入轉(zhuǎn)子架(4)上，轉(zhuǎn)子架兩端分別露出Ns極，轉(zhuǎn)子架應(yīng)采用非磁性材料效果較好。如，鑄鋁、轉(zhuǎn)子架應(yīng)于定子環(huán)直徑相同，永磁體的磁極長度應(yīng)小于繞組的長度，比照附圖1。
實施例4，它是在一個鑄鋁的法蘭盤上裝有4個長方型永磁體轉(zhuǎn)子，也可以用三角型永磁體。如圖4所示。
轉(zhuǎn)子上的永磁材料的選擇，在電機體積要求不嚴(yán)格的情況下，可選用鋇或鍶鐵氧體磁能積可選用3.4～3.8mG、Oe。
電機體積要求小功率要求大，可選用稀土鈷永磁材料。
永磁材料的利用率是設(shè)計該電機的關(guān)鍵應(yīng)根據(jù)功率的大小和應(yīng)用條件的需要，先選擇永磁材料物理性能的前提下用“有限元法”來計算永磁材料的尺寸和定子與轉(zhuǎn)子氣隙長度。用“有限元法”具體計算方法可參閱《永磁材料及其應(yīng)用》一書，第六章磁路設(shè)計若干原則和第七章氣隙磁密的計算方法(機械工業(yè)出版社一九八四年版)上述4個實施例是說明本實用新型的工作原理和主要結(jié)構(gòu)件。
下面根據(jù)上述4個實施例用實施例圖5詳細(xì)說明該產(chǎn)品結(jié)構(gòu)裝置。
實施例圖5，它是依據(jù)上述4個實施例組成的該電機結(jié)構(gòu)圖示。
該電機的主體是由兩側(cè)有凸起三角齒的圓環(huán)定子鐵心上分別繞制多個螺施繞組，構(gòu)成該電機的定子(6)(7)(8)和轉(zhuǎn)子架(9)及轉(zhuǎn)子架上長方型永磁體(5)構(gòu)成。
定子環(huán)是用框架螺桿結(jié)合在一起，也可以把定子環(huán)按層次裝入圓桶型鋁殼內(nèi)取代框架和螺桿。
用轉(zhuǎn)軸連結(jié)轉(zhuǎn)子架(9)，轉(zhuǎn)子架兩端的永磁體是異名磁極，當(dāng)電機轉(zhuǎn)軸被拖動時是異名磁極“切割”定子環(huán)上的螺旋繞組。
在(6)(7)(8)每個定子環(huán)上的螺旋繞組個數(shù)是轉(zhuǎn)子架(9)上安裝的永磁體(5)個數(shù) 相同。
在這個電機結(jié)構(gòu)的中間圓環(huán)定子(7)兩側(cè)是同名磁極相對應(yīng)。
權(quán)利要求1.低中高頻交流發(fā)電機，特別是圓環(huán)型低中高頻永磁交流發(fā)電機，該電機是用兩側(cè)有凸起三角齒的圓環(huán)鐵心，在鐵心上繞制螺旋繞組構(gòu)成它的定子，用螺桿或桶型機殼把其定子(6)(7)(8)固定在一起，其特征在于用一個轉(zhuǎn)軸連結(jié)多個轉(zhuǎn)子架(9)，轉(zhuǎn)子框架上裝有永磁體(4)構(gòu)成它的轉(zhuǎn)子。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機，其特征是轉(zhuǎn)子架(9)兩端的永磁體是異名磁極。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機，其特征是每個定子環(huán)上的螺旋繞組個數(shù)是轉(zhuǎn)子架(9)上的永磁體(5)個數(shù)相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的電機，中間定子環(huán)(7)兩側(cè)永磁體(5)是同名磁極相對應(yīng)。
專利摘要本實用新型是用多個圓環(huán)鐵心上按螺旋式繞線構(gòu)成它的定子，用框架螺桿或用圓桶型鋁殼固定其定子環(huán)，用一個轉(zhuǎn)軸連接多個永磁體轉(zhuǎn)子，在圓環(huán)定子兩側(cè)用同名磁極相對應(yīng)“切割”繞組的方法，圓環(huán)定子上有多個螺旋繞組構(gòu)成，轉(zhuǎn)子上有多個NS磁構(gòu)成，當(dāng)NS極切割不同繞組時就會產(chǎn)生電流方向隨時間變化的交流電，在一定轉(zhuǎn)速下增多磁極個數(shù)和繞組數(shù)就可以產(chǎn)生高頻交流電，減少磁極個數(shù)和繞組個數(shù)可產(chǎn)生低頻交流電。
文檔編號H02K16/00GK2062920SQ8922118
公開日1990年9月26日 申請日期1989年12月14日 優(yōu)先權(quán)日1989年12月14日
發(fā)明者王煥生 申請人:王煥生